如果一颗星球上没有生物制造氧气：有可能诞生智慧生命吗

地球历史上经历过几次氧气含量突然飙升的情况，这种情况会被称为“大氧化事件”，有些大氧化事件科学家还不知道当时发生了什么。

不过，最著名、也是大家最熟悉的大氧化事件很可能是生物第一次学会光合作用造成的，这种生物就是蓝细菌，直到今天它们还是主要的地球氧气贡献者。

大约在30多亿年前，蓝细菌学会利用太阳能将水转化成氧气，它们这种独特的创新取得了巨大成功，取代了那些吸收甲烷的细菌。

不过，大氧化事件并没有如期而至，而是直到大约20多亿年前才出现，足足迟到了差不多10亿年。

目前的解释是，蓝细菌最初释放的氧气被海洋中还原性物质（如铁）吸收了，直到这些物质消耗完了，它们释放的氧气才进入改造海洋和大气层。

地球海洋氧气水平的提升，推动了真核生物的进化。

由于利用氧气在能量代谢中具有显著的效率优势——氧气的高氧化性使得有机物能够被彻底分解为CO2和H2O，释放全部化学能，所以真核真核生物就像蓝细菌一样获得了巨大优势，并最终产生了复杂生命，以及后来诞生智慧生命。

那么有趣的问题是，如果一颗星球上没有生物制造的大氧化事件，那么还有机会出现智慧生命吗？

氧气或是诞生智慧生命的必要条件

2023年发表在《自然-天文学》一篇文章的指出，氧气是元素周期表中唯一性质刚刚好的氧化剂，没有氧气将不会科技文明。

生物要迸发出科技文明，它必须要找到方法利用自己所在星球上的能量，只有你比其它生物得到更多能量，你才有机会在竞争中胜出。

而最简单的、也是最有可能被原始智慧生物找到的利用额外能量的方式就是燃烧。

人类祖先可能在200万年前就已经开始利用燃烧带来的能量，也正是因为学会了利用这种能量，让早期人类克服了大自然和其它生物带来的各种困难，并最终迸发出智慧，以及在后来利用燃烧带来的能量冶炼金属等工具，并发展出科技文明。

众所周知，燃烧需要燃料和氧化剂的参与，拥有这两者之后，只要提供一个初始的能量输入，它就能源源不断的带来能量，直到燃料或者氧化剂耗尽。

燃烧本质其实是燃料上的电子转移到氧化剂上，氧气就是我们大多数燃烧的氧化剂，它在燃烧时接收电子。

有许多化学物质都可以充当氧化剂，但是这项研究没有找到其它氧化剂合适被没有科学基础的原始智慧生物利用。

氧气是一种很强的氧化剂，它非常容易获得电子，所以很多材料都可以用它做氧化剂，在所有氧化剂中，没有几个比氧气强。

那些比氧气强的氧化剂，可以用强到离谱来形容，例如氟，这是其中一种比氧气更强的氧化剂，这种氧化剂不需要太高的浓度，就可以燃烧一切材料，包括各种金属。

如果一颗星球上充满了氟气，而不是氧气，同时这颗星球上迸发出有别于地球的生命形式，那么那里的高等生物也将无法取得燃烧带来的能量。

因为在氟气中燃烧，不仅很危险，而且即便这些生物客服了这些危险——无论它们通过什么形式，那它们也无法在这种环境中冶炼金属，这会阻挡它们进入科技文明。

而那些比氧气弱的氧化剂，它们要么需要在浓度很高时才能作为有效的氧化剂，要么能够用作燃料的材料很少，自然条件下很难找到足够的燃料。

简单地说，一颗没有氧气的星球上，它们很难找到燃烧这种解决方案，如果没能找到燃烧这种最简单获取更多的能量的方法，那么那些有潜力迸发智慧的生物凭什么在自然竞争中下胜出。

这项研究的作者在接受媒体采访时还给出了，最少需要多少氧气生物才有机会利用燃烧？

他们的答案是18%，而他们给出的理由是，只有达到这个浓度，生物燃料才能被点燃，如果低于这个浓度，生物燃料只会闷闷发热。

如果一颗行星大气的氧气水平无法超过18%，就不会诞生科技文明，他们称这个为“氧气瓶颈”。

然而，一颗行星的氧气真的需要通过生物过程来制造吗？

行星的非生物氧气

由于氧气是强氧化剂，一个天体或者行星在形成的之初，它通常不会有天然氧气存在，或者氧气水平极低，氧元素通常以水或者其它的氧化物形式存在。

行星的氧气基本只能是后期产生的，而且大概率可能会是通过生物过程形成。

所以，如果一颗系外行星被观察到有较高浓度的氧气水平的话，那么会轰动天文界，因为它有极大的可能拥有生命。

另外，现在氧气也是一种最主流的生物标志，探测系外行星大气层中是否拥有氧气是寻找地外生命的方法之一！

然而，2015年发表在《科学报告》上一篇文章指出，行星上可能会存在大量非生物过程产生的氧气[2]。

这个过程就是二氧化钛的光催化反应，就是在二氧化钛的催化下，水吸收紫外线转化成[H]+O?的过程。

这个过程会产生氧气，而不会消耗二氧化钛，所以如果一颗星球表面拥有足够多的二氧化钛和水资源，它就可以通过这个过程持续产生氧气。

其实，二氧化钛的光催化反应产生氧气的过程和植物的光合作用非常类似，光合作用的本质就是在酶的作用下水被光解成[H]+O2，然后[H]在二氧化碳的反应中变成了糖，只不过二氧化钛的光催化反应中的[H]可能会经历不同的过程。

二氧化钛并不是罕见的化合物，它在类地行星、陨石和月球表面含量丰富。

这项研究指出，如果一颗行星和恒星的位置类似我们地球和太阳的话，那么只要它表面含有0.05%的二氧化钛，它就可以持续发生光催化反应，并产生与当前地球大气中相同水平的氧气量。

另外，即使在低温恒星的情况下，行星表面是水冰，那么也只要表面拥有3%的二氧化钛，持续光催化反应也能维持大气中氧气的水平。

最后

大气层中的氧气水平可能确实是迸发智慧生命的必要条件，但是“大氧化事件”并不是只有生物过程能够制造。

所以，如果其它星球上没有类似地球的大氧化事件，也可能迸发出智慧生命，它们可能完全有别于地球生命演化的程序。