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空气中氮气的占比最大,但为什么生物没有进化出呼吸氮气生存呢?

 科学星探

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因为氮气比氧气稳定,大多数氮化物的稳定性也比相应的氧化物强,所以氮气相对氧气不容易发生化学反应。

绝大多数情况下,氮气和氧气这种双原子分子要想发生化学反应,需要先吸收能量分成两个活化的原子。将1mol氮气全部活化需要吸收941kJ能量,而活化同样多氧气只需要436kJ。因此氧气远比氮气更容易发生化学反应。因此,选择利用氧气而不是氮气,可以让细胞更容易发生化学反应进行生命活动。事实上,氮气很难参与化学反应,以合成氨为例,想要用氮气和氢气发生反应,要么需要在空气中放电,要么需要在存在催化剂的条件下使用高温高压,这都不是细胞内的温和条件所能达到的。

类似地,硅在地球表层的含量远多于碳,但由于硅氧键远比碳氧键稳定,所以我们选择吃有机物而不是啃沙子。

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回复科学星探:那么问题来了,生命为什么非要呼吸呢?这不是给自己找麻烦吗?
回复科学星探:还有个主要原因,氮气的氮氮三键结合能高,如果呼吸氮气,是必要利用氮气的氧化能力,但由于氮氮三键键能很高,氮气分解为氮原子的活化能也比较高,所以在有氧气存在的环境下,即便有能呼吸氮气的生命也难以很好的竞争下去(实际上有可以呼吸氮气的生命,一些植物如豆科的大豆冯根上的根瘤菌就是呼吸氮气,从而实现固氮的。整个原理类似于呼吸氧气:生物呼吸氧气参与代谢生成水,根瘤菌呼吸氮气参与代谢生成氨。)。
回复科学星探:氮气相对于氧气更稳定,如果在某个星系中,例如充满氢气,也许有生物会吸入氢气,呼出水也不出奇,只是在地球氢气含量太少了。
回复科学星探:其实在最初的地球生命进化当中,地球大气中的氧气含量是非常低的,甚至几乎不存在,早期生命体主要依靠进行厌氧呼吸来获得能量,随着时间的推移,地球大气中的氧气浓度逐渐增加,而生命也逐渐进化出来使用氧气进行呼吸的能力
回复科学星探:如果一种生物能够适应氮气呼吸,那么它就有可能在氮气含量更高的环境中生存下来。
回复科学星探:碳基生命进化出了靠呼吸氧活着,而没有进化出靠呼吸氮活着,是因为氧分子结构稳定、反应活泼,而且在大气中的浓度较低
回复科学星探:也是有厌氧生物,但仅限微生物菌种,新陈代谢高效率慢得如静止

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