为什么说水是生命的摇蓝？

Question

如题所述

Answer 1

我们身体内的水占到体重的70%，所有生命过程都需要水。我们内脏、骨骼互相摩擦的地方，都有水作为润滑剂。而我们呼吸的氧气，也来自于植物光合作用分解产生的水……人类离不开水。

不仅是人类，从青苔到蘑菇，从胡杨到松树，从鱼儿到骆驼，即使是最耐干旱的细菌，也需要有水才能进行新陈代谢。为什么地球上的生命离不开水？这既是由于一系列机缘巧合，也是由于水自身的特殊性质。



生命起源和发展需要稳定的液体环境

如果抛开我们熟悉的生命形式不论，让你重新设计一种生命，你会面对什么问题呢？首先就是生命体的稳定性问题。因为生命体必须具有一定的稳定性，并且能够和周围的环境分隔开来。于是由气体或等离子体组成的生命形式就被排除了。因为气体和等离子体状态的物质太难以束缚，也很难在气体团外围生成和环境分隔的膜或壳，所以很快就会和周围的物质混为一体。而固体形态的物质，受到颗粒接触表面积的限制，反应速度要么非常快（比如黑火药），要么非常慢（如放在墙角的煤，要过几年煤的分子才能渗进墙里去）。这样的反应速度，难以满足生命新陈代谢的需要，因此也不太可能会产生生命。



气体没有明确的边界，只有烟迹可以表明其流动方向



木星就是一颗气态行星。图为木星大红斑，是木星大气的旋涡。它会是一种生命的形式吗



一些科幻作家想象的固体生命，在没有液体的环境中生命，通过和气体反应来进行新陈代谢

“生命”的特征有两个，一是能够繁殖自己，二是能进行新陈代谢。如果不满足这两个条件，那么这些幻想中的物体也不能称之为“生命”。生命要产生，最好的环境是液体环境。首先，液体分子没有固体颗粒表面积的限制，液体分子可以自由地接触，因此化学反应的速度可以足够快，也足够均匀稳定。其次，液体具有表面强力，可以自动形成小滴，（你可以观察一下荷叶上的小水珠，或者把水滴入油中，就可以看到这样的液滴）。这就可能和周围环境隔绝开，形成独立的内部小环境。而液体也具有足够好的导热性，原始生命在一个足够大的范围（比如海洋）内所接触的温度都是一样的，有利于生命的稳定。



液体的分子可以自由接触，反应速度足够快



液体的分子可以自由接触，反应速度足够快

为什么地球生命在液体水环境诞生？

可是世界上的液体很多，为什么我们熟悉的地球生命会在液体的水环境中诞生呢？

这也许是一种巧合。首先，我们这个星球的水恰好足够多。地球上的水约占地球总质量的0.05%，而且大多分布在地球的表面。这就给生命的诞生提供了充足的资源。其次，地球所处的位置，离太阳不近也不远，正好是水能以液态形式存在的区域，而其他的很多物质，在地球上要么是气体（如氢或甲烷），要么是固体（如硫）。所以地球生命要诞生，能利用的液体环境也只能是水环境。



在生命诞生之前，地球上已经有了充足的水



太阳系中的宜居区示意图

为什么水能胜任“生命之源”？

水还有很多特殊的特性，这使得它足以胜任“生命之源”的角色。

1、水是极好的溶剂

为什么糖、盐、味精在水中一会儿就溶解了？这来源于水分子的极性，能够吸引其他带电荷的分子或离子。糖、盐的分子或离子经过水分子这么一“拉”，自己内部的吸引力就减弱了。因此水能迅速溶解很多物质。

除此之外，水还有一定的解离性，可以解离成氢离子和氢氧根离子（H2ODH＋＋OH）。所以水可以和很多物质发生反应，甚至连坚硬的岩石也能被水“咬”得千疮百孔。这样活泼的环境可以溶解足够多的化学物质。溶解于水的离子互相反应，大大扩展了生命的可能性。



美丽的溶洞，就是水溶解了岩石后形成的

2、水分子具有极性

水的极性还使水很容易附着在带电的物体上。比如水就很容易和尘埃结合，我们看到的雾和霾就是水滴结合了尘埃颗粒形成的。而水分子之间的吸引力，又使得滴在粘土和岩石上的水会沿着毛细血管一样的小缝隙，把整个粘土或岩石中的细小空腔都填满。这种作用称为毛细作用。植物就是通过这样的作用来把水分送到身体的每一部分的。这些效应在生命的诞生阶段尤其有意义。也许最初的生命，就诞生于这样不起眼的小水滴或小粘土块中呢。



