生物学常识分析
生物学常识分析 摘要：建立和丰富生物学基本常识是高校生物相关专业 学生理解专业知识，形成专业素养的重要条件。水与生命的 起源、进化、繁衍，与生命的物质组成、代谢，与生命的生 理平衡及动态调节均密切相关，这意味着同学们在学习中对 “水是生命之源”的理解不能仅局限在“水为生命起源创造 了条件”或“原始生命产生于水环境中”，更重要的是理解 水对生命的重要性。文章从水与生命起源、水与生物进化、 水与机体的物质组成、水与物质代谢、水与生理平衡、水与 陆生动物胚胎发育等几个方面系统地阐述了生命对水的高 度依赖，以帮助同学们更好地理解“水是生命之源”这一生 物学基本常识。关键词：水；
生命起源；
生物进化；
物质组成；
物质代 谢；
生理平衡 生命的起源、进化、生存与繁衍均需在特定而复杂的条 件下才能得以完成，虽然这些事件的发生所需条件各不相同， 但 却存在一个共同点，那就是均离不开水的参与。这意味 着水这种在日常生活以及我们潜意识中如此平常的物质，对 于生存在这个星球上的所有生命来说是何等重要，也正因为 如此，才有了“水是生命之源”这一生物学的基本常识。然 而，在教学中发现，同学们对“水是生命之源”的理解大部 分仅局限于“水为生命的起源创造了条件”或“原始生命产 生于水中”。因此，丰富和拓展同学们对“水是生命之源”的理解十分必要。本文从水与生命的起源、进化、繁衍、物 质组成、物质代谢以及生理平衡的调节等六个方面系统阐述 了水对生命的重要性，以帮助大家进一步全面理解“水是生 命之源”这一生物学基本常识。
1水在生命起源中发挥了重要作用 原始的地球由于高温、强辐射、无氧等原因，不会也不 可能存在生命。当地球的运动速度、轨迹以及地表环境相对 温和、稳定后，生命的出现才成为可能[1]。由于降雨或外 来彗星撞击，在地表累积形成的原始海洋水环境无疑是最关 键的，因为生命出现必须经历有机小分子聚合为有机大分子 这一环节。大气中的气态无机小分子（包括水蒸气）以及原 始海洋中的无机元素与分子相互碰撞，并在闪电、射线、高 温、辐射供能条件下合成了氨基酸、核苷酸、单糖等有机小 分子。有机小分子在原始海洋中逐渐积累，并在水中不断运 动、碰撞，在高温的原始海洋提供外界能量条件下发生聚合， 进一步形成了核酸、蛋白质、多糖等有机大分子。这些生物 大分子在原始海洋中，进一步聚集形成以蛋白质和核酸为基 础的多分子体系，并在极为特殊与偶然的机会下，被脂类分 子包裹从而形成原始细胞的雏形。可见，在整个生命起源过 程中，原始海洋的水环境及其提供的能量是生命起源必不可 少的条件。也是人们提出“水是生命之源”的主要原因。
2水在生物进化中发挥了重要作用 生命在原始海洋诞生后不断演变和进化，从简单走向复杂，从低等走向高等，从水生走向陆生。因此，生命进化过 程中，很长一个时期都在水中完成，从这角度也可以体会到 水对生命的重要性。直到后来，古鱼类中的其中一支演化出 既可在水中生活，又可离开水到陆地生活的两栖类，之后再 继续进化出现爬行类、鸟类、哺乳类等[2]。因此，从水生 到陆生也是生物进化的一个重要节点。需指出的是，即使到 了能在陆地活动的两栖类，水环境依然是其主要的生活场所 与补给基地。在生物进化向复杂、多样的方向推进过程中， 海洋环境自身也在不断发生改变，如温度下降，面积缩小、 区域隔离、出现淡水等。那么是否陆生生物的出现，就意味 着生命摆脱了对水的依赖，水对生命就不再重要了呢？其实 不然，下文的“三”至“六”告诉我们：即使是陆生生物， 水依然在生命活动中起着不可替代的作用。
3水在生物体物质组成中占主导地位 人们发现，所有生物的活细胞不管种类与进化地位如何， 含量最多的物质并非蛋白质、核酸、脂类、糖类等有机质， 而是无机化合物――水[3]。也正因为此，地球上的所有物 种均遵循一个共同规律――水占其物质组成的主导地位。从 个体重量来看，水母体内含水约97%，藻类约90%，鱼类约89%， 植物约70%，哺乳动物约65%。对于单细胞，水均存在于其细 胞内；
而对于多细胞生物，细胞外也存在大量的水，它们要 么存在细胞间质，要么存在血管或维管束等传输网络中。体 内的主要以两种形式存在：其一为结合水，被细胞内的蛋白质、酶等其他物质所结合或吸附，不再具有流动性，水的结 合为这些生物大分子生物活性的发挥提供了条件；
