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人与植物间的氧交换

严谨的研究证明,我们呼吸是为了从空气中获取氧气,并将其转化为水,因而这种对氧气的需求多多少少将我们和植物串联了起来。但是,这就一定是植物与人类之间的重要关联吗?为了追踪更多细节,我们需要更多地关注氧原子而非氧气分子。

想象一下你和身边一盆植物之间的原子级关系。如果你和你的植物在一间明亮的房间里一起生活几个小时,你便可以玩一个“在不同分子形式中获取特定氧原子”的游戏了。为了进行这个异想天开的思维游戏,你不能使用你呼出的CO 2 ,因为植物会将它转变为自己的一部分,从而使得要想重新收回你呼出CO 2 时所释放的氧原子,最主要的手段便只能是吃掉这棵植物。

相反,如果你吸入一个由这棵植物释放出的氧气分子,你的细胞会将其转变为代谢水。这时,氧原子就从氧气分子中分离了出来,并“变相”成了H 2 O,或许通过你的呼吸逃逸出来,并以水蒸气的形式随着空气飘到了植物旁边。如果这个水分子进入叶片中,它会被光合作用分解,氧原子获得自由,再次参与构成一个新的氧气分子,其中那颗随着水汽被你呼出去的氧原子,又重新回到了你体内。

在舍勒、普利斯特里和拉瓦锡之后的很多科学家继续进行研究,得益于这些发现,你的想象力可以插上知识的翅膀,去跟踪植物的这个交换过程直至细胞层面。帮助植物将水转变成氧气的细胞器是叶绿体,从大小和形状上看,它都很像线粒体,但内部挤满了多层的膜,就像是千层饼。当阳光照射到叶子上时,那些固定在叶绿体膜上的翡翠色分子也会受到一部分阳光的刺激。这些被阳光照射的叶绿素,反过来又会对其他分子机器发射电子,并帮助推动糖的合成,之后这些糖将形成树液、茎、花和种子。

但此处还有一个问题——叶绿体在“发射”后还必须重新“装弹”。在叶片中,水分子是最方便的电子来源,而叶绿素则非常擅长从水分子中获取电子并释放氧原子。游离的氧原子于是重新组合成气体分子,可以被邻近的线粒体直接消耗,也可以逸散到空气中,或许最终就会造访你的肺。

阳光在地球表面的投射范围巨大,因此每一天都可以激发大量光合作用。如果水分子能再大一些,你或许都能听到它们像鞭炮一样爆裂的声音,因为靠太阳能生活的植物会将它们打碎,并将这些分子“弹片”喷射到空气和海洋中。在这一混乱过程中生成的氧气面临许多可能的命运,但无论是融入了锈斑中、闪电中,还是你指尖的细胞中,它们最后都会以毁灭告终。

但是如果氧气分子也有意识的话,它们一定会很乐意迈开步伐去做这些事。在一个充满生命的星球上,任何一个分子的消亡都是不可避免的,在历史长河中也是无关紧要的。根据理论推测,按目前全球氧气的生产速率,需要几百万年就可以将海洋里的每一个水分子分解一遍,而汉斯·莫尔(Hans Mohr)和彼得·朔普费尔(Peter Schopfer)在他们合著的《植物生理学》( Plant Physiology )中曾测算,自4亿年前陆生植物进化出森林以来,它们的光合作用就相当于将所有地表水分解了60遍。

从地质学的角度来讲,你所使用的大多数水和氧气都是比较年轻的,它们的年龄普遍只有几个世纪或数千年,而非数百万年。因此,尽管我们和恐龙呼吸同样的空气、喝同样的水的想法很酷,但在很大程度上,这并非事实。

另一方面,构成这些氧气与水的原子的历史就要悠久多了,它们不仅将你跟大气、海洋和地球上的其他生物相联系——你的原子还可以连接到更远的空间与更久的时间。 I0mCAQpMc8PLr8aRpyvVejlWl0y+nEcareLRM7n14XgimUalAMJCZ5BK6L+f4m69

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