这个问题非常的有趣且有代表性,其中隐藏着好几个问题,让我来抽丝剥茧,一个一个说明白吧!
氧气是生命存在的条件吗?
很多人理解氧是人类生存必须的成分,所以“科学家以为一个星球必须要有氧才能孕育生命,氧是生命的先决条件。”
其实这是一个巨大的误解,氧并不是生命的先决条件,而是生命的伟大壮举。也就是说,只有存在生命的星球才有可能出现大量的氧,没有生命的星球组成各不相同,但是绝对不可能存在大量的氧气。
为什么呢?初中化学我们学习了两个词——“氧化剂”与“还原剂”。复习一下,其实它们的特性就是氧化剂的电子轨道缺电子,会强力地吸引电子填满;还原剂则完全相反,电子表现出有些“多余”。这样的两种元素就很有可能达成“共识”,组成化合物,它们之间的电子关系是化学键的一种。
你看,这个特性就叫“氧化性”了,说明氧在这个方面的表现非常突出,虽然氧气不是最强的氧化剂,却已经表现得足够强了,它会“强抢”几乎绝大多数元素的电子,这在化学性质上被称为“活波性”很强。
所以在完全没有生命干预的情况下,氧几乎都会与其它元素组成化合物,不可能以单质的形式存在,原始地球的大气中充斥着二氧化碳、甲烷、氮气和少量的氨气。
谁生产了地球的氧气?
这么说来,地球的氧到底是从哪里来的呢?是的,正如上面所知道的那样,是在光合作用进化出现后,蓝细菌将地球的大海与天空中的大量氧还原而得到的。这一历史进程被称为“大氧化事件”,发生在距今约22亿年前。
我们常常为人类对自然的破坏而忧心忡忡,但事实上最早急剧地,彻底地改变地球外貌的事件却是由细菌完成的,这是生命第一次学会利用阳光的能量,将二氧化碳从空气中固定下来,然后这些细菌的尸体又沉没到海床与湖底,随着地质运动进入大地的岩石圈。
每一个埋在地下的碳原子都对应大气一个氧分子,这个数量之巨大可谓极其惊人,现在地球生态圈内所有的碳加起来大概也就只有埋在地下的1/26000!而且石化燃料也仅占其中极小极小的部分,多数碳以微小的颗粒分散在页岩中,几乎无法为人类所用的形态。
在一开始,释放出的氧气会将会与大地表面的各种具有还原性的分子发生反应,与铁、硫、甲烷结合,但是不得不说细菌的力量实在是太强大了,它们释放出的氧实在是太多了,以至于最终将所有的铁、硫、甲烷都给氧化完了,再没有东西可以氧化之后,大量的氧气涌入大气,将地球变成了一个富氧的行星。
氧气的意义不仅如此,如果说发现氧气的存在可以证明这个星球已经存在了生命,那它还同样可以昭示着另外一些激动人心的消息。
自从有了氧气,世界都不一样了
其一:这颗行星可以保住自己的海洋。
火星曾经也是一个拥有海洋的星球,人类的探测器已经发现其地表存在大量鹅卵石,这是漫长的水流冲刷才能出现的痕迹,金星很可能曾经也是如此,毕竟我们都曾诞生于同一片星云,成分也不会相差太多。
但是为什么现在的火星却如此的荒凉寂寞?因为它失去了所有的水,阳光中的高能射线会分解水,变成氢气与氧气,氢气非常的轻浮,很容易逃逸到宇宙空间。最终水会被分解干净,而氧会与地表的还原性物质反应,火星就是因为这个原因才表面布满了红色的氧化铁,成为这般赤红的模样。
拥有了大量氧气后,氢原子还没来得及逃逸就会被氧化,再次变成水回到地球。
其二:生物拥有了向高级进化的基本条件。
无氧呼吸只能释放供能物质大约10%的能量,而有氧呼吸可以释放大约40%的能量,四位的效率提升带来的是可以支持复杂的食物链与生态层级,原来可能仅可支持两到三个层级的营养,在氧气介入后就可以支持大约六个甚至更多的层级。只有这样才会出现更复杂的生态系统,更宏伟生命多样性。
从主流的氧开始吧!
所以氧气体无论是作为生命的存在的证据,还是作为生命进阶的条件都是不可或缺的。氧是我们的宇宙中含量相对非常丰富的元素,如果我们不去寻找与氧相关的生命痕迹,其它证据就更是海底捞针,水中捞月了。
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