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(fā)帶來(lái)了大量的水蒸氣，這些水蒸氣冷卻下來(lái)后沉淀在地表的低洼地帶形成了原始的海洋。

原始海洋想象圖 圖/網(wǎng)絡(luò)

經(jīng)過(guò)數(shù)億年的緩慢演化，這些原始的海洋中出現(xiàn)了原始的生命。幾乎一直到35億年以前，整個(gè)地球上都是沒(méi)有氧氣的，從35億年前開(kāi)始，地球上演化出一些能夠進(jìn)行光合作用的細(xì)菌：藍(lán)藻（又稱藍(lán)細(xì)菌）。這些細(xì)菌能夠利用光照將空氣中的二氧化碳變成有機(jī)物，但是會(huì)釋放出一種副產(chǎn)物：氧氣。

光合作用過(guò)程中，氧氣是一種廢氣

氧氣對(duì)當(dāng)時(shí)的生命們其實(shí)是有毒的，因?yàn)槟菚r(shí)候的海洋就是一種無(wú)氧環(huán)境，在無(wú)氧環(huán)境中長(zhǎng)大的生命對(duì)于氧氣是無(wú)法適應(yīng)的。這些生命可能非常類似于我們?nèi)缃褶r(nóng)村里面大規(guī)模使用的沼氣池里面的甲烷細(xì)菌，是非常討厭氧氣的，在有氧氣的環(huán)境下甚至無(wú)法存活。（我們身邊就有很多厭氧細(xì)菌：甲烷細(xì)菌、破傷風(fēng)桿菌、肉毒桿菌等）

甲烷細(xì)菌 圖/網(wǎng)絡(luò)

破傷風(fēng)桿菌 圖/網(wǎng)絡(luò)

在這個(gè)時(shí)候，地球氧氣含量是非常低的，地球上的氧氣對(duì)于大多數(shù)的生命來(lái)講，是一種毒氣。

你知道嗎，氧氣曾經(jīng)是一種有毒氣體

二、 第一次大氧化事件

但是生命的演化的目的其實(shí)很簡(jiǎn)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，只要能夠快速獲得大量能量，就能夠遺傳更多的DNA。

光合作用相較于其他的能量獲取方式，更有效率，且對(duì)于環(huán)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(lái)，很快就擴(kuò)散到了全球。我們現(xiàn)在在那些古老的巖層中就能夠發(fā)現(xiàn)大量的化石證據(jù)：疊層石。

疊層石 圖/網(wǎng)絡(luò)

疊層石是一些光合作用細(xì)菌活動(dòng)的遺跡化石，藍(lán)藻之類的細(xì)菌，聚集在一起生長(zhǎng)，在生長(zhǎng)的過(guò)程中把水中的礦物質(zhì)等膠結(jié)在了一起，從而形成了這種生物遺跡化石。

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(guò)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(jià)鐵（Fe2+），因此那時(shí)候的海洋顏色可能是綠色的。氧氣首先將這些二價(jià)鐵（Fe2+）氧化成為了三價(jià)鐵（Fe3+），形成三氧化二鐵（Fe2O3），三氧化二鐵是赤紅色的，且不溶于水，因此很快就沉淀到海底，形成了赤鐵礦。

硫酸亞鐵溶液，這就是二價(jià)鐵的顏色

紅色部分就是沉淀下來(lái)形成的鐵礦

我們地球上現(xiàn)在開(kāi)采的鐵礦石，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布，而且呈現(xiàn)條帶狀分布，因此又被稱為條帶狀含鐵建造，地質(zhì)學(xué)家們就是通過(guò)條帶狀含鐵建造來(lái)研究25億年前的這次大氧化事件的。

