最明顯的變化是生物巨型化,大約3億年前,氧氣占空氣的35%。蜻蜓作為一類最古老的昆蟲,大約3億5千萬年前進化出現的,從化石中得知蜻蜓的體積要大得多,因為它們受益于氧含量的增加,那時候的蜻蜓的翼展大約有2.5英尺。這就是為什么有大型動物如猛犸象和恐龍的原因。隨著氧氣水平下降,大尺寸的動物不復存在。所以如果氧氣加倍,動物也會變大,這將導致地球的動物回歸到史前階段。
因為多數生物都依賴氧氣,較高的氧氣含量聽起來很不錯,我們想當然地認為高含量氧氣是“好”的,因為我們太依賴它了,但氧氣是極其活潑的。想想當火災突然變得更多更大無法控制時的情況
氧氣是如此的活躍,它會對活組織造成重大的傷害,高氧氣含量影響最大的是人類壽命會減短,自由基(即O2-)被認為會通過氧化應激加劇老化過程,這干擾了許多細胞生理生化過程:蛋白質的合成、DNA復制、細胞間信號傳遞,也被認為是導致多發性硬化癥、老年病、帕金森病和其他許多疾病的原因。氧氣,生命的能量氣體來源,也是生命退化,疾病,并最終死亡的來源。
氧氣的雙刃特性被稱為氧悖論。一方面,氧賦予了生命的能量。沒有氧氣,活細胞雖然可以通過厭氧代謝(無空氣的無氧方式)從葡萄糖分子中提取能量。然而,在有氧氣條件存在下,人體可以從相同數量的葡萄糖分子中提取16倍無氧條件下的能量。考慮到人類的能量需求,沒有氧氣意味著死亡。大腦中的神經元特別敏感,即使是幾分鐘的缺氧,也會導致神經元的快速死亡。
另一方面,氧氣具有極強的腐蝕性。一輛嶄新的汽車,在有氧氣條件下最終會銹成一堆灰塵。氧氣破壞食物,使食物變質。自由基學的基本觀點是,如果有機會,氧氣就會破壞人體的分子成分,就像它銹金屬和燃燒建筑物一樣。最具破壞性的是,氧與氫結合在一起,形成各種不穩定和高活性的自由基分子,以及其他活性氧自由基(ROS)。在這些有毒的ROS形式中,氧會系統地破壞細胞的DNA、酶、蛋白質和細胞膜。這是氧氣的暗面任何在48小時內呼吸純氧的人都會死亡,這是氧氣對肺組織造成損害的受害者。
我們能夠在地球的大氣層生存下去,很大原因是因為惰性氮氣稀釋了我們呼吸的氧氣,而身體已經形成了應對機制,以應對這種低水平的氧氣的破壞性影響。