生命的气息
你只需要把头埋在洗澡水下面一分钟左右，就会意识到呼吸对我们有多重要。氧气占我们呼吸空气的五分之一，我们通过燃烧(氧化)我们的食物来为我们的身体提供燃料。我们不能长时间没有氧气，但令人惊讶的是，有各种各样的生物可以长时间没有氧气，而且它们生活在氧气短缺或完全没有氧气的环境中。事实上，氧气浓度低(微空气)或无氧(无氧或无氧)的栖息地非常普遍。它们包括:湖泊、河流、池塘和海洋的泥浆和沉积物;沼泽、沼泽、深水和渍水土壤;堆肥和污水处理厂;还有动物的肠子和一些地下深处。这些栖息地是缺氧的，因为它们远离空气，或者它们所含的氧气已经被生物的活动消耗殆尽。
在地球历史的早期阶段，厌氧条件普遍存在。大气中的氧气源于光合作用生物的活动，只有当光合作用产生的氧气数量超过土壤和沉积物中的化学物质(通过氧化)去除它的能力时，氧气才会积累起来。生活在好氧条件下(有氧气存在)的生物必须适应这样做，而严格的厌氧生物，暴露在氧气中无法生存，在没有氧气的环境中存活了下来。严格的厌氧微生物不能在氧气中存活，因为氧气会形成一些剧毒的活性离子和分子。其中包括超氧离子(O-)，过氧化氢(H2O2)和羟基自由基(OH-)。好氧生物有破坏这些的酶吗有毒的产品的氧气。其中包括过氧化氢酶和过氧化物酶，它们可以分解过氧化氢，还有超氧化物歧化酶，它们可以破坏超氧化物离子。严格厌氧的微生物在接触氧气时会被杀死，因为它们缺乏处理有毒产物的机制。
有许多严格的厌氧菌群，一些真菌和一些原生动物。其中一些利用发酵反应从食物中获取能量。当然，这些反应是无氧的，但涉及到需氧生物所使用的途径的第一步。厌氧生物只能从食物中释放一部分能量。它们只获得有氧生物释放的1/18的能量，有氧生物可以通过氧气的参与将糖分解成水和二氧化碳。事实上，它们只是在利用有机物质形式的食物丰富的栖息地(例如在堆肥堆中)，尽管食物利用效率低下，但它们能够生存下来。它们对食物的竞争也较少，因为好氧生物被排除在外。由于厌氧菌不能完全分解食物，它们排出的分子要比好氧生物复杂得多(好氧生物产生二氧化碳和水，作为糖代谢的最终产物)。不同种类的微生物产生不同的最终产物，包括:乙醇、丙酮、甘油、乳酸、丁酸、氢和甲烷。一些厌氧菌无机材料，如硫酸盐，作为它们的能量来源。
生长中的植物不太可能面临无氧条件，因为它们产生氧气作为光合作用的产物之一。然而，休眠阶段(花粉、种子和孢子)可以在没有氧气的情况下存活一段时间。许多动物能在暴露于缺氧条件下至少在他们身体的某些部位。我们自己能够在这样的条件下生存。如果我们剧烈运动，血液不能为肌肉提供足够的氧气进行有氧呼吸，肌肉开始无氧呼吸。乳酸作为最终产物产生，如果它积累，会导致肌肉疲劳和疼痛。许多无脊椎动物可以在缺氧状态下存活，转换到无氧代谢，积累有机最终产物，如果氧气恢复，这些有机最终产物可以进一步代谢。
有各种各样的寄生蠕虫生活在
212极限生活
肠哺乳动物和其他脊椎动物的肠其中包括线虫(蛔虫)、食虫(绦虫)、吸虫(吸虫)和棘头虫(带刺的蠕虫)。宿主的肠壁有携带氧气的血液供应，但在肠腔的中心，情况可能是缺氧的。因此，寄生虫可获得的氧气量取决于它在肠道中的位置。这些寄生虫没有呼吸或循环系统，依靠扩散来运输呼吸气体和其他物质。有些寄生虫相当大。例如，蛔虫(Ascaris lumbricoides)是发展中国家人类常见的一种线虫寄生虫，身长可达30厘米。雷竞技手机版app即使有一些氧气可供它们使用，寄生虫的深层组织很可能会缺氧，因为它们依赖扩散来运输氧气。尽管它们拥有有氧代谢糖的途径，但事实上，它们利用的是无氧途径。像厌氧菌一样，它们可以利用这些低效的厌氧途径，因为它们在宿主的肠道中有大量的食物可供它们使用。
动物在缺氧状态下长期存活是罕见的，但有一些无脊椎动物可以做到这一点。加州大学博德加海洋实验室的詹姆斯·克莱格(James Clegg)在缺氧条件下储存了四年的包囊中孵化出了卤虾Artemia(图6.4)。在此期间，它们的食物储备(海藻糖、糖原和甘油)没有下降，这表明它们已经停止了代谢。克莱格估计，他应该能够检测到代谢水平只有正常水平的0.002%。因此，由于缺氧，囊肿在隐生状态下存活。这是一个类似的现象低湿休眠，这是一种由干燥引起的隐生状态(见第3章)。尽管囊肿在室温下已完全水化，但由于代谢停止，这一点更加显著。Artemia包囊可以在一些严重的环境压力下存活，包括干燥、渗透胁迫、紫外线(UV)辐射和极端温度以及缺氧。囊壁有保护作用，海藻糖堆积
-
