什么是氧气制造机?
谁都知道,人类的生存离不开空气,更确切地说是离 不开空气中的氧气。人可以几天不吃饭,几天不喝水,但 如果几分钟没有氧气的话生命就会停止。那么,空气中的 氧气是怎样产生的呢?地球上的绿色植物可以通过光合作用将二氧化碳和水 合成为有机养料,同时向大气中释放氧气的知识。 不过, 你知道光合作用究竟是如何进行的吗?光合作用是这样进行的:通过绿色生物细胞内含有的叶绿索吸收太阳能,并将太阳能以能量(生物体的通用能 源)的形式贮存起来,同时光解(在光的作用下分解)水 成氧气和氢,这一过程被称作光反应,形成的氧气释放到 大气中去,氢则被用来还原二氧化碳(co2)形成有机物 (ch2o),此过程被称作...全部
谁都知道,人类的生存离不开空气,更确切地说是离 不开空气中的氧气。人可以几天不吃饭,几天不喝水,但 如果几分钟没有氧气的话生命就会停止。那么,空气中的 氧气是怎样产生的呢?地球上的绿色植物可以通过光合作用将二氧化碳和水 合成为有机养料,同时向大气中释放氧气的知识。
不过, 你知道光合作用究竟是如何进行的吗?光合作用是这样进行的:通过绿色生物细胞内含有的叶绿索吸收太阳能,并将太阳能以能量(生物体的通用能 源)的形式贮存起来,同时光解(在光的作用下分解)水 成氧气和氢,这一过程被称作光反应,形成的氧气释放到 大气中去,氢则被用来还原二氧化碳(co2)形成有机物 (ch2o),此过程被称作暗反应,因此,光合作用是由光反 应和暗反应两个生化反应系统组成。
从光合作用的反应过程及总反应式中可了解到,光合 作用的确是一个无与伦比的生物化学过程,它在叶绿素的 协助下,巧妙的将光反应和酶促的暗反应有机地结合起来, 从而将地球上取之不尽、用之不竭的太阳能转变成化学能 而贮存在几乎所有生物(包括进行光合作用生物本身)都 赖以生存的能量基础含碳有机物上,并同时释放绝大多数 生物生存所必需的氧,每吸收It碳,可贮存1。
0X107千 卡的能量,并能释放2。 7t的氧气。对人类来说,光合作用不仅使人类的生存成为可能, 还使人类的起源成为现实。为什么这么说呢?这要从生物 的进化谈起了。科学家们通过放射性元素的计时技术,测得了地球的 年龄约有45亿年,而生命的起源大约在35亿年前,这就是 说在生命起源前,地球已经历了大约10亿年的进化史。
在 这10亿年间,原始地球大气中的甲烷CCHJ、氨(NH3)、 水(h2o)、硫化氢(H2S)和氢气(H2)等还原性气体在 紫外线、宇宙射线、闪电及局部高温高能等条件下,先自 然地合成出一些简单的有机物(如氨基酸、核苷酸和单糖等),进而再由简单的有机物合成出生物大分子(如核酸、蛋白质等),接着,各种生物大分子还是在外界自然条件的 作用下聚集在一起形成多分子体系至原始生命出现,在这 漫长的10亿年间,地球完成了它的化学进化阶段,逐步进 人到它的生物进化阶段。
尽管经过化学进化之后,地球上已含有丰富的有机物 质,但那时地球上的大气与现在的完全不同,仅含有一些 水蒸气、ch4、NH3、H2S和少量H2等还原性气体,游离 态的氧气几乎不存在,因此。在大约35亿年前,地球上最 早出现的生物是那些能够直接分解有机物来获得能量且不 依赖于氧的存在而生存的厌氧性异养微生物(指至少需要 提供大量有机物才能满足正常生长的微生物),如原始衣原 体类。
