像我们生命中最基础的元素一样。你身体里的每一个原子之所以存在,都是源自百亿年前宇宙大爆炸时开始扩散的氢原子,我们离不开的水分子也是由原始的氢原子所产生并被赋予了特殊的属性。一切与水有关的生命活动,不管是叶片中的绿色组织,还是你身体里的细胞液泡,都是因为这种两颗氢原子骑在一颗氧原子之上构成的分子而存在,它遍布于整个地球,并且在氢核聚变的太阳驱动下,振动不息。

很多人不知道,我们犁的土都是星尘,随风四处飘散；而在一杯雨水中，我们饮下了宇宙。伊哈布·哈桑( Thab hassan,美国文学评论家)

我这辈子用很长时间悟得了一个道理，那就是我们所有的科学在被用于衡量现实时，都是原始而天真的—然而迄今为止这是我们最值得珍惜的财富。阿尔伯特·爱因斯坦

瑞典生物学家克斯蒂·斯波尔丁( Kirsty spalding)和其他一些科学家发现,你的脂肪细胞会维持10年左右,这对于想减肥的人来说是个好消息。过去曾有观点长期认为,饥饿只会使脂肪细胞变小而不能将它们剔掉,当节食者适应了饥饿感后,它们又会像杂货袋一样鼓起来。不过如果你能坚持健康生活足够长的时间,看起来是可以通过去除脂肪细胞帮助你稳定体重的。
你的骨骼与肌肉则会不断地被改造。每年,骨骼密实的最外层中有3%会被更新,而在你四肢关节的多孔骨骼中这个数字则会高达1/4,专家计算认为全部骨骼的平均替换时间为10年。根据尼古拉斯·韦德所说,肋骨间的肌肉细胞大约会维持15年;而当你快20岁停止发育时,跟腱中的胶原蛋白核心就彻底定型了。
最近,丹麦与瑞典的科学家通过同位素分析证明,身体中容易识别出的最年老的结构是眼睛中的晶状体蛋白和牙釉质。如果你的卵巢发育健康,那么当你还在母亲的子宫中时,你就已经携带了几千个到几百万个微型卵母细胞,这些原始细胞和你的年龄差不多大,将来也许还会发育成你的孩子。至于文身,由于墨水并非细胞质并且不会被代谢,因此虽说它们比你年轻,但也永远不会消失,如同玉米地里的鹅卵石一样,而皮肤就好比是一茬茬庄稼。

艾博索尔德宣布:“每一到两周,我们身体中一半的钠原子都会被新的钠原子所替代,氢原子与磷原子的情况也类似。甚至有一半碳原子都会在一到两个月内被替换。”接着他又补充道,“一年内,我们身体中大约98%的原子都会被我们从空气、食物及饮料中获取的其他原子所更替。
仅仅是水的周转过程就可以让你身体的近2/3在两到三周内完成更替。

一名150磅(68千克)的成年人体内大约含有24磅(11千克)蛋白质,不仅是在肌肉和肌腱里,还有其他数千种形式。每天,有11到14盎司(312~397克)的肌肉会被分解并替代,不同蛋白质的寿命可以从几
秒到数年不等。比如,肌肉蛋白中有近一半都是由肌凝蛋白纤维构成的,平均每天会有1%~2%被替换。血液中的血红蛋白更替速度与此接近,而
线粒体中提供能量的细胞色素,每4到6天会有其中一半被循环。根据生理学家伊夫·舒茨的论文,仅仅是对蛋白质不断的修饰和修复,就会占去你休息时20%的能量,你边看电视边吃的饼干,每五
片里面就会有一片的热量因此被消耗。
那么前面对你元素更新的估算到底怎么样呢?你的牙齿与眼睛中含有你出生时就携带的原子,骨骼与跟腱中也含有幼年时期获取的原子,因此一些作者所说的彻底更新就夸大其词了。每年骨骼的更新率大约为1/10,但是骨骼中不含脂肪的干重大约占到总体重的7%,因此几乎与此等重的矿物质通常会维持一年以上。另一方面,尽管你的一些细胞会维持很久,但其中的分子和原子却会快速地来来去去:仅仅水和蛋白质的循环作用,就可以在几周的时间里替换超过3/4的原子。考虑牙齿、眼睛、跟腱与骨骼中的稳定成分,身体总的原子更新率大约会比艾博索尔德估计的每年98%低几个百分点。

