提到氧气,大家都知道这是我们生存所必需的一种气体。但鲜为人知的是,氧气确实对人体有一定危害,细胞通过呼吸获取的氧气绝大多数与有机物作用产生人体所需的能量,少部分转化为氧自由基。氧自由基会破坏生物膜,损伤DNA,最终导致人体衰老和死亡。
医学中采用吸氧疗法辅助治疗多种疾病,但氧疗是受到严格限制的,例如病人通常吸入60%以下的氧,除应急外严禁吸入纯氧。吸氧时间也不宜过长,长期吸氧更应控制氧气流量和吸氧时间,以防产生氧自由基危害人体健康。
从另一个角度来说,氧气和有机物作用的过程本质上也是一种氧化作用,就是缓慢的“燃烧”。而我们人体也是有机体,氧气的氧化作用势必会对机体造成损伤,经过70多年的积累就会导致人体走向衰亡。在宇宙探索过程中,我们还没发现有一个星球拥有像地球那么丰富的氧气。火星和金星都有95%以上的二氧化碳,而几乎没有氧气。事实上,地球大气中的氧气是生命的产物。地质史上出现的第一种产氧生物是蓝藻,今天的产氧第一大户是陆地植物,尤其是热带雨林。
地球之肺:热带雨林当氧气第一次出现在地球大气中的时候,给生命带来的不是生机,而是死亡。距今24亿年前,蓝藻产生的氧气开始在海洋与大气中积累,而当时的原始生命还不能驾驭这种极具破坏性的气体,纷纷被杀死。这次事件被称为大氧化事件,或称为氧气危机、氧气灾难,对原始生命来说是一场浩劫,古菌域的生物几乎全部在这场灾难中消失了。今天,我们只能在海底火山喷口、高浓度盐碱湖的湖底等极端缺氧的环境,还可以看到古菌的踪迹。
最原始的生命形式:古菌顽强的生命最终还是征服了氧气,有一伙古菌活了下来,并具备了DNA修复功能,这就是最早的真核生物,今天真菌、植物、动物和人类的共同祖先。氧气给生命带来了无尽的辉煌。没有氧气,生命体难以将有机物转化为能量。而一旦大气中充满了氧气,任何生物都可以用氧气将有机物氧化,并利用释放出的能量,这一过程就是呼吸。
真核生物的呼吸作用氧气的丰富极大促进了生物进化。为了应对氧气的破坏,细胞内产生了保护性的核膜,于是真核生物诞生了。后来,单纯修复不足以恢复被破坏的DNA,于是产生了基因重组机制,有性就生殖诞生了,生物开始有了雄与雌的区分。随着氧气浓度的升高,氧气可以从体表传递到内部,这就为多细胞生物的崛起奠定了基础。而氧转化为臭氧,臭氧层的形成为海洋生物登陆充当了保护伞。
真核生物:绿藻原始的单细胞厌氧生物以二分裂方式生殖,分裂后的两个子细胞和亲代几乎完全一样,因此只要不出意外,它们就是长生不老的。而高等生物采取有性生殖方式,子代和亲代不同,亲代死了就是死了,于是这才有了寿命的概念。可以这样比喻,氧气就是一种毒品,生物一吸上就上瘾了,这一上瘾就持续了24亿年,而且还将持续下去,永远也戒不掉了。生物接受了氧气这种慢性毒药,牺牲了长生不老,换取了活着时候的辉煌。
地球最富氧的时代:石炭纪
有人说,既然生命选择有氧呼吸早晚就死,选择无氧呼吸则有可能永生,为什么它们还要向有氧呼吸进化呢?实际上,决定进化的是我们的DNA,生命体不过是个容器罢了。因此生物只要产生后代并把DNA传递下去,容器就算完成任务了。在环境的压力下,DNA决定牺牲生命的长度,换取伟大的进化。