胡勇

說起生命，我們通常會(huì)想到細(xì)胞，或者攜帶遺傳密碼的基因，也許還有承擔(dān)著許多生命活動(dòng)的蛋白質(zhì)，這些都是對(duì)生命至關(guān)重要的因素。

然而，還有一種因素也非常重要，這個(gè)因素就是金屬。相對(duì)于其他幾種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的因素來(lái)說，金屬要簡(jiǎn)單得多，它只是一些金屬原子的集合。但就是這樣簡(jiǎn)單卻又容易被人忽略的元素，給早期的生命創(chuàng)造了適宜的生活環(huán)境，以幫助生命物維持正常的生理活動(dòng)。

生物與環(huán)境之間的橋梁

在地球剛剛形成后的數(shù)億年時(shí)間里，大氣中沒有氧氣，地球上最早期的生命是一種單細(xì)胞的細(xì)菌——藍(lán)藻。

藍(lán)藻會(huì)消耗二氧化碳和陽(yáng)光，產(chǎn)生有機(jī)碳?xì)浠衔锖脱鯕?，但藍(lán)藻是一種厭氧細(xì)菌，即氧氣對(duì)藍(lán)藻來(lái)說是有害的，大量氧氣會(huì)殺死藍(lán)藻。然而，就在此時(shí)，金屬元素鐵充當(dāng)了生物和環(huán)境之間的接口，保證了早期生命形式的存活。早期的海洋中有大量的鐵離子，這些鐵離子可以和氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成氧化鐵，氧化鐵不溶于水，它們是一顆顆的微粒，最后沉積到海洋的底部。

上述的過程降低了海洋中氧氣的濃度，但鐵的濃度也會(huì)降低。隨著鐵濃度的下降，海水中氧氣的濃度會(huì)再次升高，藍(lán)藻開始死亡。隨著藍(lán)藻的死亡，產(chǎn)生的氧氣減少了，海洋中鐵的濃度又會(huì)慢慢恢復(fù)，藍(lán)藻種群也再次繁盛起來(lái)，這樣就形成循環(huán)。在這種循環(huán)的過程中，沉積在海洋底部的氧化鐵，會(huì)形成一層一層的紅色地層，那些層層疊疊的紅色就是鐵曾調(diào)節(jié)海洋環(huán)境、幫助藍(lán)藻生活的證據(jù)。

金屬元素不可或缺

除了幫助改變環(huán)境，使生物得以生存外，金屬還幫助生物維持基本的生命活動(dòng)。以人為例，已知人體必需鈉、鎂、鉀、鈣四種常量金屬元素和鐵、銅、錳、鋅等11種微量金屬元素，這15種金屬影響著人體的活動(dòng)。例如，我們需要鈉來(lái)維持體內(nèi)水平衡、酸堿平衡和神經(jīng)肌肉的應(yīng)激性等;鎂是構(gòu)成骨骼、牙齒的主要成分，還可以調(diào)節(jié)神經(jīng)和肌肉的活動(dòng)。每種金屬都有其特定的生命功能，金屬的濃度過高或者過低都會(huì)對(duì)生命活動(dòng)造成影響。

大約20億年前，地球曾經(jīng)歷了一次大氧化事件，即大氣中的氧氣含量突然增加，高濃度的氧氣加快了鐵的氧化，生物可用的鐵濃度降低了。同時(shí)，銅、鋅、鉬等其他一些金屬被氧化后，變成了可以溶于海水的化合物，這樣能被生物利用的金屬在海水中的含量增加了。

因?yàn)榻饘賹?duì)生物來(lái)說是不可或缺的，所以海水中金屬元素含量的變化，促使生物開始進(jìn)化，由利用鐵逐漸改為利用那些更容易獲得的金屬，比如鉬，一些海洋生物將鉬用作催化劑，鉬參與了生物體內(nèi)的許多生化反應(yīng)。

金屬和生命的聯(lián)系是如此緊密，因此，我們應(yīng)該改變或者拓寬我們對(duì)于生命的認(rèn)識(shí)。也許在我們尋找外星生命時(shí)，我們不應(yīng)該只局限于尋找復(fù)雜的有機(jī)分子，金屬也可以作為重要的線索。