生命離不開(kāi)呼吸，這是常識(shí)，但回顧歷史，其實(shí)生物并不總是像今天一樣依賴氧氣。生命剛誕生時(shí)，地球大氣和海洋里的氧氣含量非常低，沒(méi)法滿足生物有氧呼吸的需要。這是因?yàn)椋跏怯钪嬷凶罨顫姷脑刂唬鼛缀跄芎腿魏螙|西發(fā)生反應(yīng)。地球剛形成時(shí)，地表的氧元素和鐵、硅、鋁等元素結(jié)合，組成了構(gòu)成地殼的氧化鐵、二氧化硅和氧化鋁等物質(zhì)，這樣一來(lái)，大氣里就沒(méi)剩下多少氧氣。那后來(lái)空氣中的氧氣是從哪兒來(lái)的呢？生命的起源至今仍是科學(xué)界最大的謎題之一，我們只知道在某個(gè)時(shí)候，原始生命確實(shí)在海洋中形成了，其中有一種細(xì)菌偶然發(fā)現(xiàn)了從太陽(yáng)中獲取能量的方法，也就是光合作用，這種細(xì)菌叫做藍(lán)藻。隨后藍(lán)藻憑借這個(gè)獨(dú)家本領(lǐng)，很快實(shí)現(xiàn)了種群數(shù)量大爆發(fā)，占領(lǐng)了世界各地的海洋，并通過(guò)光合作用釋放了巨量的氧氣。從那之后，地球大氣的組成被永久性地改變了，氧氣成為空氣的主要成分之一。

其實(shí)大氣中含有氧氣這個(gè)現(xiàn)象，在宇宙的類地行星中是很罕見(jiàn)的，因?yàn)檠鯕夂芸炀蜁?huì)和其他物質(zhì)反應(yīng)，隨之消耗殆盡。所以如果一顆星球的表面富含氧氣，那就意味著這顆星球能不斷產(chǎn)生氧氣，這就是生命存在的強(qiáng)烈信號(hào)。話說(shuō)回來(lái)，氧氣雖然是光合作用的代謝副產(chǎn)品，但它恰好對(duì)生命有著特別重要的意義。細(xì)胞可以進(jìn)行有氧呼吸和無(wú)氧呼吸，但有氧氣參與呼吸時(shí)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)釋放的能量要比沒(méi)有氧氣時(shí)多得多，更多的能量能支持更多的生命功能，從而幫助生命實(shí)現(xiàn)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的演化，最終進(jìn)化出擁有高度發(fā)達(dá)身體組織的人類。

回顧歷史，地球在3.5億年前的石炭紀(jì)時(shí)期，大氣中的氧氣含量達(dá)到了35%的峰值。這么高的氧氣水平催生了許多巨形生物，尤其是體型碩大的昆蟲，比如當(dāng)時(shí)巨形蜻蜓的翼展甚至可以超過(guò)半米。在接下來(lái)的幾億年時(shí)間里，大氣中的氧氣含量從35%下降到如今的21%，巨型昆蟲退出了歷史舞臺(tái)，兩棲類、爬行類、鳥(niǎo)類和哺乳類動(dòng)物你方唱罷我登場(chǎng)，雖然生存策略各不相同，但無(wú)一例外都延續(xù)了對(duì)氧氣的依賴。毫不夸張地說(shuō)，氧氣是生命的靈丹妙藥，正是它的在場(chǎng)催化，才讓生命蓬勃發(fā)展至今。人類在辭世之前，甚至不能離開(kāi)它超過(guò)幾分鐘，即便夜晚入睡，我們的胸部也會(huì)有節(jié)奏地隆起和收縮，在睡夢(mèng)中為身體注入能量。我們依賴氧氣，相比之下，空氣中的另外一種主要成分，雖然不直接影響人的呼吸，但對(duì)人口繁榮同樣至關(guān)重要，這種氣體就是氮?dú)狻?/p>

所有生物的細(xì)胞都是由蛋白質(zhì)分子構(gòu)建的，蛋白質(zhì)主要由碳、氫、氧、氮等元素組成，碳元素可以來(lái)自空氣中的二氧化碳，氫元素和氧元素可以從水分子中獲得，唯獨(dú)氮元素的獲取存在瓶頸，自然界中可供生物隨意取用的含氮化合物很有限。沒(méi)有氮，生物就沒(méi)法構(gòu)建蛋白質(zhì)，生長(zhǎng)也會(huì)停止，相比之下，其他元素比如磷和鉀當(dāng)然也很重要，但它們的用途相對(duì)較窄，需求量也小，所以真正制約生物數(shù)量的頭號(hào)元素就是氮。其實(shí)，說(shuō)我們沐浴在氮元素里一點(diǎn)也不夸張，因?yàn)榭諝獾?8%都是氮?dú)狻５珕?wèn)題是，我們不能直接從氮?dú)庵蝎@得氮元素。組成氮?dú)獾膬蓚€(gè)氮原子之間以三個(gè)共價(jià)鍵相連接，這種化學(xué)鍵非常強(qiáng)大，很難被打破，在自然狀態(tài)下，只有閃電等極端情況才能拆開(kāi)氮?dú)夥肿印Ｋ员M管大氣中不缺少氮元素，但真正能被生命利用的氮卻少之又少，這些氮主要以硝酸鹽和氨基酸的形式存在于土壤當(dāng)中。

