说出来你可能不信,我们人类是“厌氧生物”,真正需要氧气的,是我们身体里的线粒体。
它被认为是远古的好氧生物,与厌氧生物进行合作,最终形成了今天的细胞结构。
身体里的线粒体
地球生命的初始版本,是不需要氧气的,氧气浓度上升,并不会让人类的有氧呼吸加强,反而会加速体内线粒体的消耗,最后寿命缩短。
人类的老化过程,其实也就是我们的氧化过程。
那么,地球上的氧气是怎么来的?氧气浓度升高会怎样?哪些生物能适应高浓度氧气含量?
如果长时间持续高氧,地球会怎样?让我们做个设想,假如地球大气的氧气含量突然翻倍,100年后的地球会变成什么样?
现在的人离不开氧气
地球的氧气是怎么来的?
现在地球的大气中,有78%是氮气,21%是氧气,剩下的是其他气体。
然而,这不是地球大气的原始配置,早在大约46亿年前,地球诞生之初,大气中含量最多的是氢气、甲烷、硫化氢和二氧化碳,也就是说那个时候的地球就是一个“臭鸡蛋”。
早期的光合作用,使用的原料是大气中的氢原子,来自甲烷、硫化氢气体,不会产生氧气。
当时的生命,以古菌为主,它们是那个时代的顶级生物。
有顶级生命,那么就有底层生命,当时的一种蓝细菌(又称蓝藻),被古菌压制,它们抢不到空气中的氢原子,面临着灭绝的危险。
蓝藻可不是蓝色
在古菌的压制下,蓝细菌学会了使用水里面的氢原子,这就导致每使用一个水分子,就会有一个氧原子被剩下,两个氧原子结合就形成了一个氧气分子。
起初,氧气遇到了地球上的亚铁离子等被消耗,随着这些物质一一被氧化,地球上再也没有可以消耗氧气的存在了,于是在大约26亿年前,大气中出现了自由状态的氧气。
不起眼的蓝细菌,即将掀起一场风暴,氧气浓度开始增加,这对地球生命来说是从来没有遇到过的事情,很快,氧气就宛如毒气,蔓延了整个地球。
早期生命们在这样的氧化打击下,纷纷败下阵来,包括制造出氧气的蓝细菌。
氧气席卷地球
好在,生命总会找到出路,在氧气的淬炼之下,一种全新的生命拥有了有氧呼吸的能力。
而厌氧生命也发现,最危险的地方,也是最安全的地方,好氧生命周围,是氧气浓度最低的。
于是二者达成了“交易”,逐渐你中有我,我中有你,形成一种细胞结构,这就是我们现在大部分生物的初始形态——线粒体细胞结构。
线粒体 结构
从那一天开始,地球上的生物基本上离不开氧气。是这并不代表氧气越多就越好,如果氧气浓度比较高,会发生什么呢?
氧气浓度升高会怎样?
地球历史上,真的出现过高浓度氧气时代,那就是石炭纪,距今大约3.55亿年至2.95亿年,又被称为“巨虫时代”。
在石炭纪,节肢动物的体型普遍都很大。
宛如鸽子一样大的巨脉蜻蜓,翼展半米的巨型知了,体长70厘米的肺蝎,1米以上的巨型马陆。
石炭纪时期的生物
如果人类穿越到石炭纪,会以为自己看见了异形。
这是因为,节肢动物的呼吸依靠的是身体上的气门,体型越大越能吸收更多的氧气。
气门之间通过神经相连,节肢动物的神经与脊椎动物不一样,传导速度非常慢,跟人类走路的速度差不多。
所以,体型越大的节肢动物,行动也更缓慢。
但是氧气浓度会减小这个劣势,因此石炭纪成为了节肢动物,尤其是昆虫进化的黄金时期。
石炭纪时期的巨型蜻蜓化石
如果现在地球上的氧气浓度翻倍,从21%变为42%,石炭纪的氧气含量最高峰是大约45%,平均浓度35%左右。
也就是说,我们的地球将重回石炭纪。可能一开始会有很多动物无法适应高浓度的氧气,比如人类。
我们对于氧气的要求非常高,一般来说,我们每分钟消耗0.25—0.3升的氧气。
因此健康的氧气浓度只能在19.5%至23.5%,超过或者低于这个值,人体就会有不良反应。
人类离不开氧气
42%的氧气浓度,已经超过了人体承受的极限,人类会氧气中毒。
高浓度氧气会使呼吸中枢出现麻痹,导致人体呼吸停止或者放缓,结果活活憋死在氧气中。
此外,氧气进入人体后,会变成自由基,与细胞内的很多有机物结合,造成细胞的氧化。
我们都见过被氧化的苹果是怎样的,那么我们的细胞就会变成这样。
新鲜苹果和被氧化后的苹果对比
被氧化的细胞寿命会缩短,所以人的寿命也会缩短,氧气翻倍,人类寿命被砍半。
不只是人类,大部分动物都无法摆脱这场氧气浩劫,只不过,地球上的生物不可能完全灭绝。
哪些生物能适应高浓度氧气?
