最近，科學(xué)家們在地中海底發(fā)現(xiàn)一種可能不需要氧氣就能生存的多細(xì)胞動物。在生物界引發(fā)了不小的反響，因為此前科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)的“厭氧生物”大都結(jié)構(gòu)簡單，只有一個細(xì)胞。這很可能會有助于我們進(jìn)一步認(rèn)識生物演化史。氧氣從來就是和“生命”聯(lián)系起來的一種概念，下面我們就一起看看氧氣和生命的古今因緣。

　　氧 活躍元素提供能量

　　如果你經(jīng)常上網(wǎng)，大概看過這樣一則笑話——有一個小學(xué)生寫了篇日記：”2月30日，天氣晴。今天一天都沒出太陽，我養(yǎng)的金魚淹死了，我很傷心。”老師的批語是：“我也很傷心，從沒聽說2月有30日，晴天一天不出太陽，金魚會淹死。”

　　其實，這個笑話一點都不好笑。小學(xué)生寫的有可能是真的，比如中國的農(nóng)歷就有2月30日，再比如在兩極，半年都出不了太陽，更別說一天了。那魚會淹死嗎？這就要看你要如何定義“淹死”。人會溺水，是因為在水中不能呼吸，肌體得不到足夠的氧氣進(jìn)行氧化作用。但如果水中溶氧不足，魚也會死。而且魚的這種死亡原因和人溺死的原因其實是一樣的，所以說“魚也會淹死”。

　　好氧生物——包括我們?nèi)祟悾夹枰鯕鈦磉M(jìn)行氧化作用，從而讓身體獲得能量，這就是所謂的“呼吸作用”。所謂“氧氣”，其實就是自由狀態(tài)的氧原子，兩兩結(jié)合形成O2。氧還有另一種形式O3，也就是大名鼎鼎的“臭氧”。臭氧在低層空氣中是一種污染物，復(fù)印機(jī)在工作時就會產(chǎn)生大量臭氧。但它在高層空氣中有阻擋紫外線的作用。氧是除了氫和氦之外宇宙中含量最高的元素，同時是地殼中質(zhì)量最大的元素。所有組成生命體結(jié)構(gòu)的有機(jī)物，包括蛋白質(zhì)、碳水化合物和脂肪都含有氧元素，而組成生物的骨、殼和牙齒的無機(jī)物成分中也含有氧。不需要借助超新星爆發(fā)的威力，氧元素能自然地由恒星的核反應(yīng)產(chǎn)生，多數(shù)的氧元素都來自氦的核聚變，也有少數(shù)來自氖的裂變。

　　氧是一種非?；钴S的元素，可以和幾乎所有其他元素形成化合物。這么“好交往”的家伙，獨善其身者自然少之又少?；鹦堑拇髿庵兄挥?.1%的氧氣，金星大氣中的氧氣含量更少，這些少得可憐的氧氣都是各種射線轟擊二氧化碳產(chǎn)生的。但是現(xiàn)在氧氣卻占地球空氣量的20.9%，這么大的量，絕對是“不正常的”，這是誰干的？

　　光 讓氧氣充滿大氣層

　　地球上的氧氣絕大多數(shù)都是光合作用的產(chǎn)物。光合作用是生物利用光能、水和CO2合成碳水化合物的過程，氧氣是其中“無用”的副產(chǎn)品。在進(jìn)行光合作用的葉綠素中，有一個類似電極的裝置，利用光能轉(zhuǎn)化出的電能把水電解成氫和氧，不過因為氫的電子被葉綠素奪去，只能變成氫離子，不變成氫氣，氧兩兩結(jié)合成氧氣被釋放出來。

　　據(jù)研究，在可以進(jìn)行光合作用的古細(xì)菌和藻類演化出來之前，地球大氣中氧氣的含量是很少的。在20億年前到16億年前的原生代，最初的光合作用產(chǎn)生了大量氧氣。這時地質(zhì)史上詭異的一幕出現(xiàn)了：當(dāng)時的海水里溶有大量的鐵元素。這些鐵和海水中的氧氣結(jié)合成為紅色的氧化鐵，而氧化鐵并不能溶于水，紛紛沉到海底，后來形成一種里面有一道道紅紋的沉積巖，叫“鐵燧巖”（Taconite）。

　　在早期低氧環(huán)境中，地球最早的那批生命大都是厭氧的。氧氣的增加對于這些生活在海洋中的厭氧生物來說是一種災(zāi)難。它們被大批毒死。而此時也有細(xì)菌演化成了好氧菌，利用氧化作用產(chǎn)生的能量比厭氧生物的氫化作用之類產(chǎn)生的能量要大得多，可以支持更大更復(fù)雜的生物體，于是真核生物和多細(xì)胞生物開始出現(xiàn)。

