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[转载]氘的秘密:从神秘同位素到生命科学的奇妙探索

已有 686 次阅读 2024-2-25 13:46 |个人分类:自然科学|系统分类:科普集锦|文章来源:转载

在浩瀚无垠的元素世界中,氢原子拥有一个鲜为人知的“双胞胎兄弟”——氘,它就像自然界中的魔法元素,悄悄地改变着我们对生物过程和生命本质的认知。氘,这个看似稀有却普遍存在于地球水体中的氢同位素,以其额外的中子给科学家们带来了一场引人入胜的生命科学探险。

氘与氢虽然结构相似,但其微小的质量差异带来的影响却堪称巨大。如同哈利·波特世界中的隐形斗篷,氘的存在使得重水(D2O)具有不同于普通水的独特性质。你可能会惊讶于这一事实:如果将种子放入重水中,它们竟会停止生长,而在含有50%氘的混合水中,种子虽能发芽,但却步履蹒跚。这揭示了氘对生命活动的重大干预作用,甚至可能是细胞功能紊乱乃至致命的元凶。

然而,氘的影响远不止于此。在生命的微观层面,氘与DNA的关系尤为微妙且关键。它仿佛是一位狡猾的雕刻师,通过改变分子形状及酶活性,直接干扰DNA复制、转录与修复的过程。而氘形成的更强悍的氢键,则可能使蛋白质变得僵硬,让代谢反应不得不付出更多的能量代价来打破这些束缚。更令人惊奇的是,氘还能够在细胞内部的质子通道里“绊脚”,阻碍ATP的产生效率,从而影响整个生命体系的能量供给。

当我们把目光转向自然界的氘分布时,一个有趣的现象呈现出来:氘浓度并非均匀分布,而是受到温度、海拔、地理位置等多种因素影响。例如,在温暖气候和海洋深处,氘显得更为“贪婪”,而在寒冷山区和远离赤道的地方,氘则相对“低调”。这意味着不同地区的生物体内氘浓度各异,并可能与其生活环境息息相关。

那么,如何利用这种自然现象为人类健康服务呢?这就引出了贫氘水(DDW)的概念。科研人员发现,减少水中的氘含量会对植物、动物乃至人体健康产生积极效应,如促进生长、提高生产力、延长寿命等。一项关于氘耗尽水的研究成果表明,即使是氘浓度的小幅降低也可能对诸多健康参数产生显著影响,甚至与衰老过程及癌症发生率有关联。

总而言之,氘这位化学世界的隐形魔法师,正以其独特的身份和影响力改写着生命科学的剧本。从揭示生命的细微奥秘到探索健康长寿的新途径,氘的故事不仅展示了科学的趣味性,更提醒我们在探寻生命之源的过程中,即便是最微不足道的元素变化,也可能孕育出深远的意义和变革性的突破。

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图1. 正常的水在100℃沸腾;重水在101.4℃沸腾,普通水在0℃结冰;重水在摄氏3.8度结冰。

冰通常浮在水面上;重水形成的冰会下沉。

原文链接:

https://www.dancingwithwater.com/deuterium-depleted-water-what-is-it/



https://blog.sciencenet.cn/blog-3549522-1422950.html

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