為什么地球生命進化,依賴于氧氣而不是氮氣?

地球的年夜氣由很多氣體構成, 包羅氮氣、氧氣、氬氣、二氧化碳和其他幾種微量氣體, 如氙氣、甲烷、氪氣、氫氣和水蒸氣 。 按照體積分數來算, 那么78.08%的年夜氣是由氮氣組成的 。 顯然, 氮氣是地球年夜氣中最豐碩的氣體 。 比擬之下, 太陽系其他行星上的年夜氣當作分與我們是紛歧樣的 。
另一方面, 氧氣是地球生命必不成少的關頭身分之一, 它是地球年夜氣中第二豐碩的氣體, 其體積占年夜氣的近20.95% 。 若是細心想想, 這是不是有點奇異?地球上的生命幾乎都進化當作順應年夜氣中第二豐碩的氣體, 而不是最豐碩的氣體 。 這背后的原因是什么?
在回覆這個問題之前, 先來領會一下氮氣 。
氮氣是不變氣體

為什么地球生命進化,依賴于氧氣而不是氮氣?



氮氣的電子式
氮氣是一種不變氣體, 這意味著氮氣不會很輕易地與其他物質發生反映 。 這是因為一個氮氣分子中的兩個氮原子形當作了共價三鍵, 這種化學鍵很是不變, 很難被打斷而發生化學反映 。 正因為如斯, 氮氣凡是被用于其他反映的庇護氣體 。 對于不變的氮氣, 只有閃電或者是特定的固氮細菌才可以或許打斷氮氮三鍵 。
另一方面, 與氮氣比擬, 氧氣很是活躍, 它可以介入很多生物化學過程以撐持地球上的生命 。 這就是為什么氧氣天然而然當作為生命的撐持者, 固然它不是地球上最豐碩的氣體 。 不外, 并非所有的地球生命都依靠于氧氣 。
【為什么地球生命進化,依賴于氧氣而不是氮氣?】年夜氧化事務
幾十億年前, 地球并不是此刻的樣子, 至少那時年夜氣中的氣體種類與此刻比擬很紛歧樣 。 那時沒有蟲豸, 沒有動物, 甚至連植物都沒有 。 在那些日子里, 絕年夜部門的生命都是微生物, 好比細菌, 它們都被限制在海洋中 。 在阿誰期間發展的細菌是無氧的, 這意味著它們在不利用氧氣的環境下進行新陳代謝 。
為什么地球生命進化,依賴于氧氣而不是氮氣?



藍藻細菌

然而, 后來發生了一次年夜爆發, 地球上一切生命都改變了 。 地球上年夜規模呈現藍藻細菌, 或者叫藍綠藻, 它們把太陽光轉化為能量, 并釋放氧氣 。 更具體地說, 它們可以進行光合感化 。
那時辰, 地球年夜氣中沒有像今天如許擁有含量很高的氧氣 。 地球所擁有的一點氧氣要么與礦物質連系, 要么被鎖在水分子里 。 跟著藍藻的年夜量滋生, 地球上的氧氣供給呈指數增加 。 對絕年夜大都厭氧細菌來說, 氧氣是有毒的, 所以因為年夜氣中氧氣猛增而起頭年夜規模滅亡 。 這就是年夜氧化事務, 發生在年夜約25億年前的泰初代末期 。
為什么地球生命進化,依賴于氧氣而不是氮氣?



竣事于25億年前的泰初代地球想象圖
年夜氧化事務之后, 年夜量的厭氧微生物滅亡, 而氧氣很快就在年夜氣中起頭儲蓄積累 。 此時, 其他更復雜的生命形式起頭進化, 從而使氧氣當作為生命的“燃料” 。
是以, 提問“氮氣含量那么多, 為什么我們沒有進化為利用氮氣而是氧氣?”就像問“海水那么多, 為什么我們開辟的汽車不是用海水而是汽油?”就像海水不克不及使汽車運行一樣, 我們不克不及依靠氮氣保存, 因為我們的身體不是這么“設計”的 。

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