知乎惯例,先问是不是,再问为什么。

现在地球上除了少量的微生物以外,绝大多数高等真核生物都是进行有氧呼吸来给机体提供能量的。那么氧气是不是生命所必须的呢?答案是否定的。

事实上,地球从大约46亿年前诞生一直到大约24亿年前都是没有氧气或氧气极度缺少的,而生命至少在35亿年前都已经诞生了。在这段近11亿年的时间里面,地球上的生物主要以原核微生物为主,它们主要的供能方式是无氧呼吸。无氧呼吸和有氧呼吸都需要经过古老的糖酵解过程,将一分子葡萄糖转化成两分子的丙酮酸。它们之间最大的差别就在接下来的电子传递链中:有氧呼吸以具有强氧化性的氧气为最终电子受体,无氧呼吸的最终电子受体不是氧气而是其它的弱氧化剂如硝酸根离子和硫酸根离子。线粒体上电子传递的过程在线粒体膜内外形成了质子差,这种质子差导致质子通过质子泵,也就是ATP酶,这个过程能将ADP转化成ATP。而由于氧气的氧化能力比其它的物质高,也就是它接受电子的能力更高,所以能够造成更多的质子差,形成更多的ATP。因此有氧呼吸比无氧呼吸总的来说效率更高。注意,无氧呼吸跟我们所熟悉的发酵并不是一回事。发酵过程虽然也不涉及到氧气,但同时也不涉及到线粒体膜上的电子传递链,发酵过程用NADPH将丙酮酸还原成乳酸(如在乳酸菌中)或酒精(在酵母中)。

地球在27亿年前左右的时候演化出了蓝细菌,这些蓝细菌能够将大气中大量的二氧化碳转化成氧气,造成大气中氧气的浓度急剧上升,一时间将很多厌氧生物全都消灭了,被称为Oxygen Catastrophe,因为高浓度的氧气对厌氧生物只有很强的毒性的。但与此同时自然选择也筛选出了少量能够进行有氧呼吸的生物。由于有氧呼吸相对于无氧呼吸的巨大优势,逐渐成为了地球生命主要的能量利用方式。


氧气不是必须,甚至可以说是有毒的。

但氧气有三好,

一是氧化还原电势足够高,活泼性适中(这点就排除氮气和臭氧);

二是容易获得,而且可以被常见金属离子络合,络合的强度适中;

三是三废(水、二氧化碳、过氧化物、超氧化物等)相对容易处理。

归根结底,细胞的供能系统可以比作一个高效率的燃料电池,氧气是这个燃料电池的阳极。对于没有氧气或不用氧气的生物,这个阳极也可以用别的氧化性物质替代,比如硝酸根、丙酮酸,磷酸二羟丙酮、延胡索酸、草醯乙酸等,总之,靠山吃山,靠水吃水,筚路蓝缕,以启山林。

最后,还是要感谢那些让大地充满氧气的蓝细菌们,感谢光系统II。


严格来说,氧气不是生物必须的,许多生物氧气不是必须的甚至是有害的,举例常见的就是厌氧菌发酵,做酸奶啤酒什么的。

生物必须的是能量,要不就来自光能(植物等),要不就来自氧化还原反应,而氧化还原反应中氧化剂最易获得的就是氧气。

氧气的特殊性、、、、恰巧植物恰好排出的『废气』是氧气而已,我们这种消费者就拣著用咯,海底还有用硫化物什么的呢


为史前生物说句话:曾经我们都不需要氧气生活,后来不知道哪个天杀的物种无中生有提高大气层和海水中含氧量把我们都弄死了,活下来的后代十几亿年后还在知乎提这种问题来羞辱我们。


因为先有氧气,才有需氧的生物。所谓「氧气是生物必需的」这不过是自然选择的结果。在地球上的含氧量还很低的时候,那些生物呼吸的可不是氧气,那时氧气是有毒的气体。


因为我们动物的细胞是有氧呼吸的


我们现在已知的生物是碳基生物,需要氧化产生能量来维持生命。宇宙中可能会有更高等的文明他们不一定就是碳基生物,可能就不需要氧气了。


鱼为什么必须生活在水里呢?


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