地球上的大多数生命都离不开 氧 ，具体来说，是 分子氧 ，也就是两个氧原子通过共享电子而连接在一起的分子形式。
【资料图】
但是， 地球生命其实是在没有分子氧的大气环境中进化而来的 。最早的地球生命以其他化学物质为生，比如硫化物。但遗传证据暗示，最早的微生物是在“弱氧化”环境中进化的，也就是说， 那里有一些分子氧，还有其他一些含有氧的活性分子，但不多 。
这种“训练”在大约24亿年前派上了用场。当时，一些叫作 蓝细菌 的早期生命形式，进化出一种酷炫的新技能，它们能 吸入二氧化碳并呼出氧气 。在几十万年内，地球上大量的蓝细菌向大气中注入了足够的氧气，造就了地球历史上著名的“ 大氧化事件 ”。它彻底改变了我们这颗星球，也改写了生命未来的走向。
这就给科学家留下了一个挥之不去的问题。 在蓝细菌开始制造分子氧之前，分子氧是从哪里来的 ？
最近，一项由广州地球化学研究所的科学家 何宏平 领导的研究提出了一个看似简单的答案，那就是岩石。一块来自物理实验室中的破碎 石英 ，有望被用来揭示地球上的生命历史，并为寻找其他可居住的世界提供线索。
新研究发表于《美国国家科学院院刊》，研究人员提出，在 20亿到40亿年前，水和破碎的岩石可能为早期地球提供了少量氧气，刚好足以引导早期生命进化出在更富氧环境中生存的工具 。
学会呼吸
对于一个细胞而言，化学环境的颠覆或许很难应付。比如，如果把缺氧细菌群丢入氧气中，它们会尽数死亡。
但是进化的巧妙之处在于，如果让这些细菌在很长一段时间内 长期、少量 地接触氧气， 自然选择 最终则可能会筛选出能够应对氧气的细菌。
研究人员推测，这或许正是早起地球上发生的事情。长期接触微量的氧气，以及化学家称作“ 活性氧物种 ”的化合物，可能给了那些早期微生物一个完美的机遇进化出一些重要的酶。
所谓的活性氧物种，可以理解成一类含氧的“活跃分子”，比如过氧化氢。过氧化氢是一对氢原子与一对氧原子结合在一起形成的化合物，可以将其想象为一个水分子上多出了一个备用的氧原子。这个多余的氧原子带来了额外的电子，因此，过氧化物的稳定性比水要差得多，而且它们更渴望与其他分子发生反应。
与这些化合物接触，赋予了生命一种新的超能力，它们开始有能力中和这些活性氧物种，并学会利用分子氧。
破碎的岩石
在过去的几年里，一些材料科学家已经意识到， 如果以恰到好处的方式破坏一大块固体材料，就可以打破化学键，留下自由的电子，这些自由电子随时准备形成新的键，创造新的化学反应 。这给了研究团队一种思路。
矿物石英是由二氧化硅构成的，也就是一个硅原子和两个氧原子，通过共享电子结合。团队在实验室里研磨了一些石英样本，然后用一种名为X射线谱学的技术观察刚研磨的表面。 他们看到表面充满了断裂的化学键，特别是带有自由电子的氧原子 。这些曾经在氧和硅之间保持的电子，现在可以抓住附近的其他分子并引发化学反应。
当研究人员将石英样本浸入水中时，一连串的化学反应沿着这些新研磨的表面发生，最终产生了包括过氧化氢和分子氧在内的物质出现 。这两种物质在影响地球上的生命进化过程中可能发挥了重要作用。
在缺乏“研磨机”的40亿年前的太古宙，频繁的地震、冰川活动，以及海浪和潮汐的侵蚀等地球活动，或许提供了源源不断的新鲜破碎的岩石。大约90%的地壳是由石英等硅酸盐矿物构成的，它们 也许仅仅提供了一点点氧气，而且只是出现在局部的范围内 ，但这或许正是当时生命所需要的。
对其他世界上生命的影响
这样的过程可能已经发生，而且现在可能正发生在其他岩质世界上。其他星球上类似的地质过程，比如火星上的沙暴或者土卫二上的潮汐涨落，也许同样有机会制造氧。
研究人员表示，更深入的研究可以阐明岩石和水究竟是如何相互作用而产生氧气的，还有像过氧化氢和其他活性氧物种究竟起到了怎样的角色。
这项研究也说明， 宜居性似乎在许多方面都取决于岩石和水之间的相互作用。地球上的生命不仅仅是在地球上进化，而是与地球一同进化 。地质和气候塑造了早期生命，而生命又反过来影响了地球的气候和地质。
参考来源：
https://www.inverse.com/science/early-earth-oxygen-source
https://www.newscientist.com/article/2365333-oxygen-on-early-earth-may-have-come-from-quartz-crushed-by-earthquakes/
来源：原理
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