- 图6.4卤虾虾囊的扫描电镜图。囊肿直径约为0.2厘米。
甘油、作为分子伴侣的热应激蛋白的产生以及artemin(囊肿期特有的另一种蛋白质)可能都与它非凡的生存能力有关。在海绵的受保护的扩散阶段——海绵胚(4个月)和一些线虫(30天)中也有长时间缺氧存活的报道。它可能比我们意识到的更广泛。
太阳晒得太多
我想我们都知道我们不应该在阳光下呆太久，我们必须用衣服和防晒霜来保护自己，如果我们不想最后看起来像一只煮龙虾的话。我们在新西兰特别注意到这一点，因为我们的纬度相对较低(南纬45°)，而且靠近每年在南极洲上空形成的臭氧空洞。在过去的16年里，新西兰上空的臭氧水平下降了5%以上。太阳通过光合作用给了地球生命，但过多的太阳辐射对生命是有害的
可见j紫外^ ^红外^
x射线UV^，nUVA，微波。x射线UVB微波
伽马射线。广播
i-i-i-i-i-i-i-i-i-i-i-i-1-i - \
10-11 10-9 10-7 10-5 10-3 10-1 101 103
波长(cm)图6.5电磁波谱．
生物体，它们需要应对它的有害影响。主要的破坏成分是紫外线辐射。这部分电磁波谱的波长比可见光短，频率比可见光高(图6.5)。x射线和伽马射线波长更短。太阳产生三种类型的紫外线辐射:UVA(波长400-315纳米)，UVB(315-280纳米)和UVC(280-100纳米)。中波紫外线不会到达地球表面，而中波紫外线是对生物体造成最有害影响的辐射，因为它是生物体最容易吸收的形式。当然，并非所有的辐射都是有害的，地球上几乎所有的生命最终都依赖于电磁波谱可见范围内(400-700纳米)的太阳辐射提供的能量。
有害紫外线辐射的影响(以及其他辐射，如x射线)是由其高能量产生的。当辐射穿透生物体时，它与生物体的分子相互作用，造成损伤并形成离子和自由基．这些是原子和分子的高度反应形式，它们会与细胞分子发生反应，产生破坏性的影响。特别重要的是辐射对染色体的影响。DNA对紫外线辐射的吸收会直接或通过与离子和自由基的相互作用破坏基因，导致基因突变。损伤可能是可以修复的，但如果损伤太大，就会给器官移植带来灾难性的后果。大多数突变是有害的，可能导致细胞死亡或癌变。例如，这个过程发生在皮肤的发育过程中黑素瘤由于暴露在阳光下的时间太长。
地球上的生物免受大部分紫外线的伤害来自太阳的辐射因为大气吸收了它。臭氧(O3，氧的一种分子形式)是由紫外线辐射和正常的氧分子(O2)相互作用形成的。由于O3和O2对太阳辐射的吸收，几乎所有波长小于290纳米的辐射都无法到达地球表面——这也很好，因为如果它真的到达地球，它会杀死地球上的大多数生物。这就是为什么人们如此关注与大气中的臭氧发生反应的化学物质(如氟氯化碳)对臭氧的破坏。
尽管有大气的屏蔽作用，大量的长波紫外线和中波紫外线还是会到达地球表面。生物可以在岩石、水或土壤表面下躲避阳光。毛发、羽毛、鳞片、刺、皮肤和角质层也为下面的细胞提供一些保护。皮肤本身受到黑色素的保护，黑色素是一种可以吸收辐射的深色色素。昆虫和其他陆生无脊椎动物的角质层也含有深色色素，在植物和某些微生物中，色素可能提供一些保护。许多生物都有修复因吸收紫外线辐射而造成的损伤的机制。辐射引起的DNA分子断裂被移除，并使用未受损的DNA链作为模板(切除或暗修复)重新合成DNA。一些修复机制依赖于光的存在，这一过程被称为光再激活(光修复)。因此，如果生物体随后暴露在光谱可见范围内的光下，紫外线辐射造成的损害就会大大减轻。在暴露在高水平太阳辐射下的工厂中，例如高海拔的工厂，这些修复机制必须几乎不间断地运行。
除了太阳辐射外，生物还受到来自陆地和外星的其他辐射源的照射来源。自然的来源地面辐射来源于岩石、土壤、空气和水中放射性物质的衰变。在过去50年左右的时间里，人类产生的辐射源(如核)不断增加发电厂以及用于医学诊断和治疗的放射性核苷酸。这些辐射的暴露通常很低，除非在一些人为的情况下。非太阳地外辐射主要由宇宙射线组成，宇宙射线是源自太阳系外的高能粒子。任何被这些粒子击中的细胞都会被摧毁，但这种碰撞很少见。受损细胞很容易被植物和动物以及存活微生物的繁殖所取代。
有些微生物能够耐受高浓度的辐射暴露．耐辐射微球菌是一种抗辐射细菌，最初是从一罐暴露在高水平伽马辐射下的肉中分离出来的。另一种细菌，耐辐射假单胞菌，在核反应堆的冷却水中存活。这些生物能够在高水平的辐射照射下存活，因为它们有非常有效的DNA修复机制。
继续阅读:这是生活，吉姆，但不是我们所知道的那样
这篇文章有用吗?
