环球今头条!氮气占空气含量78%,为什么生物进化到今天是呼吸氧气而不是氮气?
这个提问的立足之点就搞错了。
一开始大气中并没有氮气。
先有生命再有光合作用,然后再有有氧呼吸。
(相关资料图)
光合作用产生的大量氧气改变了大气结构,大量的氧气氧化了大气中的氨,不断生成了水和氮气。
经过二十多亿年的积累,才有78%的氮气。
且不说氮的化学性质不活泼,哪怕稍微活泼一点点,30多亿年前的生命也不能穿越到未来是吧?
当然,从根本上来说,是生命的碳基属性,就决定了不可能呼吸氮。
而地球生命作为碳基属性,几乎是必然。
碳原子拥有两层电子,不大不小。
它就像宇宙中的天选之子,对最外层电子的约束力,正好适中。
四个外层电子,可阴可阳。常温下结合牢固,而温度一升高,就很容易断裂。
碳不仅可以与氢、氧、氮、硫、磷,等多种非金属形成共价化合物(共4个共价键),它自己和自己也能结合,形成单键、双键,三键等不同的形式。
这些特性可以让碳为中心的有机物,形成稳定而无比丰富的碳链和碳环。
已知的有机化合物多达3000万种,每年新发现或合成的种类多达数百万种:
各种烃、醇、酚、醚、醛、酯、胺、腈、杂环、硝基、重氮、偶氮化合物,各类酸,各类氨基酸、肽、多肽、蛋白质,各类糖类、单糖、低聚糖、多聚糖,以及其它高分子化合物。
有机物的种类不仅丰富多样,互相之间还有极其复杂繁多的反应。
这些性质,都是其它元素远远不能比的。
而作为同IVA族的硅,则因为对外层电子更容易失去,从而与强氧化物形成稳定而牢固的共价键,高温也不容易断裂。所以,硅比碳的活泼性差了很多。
所以,考虑外星生命的存在,碳基生命是第一考量,自然起源的硅基生命虽然并非绝对不能存在,但相当勉强。
硅基生命想象图
而在地球诞生之初,地表处于冷热变化之中,再加上丰富的水,有利于碳基物质的生成和分解,在这个过程中形成大量的有机物,随着能量的流动,从而诞生了生命。
随后地球冷却下来,生命开始发展。
所有的一切,都显得那么恰到好处。
那凭什么说碳基生命就不能呼吸氮呢?
其实生命代谢的基础,在生命起源的那一刻就已经决定。
就像生命形成的过程一样,每一个生命体的内部,总是发生着无数生化反应,大量的有机物在合成,也有大量的有机物在分解,形成不断流动的物质和能量。
这便是新陈代谢。
那么,生物体通过呼吸作用,释放能量的过程,机体内究竟发生了什么?
发生了令无数抗衰人士谈之色变的——氧化。
本质上来说,有机物的氢,被氧化物夺走之后,才能释放出生命赖以生存的能量。
但早期的海洋和大气中,并没有强氧化物,所以早期生命也只能通过弱氧化物维持机体的能量代谢。
例如,NO3-、NO2-、SO4-、S2O32-、CO2、Fe3+等等,甚至还有少量使用胡索酸、甘氨酸等有机物的。
弱氧化物对能量物质的氧化往往很弱,根本不能氧化彻底,产生的代谢产物大多数依旧是能量储存较高的有机物。
例如,酵母在厌氧环境下代谢的乙醇(酒精),提纯后甚至可以直接当做燃料使用。
由于没有强氧化物,早期生命不仅代谢效率极低,而且相当的浪费。
直到30亿年前,蓝细菌的横空出世,才改变了这一切。
蓝细菌通过光合作用,释放出大量的氧气。
对于早先使用弱氧化物代谢的生命来说,氧气的强氧化性对它们来说是无比残酷的,整个代谢途径被氧气彻底破坏,最终死亡。
但总有一些个体,发生了基因突变,竟然利用氧气的强氧化性,彻底氧化了葡萄糖,释放出了最多的ATP。
利用氧气的强氧化性,这些新生的有氧菌,不仅能量代谢比厌氧菌快得多,就连有机体的更新换代也更加的有效率。
旺盛的新城代谢,为多细胞生命的出现打下了坚实的基础。
有人可能会问,厌氧生物也会利用NO3-、NO2-进行能量代谢,为什么氮气就不行呢?
