植物过度生长,氧气浓度过高,会对其他生物造成什么危害?

氧气旧称“养气”,顾名思义,是滋养我们的气体。氧气是世间万物所赖以生存的,我们人类如果不呼吸,几分钟就会丧命。但实际上,过高浓度的氧气对于生物体确实也是有害的。 有氧呼吸本质上是一种缓慢的氧化反应,燃烧是剧烈的氧化反应,因此有氧呼吸看作是一种缓慢的“燃烧”,最终将生物体燃尽。 在…

氧气旧称“养气”,顾名思义,是滋养我们的气体。氧气是世间万物所赖以生存的,我们人类如果不呼吸,几分钟就会丧命。但实际上,过高浓度的氧气对于生物体确实也是有害的。

有氧呼吸本质上是一种缓慢的氧化反应,燃烧是剧烈的氧化反应,因此有氧呼吸看作是一种缓慢的“燃烧”,最终将生物体燃尽。

在地质史上,有两次生物大灭绝事件就和植物等产氧生物繁盛或氧气浓度过高有关。

大氧化事件大氧化事件又叫氧气灾难,是指大气中氧气从无到有的变化过程中早期厌氧生物的大规模灭绝。

大约在38亿年前,最早的生命体就在当时地球几乎没有氧气的环境中诞生了,主要是一些厌氧生物,包括古细菌和真细菌。

古细菌

最早的产氧生物蓝藻出现在35亿年前。需要注意的是蓝藻不是植物,更准确的叫法是蓝细菌。蓝藻是产氧的原核生物,而植物是产氧的真核生物。

蓝藻产生的氧气将当时地球到处都是的还原性物质,主要是二价的亚铁离子,全给氧化了,这用了整整十亿年。

大氧化的遗产:铁矿石(氧气氧化亚铁离子形成的三价铁沉淀)

到大约24亿年前,游离氧开始释放,大气中氧气浓度在几亿年的时间里从几乎没有上升到4%(今天是21%)。

大氧化事件:阶段二

氧气的危害在于氧化反应中产生的中间产物氧自由基,能破坏生物膜和遗传物质DNA。厌氧的古细菌在这场氧气灾难中几乎被灭族。在大氧化事件之前,古细菌是地球上占据优势的生命形式,而今天,我们只有在一些极度缺氧的海底火山喷口、高浓度盐水湖湖底等地,才能看到古细菌的踪迹。

有一部分古细菌活了下来,它们具备DNA修复能力,并逐渐产生了保护性的核膜,于是有了细胞核,这就是最原始的真核生物,今天所有真菌、植物、动物和人类的共同祖先。

真核生物:藻类细胞

大约21年前,这伙原始真核生物吞噬了一种好氧细菌,最终形成了内部共生,线粒体就这样在真核生物细胞内安家了,真核生物从此过上了有氧生活,开始加速进化。

古细菌是二分裂方式生殖的,原来的细胞一分为二,新形成的两个细胞和原来的完全一样,从这个意义上来说,它们只要能一直分裂下去,就是长生不老的。

真核生物的呼吸中心:线粒体

真核生物为了减轻氧气破坏遗传物质的不利影响,形成了基因重组机制,也就是有性生殖,子代和父母都不一样,在氧自由基的破坏下,每一个真核生物个体都最终会走向衰老和死亡。

因此,氧气的出现促进了生命体形式向更高等、更复杂的方向进化,但缩短了生命的长度。

晚泥盆纪大灭绝第二次发生在富氧时代的灾难是泥盆纪晚期生物大灭绝事件。奥陶纪以来,植物和节肢动物相继登陆,当时地球上还没有以活的植物为食的动物,动物只能吃其他动物或者动植物腐尸的碎屑。这就导致了植物在两亿多年的时间里过度蔓延,到泥盆纪晚期(3.77至3.59亿年前)已经形成了世界范围内的原始森林。由于陆地植物的繁盛,大气中氧气含量急剧升高。