大约在25〜30亿年前,由于地球上有机营养物的逐 步耗尽(消耗超过其自然产生),地球上逐渐出现了下列几 种类型的微生物,一是能利用原始大气中的H2还原co2 成甲烷的古细菌厌氧性自养微生物(指不依赖任何有机物 即可正常生活的微生物),如产甲烷菌;二是能进行不放氧 光合作用的厌氧性光合自养微生物,如红螺菌类;三是细 胞内含有叶绿素的好氧性光合自养微生物,如蓝细菌,它 也可以进行光合作用,但与前面的红螺菌类所进行的光合 作用不同的,也是最重要的一点是它能通过h2o的光解作 用产生还原C02所需要的氢,并同时释放出具有能根本改 造地球大环境的氧气。
为什么说氧气能根本改造大气环境 呢?首先,由于在光合作用中可释放氧气,故自从蓝细菌 在地球上起源后,就逐步改变了地球大气层的性质,使原来一直是还原性的大气逐步转化成氧化性的大气,从而为一切能利用率极高的好氧性生物的起源和发展开辟了前所 未有的广阔前景。
从整个地球来看,自从好氧性生物产生 以后(大约21亿年前),特别是自12亿年前以来,地球上 生物进化的速度加快,且它们都是建立在产氧光合作用这 一稳固基础之上的。由于大气中含氧量的逐步提高,推动 了真核生物的起源和繁荣发展,并最终导致人类的起源。
其次,由于有了氧气,在强烈的紫外线和雷电的作用下, 就使在20〜25km高空的原始大气层中形成了一个臭氧层屏 障,只有依靠它,才能避免来自太阳的,对一切生物有强 大杀伤力的紫外线辐射到地球表层,从而使生物的生存环 境从以前的岩石底下或海洋深层逐步上升到地表和海洋表 层,最终使地球表面充满着繁茂的各种类型动植物和微生 物。
难怪科学家们称赞光合作用是一个伟大的过程,是地 球上最重要的生物化学过程,是一切生命的源泉。既然光合作用这么重要,那么,担当这一重要工作的 都是哪些生物呢?你肯定回答:当然是植物了。是的,你 回答得不错,所有的绿色植物都可以进行光合作用,不过 你知道吗?除了绿色植物外,还有一些微生物(包括单细 胞显微藻类和蓝细菌)也能进行光合作用,并且它们的光 合作用产量(如合成的有机物量、氧气的释放量及能量的 贮存量)要比你们能够用肉眼看见的植物(包括陆地的植 物和水生的多细胞藻类)的光合作用产量高得多。
从整个地球来看,地球的表面积为5。1 XlC^hm2 (每 平方千米等于100hm2),其中陆地占1。 5X10whm2,海洋 (包括河流、湖泊)占3。 SXK^hm2,海洋所占的面积几乎是陆地面积的2。
5倍,这使得水生的光合作用产量8倍于陆 生的光合作用产量。然而即使同样的面积,水生的光合作 用产量也高于陆生的光合作用产量,如拿有机物的合成来 说,每公顷水域每年平均形成8〜9t有机物质,而每公顷陆 地每年平均形成仅3〜4t。
这是因为一方面地球上的许多陆地是干燥炎热的地区 或寒冷的两极,这几乎不适于陆地植物和光合微生物生活, 而几乎所有的海洋中温度条件都是在某种程度上适于植物 或微生物生存的。另一方面,由于海水中的相对稳定的温 度条件,海生生物的生命活动中不会觉察到非常明显的季 节性变化,相对来说,这要比陆生生物优越得多。
除此之 外,水生植物和光合微生物还不会受到像水分供应缺乏这 种因素对于生命过程的不利影响,而这种因素常常会非常 强烈地限制陆生植物及光合微生物的产量。海洋微生物中的单细胞显微藻类是地球上进行光合作 用并生产大量光合产物(有机物、氧气)的主力军。
在当 今世界面临能源危机、粮食危机和环境污染之时,开发单 细胞藻类的人工种植,对于解决世界性的粮食危机等问题 不失为一个好的方法。收起