氧气就是“慢性毒药”(氧气是一种慢性毒素)

氧气就是“慢性毒药”, 地球大气的主要成分是78%的氮气、21%的氧气,剩下的1%是二氧化碳、一氧化二氮和其他气体。氧气作为地球大气中最常见的气体之一,是维持生命存在所必需的,但也会对生物造成伤害。

所以可以算是慢性毒药。在氧气存在的情况下,生物体的细胞呼吸过程中会产生自由基。这些自由基会攻击生物体的蛋白质、脂肪、DNA等分子,造成细胞损伤,从而增加生物体患病的风险。

长期暴露在高氧环境中,还可能导致人类和其他生物的衰老和死亡。相比之下,氮气是一种相对惰性的气体,不容易与其他物质发生反应,不具备氧气的强氧化性。那么为什么在生物进化中没有选择无毒氮呢?

氧气是一种慢性毒素

要回答这个问题,我们需要从生物进化的角度来看。生物是通过漫长的进化过程逐渐形成的,其存在和进化与地球环境的变化密切相关。生命起源之初,地球的大气成分与现在大不相同,缺乏自由氧。

根据科学家的推测,最早的生命形式可能是一些原核生物,它们可以在没有氧气的情况下进行代谢活动,并利用各种化学反应产生能量。这些生物不需要氧气,因为它们没有细胞器(如线粒体)来呼吸。

而是通过一些简单的代谢途径从周围环境中获取能量。

自由基

随着生物的进化,地球大气中氧气的含量逐渐增加。转折点是25亿年前的大氧化事件,当时氧气开始在地球上涌动。

事实上,这一事件是地球上第一次大灭绝。随着大气中氧气浓度的增加,氧气的毒性开始显现。这次大氧化事件导致了世界上99%的生物死亡。然而,这个过程,

是地球生命形态从低端走向高端的必经之路。一些原核生物开始通过光合作用产生氧气,逐渐增加了氧气的含量。随着时间的推移,生命开始逐渐进化成线粒体等细胞器,进而形成真核生物。

线粒体是细胞中呼吸的细胞器,需要氧气提供能量。因此,氧气成为维持生命活动的必要气体之一。

氧气是一种慢性毒素

相比之下,氮在生物进化过程中的作用相对较小。虽然氮气是地球大气中含量最丰富的气体之一,但它并不参与生物的代谢活动。氮的化学惰性使它很难被使用。虽然生物可以利用氮来合成蛋白质,

但是他们不直接使用氮气。另一个原因是氮化合物的化学键相对稳定,需要较高的能量才能破坏它们,释放出氮。这意味着利用氮作为生物的能量来源和代谢受体,成本会更高。恰恰相反,

氧的化学键比氮和氮化合物更容易断裂,释放出更多的能量,更容易被生物利用。

液氮

此外,氮气具有高惰性和非反应性。这意味着生物不能直接利用氮来合成生命所需的有机分子。相反,氮必须经过一系列复杂的化学反应才能转化为生物可利用的氮化合物,如氨和硝酸盐。

这些反应需要特殊的酶和其他生物催化剂来催化,并且需要较高的价格来维持氮在生物体内的循环和利用。

另外,虽然大气中氮的浓度很稳定,在78%左右。然而,在地球形成之初,甚至在生命最初出现之后,氮的含量并不高。氮之所以有今天的含量标准,主要原因是在生命出现后的几十亿年里,

地球上的微生物和植物逐渐发展进化,固定更多的氮并释放到大气中,使地球大气中的氮含量逐渐增加。所以氧气的出现首先创造了高等生命,增加了氮的量。

氧气是一种慢性毒素

综上所述,氮气虽然是地球大气中含量最丰富的气体之一,但对于生物来说,并不是理想的能源和电子受体。相反,氧气更容易利用,因为它的化学键更容易断裂,释放出更多的能量,这样地球就可以孕育出更高级的生命形式。

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