泥盆纪的森林和节肢动物

早期地球陆地上没有土壤,植物作用于岩石,分解出土壤,土壤中富含植物生长所需的无机盐,促进植物进一步生长。这些无机盐被冲入海洋中使海藻疯长,导致水体富营养化,消耗掉了海洋里的氧气。

水体富营养化

这样,泥盆纪晚期大气中富氧,海洋中却是缺氧的,大量的海洋动物死于窒息。

邓氏鱼,体长6-7米,盾皮鱼的一种,泥盆纪的霸主。盾皮鱼是泥盆纪占优势地位的鱼类,在泥盆纪晚期全部灭绝。

泥盆纪晚期长达2000多万年的时间里,陆地上一片生机勃勃,海洋中简直是一片地狱。有一类叫做总鳍鱼的鱼类,不甘心在海洋里坐以待毙,它们长出了肺,长出了可以在陆地上移动的四肢。

终于有一天,它们登陆成功了。这就是最早的四足动物鱼石螈,今天两栖动物、爬行动物、鸟类、哺乳动物和人类的共同祖先。

氧气降温效应植物、蓝藻及其产生的氧气对地球环境的另一个影响是降温。早期地球大气中有较高含量的甲烷,这是一种非常高效的温室气体,它的存在确保地球在早期太阳光比较暗淡的情况下,仍然能够保持较高的温度,从而孕育出生命体。

氧气把甲烷氧化成二氧化碳,后者作为温室气体不如前者高效,而植物又可以吸收二氧化碳释放出氧气,这就形成了一个正反馈的循环,导致大气中氧气含量越来越高,甲烷和二氧化碳含量越来越低,使地球降温。

大氧化事件和泥盆地晚期大灭绝事件中都出现了严重的降温,将地球冻成了一个雪球。

两极冰川的形成会导致地球海平面下降,将浅海生物赖以生存的大陆架暴露出海面,这对浅海生物来说是致命的。在泥盆纪晚期大量的珊瑚礁绝迹就是这个原因。

总 结任何事物都有两面性,氧气也不例外。一方面它给所有生物提供了随处可用的自由能,促进了生命体进化,使这个世界更加丰富多彩。

另一方面,它的氧化性使生物体衰老和死亡,过高浓度的氧气浓度将在短时间内对生物体造成严重损害,这在医学上称为“醉氧”。

因为有了氧气,我们生命的长度被缩短了,但是活得更加精彩了。

这个问题很有意思,我可以尝试回答一下。我们都知道,氧气是地球上绝大部分生命的生命要素(除了少数的厌氧菌之外),似乎氧气是越多越不嫌多,但是事实真的是这样吗?

不对,氧气含量突然增高对地球上绝大部分生物来说都是灭顶之灾。比如说大家可能都知道有一种病叫做“醉氧”,简单说就是一个人如果长时间在高原缺氧地区生活久了,再回到海拔比较低的地方,就会无法适应高氧的环境,出现疲倦、无力、胸闷、头昏等症状,这就是因为人体无法适应氧气的变化才造成的。

而如果氧气的含量更高,比如说达到了50%-60%(现在空气中的氧含量大概在21%左右),那么氧气就会凭借异常活跃的氧化作用,杀伤细胞,造成细胞损伤,严重的可能会引起水肿、内出血等等症状。

所以一旦大气中的氧含量急剧升高,现有的生物就可能因为身体无法适应极高的含氧量而出现大批量的死亡。

此外,因为大气中氧含量的增高,很多植物也不能幸免——大气中气体含量的变化会造成光合作用的紊乱,也有可能造成植物的大批量死亡。同时,根据科学家的推测,因为大气氧含量的增加,全球可能会大幅度降温【如下图所示,就是对应的论文】,因此会带来全球性的粮食减产,饥荒不可避免。

所以大气中的氧气不是越高越好,相反的,如果大气中的氧气无限制的增高,很有可能会给整个地球的生态平衡带来灭顶之灾。

作者: 丹青植物网

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