以下摘录自保罗·A·奥菲特（Paul A. Offit）的著作《潘多拉的实验室：科学出了差错的七个故事》。
我们并没有那么复杂。虽然我们体型各异，高矮胖瘦，背景和性格不同，基因也不同，从而产生不同的蛋白质和酶，但归根结底，我们都由四种基本元素组成：氢、氧、碳和氮。如果其中任何一种元素变得不可用，我们在地球上的生命就会终结。这四种元素中有三种很容易获得。
我们喝的水提供了氢，水由两个氢原子和一个氧原子组成（H₂O）。正如您所料，氧气来自我们呼吸的空气（O₂）。（只有鱼类通过鳃才能从水中提取氧气。）碳也来自空气。绿色植物在阳光的照射下，从空气中吸收二氧化碳（CO₂），并将其转化为含有碳的复杂糖类（即光合作用）。我们通过食用植物或食用吃植物的动物来获取碳。无论哪种方式，由于空气和水都很丰富，所以氢、氧和碳也很丰富。
生命循环中最薄弱的环节是氮，它仅来自土壤。当农民种植玉米、小麦、大麦、土豆或水稻等作物时，会消耗土壤中的氮。如果他们不加以补充，土壤将不够肥沃，无法继续种植庄稼。农民通过三种方式补充氮。他们使用由腐烂植物或动物粪便制成的天然肥料。他们轮作豆科作物，如鹰嘴豆、苜蓿、豌豆、大豆或三叶草，这些作物根部的细菌可以从空气中吸收氮，并将其转化为土壤中可用的形式——这个过程称为“固氮”。或者他们等待雷暴；事实证明，闪电也能将空气中的氮固定下来。
如果世界上每个大陆上的每个国家的每个农民都耕种每一寸肥沃的土地，用天然肥料撒满田地，精心轮作作物，并说服所有人吃素食，他们大约能养活四亿人。但是，截至2016年，地球上已有超过七亿人口。虽然有些人仍在挨饿，但问题不在于食物不够。食物很充足。问题在于食物没有有效地分配给需要它的人。
那么农民是如何做到的呢？他们是如何养活如此多的人的？答案在于1909年7月2日发生的一件事。正是因为这一非凡的时刻，我们体内的氮有50%来自自然来源，50%来自一个人的工作——一个既拯救了我们的生命，又播下了我们毁灭种子的人。弗里茨·哈伯（Fritz Haber）于1868年12月9日出生在德国布雷斯劳。26岁时，哈伯就读于卡尔斯鲁厄大学，该大学与莱茵河下游一家大型化学公司——巴斯夫（Badische Anilin & Soda-Fabik，BASF）——有着良好的合作关系。
哈伯的任务是从空气中提取氮并创造一种可以滋养作物的化合物，这并非易事。虽然空气中有79%是氮，但它并不以单个原子（N）的形式存在。它以两个原子结合在一起（N₂）的形式存在，具有牢不可破的三重键——这是自然界中最强的化学键。虽然空气中的N₂可以用来给一百万个气球充气，但它却无法让一棵玉米长高。
由于N₂在大自然中不易分解，因此需要一个非自然的过程来完成：从某种意义上说，这是一个违背自然的过程。公式很简单
N₂ + 3H₂ <—> 2NH₃
从左到右读取，两个成对的氮原子与三个成对的氢原子结合，形成两个氨分子。哈伯知道，氨是合成肥料的理想选择。
一系列的巧合事件使得弗里茨·哈伯取得了成功，而许多在他之前的人都失败了。首先，一位名叫罗伯特·勒·罗西尼奥尔（Robert Le Rossignol）的年轻英国物理学家来到他的实验室。勒·罗西尼奥尔是一位技艺精湛、富有创新精神的实验者，最终设计了一个由石英和铁制成的小型台式设备，能够承受高达1832华氏度（足以熔化铜）的温度，以及高达每平方英寸3000磅的压力（足以压碎潜艇）。其次，哈伯找到了一个催化剂来加速反应：锇，一种稀有金属，曾用作灯泡的灯丝。第三，哈伯找到了快速冷却氨的方法，以免其在高热中烧毁。最后，也是最重要的一点，哈伯在卡尔斯鲁厄的导师卡尔·恩格勒（Carl Engler）说服巴斯夫资助哈伯的实验；如果实验成功，巴斯夫将拥有专利，而哈伯将有一个商业伙伴。
哈伯和勒·罗西尼奥尔不断调整连接件，尝试不同的温度和压力。最终，在1909年3月，他们看到了成功的曙光。哈伯欣喜若狂。“下来吧，你必须看看液氨是如何流出来的！”他朝着一位同事喊道，那位同事回忆说：“我还记得。大约有一立方厘米的氨。太棒了。”虽然量不大——大约是五分之一茶匙——但这是个开始。几个月内，哈伯和勒·罗西尼奥尔的设备全天候生产氨。
哈伯演示后十个月，巴斯夫的科学家们在卡尔斯鲁厄附近的一个村庄路德维希港建造了一个小型原型设备。该工厂于1910年5月18日正式启用。哈伯2英尺高的台式设备已经变成了一个26英尺高的巨型机器。两个月内，该设备生产了2000多磅氨。到1911年1月初，它每天的产量已超过8000磅。
其他国家也模仿了哈伯的工艺。到1963年，约有300座氨厂投入运营，另有40多座正在建设中。如今，每年约有1.3亿吨氮气从空气中提取，并作为肥料散布在地球上。如今活着的超过三十亿人——以及未来更多的人——都归功于弗里茨·哈伯。前所未有如此多的人享受到如此多的食物。
但也有阴暗的一面。
美国最大的氮肥生产厂位于路易斯安那州唐纳森维尔。该厂每天消耗价值一百万美元的天然气，将当地河流中的3万吨水蒸发成蒸汽，并生产5000吨氨（每年200万吨）。每天，这5000吨氨被装上火车，然后装上驳船，顺着密西西比河漂流，撒到全国各地的玉米和田地里。氨中的氮并非全部都进入了作物。例如，撒在玉米田里的氮，只有大约三分之一会最终出现在玉米粒中。其余的则冲入溪流，渗入地下水。
墨西哥湾，位于路易斯安那州氨厂附近，是无人看管时会发生什么的一个完美例子。每年约有150万吨氮被倾倒入墨西哥湾。过量的氮导致藻类过度生长，浑浊海水，并剥夺了鱼类和软体动物等其他物种的氧气和阳光。藻类过度生长已经导致北半球许多溪流、湖泊和沿海生态系统死亡。不仅仅是鱼类在死亡。吃鱼的鸟类也在死亡。合成氮污染不仅限于水体；它还进入空气，以酸雨的形式返回地面，进一步破坏湖泊、溪流和森林，以及依赖它们的动物。这些问题只会越来越糟。
在慕尼黑的德意志博物馆里，隔着一个小型屏障，展示着弗里茨·哈伯和罗伯特·勒·罗西尼奥尔建造的固定空气中氮的台式设备。参观者偶尔会驻足，看几秒钟，然后走开，很少想到这个开启了世界合成肥料生产的机器，这个给许多人带来了生命——而且由于环境中持续存在过量氮的污染——这个可能已经开始倒计时他们最终毁灭进程的机器。
摘自保罗·奥菲特（Paul Offit）的书《潘多拉的实验室》，由国家地理合作伙伴公司于2017年4月4日出版。
保罗·A·奥菲特医学博士是费城儿童医院儿科教授和疫苗教育中心主任。
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