對於每一個通過服用鐵補劑來克服貧血症的人來說，鐵與血之間的關聯都是非常清楚的。在古代，赭石以及其他一些富含鐵銹的礦石也常被視作血與生命的象徵。鐵對於我們的健康極為重要，這一點已廣為人知；然而，鐵既能服務於細胞也能破壞細胞的真實細節卻很少有人瞭解。
舉個例子——還記得大力水手嗎？「我力大無窮，因為我愛吃菠菜。」這句廣告語伴隨著我們很多人長大。當父母教育挑食的孩子們也要吃菠菜時，最常用的理由就是鐵這種金屬與肌肉強壯的水手之間的直觀聯繫。然而，最初促進菠菜在美國文化中推廣的基礎並非是補鐵，而是補充維生素A——用以改善20世紀初兒童飲食中營養不良的問題。不知何故，這一信息在傳播中被人們誤解了。
事實上，菠菜的含鐵量在蔬菜中並不算非常高，而且相比於紅肉而言，植物性食物中的鐵也更不容易被吸收。血液學家特倫斯·漢布林（Terrence Hamblin）曾給《英國醫學學報》傳統的聖誕幽默特刊供稿時寫道：「大力水手可以將咀嚼罐頭盒作為更好的補鐵方式。」
那麼鐵究竟能不能對增強體質有所幫助呢？當然有了。我們知道，往鐵裡面加入少量的碳可以使鐵變成鋼，強度得到提升，而在身體中，卻正相反：向碳化合物中加入一點鐵，可以讓你的細胞更好地發揮清理、運輸、產生能量及免疫等作用。
這一切都源自於一顆依偎在一個舒適的分子籃中的鐵原子。
你總會在生命的某一刻有意無意地看見自己的血是什麼樣子。或許你注意過它的顏色與鐵銹很相似，並且猜測這兩種物質都是因為鐵在氧氣的作用下變成了紅色。在一定程度上這是正確的，但你還需要將血的顏色歸功於血紅素分子——一種存在於血紅蛋白中像籃子一般攜帶著鐵原子的分子。
血紅素中由碳和氮原子構成的五元環及六元環可以與可見光發生共振並吸收掉其中一部分，從而顯現出各種不同的顏色。擦傷中的黃色或橙色，就是源於這些分子環被破壞後的血紅蛋白，被稱之為膽紅素，尿液的金黃色則大多源於膽紅素的進一步分解。棕色皮膚的顏色來自黑色素，同樣也是一種碳基的網狀分子，同樣不需要鐵來幫助生成顏色。有時候，色素顏色代表著有機體的重要特徵，例如黑色素，不僅是不同膚色文化的象徵，也可以減少陽光中紫外線帶來的傷害。不過在你的血液中，顏色主要意味著後者——血紅蛋白的首要功能是讓你活下去。
孤立地來看，血紅素很像是一張小小的鐵絲網——平坦、對稱、複雜，並且從確定的中心向外輻射，攜帶著你身體中大部分的鐵。圍繞中心的是四個碳-氮環，每一個環都有一個氮原子指向內側。當血紅素在中心的位置掛上一個鐵原子後，便可以從你的肺部接收氧氣，並將它們送達你身體內的任意部位。
鐵原子被血紅素網住以後，就可以從血液中抓取氧分子了，然後再在需要的位置將其釋放。當血紅素位於血紅蛋白隆起處頂端時，血紅蛋白通過分子的捲鬚將氧氣分子從上方壓住，會有助於在艱難通過血管之時，保持氧氣穩定。
沒有血紅素包裹的鐵，你即使大口喘氣，也仍然得不到足夠的氧氣，因為此時你的血漿只能攜帶極少量的氧氣。你的每一個血紅蛋白分子都帶有4個血紅素，而你的每一個紅細胞中則含有大約250萬個血紅蛋白。在你手臂動脈中流淌的每一滴血，都含有數百萬個紅細胞，也就是說，數以兆億的氧氣正被鐵束縛著，通過「紅色運輸線」來到你的手上。
如此高效工作的鐵原子在你剛出生時，就已經開始向你的細胞運送氧氣了，而且還將繼續為你服務直到你離開人世。然而，如果你此刻還在子宮裡，那它們現在的形式未必會如此高效——你的肺還沒有開始工作，而且子宮裡也沒有任何新鮮的氧氣。作為替代方式，你只能通過肚臍從你母親的血液裡獲取氧氣。這就需要一種特殊的胎兒血紅蛋白（血紅蛋白F），它們可以比成年人的血紅蛋白更緊地抓住氧氣。這種臨時的措施可以允許你通過臍帶從你的母親那裡獲取氧氣，直到你可以自行呼吸為止。
