我來帶大家回到數億年前的地球，那時候地球的氣候非常惡劣，惡劣到我們現在的生物無法在那裡生存。然而，在這樣惡劣的環境中，生命卻發現了一種在這個高溫、沒有氧氣、充滿甲烷和氮氣的環境中生存的方法——這就是我們今天要討論的主題：為什麼生物演化到今天是呼吸氧氣而不是氮氣。
首先，我們需要理解一下什麼是呼吸。在生物學中，呼吸是一個化學過程，生物通過這個過程獲取能量。大部分生物，包括我們人類，都是通過氧化有機物（如糖）來獲取能量的。這個過程中，有機物被氧化，氧氣被還原成水，同時釋放出能量，這就是我們通常所說的「呼吸」。
那麼，為什麼生物不選擇氮氣來呼吸呢？原因其實很簡單，那就是氮氣是一種穩定性極高的氣體。氮氣分子由兩個氮原子通過三個共價鍵連接，這使得它們之間的結合非常穩定，很難被打破。因此，生物無法像氧氣那樣，通過氧化有機物來獲取能量。簡單來說，氮氣太穩定了，我們無法像「利用」氧氣那樣「利用」它。
我們再來看看為什麼生物選擇了氧氣。其實，地球上最早的生物並不呼吸氧氣，因為早在幾十億年前，地球的大氣中還沒有氧氣。那時的生物是通過利用地球大氣中的甲烷和其他有機物來獲取能量的。但隨著地球上生物的逐漸繁衍和演變，一種新型的生物——藍細菌出現了。它們能通過光合作用，使用太陽光將二氧化碳和水轉化為氧氣和有機物，從而獲取能量。這就是地球上的氧氣最初產生的方式。
大約在24億年前，地球發生了一次大氧化事件，大氣中的氧氣濃度急劇增加。這使得一部分生物開始嘗試利用這些氧氣來獲取能量，並逐漸演化出了我們現在所說的「呼吸」這個過程。氧氣作為一個強氧化劑，可以幫助生物更高效地獲取能量。這也是為什麼生物選擇了氧氣而不是氮氣來呼吸的原因。
最後，我們再來看看氮氣在生物中的角色。雖然生物不能直接利用氮氣來獲取能量，但這並不意味著氮氣對生物就沒有用處。實際上，氮是生物體內重要的元素之一，它是蛋白質和核酸的重要組成部分。生物體通過固氮菌將大氣中的氮氣轉化為氨，然後再通過一系列的生化反應將氨轉化為胺基酸和核酸，從而利用了氮氣。
實際上，生物在演化過程中也沒有完全忽視氮氣。生物通過所謂的「固氮」過程利用氮氣。在這個過程中，氮氣被「固定」成氨，然後這些氨可以被進一步轉化成各種氮含有機化合物，比如胺基酸，然後被生物體用於生長和繁殖。儘管這個過程需要一定的能量投入，但是得到的氮含有機化合物在生命過程中的重要性使得這個投入非常值得。
那麼為什麼生物體就不能通過類似的方式「固定」氮氣來獲取能量呢？主要的問題在於氮氣的化學特性。氮氣的化學性質極其穩定，因為它的分子結構中存在三個共價鍵，這使得將其分解變得非常困難。儘管存在一些細菌能夠在特定條件下完成這個過程，但這個過程需要消耗大量的能量，而不是產生能量。因此，對於生物體來說，試圖從氮氣中獲取能量是非常不經濟的。
相對於氮氣，氧氣則擁有完全不同的特性。氧氣分子中的氧原子帶有較高的氧化性，能夠和其他物質發生化學反應從而釋放出能量。這就是為什麼我們的身體能夠通過呼吸氧氣來獲取能量。
總的來說，雖然氮氣占了地球大氣的絕大部分，但由於其化學穩定性，生物不能直接利用它來獲取能量。反而是氧氣，儘管在大氣中的比例遠遠低於氮氣，但因為其優良的氧化性，使得生物能通過呼吸氧氣來更有效地獲取能量。這就是生物進化到今天，選擇了呼吸氧氣而不是氮氣的原因。
在我們的腦海中，我們常常把地球的大氣成分想像為恆定不變的。然而，實際上，地球的大氣在過去數十億年間的變化相當劇烈。那麼，讓我們一起倒退地球的時間線，探尋大氣成分的演化歷程吧。
大約46億年前，地球形成。最初的大氣主要由氦和氫構成。由於地球重力較小，這些輕質氣體逐漸逃逸到太空，地球的原始大氣逐漸消失。
大約44億年前，火山活動盛行。這一時期，地球表面的火山活動頻繁，大量的氣體被釋放出來，形成了第二個大氣層，主要成分是水蒸氣、氮氣和二氧化碳，還有少量的甲烷和氨。
大約35億年前，生命開始出現。最早的生命形式——單細胞微生物開始出現。這些生命形式能進行光合作用，將二氧化碳轉化為氧氣。此時，地球大氣中的氧氣含量極低。
大約24億年前，氧氣大爆發。也被稱為「大氧化事件」。這一時期，光合作用的微生物開始大量增多，產生了大量的氧氣。地球大氣中的氧氣濃度開始顯著增加。
大約5億年前，氧氣濃度上升到現在的水平。這一時期，生物多樣性開始顯著增加，出現了許多新的物種，它們需要氧氣來進行呼吸，這進一步推動了大氣中氧氣含量的增加。
至今，地球大氣成分相對穩定。現在地球大氣的主要成分是氮氣（約占78%）、氧氣（約占21%），其餘1%由微量的氣體如二氧化碳、氖、氦、甲烷、氪、氫以及一些蒸發的水分子組成。
上述過程中的每一次大氣成分的改變，都深刻影響了地球的氣候、生態系統，甚至生命的演化。地球的大氣層是一個複雜的系統，它不斷地在自然過程和生物活動的影響下發生變化。這個故事告訴我們，我們今天呼吸的氣體，是億萬年地球生命演化的結果，承載著地球生命歷史的痕跡。
最後，我們必須注意的是，雖然氧氣對於生命至關重要，但其並非沒有弊端。氧氣的氧化性也意味著它能夠破壞生物體內的各種化學結構，比如蛋白質和DNA，這就是所謂的氧化應激。生物體需要投入一部分能量來防禦氧化應激，維持其正常的生理活動。因此，雖然氧氣是我們獲取能量的重要來源，但是其也帶來了一些挑戰，需要生物體通過複雜的機制來應對。這也是生命演化的一個重要方面。