平均在7到10年之间,不过有些细胞远在这个范围之外。比如说你的心脏,心肌细胞的更新速度就慢于充斥于其中的结缔组织、血管以及其他结构组织。这些部分平均每年的替换率为18%,也就是说你心脏中的大部分年龄都小于5岁。

伯格曼与生物学家乔纳斯·弗里森( Jonas frisen)后来又在《科学》杂志上发表文章谈到,人类大脑中嗅球和海马体的神经细胞会不断再生。
也就是说,如果有什么东西激发了你的回忆,比如烟雾缭绕的篝火或熟悉的香水味道,最初记录这种感觉的那些神经元或许早已离你而去,但那些
未曾经历这一过程的细胞却已将记忆保留了下来。你大脑中其他大多数细胞都可以追溯到婴儿时期,但同位素追踪研究也说明,在你的大脑皮层内
也会出现一些新的神经元,或许在更新着每一天的点滴经历。
消化道中的细胞没几天就会更新,而这并不让人意外,毕竟它们受着胃酸、胆汁的折磨,并被整个管道的食物与排泄物腐蚀着。生理学家贝恩德·林德曼( Bernd lindemann)所做的工作中指出,口腔中的味觉细胞寿命大约是10天,而皮肤学家杰拉尔德·温斯坦( Gerald weinstein)及其团队则估测,皮肤细胞的平均更新时间是39天,也就是只要两周的时间,你的最外层皮肤就会脱落上亿个细胞。这一持续脱落的过程会让你每一到两个月就能换上一层新的皮肤“包装”,同时也稳定地给房间里贡
献着灰尘。
红细胞的一生则更为“污秽、野蛮而短暂”(英国政治家托马斯·霍布斯对人性的著名评语。—译注)。它们遍布于几百英里长的大动脉快速通道和只能缓慢挤过的毛细血管中,在你肾脏的渗透丛林中穿过几千条通道时不断被挤压或膨胀,因此大多数在4个月左右就被磨损殆尽,必须由脾脏和骨髓中的祖细胞再生。而科学记者尼古拉斯·韦德( NicholaWade)则表示,人体肝脏细胞的更新周期在300到500天之间,也就是说每一到两年,你都会长出一副全新的肝脏

界限明确的稳固实体。
每天早晨,你都期待可以在镜子中看到一个和原来一样的自己,而人们也都觉得你需要对曾经做过的事情负责。不过从原子角度讲,现在的你在此刻之后就不会再存续,而你先前做过的那些事,也不过是一个不再属于你的临时粒子集合所为罢了。
事实上,我们很容易看到很多这样的物质流。你不断地吃喝、呼吸还有排泄,你的生命得以延续也正是因为你持续均衡地做着这些事。然而,
要想在进出身体的这些物质之间确定合理的联系可不容易,更不用说在你体内它们干了些什么,除非你通过原子的概念来思考这个问题,并借助一点恰当的比喻。举个例子,假如你可以将自己想象成一条河流,那么这些事情就会产生不同的感觉了。
下一次当你到访自己最喜爱的那条河流时,不妨试着去数数其中的水分子。可这是徒劳的!这当然是水分子颗粒太小而数量又太过庞大的缘故,但更大的问题是,在你还没有数清的时候,它们就已经离开了。常言道“流水不腐”,流动性是区分河流与湖泊的特征。你可以给河流命名,再看到时也能辨识出来:“哦,我们现在到了….…·伟大的密西西比河!”你或许会喊出来,就好像它跟人行道一样从未有过变化。一般你并不会这么说:“在这一瞬间,数以兆亿计的水分子临时流过我的面前,但下一秒,所有水分子都会向海洋的方向移动一点点,有些已经离开了我的视线,也有很多新的水分子补充过来。”