但是對你的健康而言，含鐵血紅素為你做的其他事與運輸氧氣同等重要。有一種令人不安的潛在危險可以證明此事，那就是氰化物的中毒機理。
用最簡單的術語來描述，氰化物是通過窒息使人死亡的。中毒者失去血色的現象用醫學術語來說就是「發紺」，這個詞也是氰化物的詞根來源（氰化物的英文是Cyanide，發紺是cyanotic），它描述了中毒後因缺氧造成的藍色嘴唇。在溶液中，氫氰酸（氰化氫）的氫離子發生電離成為自由離子，剩下的氰離子就成為氧氣的致命模仿者，與血紅素結合得非常契合。
當氰離子像氧氣那樣與鐵結合時，血紅蛋白從你肺部運送氧氣的過程就會減緩。然而更嚴重的損害將發生在細胞中最為偏遠的角落裡，也就是線粒體內。氰化物「別動隊」可以將含鐵的組件破壞，而那些正是生產能量的組件。
血紅素攜帶著活性鐵原子結合在細胞色素上，這是一種有別於血紅蛋白的蛋白質，其中一部分駐留在你的線粒體中。就像大塊的鐵可以導電一樣，血紅素上的鐵也可以通過細胞色素傳遞電子，從食物中獲取化學能。這是一條嚴密的電子傳遞鏈，而氰離子通過與鐵原子結合攻擊了這一鏈條，使得電子的傳遞變得特別困難。沒有了能量供給，你的肌肉與神經都將停止工作，你的心肺也會衰竭。
與人類一樣，血紅蛋白對於其他哺乳動物而言，同樣是佔據主導地位的血液蛋白；如果你發現烤架上的生牛排逐漸變成了棕色，那你觀察到的便是血紅蛋白變為met-H的過程。但肉的顏色也來自另一種含鐵的蛋白質，即肌紅蛋白。它們就像是肌肉細胞的氧氣倉庫一般，並且在煮熟時也會變為棕色。對你的細胞而言，氧氣意味著能量，而更多的血紅素鐵也就意味著更多氧氣，肌肉的力量也會因為肌紅蛋白中少量的鐵得到增強。
鯨、海豚和海豹在水下長時間屏息潛水時，會更多依賴肌肉中的氧氣，很多海鳥也是如此。它們的肌肉中可以存儲更多的肌紅蛋白，從而呈現暗紫色。當你第一次碰到時，一定會對此大吃一驚。我可以講一講我自己的經歷。
多年以前，我曾是奧杜邦協會生態營地的一名教員，駐紮在緬因州的海岸。在那裡，我參與發起了對一座島嶼的尋訪——一個世紀以前，該島嶼因過度捕獵，海雀已然絕跡，如今又重新被引進。自此我就習慣於認為海雀是瀕臨滅絕、需要營救的物種，但後來訪問冰島時我面對的卻是一個道德困境——那裡的人捕獵海雀作為食物。在雷克雅未克的一家餐館用晚餐，我打開菜單時著實嚇了一跳，我需要在牛排、三文魚和烤海雀胸脯肉之間進行選擇。細節就不說了，那個晚上我知道了兩件事情：一是當我面對誘惑的時候，我可以是一名偽君子；二是海雀肉的顏色與葡萄酒很接近，味道也非常配。
在你的體內，大約有1/3的鐵存在於血紅蛋白與肌紅蛋白以外的分子中。含鐵的蛋白質可以構建並修復你的基因，代謝藥物及毒劑，幫助產生激素，並且很多酶會將鐵作為分割利器。例如，當已經無用的血液細胞需要被回收時，肝臟中的色素細胞就會將它們切成碎片。如果你曾經用過雙氧水處理傷口，你或許會注意到它產生的乳狀泡沫——這是過氧化氫酶的傑作，通過四個鐵原子，保護性的酶每一秒鐘都會將無數雙氧水分子分解成水和氧氣，避免雙氧水傷害更多細胞。在身體組織的各個部位，過氧化氫酶分子都在做著持續的保衛工作，讓你免遭危險化學廢物的侵害，而這些廢物通常是由你的代謝系統在體內產生的。
一名普通成年人體內大約含有4克鐵，相當於三個曲別針那麼重。在你的體內，鐵可以被用於實現一些有益的目的，你的細胞也會將它作為一種武器。但有的時候，一個不恰當的操作卻也能讓槍口掉轉，對準它的主人。
