生命中的元素

文 /  杨天林

对于宇宙由来的探索使我们知道，宇宙的起源和演化制造出了大约94种基本元素，这些元素是后来一切物质的最初源头，包括地球上的生命。人类本身也是宇宙演化的产物，既不是最初，也不是终结，站在这样的高度，我们才能深刻意识到，人类文明不过是宏大时空中的一个量子涨落。

地球上所有丰富多彩的碳基生命最初都来自于宇宙深处璀璨壮烈的系列事件，包括正在放射出巨大光芒的恒星、某一天突然爆发的超新星、或惊天动地的中子星合并，在它们似乎走向毁灭的燃烧中，在尚未熄灭的灰烬中，一定有意想不到的事情发生。地球及其之上的生命就从那一片宇宙尘埃中诞生，仔细想想，原来我们骨骼里的钙、肌肉中的氮、血液里的铁，我们体内脱氧核糖核酸（DNA）中的所有元素，以及所有生命中的碳、氢、氧等都是恒星演化的产物。

大约99%以上的生物体主要由以下11种元素构成，它们是氧、碳、氢、氮、磷、硫、氯、钠、钾、钙、镁，这些元素也可称之为常量元素；除了这些常量元素外，生命体中的必须微量元素还包括铁、锰、铜、锌、钴、镍、钼、碘、氟、钒、铬等，它们的含量很少，但其存在却必不可少；另有一些极微量元素对生命可能有某些用处，如硅、铝、镓、钽、锶、硒等，当然，不排除在生命中发现的某些极微量元素可能是环境污染造成的。不过，生命中的这些化学元素也很清楚地表明包括人在内的生命与环境之间的关系，以及与宇宙演化的某种相关性。

 生命中的元素

从微观角度看，组成生命的基本元素，其核特征也是最稳定和最丰富的，从中可见宇宙演化和生命演化之间的某种微妙联系。我们当然明白一个非常浅显的道理，没有不同元素的组合，生命就不可能诞生。

地球上的所有生命都以碳为基本构件和支撑，不论是植物还是动物，这决定了碳对生命的极端重要性。植物通常呈现绿色，根本原因是其体内含有叶绿素，它是一种镁（Ⅱ）的卟啉类配合物，叶绿素的核心功能是能够在非常温和的条件（常温常压）下进行光合作用，光合作用的实质是将空气中的二氧化碳和水转化成糖类，同时释放出氧气及能量。

仅从碳循环的角度看，动物和植物正好能和谐共存，并维持大气中氧气和二氧化碳总量的动态平衡。因为动物的生存以消耗氧气和释放出二氧化碳为基本前提，从中可见植物光合作用的重要性。

我们的食物绝大多数直接或间接来自绿色植物，我们的很多生活用品同样离不开植物。维持人类社会赖以生存的能源在本质上也源于植物（同时包括其他生命），它们就是所谓的化石能源，如煤炭、石油和天然气，它们由远古时期的植物（对石油和天然气的形成来说，别的生命也扮演了不可忽视的重要角色）演化而来。

在地球上与生命有千丝万缕关系的物质中，碳不是含量最多的元素，但却是非常关键的元素，碳的最大特点是有多样化的成键方式，除了游离态这种方式外，还能形成各种各样的化合物，它们一般是有机化合物，学化学的人都知道，有机化合物的种类和数量超级多。

比对一下上面的那个表（即宇宙、太阳系、地球及人体内重要元素含量对照表），我们很容易发现，构成人体的元素跟地球所含元素有很深的渊源关系，只是比例稍有不同。从数量上看，我们体内的氢原子总数约为60%，其余的40%是所有其他原子数目的总和，这些原子非常古老，它们甚至来自不同的宇宙。碳、氢、氧、氮、磷组成了我们体内的DNA，它关系到生命基因的遗传和变异。

人体中氧、碳、氢、氮四种元素的占比

人体中的元素含量

骨骼里的钙关系到我们生命的支撑，铁是我们体内血红素的主角，人体中的血红素能够携带氧气到达各细胞器官，其目的是使人身体中的各个部位都能正常运转。体内任何部位的供血不足都和铁的摄入量有关，身体中如果没有足够的铁来维持血红蛋白的存在，抵抗力就要下降，人就容易生病，从中可见铁的重要性。

维生素Ｂ12（又叫钴胺素）中含有钴（Ⅱ），它是一种水溶性维生素，也是唯一一种含有金属离子的维生素，它能促进红细胞的发育和成熟，使肌体造血机能处于正常状态，预防恶性贫血，它还具有活化氨基酸、促进蛋白质和核酸生物合成的作用。即使是铜和钼这样的微量元素也与一种至关重要的酶有关，而酶是生命体内高效且专一的催化剂。

还有很多构成生命的元素，它们中的每一个都充满了故事，实际上，除了氢之外，这些元素全都诞生于宇宙深处那些恒星的演化过程，所以，所有生命，包括我们自身都来自于宇宙星尘。

正如美国著名理论物理学家劳伦斯·克劳斯（Lawrence M. Krauss，1954-）在《无中生有的宇宙》（A Universe From Nothing）中所说：“你身体里的每一个原子都来自某一颗爆炸了的恒星，你左手的原子与右手的原子也许来自不同的星星。我们都来自星辰大海，物理学在这个层面其实充满了诗意。”

我们来自星辰大海，我们身边的一切存在都来自于虚无缥缈的宇宙，我们体内的很多元素非常古老，它们的年龄甚至可能超过了几十亿年。另一方面，说不定我们体内的某个原子曾经就是构成我们祖先身体的那一个。我们对此是不是感到无比的神奇，在貌似永恒的时间面前，我们似乎能感觉到生命轮回的迹象，冥冥之中，一个稳定且强大的“造物主”或许正支配着那些非常脆弱的生命。

在某种程度上，我的这些文字就是从星辰大海中打捞出来的，宇宙并不在乎我们的存在，但我们却不能不紧跟宇宙的步伐。我们的生命中就潜藏着那些美丽星系的影子，它们以自己的方式重复着关于轮回的故事。

宇宙并不在乎我们的存在，但我们却不能不紧跟宇宙的步伐，我们的生命中就潜藏着那些美丽星系的影子，它们以自己的方式重复着关于轮回的故事。

在整个宇宙中，除了碳、氢、氧、氮、铁、硫外，磷和其他一些元素同样重要，在生命起源和演化过程中，它们不可或缺。由这些元素形成的化合物占了星际空间化学组成的相当比重。因此，我们不想得出以下结论都难：在宇宙的任何角落，生命都是根据同样的化学原理构造出来的。我们得到的一个重要推论是：在宇宙中，我们一定不是唯一的存在。

不过，在很多情况下，那些美好的幻想顶多只能是幻想，如果你对此感兴趣，就在这种幻想中尽情地畅游一番，甚至还可以建立一个数学模型，借此推算出宇宙中有多少颗类地行星，那里有多少个生命摇篮，并充满希望地告诉大家，宇宙中充满了生命，然后就等待实验天文学家那一双敏锐的眼睛在浩瀚宇宙中探索。

不过，对生命现象的研究仅限于我们身边，有些地方只能出现在梦里，有些地方是你永远到不了的，在宇宙深处寻找生命或建立一个属于自己的家园最多是一种幻想。幻想当然美丽，再往深里看，一个最现实的问题就摆在眼前：人类是极其有限的。