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碳和生命

原載1959年11月17日《人民日報》。


  你曾經想過碳對我們的生活有多麼重要嗎?假使地球上沒有碳,一切又將如何呢?

  假使沒有碳,全世界絕大部分工廠都要停工了、許多交通工具也不能運行了。因為目前每年人類所消耗的能量,有90%以上是來自碳和含碳物質的燃燒。

  其實在沒有碳的時候,哪裡談得到什麼工廠之類的問題,因為沒有碳就沒有生命。動物吃植物,植物的主要「糧食」則是碳。每年,地球上所有的植物大約要「吃」掉2300億噸二氧化碳中的碳。

  碳是一切生命的基礎。但是它在地殼中的含量卻並不算多,僅佔地殼總重量的0.35%,這些碳絕大部分貯存在岩石和煤、石油等礦藏裡,在有生命物質中的碳只佔地殼中所有的碳的0.1%多一點。

  碳在有生命的物質裡,起著骨幹作用。就像建房子少不了屋架一樣,碳原子排列組合起來成為有機物的「屋架」;碳原子能夠自己連接起來像鏈條一樣,由6個碳原子組成的鏈條兩端還常常結合起來成為環狀,這些環又可以相互連接。因此,「屋架」的形式非常複雜,其他元素的原子再按照不同情況組合進去,這就形成了種類繁多的有機物。

  假使沒有生命,碳又該怎樣呢?

  自從地球一形成,地球上就有碳了,但在生命還沒有出現以前,碳並沒有能像今天一樣千變萬化,放出異彩,它只能形成些簡單的化合物(是應當歸入無機物一類的)。比如碳和氧化合而成的二氧化碳那時就很多。由於大量二氧化碳在海水中溶解,它與水中的鈣質化合形成碳酸鈣,沉澱在海底變成了石灰岩。這些石灰岩的厚度是驚人的,如5億多年以前在我國北方一帶(當時是海洋)造成的石灰岩厚達幾千米。由於生命逐漸發生和發展,植物吸收了大量的二氧化碳,以後,再形成的石灰岩就愈來愈薄了,這時碳不再是簡單的化合物,它投身到使大地變得萬紫千紅、生命喧囂的活動中去了。

  應該說,碳給生命提供材料,而生命則使碳創造出千變萬化的奇跡。

  把碳引入這個變化過程的是植物,是植物的葉子,是植物葉子中的葉綠素。

  在顯微鏡下觀察,我們可以發現,一片白菜葉上的氣孔可以達到1000多萬個!二氧化碳從這些氣孔進入到葉片中,在陽光幫助下經過葉綠素的作用,和水發生變化,造成了各種有機物。這便是木材、水果、糧食、棉花的來源。

  碳被引到植物中以後,由於植物被動物吃掉或死亡腐敗,就進人更加複雜的變化。大量的碳在動物體內形成二氧化碳被呼到空氣中,全人類每年呼到大氣中去的二氧化碳達10億噸以上。生物死亡後,由於腐敗分解,也會造成大量二氧化碳,有時由於得到水和泥沙的掩蓋,其中的碳得以保存下來,變成了煤、石油等產物。

  對於這些變化,直到19世紀初,不少人還認為是由於一種神秘的「生命力」造成的,是不可知的。但是科學終於揭開了自然中這個極為複雜的謎,造化之功是偉大的,但是人創造出了更大的奇跡。

  我們開始能夠大量製造許多我們所需要的有機物。

  我們生產了許多可以代替金屬、木料、玻璃等材料的塑料,可以代替羊毛、棉花、蠶絲的人造纖維;香料、染料、糖精、皮革、油脂等許多東西都有人造的了。製造這些東西的工業被稱為有機合成工業。我們不僅能造出這些東西,而且產品的質量往往比天然生成的要優越得多。

  不過這也不能理解為從此就可以不再依靠生命的作用了,因為人工製造各種產品的時候,需要建許多工廠,消耗大量的能量。可是每一棵植物都在起著工廠的作用,它們廣佈各地,吸收了來自太陽的巨大的能,我們為什麼不加以利用呢?要知道植物對太陽能的吸收還很不充分,在最好的條件下,葉綠素吸收的能量還不到射在葉片上的能量的8%,何況在許多時候葉片並未充分地受到照射。因此只要我們提高葉綠素的作用,更充分地利用太陽能,就有可能使這個「綠色的工廠」從空氣中捕捉更多的二氧化碳,成倍地提高產量。

  生命的力量是無窮的,儘管我們的工業將要高度發達,但是不可能代替廣佈地球的生命的工作。因此,利用培育生物來進行生產的農業,也一定要無窮盡地發展。

  
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