對(duì)“水是生命之源”的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)

管紅艷

熟悉高中生物知識(shí)的人多會(huì)贊同“水是生命之源”這句話，但如何系統(tǒng)地認(rèn)識(shí)“沒有水就沒有生命”的深刻含義卻比較困難。筆者認(rèn)為，這需要結(jié)合生物、物理和化學(xué)知識(shí)進(jìn)行綜合的理解。

一、水的奇特理化特征

1.水是熱的不良導(dǎo)體及水的反常膨脹

一般情況下，水與絕大多數(shù)物質(zhì)一樣是熱脹冷縮的。但水在0℃～4℃之間存在反常膨脹，即4℃的水密度最大。一般物質(zhì)液態(tài)的密度比固態(tài)的小，但水的固體形態(tài)——冰的密度卻比水小。甚至水還存在一種更加蓬松的固態(tài)——雪。“今冬麥蓋三層被，來年枕著饅頭睡”，雪的存在大大改善了植物的越冬環(huán)境。寒冷的冬季，河水從表面開始結(jié)冰，而固態(tài)冰和液態(tài)水是熱的不良導(dǎo)體的特性及4℃的水密度最大的特點(diǎn)阻礙了熱量的進(jìn)一步散失并且保證冰面下水的流動(dòng)，提供了水中生物越冬的條件。

2.水的較大的汽化熱與比熱容

水的汽化熱在液體中居第一位，比熱容在液體中居第二位。汽化熱大使蒸發(fā)少量的水就可以吸收大量的熱量。植物利用這一特性通過蒸騰作用降低了葉面的溫度，避免了被灼傷。炎熱的夏天，人通過汗液的揮發(fā)，使人體即使在環(huán)境溫度超過37℃時(shí)也能把體溫維持在保證生命活動(dòng)順利進(jìn)行的范圍內(nèi)。水的比熱容覆蓋在大地表層，水調(diào)節(jié)了氣溫，保證了地表溫度的相對(duì)恒定，而無(wú)水的月球晝夜溫差可以達(dá)到300℃。由此可以看出，水在調(diào)節(jié)溫度方面的重要性。

3.奇特的溶解各種物質(zhì)的能力

水分子的非對(duì)稱的結(jié)構(gòu)和電荷分布情況使其具有很強(qiáng)的極性。這種特性使水能破壞離子之間的化學(xué)鍵（如NaCl）和具有極性共價(jià)鍵的化合物的共價(jià)鍵。

一般而言，有機(jī)溶劑溶解有機(jī)物，無(wú)機(jī)溶劑溶解無(wú)機(jī)物。但水既能溶解有機(jī)物也能溶解無(wú)機(jī)物。它的溶解性對(duì)生物體而言又是如此的恰到好處，它既能溶解各種生物必需的物質(zhì)，又不會(huì)像有機(jī)溶劑那樣破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)。

二、水與生命的起源與進(jìn)化

在生命起源的化學(xué)進(jìn)化過程，尤其是多分子體系的形成過程中，無(wú)論是福克斯的類蛋白微球體學(xué)說，還是前蘇聯(lián)學(xué)者奧巴林的團(tuán)聚體學(xué)說，其中水的參與都是不可或缺的。而生物由水生到陸生的進(jìn)化趨勢(shì)更是指明了沒有簡(jiǎn)單、低等的水生生物類群，就不可能進(jìn)化出復(fù)雜、高等的陸生生物。

三、水在生物體內(nèi)的含量和作用

水在細(xì)胞內(nèi)以自由水和結(jié)合水兩種形式存在，它占生物體鮮重的70%～80%。由此可見，離開了水，就不可能構(gòu)成生命體。另外，水參與了生物體內(nèi)養(yǎng)料的運(yùn)輸和廢物的排放，體溫的調(diào)節(jié)及新陳代謝。水是光合作用的重要原料，而光合作用產(chǎn)生的氧氣是生物主要的呼吸方式——有氧呼吸的原料。沒有水，生物就只能停留在靠無(wú)氧呼吸維持生存的低級(jí)形態(tài)。

四、水與生物的生殖發(fā)育、生存

生物生殖的主要方式是卵式生殖，為保證卵式生殖中受精作用的順利進(jìn)行，許多生物的受精作用直接在水中進(jìn)行或者借助以水為主要成分的精液的媒介作用完成受精。水是許多生物繁衍中的受精作用所無(wú)法缺少的。

生物的發(fā)育中水也扮演了重要的角色。水生生物生活在水中，其個(gè)體發(fā)育需要水；兩棲動(dòng)物的變態(tài)發(fā)育在水中才能完成；爬行類和鳥類其羊膜的出現(xiàn)是為了防止卵內(nèi)水分的散失；哺乳類的胚胎生活在羊水里。水在生物的生殖發(fā)育中起著至關(guān)重要的作用。

水生生物的生存自然離不開水，而所謂“真正的陸生生物”只是對(duì)干旱表現(xiàn)出了較強(qiáng)的適應(yīng)性，它們的生活是絕對(duì)不能離開水的。“沙漠之舟”駱駝，在長(zhǎng)期饑渴后要補(bǔ)充大量的水分才能恢復(fù)正常的生理活動(dòng)。沙漠里有水的地方才會(huì)形成綠洲。熱帶草原的旱季，植物通過落葉來延續(xù)生命，而有的動(dòng)物通過夏眠來度過旱季。這種適應(yīng)性恰恰表現(xiàn)了水對(duì)生命存在的重要影響。水環(huán)境對(duì)生物的影響可見一斑。

總之，水的奇特的生化特性使之在生物生產(chǎn)進(jìn)化、繁殖、發(fā)育中起到了無(wú)法替代的作用。水書寫了生命的痕跡。沒有水，地球就像絕大多數(shù)其他星球一樣永遠(yuǎn)荒蕪，而非太空中看到的美麗的藍(lán)色星球。沒有水就沒有生命。所以說，水是生命之源。

（責(zé)任編輯 黃春香）endprint