在几次世界大战中人们感受到炸弹的威力和破坏性，引起了对燃烧爆炸的研究兴趣，发现了自由基。它是一种反应能力极活泼的中间物如OH、H，其特点是有一个未配对的电子。受此启发，在对生物体病因的研究中，人们发现超氧阴离子自由基（O-2）是生物体有氧代谢的产物，是造成氧的毒性和辐射损伤增强作用的主要原因，后来甚至有人认为是一切疾病的根源（这未免夸大和极端一点）。那么，人为什么没有被它摧毁呢？1969年从牛红细胞中发现了含铜锌的超氧化物歧化酶（简称CuZn-SOD），具有催化超氧阴离子自由基发生歧化反应2O-2+2H+→O2+H2O2的功能。由于SOD能清除O-2，所以在防御氧的毒性、防治炎症和肿瘤以至预防衰老等方面有重要意义。除了CuZu-SOD外，还发现了Mn-SOD和Fe-SOD，但以对CuZn-SOD研究得最充分，已经从牛和人的红细胞、马肝和酵母中提取出，并完成其全部氨基酸顺序的测定。从牛红细胞中提纯的SOD是蓝绿色的，分子量为35000，每个分子中含有铜、锌原子各2个。由此可知为何这两种金属为生命所必需。尤应提到铜为CuZn-SOD实现催化活性不可缺，因为某些二价离子如Co2+、Hg2+可取代Zn2+而维持其活性，但任何对Cu2+的取代都会使此SOD失灵，其重要性可想而知。
早就流传着生活的古训：运动优于吃药，预防胜过治疗。其实质是提高免疫力和改善抵抗力，也就是体质问题。锌是参与机体这一功能的得力干将。在人体和其他生物体中，锌的含量在微量元素中仅次于铁；而且在六大类酶，即氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂合酶、异构酶和合成酶中，都有锌酶参与。因此，人们自然会问，生物体为何对锌情有独钟？研究表明，这可能是两方面的原因：一是锌离子几乎无毒，在组织和细胞内似乎存在着一个有效的体内平衡机制，使得它们不致产生由于锌过量积累而引起的异常；二是基于锌离子有适于各种生物分子发挥功能的化学特性，这也是生物体在漫长进化过程中的一种精确选择。锌对生物体最大的贡献是它参与机体的免疫功能。无论是人或动物，体内含锌量减少，细胞免疫力随之降低，对疾病的易感性增加。一些与缺锌有重要关系的疾病，如肠原性肢端皮炎、镰刀状红细胞贫血症、类风湿性关节炎等都同时伴有抵抗力明显下降的症候，但随着锌的补充，病症就消除。
在第三部分“智能之源”中提到人在进化成为万物之灵的元素选择，这里再次介绍锰对脑功能的影响。锰是涉及精神科最广泛的微量元素，它的缺乏除了可引起神经衰弱综合症、影响智能发展，与癫痫有关外，还与思维、情感、行为有一定关系，因此锰对于维持正常的脑功能是必不可少的。癫痫患者血锰、发锰浓度均显著低于正常人。但是，智力低下与高锰、低锌有关。虽然目前对锰在脑中的生理功能尚不清楚，但一般认为锰对于生命活动所必需的神经信使如多巴胺类生物碱的正常代谢是不可缺的。此外，为了维持这种血脑屏障的正常结构及稳定性也需要锰。茶叶和板栗叶中锰含量较高。
一个与心血管疾病有密切关系的微量元素是钴。1985年报道，南京大学有关人员测定了4000多位80岁以上自述无心血管疾病者的头发的钴含量，发现其值越低，病情越重。早在1926年英国医生米诺特和麦菲发现，用生肝可治疗恶性贫血，这种病在当时是一种不治之症。为此，他们获得了1934年诺贝尔生理学和医学奖，尽管当时他们还不了解生肝中起作用的维生素B12，但揭开了研究微量元素钴的序幕。1948年，首次从肝提取物中分离出了维生素B12结晶，它呈深红色。随后，化学家们对这种晶体的组成、结构进行了深入研究，至1956年英国学者霍奇金用X射线晶体衍射法确定了它的结构，这是当时所研究的最复杂的大分子，为此他于1964年获得诺贝尔化学奖。霍奇金的成就吸引了许多化学大师，其中1965年就因合成化学工作的巨大成就而获诺贝尔奖的美国的伍德瓦德投入地进行了其合成研究，在1972年胜利完成。这个结果对化学理论思维影响很大，在此基础上美国化学家霍夫曼提出了分子轨道；对称守恒原则，于1981年获诺贝尔奖。这样就维生素B12的研究，涉及4项诺贝尔奖，从重大实用提出、结构分析到全合成及理论方法研究，系统而完整。这一工作，一方面使微量元素钴的作用为人类所认识，并奠定维生素系列的医学、生物学研究的理论基础；另一方面，也总结出新的化学制备方法和理论。回顾这项跨学科的光辉成果，现在乃至未来都必然会给予我们以深刻的启示。
