生命背后的金属

胡勇

说起生命，我们通常会想到细胞，或者携带遗传密码的基因，也许还有承担着许多生命活动的蛋白质，这些都是对生命至关重要的因素。

然而，还有一种因素也非常重要，这个因素就是金属。相对于其他几种结构复杂的因素来说，金属要简单得多，它只是一些金属原子的集合。但就是这样简单却又容易被人忽略的元素，给早期的生命创造了适宜的生活环境，以帮助生命物维持正常的生理活动。

生物与环境之间的桥梁

在地球刚刚形成后的数亿年时间里，大气中没有氧气，地球上最早期的生命是一种单细胞的细菌——蓝藻。

蓝藻会消耗二氧化碳和阳光，产生有机碳氢化合物和氧气，但蓝藻是一种厌氧细菌，即氧气对蓝藻来说是有害的，大量氧气会杀死蓝藻。然而，就在此时，金属元素铁充当了生物和环境之间的接口，保证了早期生命形式的存活。早期的海洋中有大量的铁离子，这些铁离子可以和氧气发生反应，生成氧化铁，氧化铁不溶于水，它们是一颗颗的微粒，最后沉积到海洋的底部。

上述的过程降低了海洋中氧气的浓度，但铁的浓度也会降低。随着铁浓度的下降，海水中氧气的浓度会再次升高，蓝藻开始死亡。随着蓝藻的死亡，产生的氧气减少了，海洋中铁的浓度又会慢慢恢复，蓝藻种群也再次繁盛起来，这样就形成循环。在这种循环的过程中，沉积在海洋底部的氧化铁，会形成一层一层的红色地层，那些层层叠叠的红色就是铁曾调节海洋环境、帮助蓝藻生活的证據。

金属元素不可或缺

除了帮助改变环境，使生物得以生存外，金属还帮助生物维持基本的生命活动。以人为例，已知人体必需钠、镁、钾、钙四种常量金属元素和铁、铜、锰、锌等11种微量金属元素，这15种金属影响着人体的活动。例如，我们需要钠来维持体内水平衡、酸碱平衡和神经肌肉的应激性等;镁是构成骨骼、牙齿的主要成分，还可以调节神经和肌肉的活动。每种金属都有其特定的生命功能，金属的浓度过高或者过低都会对生命活动造成影响。

大约20亿年前，地球曾经历了一次大氧化事件，即大气中的氧气含量突然增加，高浓度的氧气加快了铁的氧化，生物可用的铁浓度降低了。同时，铜、锌、钼等其他一些金属被氧化后，变成了可以溶于海水的化合物，这样能被生物利用的金属在海水中的含量增加了。

因为金属对生物来说是不可或缺的，所以海水中金属元素含量的变化，促使生物开始进化，由利用铁逐渐改为利用那些更容易获得的金属，比如钼，一些海洋生物将钼用作催化剂，钼参与了生物体内的许多生化反应。

金属和生命的联系是如此紧密，因此，我们应该改变或者拓宽我们对于生命的认识。也许在我们寻找外星生命时，我们不应该只局限于寻找复杂的有机分子，金属也可以作为重要的线索。