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图4-2 葡萄糖的化学结构。化学分子式C6H12O6，相对分子质量180.16，密度1.54克每立方米，熔点146摄氏度，水溶性极高。是地球有机生命共同的能量之源
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大家可以看到，这套葡萄糖合成—储存—分解系统的核心在于，环境中起伏不定甚至稍纵即逝的能量，例如寒冷冬天里的一瞥明媚阳光或是海底火山喷出的高浓度含硫热泉，以葡萄糖分子的形式被有效地物质化，极大地延长了能量稳定供应的周期，为有机生命在险恶多变的自然环境中生存下来提供了有力保障。
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可能也正因为如此，葡萄糖分子作为能量载体的功能，历经亿万年进化，在几乎所有的地球有机生命中都保留了下来。不仅如此，比细菌更复杂的生物，像动物和植物，对葡萄糖分子的利用更是花样翻新。
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一方面，高等生物通过更复杂的化学反应，理论上从每一个葡萄糖分子中最多可以榨取出38个能量货币三磷酸腺苷，这使得葡萄糖分子作为能量载体的效率大大提高了。而另一方面，在这些复杂生物中，单个的葡萄糖分子更是被进一步合成为更加稳定的大分子物质（例如淀粉和糖原），并在特定的细胞里储存起来，为生物体提供更长久、更稳定的能量储存。举例来说，在一个成年人体内的骨骼肌和肝脏里，储存了多达500克的糖原分子可以随时为身体供能；而不少植物更是在特化的根、茎、和种子里大量地储备淀粉，在满足自身存活需要的同时更是（无可奈何地）为人类提供了从烤土豆、绿豆汤到扬州炒饭的各式美食。
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土豆传奇
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土豆起源于南美洲，并在明朝末年传入中国。这种特别的茄科植物为了高效储存能量，发育出了极端膨大的地下变态茎，其内容物主要是葡萄糖分子所形成的淀粉：每100克湿重中淀粉含量可达惊人的15克。这种被后人命名为土豆的地下能量仓库，保证了这种植物在南美安第斯山的高寒气候中能够健康成长。而在7000～10000年前，人类的先民们慧眼独具地挑中了这种植物开始培育和栽种，并逐渐将其作为重要的食物来源。到今天，土豆已经成为全球第四大粮食作物，养活了大量人口和难以计数的牲畜。说起来，土豆在人类历史中留下了不可磨灭的印记。开始于1845年的爱尔兰大饥荒，主要就是因为土豆晚疫病导致土豆大规模减产引发的。这场饥荒迫使上百万爱尔兰人移民北美，深刻地改变了爱尔兰和美国的人口结构和历史走向。对于中国来说，土豆的引入间接造就了著名的康乾盛世：中国人口从乾隆年间的1.4亿快速上升到道光年间的4.3亿，其中就有土豆的巨大助力。近年来，土豆主粮化的呼吁又一次进入了中国人的视野。
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小小细菌对能量的需求，理解起来并不那么复杂。这么小一个细胞，缺能量了就分解葡萄糖，不缺能量了就储备葡萄糖呗。但是人类的身体由上百万亿个细胞构成，这些细胞的大小、形状、位置和能量需求多种多样，极端复杂，而葡萄糖分子却又主要储备在肌肉和肝脏这两块相对集中和独立的地方。那么一个麻烦的问题就来了：我们身体里的细胞那么多，不同的细胞对能量的需求又总是在变动当中。我们的身体又是如何判断什么时候缺乏能量；又是怎么通知肝脏和肌肉，并从中提取葡萄糖分子以供身体需要呢？
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我们身体的应对思路是这样的：他强由他强，清风拂山冈，他横由他横，明月照大江。
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想要设计开发出（或者说，由进化发展出）一套信号采集系统，实时监测身体上百万亿细胞的能量需求，然后迅速的产生一对一的反应是不现实的，这套系统即便是能开发出来，可能需要用上的细胞数量不会少于需要被监测的对象，监测本身动用的能量可能还要高过实际需要的能量，这种叠床架屋的思路不是进化所擅长的。
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我们身体的对策是，不需要专门照看每个细胞，只要设计一套血糖稳压系统，保证身体血液循环中的葡萄糖水平保持恒定即可。在这套系统的操纵下，身体所有的细胞都可以稳定地从血液中汲取葡萄糖分子作为能量来源。如果能量需求提高，血糖稳压系统可以为血液注入更多葡萄糖，以提供充足的能量供应。如果细胞此时不需要那么多能量，那么这套血糖稳压系统也可以及时停止将更多的葡萄糖输入血液中，甚至回收过剩的葡萄糖分子，防止血液中积累不必要的高浓度糖分子，变得太“甜”了。