條帶狀含鐵建造細(xì)節(jié)圖

在氧氣將海洋中游離的鐵消耗完畢后就進(jìn)入到了大氣中，從此以后地球的大氣成分發(fā)生了徹底的改變：氧氣含量升高了！那時(shí)候氧氣的含量可能是現(xiàn)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(fā)生了巨大的變化：真核生物出現(xiàn)了。真核生物是怎么出現(xiàn)的，至今還未有定論。但是真核生物出現(xiàn)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(nèi)的有機(jī)物，就好像一個(gè)放慢了過(guò)程的燃燒過(guò)程一樣，在利用氧氣進(jìn)行呼吸的過(guò)程中，真核生物們獲得了更多的能量，從而在演化過(guò)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(xiàn)今地球上的鳥(niǎo)、獸、蟲(chóng)、魚(yú)，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后，地球上的生命演化歷程再一次進(jìn)入了沉寂階段，在往后的10億年間，生物們的演化過(guò)程乏善可陳，這個(gè)階段被科學(xué)家們稱之為“無(wú)聊的10億年”（boring billion 1000Ma）。

漫長(zhǎng)的時(shí)光中，地球進(jìn)入它形成后的第37億年，此時(shí)地球再一次開(kāi)始活躍起來(lái)。這是距現(xiàn)在8.5億年前，地球逐漸開(kāi)始進(jìn)入到一個(gè)被叫做“雪球地球”的時(shí)期：地球整體被冰封，最寒冷時(shí)可能全球都被冰層覆蓋。

雪球地球時(shí)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(kāi)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(jìn)，增加到了現(xiàn)在氧氣含量（PAL）的5%—18%。這3億年，被科學(xué)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

為什么這個(gè)時(shí)間內(nèi)氧氣含量會(huì)變化呢？科學(xué)家們目前的猜測(cè)是，在這段時(shí)間內(nèi)，原先的羅迪尼亞超級(jí)大陸解體，而后又重新匯聚形成一個(gè)新的岡瓦納古陸，在這個(gè)過(guò)程中形成一個(gè)環(huán)岡瓦納超級(jí)山脈，這些山脈被快速風(fēng)化侵蝕，從被侵蝕的巖石中釋放出大量的基本營(yíng)養(yǎng)物，包括鐵和磷，從而激發(fā)了藻類與藍(lán)細(xì)菌的爆發(fā)，大量的藻類和藍(lán)細(xì)菌進(jìn)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(dǎo)致了生物的快速演化，演化的結(jié)果就是埃迪卡拉紀(jì)生物化石的大量出現(xiàn)，這其中包括中國(guó)甕安生物群中的動(dòng)物胚胎化石、澳大利亞埃迪卡拉生物群、中國(guó)陜西高家山生物群中的帶外骨骼動(dòng)物化石和大量的蠕蟲(chóng)形化石。

甕安生物群中的動(dòng)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(guó)陜西高家山生物群化石

四、 總結(jié)

在地球演化歷史的前40億年間，氧氣從無(wú)到有，從“毒氣”到推動(dòng)生命演化的有用氣體，其實(shí)可以看作是地球與生命協(xié)同演化的一個(gè)過(guò)程：生命活動(dòng)產(chǎn)生氧氣、氧氣制造鐵礦、氧氣推動(dòng)真核生物出現(xiàn)、地球板塊運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)導(dǎo)致更多氧氣出現(xiàn)、更多氧氣的出現(xiàn)又推動(dòng)生命爆發(fā)性演化······

我們?nèi)祟惷媾R的挑戰(zhàn)其實(shí)是如何在與地球的協(xié)同演化中不被淘汰掉——地球是不會(huì)毀滅的，地球上比現(xiàn)在溫度高很多的時(shí)候有的是，地球上巨型火山爆發(fā)的時(shí)候也很多，隕石撞擊地球也不止一次，但是就算是歷經(jīng)了五次生物大滅絕，地球上的生命依舊在演化！

所以其實(shí)我們?nèi)祟惷媾R的問(wèn)題是，不要成為那個(gè)消失掉的物種！