诺贝尔医学奖和氧气的故事

今年的诺贝尔医学和生理学奖，授予了英国科学家拉特克利夫，美国科学家凯林和塞门扎。他们发现了在细胞水平，生物是如何感知以及适应对氧气供应的改变的。由于他们的工作，人类对于不同氧气水平将如何调节一些基础性生理机制有了更加深刻的认识。他们的研究开创性地发现揭示了生命最重要的适应过程之一的作用机制。而氧气感知与很多疾病的发生存在着紧密联系。他们为人类了解氧水平如何影响细胞代谢和生理功能奠定了基础。他们的发现也为抗击贫血、癌症和许多其他疾病的新策略铺平了道路。

以前写了很多外行人系列，对这个问题，虽然我不是专家，但毕竟是生物学科学家，还是有一点懂的，不是完全的外行。但在这儿谈专业问题，毕竟读者中学分子生物学的不多，有点曲高和寡。我就把话题转移到氧气上来吧！

氧气不但是人类，而且是几乎所有地球生物生存的必要条件。但这并不是天经地义的，下面是一张氧气所占空气比例与地球年龄的表格;

40亿年                    0%

24亿年                1-3%

6-7亿年               6-7%

2.5-3.5亿年          35%

2.5亿年                 11%

2亿年 -现在           21%

生物在氧气没有时，就出现了。那时，生物的能量供应是依靠无氧酵解的机制进行的。我们的身体里至今保持着这条古老的机制，在突发的剧烈运动时，身体就本能地运用这条机制。无氧反应会产生大量乳酸，这也就是剧烈运动后会感觉全身酸疼的原因。所谓有氧运动，就是在充分准备的情况下，身体会运用有氧机制，这样同样的食物，产生的能量比无氧运动高20倍左右。

地球在很长时间内没有氧气（不是氧元素），而生物的出现，倒是氧气的重要来源。植物会产生光合作用，把水光解成氧气。日积月累，氧气在空气中的比例逐渐升高。对于无氧生物，氧气是致命的，于是生物出现了大灭绝。除了一小部分厌氧菌生存下来外，地球上的主流生物都是具有有氧代谢功能的。通过氧化食物，产生能量，成为地球生物的主流能量供应机制。

氧气含量大范围波动，及其在全球范围播散的机制，至今不明。但这确实在地球的历史上反复发生，每次都伴随着生物的大规模灭绝和新生物的进化出现。比如在距今2.5-3.5亿年前的石炭纪，氧浓度高达35%以上。那时候地球特别容易起火，到处都是森林大火，也出现了很多氧化矿物。而那时的生物，体态很大，一个蜻蜓有一米大，一条鱼有40米长，可能和那时的生物发动机因为有高浓度氧气的存在，功率较大有关。

不知何故，石炭纪后有近5千万年，地球氧气又急剧下降。大量巨型生物又灭绝，而进化出来的新生物，就发展出了这次得诺贝尔奖的科学家们所发现的机制。细胞能感受氧浓度的变化，从而激活不同的通路，来适应这种变化。到后来，地球氧浓度又提高了，必然又伴随新的灭绝，但所有的进化也是在原有机制基础上进行的，因此已有的机制有的就保留下来了。况且，地球氧浓度是宏观的，而身体内的氧浓度分布也是不同的。血供不好的区域，剧烈运动时，癌组织等情况下的氧浓度就较低，这些氧适应机制就被激活。另外，人到来西藏这些高原区域，氧适应机制也会被激活。

这次诺贝尔奖的成果，为人类了解氧水平如何影响细胞代谢和生理功能奠定了基础。他们的发现也为抗击贫血、癌症和许多其他疾病的新策略铺平了道路。另外，我们也从中了解到，很多我们赖以生存的东西，不是天经地义的，也不是亘古不变的。气候会变化，地质会变化，氧浓度也会变化。人类在整个地球生命历史中，只占了区区几万年，小小的变化就会让人类灭绝。我们真的很渺小！