作者：廖永巖 

  生命體由有機(jī)物構(gòu)成。生命由能量維持，而維持生命的能量，除植物經(jīng)光合作用能直接利用光能外，生命可以利用的能量，主要是有機(jī)物里的化學(xué)能。生命體通過利用有機(jī)物分解或氧化所釋放的化學(xué)能，維持生命的存在。所以，供給生命體能量的有機(jī)物，甚至構(gòu)成生命體的有機(jī)物，只能是分解或氧化能釋放出能量的高能有機(jī)物。以葡萄糖為例，對(duì)高能有機(jī)物分解或氧化釋放出的能量進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)(王鏡巖, 2002)：

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O +能量    ΔG⁰′= -2870 kJ?mol^-1   （1）

（ΔG⁰′是指pH為7時(shí)標(biāo)準(zhǔn)自由能的變化）

C₆H₁₂O₆→ 2C₂H₅OH + 2CO₂ + 能量        ΔG⁰′= -226 kJ?mol^-1    （2）

      C₆H₁₂O₆ → 2CH₃CHOHCOOH + 能量    ΔG⁰′= -197 kJ?mol^-1  （3）

由（1）式可知，1摩爾葡萄糖完全氧化為二氧化碳和水，可釋放出2870 kJ的自由能；而1摩爾葡萄糖部分氧化為二氧化碳同時(shí)分解為乙醇時(shí)，僅釋放出226 kJ的自由能；1摩爾葡萄糖沒有氧化，僅分解為乳酸時(shí)，只能產(chǎn)釋放出197 kJ自由能。這說明，有機(jī)物分解釋放出的能量，遠(yuǎn)小于有機(jī)物氧化所釋放出的能量。所以，除生命演化早期的原始生命體利用分解有機(jī)物釋放能量外，先進(jìn)的生命體，都是利用氧化有機(jī)物來提供能量，供生命的維持。

能被氧化并能通過氧化而釋放出大量能量的有機(jī)物，肯定是還原性有機(jī)物?；蛘哒f，等量的有機(jī)物，其還原性越強(qiáng)，將其氧化所釋放的能量就越多。其氧化性越強(qiáng)，其所含的能量越少。所以，為生命體提供能量和構(gòu)成生命體的有機(jī)物，絕大部分是還原性強(qiáng)的有機(jī)物。植物通過光合作用，將光能以化學(xué)能的形式，固化在還原性強(qiáng)的有機(jī)物內(nèi)，以供生命體利用。

由于構(gòu)成生命體的有機(jī)物，最終來源于水和二氧化碳。水和二氧化碳，均是氧化-還原性中性的物質(zhì)。要將氧化-還原性中性的物質(zhì)，變成還原性強(qiáng)的有機(jī)物，又要使整個(gè)體系的氧化-還原性不變，就必須同時(shí)產(chǎn)生氧化性強(qiáng)的物質(zhì)。所以，光合作用生物的策略是：將氧化-還原中性的水和二氧化碳變成能供生命體利用的強(qiáng)還原性的有機(jī)物（CH₂O），同時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的氧氣。低等的甲烷細(xì)菌，不能進(jìn)行光合作用，在無氧的環(huán)境里，它的策略是：將它能利用的其它強(qiáng)還原性有機(jī)物（CH₂O）分解為還原性更強(qiáng)的甲烷（CH₄）。為了維持整個(gè)體系的氧化-還原性平衡，系統(tǒng)肯定得釋放出氧化性強(qiáng)的氧來。甲烷細(xì)菌就利用釋放出的氧來氧化它能利用的有機(jī)物，產(chǎn)生二氧化碳，來獲得能量生存，如沼氣發(fā)酵。這樣，甲烷細(xì)菌，在無光和無氧的環(huán)境里，通過它能利用的有機(jī)物的結(jié)構(gòu)氧氧化有機(jī)物，產(chǎn)生二氧化碳來獲得能量。在甲烷細(xì)菌維持生命的過程中，強(qiáng)還原性的有機(jī)物（CH₂O）最后變成了氧化-還原性中性的二氧化碳，為了維持氧化-還原性的平衡，它必須以產(chǎn)生比有機(jī)物（CH₂O）還原性更強(qiáng)的甲烷來作為氧化-還原性補(bǔ)償。產(chǎn)乙醇細(xì)菌在無氧條件下生存的策略是：將強(qiáng)還原性的有機(jī)物（CH₂O）分解為氧化-還原中性的二氧化碳，同時(shí)，產(chǎn)生還原性更強(qiáng)的乙醇來維持氧化-還原性的平衡。產(chǎn)乙醇細(xì)菌，也可以看成是利用它能利用的有機(jī)物的結(jié)構(gòu)氧，氧化有機(jī)物產(chǎn)生二氧化碳來獲得能量供自己生存。如此例子，還有很多很多。

