地球是一颗美丽的蓝色星球,也是迄今为止唯一发现生命的星球。如果有人问,是哪种元素主导了生命的世界?很多人都会脱口而出——碳(C)。看看元素周期表,我们就能发现碳元素位于元素周期表第二周期、第IV主族。咱们都知道同一主族的元素化学性质相近,那难道就没有来自其他第IV主族的元素尝试控制有机世界吗?还真有,这个元素就是硅(Si)。
元素周期表
Si元素是C元素的近亲,别看Si和C捕获电子或者失去电子的能力不强,但它们“墙头草”、两边倒,近可攻、退可守。而且Si和C有个特性,别的元素简单拼拼搞搞就能形成矿物,而Si和C则不然,它们喜欢手拉手“团伙作案”。对于有机界来说就是碳链,对于无机界来说则是链状、层状、架状或岛状的硅酸盐。Si元素凭借这一招,以硅酸盐的形式控制了地表整个无机世界。
各种形式的硅酸盐骨架
尽管生命最终选择了C元素,而不是Si,但Si元素有很大的“野心”,它除了控制无机界外,也曾染指过有机界,试图抢C元素的地盘。比如一些生物需要产生壳体,而制作壳体是需要材料的,Si元素终于等来了机会。海洋中有种浮游生物叫硅藻,它制造了大气中约20%的氧气,是名副其实的氧气工厂。硅藻有个壳,它的化学成分主体就是二氧化硅。此外,Si元素还“入侵”了少数动物,比如放射虫、海绵等,是它们壳体和骨骼的主要化学成分。
硅藻(上)和放射虫壳体(下,色彩后期加工)
地球早期的动物都是软体,换句话说就是没有硬壳。直到5.4亿年前,地球生命大换血,高等动物大量出现,而且开始有了外壳。如上所述,Si是可以拿来制造外壳的,长此以往,C的生命世界恐怕也要“割让”一部分地盘给Si了。C元素并不服气,于是选择了一个帮手来与Si抗衡,这便是——钙(Ca)。
Ca元素
说到Ca,我们都不陌生,它位于第四周期、第II主族,也是地表丰度最高的元素之一(排名第五)。老百姓听得有关Ca的说法,估计就是补Ca。那为什么要补Ca?因为Ca是我们人体骨架的主要成分,也就是说所有脊椎动物的骨骼都是它撑起来的。此外,其实不止脊椎动物,很多生物都有壳,比如蜗牛、扇贝、海螺、有孔虫、颗石藻、蛋壳等,它们的壳都是Ca质的(C与Ca联系制造的碳酸钙)。生命体内几乎所有的硬质材料都是Ca在起作用,换句话说,是Ca让生命硬气了起来。
常见的钙质壳体
46亿年的地球历史,很大程度上是C和Si的恩怨情愁。本来C处于劣式,但正是因为C和Ca的联手,最终战胜了Si,控制了整个有机世界,而Si乖乖守着它的无机世界,二者井水不犯河水,相安无事至今。
注:以上是作者个人对生命的理解和认识,既不全面,也可能不正确,欢迎大家多批评。