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我是由碳构成的

少儿资讯 来源:央视网 2017年05月17日 10:43 A-A+ 二维码
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央视网消息:

 《尖端科学》系列之生活中的碳

  第一次听到有人说我是由碳构成的,我真的感觉有些怪。“碳”让我想起用铅笔写字时不小心蹭到手上的黑色粉末,闪闪发光的钻石,空气中的二氧化碳和让人们发胖的碳酸饮料。怎么会是我自己!

  事实上,碳是构成地球上所有生命的基本元素。人类和所有生物体内都含有碳,宇宙中其他地方如果存在活的有机体,也非常有可能是由碳构成的。亿万年来,碳元素在生命体、地下水和大气之间循环往复,保持着地球的生态平衡。

  遗憾的是,我们地球人在不断留下多余的碳足迹,加速碳的循环,打破地球脆弱的平衡,比如海洋美丽的珊瑚礁,可能会因为海洋变暖变成可怕的白骨堆。我们还有没有机会减少碳的排放?

  你可以做很多事,跟着书中文章里提供的方法,减少自己的碳足迹;或者下决心造一个连续10年而且每年能从大气中洗涤10亿吨二氧化碳的设备,美国前副总统戈尔说了,你可以因此得到2500万美元的奖励。虽然每天有意识地减少碳足迹,甚至造出一个碳洗涤器都不会改变全球变暖的趋势,但这些都是改变的开始。如果你不试,怎么会知道有什么是可能的呢?

你是由碳构成的 ,这是一个简单的逻辑问题。

  事实一:你正在阅读这本书,它只在地球上发行(目前来说是这样的),所以你一定是一个地球人。

  事实二:你正在读这段文字。要读东西,你必须得活着才行。

  结论:既然你是活着的地球人,你就是由碳构成的,这一规律从无例外。碳对地球上所有的生命形式负责。细菌、蝴蝶、鸭子、恐龙、鱿鱼、松鼠和美洲杉,等等,都是由碳构成的。

  地球上的92种天然化学元素中,到目前为止,碳是用途最多的。碳的原子尤其擅长与其他原子结合构成分子,由碳构成的分子是组成活的有机体的基本部件。自然的连接碳并不是宇宙中含量最丰富的元素,获此殊荣的是氢。存在于我们周围的氢比其他任何东西都多。但是,一个氢原子每次只能与一个其他原子相结合。因此,氢单靠自己并不能产生很多不同种类的分子。氧是一种对活的有机体非常重要的元素,然而一个氧原子只能与两个其他的原子相结合。

  例如,一个氧原子可以和两个氢原子结合,组成一个水分子。一个碳原子可以同时和四个其他原子结合。一个碳原子可以与两个氢原子、一个氧原子结合,同时再缠住第四个原子

  氮或者磷,还有可能是硫。碳原子甚至还可以与其他碳原子结合,它们的结合构成了很多有趣的分子,这些分子形状各异。碳原子链可以是直的,可以是弯的,可以像小树枝那样有分支,也可以原路折回形成发夹环状、圆环状和螺旋状等形状。

  的确,碳形成分子的潜力是令人吃惊的。我们暂停一下,你可以趁此吸进点空气,以免你喘不过气来。吸气,呼气。请注意,那些从你的鼻孔里呼出来的二氧化碳分子,它们每一个都含有一个碳原子。二氧化碳里面的碳原子是你的身体燃烧的燃料中剩下的(这使得你的鼻子成了一个排气管)。很有可能燃烧的是一种糖。糖也是由碳构成的,糖分子中的碳原子5个或6个一起形成环状排列。

  你很可能没有注意到,在一种叫做胰岛素的含碳分子的帮助下,你的身体一直在控制着体内的糖分供应。胰岛素是由250多个碳原子组成的碳链,它们交叠形成一团如被嚼过的口香糖的形状。由于一种叫做脱氧核糖核酸的含碳分子,你的身体会自动产生胰岛素。脱氧核糖核酸更广为人知的名字是DNA。DNA由数以千计的碳原子组成,呈长长的双螺旋状。DNA告诉你的身体如何制造其他的含碳分子。事实上,你自己的DNA告诉你的身体,如何制造那些构建和组合成你所需的含碳分子。

