氧氣都去哪了？大氧化事件背後隱藏的秘密

氧氣對我們有多重要？包括人類在內的幾乎所有生物都需要氧氣才能生存。我們不吃不喝也許能撐一個星期，但是如果沒有氧氣，大概超不過5分鐘。

也許你不知道，40億年前，當生命第一次出現在地球上的時候，它們是不需要氧氣的，而且，氧氣對它們來說，是不折不扣的毒氣。

氧氣是如何出現的，生命又是如何變得依賴氧氣的呢？我們這次講一下生命發展歷史上的一個重大事件，大氧化事件。大氧化事件導致地球大氣中的氧氣含量迅速上升，同時地球上佔主導地位的生命體，從厭氧生物轉變成了好氧生物。

實際上大氧化事件在歷史上發生了兩次，第一次可以說是氧氣從無到有的過程，而第二次則是氧氣含量突飛猛進的過程。每一次都產生比原有生物大100萬倍的新生物體。

今天呢，我們重點看一看第一次大氧化事件。

大約40億年前，生命在地球上出現了。當時是什麼樣的環境呢，按現在的標準來說，簡直就是地獄。持續不斷的火山爆發，頻繁遭受地外天體碰撞，原始海洋不斷地形成又蒸發，空氣中充滿了二氧化碳、氮氣，甲烷、硫化氫、水蒸氣、以及少量氫氣。

這個時候完全沒有游離氧氣，生命就是在這樣的條件下產生了，它們不需要氧氣就能夠生存。這些生命，我們把它們稱為原核生物，跟今天的大多數生物 – 真核生物 – 相比，它們沒有細胞核，更簡單，更原始，它們利用能量的效率也比真核生物低很多。

然而到了大約24億年前，空氣中的氧氣含量開始增加，從約0.02%增加到了約2~4%，整個過程持續了大約6億年。今天空氣中的氧氣含量是21%。大氧化事件以後，氧氣含量其實也不高，只有現在的1/10，但是就是這麼一點點的氧氣，造成了翻天覆地的變化。導致了當時幾乎所有的厭氧生物死亡，倖存的生物發展出了抵抗和利用氧氣的能力，不斷壯大，直到形成今天的世界。

氧氣的產生原因比較明確，當時出現了一種產生能夠通過光合作用給自己提供能量的生物，它在光合作用的同時會釋放出氧氣，這種生物就是藍細菌。

但是根據化石的研究，藍細菌在大氧化事件之前，也就是大約27億年前就已經出現了，中間隔了整整3億年，那麼為什麼這麼長的時間裡氧氣含量沒有增加呢？這些生產出來的氧氣都去了哪裡？一定是某種原因阻止了氧氣含量的上升。

藍細菌

科學家經過幾十年的研究，發現火山爆發在這當中起了關鍵的作用。

從27億年前開始，地球逐漸冷卻，火山爆發減弱了，由火山爆發釋放出的鎳開始下降了。鎳有什麼用呢，它在一種專門破壞氧氣的細菌中起關鍵作用。這種細菌叫產甲烷菌。產甲烷菌和藍細菌都生活在原始海洋中，它們是競爭關係，並且產甲烷菌一直是佔據優勢的。藍細菌製造氧氣，產甲烷菌製造甲烷，結果甲烷遇到氧氣，生成了二氧化碳，氧氣消失了。

產甲烷菌是嚴重依賴鎳來生存的，用來產生甲烷的一種代謝酶需要鎳。一旦鎳開始減少，產甲烷菌就要死掉，然後甲烷產量減少，氧氣破壞減少，生產氧氣的微生物增多，最後結果是氧氣含量上升。

史密斯甲烷菌

這還沒結束，由於甲烷是一種溫室氣體，它的溫室效應是二氧化碳的23倍。甲烷減少，導致溫室效應降低，地球溫度下降，因此伴隨著大氧化事件出現了另一個地質事件：休倫冰期，時間長達3億年。

在鎳缺乏和低溫的雙重打擊下，厭氧生物幾乎全部滅絕。

另外，一個最新的研究發現，火山噴發會把大量的地球內部的物質噴射到地球表面上來，比如說熔巖、巖石和氣體。因為一直處在缺氧環境下，所以這些巖石、氣體都是還原態的，它們都非常容易和氧氣結合。頻繁地火山爆發不斷地補充還原物質來消耗氧氣。

隨著地球逐漸冷卻，火山活動減弱，還原物質釋放逐漸減少，到距今約24億年的時候終於到達了臨界點，氧氣最終佔了上風，開始逐漸在大氣中聚集。

所以，大氧化事件，是整個地球生命演化的一個轉折點。從這時起，幸運的真核生物開始佔據主導地位，直到今天。

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