水是生命最基本的要求
posted on 12 Sep 2021 under category 自然科学
生命的化学反应需要在液体中进行，这是合情合理的。
在液体中，分子之间的距离近到足够发生化学反应。重要的是，万亿个分子会来回运动，以多种组合碰撞，完成化学反应，驱动生命体内的复杂途径。
在弥散的气体云或者固体中，这些相互作用通常难以进行。
在固体中，分子和原子通常是刚性的，不可能轻易移动。在气体中，它们又彼此相距太远，也就是太分散了。
人们早就认识到，水有一些很不寻常的特性。对你我来说，最容易注意到的就是，水结成冰后，冰会漂浮在水面上，说明结冰后水的密度降低了。
大部分液体凝固成固体的时候密度会升高，在液体里沉下去。水之所以有这种反常性质，是因为水分子是通过氢键相互连接的。水分子有极性，类似于棒状的磁铁，所以一个水分子中的氧原子可以和其他水分子中的氢原子连接在一起。在液态时，水分子可以敏捷地自由移动。它们能够彼此靠近，把自己扭转成各种角度，嵌入分子之间的角落和缝隙。可是，结冰之后氢键就变得更强了，形成了有序的网络，这种规则的结构比液体状态占据了更多空间。由于内部的水分子间距更大，冰才会比液态水的密度小，能够浮在水上。
因为这些反常的特性，我们会看到冬天时池塘的表面已经结冰，但冰下的鱼依然好好地生活在水中，还因此受到了冰的保护。冰面可以保存下方水中的热量，降低池水的结冰速度。如果冰比水沉，池塘会从下到上地结冰，水中的鱼就会冻死。
此外，水也有很多非凡的性质为生命所用。
例如：因为组成它的原子略微带电，或者说有极性，所以液态水能够溶解各种各样大小的分子，对于生命代谢过程中的复杂级联反应来说，能溶解从离子到氨基酸的所有参与物质是很重要的。水分子能聚集在蛋白质的外部，让蛋白质更有柔性，使它们能够充分移动、吸收化学反应组分、充当生物催化剂，但是又能确保它们有充分的刚性，能够正确折叠、保持其完整性。
——《生命的实验室》第9章