看起来像一个足球吗?它其实是一个由60个碳原子构成的分子,名字叫巴基球。

  非自然的连接 

  从前面的叙述中你可以看到,你不可能脱离碳而存在,任何活的有机体都不能脱离碳而存在。有意思的是,在1800年以前,化学家却认为碳不能脱离活的有机体而存在。

  后来,在1828年,一位叫做弗里德里希·乌拉(Friedrich Wohler)的人证明了那些化学家的想法是错误的。乌拉本人也是一位化学家。他假设,如果把氯化铵和氰化银混合在一起,就会产生氰酸铵。这个假设是有根据的,但是实验结果并未证实他的猜测。实验没有产生氰酸铵,反而意外地产生了尿素。

  尿素是动物在它们的尿里排泄出来的一种含碳分子,也是化学家认为的只有活的有机体才能产生的那些碳分子之一。乌拉的实验震惊了整个化学界,他既没有用肾也没有用膀胱,却人为地合成了尿!由于乌拉的意外发现,化学家意识到,他们可以不用活的有机体就能制造出各种各样的含碳分子。于是他们马上着手用碳来合成食物、药物、纺织品和建筑材料。他们甚至通过把短的碳链一个接一个地串到一起来制造长分子,化学家把这些分子叫做“聚合物”,而人们一般称之为“塑料”。

  抬起头来看看,你周围有多少东西是由塑料构成的?塑料以及其他一些人工合成的碳化合物非常有用,因此科学家才会花费力气来制造它们。然而,人工合成的碳化合物也会造成麻烦。活的有机体可以消化和分解由其他活的有机体产生的碳化合物,而消化和分解是自然界循环利用和重新使用碳的方法。但是,通常活的有机体不能消化人工合成的碳化合物。

  正如我们之前所讲到的,你就是一个活的有机体。你可以消化那些端到餐桌上的、曾是活生生的肉和蔬菜,但是你能消化那些用来盛饭菜的塑料盘子吗?其他活的有机体也不能。这就是为什么那些发明了塑料盘子的人们不得不再发明一种方法来循环利用这些餐后剩下的塑料。

  最初的碳生命是如何开始的?

  凭空制造碳化合物的并不仅仅是化学家们,至少有一个星球也已经完成了这一壮举。思考一下,形成第一个活的有机体的碳化合物是从哪里来的?1953年,在美国芝加哥大学工作的化学家斯坦利·米勒和哈罗德·尤里(Harold Urey)试图来回答这个问题。他们往一个玻璃容器里注入了氢气、甲烷、水蒸气和氨气—他们猜想这些气体存在于亿万年前地球的大气层中—然后向这些气体中射入一段电弧,电使得这些气体变成了深褐色的黏状物。

  在这些黏状物里,米勒和尤里发现了组合成活的有机体所需要的简单的碳化合物。从火山中喷出来一些气体,加上天上的一道闪电,然后就产生了黏黏的东西—这就是地球上基于碳的生命的原始起源吗?如果它能发生在我们这个美好而古老的地球上,那么在其他地方它也会发生吗?时不时会有一颗来自宇宙其他地方的彗星撞击地球,有时候这些彗星会携带着碳链。这虽然不足以证明在外层空间里有生命存在,但是它表明,宇宙中其他地方如果存在活的有机体,它们非常有可能是由碳构成的。或许有一天,一个来自外星球的基于碳的生命形式将与我们有联系。如果这样的话,请把你的《尖端科学》图书与他们分享。这样你和外星人就有两样共同的东西了。

  还有好多好多神秘而有意思的话题,自己到书中找答案吧!关于空气的故事;棉花糖做成碳分子;从“异想天开”的游戏到“诺贝尔奖”;英勇少年拯救太空升降舱;你的碳足迹有多大?

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