說出來你可能不信,我們人類是“厭氧生物”,真正需要氧氣的,是我們身體裡的線粒體。
它被認為是遠古的好氧生物,與厭氧生物進行合作,最終形成了今天的細胞結構。
身體裡的線粒體
地球生命的初始版本,是不需要氧氣的,氧氣濃度上升,并不會讓人類的有氧呼吸加強,反而會加速體内線粒體的消耗,最後壽命縮短。
人類的老化過程,其實也就是我們的氧化過程。
那麼,地球上的氧氣是怎麼來的?氧氣濃度升高會怎樣?哪些生物能适應高濃度氧氣含量?
如果長時間持續高氧,地球會怎樣?讓我們做個設想,假如地球大氣的氧氣含量突然翻倍,100年後的地球會變成什麼樣?
現在的人離不開氧氣
地球的氧氣是怎麼來的?現在地球的大氣中,有78%是氮氣,21%是氧氣,剩下的是其他氣體。
然而,這不是地球大氣的原始配置,早在大約46億年前,地球誕生之初,大氣中含量最多的是氫氣、甲烷、硫化氫和二氧化碳,也就是說那個時候的地球就是一個“臭雞蛋”。
早期的光合作用,使用的原料是大氣中的氫原子,來自甲烷、硫化氫氣體,不會産生氧氣。
當時的生命,以古菌為主,它們是那個時代的頂級生物。
有頂級生命,那麼就有底層生命,當時的一種藍細菌(又稱藍藻),被古菌壓制,它們搶不到空氣中的氫原子,面臨着滅絕的危險。
藍藻可不是藍色
在古菌的壓制下,藍細菌學會了使用水裡面的氫原子,這就導緻每使用一個水分子,就會有一個氧原子被剩下,兩個氧原子結合就形成了一個氧氣分子。
起初,氧氣遇到了地球上的亞鐵離子等被消耗,随着這些物質一一被氧化,地球上再也沒有可以消耗氧氣的存在了,于是在大約26億年前,大氣中出現了自由狀态的氧氣。
不起眼的藍細菌,即将掀起一場風暴,氧氣濃度開始增加,這對地球生命來說是從來沒有遇到過的事情,很快,氧氣就宛如毒氣,蔓延了整個地球。
早期生命們在這樣的氧化打擊下,紛紛敗下陣來,包括制造出氧氣的藍細菌。
氧氣席卷地球
好在,生命總會找到出路,在氧氣的淬煉之下,一種全新的生命擁有了有氧呼吸的能力。
而厭氧生命也發現,最危險的地方,也是最安全的地方,好氧生命周圍,是氧氣濃度最低的。
于是二者達成了“交易”,逐漸你中有我,我中有你,形成一種細胞結構,這就是我們現在大部分生物的初始形态——線粒體細胞結構。
線粒體 結構
從那一天開始,地球上的生物基本上離不開氧氣。是這并不代表氧氣越多就越好,如果氧氣濃度比較高,會發生什麼呢?
