氧氣“發家史”: 它無處不在，但它從何而來？

2005年阜康礦難的生還者王樹友正在吸氧以維持生命。（圖片來源：新華網）

氧氣對人類來說不可或缺，意義重大。氧氣無色、無形、無味，並且無處不在。大多數時間我們察覺不到它的存在，但如果沒了氧氣，我們可能連兩分鐘都活不下去。

氧氣在誕生伊始時，並沒有做到“家大業大”。據中國科技網報道，早期的地球上沒有生命跡象，卻存在少量氧氣（即穩定的基態氧分子），顯然，這些氧氣是不可能通過現在人們所熟知的植物的光合作用而產生的。那麼問題來了：早期的氧氣究竟來源於何處呢？據此，科學家給了我們幾種假說。

關於氧氣起源的猜想

首先，咱們教科書上對地球早期的氧氣來源作出了這樣的解釋：二氧化碳分子在紫外線的照射下，能夠生成一氧化碳分子和氧原子﹔兩個氧原子在催化劑的作用下，繼續生成氧分子。

2013年，科研人員研究了變成化石的固醇，這是一種遠古真菌利用極低濃度的氧氣才能生成的有機化合物。據此，他們推測遠古時期的地球上已經有氧氣存在。

據新華社報道，2015年，中國科學技術大學田善喜教授及其研究團隊發現，在地球早期的大氣環境中，存在較多的二氧化碳和低能量電子。這些二氧化碳分子可以捕獲低能電子並發生化學反應，產生碳原子負離子和自由的氧原子或氧分子。經過進一步試驗，他們發現，氧分子隻有在特定的能量范圍內才能產生，而且，作為反應產物的自由氧原子也可能結合為氧分子。

2016年，據環球網報道，日本大阪產業大學等研究團隊於6月公布了他們的研究成果，觀測到了早期宇宙形成時期的氧。該研究表明，宇宙大爆炸后，氧並沒有馬上出現，而是形成於后來出現的星體內部，並通過星體的爆炸而釋放到了宇宙中。

細菌與大氧化事件

產甲烷菌和藍細菌對於地球早期的氧氣誕生有重要的貢獻，在地球上，它們可謂是“元老”級別的存在。產甲烷菌是厭氧微生物，以金屬鎳為食物來源，能制造大量的甲烷﹔至於藍細菌，其別名又叫藍藻或藍綠藻，是最早的太陽能“收割機”，借助太陽能，它能利用二氧化碳和水生成氧氣和有機物，這一過程也就是人們熟知的光合作用。

不過，盡管藍細菌一直在努力地產出氧氣，由於它們的數量敵不上產甲烷菌的數量，因此它們釋放出來的氧氣隻能被數量更多的甲烷所消耗。氧氣無處可逃，一出生就夭折了。

然而，歷史總是充滿了戲劇性的轉折。大約在25億年前，地殼降溫，地球上的鎳含量急劇減少，沒有了食物來源的產甲烷菌也隨之減少。但這對氧氣來說，卻是個好消息。空氣中的氧終於脫離了甲烷的“魔爪”，逃脫了總是被破壞的厄運。之后，空氣中的氧含量大幅提升。

對厭氧微生物來說，氧氣是它們的克星﹔而對地球而言，氧氣孕育了新的生命。隨著氧氣“勢力壯大”，它所特有的性質——高活性，使其成為一種新的能量來源。地球上開始進化出了諸如大腸杆菌之類的需氧微生物，生物的演化也進入了一個全新的階段，復雜的人類生命也由此誕生。（鄭斌）

本文由中國科協原科普部副巡視員朱向平進行科學性把關。