科學萬象 氧氣的發(fā)現(xiàn)和光合作用

想象一下，當你在陽光下呼吸著清新的空氣，是否曾好奇，這些看不見的氧氣是如何被制造出來的?在接下來的《科學萬象》中，我們將揭開氧氣的神秘面紗，從它的發(fā)現(xiàn)、命名歷程到植物如何通過光合作用生產(chǎn)氧氣，再到我們身體如何感知和利用氧氣。讓我們一起探索這個對生命至關(guān)重要的元素，發(fā)現(xiàn)自然界中的奇妙秘密。

1.氧氣的發(fā)現(xiàn)

人呼吸離不開氧氣，

種植糧食生長離不開氧氣。

包裝食品袋中，會有一袋抗氧化劑。

大家知道，氧氣是地球空氣中十分重要的一種元素，但是人們發(fā)現(xiàn)氧氣的歷史并不長，直到公元1774年，法國化學家拉瓦錫才正式對氧氣展開了科學研究，并且被恩格斯稱為“真正發(fā)現(xiàn)氧氣的人”。但是實際上，在一千多年前，就有中國人發(fā)現(xiàn)了氧氣的存在。

唐代馬和在《平龍認》中提到，用火硝、青石等物質(zhì)加熱后，就能產(chǎn)生“陰氣”，水中也有“陰氣”，它和“陽氣”緊密結(jié)合在一起，很難分解。其實，馬和所說的陰氣，就是氧氣。

然而，17世紀的歐洲，氧氣還是一個從來沒有出現(xiàn)過的名詞，人們對于化學世界的燃燒現(xiàn)象，還沒有一個很好的解釋。一位著名的化學家，他開創(chuàng)性的提出元素的概念，并給我們賴以生存的氧氣命名，他就是拉瓦錫!

1772年，拉瓦錫在實驗室給燃燒后的硫稱重時發(fā)現(xiàn),硫燃燒后的質(zhì)量不但沒有減少，反而增加了，這一結(jié)果違反了當時流行的燃素說，使拉瓦錫感到吃驚。后來拉瓦錫改進實驗方法,在密閉的容器里加熱錫和鉛，兩種金屬表面均起了一層金屬灰,但是質(zhì)量沒有發(fā)生變化,他由此推測:金屬增加了質(zhì)量，那么空氣必然失去了一部分質(zhì)量，果然，打開一個容器的蓋子后，質(zhì)量立馬增加。為了驗證燃燒后增加的質(zhì)量與空氣失去的質(zhì)量相等,拉瓦錫又進行了一次燃燒磷的實驗，實驗結(jié)果與設(shè)想一致。他把少量汞放在密閉容器中加熱12天,發(fā)現(xiàn)有一部分銀白色的液態(tài)汞變成紅色粉末,同時容器里空氣的體積差不多減少了1/5,他把這部分氣體叫做氧氣,剩下的4/5叫做氮氣。

1. 光合作用

植物是地球上一個充滿魔法的實驗室。它們利用太陽能，進行著生命中最神奇的化學反應(yīng)——光合作用。在這個過程中，植物吸收陽光，釋放氧氣，并將二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機物質(zhì)。光合作用不僅是氧氣釋放的源泉，也是維持地球生態(tài)平衡的關(guān)鍵。

氧氣不僅是我們生命中不可或缺的一部分，更是地球生態(tài)系統(tǒng)中的平衡之一。在陽光的存在下，光合作用將氧氣釋放到大氣中，人類和動物吸入氧氣，呼出二氧化碳，并再次與植物連接，這正是氧氣循環(huán)的過程。

3.人體里的氧氣感應(yīng)機制

氧氣不僅存在于我們周圍的大氣中，更是維持生命的關(guān)鍵。當我們呼吸的時候，氧氣進入肺部，通過血液傳遞到身體各處。這個過程不僅提供了我們生命所需的能量，也清除了新陳代謝產(chǎn)生的二氧化碳。人類缺氧會窒息而死，而氧氣過多，又會中毒。生物體演化出了諸多精妙的機制，來控制氧氣的平衡，一旦人類找到了其中的“開關(guān)”，面對的可能又是一片新天地，那就是人體里的氧氣感應(yīng)機制。

科學家們研究發(fā)現(xiàn)，在人體細胞中，有一種細胞因子叫做“缺氧誘導因子”，如果氧氣濃度太低，缺氧誘導因子就會進入細胞核，與ARNT結(jié)合，激活相關(guān)基因，讓身體多生產(chǎn)點紅細胞，促進毛細血管的生成，盡快擺脫缺氧的狀態(tài)。人體不缺氧的時候，缺氧誘導因子會被VHL基因標記成“暫不需要”接著細胞就會把它分解掉，防止人體過度反應(yīng)。

當我們登山、旅游、探險去到海拔比較高的地區(qū)，美麗的風光、奇異的風情實在令人神往!但是在那里，你們有沒有感受到胸悶、氣短、呼吸困難?其實這都是高原缺氧導致的。從海平面到10萬米的高空，氧氣在空氣中的含量均為21%左右。但是受到地心吸引力的影響，海拔越高空氣越稀薄，氧氣含量也就越低，人體吸入的氧氣不足，就會導致人在高原產(chǎn)生缺氧的感覺。

長期的高原缺氧，有可能引起心肺功能異常，肺水腫或者消化不好，睡眠不足等等的問題。因此，為了適應(yīng)高海拔環(huán)境，解決高原缺氧的問題，人們采用了各種方法增加氧氣的濃度。合理的吸氧，減少劇烈運動。吃飯的時候不要吃得過飽，選擇一些容易消化吸收的高碳水化合物及復含維生素的食物。適量飲水，減少食物和水對心臟的負擔。

隨著研究的深入，科學家們大膽推測，弄清楚了氧氣對細胞的影響，找到了控制缺氧誘導因子的方法，也就找到了抑制某些因為血管和紅細胞過多而導致的疾病的治療方法。事實上，近年來，利用這一基礎(chǔ)原理研制出的相關(guān)藥物已經(jīng)在我國上市，而科學家們繼續(xù)著大膽的研究和假設(shè)，他們希望，能夠利用人體氧氣感應(yīng)機制，在癌癥的治療中也能夠帶來創(chuàng)新療法。