盡管氮元素只構(gòu)成你身體總重的3％，但是在那些讓你的外形和動作都獨(dú)一無二的分子中，它們卻是關(guān)鍵成分。你身體中的碳水化合物和脂質(zhì)主要由三種元素構(gòu)成，也就是構(gòu)成二氧化碳和水的碳、氫、氧，但要想形成幾千種蛋白質(zhì)維持生命，你還需要將氮加入其中。你肌肉干重的10％～15％都是氮原子，而在你血液里的血紅素中，是四個氮原子搭建成一個搖籃環(huán)抱著一個鐵原子。你身體中所有的酶、抗體和基因都含有氮原子，神經(jīng)元中的離子泵還有鼻子中的軟骨也不例外。如果食物中沒有氮原子，只利用碳、氫、氧三種元素，你頂多只能構(gòu)建出脂肪和體液。

讓氮?dú)鈱﹃柟庾龀錾⑸涞碾娮釉?，還需要有一種細(xì)胞，其中含有一些像扳手一樣的特殊分子，能把氮?dú)夥肿又旅艿碾娮釉撇鸾忾_，并利用這些被拆分出來的原子碎片做點(diǎn)別的事。對我們來說很幸運(yùn)的是，有些生物就擁有這樣的細(xì)胞。一些寄生在榿樹灌根中的微生物就可以從事類似的工作；但全球最主要的固氮微生物還是各種各樣的藍(lán)細(xì)菌，它們或是住在浮游生物體內(nèi)，或是存在于地衣褶皺的組織中；還有就是寄生在苜蓿、三葉草與大豆等植物根部的土壤細(xì)菌。由于這些細(xì)菌和它們寄主的聯(lián)姻，種上幾畝苜蓿就如同是播撒了氮肥一般。

固氮細(xì)菌中的分子扳手是固氮酶，一種含鐵的酶。固氮酶會將氮?dú)夥肿右环譃槎缓蠼o每一個氮原子配上三個氫原子，從而形成在生物學(xué)上很有用途的氨。不同于一般化學(xué)物質(zhì)，固氮酶這樣的酶都非常穩(wěn)定，不會在反應(yīng)中被消耗或中和，只要能量與原料持續(xù)供應(yīng)，它們就會一直完成自己的任務(wù)。

長久以來，這些固氮細(xì)菌壟斷了含氮化合物的生產(chǎn)，為了獲取氮化合物，地球上的其他生物都要有求于它們，因此如果按照人類的商業(yè)邏輯，它們一定會成為最富有的企業(yè)聯(lián)盟。然而，根瘤菌的需求僅僅是免費(fèi)而舒適的地下居住環(huán)境，至于水生藍(lán)藻，也只是利用化學(xué)防御來懲罰那些打算以它們?yōu)槭车纳铩?/p>

你身體中氮原子的兩種潛在來源。上圖：含羞草，一種熱帶豆科植物，其根瘤部位有固氮細(xì)菌寄生。下圖：顯微鏡下的魚腥藻，一種生活于湖泊中的藍(lán)藻細(xì)菌。圖中顯示，在一串細(xì)胞的中心位置，一個膨脹的細(xì)胞正在固定氮?dú)?。照片由科特·施塔格拍攝

除了細(xì)菌以外，只有閃電是值得關(guān)注的非人工氮源。閃電的厚度未必有你的拇指粗，卻比太陽表面的溫度還要高。超高溫度將氮?dú)夥肿訌闹兴洪_，從而給了氧氣與自由氮原子結(jié)合的機(jī)會。每一次撕開空氣的轟擊都會留下一些氮氧化物，它們擴(kuò)散到大氣中，最終隨著雨雪降落到地面，經(jīng)植物吸收后進(jìn)入不同的食物鏈中。幾乎可以肯定的是，你和其他大多數(shù)生物一樣，此時此刻就攜帶著這樣的閃電灰燼。

日常生活中能夠遇到的氮元素多數(shù)是看不到的，這也使得我們很難建立起跟它有聯(lián)系的直觀感受。不過只需要一點(diǎn)科學(xué)知識和正常的想象力，你還是可以透過熟悉的表象探知更為深刻的原子真相的。為了便于說明，這里要說的是一個你非常熟悉的場景——經(jīng)典電影《綠野仙蹤》里的堪薩斯龍卷風(fēng)——氮元素就隱藏于其中。

狂風(fēng)在越來越暗的天空下肆虐，濃云中一條強(qiáng)健的觸手像游蛇一般伸向一片可憐的農(nóng)場，還有一棟小屋和谷倉立在農(nóng)場與煙囪之間。扭曲的龍卷風(fēng)不斷逼近，人們混雜在雞崽馬匹中間跑向掩體?，F(xiàn)在請按下“暫?！辨I，看看此刻氮原子正在做些什么。