水的毛细作用使得水可以通过缝隙渗入岩石或粘土内部，而水银就不行

3、水为生命的诞生提供间接的“服务”

闪电就是这类“服务”之一。地球大气中有丰富的水，空气要更容易被电离，闪电也更为频繁，通过闪电产生有机分子的机会也就更多。而像木星这样大气含水量低、闪电发生少的星球，产生有机分子的机会就要少得多了。



湿润的空气有利于产生闪电

如果没有水生命还能形成吗？

在地球上的液态水环境中，地球生命所依赖的蛋白质和核酸可以能够扭曲、折叠成各种复杂的大分子结构，并保持这些结构的相对稳定，同时水的极性和弱解离性又让这些大分子不会太过稳定，能够与其它化学物质发生化学反应。

但宇宙中液态水存在的范围是很小的。在远离恒星的地方，即使有水，也会冻住，而在靠近恒星的地方，水又会被汽化。在液态水0～100℃的范围之外，有什么其他液体环境可能产生生命呢？

美国生物学家和科普作家阿西莫夫提出，除了水之外，宇宙中氟硅氧烷，硫，氨，甲烷，氢五种物质在不同温度下，也可以形成液体环境。这些液体环境与液态水的环境类似，因此也可能诞生生命。

VS

冰冷的生命 滚烫的生命

冰冷的生命：比地球更冷一点的地方，氨可以变成液态。1个标准大气压下，氨在-33.4℃到-77.7℃时处于液态。液氨在宇宙中也很常见，比如像木星、土星、海王星，天王星上，就有丰富的氨。如果这样的行星离恒星的位置适当，就有可能存在液氨的海洋。

在更冷一点的环境中，氨也被冻住了，而甲烷则可能处于液态（在1个标准大气压下，在-161.6℃到-182.6℃时处于液态)。如果要在甲烷环境下，生命的基础就不是地球生命的核酸和蛋白质，而是脂类。



海王星的核由岩石组成，核外是富含氨、水和甲烷的海洋



游戏“失落星球3”中幻想的生活在寒冷中的外星生物

滚烫的生命：以上说的是温度低于水的冰点的环境下可能产生的生命。那么，在温度高于水的沸点时，比如在水星朝向太阳的一面（温度高达400℃以上），也会有生命分子存在吗？在那种环境中，只有硫这样的元素可能保持液态（115 ℃-445℃）。而我们的蛋白质、核酸这样的碳氢化合物都已经被破坏了。这液态的硫中，生命分子不能够再以碳-氢化合物为基础了，而更可能是碳-氟化合物。在常温下，碳氟化合物比碳氢化合物要稳定得多，并不适合参与化学反应。但在高温下，则可能表现出高的适应性和多样性。



水星，它的表面是非常灼热的



一颗距恒星很近的行星，其表面温度会非常高

在更高的温度下，以碳为骨架的大分子也不可能稳定存在了。但是以硅、氧原子，再加上碳原子组成的分子，则可能保持稳定。这种物质称为氟硅氧烷，或者称“硅酮”、“硅油”。在地球上，它们非常稳定。在液态的硅酮类环境中，硅酮类分子可能显示出生命必须的变化性和多功能性。以它们为基础，就有可能产生高温的生命。



一种氟硅氧烷

历史赋予每一个“今天”的铭记意义，

水赋予我们每一个“今天”，

“世界水日”提醒我们：生命之源，珍之重之！

Answer 2

1、水对气候具有调节作用。
2、水是所有生命体的重要组成部分。人体中水占体重的70%；水是维持生命必不可少的物质。
3、水上人类的日常生活必备的物质。如炊事、洗涤、沐浴、清洁等等
4、工业生产离不开水。如原料用水、产品处理用水、锅炉用水、洗涤用水、冷却用水等等。
5、水利是农业的命脉。农业生产上，需要大量的水进行灌溉。
地表面有3／4被水覆盖，但可用的淡水只占全球储水总量的2.53%，其中大部分还分布在两极冰川与雪盖、高山冰川和永久冻土层中难以利用。克利用的水只约占30.4%。加之随着现代工业的迅速发展，大量排放各种废水，使自然水系受到显著污染，水质普遍下降，可供安全使用的淡水更日显不足。节约用水、防止水体污染、保护水资源是当前重要的一项基本国策！