一 個 碳 原 子 的 故 事

2021-01-20 MorningRocks

我們的主角,一個平平無奇的碳原子,同三個氧原子及一個鈣原子共同構成石灰巖的一部分,它們緊緊綁定在一起,已經在地表之下躺了數億年時光。


對於這個碳原子的過去,我們只能確信它誕生於某顆恆星的鍛造,並經過一段奇趣的宇宙漫遊歷史才來到此處,那是些我們或許永遠不得而知的冒險故事。


對它而言,時間並不是什麼了不起的東西。在這幾億年一塵不變的時光中,只是因為恰好離地表不遠,時間才透過溫度緩慢地變化而被感知著,一種單調、永恆不變的冷熱交替,綿長無趣。



所幸,滄海桑田,歲月的颶風孜孜不倦地吹,終於暴露出石灰巖的一角。


一個帶著尖鋤的人於某個時刻出現在這裡,把它敲了下來,帶回石灰窯,為這個碳原子開啟了新的旅程。


高溫窯爐裡,它一直被烤到跟鈣分離,這也是它們之間徹底的永別,與數億年的相伴時光匆匆告別,此後鈣原子仍與大地為伍,乏善可陳,姑且不表;關於另外三個氧同伴,我們的碳主角仍然連接著其中兩個,從煙囪飄向天空。


日子從寧靜變成風暴。



它們緊緊結合在一起,上天入地,環遊世界。


曾被老鷹吸入肺中,但沒進到血液又排了出來;曾凝聚為露珠,還曾溶入海水三次,都又逸散回到空中。


就這樣上上下下,一會兒駕於浪尖,一會兒漫步雲端,在森林、沙漠、冰原之上浮沉了數十年。



它終於要走進生命的世界了——我們的主角,碳原子,是一種很特別的元素。它是唯一可以跟同類結合而成長鏈分子並保持穩定的元素,並且地球生命仰賴於這些長鏈,也因此奠定了「碳:生命基本元素」的地位。


但同時值得一提的是,碳以氣體形式存在的二氧化碳——生命的原料、血肉的最終歸宿——根本不是地球空氣的主要成分,甚至可以說,只是少得可憐的「雜質」而已,在空氣中僅佔據萬分之三,比人們鮮少注意的氬還少 30 倍。


但就是這樣稀薄的空氣雜質孕育出了我們,植物、動物、地球上 74 億紛紛擾擾的人類雜音,數千年的歷史,戰爭、榮辱和不堪一擊的驕傲,構築了生命。


回到故事裡,在歷經數十年沉浮後,碳原子終於要經由一道特殊的大門走入有機生命的世界了:光合作用。


在某個充滿意義的時刻,我們的碳原子跟它的兩個氧同伴偶然經過一排葡萄藤,並撞入了其中一片葉子,然後就被陽光釘在了這裡。


此時此刻,你看到的是我們的植物朋友在二三十億年前發明的生命奇蹟,一場極其精巧敏慧的化學反應,光合作用。在原子級別上,百萬分之秒之中,植物利用光的能量劈開水分子,扔出氧氣,同時用剩下的氫來還原二氧化碳,把它變成有機碳。


就在這電光火石般的剎那間,碳原子經歷了不計其數的劇烈碰撞,並最終在陽光中附上一個巨大且複雜的分子而被活化,如同飛蟲被蛛網捕獲,它和長期相伴的氧同伴分家,同氫及磷結合,嵌入一條生命之鏈。這一切都在常溫常壓下迅速、自然且安靜地進行著。



現在,碳原子成為了某個穩定結構的一部分,跟另外五個完全相同的「自己」一起,組成一個美麗、對稱的正六邊形環狀——直說吧,它已成為葡萄糖分子的一部分。


葡萄藤的汁液緩緩流動,從葉到梗,從根到杆,然後到將熟的葡萄,接著就進入了人類的製酒工廠,躲開發酵,我們的碳原子依然保持著葡萄糖的形態進入了一杯酒裡,被一位普通的人類飲下。


