如果氧气突然暴增,地球会变成什么样子?
最明显的变化是生物巨型化,大约3亿年前,氧气占空气的35%。蜻蜓作为一类最古老的昆虫,大约3亿5千万年前进化出现的,从化石中得知蜻蜓的体积要大得多,因为它们受益于氧含量的增加,那时候的蜻蜓的翼展大约有2.5英尺。这就是为什么有大型动物如猛犸象和恐龙的原因。随着氧气水平下降,大尺寸的动物不复存在。所以如果氧气加倍,动物也会变大,这将导致地球的动物回归到史前阶段。
因为多数生物都依赖氧气,较高的氧气含量听起来很不错,我们想当然地认为高含量氧气是“好”的,因为我们太依赖它了,但氧气是极其活泼的。想想当火灾突然变得更多更大无法控制时的情况
氧气是如此的活跃,它会对活组织造成重大的伤害,高氧气含量影响最大的是人类寿命会减短,自由基(即O2-)被认为会通过氧化应激加剧老化过程,这干扰了许多细胞生理生化过程:蛋白质的合成、DNA复制、细胞间信号传递,也被认为是导致多发性硬化症、老年病、帕金森病和其他许多疾病的原因。氧气,生命的能量气体来源,也是生命退化,疾病,并最终死亡的来源。
氧气的双刃特性被称为氧悖论。一方面,氧赋予了生命的能量。没有氧气,活细胞虽然可以通过厌氧代谢(无空气的无氧方式)从葡萄糖分子中提取能量。然而,在有氧气条件存在下,人体可以从相同数量的葡萄糖分子中提取16倍无氧条件下的能量。考虑到人类的能量需求,没有氧气意味着死亡。大脑中的神经元特别敏感,即使是几分钟的缺氧,也会导致神经元的快速死亡。
另一方面,氧气具有极强的腐蚀性。一辆崭新的汽车,在有氧气条件下最终会锈成一堆灰尘。氧气破坏食物,使食物变质。自由基学的基本观点是,如果有机会,氧气就会破坏人体的分子成分,就像它锈金属和燃烧建筑物一样。最具破坏性的是,氧与氢结合在一起,形成各种不稳定和高活性的自由基分子,以及其他活性氧自由基(ROS)。在这些有毒的ROS形式中,氧会系统地破坏细胞的DNA、酶、蛋白质和细胞膜。这是氧气的暗面任何在48小时内呼吸纯氧的人都会死亡,这是氧气对肺组织造成损害的受害者。
我们能够在地球的大气层生存下去,很大原因是因为惰性氮气稀释了我们呼吸的氧气,而身体已经形成了应对机制,以应对这种低水平的氧气的破坏性影响。
如果地球上氧气暴增,对于现在的生物圈将是一个巨大的颠覆,现在地球上的生物会大洗牌,至于物种会不会大爆发,不敢下结论。
现在的生态环境是一个相对稳定的环境,但是这一环境下的生物,对于环境变化来说都是很脆弱的。地球氧气含量21%已经有了很久的历史,各种生物都已经适应了所处的环境。不用说太大的变化,平原的人上高原会感觉缺氧,会有高原反应,这是因为高原氧含量比平原略低,同样的,高原生活的人下到平原,也会“醉氧”,因为低氧地区的生物,体内红细胞携氧能力强。所以,如果地球氧含量微量增加,大部分生物会有“醉氧”的表现,不过经过一段时间的适应就能缓解。
如果氧含量增加更高,或者增加的速度更快,对于生物的损害就更大,大部分生物离不开氧气,不过氧气过多也会促进细胞损伤,减短生物寿命,增加细胞分裂出错的几率。顺便说一句,有一些保健品打着清除或中和氧自由基的旗号,贩卖富氢水、吸入氢气等等都是不可信的,同样的,富氧水也是没有价值的。(富氢水和富氧水要不要打一架呢?)
氧含量也会使昆虫体型增大。昆虫没有肺,依靠马氏管呼吸,效率较低,这也限制了它们体型的增加,氧气含量增加,昆虫、以及其他用类似方式呼吸的生物体型会增加,我们可能会回到远古的巨虫时代。但是这并不是没有代价的,很多物种可能会因为适应不了而灭绝。地球生命之初,据推测主要是各种厌氧菌,但是随着藻类的出现,光合作用开始,地球上氧气含量增加,很多厌氧菌也就消失了。没有一种兴旺不是以其他物种的消亡为代价的。
氧气是有毒性的,如果大气中氧气浓度超过50%,连续呼吸就会造成氧中毒,主要表现类似于肺部炎症,也有脑型氧中毒和眼氧中毒等。到了这个浓度,可能很多物种都要灭亡了。