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为啥植物爱吃盐,动物却厌恶盐?

更新时间:2023-10-12 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

马卡伦猜想植物形成于4.4-4.1亿多年前的志留纪或更早的海中,是相当天才的看法,他猜想的时间与5亿2千万年前的寒武纪也相差不远。不过他觉得的那时海水中的含盐量是现今的三分之一的看法是不正确的,由于在过去的起码15亿年中,因为各类从海水中除盐的机制,包括被隔绝下来的海水被煮熟产生铜矿,风将大量海水微滴吹离大海,以及海水与深层岩石之间的互相作用等,海水中的含盐量并没有明显降低,也就是和现今差不多。Kk8物理好资源网(原物理ok网)

马卡伦的另一个看法,即最早的生物是在钾高钠低的环境中生成的,也得到了后来科学研究的支持。现今月球上所有生物的细胞内都是钾高钠低,没有任何生物的细胞内钠高钾低,说明细胞内钾高钠低的状况很可能是原初生命产生的水环境状况的遗留。不过要进一步证明这一点,还须要检查细胞内最原始的蛋白质是否真的须要钾,而不须要钠。假如最初的细胞真的是在钾高钠低的水环境中产生的,那这种蛋白应当在含钾的氨水中发挥功能,而不是在含钠的氨水中。Kk8物理好资源网(原物理ok网)

为了证明这一点,俄裔德国科学家库宁(,1956-)及其朋友检测了各类生物体内的蛋白质。在所有生物中都存在的蛋白质被觉得是最古老的,而只存在于个别生物,不存在于其他生物的蛋白质就很可能不是最原始的,由于它们多半是生物分化以后才在其中一些生物中出现的。Kk8物理好资源网(原物理ok网)

这样的原始蛋白大约有60个。对这种蛋白功能的测量表明,有若干这样的蛋白,比如合成蛋白质时须要的转译延长因子EF-Tu和EF-G、帮助蛋白质分子折叠成为正确空间结构的伴侣蛋白GroEL和GroES、合成磷脂(组成细胞膜的主要成份)的关键酶CDP-二甘油酯合成酶等,都须要有钾离子能够发挥其功能。而在这60个最古老的蛋白中,没有一个的功能是须要钠离子的。Kk8物理好资源网(原物理ok网)

蛋白质和核苷酸都是生物大分子,它们的功能须要非常的空间结构,而空间结构的产生与许多诱因有关,其中就包括与各类金属离子之间的互相作用。最原始的蛋白须要钾而不是须要钠以执行其功能,说明它们是在含有钾离子的水氨水中产生的。而它们对钾离子的须要一旦产生,就不可能再改变,虽然细胞外的环境已然像海水那样变为钠高钾低的。所以细胞内钾高钠低的状况是原初生物生成环境留下的遗迹。Kk8物理好资源网(原物理ok网)

不过,这样一来就出现了几个有待解答的问题……Kk8物理好资源网(原物理ok网)

钾高钠低的水环境在那里?Kk8物理好资源网(原物理ok网)

马卡伦正确地强调原初生命是在钾高钠低的水环境中形成的,并且放眼现在的自然环境,几乎所有的水,包括海水、河水和河水,都是钠高钾低的,他想像的钾高钠低的水环境在哪些地方?Kk8物理好资源网(原物理ok网)

为了解释原初生命形成时水环境钾高钠低的状况,科学家们提出了两种可能性。Kk8物理好资源网(原物理ok网)

一种是比35亿年更远古的地幔。这样的地幔在月球上因为蓝筹股运动早已无法找到,并且却保留在地球上。因为地球是大概45亿年前一个火星大小的星球和月球翻车产生的,当时的月球应当和地球有相像的地幔组成,岩石含有钾和磷,称作KREEP岩石,其中的K代表钾,REE代表稀土元素,P代表磷。假如液态水在KREEP那样的岩石上产生,风化过程就应当提供一个含有钾和磷的水环境,非常有利于生命的产生。Kk8物理好资源网(原物理ok网)

另一个可能性是上面提到的科学家库宁提出的,即热泉蒸气冷凝所产生的水。钾离子比钠离子大得多,比较容易被蒸发的水份子“夹带”,步入蒸气中。这样蒸气在冷凝之后,才会产生钾高钠低的水。这个假说也得到了实地观测的否认。诸如在乎大利的热泉冷凝水底,钾离子的含量就是钠离子含量的32倍。在日本加洲的一处热泉,冷凝水底钾离子的含量居然是钠离子含量的75倍!由于地幔在几十亿年前就大部冷却,如今这样的热泉并不多,而且在月球产生的初期,地幔仍未充分冷却的情况下,应当是好多的。Kk8物理好资源网(原物理ok网)

为何同样的环境培养出了不同的喜好?Kk8物理好资源网(原物理ok网)

