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拉瓦锡能有这种奇幻的想法并非偶然。在18世纪，工业革命正蓬勃兴起，在锅炉里燃烧木柴和煤炭，爆发出巨大能量的蒸汽机给拉瓦锡留下了深刻的印象，燃烧与做功的关系被拉瓦锡直接挪用到生命上[2]。而且在那个时代，化学的基础理论还没有成型——要不然拉瓦锡怎么能成为“现代化学之父”呢？——当时的人们连物质和能量都分不清。
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1789年，拉瓦锡出版了《化学基本教程》，在第192页给出了人类第一张元素表，“光”和“热”赫然与“氧”和“氢”并列在同一组里。因为他想象的“热”传遍全身真的就是一种被称为“热”的物质流遍全身，这当然是大错特错——不但热不是元素，有机物中的能量也不能以燃烧那样剧烈的氧化还原反应释放出来，否则生命将被瞬间烧死，细胞必须以最细水长流的方式，将有机物里的氢一点一点地氧化掉，把能量一点一点地释放出来。[3]
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图2—9 拉瓦锡元素表的第一组元素。左边标明的是“存在于自然界一切领域之中，组成了组成身体的元素”，中间从上到下依次列出了光、热、氧、氮、氢。注意其中的第二项“热”（Calorique），这就是食物中的热量被称为“卡路里”的由来。右边标注的是历史上的各种称呼。另外，下面依稀露出半行的是第二组“可氧化为酸的非金属元素”中的第一个——硫，它在我们的故事里也有重要的地位。
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正确的版本我们要在中学才开始掌握：在肺泡壁上，氧气与红细胞里的血红蛋白结合，然后随着血液循环抵达全身，在组织中释放出来，与各种有机物，尤其是食物中的糖，一同进入每一个活着的细胞。在那里，它们会循序渐进地、一步一步地发生氧化还原反应，把那些足以烧死细胞的巨额能量拆成几十上百份，分装成一种被称为“腺苷三磷酸”的物质，也就是高中生物课上常说的“ATP”，再一点一点运走，扩散到整个细胞里。
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在那之后，这些ATP就会分赴各项生化反应的前线，把其中的能量释放出来，支持我们的各种生理活动了——我们那些千变万化的生命活动，小到胃黏膜上皮把一个钠离子送出细胞，大到去健身房举起一副杠铃，又或者读这本书时大脑里发生的神经活动，我们消耗的各种“能量”，统统由ATP的水解反应释放出来。
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对于那些关心ATP究竟怎样给生化反应提供能量的读者，这一章结束后的“延伸阅读”部分会有通俗的介绍。但眼下，我们更该关心ATP的来源。
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如果说把空气吸入肺脏再吐出来是人体的呼吸，那么这个分步氧化的过程就叫作“细胞呼吸”。细胞呼吸给几乎所有的生命提供了能量，所以要探索生命的起源就必须弄懂它。而要弄懂细胞呼吸，显然就要弄懂有机物和氧气是怎样一步一步地发生氧化还原反应，再把能量分装在ATP里面。
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高中生物课本已经讲述了一个梗概：以葡萄糖为例，在细胞内，它并不是直接与氧气反应，而是先要在细胞质内发酵，变成一种被称为“丙酮酸”的物质，并释放一些能量出来。
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这种发酵是葡萄糖释放能量的第一步，并不需要氧气。在一般温度下，如果没有恰当的氧化剂，任何有机物都不可能彻底分解成水和二氧化碳。如果一直没有氧气，某些细胞还会把发酵出来的丙酮酸继续转化成别的物质。比如我们持续剧烈运动时感到肌肉酸痛，就与丙酮酸转化成的乳酸有关；我们用酵母菌发面酿酒，也是因为酵母菌能把丙酮酸转化成酒精。
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图2—10 丙酮酸的分子结构。这是一种只含有3个碳原子的很简单的有机物。（作者绘）
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然而这一步释放的能量非常少，1分子葡萄糖发酵成2分子丙酮酸，只能产生2分子ATP，绝大多数能量还都留在发酵产物中——想想看酒精点燃时的熊熊火焰吧，那都是酵母菌没能充分利用的能量。
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酒精能在燃烧中释放出大量的能量，是因为有氧气来氧化它。同样，人体要把丙酮酸里的能量释放出来，也必须有氧参与，而这将会发生在一种最精致的细胞器里面。
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这种“最精致的细胞器”就是我们在高中生物课上认真学习过的“线粒体”。在胶囊状的线粒体内部，2分子丙酮酸会被氧气充分氧化，彻底转换成水和二氧化碳，由此释放出许多的能量，分装在36分子ATP里面，整个细胞呼吸也就大功告成了。
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线粒体的工作效率高得惊人，数量也多得惊人——按体积计算，你的骨骼肌有10%的体积都是线粒体，肝脏有20%的体积是线粒体，而心肌可能有多达40%的体积都是线粒体。成年人每秒钟可以合成9×1020个ATP分子，一天就能循环制造65千克的ATP，所以，人体组织的平均产能效率竟然达到了2W/kg。而太阳核心氢聚变的产能效率也不过0.00184W/kg，所以如果能凑齐太阳核心那么重的人体组织，并且维持它的活性，那就相当于1 000多颗太阳同时辐照，耀眼的光辉足以匹敌一颗蓝巨星了[4]。
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乍看起来，这是那样地理所当然，那样地水到渠成，但如果继续追究线粒体内部发生了什么，我们就会困惑地发现事情根本不是这样简单：丙酮酸是如何被一步步地氧化干净，变成水和二氧化碳，这整个过程到20世纪50年代都已经被人类弄明白了，但这个明明白白的过程竟然无法解释那么多的ATP是怎么合成出来的！
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生命的起源：所有生命的共同祖先在40亿年前是怎样诞生的？ [:1700256291]
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·三羧酸循环·
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为了解开这个困惑，我们需要在高中生物课的基础上再前进一小步，先来看一眼线粒体是个怎样的细胞器。
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如图2—11，线粒体是一种双层膜的细胞器。其中，外膜把整个结构封装成椭球形或者胶囊形，而内膜比外膜面积还要大，所以折叠出了很多小褶子。整个线粒体内部的水环境被称为“基质”，其中分散着许多DNA与核糖体，像极了细菌的细胞质——实际上，我们现在普遍认为线粒体就是一种古老的好氧细菌，它们在10多亿年前钻进我们的祖先细胞内，再也不走了，我们因此获得了有氧呼吸的能力[5]。
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图2—11 线粒体的结构。线粒体由一个椭球形的外膜和一个充满褶皱的内膜围成，里面有很多复杂的东西，不过你只需注意粗体字标注的结构：线粒体的内膜上镶嵌了很多蛋白复合物，内膜和外膜之间被称为膜间隙[6]。除此之外，这本书的各处图示里都会把它画成一个红色软糖豆的模样。（作者绘）
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