参考消(xiao)息网4月5日报(bao)道 据美国趣味科学网站3月30日报(bao)道，自然界可能存在数以千计的新陈代谢方式，南丹(dan)麦大学的地质生物学家唐纳德·坎菲尔(er)德表示，但“几(ji)乎所(suo)有的真核(he)生物”(细(xi)胞内含有细(xi)胞核(he)的生命形(xing)式)以及大量的原核(he)生物(没有细(xi)胞核(he)的生命形(xing)式)都要(yao)利用(yong)氧(yang)气。
坎菲尔(er)德主要(yao)说的是异养生物，即包括(kuo)人(ren)类在内、通过消(xiao)耗其他(ta)有机物质获(huo)取营养和能量的生物。并非所(suo)有生物只以这种方式获(huo)取营养。例如，德国慕尼黑大学的博士后研究员(yuan)丹(dan)·米(mi)尔(er)斯说：“植物从空气中的二氧(yang)化碳中获(huo)取碳元(yuan)素。”
异养生物通过剥离电子(zi)的方式分解食物中的有机物质。这些(xie)电子(zi)在线粒(li)体膜中从一种酶传递到另一种酶，产生微弱的电流，驱动质子(zi)跨过这道屏(ping)障。由(you)于(yu)氧(yang)具有很(hen)高的电负性，它通常(chang)充当了这条电子(zi)传递链的最后一站，接受电子(zi)并结合两个质子(zi)，最终形(xing)成水。
伦敦大学学院进化生物化学系教授(shou)尼克·莱恩在公开(kai)演讲中说明说，这个过程实(shi)际(ji)形(xing)成了质子(zi)蓄水池，然后质子(zi)通过膜中的蛋白质通道涌出，这就(jiu)像微型水力发(fa)电大坝。蛋白质像涡轮机那样在旋转时以三(san)磷酸腺苷的形(xing)式合成能量。然后，细(xi)胞可以利用(yong)这些(xie)储存的能量，或将其输送到身体各处发(fa)挥作用(yong)。
生命可以利用(yong)许多其他(ta)电子(zi)受体，比如硫酸盐、硝酸盐和铁，但氧(yang)是目前最高效的能量受体。
华(hua)盛顿大学教授(shou)戴维·卡(ka)特林和其他(ta)人(ren)在美国《天体生物学》杂志发(fa)表的论文中说明说：“除了氟和氯的还原反应(ying)外(wai)，氧(yang)气的还原反应(ying)在每(mei)次电子(zi)转移时释放的自由(you)能最多。”
氯和氧(yang)可以产生差不多数量的能量。氟肯定能产生比氧(yang)更多的能量，但“氟作为一种生物氧(yang)化剂毫无(wu)用(yong)处，因为它与有机物质接触时会引(yin)发(fa)爆炸”。它可不是你(ni)想吸(xi)入的气体。
氯和氟还有毒(du)性。这就(jiu)凸(tu)显了氧(yang)的另一个好处。有氧(yang)呼吸(xi)不会产生任何有毒(du)化合物，只会产生水和二氧(yang)化碳。但是，如果氧(yang)在组织中积聚，它的活泼性就(jiu)可能成为问题，因为它会损害细(xi)胞成分，如DNA和蛋白质。这就(jiu)是适(shi)量摄(she)入抗氧(yang)化剂为何有益健康。
地球上氧(yang)的丰富程度(du)也远比氟、氯或其他(ta)呼吸(xi)形(xing)式中使用(yong)的各种电子(zi)受体大得多。尽管氧(yang)易与其他(ta)原子(zi)形(xing)成化合物，但通过光合作用(yong)可不断产生大量的氧(yang)。这使氧(yang)气能在大气中积聚并溶解在水中，被生命极易获(huo)取。而且(qie)，坎菲尔(er)德和米(mi)尔(er)斯说明说，作为气体，氧(yang)气很(hen)容易穿过细(xi)胞膜进行运输。
谈及丰富程度(du)，为何占地球大气78%的氮没有被利用(yong)？
坎菲尔(er)德说：“氮的主要(yao)问题在于(yu)它以三(san)键方式结合，而破(po)坏这种三(san)键非常(chang)非常(chang)难。”
氧(yang)的独特效用(yong)可以归结为量子(zi)物理特性。处于(yu)正常(chang)基态的氧(yang)只能接受自旋状(zhuang)态相同的电子(zi)，而不是化学中常(chang)见的电子(zi)对。
莱恩在给趣味科学网站的一封电子(zi)邮件中说：“所(suo)以氧(yang)真正的奇妙(miao)之处在于(yu)，它可以在不发(fa)生反应(ying)的情况(kuang)下积聚到很(hen)高浓度(du)，但当它每(mei)次接受一个电子(zi)时，它就(jiu)会释放大量能量。”
因此，氧(yang)在活泼性和可获(huo)得性方面看似恰到好处：比氯和氟等卤素更温和，又不像氮那样键合得过于(yu)牢固。但相比其他(ta)电子(zi)受体如硫酸盐和硝酸盐，它又活泼得多。
氧(yang)很(hen)容易获(huo)取，而且(qie)它也不会产生需要(yao)进一步处理的有毒(du)化合物。此外(wai)，植物通过光合作用(yong)可以产生大量的这种活泼气体，使人(ren)类能够利用(yong)它为身体提(ti)供能量。（编译/涂颀）
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