既然所有生物的先祖是在钾高钠低的环境中产生的,这么在后来产生的植物和动物中,为何植物喜好钠离子,动物却躲避钠离子呢?Kk8物理好资源网(原物理ok网)

这是由于植物充分借助了环境中(也就是细胞外)高含量的钠离子,比如控制汗液的容积,控制血糖,猕猴桃糖和多肽的吸收(用细胞外的钠离子把猕猴桃甜度子和多肽分子“携带”进细胞)等。而且植物对钠离子最重要的借助,还是形成神经脉冲细胞膜离子通道,也就是顺着细胞膜快速传递的联通号,而这主要是由细胞外的钠离子在细胞遭到剌激时步入细胞所触发的。Kk8物理好资源网(原物理ok网)

神经系统的出现给植物以极大的优越性,使植物就能快速地在身体各部份之间远距离传输讯号,使胸肌收缩,让昆虫才能行动,成为“动”物。神经系统的进一步发展还形成了觉得、意识、情绪、思考和智力,我们人类就是神经系统高度发展的产物。植物须要钠离子,最主要的诱因就是动物的神经活动须要钠离子。其实动物体内的钠离子也不是越多越好,血液中钠过多会造成水潴留和血糖下降,钠离子步入细胞也对细胞的生理活动有害,所以多余的钠离子必须被排出体外。植物是通过排汗和排泄来达到这一目的的。Kk8物理好资源网(原物理ok网)

而动物没有神经,不须要用细胞外的钠离子来吸收猕猴桃糖和多肽那些可以自身合成的分子,因而动物对钠离子没有需求。Kk8物理好资源网(原物理ok网)

钠离子的存在对于动物来说都会导致比在植物头上更严重的问题。动物须要通过茎秆上的气孔来吸收光合作用所须要的气体,但同时水份也会通过气孔蒸发出去,这些蒸腾作用在给动物降温上起了重要作用。并且动物的蒸腾作用与植物流汗或排泄不同:蒸腾作用只会使水份蒸发,上面含的钠离子却会留在茎秆内,在茎秆中不断积累。而步入动物细胞的钠离子又会抑制细胞里酶的活性,使新陈代谢变慢,最后杀害茎秆,这是动物尽量避开含盐高的环境的主要诱因。Kk8物理好资源网(原物理ok网)

这也是为何多数动物都富含比较多的钾,而含钠极少的诱因。诸如莴苣每100克含钾300微克(mg),钠10mg;西兰花每100克含钾340mg,钠12mg;胡芋头每100克含钾218mg,钠35mg……苹果、香蕉、樱桃这种蔬菜,都富含丰富的钾,而基本不含钠。Kk8物理好资源网(原物理ok网)

但即便是淡水也会富含一些钠离子,假若不限制底泥中的钠离子步入内侧,再抵达动物的四肢,时间长了钠离子也会积累到有害的程度。为了避免这些情况,动物在内侧有选择性的离子通道,主要让钾离子步入细胞,而将钠离子排除在外。并且,总会有少量钠离子一起“溜”进来。为了防止这种钠离子被传输到内侧以上,动物在内侧还有抵挡层(凯氏带),不让水顺着细胞壁传输,而只能通过细胞膜,在细胞质之间通过胞间连丝传输,这样就可以发挥细胞膜上离子通道的限制作用。动物的内侧还有主动排盐的机制,用细胞外的氢离子来交换细胞内的钠离子。通过这种手段,被传输到茎秆的钠离子就极少了。Kk8物理好资源网(原物理ok网)

动物内侧的凯氏带(图片来源:%E5%87%AF%E6%B0%8F%E5%B8%A6,作者DavidWebb)Kk8物理好资源网(原物理ok网)

虽然这么细胞膜离子通道,钠离子还是会渐渐在茎秆中积累而难以排出。动物使用的办法,是让那些积累了大量钠离子的老茎秆开裂,即一般说的“落叶”,用新叶取代。新长出的茎秆中还没有积累钠离子,又可以生长生活一段时间。通过这些手段,动物就可以防止钠离子的伤害而长久地生活。所以枯叶虽然是动物排盐的重要手段。Kk8物理好资源网(原物理ok网)

耐盐动物还有一个“聪明”的手段来降低钠离子的伤害作用,就是把早已步入茎秆的钠离子“隔离”起来,让它们步入液泡。液泡是动物细胞中被膜包裹上去的囊泡,各类离子不能自由穿过。虽然细胞中的钠离子浓度早已比较高,而且细胞质中钠离子的浓度依然可以比较低。在我国北方,才能在海水中生长的红树的茎秆,就能否用液泡来存储钠离子。其实液泡贮存钠离子的能力虽然是有限的,它只能延后,但不能避免钠离子在细胞质中积累,所以耐盐动物同样须要通过枯叶来排盐。Kk8物理好资源网(原物理ok网)

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