第四章 环境与健康

第一节 人体与环境的关系

一、生命的起源

地球作为一个行星在45亿年前起源于太阳系星云。最初的地球经历了原子演化过程。地壳内部大量的放射性元素进行裂变和衰变，释放出大量能量，加上陨星的频繁撞击，导致地壳火山的强烈活动，使得被禁锢在地壳内部的挥发性物质不断喷发出来，逐渐形成一个主要成分有水、一氧化碳、二氧化碳和氮气等组成的还原大气圈。水汽冷凝后在低处汇聚成海洋。经过10亿年的演化初步形成由岩石圈、大气圈和水圈组成的地球。

早期的地表环境没有氧气，更没有臭氧层，紫外线可以毫无阻碍地直射地面，在高能紫外线辐射下还原大气圈的气体成分可以合成为简单的有机化合物，成为生命发生的最基本材料。例如在地热能、太阳能作用下，简单的无机物和甲烷等化合成氨基酸、核甙酸等有机酸，以后又逐渐演化成蛋白质。这些非生物合成的有机小分子在原始海洋汇聚起来，经历了漫长的过程，逐渐形成生命前体，最后演化成原始生命。

已发现的最古老的生物化石是原始菌藻类。大约在35亿年前，原始海洋中的氨基酸和蛋白质形成最简单的、无氧呼吸的原始生物（细菌）。这些最早的生命是异养的，又是厌氧的。它们靠吸收水中的有机物进行无氧呼吸而获得能量。由于原始海洋供应的养料有限，因而一些能合成无机质为有机质的自养生物出现了，例如，能在光合作用下把水和二氧化碳合成有机质的蓝藻。这些能进行光合作用的自养原核生物与厌氧异养生物构成藻菌生态系。绿色植物在光合作用下释放出游离氧，逐渐改变了大气的成分。游离氧的出现，促进了生命的进化，在10亿～15亿年前出现了单细菌真核细胞，在生物进化史上开始出现有性繁殖和多细胞的生物。大约在6亿年前海洋中出现了动物，但它们只能在紫外线照射不到的水下5～10m深处发育。

随着大气氧浓度的增加，在大气层中形成臭氧层，臭氧层的形成对生命的保护有极重大的意义，因为它能吸收危害生命的高能紫外辐射。随着臭氧层的保护能力不断提高，生命发展到水体表层，进而由水面发展到陆地。大约在4亿年前出现了陆生蕨类植物。生命在陆上出现，进化极为迅速。因为陆地具有更多样的生态环境，促使生物的分化和变异。水陆的植物、藻菌类、动物的生态系统也随着生物的进化越来越复杂。

根据化石研究，从猿猴到猿人经历了2300万年的演化过程。在300万年前，猿人作为物种从动物中分化出来形成最早能制造工具的原始人类。

由此看来，生命是以蛋白质的方式存在的，碳、氢、氧、氮是构成蛋白质的主要化学元素，加上磷、钙、镁、钾、硫、氯、钠共11种元素为人体必需宏量元素，占人体总重99.95％。此外，在人体内还发现了50多种微量元素。目前已证明，人体内必需的微量元素仅14种，主要有铁、铜、锌、锰、钴、氟、碘、钼、铬、钪、镍、硅、硒和锡。据科学家分析，人体内微量元素的种类和海洋中这些元素的种类相似，所以科学家认为，生命起源于原始的海洋。即使后来生命登陆并获得飞速发展，但生命仍然依赖水才能生存，因此水是生命的源泉。

目前已知的自然界化学元素共有100多种，而在人体内就发现了60多种。人体是由化学元素组成的，在日常生活中，人们较注意那些与人体健康密切相关的化合物——蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素等，而对微量元素的存在、作用和重要性长期忽视。近年来生物学家和医学家对人体中化学元素的组成、元素与人体健康的关系进行了大量研究和探索，认识到微量元素在体内的不平衡可能会影响人体的生长、发育、生殖和寿命，并预言不久的将来，微量元素对补充人类营养、防治和诊断疾病、延长人类寿命等方面将有广阔的前途。

二、人体与环境的统一

人体和环境都是由物质组成的。物质的基本单元是化学元素，地球化学家们分析了空气、海水、河水、岩石、土壤、蔬菜、肉类和人体的血液、肌肉及各器官的化学元素含量，发现人体血液和地壳岩石中化学元素的含量具有相关性，例如人体血液中60多种化学元素的平均含量与地壳岩石中化学元素的平均含量非常近似（如图4-1）。由此看出化学元素是把人体和环境联系起来的基础。这种人体化学元素组成与环境化学元素组成高度统一的现象充分证明了人体与环境的统一。

人体通过新陈代谢作用与周围环境进行能量传递和物质交换。人体吸入氧气，呼出二氧化碳。摄入水和营养物质，如蛋白质、脂肪、糖、无机盐、维生素等，排出汗、尿、粪便，从而维持人体的生长和发育。

人类赖以生存的自然环境是经过亿万年演变而形成的，人类是自然环境的产物，在正常情况下，人体与环境之间保持一种动态平衡的关系。一旦人体内某些微量元素含量偏高或偏低了，打破了人体与自然环境的动态平衡，人体就会生病。例如研究人员发现，脾虚患者血液中铜含量显著升高；肾虚患者血液中铁含量显著降低；氟含量过少会发生龋齿病，过多又会发生氟斑牙。所谓人体与环境之间处于一种动态平衡，主要是指这些微量元素必须排出体外和补充到体内达到一种平衡状态。一般情况下，各种食物如肉类、鱼类、蔬菜、粮食都含有一定量的微量元素，只要不偏食，注意饮食科学化，微量元素在体内是不会缺乏的。

环境如果遭受污染，致使环境中某些化学元素或物质增多。如汞、镉等重金属或难降解的有机污染物污染了空气或水体，继而污染土壤和生物，再通过食物链或食物网侵入人体，在人体内积累达到一定剂量时，就会破坏体内原有的平衡状态，引起疾病，甚至贻害子孙后代。为此保护环境，防止有害、有毒的化学元素进入人体，是预防疾病、保障人体健康的关键。

通过人体与环境在组成上的相关性以及人体与环境相互依存的关系，说明人体和环境是不可分割的辩证统一体，在地球长期历史发展进程中，形成了一种相互制约、相互作用的统一关系。