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有氧呼吸就像直接用氧气燃烧食物,将它们完全氧化成二氧化碳和水,再也没有别种反应可以提供如此多的能量来支持多细胞的生命了。
所有的植物、所有的动物,在其整个或者至少部分生活周期中,都要依赖氧气。
我所知道的唯一一个例外,是一种微小的线虫(虽然微小却是多细胞生物,须用显微镜才能观察),可以生活在死寂缺氧的黑海海底。
因此没有氧气,生命会极其微小,至少在单个生物体的水平上是如此。
氧气也从其他方面为大型的生命提供支持。
想想食物链,最上层的猎食者吃小动物,小动物吃昆虫,昆虫吃小昆虫,小昆虫吃菌菇或树叶。
五六层的食物链在自然界并不罕见。
每一层都会损失一些能量,因为没有任何一种形式的呼吸作用的效率是百分之百。
事实上,有氧呼吸对能量的使用效率大约是40%,而其他形式的呼吸作用(比如用铁或用硫来代替氧气)的效率则少于10%。
也就是说,如果不使用氧气的话,只消经过两层食物链,能量就会减少到初始能量的1%,而使用氧气的话,要经过六层食物链才会达到相同的损耗。
换句话说,唯有有氧呼吸才能支撑多层食物链。
食物链经济学带给我们的教训是,猎食者只可以生活在有氧的世界,而没有氧气的话它们根本负担不起猎食生活。
猎食一定会造成军备竞赛,使猎食者与猎物两者逐渐升级。
硬壳用来对抗利齿,伪装可以欺瞒眼睛,而增大的体积既能威吓猎食者,也能威吓猎物。
有了氧气,它们才负担得起猎食行为和更大的体积。
氧气不只让大型有机生物可以存活,更重要的是让它们有可能出现。
氧气直接参与大型生物的建造。
让动物具有力量的蛋白质是胶原蛋白,是结缔组织的主要成分。
不管是钙化的结缔组织如骨骼、牙齿和硬壳,或者是“**的”
结缔组织,如韧带、肌腱、软骨和皮肤,全都包含胶原蛋白。
胶原蛋白可说是哺乳类动物体内含量最丰富的蛋白质,占了全身蛋白质的25%。
就算离开脊椎动物的世界,胶原蛋白也是贝壳、角质、甲壳和纤维组织的重要成分,它们构成了整个动物世界各式各样的“胶水与绷带”
。
胶原蛋白的成分十分独特,它需要自由的氧原子把相邻的蛋白质纤维连接起来,让整个结构可以承受较高的张力。
自由氧原子参与其中,意味着只有在大气中的氧气含量宽裕的情况下,才有可能制造胶原蛋白,因此需要硬壳与骨骼保护的大型动物,也只有在这种情况下才有可能出现。
这或许就是大约在5.5亿年前的寒武纪,化石记录中忽然出现大量大型动物的原因,当时正好是地球含氧量飙升之后不久。
胶原蛋白对氧气的依赖像是个意外。
为什么碰巧是胶原蛋白?为什么不是其他不需要氧原子的东西?氧气究竟是产生力量不可或缺的要素,还是偶尔不小心掺杂进去后,就从此留了下来?我们并不知道准确的答案,不过让人讶异的是,大型植物也需要用氧气构成木质素聚合物,以支持它们巨大又强韧的结构。
木质素的化学成分十分杂乱,但它也要靠氧元素把许多条长链交联在一起。
要打断木质素的结构十分困难,这就是木头如此坚硬而难以腐朽的原因。
造纸业也需要费力地把木质素从木浆中移除才能造纸。
如果把木质素从树木中移除的话,所有的树都会变得弱不禁风,会因无法支撑自己的重量而倒塌。
因此,没有氧气就没有大型动植物,不会有猎食行为,不会有蓝天,或许也不会有海洋,或许就只剩下灰尘与细菌,再无其他。
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