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  看懂元素週期表,掌握生命奧祕
  從宇宙的誕生,到人體的構成與活動原理,本書深入淺出地闡明了元素週期表在日常生活中的運用。醫學博士吉田隆嘉告訴你:不必背誦複雜的名稱和性質,只需掌握簡單的法則,就能理解元素週期表的本質,明白各種元素對人體的影響和助益。

.作者:吉田隆嘉
.譯者:黃瓊仙、張秀慧
.分類:科普
.出版社:木馬文化
.出版日期:2020/07/15
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文章節錄
《看懂元素週期表,掌握生命奧祕:醫學博士帶你輕鬆了解從宇宙到人體的運作原理》

三十八億年間不斷重複進行的選擇與淘汰

  第二章的內容鎖定為宇宙之謎,其實我們身體也與宇宙關係密切。或許你會覺得不可思議,越是深入研究醫學,越能清楚洞悉到人體內殘留著宇宙形成之遺跡這個耐人尋味的事實。各種學問當中,清楚刻劃生命奧祕的,唯有週期表而已。

  在我進入醫學系就讀後,首次察覺到人體與宇宙有著密切關聯。生理學的第一堂課,就從討論人體是由哪些元素所組成這主題開始。

  當時生理學教授說:「要記住概約比率,考試會考喔!」然後將構成元素一覽表寫在黑板上。對其他學生而言,人體元素比率不過是記號的排列而已,半數以上的學生都以無可奈何的表情,將一覽表記錄於筆記本上。可是,對於已經學過量子化學的我而言,感受截然不同。

  迄今依舊記得,我像突然開竅似地盯著一覽表看,不錯過任何一個細節。熟悉元素的我,從元素的構成比例中看得出「宇宙的一部分變成地球→地球的一部分變成海洋→生命體從海洋誕生」這一連串進化過程。

  人類歷經漫長的三十八億年時光,進化至現在的樣子。在這段漫長的過程中,嘗試進行各式各樣的化學反應以維持生命,在不斷試驗、錯誤的過程中,留下了後代子孫。不過,生命體當然並非憑著自我意志嘗試來挑戰化學反應。而是偶然地有個體進行了適合環境的化學反應,因此留下子孫,至於無法進行適合環境化學反應的個體,就只好絕種了。

  經過一連串試驗錯誤與淘汰的結果,而有了現在的人類。如此一想,嘗試挑戰電子軌域所發生化學反應之可能性的三十八億年時光,可以說就是一部生命演化史。

  如果周遭環境有許多元素的話,生命體當然會頻繁地嘗試挑戰電子軌域的可能性。於是,找出有利生存的化學反應之機率也會提高,為了能利用這個元素,當然就會進行演化。從上述過程來看,存在於宇宙的元素與構成人體的元素有著密切關係。具體情況如何,就讓我們來論證吧!

  不過,本書基本上是以原子數為依據來論證,見解會與以重量為依據的評價定義有所差異,請大家明白這一點。

人體是由4種元素所組成的精密裝置

  在說明人體與宇宙的關係之前,我先利用週期表來確認組成人體的生命體元素之比例。

  或許許多人的印象是人體由碳所組成。然而事實上,從原子數來看,人體有62.7%是氫。在氫之後,原子數第二多的元素是氧,占的比例是23.8%。

  因為人體大部分是水,所以氫和氧的比例高。水的化學式是H2O,每1 分子的水有2 個氫元素、1 個氧元素。比較氫和氧的原子數,其比例相當於2:1。

  或許有人認為水頻繁地於體內及體外循環,應該不能算是人體組成元素。然而,其他元素也都是於體內及體外循環著,並非只有水比較特別。原子數排名第三的碳也一樣於人體內外循環。碳水化合物、脂肪及蛋白質皆富含碳,所以我們只要進食,由腸道吸收營養素,每天體內就會吸入大量的碳原子。

  另一方面,只要不是過胖或過瘦,人體每天都會有等量的碳原子捨棄於體外。

  那麼,人體是如何排出碳原子呢?

  碳原子當然多少會跟糞便一起排出,但還是以呼吸時的呼氣排出量最多。因為人體是使用氧氣燃燒營養素,再透過呼氣將燃燒營養素所形成的二氧化碳排出。而且,只要沒有罹患糖尿病,碳元素幾乎不會透過尿液排出。

  碳元素就如上述,頻繁地於體內與體外循環著。同時,碳元素並沒有囤積體內。

  所以,人體組成元素多半會不斷交替。如果只有水被當成例外,不予計算的話,實在有失公平。

  人體組成元素中,數量排名第四的元素是氮。空氣中的氮是以2 個氮原子結合而成的氮分子形式存在,而且一定含在體內構成蛋白質來源的胺基酸中,是非常重要的元素。蛋白質是人體結構的物質基礎,所以體內的氮含量多。

  以上4 種元素就占整個人體的99.5%。如果概約而論,人體是由氫(H)、氧(O)、碳(C)、氮(N) 這4 種元素所形成的精密裝置。

  對照週期表的話,發現原子數第一的氫在第一週期,第二名的氧與第三名的碳、第四名的氮是第二週期。元素種類雖多達100 種以上,人體組成元素卻集中於週期表上方,也就是集中於原子序小的元素中。
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