化学对于地球上的所有生命都是必不可少的。事实上,正是辐射和化学的结合导致了生命在这个星球上的形成。在我们每个人体内发现的化学环境是一个复杂的管弦乐队,它在自然界中经过了深不可测的时间演变。通过无数代人对我们自身内部化学物质的操纵,我们发展成为越来越复杂的生物。化学继续促进地球上每个生物的每一个支持生命的功能——无论它有多小。这包括细菌、真菌、植物、动物和我们。
几乎任何生命形式(包括人)内部都不会发生任何事情,除非形成或释放一种化学物质来催化该行为。人类的生长、新陈代谢、体温、器官功能、免疫系统、思想、情绪、运动和繁殖完全取决于我们体内的化学物质。我们的基因和 DNA 处于休眠状态,不受化学物质的影响。如果没有我们的自然化学,我们的身体就会死亡。事实上,我们在复杂的化学反应的无穷无尽链中运行。
生物化学已经发展了数百万年,并且随着时间的推移在每个生物物种中都在不断发展。新的化学反应出现以帮助每个物种适应其环境并抵抗捕食者。这就是我们如何最终获得有用的东西,例如光合作用、细胞分裂、繁殖、呼吸、思想、情感以及我们通常认为理所当然的无数其他赋予生命的活动。
进化和适应
这种赋予生命的化学物质不是在真空中进化的。植物、动物和微生物在错综复杂的舞蹈中共存和进化。例如,我们肠道中的细菌会随着时间的推移而进化出它们的化学成分,以帮助安全地消化否则会有毒的食物;这保证了他们的家和主人。植物会产生新的有毒化学物质,以便让那些想吃它们的人不那么受欢迎。它们还创造了有用的化学物质,鼓励其他物种为它们授粉。物种在不断变化的环境中进化以适应和繁荣。它是大自然创造的美丽而复杂的生命之网。
每个物种都可以在一代人内改变自己——这意味着你和我可以开发新的化学物质来适应我们的环境。我们可能会从温暖的气候转移到寒冷的气候,并发现身体适应冬天需要几年时间;但它最终是可以做到的。我们可能在童年时期患上水痘后,在成年后对水痘产生抵抗力。这些类型的适应发生在我们的一生中,由表观遗传学或不需要改变遗传密码的过程决定。我们已经在我们现有的一组基因中拥有使这些类型的物理变化发生的机制。
然而,有许多进化过程需要几代人才能发展,因为它们确实需要改变我们的遗传密码。例如,我们不会仅仅因为我们每天去游泳而长鳍状肢。我们不会学习通过光合作用将阳光转化为能量,就像植物仅仅通过移到阳光充足的气候中那样。我们的基因没有程序来实现这一点。结果,这些变化太大而无法在一生中发生。从理论上讲,这种变化可能会在地球的整个生命周期内发生,这足以让我们的基因发生变化。
我们是否成功地适应我们的环境——在一世或多世的过程中——取决于我们的基因起点和我们有多少时间。例如,恐龙在数百万年前无法适应气候的某些突然变化而灭绝。这些变化来得太快,以至于他们无法在表观遗传上或在多个生命周期中进行适应。当欧洲人第一次移居北美时,美洲原住民大量死于疾病,因为他们无法足够快地适应欧洲人几个世纪以来已经习以为常的疾病。我们所有人都只能如此快速地适应不断变化的条件。如果环境的变化超过了我们的身体适应能力,我们就不会茁壮成长,甚至可能活不了多久。
快速的化学变化
现代生活需要快速变化。在过去的 80-100 年里,我们向我们的经济、社区和生态系统释放了前所未有的合成化学混合物。这些化学物质极大地改变了我们的生态系统和体内化学物质。在大约 80 年的时间里(大约自二战期间化学工业兴起以来),我们已经将超过 100,000 种合成化学品大量引入我们的生活。每年有数万亿磅的合成化学品投入商业,可以在个人护理用品、清洁产品、衣服、食物、水和建筑环境中找到。
仅在过去的几十年中,我们才接触过其中一些化学物质。其他一些在 40 多年前就已经不再流行,但仍然存在于地球上的每一个生物中,并影响着地球上的每一个生物。