早期地球没有氧气，生物是如何存活的？翻遍大量资料才找到答案

　　笔者 东邪
　　从目前所有的太空探索情况看来，地球很可能是太阳系内唯一存在生命的星球，这得益于地球独特的自然环境，包括合适的大气层、适宜的温度、液态水、岩质表面等等。在这些影响生命生存的因素中，氧气被认为是不可或缺的。地球上绝大部分生物都需要氧气来维持生存，就连生活在深海的海洋生物也是如此。
　　然而有考古研究发现，地球早期出现的生物渡过了一段没有氧气支持但还能存活的漫长时间，这在今天看来是非常不可思议的。如今地球上仍然存在少部分厌氧生物，这部分生物主要是微生物，所有宏观生物的生存多少都需要氧气。因此在我们人类看来，那些最早出现的生物不需要氧气就能生存，那么它们靠什么来维持生命活动的正常运行呢？
　　阿塔卡马沙漠是一个怎样的地方？
　　长期以来，科学家们都对这样的问题感到困惑，直到他们在智利的阿塔卡马沙漠里发现了这种生物，问题似乎有了答案。首先来介绍一下阿塔卡马沙漠，这个沙漠的面积虽然不及世界最大的撒哈拉沙漠，但它有一个特点是撒哈拉沙漠所比不上的，即它除南北极之外世界上最干燥的地方，许多科学家将其称为＂世界干极＂。
　　阿塔卡马沙漠位于南美洲西海岸的中部，在安第斯山脉和东部山麓之间。从地图上看，阿塔卡马沙漠并非深居内陆，反而在地理位置上靠近太平洋，而且东北方向是亚马逊丛林，那为什么这个地方还会出现世界最干燥的沙漠呢？这种现象由几方面的因素引起，首先阿塔卡马沙漠虽然靠近太平洋，但是秘鲁寒流会带走大量水汽，而安第斯山脉也会阻挡住来自海洋的大部分水汽。
　　其次，东部山麓阻挡了来自亚马逊丛林的水汽，再加上该地区位于副热带高压地区，常年都被干燥炎热的气候所笼罩，导致气候一直十分干旱。根据当地居民的说法，阿塔卡马沙漠曾经连续400年没有下过雨，也有说法指出它在近代有100多年没下过雨，这些说法都为阿塔卡马沙漠稳固＂世界干极＂的头衔作出贡献。
　　正因为阿塔卡马沙漠常年降雨量低于0.01毫米，导致沙漠里罕有生物出现，美国宇航局还在沙漠里选取了地点作为火星环境模拟基地，由此可见该区域的环境情况有多么恶劣。然而就是在如此恶劣的环境里，科学家们通过长期的寻找，发现了一种不需要氧气就能生存的微生物。
　　科学家在阿塔卡马沙漠里发现了什么奇特生物？
　　据了解，科学家在阿塔卡马沙漠里发现了一个低盐湖泊，这个湖泊的表面呈现出黑紫色，经过抽样检验那里的黑紫色是一种微生物导致的。更不可思议的是，研究人员在对水样进行成分分析后，发现其中几乎不存在氧气。根据周围居民的介绍，这个湖泊长期以来都呈现黑紫色，他们也未看到湖泊里面出现其他生物。
　　由此可见，湖泊里的微生物在那里生存已久，而其他生物无法在那样的环境中生存，那么黑紫色的微生物是怎么做到的呢？科学家从水样中提取出该微生物，然后放在实验装置中进行培养。经过几天的观察和测定，研究人员发现该微生物不仅不需要氧气，而且还能进行光合作用。为了进一步弄清楚这类微生物的生存原理，研究人员再次前往低盐湖泊进行考察。
　　经过一番考察，他们发现这些微生物不需要氧气就能生存，主要有两方面的原因。首先，他们发现微生物的表面形成了一层类似保护层的东西，科学家将其称为＂微生物垫＂。这些微生物所形成的微生物垫和已发现的微生物垫存在较大的差异，因为前者不需要氧气就能生存。那么微生物垫发挥什么作用呢？
　　研究发现，微生物垫的本质也是一种膜结构，是所有微生物的细胞膜组合而成，作用是将细胞的内部与外界自然环境隔开，从而减少外界环境对细胞内部运作的影响。科学家认为，这些微生物应该有非常悠久的历史，它们甚至可能在地球早期没有氧气的时候就已经出现了，并且通过自身的生化反应不断地产生氧气。
