[科普中国]-氧气“发家史”: 它无处不在，但它从何而来？

2005年阜康矿难的生还者王树友正在吸氧以维持生命。（图片来源：新华网）

氧气对人类来说不可或缺，意义重大。氧气无色、无形、无味，并且无处不在。大多数时间我们察觉不到它的存在，但如果没了氧气，我们可能连两分钟都活不下去。

氧气在诞生伊始时，并没有做到“家大业大”。据中国科技网报道，早期的地球上没有生命迹象，却存在少量氧气（即稳定的基态氧分子），显然，这些氧气是不可能通过现在人们所熟知的植物的光合作用而产生的。那么问题来了：早期的氧气究竟来源于何处呢？据此，科学家给了我们几种假说。

关于氧气起源的猜想

首先，咱们教科书上对地球早期的氧气来源作出了这样的解释：二氧化碳分子在紫外线的照射下，能够生成一氧化碳分子和氧原子；两个氧原子在催化剂的作用下，继续生成氧分子。

2013年，科研人员研究了变成化石的固醇，这是一种远古真菌利用极低浓度的氧气才能生成的有机化合物。据此，他们推测远古时期的地球上已经有氧气存在。

据新华社报道，2015年，中国科学技术大学田善喜教授及其研究团队发现，在地球早期的大气环境中，存在较多的二氧化碳和低能量电子。这些二氧化碳分子可以捕获低能电子并发生化学反应，产生碳原子负离子和自由的氧原子或氧分子。经过进一步试验，他们发现，氧分子只有在特定的能量范围内才能产生，而且，作为反应产物的自由氧原子也可能结合为氧分子。

2016年，据环球网报道，日本大阪产业大学等研究团队于6月公布了他们的研究成果，观测到了早期宇宙形成时期的氧。该研究表明，宇宙大爆炸后，氧并没有马上出现，而是形成于后来出现的星体内部，并通过星体的爆炸而释放到了宇宙中。

细菌与大氧化事件

产甲烷菌和蓝细菌对于地球早期的氧气诞生有重要的贡献，在地球上，它们可谓是“元老”级别的存在。产甲烷菌是厌氧微生物，以金属镍为食物来源，能制造大量的甲烷；至于蓝细菌，其别名又叫蓝藻或蓝绿藻，是最早的太阳能“收割机”，借助太阳能，它能利用二氧化碳和水生成氧气和有机物，这一过程也就是人们熟知的光合作用。

不过，尽管蓝细菌一直在努力地产出氧气，由于它们的数量敌不上产甲烷菌的数量，因此它们释放出来的氧气只能被数量更多的甲烷所消耗。氧气无处可逃，一出生就夭折了。

然而，历史总是充满了戏剧性的转折。大约在25亿年前，地壳降温，地球上的镍含量急剧减少，没有了食物来源的产甲烷菌也随之减少。但这对氧气来说，却是个好消息。空气中的氧终于脱离了甲烷的“魔爪”，逃脱了总是被破坏的厄运。之后，空气中的氧含量大幅提升。

对厌氧微生物来说，氧气是它们的克星；而对地球而言，氧气孕育了新的生命。随着氧气“势力壮大”，它所特有的性质——高活性，使其成为一种新的能量来源。地球上开始进化出了诸如大肠杆菌之类的需氧微生物，生物的演化也进入了一个全新的阶段，复杂的人类生命也由此诞生。（郑斌）

本文由中国科协原科普部副巡视员朱向平进行科学性把关。