二 d 区过渡元素的生物周期关系

我们得到过渡元素对虫群生长的相对增殖率 R 与元素离子浓度 c 的27 个系列曲线。图 1 中 R＞100％的数值为生化促进作用，而 R＜100％的数值为毒性抑制作用。按美国科学家 Luckey 有关药性的动物试验分类法，这里多数过渡元素的 R－c 曲线呈β型，即低浓药物显示一定程度的刺激或促进作用；Rh 和 W 这两种元素离子，即使在极低浓度下也没有看到促进作用，它们只显示抑制情形，属α型。

将 R-c 系列曲线中各元素离子开始促进虫群增殖的浓度经浓度单位换算后依原子序数 Z 作图，得图 2。这里值得注意的是，在同一周期里， 并不像主族元素那样，出现从左至右有规律的变化情形，而是形成了一条峰峦起伏的曲线。这正是过渡元素与四膜虫细胞作用的特性表征。

将过渡元素在海水中的丰度（图 3）与图 2 对比，由两条曲线起伏相映的情形可见，过渡元素在海水中的丰度峰值基本上与促进的元素图相对应。对于丰度较大的元素，因生物细胞在海湖中长期生存进化已适应的关系，其刺激虫群增殖所需的浓度也较大；对于丰度较小的稀有元素， 其刺激虫群生长分裂所需的浓度相应则低。仔细比较两图，个别情形不尽一致，例如 Fe 峰的相对位置差得悬殊些，可能是它在海水中的丰度属各离子存在形式（包括 Fe²⁺、Fe³⁺乃至含 Fe 的多核聚合物等）的总和， 而我们的实验只采用了 Fe²⁺离子之故。

四膜虫是一种单细胞原生动物，既相当于多细胞生物的一个细胞， 又是一个能独立进行各种生命活动和繁衍后代，并能传递遗传性状的完整生物体。我们用的是上海四膜虫，无性繁殖系。以它作细胞模型进行受刺激促进或被抑制的试验，可显示或反映生命细胞与自然环境的依存关系。当自然界中脊椎动物由海洋移向海滨时，它们体内那些依赖宏量和微量元素的种种化学系统，已经在长期进化中被稳定了下来。其中各种化学元素量是不同的，因而当生物接受环境中的外加物质时，它的反响系统也将有所差别。以上两图（图 2 和图 3）相互呼应的情形，反映了

有机细胞的进化历程，从而强力支持生命起源和进化的海洋说。

与 s 区元素比较起来，d 区过渡元素离子的外层出现 8-18e（如 Fe²⁺、 Co²⁺等）或 18e（如 Zn²⁺）的电子构型。它们具有较高的有效核电荷和较小的离子半径，因而极化作用较强，在溶液体系中容易使配位水分子发生分解。许多金属离子在水溶液中是以水合离子存在的，其水解反应可写成：

M( H O) ⁿ⁺ = [M(H O) (OH )]⁽ⁿ⁻¹⁾⁺ + H⁺

2 x 2 x−1

现以第一过渡系列[M(H2O)x-1(OH)]^(n-1)+配离子的一级稳定常数 log β1 依中心原子 M 的原子序数 Z 作图，示于图 4a；将图 4a 与图 2 比较看出，各个元素起伏或消涨的趋势两者一致，即具有较大稳定常数的元素， 其起始促进浓度相对也高，反之亦然。说明各元素离子在本实验中的存在形态（四膜虫培养体系的 pH 值为 7.2），很可能即是经微弱水解与 OH^- 基结合的配离子。这也许是第一过渡系阳离子作为生物微量元素时，与ⅠA、ⅡA 主族阳离子，以及其余主族元素阴离子不存在共同规律性的原因之一。

有人认为，水解能力随表示离子极化能力的离子势 e²/ｒ的增大而增加，我们根据实验中各元素的化合价态，由阿伦尼乌斯的离子半径算得离子势（图 4b）。由此可见，离子势的变化趋向虽也粗略近似，但远不如一级羟基配离子稳定常数的趋向（图 4a）吻合。这说明，采用过渡元素的稳定化合态做生物细胞的试验，当这些无机离子尚未与生物大分子结合之前，可由它们形成羟基配离子的稳定性得到合理的解释。

至于同一副族元素之间的关系，与同一主族元素之间的变化趋势相同，即较重元素的生物毒性相对较大。