這部電影的場景還是用黑白膠卷拍攝的，所以即便不是濃云密布，你也看不到長錐形的漏斗云背后那一片藍(lán)色天空。不過無所謂——空氣的運(yùn)動比它的顏色更足以引發(fā)思考。在這種毀滅性的狂風(fēng)之中，大部分作用力都是飛行中的氮?dú)夥肿釉趯ふ冶幼o(hù)所時對地面和劇中角色的沖擊。強(qiáng)烈的氣流主要是由高空中氮?dú)夥肿硬黄胶獾臒徇\(yùn)動所引起的，太陽照射帶來的升溫作用，讓原子在不斷上升而膨脹的空氣中加快了舞蹈節(jié)奏。當(dāng)分子運(yùn)動更快的熱氣流遭遇堪薩斯上空分子運(yùn)動較慢的寒冷氣流時，由此產(chǎn)生的激烈沖突，就孕育出了災(zāi)難性的暴風(fēng)。

閃電也可能在電影里的同一片云中出現(xiàn)。每一次爆炸性的閃電都會在湍流的空氣中留下一串氮氧化物，其中一部分氧化物會溶解到雨滴中，被土壤所吸收，隨后幫助那些在災(zāi)難中幸存下來的莊稼生長。

這幅場景中看不到的是，那些富含氮元素的氣體正在從田野中不斷升騰。土壤中的細(xì)菌會將前一年的農(nóng)業(yè)廢棄物分解，在給土地施肥的同時，也不斷將蛋白質(zhì)分解散發(fā)到空氣中，而那里也正是孕育這些蛋白質(zhì)的源頭。而在谷倉背后的廁所中，細(xì)菌也在做著同樣的事。

農(nóng)場上堆著的干枯秸稈中也藏著些氮原子，殘留在那些曾是綠色的葉綠素中。雞群在曬場上一邊奔跑一邊鳴叫，而它們羽毛的角蛋白中，氮元素還要更為豐富一些。

這部電影的開頭是埃姆嬸嬸在大風(fēng)中呼喚桃樂茜，富含氮?dú)獾娘L(fēng)掠過她那花白頭發(fā)中富含氮元素的角蛋白。桃樂茜呢，在這場令人目眩的大風(fēng)中瑟瑟顫抖，富含氮元素的肌肉疲于應(yīng)付，甚至不能再對嬸嬸那穿越氮?dú)獾穆暡ㄗ龀龌貞?yīng)。她的小狗托托比她還要害怕，因?yàn)樗卿h利的角蛋白之爪正牢牢地扒在地面上。

現(xiàn)代社會里，同樣的氮元素關(guān)系仍然操控著你身邊的一切，還比電影場景中多了些新東西。機(jī)動車引擎的火花塞就像是微型的閃電，它們對氮?dú)獾淖饔靡差愃朴陂W電。平均每一天，你會吸入將近3000加侖含有氮?dú)獾目諝?，這相當(dāng)于36個大浴缸的體積。而相比之下，一輛普通的緊湊型轎車每小時可以吸入30倍的量，如果在一年的時間里你駕駛著它開上12500英里（2萬千米），那么它可以產(chǎn)生大約18磅（8千克）的氮氧化物。大貨車的吸氣速度是小轎車的4倍，而一架飛機(jī)更是相當(dāng)于它的100倍。所以你也就能明白，為什么機(jī)動車尾氣會與火力發(fā)電廠的廢氣一樣，成為如今全球氮元素循環(huán)的主要來源。

加拿大氣象學(xué)家路易斯·波林（Lewis Poulin）估算，2001年，蒙特利爾市內(nèi)及周邊的機(jī)動車每天排放的氣體，大約是其180萬市民總排放量的175倍。不過與人類將氮?dú)夥肿游牒笥衷獠粍优懦龅倪^程不同，經(jīng)過超高溫發(fā)動機(jī)缸的很多氮?dú)夥肿佣夹纬闪说趸?。美國環(huán)境保護(hù)局的科學(xué)家經(jīng)過調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，在常年流行的西風(fēng)作用下，大西洋沿岸的每一座大城市都會將含氮廢氣和其他污染物一起遠(yuǎn)遠(yuǎn)地輸送到海上。而這些東部城市，又處在深入內(nèi)陸的城市與高速公路下風(fēng)口，類似的廢氣也會向著它們飄來。

如今，這個星球上大約一半的生物質(zhì)氮元素，包括你身體中的大部分，都是通過燃燒化石能源從空氣中提煉而來，然而這一工藝最初的工業(yè)化生產(chǎn)，卻是出于給“一戰(zhàn)”期間的德國提供炸藥的目的。這種人工固氮工藝的最終產(chǎn)物，可以是從TNT（三硝基甲苯）到笑氣（一氧化二氮）的各種物質(zhì)，甚至化肥（硝酸銨）也在人類的“努力”下，被用于從抵御饑餓問題到恐怖爆炸案的方方面面。所有這些都是一個人的遺產(chǎn)，這也使得他成為人類歷史上最有影響力的人物之一。