人体手册 · THE HUMAN BODY HANDBOOK

循环:你的原子
回到生态圈

组成你的东西,大部分在你活着的时候就已经换过很多轮。这一章数一数哪些换、哪些不换,然后看看它们从哪里来,又要到哪里去。

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你此刻用来读这行字的眼睛里,有一小团蛋白质和你同岁。

而你身上大部分别的东西都不是。此刻在你肠道内壁干活的细胞,几天前还不存在;你血液里的红细胞,多数几个月前才上岗;十年之后,你骨头里的钙原子会换过一整批。你更像一条河:形状认得出来,水一直在流。

这些是怎么知道的?靠的是二十世纪中叶人类在大气层里试爆的几百颗核弹。这话听起来像玩笑,但它确实成了迄今为止测量人体细胞年龄最好用的一把尺。

01 · 更替

核弹留下的那把尺

1955 到 1963 年间,大气层核试验把空气里放射性碳(碳-14)的浓度推高了将近一倍。1963 年《部分禁止核试验条约》签订之后,试验转入地下,空气中的碳-14 开始被海洋和植物一年年吸走,浓度沿着一条陡峭的曲线回落。

关键在于这一句:植物做光合作用时,会把当年空气里的那个比例原封不动地固定进糖分子。你吃植物,或者吃吃植物的动物;一个细胞在最后一次复制 DNA 时,就把那一年的空气比例封存了进去。测出这个比例,回查大气曲线,就能读出这个细胞诞生于哪一年——误差以年计。

卡罗林斯卡学院的团队用这把尺把人体量了一遍,结果就是下面这张图。

一件件数过来:多久换一批 终生 肠道内壁上皮 3–5 天 皮肤表皮 2–4 周 红细胞 约 120 天 脂肪细胞 平均约 10 年 骨骼(全副) 约 10 年 心肌细胞 一生换不到一半 1 天 1 周 1 月 1 年 10 年 100 年 终生基本不换:晶状体核心的蛋白 · 大脑皮层的多数神经元 · 牙釉质
图 终-1 · 更替时间表。横轴为对数时间。金色为周期性更新的组织,蓝色为一生只换掉一部分的心肌。右侧色带里的三样基本不更新——损伤只累积,不清零。各值为人群量级,随部位、年龄与健康状况而变。

河流这个比方到这里要停一下,否则会推出一个错的结论:并不是全部都在流。有几处从来不换。

第一处是晶状体的核心。那团负责聚焦的透明蛋白在胚胎期就已经排布好,此后细胞把内部器官全部拆掉以求透明,也就再没有能力更新它。你三十岁看不清近物、七十岁得白内障,都是同一团蛋白几十年累积的改变——这就是引子里那句"和你同岁"。第二处是大脑皮层的多数神经元:碳-14 测出它们的年龄与你本人的年龄一致。第三处是牙釉质:分泌它的细胞在牙齿萌出时就退场了,磨掉一点就少一点。

陪你一辈子的东西不多,而且都很要紧:你看世界用的那块透镜,你之所以是你的那些神经元,和你咬东西的那层壳。

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这把尺正在失灵。弹脉冲测年之所以好用,是因为 1963 年之后大气碳-14 沿着一条陡峭且单调的曲线回落,每一年对应一个不重复的读数。但曲线正在走平:到 2020 年代,大气碳-14 已经接近核试验之前的本底水平,而燃烧化石燃料释放的、完全不含碳-14 的碳还在继续稀释它。对二十一世纪出生的人,这把尺读不出年份了。

接替它的方法正在竞争:读 DNA 甲基化模式的"表观遗传时钟"、靠体细胞突变的累积做单细胞谱系追踪、以及蛋白质中氨基酸自发变构的经典测法(牙釉质与晶状体正是它的传统用武之地)。本书写作时,还没有哪一种能像弹脉冲那样,直接读出一个细胞的"出厂年份"。连量身体年龄的工具,也在交接棒。

02 · 来处

这些原子是借来的

先看清单。按质量算,你身上 65% 是氧,18% 是碳,10% 是氢,3% 是氮,其余全部元素加起来约 4%。按原子个数算,排序变了:氢最多,约占六成,氧约两成四,碳约一成二——氢又轻又小,重量上不显眼,数量上却是主力。总数在 10²⁷ 到 10²⁸ 个的量级,写成十进制要将近三十位。

这些原子的来路分两段,一段极远,一段极近。

极远的那一段。你身上的氢,几乎全部诞生于大爆炸之后的最初几分钟,年龄约一百三十八亿年。碳、氮、氧是恒星内部核聚变的产物;钙、铁这些更重的元素,来自大质量恒星末期的剧变与更极端的天体并合。它们被抛进星际空间,混进后来坍缩成太阳系的那团气体和尘埃。

1980 年,Carl Sagan 在《宇宙》里把这件事说成了一句流传至今的话,大意是:我们 DNA 里的氮、牙齿里的钙、血液里的铁,都曾在恒星内部被造出来——我们是星尘做的。

这句话容易被当成纯粹的抒情,其实它是一个可以核对的物理陈述:每一种元素的合成场所都有明确的核反应路径,也有观测证据支撑。但顺着它也别推过头——它说的是元素的产地,不是"你的某个原子曾属于某颗特定的恒星",那种追溯做不到。

极近的那一段。这些原子进入你身体走的是同一条路:植物用阳光把空气里的二氧化碳拆开,把碳接进糖;你把糖吃下去。你身上几乎每一个碳原子,在成为你的一部分之前都在某个绿色的东西里待过;再往前,在空气里;再往前,在别的活物身上,或者在海水与岩石里。水更快——它占你体重的 55% 到 60%,而其中的水分子只在你体内停留几周。