至此,它終於接觸到了動物的世界。



酒流入腸道裡,葡萄糖即將面臨的命運是被氧化。這不是迅速發生的事,飲酒者將它留在肝裡一周左右的時間,儲存能量以備不時之需——我們就假設這個不時之需的時刻到來了,這位普通的人類奔跑起來,並感到筋疲力盡,於是再見了美麗的六邊環,血液奔湧而上,幾分鐘內葡萄糖分子就被帶到了肌肉處,在此它被肢解成兩個乳酸分子,這也是通常你我感到疲乏的先兆:得再等待幾分鐘的時間,急喘的肺才能提供進來足夠的氧,將乳酸安靜地氧化。


就這樣,一個新的二氧化碳分子回到大氣之中,蛇環繞成圈咬住自己的尾巴。



如果你不滿意這個故事,當然,你也可以為我們的碳主角設計其他的旅程,比如被溫煦的風吹著,來到北歐的森林。


這個故事裡,它嵌入了一棵古老的雲杉枝幹,重複之前故事的過程變成葡萄糖,再成為纖維長鏈的一部分,就像念珠中的一粒。然後,它可要在這裡待好長一段時間了。雖然不及地底下幾億年百無聊賴的時光,但因為杉樹的長壽,也會是百年孤寂。


為了給故事增加一點變化,就讓我們編排在二十年後,一隻樹蟲突然跟它產生了奇妙的緣分。小蟲頑強地在樹皮和樹幹之間鑿出小洞,把自己整個身體埋入隧道,它吞下了這顆碳原子,然後變成了蛹。


當春天到來時,一隻灰撲撲的毛蟲從洞裡爬出,沐浴在陽光下。我們的碳原子在其千眼之一(複眼中的小眼)中,對它微弱的視野做出了一點點貢獻。


蟲子的一生很短暫,進食,受孕,產卵,然後死亡,它的屍體被枯葉遮蓋,輕輕地落在泥土上,靜待冬雪和春陽的光臨。一個弱小的生命逝去了,「原子」卻沒有隨之一去不復返:地球上遍布看不見的辛勤耕耘者,微生物,它們在腐爛的屍體上工作著,讓碳原子再度飛翔。



為了不讓無盡的輪迴太過殘酷,讓我們想像,直到重新進入下一次循環之前,重回天空的碳原子環繞地球自由自在地飛行了兩百年時間——這是地球大氣中的二氧化碳保持形態平均在空氣中停留的時間,可以說,每隔 200 年,那些不是陷在穩定物質(比如煤、塑料和鑽石)中的碳原子 便會經由光合作用的窄門進出生命一次。 


(你可能會問,還有其他門嗎?有的,這是由人類發明的魔法:人工合成。但是目前為止這部分量還極少,在碳循環的故事中可以忽略不計)



這些就是地球上碳原子一生的故事中幾個短暫的插曲,因為原子的數量實在太過龐大,這些故事很有可能真的發生過,或者已經發生過億億次了。


我們也還可以編出千千萬萬個其他的真實的故事。碳原子可以從花朵的香味,到微小的海藻、桌上的三文魚刺生,到你的頭髮絲,再回到小池塘裡的二氧化碳,永恆不斷地流動著,捕食者及被捕食者,參與一趟趟生命的循環。



還有的碳原子可能留在某幅羅浮宮的藏畫上而幾乎「不朽」,或者存在地心深處從未見過天日,再或者成為了人類的遺傳基因,不停地分裂、複製、繁衍,帶著神秘的目的試圖將自己一代代傳遞下去。



我們只最後再說一個故事,一個對於人類而言最神秘的故事。


先讓碳原子再回到人類的身體裡。假設它存在於一杯牛奶,在一個長鏈分子之中,然後被喝進肚子,通過腸壁進入血液,奔跑,敲開一個神經細胞的大門,進去。


放在我身上,這絕對是個真實得不能再真實的故事,我每天都喝牛奶,從此流入的部分原子為我大腦裡的某個神經細胞提供必需的碳,這個神經細胞,這個大腦,每時每刻都在運轉著巨大、不為人知的活動,錯綜複雜地發出指令「是」或者「不」,讓我的雙手在鍵盤上飛舞,十指並用,敲擊出噼噼啪啪的聲響,引導著思想的流動,並寫下你看到的這最後一句話:


這些是碳原子的故事,也是我的故事,你的故事,所有地球生命的故事。





* * *

本文靈感來源於《周期表》

作者 普裡莫·萊維

一本我以為是化學書結果不是

並且翻譯得實在太糟糕的舊書




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