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人與植物間的氧交換

嚴謹的研究證明,我們呼吸是為了從空氣中獲取氧氣,並將其轉化為水,因而這種對氧氣的需求多多少少將我們和植物串聯了起來。但是,這就一定是植物與人類之間的重要關聯嗎?為了追蹤更多細節,我們需要更多地關注氧原子而非氧氣分子。

想像一下你和身邊一盆植物之間的原子級關係。如果你和你的植物在一間明亮的房間裡一起生活幾個小時,你便可以玩一個「在不同分子形式中獲取特定氧原子」的遊戲了。為了進行這個異想天開的思維遊戲,你不能使用你呼出的CO2,因為植物會將它轉變為自己的一部分,從而使得要想重新收回你呼出CO2時所釋放的氧原子,最主要的手段便只能是吃掉這棵植物。

相反,如果你吸入一個由這棵植物釋放出的氧氣分子,你的細胞會將其轉變為代謝水。這時,氧原子就從氧氣分子中分離了出來,並「變相」成了H2O,或許通過你的呼吸逃逸出來,並以水蒸氣的形式隨著空氣飄到了植物旁邊。如果這個水分子進入到葉片中,它會被光合作用分解,氧原子獲得自由,再次參與構成一個新的氧氣分子,其中那顆隨著水汽被你呼出去的氧原子,又重新回到了你體內。

在捨勒、普利斯特裡和拉瓦錫之後的很多科學家繼續進行研究,得益於這些發現,你的想像力可以插上知識的翅膀,去跟蹤植物的這個交換過程直至細胞層面。幫助植物將水轉變成氧氣的細胞器是葉綠體,從大小和形狀上看,它都很像線粒體,但內部擠滿了多層的膜,就像是千層餅。當陽光照射到葉子上時,那些固定在葉綠體膜上的翡翠色分子也會受到一部分陽光的刺激。這些被陽光照射的葉綠素,反過來又會對其他分子機器發射電子,並幫助推動糖的合成,之後這些糖將形成樹液、莖、花和種子。

但此處還有一個問題——葉綠體在「發射」後還必須重新「裝彈」。在葉片中,水分子是最方便的電子來源,而葉綠素則非常擅長從水分子中獲取電子並釋放氧原子。游離的氧原子於是重新組合成氣體分子,可以被鄰近的線粒體直接消耗,也可以逸散到空氣中,或許最終就會造訪你的肺。

陽光在地球表面的投射範圍巨大,因此每一天都可以激發大量光合作用。如果水分子能再大一些,你或許都能聽到它們像鞭炮一樣爆裂的聲音,因為靠太陽能生活的植物會將它們打碎,並將這些分子「彈片」噴射到空氣和海洋中。在這一混亂過程中生成的氧氣面臨許多可能的命運,但無論是融入了銹斑中、閃電中,還是你指尖的細胞中,它們最後都會以毀滅告終。但是如果氧氣分子也有意識的話,它們一定會很樂意邁開步伐去做這些事。在一個充滿生命的星球上,任何一個分子的消亡都是不可避免的,在歷史長河中也是無關緊要的。根據理論推測,按目前全球氧氣的生產速率,大約需要幾百萬年就可以將海洋裡的每一個水分子分解一遍,而在漢斯·莫爾(Hans Mohr)和彼得·朔普費爾(Peter Schopfer)合著的《植物生理學》(Plant Physiology)中他們曾測算,自4億年前陸生植物進化出森林以來,它們的光合作用就相當於將所有地表水分解了60遍。

從地質學的角度來講,你所使用的大多數水和氧氣都是比較年輕的,它們的年齡普遍只有幾個世紀或數千年,而非數百萬年。因此,儘管我們和恐龍呼吸同樣的空氣、喝同樣的水的想法很酷,但在很大程度上這並非事實。

另一方面,構成這些氧氣與水的原子的歷史就要悠久多了,它們不僅將你跟大氣、海洋和地球上的其他生物相聯繫——你的原子還可以連接到更遠的空間與更久的時間。