糖尿病是困扰着人类特别是老年群体的重要疾患，自1957年首次从啤酒酵母中发现三价铬的络合物GTF有治疗此病的功效以来，人们对Cr（Ⅲ）在糖、脂代谢等的作用进行了深入研究。结果表明，铬与糖尿病和动脉粥样硬化密切相关：缺铬严重的地区，糖尿病的发病率高；糖尿病患者容易罹患其他致死的疾病。据估计，有一半的冠心病死者和3／4的猝死者是由于糖尿病长期未得到有效控制所致。动脉粥样硬化和糖尿病之间的共同环节是缺铬。铬的功能是预防糖尿病，补铬可改善糖的利用。如果在食物中加入含铬化合物（如CrCl3）或啤酒酵母，可预防和控制粥样硬化的发生，两个月内胆固醇即显著降低。人们发现给人体补充铬有许多有益作用，少数食物如花椰菜、苋菜、四季豆、绿豆、黑枣、芝麻及某些果酒中含铬量高，摄入它们是增加机体供铬的最佳方法。
除上述微量元素在人体中的巨大作用和显著特色外，副族元素诸干将中还有钒、镍和钼。钒、镍对造血功能和心血管疾病有重大影响，但并未发现有它们缺少致病的报道，因为它们的需要量小，而环境及饮食的来源又很充分，于是它们的头角未能显露出来，在此就委屈一下了。钼的重要性是十分突出的，它对人智力的影响已在第三部分“智能之源”中就元素选择作过介绍，以后还在第五部分“癌与艾滋”再加讨论。
主族栋梁
我们回到元素周期表，位于主族的必需生命微量元素有氟、硅、硒、锡、碘。它们都有很强而且多方面的生物化学功能，与人体健康和疾病有密切关系，是生命的栋梁。
氟是一种累积性的趋骨矿物元素，具有促进成骨功能。摄入的氟很快被转移到血液中，机体正常的钙、磷代谢离不开氟，它促进钙和磷形成羟基磷灰石，使之易于被骨细胞吸收，形成硬组织；补充适量的氟，羟基磷灰石进一步与之作用，形成均一的氟化磷灰石，其溶解度明显降低，稳定性提高，增强了骨骼强度。无生物降解作用是生物体内氟的重要特性，以此它在生物体内不断富集，随年龄而线性地增高。例如，英国东南部居民1～99岁脱脂干骨灰的平均含氟量为260～3450微克／克，说明即使到老年，氟的成骨作用还在进行。
牙齿是健康的重要标志，也是进食的第一道关口，对于咬碎食物，刺激唾液分泌，促进消化，减轻胃的负担，防止胃病，增强体质，其功不可没。中国历代的继位皇帝大多短命，唯有乾隆高寿，活到89岁。他的养生诀窍中“齿常叩”、“食勿言”分别放在“十常”和“四勿”的首位（十“常”：齿常叩、耳常弹、鼻常揉、眼常远、面常搓、足常摩、腹常旋、肢常动、肛常提、腰常伸；四“勿”：食勿言、卧勿语、酒勿醉、色勿迷）。人们早就认识到氟有预防龋齿及护齿的作用。氟的防龋机理与它骨骼代谢的作用一致。氟在齿表的牙釉质形成后仍能进一步取代分子结构中的羟基，得更稳定的氟磷灰石，成为致密的保护层，提高牙齿强度，增强抗酸能力。此外，氟对细菌和酶有抑制作用，可减少由于细菌活动所产生的酸，从而更有利于牙龈的抗龋作用。
硅在70年代才被认为是高等动物和人体的必需微量元素。近10余年已充分证实，硅为骨组织、软骨和结缔组织正常生长所必需，还参与一些重要的代谢过程，对人类健康，特别是衰老和一些疾病均有重要影响。青春和健康是人的宝贵财富，只有当你失去它们时，才能加倍珍视。其实人的衰老过程从25岁就开始了。这方面，硅的表现有重要参考意义。1970年利用当时最先进的电子微探针技术，美国学者卡利斯莱发现动物骨质生长活跃区有硅的聚积，随着钙化进展，硅量增加；接近钙化完成阶段，骨组织中硅量降低。这些表明，硅与骨生长关系密切。已知骨组织的生长主要取决于胶原含量的增加，补硅时，胶原量显著提高；软骨形成过程也是如此，同时还发现维生素C可以增强硅促进软骨生长。硅原子有形成大分子化合物的独特性质，在生物体内有利于促进结缔组织纤维成分的充分发育，并提高其强度、稳定性、柔性和弹性。而软骨生长、胶原蛋白增加、结缔组织纤维的发育都是青春的象征，在衰老进程中结缔组织的变化最明显，其中的硅含量降低。有研究表明，衰老过程中内分泌活性衰退是组织中硅水平下降所致。由于硅含量降低导致衰老的机理尚且不明，故补硅恢复青春的措施亦不力。
