氧与生命进化

氧气（oxygen）化学式O2，式量32.00，无色无味气体，氧元素最常见的单质形态。熔点-218.4℃，沸点-183℃。不易溶于水，1L水中溶解约30mL氧气。在空气中氧气约占21%。液氧为天蓝色。固氧为蓝色晶体。

氧在生命进化中起了有非常重要作用。生命进化过程也能反映氧气的演变，所以说氧气与生命息息相关。我们可以从以下二个方面阐述：

一.氧气浓度与生命进化

氧气的出现及其浓度的变化对生物进化产生了重大的影响.氧气的浓度从4亿年前的20%左右突然升到了3亿年前的30%，随后在2.4亿年前又降到了12%，使得大批动物从高纬度迁徙到低纬度，受环境的改变及空间、食物的限制，很多生物灭绝.根据Berner等人对古气候的研究推断，空气中氧气的含量决定了昆虫形体的大小，高浓度氧气环境下，大体型昆虫有着进化上的优势.Falkowski的研究指出，2.05亿年前大气中氧气含量约增加了一倍，此外还发现在侏罗纪和始新世初期氧气含量相对增加也快，这表明氧可能推动了鸟类和哺乳类多样化的过程.国内研究发现：氧气浓度的升高还诱导酶产生了新的结构折叠类型（fold），fold是蛋白质结构组建层次中最为保守的。建立的蛋白质fold分子钟不仅可以推测出较为准确的地球氧化事件，还可以推测进化史上缺乏化石的进化事件，为生命起源与进化的探索提供了很好的研究方法。

二.氧气对生命进化代谢的影响

从有氧和无氧代谢物的进行分析，有氧代谢物主要包括固醇类、双萜类、多酚类、生物碱和大环内酯类等次级代谢物，在一些高级的生命活动中发挥了重要作用,如跨膜转运、信号转导和抗氧化等.有氧代谢产生了很多无氧时期不存在的结构新颖的代谢物.有氧代谢物具有较强的疏水性和较合适的体积大小，从而比无氧代谢物更容易穿过细胞膜，可作为核受体配体在真核生物信号转导过程中发挥功能，97.5%的核信号分子是依赖氧气合成的，因此我们推断氧气通过促进核受体配体的合成促进核信号系统的进化。从而推动了高等真核生物的进化。氧气的出现对酶结构和功能产生了重要的影响.从有氧酶和无氧酶辅因子使用的辅因子角度分析，发现有氧酶较少使用ATP作为辅因子，这是由于有氧代谢可以产生更多的能量；有氧酶中NADP(H)、FAD和抗坏血酸盐比NAD(H)使用更普遍;有氧酶使用了更多的铁（包含血红素）、铜和钼（P<0.01）等金属辅因子，有化学和生物证据都表明铜和钼在无氧环境中生物利用度极低，直到氧气出现后才可以被生物利用.从有氧酶和无氧酶催化位点的使用情况分析，结果表明有氧酶使用了更多的非极性氨基酸残基（如Trp和Ile等)（P< 0.01），无氧酶则使用了更多的极性氨基酸残基（如Asp、Glu、Lys和Arg等）（P< 0.01）.结果显示：从氧气的代谢物方面也可以分析生命进化过程和起源。

总结，氧气对生命进化的有非常重要的影响，如果我们合理正确运用氧疗和高压氧，一定会在预防疾病的发生和疾病转归方面发挥重大的治疗作用。

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部分参考：秦涛等，氧气起源及对生命进化的促进作用研究进展【J】.红河学院学报,2011，4(8):9-11.