那么你体内多达10亿亿亿颗磷原子这会儿都在做些什么呢?它们中的大多数正参与支撑着你的磷酸钙骨架,而剩下的那些,大多数在遍布你从
头到脚的细胞膜上振动着。它们通常会远离你皮肤的最外层,然而,这都是在它们所处的死细胞迷失到你周边环境前不久发生的。那些幸存的磷原
子会转向内部移动,供身体组织使用,也许这是因为磷原子太过珍贵,可不能每天都跟着脱落的死皮一起被损耗。
在细胞的深处,磷原子也在辛勤劳作着—每一个细胞中都包含一颗包裹着DNA的细胞核,而每一个DNA又都含有磷原子。这些丝状分子通常细到在一般显微镜下都看不到;不过如果你将身体内所有上万亿个细胞中的DNA首尾相接,它们可以延伸到冥王星轨道之外。每两条相匹配的DNA链绞在一起,较弱的氢键在双链的缝隙之间架起桥梁,最终形成著名的双螺旋结构。尽管DNA的编码中隐藏着海量基因信息,但它实际上只由四种含磷的“砖块”构成,也就是所谓的核苷酸。
为了读出你的基因编码,酶首先会将DNA链解开,将核苷酸暴露在外,就像纸带阅读机一样,而这里就是磷对你来说尤其重要的另一个地方了。当DNA链间较弱的键像拉链一样打开或闭合时,磷酸基之间的强键仍然可以保持DNA骨架的稳定性。如果没有强力的磷酸键作为支撑,你的基因恐怕就会过于脆弱而不能被读出了。
这其中有一种核苷酸叫作三磷酸腺苷( adenosine triphosphate),也就是ATP,在基因中也可以独立工作。这个过程中它的主要任务是充当细胞的“化学电池”,此外它还能让你的四肢运动,并让你能够用视觉、触觉和味觉去感知这个世界。ATP分子的神奇之处源于它所携带的三个相连的磷酸基。当最外层的磷酸根脱落时,由此释放出的小型能量波,可以让你实现各种动作,ATP则变成了ADP( adenos ine diphosphate),即二磷酸腺苷。当再次装回磷酸根之后,ADP又变回了ATP,你又可以带上这个重新充满能量的化学键,将其用到需要的地方,比如开启细胞膜的离子泵,制造激素分子,或是细胞的其他各类需求。
为了让身体正常运行需要巨量的ATP参与工作,仅仅是呼吸、思考以及输送血液这些日常活动,你每天需要的ATP就几乎和身体等重。不过好消息是,ATP的循环速度很快,所以在特定时间里,你只需要在身体里随时储备几盎司就够了。但是另一方面,由于磷的匮乏,你却可能早早地就死于李比希定律。你的线粒体为你完成了大多数循环过程,从食物中获取能量,并将最重要的第三个磷酸基送回到ATP分子中;你吸入氧气主要是为了给你的ATP工厂提供能量,而这些工厂中的ATP也为你的呼吸提供能量。
当然,更为充足的生命元素对你来说也很重要,毕竟,你的身体主要还是由氢和氧构成的大水袋,不过磷元素尤其珍贵,主要是因为它更难被获取。几乎每一片细胞膜和每一个提供能量的细胞都对这种重要元素有需求。

海洋中这些由生物所产生的矿石也固定住了大量温室气体—二氧化碳,通过弱化温室效应,使得古生代的气候变冷。在古生代晚期,森林从空气中吸取了更多的碳,并以煤炭的形式将数千亿吨的碳雪藏到了地下,而这种可以燃烧的石头如今又被我们送回了空气之中。

产生于空气与岩石之间的植物绿火,十倍以上地加速了地貌风化。2008年,地质学家菲利普·阿伦( Philip a1len)在《自然》发表了一篇文章,描述了陆地风化的惊人变化。每年都有超过200亿吨的岩石碎片被冲入海洋,此外还有几乎等量的矿物质溶于其中。对地貌如此大规模的雕琢,也促使地壳自身产生更大规模的运动。近期《地球系统动力学》刊登的一篇文章中,有德国科学家认为,树根与真菌正在将大陆板块磨得更碎,地壳的封闭重量与隔绝性都在不断下降,作为反应,地球的熔融地幔也会更加强力地爆发。如果这一假说正确的话,那么陆地将会漂浮、碰撞、地震，这都是因为上面载着树木和蘑菇。

