諾貝爾醫學獎和氧氣的故事

今年的諾貝爾醫學和生理學獎，授予了英國科學家拉特克利夫，美國科學家凱林和塞門紮。他們發現了在細胞水平，生物是如何感知以及適應對氧氣供應的改變的。由於他們的工作，人類對於不同氧氣水平將如何調節一些基礎性生理機製有了更加深刻的認識。他們的研究開創性地發現揭示了生命最重要的適應過程之一的作用機製。而氧氣感知與很多疾病的發生存在著緊密聯係。他們為人類了解氧水平如何影響細胞代謝和生理功能奠定了基礎。他們的發現也為抗擊貧血、癌症和許多其他疾病的新策略鋪平了道路。

以前寫了很多外行人係列，對這個問題，雖然我不是專家，但畢竟是生物學科學家，還是有一點懂的，不是完全的外行。但在這兒談專業問題，畢竟讀者中學分子生物學的不多，有點曲高和寡。我就把話題轉移到氧氣上來吧！

氧氣不但是人類，而且是幾乎所有地球生物生存的必要條件。但這並不是天經地義的，下麵是一張氧氣所占空氣比例與地球年齡的表格;

40億年                    0%

24億年                1-3%

6-7億年               6-7%

2.5-3.5億年          35%

2.5億年                 11%

2億年 -現在           21%

生物在氧氣沒有時，就出現了。那時，生物的能量供應是依靠無氧酵解的機製進行的。我們的身體裏至今保持著這條古老的機製，在突發的劇烈運動時，身體就本能地運用這條機製。無氧反應會產生大量乳酸，這也就是劇烈運動後會感覺全身酸疼的原因。所謂有氧運動，就是在充分準備的情況下，身體會運用有氧機製，這樣同樣的食物，產生的能量比無氧運動高20倍左右。

地球在很長時間內沒有氧氣（不是氧元素），而生物的出現，倒是氧氣的重要來源。植物會產生光合作用，把水光解成氧氣。日積月累，氧氣在空氣中的比例逐漸升高。對於無氧生物，氧氣是致命的，於是生物出現了大滅絕。除了一小部分厭氧菌生存下來外，地球上的主流生物都是具有有氧代謝功能的。通過氧化食物，產生能量，成為地球生物的主流能量供應機製。

氧氣含量大範圍波動，及其在全球範圍播散的機製，至今不明。但這確實在地球的曆史上反複發生，每次都伴隨著生物的大規模滅絕和新生物的進化出現。比如在距今2.5-3.5億年前的石炭紀，氧濃度高達35%以上。那時候地球特別容易起火，到處都是森林大火，也出現了很多氧化礦物。而那時的生物，體態很大，一個蜻蜓有一米大，一條魚有40米長，可能和那時的生物發動機因為有高濃度氧氣的存在，功率較大有關。

不知何故，石炭紀後有近5千萬年，地球氧氣又急劇下降。大量巨型生物又滅絕，而進化出來的新生物，就發展出了這次得諾貝爾獎的科學家們所發現的機製。細胞能感受氧濃度的變化，從而激活不同的通路，來適應這種變化。到後來，地球氧濃度又提高了，必然又伴隨新的滅絕，但所有的進化也是在原有機製基礎上進行的，因此已有的機製有的就保留下來了。況且，地球氧濃度是宏觀的，而身體內的氧濃度分布也是不同的。血供不好的區域，劇烈運動時，癌組織等情況下的氧濃度就較低，這些氧適應機製就被激活。另外，人到來西藏這些高原區域，氧適應機製也會被激活。

這次諾貝爾獎的成果，為人類了解氧水平如何影響細胞代謝和生理功能奠定了基礎。他們的發現也為抗擊貧血、癌症和許多其他疾病的新策略鋪平了道路。另外，我們也從中了解到，很多我們賴以生存的東西，不是天經地義的，也不是亙古不變的。氣候會變化，地質會變化，氧濃度也會變化。人類在整個地球生命曆史中，隻占了區區幾萬年，小小的變化就會讓人類滅絕。我們真的很渺小！