其实,硝酸盐和亚硝酸盐虽然它的弱氧化性在于高价氮离子,但实际在无氧呼吸过程中,也是通过氧原子来夺取氢离子。
至于氮气性质就更加不活跃了,这里我们可以把氢氮化合物——氨(NH3)和氢氧化合物——水(H2O)拿来对比。
我们不难发现。
氮和氢生成氨的过程中,需要高温高压,而且还是可逆的。
而水的生成,是一个剧烈燃烧甚至爆炸过程,通常看做不可逆。
从这个对比也能看出,相比起氧,氮的氧化性差得实在是太多了。
根据原子模型,电子以不同的能级分布在不同的电子层上,能量低的电子在内层,能量高的电子在外层。
每层所容纳的电子上限为2n^2个(但当一个电子层是原子的最外层时,它至多只能容纳8个电子,次外层最多容纳18个),所以最内层所能容纳的电子最多2个,第二层最多为8个。
氮氧的氧化性差异的根本在于:
氧气仅仅只有8个电子,最外层电子数为6个,所以它很容易夺取2个电子填满外层轨道,处于-2价状态。
而氮是5个电子,它的内核比氧的束缚力更小不说,如果要填满外层,就要吸收3个电子,这就让它的负价态相比起氧气来说,变得更加的不稳定。
总的来说,生物的演化过程,决定了不可能使用氮气进行呼吸。
而之所以没有演化出利用氮气的过程,则是因为氮气的化学性质。它的弱氧化性,不说比氧气差多了,甚至远远比不上NO3-、NO2-、SO4-、CO2、Fe3+等等。
也就是说,哪怕有氧呼吸不出现,生命都不可能走上呼吸氮的演化旅程。
最多进化出更加高效的无氧呼吸。
很多时候,生命进化根本走不了回头路。
如果真的能走回头路,我想,我们现在的世界不会是绿色,而会是妖艳的紫色。
见紫色地球假说。下一篇:最后一页

环球今头条!氮气占空气含量78%,为什么生物进化到今天是呼吸氧气而不是氮气?
这个提问的立足之点就搞错了。一开始大气中并没有氮气。先有生命再有光合作用,然后再有有氧呼吸。光合作用产生的大量氧气改变了大气结构,大
2023-04-03
全球通讯!今天打开个税APP,我直接人麻了!
点击上方“码农突围”,马上关注这里是码农充电第一站,回复“666”,获取一份专属大礼包真爱,请设置“星标”或点个“在看这是【码农突围】的
2023-04-03
银河行业优选混合增聘基金经理袁曦
银河行业优选混合增聘基金经理袁曦---中国经济网北京4月3日讯近日,银河基金管理有限公司发布基金经理变更公告,银河行业优选混合增聘基金经理
2023-04-03
五部门部署加快沿海和内河港口码头改建扩建
近日,为推动港口高质量发展,促进资源节约集约利用,交通运输部、国家发展改革委、自然资源部、生态环境部、水利部五部门联合印发《关于加快
2023-04-03
真我 GT Neo5 SE 测评:高性能 + 长续航-环球视讯
——ZAKER,个性化推荐热门新闻,本地权威媒体资讯
2023-04-03
彭州市濛阳街道三界社区卫生服务中心开展“我服务 你健康”八项行动 全方位保障人民健康
2023年3月是国家基本公共卫生服务项目宣传月,今年的主题是“我服务你健康”。为提高国家基本公共卫生服务项目的感受度和获得感,使广大群众了
2023-04-03
今日精选:和讯个股快报:2023年04月03日 寒武纪-U(688256)该股换手率大于8%
换手率大于8%说明了该股票当前处于比较活跃的局面,得到市场上资金的关注,如果在股价上涨途中,换手率5%,说明个股处于被拉升的状态,成交量
2023-04-03
大蛇丸怎么死的又怎么复活的_大蛇丸怎么死的|天天观热点
1、大蛇丸之死篇大蛇丸的身躯逐步迫近三年界限,连兜的药石也已无助,认为是时候以佐助的躯体进行灵界转生。2、另一边佐
2023-04-03
何店万亩油菜花海打造靓丽风景线
何店万亩油菜花海打造靓丽风景线---站在何店镇的油菜花海里,田垄地头都能感觉到盎然的春意,游客“闻”香而来,迎着温暖的阳光自拍、赏花、游
2023-04-03
3月31日一揽子原油平均价格变化率为3.94% 全球聚焦
新华社石油价格系统4月3日发布的数据显示,3月31日一揽子原油平均价格变化率为3 94%。4月3日是本计价周期的第一个工作日,调价窗口将在4月17日
2023-04-03X 关闭





X 关闭
- 最新全国疫情中高风险地区名单:全国现有高中风险地区15+64个(统计时间:5月19日6时)
- 北京疫情最新消息|5月18日北京新增50例本土确诊病例和5例无症状感染者
- 上海疫情最新消息|5月18日上海新增本土确诊病例82例和本土无症状感染者637例
- 郑州限号|今天是2022年5月19日,郑州限行尾号是4和9
- 发码总数超68万!郑州市“场所码”覆盖精度再提升
- 郑州发布100号通告:调整封控管控区域
- 【“郑”在抗疫】郑州互联网企业开展爱心购瓜网络公益活动
- 10岁顽童因“想妈妈”爬楼顶,暖心民警化身“心理医生”解心结
- 洛阳馨悦社工:以微薄之力让社区更安全
- 平顶山新华区对4名违反疫情防控有关规定人员依法处理