氧气是慢性毒药?科学家发现,导致人类衰老的原因居然是氧气!

星空承载梦想 2025-03-25 08:38:44
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生命是如何诞生的?这是人类一直以来都想要解开的奥秘,人类作为地球上最复杂的生物,在短短几千年的时间内,已经能够站到地球食物链的顶端,这说明人类科技发展的速度很快,生命是一个非常神奇的东西,根据达尔文的进化论得出,地球上的生命都是由简单生物进化而来的,由最初的单细胞生物进化为多细胞生物,由多细胞生物进化为海洋生物,由海洋生物进化为两栖生物,由两栖生物进化为陆地生物,人类就是由陆地生物猿类进化而来的,地球生命的发展史是一部壮丽的史诗,从40多亿年前,地球在经历了无数次的撞击后,终于稳定了下来,当时的温度和环境特别适合核酸分子的形成和组合,一种能复制自己的分子——核苷酸诞生了。

到了35亿年前,在不断的复制过程中,生命开始慢慢形成,不过那时候的地球环境和现在完全不一样,大气里面几乎没有氧气,氧元素都是和其它元素结合在一起,以化合物的形式存在,早期的地球生命主要是厌氧菌,只要条件合适,它们几乎能够一直活下去,直到25亿年前,蓝绿菌出现后,打破了这种局面,蓝绿菌是最早进行光合作用的生物之一,通过光合作用,它们利用光能将二氧化碳和水转化为有机物和氧气,在蓝绿菌出现之前,地球大气中几乎没有游离氧,随着蓝绿菌的大量繁殖,大气中的氧气含量逐渐增加,从而改变了地球的大气组成,为需氧生物的出现和发展创造了条件。

蓝绿菌在生长过程中会分泌黏性物质,这些物质可以黏附周围的沉积物颗粒,随着时间的推移,蓝绿菌核沉积物不断堆积,形成了层状结构的叠层石,叠层石是地球上最古老的生物化石之一,为研究早期生命的演化提供了重要的线索。不过蓝绿菌的光合作用带来了一个谁都没想到的“副作用”,在这个过程中,氧作为代谢物,以氧气的形式被排了出来,对于那个时期的生物来说,氧气可是个厉害的杀手,它特别容易从别的物质那里抢走电子,随着蓝绿菌越来越多,这种毒气在大气中的含量快速上升,几乎把当时所有的生物都杀死了,就连蓝绿菌自己也没有幸免。

不仅如此,氧气还消耗了远古地球大气中的甲烷和二氧化碳,让地球朝着和温室效应相反的方向发展,引发了地球上最严重、持续时间最长的冰河时期,这次冰河时期被称为是休伦冰河时期,蓝藻大量繁殖,通过光合作用消耗大量二氧化碳,同时释放的氧气将甲烷氧化,导致大气层中温室气体含量大幅减少,地球保温能力下降,表面温度不断降低。而且当时地球火山活动处于低水平,无法有效补充大气层中的温室气体,进一步加剧了地球的降温。这次冰河时期持续了约3亿年,是已知地球历史上最持久、最严重的一次全球性冰河时期。这场持续了数亿年的氧化风暴彻底改变了地球环境,大气氧含量在23亿年前达到现在水平的百分之1,到6亿年前寒武纪前突破百分之10的临界值。

不过生命的顽强超乎想象,一些幸存下来的细菌慢慢适应了充满氧气的环境,并且巧妙的利用氧气的强氧化性给自己提供能量,用来抵抗寒冷,臭氧层的形成(20-25公里高空)彻底改变了地表环境,紫外线辐射强度降至原有水平的万分之一。生物开始从深海向浅海、继而向陆地拓展生存空间。5.4亿年前的寒武纪大爆发中,动物体型在2000万年间增大了15万倍,复杂器官系统和矿化骨骼相继出现。有氧代谢的能量优势推动生物体向更大体型发展。现代蓝鲸的心脏每天泵送7600升血液,其代谢强度是单细胞生物的百万倍。多细胞生物通过循环系统突破扩散限制,昆虫的气管系统、鱼类的鳃结构、哺乳动物的肺泡网络,都是生物适应富氧环境的创新解决方案。

氧气的氧化压力催生出复杂的抗氧化防御系统。超氧化物歧化酶家族在进化树上的出现时间与大气氧含量曲线完美吻合,线粒体内膜形成严格的区域化结构以防止自由基泄漏。这些适应机制最终被整合进发育程序,成为复杂生命不可或缺的调控网络。虽然氧气在生命的演化过程中起到了非常重要的作用,但是它作为远古“毒气”的特性还是存在的,氧原子最外层有6个电子,除了氢和氦,其它原子最外层有8颗电子才稳定,所以氧原子特别喜欢从别的物质那里抢电子,或者和其它原子一起共用电子,通过这种方式让自己最外层达到8个电子的稳定状态,这就是氧化反应。

在正常情况下,氧气参与人体的代谢过程,不会对身体造成危害,但是不良的生活习惯会对身体造成伤害,会让进入人体的氧气发生变化,变成一种特别活跃的物质,科学家将这种物质称为是活性氧自由基,它是体内一类具有高度活性的含氧分子或基团,适量的活性氧自由基对身体有一定的生理功能,但是过量时会对人体产生多种危害,它可引起DNA链断裂、碱基修饰等,导致基因突变、染色体畸变,增加患癌症、衰老相关疾病的风险。使蛋白质发生氧化修饰,导致其结构改变、功能丧失,还可能引发蛋白质交联聚集,影响细胞正常代谢与功能。

