生命元素的主要特征

根据科学家的研究，生命元素在生物体中存在以下五个特征：生命过程中的某一环节（如某一生化反应）必须有该元素的参与；在生物体内有着能主动摄入该元素并调节其在体内分布、水平和平衡的机制；在生物体内有着含该元素的能发挥正常生物功能的生物活性化合物；缺乏该元素时会引起一系列生理化学变化，经适量补充后就可以逐步恢复；当生命元素在生物体内过量时会造成代谢的障碍乃至中毒。

在这五个特征当中，我们重点讨论一下第二个特征，那就是生命体内存在着能主动摄入该元素并调节其在体内分布、水平和平衡的机制。

以人体中的钾、钠、钙、镁元素为例。当我们吃进了超过身体所需要的钠时，大肠就会停止吸收钠，而肾脏就会将血液中多余的钠排泄出去。钙的情况有些像钠。又如食物中的钾很容易从小肠吸收，在肾上腺的作用下钾的大部分储存于生命体细胞中，血液中的含钾量却很低，因为血液中过量的钾会随尿排泄掉。镁的摄入量很低时，血液中过量的镁能为肾所保留，这种保留机制非常有效，以致当镁的摄入量只有正常水平的4%时，即能维持体内平衡。以上所说的四种元素都受到不同腺体的调节和控制。

微量元素与宏量元素一样，同样也受到体内平衡机制的调节和控制，它们过量积聚于生物体内会呈现毒性，而缺乏时又会造成生理不正常。已有大多数微量元素的调节机制为人们所熟悉，对于大多数微量元素来说，体内的平衡机制是十分有效的。但也有个别的一些微量元素是否受到人体的主动调节还不能断定，例如氟、碘、钼和硒，因为它们在人体内的浓度要取决于外部的环境状况，环境缺乏这些元素时，体内亦就随之缺乏。

在生命元素的进化中，当发生越来越复杂的生物体进化，使得微量元素在生物体内逐渐有了较多的积聚时，此时就必须有一种方法，能将它们从体内排泄出去，因而就最终进化形成了最原始的把多余元素排到肠中去的调节机制。牡蛎是这样排泄的，人类也是这样，这一原始调节机制的发展，至今仍保留在哺乳动物体内。由于所有供应胃和肠（消化产物和元素就是在这里被吸收的）的血液，都是要回到肝脏去的，于是许多需要排泄的痕量元素如铜、锌、锰，以及某些有毒痕量金属元素就在肝脏中被筛选出来，让它们经由胆汁又回到肠道内再排出体外。

人体内的平衡机制当然也不是万能的，体内平衡机制的失调往往预示着疾病，其原因有很大一部分来自饮食的不合理和不平衡，当然还有环境的影响。人体内平衡机制的失调表现在：

第一，当一种元素的每天摄入量低于每天必须排泄到粪便和尿中的量时，生物体常有一种给予补偿的办法，即动用体内储存的元素，可是这一“负平衡”状态虽能维持一个相当长的时间，但终究会发展成一种缺乏症而影响身体健康。某些疾病还能增加痕量元素的排泄量，致使体内的需要量亦随之增大。例如慢性肾病能扰乱肾脏储存元素的机制（这当然是指主要由肾脏排泄和储存的那些元素），因此必然地增加了元素的流失。又如慢性腹泻和肠道吸收不良等病症，都会增加体内元素的需要量。再如长期饮酒，能促使肝脏输出锌和其他组织输出镁，这样就会增加这两种元素的排泄和支出。

第二，当一种元素的摄入量超过了肠的排出能力和肾的排泄能力时，将导致在体内积聚这种元素，最后就会毒害细胞或某个器官。生物体内某些元素储存库的超载，往往要花好长时间才能消除，即要把它们排出体外，往往要花好多年的时间。

我们不妨以营养元素钙和铁的摄入为例：美国《自然》杂志就载文指出，48%的高血压中风病人与血液中的铁和血钙过高有关。铁和钙摄入多还可能增加患肺癌的风险。美国一项新研究结果显示，无论是日常饮食还是营养保健品形式的铁和钙的摄入，对肺癌的发生发展都可能产生一定影响。铁和钙摄入多尤其可能增加吸烟者患肺癌的风险。铁、钙和锌是参与人体内活性氧代谢的微量营养素。先前曾有科学研究表明，铁、钙和锌摄入过多可能增加罹患肠癌、乳腺癌和前列腺癌等癌症的风险。

在一项新的研究中，美国哈佛大学公共卫生学院和哈佛医学院的研究人员对923名肺癌患者和1125名健康人进行了饮食情况调查，调查内容包含吸烟史等潜在风险因素。调查结果显示，分别衡量铁、钙和锌与肺癌的关联时，铁、钙的致癌风险高于锌；而三者共同的致癌风险则更大。有关研究人员指出，在没有医生建议的情况下，“最好不要大量服用含钙和铁的营养保健品”。

从生命元素的五个特征当中，我们还可以看到，生命体与生命元素存在的量密切相关。对于参与了生命组成的元素来说，它对生物体的作用不仅取决于它的化学性质，还取决于它在生命体中的含量（第四和第五特征）。每一种生命元素所具有的生物效应都是同该元素及其化合物在生命体的组织和体液中的浓度密不可分的。

法国科学家G.Bertrand在研究了锰对植物生长的影响后提出了一个最适营养浓度定律：植物缺少某种必需的元素时就不能成活，当该元素适量时就能茁壮成长，但若过量又会转为有害。该定律不仅适用于植物，也适用于一切生物。最适营养浓度定律又被称为伯特兰德定律。它揭示了：任何一种矿物元素在生物体内的效应，都表现为与该元素绝对的量的关系，不足则出现病态，过量则会引起中毒。只有含量保持在一定浓度范围内，生物体才能维持正常的生命活动。

图3-8表明了某种必需元素在浓度低时生物体会生长迟缓、繁殖衰退，甚至死亡，但这种失调是可以通过补充营养物质予以纠正的。随着浓度的增加，其生理效应逐渐变好，曲线的高台部分表示这种元素处于足量状态，此时生物体生长效应最佳。高台的宽度因不同的元素和不同的生物体而异，在曲线陡然下降区域之内为中毒浓度，在这之外，则是致死浓度。

图3-8　生命元素的最适营养浓度示意

从这张图上还可以看到，生物和人对环境中微量元素变化的适应能力是有限度的，当元素含量变化幅度超过生物忍耐力极限时，生理上就会起反应，产生损害健康的病症。同时，还可看到所有的元素，无论是必需元素还是污染元素，在高浓度时都有着不同程度的毒性，并会使生命体系最终走向死亡。

还要指出的是生命必需元素与非必需元素的主要区别就在于：非必需元素缺乏时并不影响生物体的生长，它也不存在一个最适浓度而只有一个可耐受的浓度。