我们都知道,煤是由植物残骸变成的,海里软体动物的外壳常常生成石灰岩层。用显微镜观察石灰石、白垩、硅藻土和其他几种沉积岩,就会知道,它们是由生物骨架紧密聚集形成的,并且这种骨架小得需要显微镜才能看清楚。
地质学家很早就意识到,地球生物对地球表面所进行的变化有巨大的影响。活物质多多少少都参加过地球化学作用,比如岩石的形成,某些物质在水中的溶解和沉淀,以及生物骨骼生成石灰岩。但不是所有海洋生物的骨架都是石灰质的,不少生物骨架其实是硅石质的,例如海绵。
最重要的是,地球上的所有生物在生活过程中需要吸收和排出大量物质,好像它们只是让这些物质通过自己的身体而已。最小生物体里这种通过作用进行得很快,像细菌、水藻和别的低等生物就是这样。主要是因为这些低等生物繁殖速度很快,它们每几分钟就分裂一次,但它们寿命很短。
我们之前讲过,绿色植物会在阳光下释放氧气,吸收二氧化碳。而空气中的氧气除了供给动物呼吸,还要氧化死掉的植物的残骸以及某些岩石。二氧化碳在植物里经过生物作用会变成碳水化合物、蛋白质和其他化合物。
请大家想一想,如果地球表面——海洋、平原和山地上,所有生物都死了,地球会是什么样子?那样的话,空气中不会再有氧气,氧原子会与生物残骸结合在一起,空气成分会改变,也不会再有石灰岩和白垩生成。地球面貌会完全变成另一种样子。
生物在地球化学上的行为各式各样,各种生物可以参加复杂的多种作用。
想弄明白生物在地球化学上的作用,首先需要知道生物体的化学成分。构成生物体的物质都是生物从周围的环境——水、土壤和空气——中用不同方法获得的。
人们很早就知道,所有生物体的主要成分是水——H2O,在生物体中水的平均含量是80%左右,植物中水含量会稍微高些,动物则含得较少。所以拿重量来说,生物体中氧元素占第一位。碳在生物体构造上起着非常重要的作用,碳和氢、氧、氮、硫、磷生成了好多种不同的化合物,比如,各种蛋白质、脂肪和糖类。这些碳化合物来源是二氧化碳;生物体里还含有大量的氮、磷、硫,它们生成复杂的有机物;生物体中还含有一定量的钙——在骨骼里,另外还含钾、铁和其他一些元素。
起初人们认为,对生物体来说,只有含量最多的10~12种元素很重要。后来才知道有这样一些生物体,它们除了常见的10~12种元素外,有些铁含量很高,有些则集中了很多锰、钡、锶、钒,也有许多集中了一些稀有元素。比如说,已发现硅在硅质海绵、放射虫和硅藻生活中起着重要的作用,这些生物的骨架就是由硅氧化物构成的;铁菌体内集中了很多铁;某些细菌则集中了锰或硫;有些海洋生物,它们的骨架里没有钙而是含有钡和锶。
还有一些生物,比如一些海里的无脊椎被囊类动物会从海水和海底淤泥中挑选出钒原子并聚集起来。要知道,钒在海水和海底淤泥中含量是很低的,等这类动物死亡后,钒就会集中聚集在海洋沉积物中。另外,海藻会从海水中挑选碘,海水中碘含量只有亿分之几。海藻死亡后,碘就集中沉积在海底泥土中。这种泥土后来变成岩石,岩石缝里会有含碘的矿水。像这种经由生物体将元素聚集起来的地球化学作用,是很伟大的。
研究生物体成分的技术越完备,我们从其中发现的元素就越多,虽然每种新发现的元素含量都很少。起初,我们只敢说,那些在生物体里发现的银、铷、镉和其他一些元素只是混杂的物质,但现在我们可以肯定地说,差不多每种化学元素都能在生物体中找到。问题只是,在不同生物体中这些元素的含量有多有少。
我们可以断定,生物体成分绝不是周围环境——岩石、水、各种气体成分的简单加和。举例来说,土壤和岩石里含有很多的钛、钍、钡等元素,但生物体中钛含量只有土壤含量的几万分之一。另外,土壤和水中的碳、磷、钾以及其他几种元素含量很少,但这些元素在生物体中则含量很多。
从地球化学角度来看,构成生物体主要成分的元素在自然条件下都是易流动的气态或液态化合物。比如CO2、N2、O2、H2O——这些或者是气体,或者是易流动的液体,都容易被生物摄取。还有碘、钾、钙、磷、硫、硅和另外几种元素,则很容易生成易溶于水的化合物。
至于钛、钡、锆、钍等,虽然在土壤和岩石中含量丰富,但它们的化合物不易溶于水,因而也就很难在生物圈里移动,也很难在生物体中聚集起来。最后,像镭和锂这类元素,在生物圈中本来就不多,所以在生物体中就更少了。
生物体里有些元素含量太少,少到只有万分之几,那便是常说的微量元素。现在,大家都知道,微量元素的生理作用是很重要的。比如血液里血红色的铁,就是通过亚铁离子的氧化还原来运输氧的。
人体含有的化学元素的种类