组成细胞的基本元素,组成细胞的基本元素有多少种
知识总在新陈代谢，思想没有生殖隔离~
18:00
生 化 时 间
在高中生物学习的开头
老师就让大家背过
细胞的元素组成中
基本元素是C、H、O、N
大量元素有C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg
微量元素有Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo······
背是背熟了
但大家有没有想过
为啥就是这几种元素呢？
元素周期表里元素上百种
为啥就"宁"几个是"带艺术家"
在几十亿年的生物演化史上持续"霸麦"
也不让其他元素上台唱一段儿？
这些元素到底有什么特殊之处
细胞为啥“选”它们作为组成自身的原料？
要解决这些问题
还得回到宇宙大爆炸的时候
这可不是故弄玄虚
这个问题
确实得从那时候说起······
01
元素的诞生
首先
我们带大家看看元素到底是怎么来的
先给结论：
元素的产生
是由于宇宙大爆炸、恒星聚变和超新星爆炸
至于为啥？
往下看
大家都知道
元素的区分
就是看质子数的不同
严格来说
所有元素都可以看作
n个质子和其他粒子的组合
要产生的新的元素
就好比要将若干质子
和一些其他粒子强行捏在一起
这需要很大并且适度的能量
能量太小肯定不成
能量太大又会打散已经成型的原子核
总之就是特别麻烦
而宇宙大爆炸产生了巨大的能量
这给元素的诞生创造了第一个条件——
巨大的能量
但是还有一个问题
就是这些能量无法控制——
爆炸时的能量虽然很大
但是衰减也很快
一开始能量太大
没有成型的粒子
后来能量衰减太快
错过了可以形成元素的能量区间
大规模聚变就丧失了条件
也很难形成元素
所以在剧烈爆炸和急剧衰变中间
只夹着一小段时间
满足元素形成的条件
在这一小段时间内
除了1号元素氢以外
只来得及形成一些2号元素氦
以及极少量的3号元素锂
因此，宇宙大爆炸
只留下了一大堆氢（约75%）
和一小堆氦（约25%）
和极少数的锂
问题又来了
宇宙大爆炸阶段过去之后
后边更多的元素咋诞生呢？
这就要来到十亿年后
这时宇宙中出现了
第一代活跃的原住民——恒星
我们熟知的太阳就是恒星
恒星会不断发生核聚变
它的内部能量绝对大
足够进行更重的原子核形成
打个比方来说
恒星就好像太上老君的炼丹炉一样
能够不断“炼”出新的元素
有了恒星之后
越来越多的元素开始产生
2号、3号、4号······一直到26号Fe
一切都很顺利
但是Fe之后
新元素的产生却变得很困难
为啥呢？
这是因为
铁原子核稳定得很
简直堪称原子核中的“稳定标兵”
不严谨地说
原子序数比铁小的元素
得想方设法核聚变增加自己的质子数
原子序数比铁大的元素
想方设法核裂变减少自己的质子数
要改变铁这种稳定的状态
需要巨大的能量
但恒星聚变的能量不够大
所以铁之后的元素
不能通过恒星核聚变形成了
既然炼丹炉里的能量不够大
那怎么才能获得更大的能量呢？
答案是：干脆把炉子炸掉
认真的吗？
认真的
铁之后的元素
就是在一些恒星死亡的时候——
也就是超新星爆炸的时候形成的
说了这么多
总结下来一句话
原子序号越大的元素，越难以形成
而越难以形成的元素
基本上在宇宙中的含量就越少
比如，太阳系中的元素组成就是这样的
图片来源:《走进奇妙的元素周期表》
0 2
生命的“被选择”
根据上一段的介绍
我们肯定知道了
元素是由于宇宙大爆炸
恒星聚变和超新星爆炸形成的
而地球只是一颗行星
她是没能力自己产生新元素的
所以组成地球的基本元素
从一开始就基本确定了
而且其比例
和宇宙中元素存量的普遍规律相差不大
图片来源：维基百科
我们再来看看元素周期表
可以看到
构成细胞的大量元素
都聚集在元素周期表的上方
这时候就会有同学要问了
为什么构成细胞的元素
都聚集在元素周期表的上方呢？
从元素的角度来看
答案只有三个字
说起来有一丢丢"霸道"：数量多
从细胞的角度来看
答案也有三个字
说起来还有一丢丢悲凉：不得已
从进化论的思考角度来说
所有在同一环境下竞争的生物
适者生存，不适者被淘汰
对于生命来说
有机大分子是生命的标志
对于早期由各种元素组成的大分子结构来说
谁用常见、大量、易获取的元素组成
谁就踩了"狗屎运"
越可能适应环境而生存
而谁用了不常见、少量、难获取的元素
谁就越可能被淘汰
从概率的角度来说，
常见、大量、易获取的元素
也有更大的概率被生命吸收
作为组成身体的元素
不常见、少量、难获取的元素
则被尝试的概率很小
所以，问题并不是生命"选择"用哪些元素
而是哪些元素更多
哪种元素更能让生命尽可能活下去
但是有些同学又要问了
有些存量也很多的元素
占据着得天独厚的位置
但并没有成为生命体的大量原料
这又是为啥呢？
这些"表现不好"的元素
我来点几个名：
首先是
2号元素He
10号元素Ne和18号元素Ar
氦这种元素
真是让人忍不住叹气——嗨！
因为，这元素实在是太稳定了
在化学中是惰性气体的一员
压根不喜欢和别的元素发生反应
如果元素总喜欢自己单混
几乎从来不合其他元素组成化合物
那它们构成生命的可能性就太低了
毕竟生命体需要不断进行各种反应
10号元素Ne和18号元素Ar
都不存在与生物体内
也是这个原因
我们再来说说9号元素F
一方面，F的存量相比周围的O、Ne
也是一个大滑坡
另外F原子核本身不够稳定
从化学角度来看
F的氧化性太强了
强到能和万年solo惰性气体发生反应······
在氧化还原反应中
不论是反应速度还是反应程度
都过于"霸道"而无法控制
而因为其反应过于彻底
改变其化合物也变得困难
这种不受控制的元素
用来构成生命也不合适
毕竟生命体还是要维持一个相对稳定的状态
0 3
小结
每种元素都有自己的特点
生命与这些元素的结合程度
取决于非常多的因素
今天我们所讲的因素只是其中的一些
一句话总结就是：
元素在生物体内的含量
与其在环境中的存在多少
以及化学性质的活泼程度有关系
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