“癌症克星”微量元素硒的研究是20世纪60年代以后，特别是近20年来热烈进行的课题。虽然早就报道，美国在缺硒地区的饲料中加硒以防治牲畜的缺硒症，每年可减少5～6亿美元的损失；但现阶段，生命科学中硒的研究侧重于它的化学防癌及其机理。流行病学调查结果表明，一些地区癌症死亡率与人体硒水平呈负相关，这个结果鼓舞着人们探寻硒的营养药物或食品，以适量补充硒作为一种安全而简便的防癌途径的可能性。这方面1983年由华中理工大学化学系首次研制成功的富硒酵母是一项重要成果。其中的硒以类似天然食物中的有机形态存在，易为人体吸收利用，生物活性较高而毒性低，实在是一种美妙的含硒营养补充防癌剂。有意思的是，富硒酵母是将前面副族干将铬宿居的啤酒酵母置于含硒培养基中制得，操作简便，成本低廉，安全无害，效果显著。
远在公元前3000多年就开始为人类服务的锡，到20世纪70年代初才被确认为生命必需微量元素。它能促进蛋白质及核酸反应，并与许多酶如血红素加氧酶、人肝加氧酶等的活性有关。1972年发现乙酸三苯基锡有抗肿瘤功能，开始了在世界范围内对有机锡化合物的药用研究，30多年来收获丰富。合成的原卟啉锡化合物可用来预防和治疗新生儿黄疸及高胆红素症。截止于1996年，美国和加拿大国立癌症研究所已对2008种锡甾类或肽类化合物进行淋巴白血病的活性筛选，发现约29％有效。某些有机锡化合物可用来抑制牙齿的色素沉着、减少牙斑形成或预防龋齿；有的可用于治疗粉刺、痈、热带疾病（如疟疾）等。这些都表明，锡是人类生命的益友。
碘对人类的作用已多次提到，这里就甲状腺激素的功能再补充几句。碘作为必需微量元素，主要是用来合成甲状腺素，并作为其必要成分。而该激素对机体的作用是多种多样的，主要是对物质代谢的作用和对生长发育组织系统的影响。甲状腺激素对物质代谢的影响是全面的，它不仅刺激蛋白质、核糖核酸、脱氧核糖核酸的合成，而且还参与了糖、脂肪、维生素、水和盐类的代谢。机体的新陈代谢是由同时进行的物质代谢和能量代谢组成的，而甲状腺激素恰好作用在这两种代谢相联系的环节即氧化磷酸化的过程上。生理剂量的甲状腺激素可促进糖与脂肪的生物氧化，释放出的能量一部分贮存于三磷酸腺苷（ATP）中，另一部分则以热的形式散出体外，用来维持体温。甲状腺激素对生长发育尤其是对中枢神经、骨骼、心血管以及消化系统的影响更为重要。如新生儿甲状腺功能低下没有及时治疗，就会骨发育延缓、长骨骨骺发育不全，乃至成为侏儒等。
就在以人为中心讨论微量元素的必需性时，我们不会忘记生存所系基础即植物王国的反映的。虽然早在19世纪中叶就知硼是植物生长不可缺的，并且半个世纪以来，从不同角度对硼的营养机理进行了探讨，但硼有着与其他必需营养元素显著不同的特点：它既不像氮、磷等元素直接参与植物体或酶的组成；也不像镁、锌、锰、钾等元素直接影响酶的活性；更不像铁、钒、钴、钼等元素由于化合价变化而参与植物体内的氧化还原反应，迄今未能找到硼作用于植物的原初生化反应，理论研究停留于假说阶段。但是，已积累了许多缺硼实际信息。在大田作物中棉花缺硼“蕾而不花”，偶尔开花，也会花冠短、花口包裹、不易张开、花粉粒生命力差等；一般蔬菜作物对缺硼敏感，西红柿出现花损伤和果实不饱满，果实上凹凸不平，有木栓化斑块；果树中苹果、柑橘缺硼，果皮皱缩变硬，形成石头果，果肉干枯、糖分低，大量脱落。总之，硼在植物代谢中的作用是多方面的，主要有促进有机质转运，参与酶促反应，影响核酸、蛋白质及生长素的代谢等。其中，硼可能对光合作用的产物即糖在植物体的分配和运输起重要作用。例如，在含硼和不含硼的蔗糖溶液中移入缺硼的西红柿苗，可观察到前者叶柄转移的糖要比后者多得多。通常认为，这是由于硼能与糖形成络合物的缘故。硼糖络合物比单独的高度极性糖分子较易通过细胞膜，然而，认真严谨的科学家们对此公认的说法仍持怀疑态度。因为，至今还没有从植物体内分离出任何含硼的糖或硼的络合物。这样，硼元素的栋梁作用仍是一个大大的谜团，有待后来者去揭开。