　　从某种程度上来讲，氧气对于该微生物来说相当于代谢废物，环境中的代谢废物多了，对生存是不利的，因此它们又进化出了微生物垫来阻止外界的氧气对细胞内的运作造成负面影响。既然该微生物不需要氧气，那么它是以什么物质为原料进行生化反应的呢？对此科学家提出推测，认为它们可能利用铁、硫或者其他无机物质作为原料。
　　这些发现意味着什么？
　　这种推测是有道理的，因为科学家已经在地球上发现了靠铁元素微生的微生物，也发现了靠硫元素微生的微生物，它们的生存不需要氧气，依靠化能合成反应就能完成自身能量的供应。为了验证黑紫色微生物是否也靠无机物维生，科学家对它们进行了实验。实验结果显示，它们在砷的帮助下完成了能量转化，即利用氧化亚砷酸盐，然后合成砷酸盐，从中获得能量。
　　后来在查阅了相关文献后，研究人员更加确定黑紫色微生物依靠砷维生。在该发现之前，科学家在西澳大利亚发现了一些古老的叠层石，这些叠层石至少是在25亿年前就已经形成了。经过化学成分分析，叠层石中含有大量矿物质和微生物的沉淀。不仅如此，他们还在矿物质中发现了大量砷元素的存在，因此获得该发现的科学家认为，这些微生物以含砷的矿物为化学反应原料，从而完成自我维生。
　　在西澳大利亚和阿塔卡马沙漠里的发现都说明了一个问题，并非所有的地球生物都需要依赖氧气才能生存。这部分看起来异常的生物实际上很可能是地球最早的一批生物，它们的存在直接改造了地球的大气环境，营造了富含氧气的环境，为之后大量好氧生物的出现奠定基础。同时该发现指出，生命并非在有氧气之后才出现的，很可能在氧气出现之前就已经出现了。
　　这为寻找外星生命提供什么思路？
　　有天文学家认为，以上的发现在寻找外星生命的过程中可能会提供实质性的帮助。长期以来，人类以地球生物为模板去寻找外星生命，这样的方式存在优势和劣势。优势就是我们能得到明确的探索目标和要求，例如判断一颗星球是否存在生命，可以看看它是否含有氧气、液态水和有机物，如果这三个条件都不满足，那么这颗星球很容易就被排除。
　　劣势就在于，这种衡量生命的标准容易导致人类在探索外星生命的过程中陷入困局，即在寻找碳基生命的圈中出不来。地球上的生命都是碳基生命，而且绝大多数碳基生命需要氧气才能维生，但宇宙中大多数星球都不含氧气，这是否意味着这些星球就一定无法孕育生命呢？其实不然，这些星球有可能存在养厌氧生物，也可能存在非碳基生命。
　　以火星为例，这颗星球表面看起来到处都是橙红色，因为火星土壤中赤铁矿的含量并不低。而且火星稀薄的大气层中几乎都是二氧化碳，氧气含量十分稀少，即使如此，仍然有科学家认为火星可能存在生命，因为火星生命可能拥有一种特殊的能力，即通过铁矿物进行能量转化。如果这样的生命确实存在的话，那么土卫六也是希望的，因为这颗卫星上含有大量甲烷。
　　人类未来应该怎样寻找外星生命？
　　目前我们无法确定外星生命是否存在，因此讨论这个问题之前不妨假设外星生命是潜在的。如果外星生命是潜在的，那么它们的生命形式有可能和地球生命不同，即非碳基生命。因此在探索外星生命的过程中，我们不应该只以碳基生命为标准，还应该考虑其他生命形式存在的可能性。
　　当然，我们还是要以探索碳基生命为准，因为人类探索外星生命的主要目的是寻找适合地球生命生存的星球。以其他元素为基础的生物对环境的要求可能与碳基生命不同，比如碳基生命需要氧气，而其他类型的生命可能不用，因此即使存在其他形式的生命，也不能说明它所处的环境适合地球生命。
　　现阶段人类在大力探索太阳系内的行星和卫星，希望能够发现一颗符合要求的星球。然而从目前的探索情况来看，这个希望实现的几率越来越渺茫了，或许未来人类需要动用科技的力量去改造星球的自然环境，让它们变得适合人类生存。