8 O 氧 獨行俠

  氧元素是個激進分子，一個獨行俠，一個伺機製造混亂的叛逆者。充足的氧氣賦予我們活力，但這是有代價的。作為一種資源，氧氣的使用成本不低，需要嚴格的控制措施以限制它的損害。

  氧作為元素周期表中的第8號元素，不該因其火爆的脾氣而受到非難，這不過是它的構造所決定的。每個氧原子有6個電子可以與其他原子裡的電子相互作用。兩個氧原子可以配對共享它們的電子，形成一個穩定的分子：O2。這是地球上最常見的氧元素形式，一種無色無味的氣體，占空氣的20%多一點。但這兩個原子的結合方式讓這個分子很不尋常。圍繞在兩個氧原子最外圍的12個電子，有些會兩兩配對，但每個原子上還會留下一個獨立電子。

  具有未配對電子的分子稱為自由基(radical)。雖然這個名字最初源於拉丁語「radix」，意思是「根」，但在化學理論的演變中，它的意思發生了一些改變，它更現代的定義往往和「不穩定」或「極端」聯繫在一起。電子討厭單獨存在，它們會想盡辦法去尋找伴侶，甚至會從其他分子中誘拐電子。有些自由基相比同類而言還算穩定；有一些碰到別的物質，就迫不及待地與之發生反應；還有些在奪取電子的時候，對奪取的分子挑三揀四，具有選擇性。具有兩個未配對電子的分子稱為雙自由基，它們通常具有很強的反應活性而很難被分離出來進行保存或觀察。氧氣(O2)算是一種相對穩定的雙自由基，這意味著我們可以安全地被它包圍，而不會自燃。但雙自由基氧氣仍然具有足夠的活性，能夠與食物結合從而為我們提供能量，與染料和色素結合讓它們褪色，與金屬結合導致它們生鏽。

  只有通過光合作用，這種活性元素才能在我們的大氣中如此豐富。如果沒有植物、細菌和藻類補充供我們呼吸的氧氣，那麼很久以前，大氣中所有的氧氣就會與地球上其他元素發生反應，地球上的生命就會走上一條完全不同的演化之路。

  動物和植物依靠呼吸作用，讓氧氣和葡萄糖在體內發生反應並釋放能量。但物極必反——大量氧氣通過肺被吸入體內，如果任其自由漫步，會造成極大的破壞。氧氣需要被引導到特定的位置——線粒體，在那裡，一系列酶控制著複雜的化學反應，管理著氧氣，讓它的化學能量緩慢地釋放。

  護送氧氣小心翼翼地進入線粒體，這個過程非常重要。對氧氣來說，最危險的是分子裡的一個未配對電子得到了一個電子夥伴。通過獲得一個多餘的電子，氧變成了「超氧化物」——字面意思就是「雖然還是氧，但獲得了額外的能量」——正如很多漫畫告訴你的，「能力越大，責任越大」。

  通過與水反應，超氧化物可以產生一系列的活性氧(ROS)。活性氧是至關重要的，它們對身體有著非常特殊的作用，比如在細胞之間傳遞信號，保持體內環境穩定。我們的免疫系統產生了大量的活性氧，用以摧毀入侵的微生物。另外，依賴氧氣的生物也必須保護自己不受自身創造出的物質的傷害，為了防止免疫系統過度反應，需要相互制衡。用來破壞細菌的超氧化物可不能破壞身體需要的東西。活性氧的高反應性會破壞脂肪、蛋白質、細胞膜甚至DNA，所以酶必須在體內巡邏，消滅掉失控的活性氧，並修復受損的生物分子。總之，依賴這種活性分子提供能量對我們來說是一把雙刃劍。