氧對地球上的大多數生命來說都是必不可少的，包括人類生命。當我們吸氣時，空氣中的氧氣就進入我們的肺，通過血液流入細胞，在細胞中把食物轉化爲能量。人體的60％是水構成的，而氧是水的主要成分。

但氧的性格中也有破壞性的一面。氧使金屬生鏽，食物腐敗。科學家們還懷疑，在人體衰老的過程中，氧也在起作用，還可能導致幾種主要的疾病，包括癌症。爲了增加對氧的破壞性一面的瞭解，研究者們探究了氧在細胞的化學構成中的作用。生物化學家已經發現，人體會產生幾種物質來防止氧對細胞的損害。一些科學家試圖瞭解，實驗室仿製的這些物質能否使細胞抵禦氧破壞性的一面。年輕地球的氧

在地球的黎明期，大約45億年前，幾乎所有的氧都黏附於岩石中。地球內部的熱使氧和其他化學物質上升到地表併產生反應，形成如二氧化碳氣體和水這樣的物質。

漸漸地，太陽的紫外光分離大氣中的水蒸氣分子，產生了少量自由的氧。獲得從黏着狀態釋放出來的相當數量的氧之後，出現了最早的生物。30億年前，浮游在水中的微生物開始吸收溶解在水中的二氧化碳，並釋放出氧氣，就像衆所周知的光合作用一樣，是一種化學反應的產物。這就是綠色植物浮游生物的後代利用陽光、水和二氧化碳製造食物的化學過程。

今天，地球大氣中有23％的氧，這樣高水平的氧是通過水中和陸上植物不斷的光合作用反應才得以維持的。植物吸收二氧化碳，釋放氧；而動物則吸收氧，吐出二氧化碳。當然，大部分的氧是以氧化物的形式存在，如二氧化硅，也就是常見的沙子。海水中含高達86％的氧。氧的早期研究

有關氧的發現，是化學史上最重要的一些發現。這些發現始於18世紀，那時人們還相信，所有物質都只是由四種元素構成的。古希臘哲學家把這四種物質定義爲土、風、火和水。但是，到18世紀末，研究者們認爲，四大物質之一的風，實際上是由很多不同的氣體所組成。氣體研究的先驅是英國牧師、化學家約瑟夫·普里斯特利。他與瑞典的卡爾·威廉·謝勒共享了發現氧的榮譽。18世紀70年代，普里斯特利和謝勒各自進行了他們的研究，通過加熱幾種物質，並收集它們釋放出的氣體。

普里斯特利和謝勒都意識到，他們所收集到的氣體，是空氣的構成成分，並且發現，如果沒有這種氣體的參與，就沒有什麼東西可以燃燒。普里斯特利還注意到，“植物顛倒了呼吸的過程。它們吸入污濁的空氣(二氧化碳)而吐出新鮮空氣(氧氣)。”

然而，兩位科學家都沒有意識到，他們發現了一種新的元素。他們倆都是燃素理論的狂熱追隨者，相信自己已經制造出“阻燃氣體”。按照“燃素理論”，木頭被認爲是由加有燃素的灰構成的。當木頭失去燃素時，它就燃成了灰：鏽蝕的金屬被認爲是丟失了它們的燃素。這個理論有許多問題難以解釋，比如當鐵“丟失燃素”的時候，其重量卻絲毫無損。1776年，法國化學家安託萬批判了燃素理論。

他意識到，氧是一種元素，而且，他第一個對火作了精確的解釋：氧與其他物質的快速化合。從此以後，化學家們對氧有了更多的瞭解，認識到爲什麼氧在那麼多重要的化學反應中扮演着如此重要的角色。迅速燃燒或緩慢燃燒

氧的基本化學反應，無論是在人體細胞裏，或是熊熊燃燒的木頭，還是不起眼的一個鏽斑，都叫做氧化還原反應。

不同的氧化還原反應會以完全不同的速率發生。鐵生鏽是緩慢的氧化反應，而木頭燃燒則是快速的氧化反應。氧化還原反應也包括給動物細胞提供能量。就一個人而言，空氣中的氧被吸入肺裏。