你的骨骼是活着的,它们会根据你的环境和生活习惯做出动态反应。
你是否曾经骨折过?折断时的巨大痛苦正说明在骨骼上嵌有敏感的神经。
骨折最终痊愈了吗?如果你的骨骼只是没有生命的石头,那么任何伤都是永久的。
那么,是不是日常生活中的扭曲、冲击以及其他压力几乎都不会造成骨骼的明显损伤呢?如果你的骨骼只是像水泥似的简单构成,就跟骨瓷(一种由含硅矿物质与骨灰粉混合而成的瓷质材料)一样,那么它们会非常易碎裂。很显然,这些躲在体内常年不见天日的硬骨头,远不是看上去那么简单。

磷灰石从周围环境中置换原子的自然倾向,也让你自己的身体可以自我编辑。你鲜活的骨骼会含有一些天然的添加剂,轻微弱化矿物基质,而骨骼中的干物质中有7%都是会溶于酸的碳酸根离子,这样必要时你的骨骼可以很容易修复或重新定型。同时,这也让骨骼成了一座便携式的采石场,
当食物缺乏时,身体就可以从中调取钙和磷。
磷灰石在牙齿外层坚硬的牙釉质中形成较大晶体,相比于骨骼,它能够更好地抵御磨损和化学腐蚀。形成这一结果有好几个原因:牙釉质含有的碳酸盐比骨骼中更少,故而不容易被口腔中的酸性物质溶解;氟原子填补到晶体结构的裂缝中,提高刚性的同时也使其更为稳定。饮用水和牙膏中添加的氟原子可以使之进一步增强,并取代那些被腐蚀性酸带走的原子。唾液中一种叫作釉护膜的蛋白质会在牙齿表面附着薄薄的一层,保护其免遭化学物质的腐蚀,同时也能防止膳食中的钙和磷与牙齿结合而像洞穴中的钟乳石那样生长。精致的蛋白质保护层也包裹了每一颗磷灰石晶体,避免发生断裂。一直坚守岗位的牙釉质是你身体中最年长的部分之一,甚至一些原子当你还在子宫里时就开始沉积了。
另一方面,你的骨骼还需要执行其他很多任务,它们比你年轻得多,是因为骨髂各部分平均每年会替换掉其1/10的细胞。相对较软的骨基质,可以帮助你的身体对你的生活状态做出反应,重新排布原子。为了能满足日常需求,每一根骨头内部结构的复杂性都不亚于一栋摩天大楼。
这个类比非常合理,因为高层建筑可能遭遇的风险,正是骨骼也同样面临的。一栋完全由混凝土构造的高楼非常脆,不可能矗立太久。解决这问题的方法是将混凝土浇筑在钢筋骨架外面,这样建筑的强度就可以抵御大风或地震了。而在骨骼中的磷灰石内部,也包裹着由胶原蛋白构成的“钢筋——
一种强度巨大且富有弹性的蛋白质,给你的跟腱和韧带带安上弹簧的也是它们。磷灰石与胶原蛋白结合之后,将你的骨骼打造成兼具强度与韧性的构架,从而让你可以拉拽、搬动或击打各种东西而不会骨折。
更仔细观察你的指骨表面,你会发现它其实是蜂窝状的,分布着微型的空腔、通道和管道,而且密质骨中看上去是固体的物质上其实却很潮湿,事实上,骨骼总重的20%到30%都是水。作为一种不可压缩的液体,广泛分布的水可能也是增强骨骼抗震性能的因素。
在你出生的时候,你的骨骼多数是由软骨组成而非磷灰石。这其实非常合理,因为软骨主要由蛋白质和水构成,比成熟的骨骼更有弹性,这样在你通过产道的时候就会更容易。人体的骨骼完全硬化需要到20岁左右才能完成。

