世界不思議

我們一刻也離不開的氧氣,對地球早期生命來卻說是毒氣


對於地球上的絕大多數生命來說,氧氣是賴以生存的必需品。我們人類自身也是一刻也不能離開氧氣,當生命危急需要急救時,病人都要帶上氧氣面罩,增加獲救的機率。但是,在遠古時期,氧氣曾經對早早期的地球生命造成了巨大的災難。

在地球生命的早期,大氣中並沒有氧氣,這時的生命只是一些單細胞的原核細菌,靠分解甲烷獲取能量。37億年前左右,自從一種被稱為藍細菌的生物出現了之後,一切都變了。藍細菌,最早能進行光合作用的原核生物,能夠利用太陽光的能量,將二氧化碳合成葡萄糖,供自身代謝。而這個過程中,產生了副產品——氧氣。

這時的地球生命,都是厭氧細菌。氧氣對這些細菌來說,無疑是一種有毒性的物質。氧氣的氧化性破壞了這些生物的自身結構,同時將大氣中的甲烷氧化,使甲烷細菌失去生存空間。在距今24億年前左右,地球上氧含量突然增加,生物學上稱為大氧化事件。這個事件使大量厭氧生命滅絕,地球早期的單細胞原核細菌幾乎消失殆盡,只有極少數處在極端環境下的厭氧細菌生存了下來,成為今天的甲烷細菌、硫細菌等。

我們現在說,如果不能改變,就接受現實。在當時的地球,也是如此。這時,線粒體出現了,線粒體以其獨特的放式,利用有氧呼吸分解葡萄糖得到ATP,為其提供能量。所謂有陰就有陽,有矛就有盾,藍細菌能夠利用光能合成葡萄糖,釋放氧氣,這其實是把太陽的能量儲存在葡萄糖中。而線粒體就能利用氧氣重新氧化葡萄糖,形成ATP,釋放能量。這個過程叫做有氧呼吸。因禍得福的是,有氧呼吸的效率遠遠高於無氧呼吸。分解一定量的葡萄糖,有氧呼吸釋放的能量比無氧呼吸多得多。而後,匪夷所思的事情發生了,線粒體並沒有單獨進化,而是與其他生命組成了共生關係,使少數厭氧細菌能夠抵抗氧氣,利用氧氣,從而形成了後來的真核細胞,線粒體成為了真核細胞內的細胞器。而這種早期的生命形式,是現今地球上絕大多數生物的共同祖先。

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因為有氧呼吸的高效性,為形成多細胞的複雜生物提供了可能,從此地球生命的進化走向了快車道,開啟了新的篇章。藉由有氧呼吸產生的大量能量,地球生命可以發展成體積如恐龍和藍鯨般巨大的動物,也產生了像人類一樣的高等智慧生命。

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