原始地球上没有氧气

刚刚诞生的地球上有氧气吗？生命离开了氧气，几分钟内就会死亡，但大气中含有氧气的行星上难以出现生命体，这真是匪夷所思的怪事。若原始地球的大气中含有氧气，海洋中溶入了氧气的话，它就不会轻易放过好不容易产生的有机物。氧气如果从有机化合物中抢走电子，那么失去电子的化合物就会被分解。因此，生命的诞生也意味着诞生地是几乎没有氧气的世界。最初的单细胞生物应该就是在没有氧气的水中进化而来的，而且没有依靠氧气的帮助，便制造了能量。在无氧条件下分解有机物获得能量的过程叫作发酵。那么，最初的生命诞生时，地球的环境是怎样的呢？

20世纪20年代，霍尔丹（与进行氧气中毒实验的霍尔丹不是同一个人）与奥帕林思考了地球刚诞生时的大气层是什么样的问题。如果地球与太阳系的其他行星一样，是由岩石与尘埃相互碰撞和压缩形成的话，那么可能保有和木星的大气一样的气体。他们推测初期地球大气应该是氢气、甲烷和氨气的混合物。那么，这会不会是生命诞生的原材料呢？受霍尔丹与奥帕林的假说的影响，1953年，美国化学家米勒设计了研究生命起源的实验装置。实验结果是用构成原始大气的气体通过放电得到的能量进行化合，生成了形态简单的氨基酸。

米勒的实验展示了原始地球生命诞生的可能性。米勒之后，近来出现的理论研究再次修正了生命诞生的剧本。20世纪50年代，并未受到广泛关注的地球化学家威廉姆·鲁比提出，初期地球大气大部分是氮气和二氧化碳。随着这一主张重新被关注，生命诞生时地球大气中几乎没有甲烷、氢气和氨气的根据也被发现。

地球和月球大约形成于46亿年前。若根据“阿波罗号”宇宙飞船带回来的月岩推测月球陨击坑的年龄的话，我们的太阳系至少在5亿年间曾遭受无数次陨石的袭击。袭击大概在40亿年前到39亿年前结束。地球上最古老的沉积岩现在位于格陵兰岛西部，据推测，形成时期大概在38.5亿年前。地球诞生后连续5亿年遭受陨石的猛烈攻击，此沉积岩应该是在那之后不久形成的。

分析岩石中的矿物可以了解当时的大气构成。调查结果表明，格陵兰岛的沉积岩中含有碳酸盐。也就是说，当时的空气中应该含有二氧化碳。在格陵兰岛的沉积岩中还检测出了氧化铁成分，这是在霍尔丹、奥帕林和米勒所假设的原始地球大气环境中无法形成的。要想形成这种氧化铁，空气中一定要有非常少量的氧气。氮气是十分稳定的气体，所以很难与其他分子反应形成新的化合物。那么，氮气是通过生命活动形成的吗？这也是一个有难度的问题。最终认定，原始地球的大气如同今天一样，由大量氮气、少量二氧化碳、极少量氧气，以及其他几种气体混合形成。

那么，霍尔丹和奥帕林所假设的甲烷、氨气和氢气从一开始就不存在吗？甲烷、氨气和氢气是很轻的气体。地球刚刚诞生时的大气，可能与木星相似。虽然像木星或土星那样的巨大星球依靠强大的重力作用可以留住这种很轻的气体，但是像金星、火星、地球这样的行星情况就不一样了。这些气体很可能是在地球诞生后的5亿年、陨石纷乱坠落期间飘向宇宙的。

总之，地球刚刚诞生时几乎是没有氧气的。但是，极少量的氧气对于生命的祖先来说无疑是致命的。因此，它们生活在安全的海洋中，在无氧环境中将海洋含有的有机物分解，从而获得能量。

米勒的实验装置

把玻璃容器内部设置得和原始地球的大气环境相似。容器内放入甲烷、氮气、氧气和水蒸气，用电极替代闪电和磁场。结果一种形态简单的氨基酸被制造出来，溶解了有机物的液体被收集在U形管里