让氮气对阳光做出散射的电子云,还需要有一种细胞,其中含有一些像扳手一样的特殊分子,能把氮气分子致密的电子云拆解开,并利用这些被拆分出来的原子碎片做点别的事。对我们来说很幸运的是,有些生物就拥有这样的细胞。一些寄生在桤树灌根中的微生物就可以从事类似的工作;
但全球最主要的固氮微生物还是各种各样的蓝细菌,它们或是住在浮游生物体内,或是存在于地衣褶皱的组织中;还有就是寄生在苜蓿、三叶草与大豆等植物根部的土壤细菌。由于这些细菌和它们寄主的联姻,种上几亩苜蓿就如同是播撒了氮肥一般。
固氮细菌中的分子扳手是固氮酶,一种含铁的酶。固氮酶会将氮气分子一分为二,然后给每一个氮原子配上三个氢原子,从而形成在生物学上很有用途的氨。不同于一般化学物质,固氮酶这样的酶都非常稳定,不会在反应中被消耗或中和,只要能量与原料持续供应,它们就会一直完成自己的任务。长久以来,这些固氮细菌垄断了含氮化合物的生产,为了获取氮化合物,地球上的其他生物都要有求于它们,因此如果按照人类的商业逻辑,它们定会成为最富有的企业联盟。然而,根瘤菌的需求仅仅是免费而舒适的地下居住环境,至于水生蓝藻,也只是利用化学防御来惩罚那些打算以它们为食的生物。
除了细菌以外,只有闪电是值得关注的非人工氮源。闪电的厚度未必有你的拇指粗,却比太阳表面的温度还要高。超高温度将氮气分子从中撕开，从而给了氧气与自由氮原子结合的机会。每一次撕开空气的轰击都会留下些氮氧化物,它们扩散到大气中,最终随着雨雪降落到地面,经植物吸收后进入不同的食物链中。几乎可以肯定的是,你和其他大多数生物一样，此时此刻就携带着这样的闪电灰烬。


这幅场景中看不到的是,那些富含氮元素的气体正在从田野中不断升腾。土壤中的细菌会将前一年的农业废弃物分解,在给土地施肥的同时,也不断将蛋白质分解散发到空气中,而那里也正是孕育这些蛋白质的源头。
而在谷仓背后的厕所中,细菌也在做着同样的事。
农场上堆着的干枯秸秆中也藏着些氮原子,残留在那些曾是绿色的叶绿素中。鸡群在晒场上一边奔跑一边鸣叫,而它们羽毛的角蛋白中,氮元素还要更为丰富一些。

他咯咯地笑了,接着说道:“其实,某种意义上讲就是紫色的,只是你看到的有所不同。你的眼睛对紫色的敏感程度不及蓝色,而你的大脑也不会像光谱仪那样分析光线。你抬头看到的天空,有一部分已经过了你自己的处理,然后只是用‘蓝色’这个词代表你观察到的颜色。”
根据博伦的测量,在晴朗的中午,天空光中只有1/5的光线是真正的蓝色。“甚至爱因斯坦在研究光的散射时都忽略了这一细节,因为他从未真正看过天空光的光谱。
那么,究竟空气分子是如何散射光线的呢?
他停顿了一下,说道:“如果你确实想了解这一点,那就需要先弄清楚电子云在被快速振动的光波击中后,会有什么样的反应。电子相对于原子核的运动会产生电磁扰动,其波长或者说其颜色与入射光的波长有关。
空气分子同时会与很多光波产生这样的作用,但它们对蓝光与紫光的散射作用比其他颜色—比如说红色或黄色—更明显。换句话说,氮气分子可以对全波长的太阳光进行散射,就好比如果你有朋友在音乐厅偷偷地给你打电话时,手机里也会传来很多交响乐的声音一样。然而手机上的微型喇叭在传递小提琴的高音部分时,会比低音鼓的浑厚声响更为清晰;大气中的细小分子也是如此,它们会更热衷于散射短波长的光,比如,蓝光和紫光。我们对天空中“音更高”的紫色会有一些音盲,但我们还是可以从同样灿烂的蓝色中感受到很多乐趣。
在低层大气中,每一秒钟都会发生几十亿次散射过程,考虑到人类视力的局限性,最终你所能感知的,便好像是一群发着蓝光的分子“蜜蜂大气散射的影响巨大,它使你不能在白天看见星星,也是它使你可以在太阳落山很久之后还能看到书上的字。在我们头顶之上的这个看似不透明的穹顶,远不止是一层被动的天花板:它因自己的原子发出的光而光。不过到头来,天空之所以呈现蓝色还是由你的感官决定的。

