杨冬

    今天，人们对氧气的存在已经习以为常。如果把时钟拨回到几十亿年前，回到生命刚刚在地球上立足的时代，我们会发现那时地球上根本没有氧气，地球大气的主要成分是甲烷、二氧化碳、水蒸气等。虽然地球上没有氧气，但宇宙中存在大量的氧元素。在衰老恒星的演化过程中，恒星核心通过核聚变合成了氧，所以宇宙中氧的含量还是比较丰富的，仅次于氢和氦。不过，因为氧特别容易和其他元素发生化学反应，所以绝大部分的氧是以某种化合物的形式存在。这类化合物被称为氧化物，其中最常见的就是水(H2O)。

    据科学家推测，在地球诞生的早期，其表面有大量的水。也就是说，在几十亿年前的地球上，已经形成了浩瀚的海洋，但是没有氧气。地球上演化出的第一批生物从未见过氧气，它们通过无氧呼吸获取能量，同时利用化学能合成身体所需的有机物，其中一类化学能来自海底火山口。科学家通过研究海底火山口发现，其喷发的物质为周围的厌氧微生物提供了化学能。在这些微生物的基础上，一个生机勃勃的生态系统逐渐在海洋深处形成，虾、贝壳、管虫等多种生物生活于其中。因此，可以推测，在远古时代，一些海底火山口附近也同样存在由各种微生物组成的生态系统，它们可能是最早的地球居民。藍细菌开启“大氧化”时代

    与仅存在于海底火山口的化学能相比，太阳能是地球上更为普遍的能源来源。现在，地球上的大部分生物依赖太阳能生存和繁衍。例如，植物可以利用太阳能将二氧化碳转变成有机物，这一过程就是光合作用。为了将二氧化碳转变为有机物就要设法还原二氧化碳，给二氧化碳提供电子。细胞中进行光合作用的叶绿体可被视作一个“泵站”，它利用太阳能提供的能量(类似于抽水泵利用电作为能量)，从某个电子供体中抽取电子提供给二氧化碳。在距今约30亿年前，蓝细菌(也称蓝藻)“发明”了利用水作为电子供体支持光合作用的“技术”。也就是说，蓝细菌利用太阳能将水的氧原子的电子夺走，再传递给二氧化碳。这一过程必然伴随着水被不断地裂解并释放出氧气。所以，随着蓝细菌的繁殖，氧气就被源源不断地释放出来。一开始，氧气刚刚释放出来就会被消耗掉，这是因为氧气会与当时地球上还普遍存在的还原性物质(如氢气、铁等)进行反应，从而又回到了某种化合物的形态 ......