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我们身体里的这套血糖稳压系统，主要就是两个蛋白质分子的作用：胰岛素（insulin）和胰高血糖素（glucagon）。（图4-3）
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两个分子的功能恰好相反。胰岛素的功能是血糖“减压”：当血液中葡萄糖水平过高时，胰腺中的胰岛素合成细胞——贝塔细胞（beta cell）——启动分泌程序，将胰岛素释放入血液。血液中的胰岛素能够指挥我们的身体细胞——主要是肌肉细胞和脂肪细胞，将血液中的葡萄糖分子大量“吸收”进去、合成糖原、再储存起来；同时命令那些能够生产葡萄糖的细胞——主要是肝脏细胞——不要再生产葡萄糖了。双管齐下开“流”节“源”，血液中的葡萄糖水平立刻就会下降。
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图4-3 显微镜下的胰腺组织。其中贝塔细胞（红色）和阿尔法细胞（绿色）清晰可见。我们在后文中还会反复提及这两团功能极其重要的细胞。大家可以看到，负责血糖“减压”和“升压”的细胞，彼此非常靠近。事实上它们之间也存在复杂的相互作用，从而实现血糖的精确调节
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反过来，胰高血糖素的功能则是血糖“升压”：当血糖水平过低时，胰腺中的阿尔法细胞（alpha cell）能够分泌功能和胰岛素恰好相反的胰高血糖素。它可以开“源”节“流”，向血管中注入更多的葡萄糖分子。
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当然，这套血糖稳压系统比我们上面说的要复杂得多。事实上，身体并不必要、也没有能力把血糖水平始终维持在一个刻板的直线水平上。人体的能量主要来自食物，而我们并非每天24小时一刻不停地、速度恒定地吃一种质地均匀的颗粒状食物。一般而言我们一天就吃三顿饭，三餐之间短则几个钟头、长的话就没谱（依我们工作或者玩网游的状态而定），每顿饭的食物需要为我们提供几个小时的能量。因此可以想象，在每顿饭之前我们感到饥饿的时候，血糖水平是处在一个相对低谷。而饱餐一顿之后，血糖又会有一个急剧飙高的尖峰时刻。举例来说，按照美国糖尿病协会（American Diabetes Association, ADA）的建议，空腹状态下血糖的正常水平在4～5.5毫摩尔/升（70～100毫克/100毫升）附近，餐后的血糖合理水平则应该在7.8毫摩尔/升（约140毫克/100毫升）之下。（图4-4）
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图4-4 一天当中的血糖波动。我们可以看到，血糖水平在进餐或者小点心前后会有急剧的波动。进食之后，食物中的葡萄糖进入血液引起血糖飙升，而之后血糖水平迅速下降，这主要归功于胰岛素的“减压”功能
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而正因为如此，除了维持血糖在一般状态下的稳定水平之外，胰岛素还肩负着在餐后尖峰时刻力挽狂澜、维持血糖水平不要高得太离谱的艰巨使命。与此同时，我们人类作为杂食甚至还偏好肉食的动物，食物中除了碳水化合物之外还有颇多蛋白质和脂肪等能量分子，这些能量分子的代谢又和葡萄糖之间有复杂和微妙的联系。总而言之，我们身体这套血糖稳压系统，特别是胰岛素这个血糖减压阀，其意义是无论如何强调都不为过的。
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这个减压阀的工作原理也没有想象得那么简单。
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我们做一个简单的类比吧。大家可能都知道我们日常生活里也有一个常见的减压阀，安装在高压锅上，负责控制锅内的气压。它本质上就是一个沉甸甸的小秤砣，压在高压锅上一根细细的导管上。如果锅内的压力太大，空气冲出导管顶起秤砣，就能够减小锅内气压。高压锅正是靠这个东东，保证锅内压力不要太大的。
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小小一个高压锅减压阀，其实也有两个可以独立讨论的功能。首先，减压阀要有一个“感受器”，用来监测锅内压力的变化。这个功能就是由那个铁秤砣实现的。秤砣的重量经过精密的计算，能够保证它在锅内压力超过安全水平的时候被顶起。其次，减压阀还有一个“效应器”，当“感受器”检测到危险信号、秤砣被顶起的时候，能够迅速反应、降低气压。这个功能，毫无疑问就是那根细细的导管实现的。
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以小见大，我们身体中的血糖“减压”系统，虽然比区区一个高压锅复杂和精密许多倍，但是其基本的工作原理还是类似的。