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一、 有毒的氧氣

45.7億年前，地球形成了，形成之初的地球，遍地是火山，火山噴發帶來了大量的水蒸氣，這些水蒸氣冷卻下來後沉澱在地表的低窪地帶形成了原始的海洋。

原始海洋想象圖 圖/網絡

經過數億年的緩慢演化，這些原始的海洋中出現了原始的生命。幾乎一直到35億年以前，整個地球上都是沒有氧氣的，從35億年前開始，地球上演化出一些能夠進行光合作用的細菌：藍藻（又稱藍細菌）。這些細菌能夠利用光照將空氣中的二氧化碳變成有機物，但是會釋放出一種副產物：氧氣。

光合作用過程中，氧氣是一種廢氣

氧氣對當時的生命們其實是有毒的，因為那時候的海洋就是一種無氧環境，在無氧環境中長大的生命對於氧氣是無法適應的。這些生命可能非常類似於我們如今農村裡面大規模使用的沼氣池裡面的甲烷細菌，是非常討厭氧氣的，在有氧氣的環境下甚至無法存活。（我們身邊就有很多厭氧細菌：甲烷細菌、破傷風桿菌、肉毒桿菌等）

甲烷細菌 圖/網絡

破傷風桿菌 圖/網絡

在這個時候，地球氧氣含量是非常低的，地球上的氧氣對於大多數的生命來講，是一種毒氣。

二、 第一次大氧化事件

但是生命的演化的目的其實很簡單——遺傳DNA。為了遺傳DNA，就需要繁殖，為了繁殖，繁殖需要消耗大量的能量，因此，

光合作用相較於其他的能量獲取方式，更有效率，且對於環境要求不高，有水有光有二氧化碳即可，因此那些使用光合作用獲取能量的生物迅速繁衍起來，很快就擴散到了全球。我們現在在那些古老的岩層中就能夠發現大量的化石證據：疊層石。

疊層石 圖/網絡

疊層石是一些光合作用細菌活動的遺蹟化石，藍藻之類的細菌，聚集在一起生長，在生長的過程中把水中的礦物質等膠結在了一起，從而形成了這種生物遺蹟化石。

35億年——25億年之間，這些光合作用生物大量繁衍，向外排放光合作用的“廢氣”：氧氣。在氧氣向地球排放的過程中，這些氧氣首先氧化了海洋，25億年前的海洋中，存在有大量的二價鐵（Fe2+），因此那時候的海洋顏色可能是綠色的。氧氣首先將這些二價鐵（Fe2+）氧化成為了三價鐵（Fe3+），形成三氧化二鐵（Fe2O3），三氧化二鐵是赤紅色的，且不溶於水，因此很快就沉澱到海底，形成了赤鐵礦。

硫酸亞鐵溶液，這就是二價鐵的顏色

紅色部分就是沉澱下來形成的鐵礦

我們地球上現在開採的鐵礦石，大約80%左右都是在大約25億年前以這種方式形成的。這些赤鐵礦在全世界各地都有分佈，而且呈現條帶狀分佈，因此又被稱為條帶狀含鐵建造，地質學家們就是通過條帶狀含鐵建造來研究25億年前的這次大氧化事件的。

條帶狀含鐵建造細節圖

在氧氣將海洋中游離的鐵消耗完畢後就進入到了大氣中，從此以後地球的大氣成分發生了徹底的改變：氧氣含量升高了！那時候氧氣的含量可能是現在水平（PAL）的1%—2%。

伴隨著大氣圈中氧氣含量的增加，生物演化也發生了巨大的變化：真核生物出現了。真核生物是怎麼出現的，至今還未有定論。但是真核生物出現的意義卻非同一般，這些真核生物往往是需氧生物，它們利用氧氣氧化體內的有機物，就好像一個放慢了過程的燃燒過程一樣，在利用氧氣進行呼吸的過程中，真核生物們獲得了更多的能量，從而在演化過程中一騎絕塵，超越了原核生物們，成為地球上最重要的生物類型：現今地球上的鳥、獸、蟲、魚，這些可都是真核生物！

三、 第二次大氧化事件

在第一次大氧化事件之後，地球上的生命演化歷程再一次進入了沉寂階段，在往後的10億年間，生物們的演化過程乏善可陳，這個階段被科學家們稱之為“無聊的10億年”（boring billion 1000Ma）。

漫長的時光中，地球進入它形成後的第37億年，此時地球再一次開始活躍起來。這是距現在8.5億年前，地球逐漸開始進入到一個被叫做“雪球地球”的時期：地球整體被冰封，最寒冷時可能全球都被冰層覆蓋。

雪球地球時期想象圖

雖然地球被冰雪覆蓋，但是神奇的是，地球上氧氣含量再一次開始上升，從8.5億年前—5.4億年前，在這3億年間，地球上的氧氣含量突飛猛進，增加到了現在氧氣含量（PAL）的5%—18%。這3億年，被科學家們稱為“咆哮的3億年”（Roaring 300Ma）。

咆哮的3億年中，氧氣含量迅速升高

為什麼這個時間內氧氣含量會變化呢？科學家們目前的猜測是，在這段時間內，原先的羅迪尼亞超級大陸解體，而後又重新匯聚形成一個新的岡瓦納古陸，在這個過程中形成一個環岡瓦納超級山脈，這些山脈被快速風化侵蝕，從被侵蝕的岩石中釋放出大量的基本營養物，包括鐵和磷，從而激發了藻類與藍細菌的爆發，大量的藻類和藍細菌進行光合作用，從而讓地球上的氧含量大量增加。

羅迪尼亞大陸

岡瓦納大陸

這次大氧化事件導致了生物的快速演化，演化的結果就是埃迪卡拉紀生物化石的大量出現，這其中包括中國甕安生物群中的動物胚胎化石、澳大利亞埃迪卡拉生物群、中國陝西高家山生物群中的帶外骨骼動物化石和大量的蠕蟲形化石。

甕安生物群中的動物胚胎化石

埃迪卡拉生物群中的化石

埃迪卡拉生物群中的化石

中國陝西高家山生物群化石

四、 總結

在地球演化歷史的前40億年間，氧氣從無到有，從“毒氣”到推動生命演化的有用氣體，其實可以看作是地球與生命協同演化的一個過程：生命活動產生氧氣、氧氣製造鐵礦、氧氣推動真核生物出現、地球板塊運動產生無機營養物質、無機營養物質導致更多氧氣出現、更多氧氣的出現又推動生命爆發性演化······

我們人類面臨的挑戰其實是如何在與地球的協同演化中不被淘汰掉——地球是不會毀滅的，地球上比現在溫度高很多的時候有的是，地球上巨型火山爆發的時候也很多，隕石撞擊地球也不止一次，但是就算是歷經了五次生物大滅絕，地球上的生命依舊在演化！

所以其實我們人類面臨的問題是，不要成為那個消失掉的物種！

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