另一部分 为自由水，具有良好的流动性和溶解能力，为物质的转运、 物质交换、代谢反应等提供了条件。
4水是物质代谢的重要参与者 生物体内的自由水是良好的溶剂，生化反应的底物几乎 全部需要溶解于水这一介质中，水甚至还可能是某一些生化 反应的底物之一，可见水为细胞的物质代谢提供了良好的反 应场所和前提条件。另一方面，体内的新陈代谢需要有营养 物质的不断输送，以及代谢产物的不断排出，而这些过程也 均需要水的参与。以人类为例，血液循环将氧气和各种营养 物质（养分）运输至组织细胞，并将组织细胞产生的二氧化 碳、尿素等代谢产物带出体外。具体地说，吸收的营养物质 或经肺气体交换的氧气进入血液，通过血液输送到身体各个 部位，出毛细血管壁进入组织液，再穿过细胞膜进入细胞 内；
代谢产物则相反，从各个细胞跨膜进入血液，运到肾或 肺排出体外。我们可以从这个过程中体会到血液以及组织液 在物质运输中起到了无可替代的作用。除自由水外，结合水 也在物质代谢中起着重要作用。以催化生化反应的酶为例， 其分子表面往往结合了几百甚至上千个水分子，这些水分子 使酶能够表现出一定的柔性，从而使之能与底物很好的契合， 为后续的催化反应奠定条件，因此，结合水是酶表现出生物 学活性的重要前提[4]。可见，机体中的水不管在胞内还是在胞外，均在物质代谢（包括前期转运）中发挥了重要作用。
5陆生动物胚胎发育依然需要在水环境中进行 所有生物在结束生命周期前需完成一个极其重要的使 命――繁育下一代，这保证了自身物种的生生不息。水生动 物的繁衍毋容置疑在水中完成；
而对于高等的陆生动物，虽 然生活环境已摆脱了水的束缚，活动范围可以到达远离水域 很远的距离，然而它们繁衍下一代的过程实质上并没有完全 脱离对水的依赖。比如包括哺乳动物、爬行动物、鸟类等在 内的高等陆生动物（胎生或卵生）的胚胎发育实质还是在水 环境中进行的，因为胚胎发育过程中它们会形成羊膜这一特 殊结构，并在羊膜中产生羊水[6]。这意味着即使是高等的 陆生动物，也与那些相对低等，完全（鱼类）或者部分生活 在水中（两栖类）动物一样，虽然生活的外部环境可以彻底 脱离水环境，摆脱了环境的限制，但其胚胎发育还是依然需 要在水环境中才进行，从而完成下一代的孕育。这说明，不 管陆生动物在进化地位上如何高等，所处生活环境发生怎样 的变化，其实生命并没有真正意义上摆脱对水的依赖。
6水在维持机体生理平衡中发挥了重要作用 维持机体的动态平衡是生物体的基本功能，也是细胞以 及个体处于正常的生理状态，行使正常生物学功能的重要保 障。其实，水在机体动态平衡中发挥了重要作用。以高等动 物体温调节为例：处于高温环境时，血液中把热量带到体表 的毛细血管，毛细血管发生扩张，排汗，增加散热；
处于低温条件下时，则相反，毛细血管收缩、减少排汗，保存身体 的热量[5]。值得注意的是，在体内血液、组织液、尿液等 自由水的协同作用下，机体所需的营养物质与需要排出体外 的代谢废物的浓度也始终处于一个合理状态，在维持生理平 衡过程中也发挥了极其重要的作用。
7小结 综上所述，生命是不可能离开水而存在的。需要指出的 是，其实这与水的强极性、易成氢键，能电离、密度适中、 溶解性强等特性是密不可分的，它赋予了水“多面手”的角 色，也正因为此，在水中发生生命起源、进化、代谢、繁育 成了必然的选择[7,8]。
参考文献：
[1]史晓颖,李毅良,曹长群,等.生命起源、早期演化阶 段与海洋环境演变[J].地学前缘,2016,(6):128-129. [2]董仲贤.生命起源、生命进化与生命必需金属元素 [J].自然杂志,1989,(6):430-435. [3]吴相钰,陈守良葛明德.普通生物学[M].北京:高等 教育出版社,2009. [4]张丽萍.生物化学简明教材[M].北京:高等教育出版 社,2015. [5]王玢.人体及动物生理学[M].北京:高等教育出版 社,2001. [6]张红卫.发育生物学[M].北京:高等教育出版社,2001. [7]陈峰.引导学生理解“水是生命之源”专题[J].中学 生物教学,2008,(6):51-52. [8]管红艳.对“水是生命之源”的系统认识[J].中学教 学参考,2014,(29):122.