有关光照对人类生理影响的最新研究发现,当人类视网膜暴露在蓝光之下时,会抑制褪黑素的产生过程,而褪黑素是一种诱导睡眠的激素。在古代,你的祖先可能就是因为对这种透过“天空滤镜”照过来的阳光有反应,才会在白天下意识地保持警惕,这也就是睡眠研究人员
所称的“不可见的视力”。然而,如今一些专家也认为,电脑屏幕、电视和其他类似钟表底光的人工照明发出的蓝光却可能造成很多疾病,例如抑郁、失眠以及其他与疲劳相关的病症。
要解释光照下的天空为何是蓝色,我们不妨将空气中的分子想象成一群看不见的微型蜜蜂—当然是不会蜇人的那种。在它们之中,你可以同时看到三种方式的运动正在进行着:整个蜂群在风的吹动下会整体移动,而单个“蜜蜂”则会因为混乱的热运动飘忽不定,但天空颜色主要来自于第三种运动—空气分子内部的运动,就好比蜂鸣也是蜜蜂自己身体发出来的一样。
蜂鸣声是由蜜蜂的肌肉快速振动而产生,翅膀拍击、打落花粉或是在寒冷的早晨使身体变暖,能量都来自这种振动。如果你的手心落了一只健
康的蜜蜂,也会因这种振动而感到发痒。分子发射光线就如同蜜蜂发射声波,只不过利用的是电子而非肌肉。当阳光照到氮气分子时,作为反应,分子
的电子云也会有节奏地跟着扭动,因此,研究这一无声“蜂鸣”的物理学家有时也会用音乐术语“谐振子”来指代分子。最近刚好有一位专家跟我描述了这一现象,还严厉警告说千万别把这一段解释砸了。
“很多人都搞错了,”克雷格·博伦( Craig bohren)跟我说道,“甚至不少科学家也是。只有你不再错误地声称天空只是蓝色或者主要是蓝色,你才是对的。”
这位德高望重的大气科学家已经从宾夕法尼亚州立大学退休。在给了我一个令人吃惊的警告之后,他开始带着我领略天空呈色的基本原理。“大气主要由氮气与氧气分子构成,它们的直径比可见光波长要小得多,因此当阳光照射过来后,它们便会将阳光散射到四面八方。实际上,它们会散射所有颜色的光,只不过波长较短的光会更为明显。”所谓波长较短的光,也就是蓝光,但也包括紫光。所以现在问题来了:为什么天空看上去不是更接近紫色?

河豚毒素可以封堵住神经元的钠通道,极小的量即可引发痉挛,比氰化物毒性还要高好多倍。这种毒素只需要让临界数量的钠通道失去机能就够了,所以几毫克就如同是在头上砸进了颗钉子,几个小时内便可杀死一名成年人。
有些杀虫剂则正好相反,通过过度刺激钠通道破坏昆虫的神经系统,例如苄氯菊酯。苄氯菊酯会和昆虫的钠通道结合,并使其保持打开的状态,神经元无法顺利复位,昆虫因此而翻滚、瘫痪或死亡。你自己的神经元与这些昆虫有着明显区别,因此苄氯菊酯并不会形成妨害,但如果你确实很不喜欢待在有神经毒素的环境中,那么在食用沙拉的时候也要避免食用菊花,尽管很少有人会因为食用它们感到明显不适—它们可被应用于另一种类似的神经杀虫剂中,也就是所谓的除虫菊酯。
其他一些植物也会产生防御性神经物质,比如烟草中的尼古丁,还有胡椒中的特殊气味物质,皆是如此。相对温和的墨西哥胡椒形成的明显灼热感是一种味错觉,那是因为辣椒素会在口腔中骗过你的钠通道,让它们发出灼热和疼痛的信号。如果咬的是火辣的哈瓦那辣椒,那么你口腔中那些受骗的神经元就会一起咆哮,迅速打开钠通道,就像你刚刚吞了一块火红的炭似的。这种热的错觉也会愚弄你的汗腺,让你汗流浃背。