周期表上有 118 个元素,你可能会认为我们是由许多元素组成的。但事实并非如此。构成我们身体的复杂系统具有令人惊讶的简单元素构成。
“在 118 种元素中,我读到的最后一件事是,我们体重的 97% 只有四种元素,”范德比尔特大学的有机化学家史蒂文·汤森德告诉 Live Science。这四种元素是氧、碳、氢和氮。那么,这些元素到底有什么作用呢?
Townsend 说,氧气绝对占据首位,占人体重量的 65% 到 67%。这是因为我们的身体大部分是水——大约 50% 到 60%——所以大部分氧气是 H2O 中的“O”。根据《自然评论癌症》杂志 2016 年的一篇评论,氧气对于能量产生和新陈代谢或体内发生的化学过程也至关重要。
Townsend 说,接下来是碳,它约占人体重量的 18% 到 19%,考虑到碳是地球上大多数生命的主要组成部分,这并不奇怪。碳构成脂肪、碳水化合物和蛋白质的骨架,因此这种元素是身体的主要组成部分,也是我们用来为身体提供能量的食物。
排在第三位的是氢气。人体内的氢原子比任何其他元素都多,但它仅占我们身体质量的 9% 到 10%。氢是H2O中的另一种元素,每个氧原子有两个氢原子。此外,氢是蛋白质、碳水化合物和脂肪的关键成分。但即使氢在原子数量上占多数,但它的质量却大大超过了:氧和碳的原子量分别是氢的近 16 倍和 12 倍。换句话说,它需要 16 个氢原子来匹配一个氧原子的质量,所以这就是为什么氢只占我们质量的十分之一。
根据汤森的说法,第四位,大约 3%,是地球大气中最丰富的气体:氮。氮对蛋白质及其组成部分(称为氨基酸)至关重要。氮也是DNA和RNA的主要成分,包括它们的含氮碱基。两者都有胞嘧啶、腺嘌呤和鸟嘌呤;DNA 有胸腺嘧啶,RNA 有尿嘧啶。换句话说,没有氮,你体内的细胞就无法存储遗传信息或复制。一种额外的元素,在人体中最常见的第五个元素是钙,它占人体质量的 1% 到 2%。根据美国国立卫生研究院的数据,超过 99% 的钙存在于骨骼和牙齿中。
然而,Townsend 说,除了这前五名之外的其他因素也很重要。以钠为例。它只占身体的 0.2%,但“它是一种超级重要的矿物质——它有助于平衡体内的液体,”他说。如果钠失衡,人们可能会出现严重的健康问题,例如高血压或肾功能丧失。
“[人体]错综复杂,但我认为它的简单性也令人惊叹,”汤森说。“让我们活着的复杂互联系统——它们都依赖于少数元素。如果你想想人体有多复杂,那有点神奇。”