　　從大約5.4億年前的寒武紀(jì)開始，地球大氣中的氧氣含量在15%到30%之間徘徊，到了大約3億年前的石炭紀(jì)末期，氧氣含量達(dá)到了空前絕后的35%。在石炭紀(jì)末期，生活著很多巨大的昆蟲，比如翼展超過一米的巨蜻蜓。有科學(xué)家認(rèn)為，昆蟲沒有哺乳動物那么先進(jìn)高效的循環(huán)系統(tǒng)，只能靠氣管的分支把氧氣輸送到身體各個部位，如果氣管太長，那么氧氣就過不去了，這也是昆蟲不能長得太大的原因之一。而氧濃度較高是巨蜻蜓出現(xiàn)的重要條件。不過，也有科學(xué)家認(rèn)為氧含量和生物的大小沒有直接關(guān)系，石炭紀(jì)末期產(chǎn)生出大昆蟲的原因是爬行動物、哺乳動物和鳥類還沒有來到這個世上。這些后來者具有輕便的內(nèi)骨骼，更高的代謝率，所以更適合長得更大，代替昆蟲成為頂尖捕食者。當(dāng)然，昆蟲也沒有失敗，它們靠強(qiáng)大的生殖能力到現(xiàn)在還是地球的統(tǒng)治者之一。

　　水 溶氧讓魚能“喘氣”

　　一個成年人每分鐘要耗去1.8克到2.4克氧氣。全人類每年要耗去60億噸的氧氣，不過不用擔(dān)心氧氣會用完。地球上有讓氧氣生生不息的“氧循環(huán)”，就是氧元素在大氣圈、生物圈和巖石圈之中的循環(huán)。光合作用把氧氣釋放到大氣里，而呼吸作用和腐敗作用又把氧氣轉(zhuǎn)化成化合物中的氧。好消息是，現(xiàn)在地球上的氧循環(huán)基本處于平衡狀態(tài)，每年有1/2000的氧氣失而復(fù)得，得而復(fù)失。

　　不但在大氣中，自由的氧元素也可以在水中找到，雖然這些自由氧元素在水中大多不是以氣體形式存在，但也可以大略理解成溶于水的氧氣。冷水可以比熱水溶解更多的氧。極地的淺海里充滿生命，而赤道的淺海往往像沙漠一樣荒涼，含氧量的區(qū)別是導(dǎo)致這種差別的原因之一。而過多的藻類和腐敗物質(zhì)在水中會消耗大量的氧，造成水中動物的大量死亡。

　　回到開頭魚會不會淹死的話題。水生生物靠吸收溶解在水中的氧氣來進(jìn)行呼吸，1升水頂多含有10立方厘米的氧氣，而1升空氣的含氧量多達(dá)210立方厘米。但是沒辦法，最初的生物就是在水里出現(xiàn)的，所以它們只能湊合著利用水里那少得可憐的氧氣了。實際上，魚類的鰓也可以利用空氣中的氧氣，不過前提是鰓要保持濕潤。如果鰓干了，就會黏在一起，不能再起到吸氧的作用。彈涂魚大多數(shù)時間呆在水邊的岸上，只把尾巴伸進(jìn)水里。剛開始，生物學(xué)家以為它用尾巴呼吸。最終，他們發(fā)現(xiàn)其實彈涂魚用尾巴把水引到鰓里，以保持其濕潤。

　　很多螃蟹成年后能完全在陸地上生活，因為它們在殼里已經(jīng)攜帶了海水，憑著這些海水就可以讓自己的鰓不干涸。而后來演化程度更高的動物，比如蜘蛛、昆蟲、爬行動物等等，都成功讓喝進(jìn)的水能夠在身體里保存，成功地在身體里營造了一個“海洋環(huán)境”，通過血管吸收從外界吸進(jìn)的氧氣。用肺呼吸的動物能夠吸收利用最多的氧氣，從而具有最大的肌肉力量。即使在海洋中，最有力的動物也是用肺呼吸的鯨。

　　【鏈接】

　　吸氧“三十六計”

　　為了能夠獲取更多的氧氣，很多生物演化出了各種神奇的手段，用“三十六計”般花哨的策略獲得這些“生命之氣”。

　　●無中生有，青蛙長毛

　　1900年，有人在非洲的加蓬抓到了一種長毛的蛙。不久之后，青蛙長毛的秘密終于被揭穿了，原來這些毛并不是毛，而是皮膚上的贅生物。蛙類用皮膚呼吸，而雄性的長毛青蛙因為交配時特別費力氣，所以光靠皮膚吸收的氧氣不夠，于是長出長毛增大接觸空氣的面積。

　　●借刀殺人，鑿壁偷氣

　　寄生于非洲大蝗蟲身上的蜂類幼蟲，能夠穿透寄主的呼吸氣官的支氣管偷取氧氣。

　　●樹上開花，屁股有管

　　有些蜂蠅的幼蟲生活在淤泥中，它的屁股上有一根很長的呼吸管，可以伸到水面上呼吸。

　　●圍魏救趙，網(wǎng)住氣泡

　　水蜘蛛的網(wǎng)織在水下，它可以把腹部伸到水面上，用腹部的絨毛粘住一些空氣，把它們帶到網(wǎng)里。有趣的是，這些氣泡中的氧氣用完了也不用經(jīng)常補(bǔ)充，因為水中的氧氣會通過擴(kuò)散作用進(jìn)到里面去，堪稱一種“自動物理肺”。

　　●釜底抽薪，破植取氧

　　植物的光合作用可以產(chǎn)生氧氣，有一類水下生活的象鼻蟲會咬開植物，直接吸取它產(chǎn)生的氧氣。