活性氧自由基会持续攻击细胞内各种生物分子,使细胞功能逐渐衰退,组织器官出现老化现象。同时,还会破坏细胞外基质,如胶原蛋白和弹性纤维,导致皮肤松弛、皱纹产生等衰老迹象。不过这种活性氧自由基也是有应对办法的,最常见的对抗它的东西就是维生素C,除此之外,想要让自己减缓衰老就必须保持良好的生活习惯,比如说有效的运动,每周大约150分钟的高强度运动能够使得细胞年轻化,而且要尽量早睡,维持在晚上10点到早晨6点的黄金睡眠时间,确保深度睡眠大于90分钟,遵循均衡饮食原则,多吃富含抗氧化剂、维生素和矿物质的食物,如新鲜的水果蔬菜、全谷物、鱼类、豆类等。

控制热量摄入,避免高糖、高脂肪、高盐食物,少吃加工肉、油炸食品等。不过这些方式也只能够减缓衰老的过程,并不能够阻止衰老,看到这里,相信很多人都会产生一个疑问,为什么衰老是没有办法阻止的?从古至今,有很多人都希望自己能够长生不老,比如说古代的皇帝,他们希望自己的能够长生,也寻求了很多办法,比如说去仙岛求取长生不老药,让道士炼制长生不老仙丹等,但是最终都没有成功,根据科学家的研究发展,影响人类寿命的真正因素其实是端粒,端粒是存在于真核细胞染色体末端的一段非常特殊的DNA,它的主要功能是保护染色体的完整性和稳定性,防止染色体末端被核酸酶降解,避免染色体之间发生融合或者重排。

细胞每分裂一次,端粒就会缩短一些。当端粒缩短到一定程度时,细胞就会进入衰老状态,不再分裂。这是因为端粒缩短会被细胞识别为DNA损伤信号,从而激活一系列细胞衰老相关的信号通路。随着年龄的增长,人体大多数细胞中的端粒长度会逐渐缩短,导致细胞的增殖能力下降,组织和器官的功能逐渐衰退,进而表现出各种衰老的迹象,如皮肤松弛、皱纹增多、免疫力下降、器官功能障碍等。看到这里,可能很多人会说,如果我们能够无限延长端粒,是不是就能够实现长生不老?虽然目前来说,端粒能够影响人类的寿命,但是除了它之外,身体还有其他细胞也会产生影响。

而生老病死是自然界的法则,不单单是人类没有办法改变,就连行星、恒星、黑洞等等一切物质都没有办法逆转,而这也验证了宇宙中最可怕的定律——熵增定律,早在1943年的时候,伟大的物理学家薛定谔就曾经在其著作中提出生命以负熵为生,人活着就是为了对抗熵增,那么熵到底是什么?1865年德国物理学家克劳修斯首次提出了熵这一概念,他认为在一个封闭的系统内,热量总是从高温流向低温,从有序走向无序,比如我们的手机会越来越卡,衣服会越来越旧,如果没有外界向此系统中输送能量的话,总混乱度便会越来越大,并且这种转变是不可逆的。

简单来说就是我们如果不打扫房间,那么房间就会变得越来越乱,如果不及时维护汽车,那么汽车会因为零件的老化和磨损而变旧,熵增定律被称为是宇宙中最可怕的定律,也是最绝望的定律,它揭示了宇宙万物演化的终极法则,暗示着人类最终将走向灭亡,宇宙中最终将走向热寂,按照熵增定律的说法,如果你什么都不做,明天一定不会变得更好,只会变得越来越差,朋友也会离你远去,爱人也会离开,事业会越走越低,而每一个人生活在世界上,就是在对抗熵增,生命是一个高度有序的系统,从细胞内复杂的生化反应到人体各器官系统的协同运作,都呈现出高度的有序性。

然而,生物体处于一个不断与外界环境进行物质和能量交换的开放系统中,时刻受到熵增的影响,如细胞代谢会产生无序的热量,身体会逐渐衰老、机能下降等,这些都是熵增在生命过程中的体现。为了维持生命的有序性,生物体需要不断地从外界摄取能量和物质,进行新陈代谢,排出熵增的产物,如通过进食获取营养物质,将其转化为身体所需的能量和物质,同时将代谢废物排出体外,以此来对抗熵增,保持身体的相对稳定和有序。然而这些都只不过是在减缓熵增而已,从宏观、整体的层面上来说,熵增定律是不可逆的,它和时间的流逝一样,我们能够看到事物从有序变得无序,但是不会看到相反的过程。

在孤立的系统中,随着时间的推移,熵必然会增加,这种单向性决定了熵增定律的不可逆性,所以长生不老是宇宙定律所不允许的,而生命真正的意义就是在于,在有限的时间内,做更多有意义的事情,而不同的人,对生命的看法和理解也是不同的,小编希望,每一个人都能够认真的、幸福的走完一生,也希望人类文明能够长久的发展下去,对此,大家有什么想说的吗?

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星空承载梦想

简介:本人爱好天文,擅长写科学领域的文章