碳在生物体内的循环

碳是构成有机体的基本元素。在地球环境中，碳的最重要的循环是碳的生物循环，也就是生物参与的碳循环的过程。生物碳循环，包含有机碳化合物的合成与有机碳化合物的分解两个过程。植物、动物和微生物在碳循环中担当着极其重要的角色，没有它们承担各自独特的任务，碳的生物循环也就停止了，地球也就不会是现在这样的面貌。

生态系统中的碳循环基本上是伴随着光合作用和能量流动过程进行的。在有阳光的条件下，植物把大气中的CO2转化为碳水化合物，用以构成自身。同时，植物通过呼吸过程产生的CO2被释放到大气中，供植物再度利用，这是碳循环的最简单形式。

植物被动物采食后，糖类化合物转入动物体内，经消化、合成，由动物的呼吸排出CO2。此外，动物排泄物和动、植物遗体中的碳，经微生物分解被返回大气中，供植物重新利用，这是碳循环的第二种形式。

此外，在大气、土壤和海洋之间时刻都在进行着碳的交换，最终碳被沉积在深海中，进入时间尺度更长的循环。这些过程构成了碳循环的第三种形式。

应当指出，上述三种碳循环的形式是对全球碳循环过程的一种简化，这些形式的碳循环过程是同时进行、彼此联系的。

在生命中的碳的循环当中，二氧化碳既是碳营养源，又是代谢的废物，同时它还是调节者，人体依赖它在许多场合调节体液的pH值。没有碳的循环，也就没有生命，生命一旦结束，碳的循环也就随即停止。

生命体中碳循环的重要性当然已毋庸置疑，没有碳的循环便没有生命。有趣的是我们还能从这循环中发现一些令人感兴趣的细节。例如光合作用中的碳包括13C（碳-13）、12C（碳-12）和14C（碳-14），其中碳-12和碳-13没有放射性，地球形成时它们就已存在。碳-14是有放射性的，半衰期为5730年，它不是由其他放射性同位素衰变生成的，而是在宇宙射线穿过高层大气层时产生的。自然界的14C由于衰变不断在减少，但宇宙射线不断地撞击大气层，使得中子与氮发生原子核反应，又不断产生14C。在这个反应中，氮-14的原子里有7个质子、7个中子，被撞击后少了一个质子却增加一个中子，变成具有6个质子和8个中子的碳-14，保证了对碳-14的补充：

14N＋→—n14C＋1H

因此，在环境中只要有碳交换，12C∶14C就始终保持着一定的比例，这个比值为1012∶1，进入生命体的碳也是这个比例。但生命体一旦死亡，失去了碳的交换，没有了14C的补充，这一比例就会减小，根据这一比值就能算出该生命体出生和生活的年代。马王堆（1972）古尸就是这样被分析出她是死在2100年前的。该分析方法可分析出数百年至5万年前的生命的终结，更久远的则由于其中14C含量太低而无法准确测定。

如碳-14一样，碳-13同样也在人体中留下了有趣的轨迹。我们吃不同的食物，在人体内留下的碳-13是不一样的。如果我们常吃大米（水稻），那我们体内碳-13的比值就高，如果我们常吃小米，碳-13的比值就低。大豆植物所含的碳13水平显著低于其他植物。碳元素在自然界中的存在有一个规律：同一来源化合物中碳的两种同位素13C和12C的丰度比是相同的。生产类固醇激素的制药公司一般是从野生山药或者大豆中抽提碳化合物分子，并在此基础上构建睾丸激素，因此其碳-13∶碳-12的比值较低，而在人体内合成的激素该比值则比较高。如果某个运动员企图服用合成激素来提高运动成绩，那么他的尿样中，睾丸激素含有类似大豆的化学印记，一旦与同一尿样中的胆固醇和其他激素相比照，这些合成睾丸激素就会原形毕露。

除了人体中的碳的印记外，在生物的呼吸中也有着令人感兴趣的碳的踪迹，那就是生物在呼出二氧化碳的同时还会呼出其他含碳化合物的气体，例如甲烷、一氧化碳等。其中由动物呼出的甲烷已被认为是产生温室效应的主要气体之一。俄罗斯科学家在研究中用激光照射病人呼出的气体，激光中的部分光束会被气体中的某些分子吸收，通过研究气体在0.8到16微米波长范围内的吸收光谱，就可以判断出气体中所含成分及数量，可以用来了解病人的症状。俄研究人员指出：肺纤维化病人呼出的气体中一氧化碳浓度会比健康人减少一半，相反肝炎病人呼出的气体中一氧化碳浓度会大大提高，呼出的气体中有甲烷气味表示病人的代谢功能不好。这些研究已引起了许多人的兴趣，因为它反映了人体碳循环中的一些细节问题。

在地球这个大环境中，人类不仅要保持好自身体内的碳平衡和碳循环，同时更要注意保护好地球上正常的生物化学循环，尤其是碳循环。地球的碳循环如今已经遭到严重的破坏，我们每一个地球人都有责任去保护它。摒弃各种“高碳”生活，倡导“低碳”的生活，也就是与环境友好的生活，这正是我们生命的责任，因为生命是依赖于碳的正常循环的。