人類和動(dòng)物攝入的氮元素，都直接或間接地來(lái)自土壤中生長(zhǎng)的植物，為了讓氮的輸入可持續(xù)，我們?cè)讷@得氮元素的同時(shí)，也必須找到一種方法把氮?dú)w還給土壤，否則土壤肥力就會(huì)下降，莊稼就會(huì)歉收，產(chǎn)生惡性循環(huán)。為了保證土壤肥力，人類從古至今想出了各種方法，比如種植豆類植物，和豆類植物共生的根瘤菌可以把氮?dú)庵械牡剞D(zhuǎn)化成可供植物使用的氮化合物，再比如堆肥，也能把有機(jī)物中的氮元素釋放到土壤里。這些方法多多少少都有效果，但人口持續(xù)增長(zhǎng)，人類對(duì)氮的需求沒(méi)有盡頭，仍然需要一個(gè)一勞永逸的方法來(lái)解決氮元素供需不平衡的問(wèn)題。真正帶來(lái)轉(zhuǎn)機(jī)的，是德國(guó)化學(xué)家弗里茨·哈伯。哈伯在20世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)，氮?dú)夂蜌錃饪梢栽诟邷馗邏簵l件下合成為氨，而氨可以用來(lái)制作氮肥。在哈伯的努力下，世界上第一條大規(guī)模制造氮肥的化肥生產(chǎn)線開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，人類終于打破了自然設(shè)下的桎梏，開(kāi)始利用氮?dú)鈦?lái)滋養(yǎng)生命。

如今，世界各國(guó)都在沿用哈伯的工藝，利用氮?dú)鈦?lái)制造肥料，這讓世界各地的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力大幅提升，糧食總產(chǎn)量迅速增長(zhǎng)。20世紀(jì)以來(lái)的全球人口大爆炸，正是在氮肥技術(shù)突破的背景下才得以出現(xiàn)的。根據(jù)最新估計(jì)，如果沒(méi)有哈伯開(kāi)辟的固氮工藝，如果沒(méi)有氮?dú)獾目犊嘀蚣Z食僅能養(yǎng)活如今一半的人口。氧氣和氮?dú)舛荚谧甜B(yǎng)生命的過(guò)程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，而另外一些氣體，則在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域扮演重要角色，顯著提升了生命的質(zhì)量。

1799年，化學(xué)家漢弗萊·戴維發(fā)現(xiàn)，如果吸入一種新發(fā)現(xiàn)的氣體——一氧化二氮，吸入者就會(huì)忍不住哈哈大笑，為此，戴維很應(yīng)景地給一氧化二氮命名為“笑氣”。思維敏銳的戴維發(fā)現(xiàn)，笑氣雖然會(huì)讓人發(fā)笑，但同時(shí)也能分散人的注意力、消除疼痛。在那個(gè)時(shí)代，生病一般意味著極大的痛苦。比如如果一個(gè)人牙疼，要想拔牙就只能讓牙醫(yī)拿著大鉗子，硬生生地把牙從嘴里拔出來(lái)，這個(gè)過(guò)程想想就可怕，更別提截肢或者其他大型手術(shù)了，那種痛苦都不是人所能忍受的。正是在這種時(shí)代背景下，戴維認(rèn)為，笑氣可以作為一種速效麻醉劑。盡管笑氣能催人發(fā)笑，和嚴(yán)肅的醫(yī)學(xué)學(xué)科似乎有些格格不入，但其出色的效果和比較小的副作用還是征服了醫(yī)學(xué)界，最終成為外科手術(shù)中的常用麻醉劑。如今在許多國(guó)家和地區(qū)，口腔醫(yī)生還是會(huì)用笑氣來(lái)減輕治療過(guò)程中的痛苦。

當(dāng)然，笑氣只是具有醫(yī)學(xué)價(jià)值的眾多氣體中的一種，但它的存在足以證明氣體可以在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮作用，提高生命的質(zhì)量。