首先从高浓度氧气之下崛起的,是植物。
不容小觑的植物
我们总是关注生物史上的那些霸主,忽略“人畜无害”的植物所隐藏的实力。
历史上有多次灭绝事件都是植物制造出来的,并且拉着一大堆动物陪葬。
比如石炭纪雨林崩溃,就是植物吸干了地层和大气的碳、氮、磷、钾,导致二氧化碳浓度降低,一波全球变冷大部分物种凉凉。
模拟石炭纪雨林
再者,进入新生代之后,由于环境变化,氧气浓度也逐渐降低,低矮的灌木和草取代了森林。
结果很多动物不能吃草,又凉了,植物作为生产者,总是第一波进化。
高浓度的氧气会让很多树长得比原来高,草地也像用了生发水一样变成森林,森林覆盖率翻倍。
高大的树木离不开氧气的供给
植物的繁盛会促使动物的兴旺,节肢动物们再次迎来了自己的时代,巨虫们会再次降临在大地上。
脊椎动物中,鸟类将成为代表,重现荣光,这是因为鸟类有气囊系统,这能帮助它们在缺氧或者高氧的情况下,适应环境。
不过哺乳动物就比较悲催了,因为氧气浓度增加对哺乳动物来说是致命的,很多哺乳动物可能抗不过最初,导致幸存下来的都是小体型,这让节肢动物和鸟类有机会抢占一些空缺的生态位。
值得注意的是,脊椎动物不会因为氧气浓度的增加而体型变大,只有陆地节肢动物才会如此。
而且它们的长大也是有极限的,历史上最大的节肢动物是莱茵耶克尔鲎,体长2米,但是它只能食腐,不能成为积极的掠食者。
莱茵耶克尔鲎 已经灭绝
如果高氧环境持续的时间很久,那么最后还是脊椎动物的天下。
长时间后地球会变成什么样子?
如果高氧环境持续100年,那么这段时间是生物们的适应阶段。
人类会成为第一个出局的物种,处于食物链的顶端,受到的打击是最大的。
这一时期,哪怕是节肢动物也过得不好,因为地球已经维持原先的21%含量太久。
大家都需要时间来缓解高氧带来的副作用,只不过有些物种缓着缓着就直接成为历史了。
不敢想象高度氧气的地球
适应期不止100年这么短,可能这场自然选择会持续上万年,直到地球上的生物都能适应高含量的氧气。
生物熬过了适应期,那么接下来就是它们繁盛的阶段。
人类的出局,让地球的空间瞬间多了起来,城市被绿色植物覆盖,参天大树再次遍布陆地。
除了建筑能代表人类来过,其他人类的痕迹会被慢慢瓦解。
巨型的昆虫会飞过天空,但是它们不会制霸天空,因为鸟类还在,食虫的哺乳动物还在。
或许巨型蜻蜓有一次登上历史舞台
总之,这场氧气含量增加,只有人类受到的伤害最大,真正的“只有人类受伤的世界”。
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