所以，在一個(gè)密閉系統(tǒng)內(nèi)，假設(shè)沒有物質(zhì)交換的話，一種物質(zhì)變成了氧化性強(qiáng)的物質(zhì)，它還必須同時(shí)產(chǎn)生一種還原性更強(qiáng)的物質(zhì)來補(bǔ)償氧化-還原性平衡。一種物質(zhì)變成了還原性更強(qiáng)的物質(zhì)，它還必須同時(shí)產(chǎn)生一種氧化性更強(qiáng)的物質(zhì)來補(bǔ)償氧化-還原性平衡。一種物質(zhì)的氧化性增強(qiáng)了還是減弱了，可以參照以下方法進(jìn)行粗略地定性計(jì)算：

因?yàn)?/span>H₂O和CO₂是氧化-還原中性的物質(zhì)，所以，氫和氧的比例為2：1，碳和氧的比例為1：2，可以看成是氧化-還原中性的比例。因?yàn)闅涫菑?qiáng)還原性物質(zhì)，氧是強(qiáng)氧化性物質(zhì)，所以，CH₂O₃可以被看成氧化-還原性中性的物質(zhì)結(jié)構(gòu)式。假設(shè)一種物質(zhì)由碳、氫、氧等三種物質(zhì)構(gòu)成，1：2：3的比例，可以被認(rèn)為是氧化-還原中性的。若氫的比例降低或氧的比例升高，被認(rèn)為氧化性增強(qiáng)，還原性減弱；氫的比例升高或氧的比例降低，則被認(rèn)為還原性增強(qiáng)，氧化性減弱。同理，若某種物質(zhì)只由氧和氫或碳和氫或氧和碳二種元素組成，則參照H₂O和CO₂計(jì)算兩種元素的比例來計(jì)算氧化-還原性。下面，我們以上述例子進(jìn)行詳細(xì)說明。

對(duì)光合作用過程進(jìn)行分析，結(jié)果如下：光合作用將CO₂和H₂O合成CH₂O，產(chǎn)生O₂。CH₂O和氧化-還原性中性的CH₂O₃比較，明顯少2個(gè)強(qiáng)氧化性的O，說明CH₂O的氧化性減弱，還原性增強(qiáng)。所以，氧化-還原性中性的CO₂和H₂O經(jīng)光合作用，變成了強(qiáng)還原性的CH₂O。為了維持整個(gè)光合作用系統(tǒng)的氧化-還原性平衡和穩(wěn)定，必須要釋放出氧化性強(qiáng)的物質(zhì)來進(jìn)行彌補(bǔ)。這樣，光合作用在合成CH₂O的同時(shí)，必須釋放出O₂。

對(duì)產(chǎn)乙醇細(xì)菌分解作用分析如下：產(chǎn)乙醇細(xì)菌將CH₂O氧化為CO₂，釋放出C₂H₆O。因?yàn)?/span>CH₂O是強(qiáng)還原性的物質(zhì)，CO₂是氧化-還原性中性的物質(zhì)，所以，CH₂O氧化為CO₂時(shí)，系統(tǒng)的還原性減弱，氧化性增加。為了維持系統(tǒng)的氧化-還原性平衡和穩(wěn)定，必須釋放出比CH₂O具有更強(qiáng)還原性的物質(zhì)。C₂H₆O和CH₂O比較，少一個(gè)強(qiáng)氧化性的O，而多了2個(gè)強(qiáng)還原性的H，所以，C₂H₆O比CH₂O具有更強(qiáng)的還原性。通過釋放出具有更強(qiáng)還原性的C₂H₆O來彌補(bǔ)因CH₂O氧化為CO₂所造成的系統(tǒng)還原性的降低。

甲烷發(fā)酵，具有類似的原理。

有了這些基礎(chǔ)，我們就可以來分析光合生物出現(xiàn)后地球的氧化-還原平衡了。那么，地球在光合生物出現(xiàn)后，地球的氧化-還原又是如何變化的呢？且聽下回分解。

未完，待續(xù)。