在肺的小囊中，血紅蛋白(一種存在於紅血球裏的蛋白質)中的鐵原子，會接納氧。然後血液流到心臟，心臟把血液泵入遍及全身的細胞。當血液到達細胞以後，就把氧和二氧化碳進行交換，再把二氧化碳帶回肺，釋放並呼出。

在細胞裏，氧參與了一種漫長、複雜的化學反應，最後一步生成一種叫做三磷酸腺苷(ATP)的物質。ATP的分子就像細胞的電池。實際上，一個細胞中一切反應所需能量，都是直接從ATP獲得的。氧的陰暗面

具有諷刺意味的是，一個細胞利用氧生成有用的ATP，同時也產生了有潛在危害的化合物自由基。一個自由基是由兩個或更多的原子組成，其中一個原子的外殼層中不是電子太多就是電子太少。有兩種自由基特別有害。一種叫做過氧化物；另一種叫羥氧基。過氧化物大多數的損害，都是通過參與生成羥氧基間接進行的。

羥氧基在它周圍遇到什麼就和什麼迅速發生反應。它們與之結合的物質包括脂質(脂肪)、蛋白質和脫氧核糖核酸(DNA)製造基因的物質。這些化學反應可能會損害人體細胞或引起基因變異。

幸運的是，人體會抵禦自由基。抵禦自由基的物質是由叫做抗氧化劑的化合物構成的，這些物質會防止自由基氧化其他物質。有些抗氧化劑人體可以合成。有兩種抗氧化劑是維生素C和維生素E，則必須從飲食中攝取。抗氧化劑釋放電子給自由基，這樣就滿足了自由基對電子的渴求。氧與衰老

然而，突破抗氧化劑防線的自由基會長驅直入，實際上會氧化任何細胞的任何部分，對人體大舉進犯。1956年，美國生物化學家德納姆·哈曼指出，人體各個部分都在經歷由自由基引起的化學變化。所有這些變化最終導致人的衰老。

哈曼認爲，當細胞利用氧代謝食物(把食物轉化成能量和活組織)時，會產生大量的自由基。

總的說來，一個物種的代謝率越高，這個物種的生命期就越短。比如，一隻老鼠每克體重耗氧的速度是人體的4.5倍。一隻老鼠2歲時死亡，就相當於一個人90歲死亡。此外，能產生更多生化物質抵禦自由基的動物物種，比產生這種物質較少的物種生命期更長。

但另一些研究者卻指出，自由基與衰老過程相聯繫的證據並不有力。例如，確有類似迅速衰老的遺傳疾病，但這些疾病似乎並未由自由基的增加所導致。再比如，有人吸收維生素E的能力較差，但其壽命不一定就短。此外，給動物喂抗氧化劑，或者把抗氧化劑加於實驗室人工培養的細胞，並不能使它們的生命期超過那個物種的生命極限。這是由美國巴爾的摩國家衰老研究院生物學家理查德·卡特勒在1984年論證的。預防自由基的傷害

爲了控制自由基的破壞作用，科學家們可以做些什麼呢？一個方法就是，更多地瞭解已知抗氧化劑作用的細節。

經過各種物質的試驗，艾姆斯發現了膽紅素肝分泌的一種微紅的黃色素能夠在細胞膜裏充當抗氧化劑。艾姆斯還發現了另外三種強抗氧化劑的物質。在大腦和骨骼肌中的某些細胞裏發現了大量這種物質，這兩類細胞在體內新陳代謝的速率最高。

但抗氧化劑對於延長個體的生命期有多大潛力呢？卡特勒和另一些研究者給動物飼餵抗氧化劑的實驗也許可以提供一點線索。喫了抗氧化劑的動物並未創下長壽的紀錄，但它們卻要比沒有飼餵抗氧化劑的動物生活得更健康。而且它們中更多地接近它們這個物種生命期極限。因此，阻止自由基的破壞，不大可能增加我們這個物種的壽命極限，但卻可能有助於個人活得更健康。

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