今天我们必不可缺的氧气，曾“毒”死地球上99%生命！
氧气改变了大气环境，演化出了我们现在的世界。
众所周知，氧气是植物通过光合作用释放出来的。一些植被茂密、氧气含量大的森林区域也会被人们称为“森林氧吧”，比如说世界上最大的雨林—亚马逊雨林就有着“地球之肺”的美誉。
亚马逊雨林，图片来源 Veer图库
但是你们知道吗，地球上的大部分氧气来源其实并不是树木，而是海洋中的浮游生物。
这些浮游生物虽然很微小，但却是海洋生命支撑系统关键部分。更为重要的是，通过光合作用，它们每年产生了地球上一半的氧气。
那么有些朋友可能就会问了，地球上最早是没有生物的，那最早的时候，地球的氧气是来源于哪里呢？
下面就跟着蝌蚪君一起来探寻一下氧气的产生史吧！
无氧的地球，生命的摇篮
地球有着约46亿年的历史，但是在其诞生后的约一半的时间内，大气里的氧气含量都是极少的。
那时候氧气的主要来源，是原始大气被阳光照射时从二氧化碳和水分子中分离出来氧。
与直觉相违背的是，其实并不是有氧气才有生命，氧气其实是生命的产物。
这是因为氧气的化学性质较为活泼，游离状态的氧很容易就被岩石中的铁以及火山爆发喷出的氢吸收掉了。
因此，在生命产生的早期，地球上的生物基本上全是厌氧生物，氧气对它们来说是“毒气”。
而现在我们之所以会生活中有氧环境中，主要归功于小小的蓝藻在几十亿年前掀起的那场“氧气革命”。
蓝球藻（蓝藻的一种），图片来源网络
第一次大氧化事件：生命的毁灭与重生
我们通常对光合作用的定义是植物利用太阳能，将二氧化碳和水转化为储存能量的有机物，并释放氧气的过程。
但其实，光合作用分为产氧光合作用和不产氧的光合作用。根据迄今发现的最早的化石，地球生命大约出现在34.9亿年前。之后不久，不产氧光合作用出现，而产氧光合作用直到大约24亿年前才出现。
小贴士：事实上，严格来说蓝藻也并不是植物，它是类似于细菌的一种生物，被称为蓝细菌更为合适，蓝藻只是一种习惯的称呼。
主流观点认为，在24亿年前，蓝藻开始进行产氧光合作用，它们利用水、二氧化碳和阳光制造食物，并在这一过程中产生大量的有毒的副产品——氧气。
在产氧光合作用出现后的一段时间里，新生成的氧气还能够被岩石中的铁和大气中的氢等元素吸收。但是由于地球上的火山活动暂时性地减少等种种机缘巧合，氧元素渐渐能够以游离的氧气形式存在于大气中。
与此同时，越来越多岩石表面的铁和磷被氧化后，随着雨水冲刷进入了海洋，海水的富营养化进一步促进了蓝藻的繁殖和生长。
这一正反馈使得地球氧气含量急剧增加，大气成分因此而改变，史称第一次大氧化事件。
从大约23亿年前到18.5亿年前，大气中的氧气浓度从0.02%上升到了4%（现在是21%）。
图片来源 zhihu
第一次大氧化事件对于当时的地球生命来说绝对是灾难性的事件，它直接导致了当时地球上超过99%的生命死亡，其惨烈程度与六千多万年前的恐龙灭绝相比有过之而无不及。
厌氧生物原本是按照硫化反应等化学反应来吸收能量，但是这种反应的效率与氧化反应相比要低很多。于是幸存的微生物进化出了有氧呼吸这一形式，我们现在所知的破伤风杆菌等厌氧细菌都是那次灭绝的幸存者。
但同时，伴随着原核生物的“退居二线”，更高级的真核生物开始在生命的舞台上大放异彩，由此开启了通向人类出现的演化历程。
值得一提的是，几乎是在第一次大氧化事件发生的同时，地球进入了长达四亿年，也是地球历史上最长的一次冰期——休伦冰期。而导致休伦冰期产生的一个关键因素就是大氧化事件。
图片来源 sohu
这是因为蓝藻产生氧气的同时吸收了大气中的二氧化碳，而产生的氧气又将大气中的甲烷给氧化了。
我们都知道二氧化碳和甲烷都是温室气体，这两种温室气体的减少使得地球大气的保温效果大大下降。
休伦冰期加上大氧化事件差点把地球上的生命一波带走，但好在后来火山等地质活动又重新活跃了起来，火山喷发带来的甲烷和二氧化碳又将地球重新“加热”，地球上的生命得以逃过一劫。
第二次大氧化事件：进化的催化剂
研究表明，在第一次大氧化事件之后，地球又再一次进入了为期十几亿年的低氧环境期，一直持续到了第二次大氧化事件。
科学界对此提出了一个“有机碳库模型”，该模型的主要理论是，前寒武纪海洋表层透光带内进行光合作用的微生物主要是原核生物，这些微生物死亡后的有机质易氧化降解，如同一个巨大沼泽，不断消耗着海水中氧气，从而导致了海水的缺氧。
这一状况直到第二次大氧化事件才得到好转。
科学家们认为促使第二次大氧化事件的主要原因是大规模的造山运动将大量富含硫酸盐的蒸发岩矿物风化剥蚀后送入海洋，而具有氧化性的硫酸盐通过硫酸盐还原菌，氧化了海里的有机质，形成黄铁矿并“封存”了起来。
这导致海里的有机碳库迅速减少，同时排出的二氧化碳又导致了温室效应，大气升温后加强了陆地的风化作用向海里输入硫酸盐的数量，这一正反馈使得大气中氧气的再次迅速上升（有没有感觉很熟悉，第一次大氧化事件也是依靠的正反馈哦）。
再加上其他的一些辅助原因，最终促成了第二次大氧化事件的发生。
这是生物进化史上一个里程碑式的事件，它吹响了古老的地球生命向现代生物圈进化的冲锋号。有科学家认为，寒武纪生命大爆发就与第二次大氧化事件密切相关。
在寒武纪生命大爆发之后，地球上的氧气含量就在10%到35%之间变动，在距今约3亿年前的时候，大气中的氧含量达到了35%的峰值。
此后，地球上氧气含量又逐步下降，直到稳定在今天的21%左右。
说起来，我们还要感谢小小的蓝藻，没有它在数十亿年前坚持不懈地制造氧气，有没有我们人类还是另一说。
氧气改变了大气环境，也促使生物登上陆地，演化出了我们现在的这个充满生机的世界。
图片来源 pixabay
我们也不得不感叹现在这个世界的珍贵，如果当时的蓝藻没有竞争过其他的厌氧生物，如果没有恰到好处的地质活动结束了休伦冰期，如果没有第二次大氧化事件......如果没有那么多的“巧合”，我们现在的地球又会是怎样一番光景呢？
审核专家：朱广思，生物学硕士，北京科普作协会员