鐵最具生物活性的狀態被稱為二價鐵，二價鐵很容易將電子轉移給其他原子或分子。也是因為如此，二價鐵又可以在某些細胞中的化合物跟前表現出很惡劣的行為，形成腐蝕性的自由基分子，損壞組織，並在傷口的位置妨礙血液凝結。當它受控時，鐵對你是有幫助的，但只要1克不受控的二價鐵，就足以將一個孩子送進醫院。多數致死案例是給兒童餵食成人劑量的含鐵補劑導致的，兒童典型致死劑量大約是3到6克（成年人的平均致死劑量約為10～50克）。根據《兒科》雜誌的報道，在1983年至1990年間，美國有16名低於6歲的兒童因此喪命。
那為什麼你血液中的鐵並未置你於死地呢？這是因為大多數鐵都被血紅素或其他分子束縛住了，而你的細胞還僱用了一支「維和部隊」，確保鐵元素在完成任務時只帶來最小的附帶傷害。這類分子中最常見的一種是纏繞蛋白，可以包裹或直接吞噬鐵原子。其中最主要的是鐵蛋白，專門在細胞內部將鐵隔離；還有轉鐵蛋白，可以在細胞之間傳遞鐵。
你體內鐵原子的破壞力當然也可以用於抵禦致病性微生物。免疫系統的第一道防線用的是一種「焦土政策」，讓入侵者斷糧斷補給。此時此刻，你只需要簡單地用血紅蛋白和其他物質將血液中的鐵鎖住，不讓細菌的酶得到它們就行了。這不僅可以保護你，讓自己遠離危險的副作用，也可防止病原體利用它們來傷害你。紅血球通常會限定你的血紅蛋白，不過當它們最終瓦解或損耗時，任何洩漏出的鐵都會很快被鐵蛋白或轉鐵蛋白吸收。因此你的身體中幾乎不會含有活性的游離鐵，通常這是一件好事，因為無論如何你都不會希望看到它們在你身體裡自由漂蕩的。
然而，身體裡異常缺乏游離鐵也有不利的一面，這會讓你暴露在微生物面前。當感覺到鐵的濃度比體外環境低得可疑時，處於休眠狀態的細菌基因便會突然啟動。這會釋放大量的蛋白質，竊取你體內的鐵，並將其送到入侵敵軍那裡。
這些蛋白質攻擊你的細胞是為了讓它們釋放含鐵的分子。細菌表面其他一些特殊的蛋白質會將暴露的鐵原子從它們的守護者身上撕扯下來，有時也會將整個分子吞噬。然而，另一種被稱為「鐵載體」的細菌產物，是與鐵結合力最強的幾種已知物質之一，它們像可食用海綿一樣，將鐵化合物吸收並控制，直到飢餓的微生物將它們整個吞噬。
波斯學者伊本·巴特蘭對超新星與瘟疫間關係的猜測，其實應該從這樣的原子級別來解釋。鼠疫耶爾森氏菌是黑死病的元兇，它會釋放一種叫作耶爾森桿菌素的鐵載體，從受害者體內奪取鐵。鐵載體如此高效，以至於一些不致病的細菌甚至很多植物都會利用它們從含有鐵銹顆粒的土壤中將遠處的鐵吸引過來。
不過作為受到攻擊的回應，你自己的細胞還會發動第二波防禦戰。乳鐵蛋白將游離鐵的碎片全部清掃，並在細菌身上鑽孔，殺滅它們。噬鐵蛋白躍到鐵載體的「鐵海綿」之上並將其覆蓋，因此細菌就不能識別和吸收鐵載體了。衝突進一步升級，於是入侵者會釋放出更為狡猾的鐵載體，不會很容易地被附著，而當炎症與感冒將你的身體作為戰場時，情況會變得更為複雜。有些細菌如導致萊姆病的伯氏疏螺旋體，完全繞開了混亂的鐵戰爭，將目標轉向不太被關注或保護的錳原子，替代鐵用於自身的新陳代謝。
很顯然，雖然鐵具有一些潛在危險，但對你來說還是非常重要，對於其他生物而言也是如此，這也是為什麼你的食物裡會有生物性鐵的存在。同樣，哺乳動物與鳥類都擁有血紅蛋白和其他一些含鐵的分子。至於菠菜，雖然它所提供的鐵遠不及《大力水手》動畫片中描述的那樣多，但它與其他蔬菜也含有該元素，因為它們自身的細胞色素還有自由漂浮的酶都離不開鐵。浮游藻類會從海洋中的細菌性鐵載體那裡獲取鐵；苜蓿與其他豆類植物的根部生活著根瘤菌，利用富含鐵的酶將空氣中的氮轉化為肥料，並與宿主一起產生了一種類型的血紅蛋白，可以幫助細胞在地下完成呼吸。
這些聯繫，讓你可以通過你吃的食物追溯到那些為植物提供鐵的土壤，還可以繼續追溯到地殼中的古老岩石，甚至可以追溯到太陽系誕生時的那次爆炸產生的星體塵埃。