氧氣濃度升高會怎樣?地球曆史上,真的出現過高濃度氧氣時代,那就是石炭紀,距今大約3.55億年至2.95億年,又被稱為“巨蟲時代”。
在石炭紀,節肢動物的體型普遍都很大。
宛如鴿子一樣大的巨脈蜻蜓,翼展半米的巨型知了,體長70厘米的肺蠍,1米以上的巨型馬陸。
石炭紀時期的生物
如果人類穿越到石炭紀,會以為自己看見了異形。
這是因為,節肢動物的呼吸依靠的是身體上的氣門,體型越大越能吸收更多的氧氣。
氣門之間通過神經相連,節肢動物的神經與脊椎動物不一樣,傳導速度非常慢,跟人類走路的速度差不多。
所以,體型越大的節肢動物,行動也更緩慢。
但是氧氣濃度會減小這個劣勢,因此石炭紀成為了節肢動物,尤其是昆蟲進化的黃金時期。
石炭紀時期的巨型蜻蜓化石
如果現在地球上的氧氣濃度翻倍,從21%變為42%,石炭紀的氧氣含量最高峰是大約45%,平均濃度35%左右。
也就是說,我們的地球将重回石炭紀。可能一開始會有很多動物無法适應高濃度的氧氣,比如人類。
我們對于氧氣的要求非常高,一般來說,我們每分鐘消耗0.25—0.3升的氧氣。
因此健康的氧氣濃度隻能在19.5%至23.5%,超過或者低于這個值,人體就會有不良反應。
人類離不開氧氣
42%的氧氣濃度,已經超過了人體承受的極限,人類會氧氣中毒。
高濃度氧氣會使呼吸中樞出現麻痹,導緻人體呼吸停止或者放緩,結果活活憋死在氧氣中。
此外,氧氣進入人體後,會變成自由基,與細胞内的很多有機物結合,造成細胞的氧化。
我們都見過被氧化的蘋果是怎樣的,那麼我們的細胞就會變成這樣。
新鮮蘋果和被氧化後的蘋果對比
被氧化的細胞壽命會縮短,所以人的壽命也會縮短,氧氣翻倍,人類壽命被砍半。
不隻是人類,大部分動物都無法擺脫這場氧氣浩劫,隻不過,地球上的生物不可能完全滅絕。
哪些生物能适應高濃度氧氣?首先從高濃度氧氣之下崛起的,是植物。
不容小觑的植物
我們總是關注生物史上的那些霸主,忽略“人畜無害”的植物所隐藏的實力。
曆史上有多次滅絕事件都是植物制造出來的,并且拉着一大堆動物陪葬。
比如石炭紀雨林崩潰,就是植物吸幹了地層和大氣的碳、氮、磷、鉀,導緻二氧化碳濃度降低,一波全球變冷大部分物種涼涼。
模拟石炭紀雨林
再者,進入新生代之後,由于環境變化,氧氣濃度也逐漸降低,低矮的灌木和草取代了森林。
結果很多動物不能吃草,又涼了,植物作為生産者,總是第一波進化。
高濃度的氧氣會讓很多樹長得比原來高,草地也像用了生發水一樣變成森林,森林覆蓋率翻倍。
高大的樹木離不開氧氣的供給
植物的繁盛會促使動物的興旺,節肢動物們再次迎來了自己的時代,巨蟲們會再次降臨在大地上。
脊椎動物中,鳥類将成為代表,重現榮光,這是因為鳥類有氣囊系統,這能幫助它們在缺氧或者高氧的情況下,适應環境。
不過哺乳動物就比較悲催了,因為氧氣濃度增加對哺乳動物來說是緻命的,很多哺乳動物可能抗不過最初,導緻幸存下來的都是小體型,這讓節肢動物和鳥類有機會搶占一些空缺的生态位。
值得注意的是,脊椎動物不會因為氧氣濃度的增加而體型變大,隻有陸地節肢動物才會如此。
而且它們的長大也是有極限的,曆史上最大的節肢動物是萊茵耶克爾鲎,體長2米,但是它隻能食腐,不能成為積極的掠食者。
萊茵耶克爾鲎 已經滅絕
如果高氧環境持續的時間很久,那麼最後還是脊椎動物的天下。
長時間後地球會變成什麼樣子?如果高氧環境持續100年,那麼這段時間是生物們的适應階段。
人類會成為第一個出局的物種,處于食物鍊的頂端,受到的打擊是最大的。
這一時期,哪怕是節肢動物也過得不好,因為地球已經維持原先的21%含量太久。
大家都需要時間來緩解高氧帶來的副作用,隻不過有些物種緩着緩着就直接成為曆史了。
不敢想象高度氧氣的地球
适應期不止100年這麼短,可能這場自然選擇會持續上萬年,直到地球上的生物都能适應高含量的氧氣。
生物熬過了适應期,那麼接下來就是它們繁盛的階段。
人類的出局,讓地球的空間瞬間多了起來,城市被綠色植物覆蓋,參天大樹再次遍布陸地。
除了建築能代表人類來過,其他人類的痕迹會被慢慢瓦解。
巨型的昆蟲會飛過天空,但是它們不會制霸天空,因為鳥類還在,食蟲的哺乳動物還在。
或許巨型蜻蜓有一次登上曆史舞台
總之,這場氧氣含量增加,隻有人類受到的傷害最大,真正的“隻有人類受傷的世界”。
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