所以"你"这个东西,从物质上说更像是一个持续的过程,而不是一堆持续的材料。材料一直在换手,过程没有中断。

03 · 归还

归还从来不是从死亡那天才开始的

按上一节的比例算,一具 70 公斤的成人身体里约含 13 公斤碳。如果把它全部氧化,大约生成 47 公斤二氧化碳。

拿这笔账和呼吸比一比会很有意思:一个成年人每天呼出的二氧化碳约 1 公斤上下,也就是说——你活着的时候,一个半月左右呼出的碳,就相当于把整个身体的碳全部还了一遍。归还不是死亡那天开始的一次性事件,它每天都在发生,只是身体一边还一边补,账面看不出来。死亡改变的只是补的那一头停了。

此后的事很朴素:维持秩序的酶不再工作,组织开始自溶,细菌与真菌接手;软组织里的碳大部分以二氧化碳的形式回到大气,氮回到土壤,钙和磷留在骨里久一些。

点环上任意一站 →
多数走这条快道 46 亿年前一次送达 此后基本只在环里转 恒星 空气 植物 你 分解者与土壤 海水与岩石 一个碳原子的旅程 环里的一圈:以年到几十年计;绕经岩石与深海的那一段:千年到百万年计
一个碳原子的旅程

这个环是封闭的:除了少量陨石尘埃,地球此后没有再收到新的原子。你身上的每一个都在环里转过很多圈,只是转速差别极大——快道以年计,绕经岩石与深海的慢道以千年到百万年计。点上方任意一站。

恒星 · 产地

氢来自大爆炸最初的几分钟,碳氮氧在恒星内部聚变而成,钙铁来自大质量恒星末期的剧变。它们随恒星死亡被抛入星际空间。这是一次性的送达,不是环的一站。

空气 · 交汇点

大气里的二氧化碳是这个环的交汇点:植物从这里取碳,呼吸与分解把碳还到这里。单个分子在空气里平均只待几年就被吸走——但要注意,这说的是分子换手的快慢,不是"排放的碳几年就消失"。吸走的同时也有等量吐回,总量的增减是另一回事。

植物 · 碳的入口

把无机的碳接进有机分子,在陆地上几乎全靠光合作用。你身上的碳没有一个是自己从空气里抓来的——都是植物先抓好,再经食物递到你手里。第 13 章那顿饭的起点其实在这里。

你 · 一段停留

停留时间比想象中短:水分子几周,肠道上皮几天,红细胞约四个月,骨骼十年一副。你不是容器,更像河道里被认得出形状的那一段水流。

分解者与土壤 · 拆解

细菌与真菌把大分子拆回小分子:碳多以二氧化碳回到空气,氮回土壤供下一轮植物使用,钙磷在骨矿里停留更久。这一站没有浪费,只有转手。

海水与岩石 · 慢道

一小部分碳没有很快回到空气,而是溶进海水、沉降成碳酸盐、压成石灰岩,这条路以千年到百万年计。今天燃烧的化石燃料,正是几亿年前走上这条慢道的碳被提前放回环里。

图 终-2 · 一个碳原子的环。示意图只画路径与快慢,不按通量比例。绿色虚线为快道(分解产物直接回大气),环左侧经海水与岩石的一段为慢道。恒星在环外,是产地而非循环的一站。
04 · 接棒

散开的是原子,没断的是那条线

把这本书从头翻回去,会看见两件方向相反的事,同时发生在同一具身体上。

一件是散开。上面数过了:物质从头到尾都在换手,你只是它们路过时短暂停留的一段,最后连这一段停留也结束。

另一件是没断。序章里那几十个被编入另册的细胞,那根跑了三十多亿年、一次也没有落过地的棒——那件事你已经知道了。这一章能给它补上的,是从原子这一侧看过去的样子。

而从这一侧看过去,会看清一件在序章还看不清的事:传下去的到底是什么。

不是物质。交接时递过去的那点东西——一枚卵子加一枚精子的分量——早在孩子出生之前,就已经被拆散、稀释进了亿万倍于它的新材料里;到那个孩子长大成人,身上几乎找不出一星半点当年的原料。也不完全是信息。DNA 本身在一代代改写,你手里这份和三十多亿年前那份,读起来是两本书。

传下去的是一种没有中断的状态:这条线上,某处始终有一个细胞正活着,一次也没有停过。物质是借的,信息是改的,只有"一直活着"这件事本身,是原样递过来的。

序章说,你不是被造出来的,你是被递过来的。走完这一程再看,那句话可以补上后半截:你也不会被收走,你只是被摊开——摊回土里、水里、空气里,摊回那些正在建造之中的身体。四幕戏演完,舞台并没有拆,只是换了人。

SPEC SHEET

本章规格表

物质账单 · 关键数字
人体原子总数10²⁷–10²⁸ 个量级估算,随体重变化
元素质量占比前四位O 65 · C 18 · H 10 · N 3 %其余全部元素合计约 4%
按原子个数的占比H ~62% · O ~24% · C ~12%氢最轻,重量不显、数量最多
水占体重55–60%随体脂比例与年龄变化
最快 / 较慢的更新3–5 天 / 约 10 年肠道内壁上皮 / 全副骨骼
终生基本不更新3 处晶状体核心蛋白 · 皮层多数神经元 · 牙釉质
70 kg 身体的含碳量约 13 kg完全氧化约合 47 kg 二氧化碳
同等碳量的呼出时间约 1.5 个月按每日呼出约 1 kg 二氧化碳估算