На uCrazy 15 лет 4 месяца
Что такое кислородный холокост и чем он угрожает миру?
Автор: Даниил Будяк.
Кислородный холокост ИЛИ кислородная катастрофа - весьма любопытное событие в истории земной жизни, на примере которого можно проследить важные эволюционные закономерности.
Все мы еще с дошкольного возраста знаем, что кислород на Земле вырабатывают растения в ходе фотосинтеза.А если я спрошу, откуда брался кислород до появления растений? Вы наверное вспомните о фотосинтезирующих бактериях и водорослях. А кто вырабатывал кислород до их возникновения?Правильный ответ: никто. До возникновения фотосинтеза земная атмосфера была восстановительной, то есть содержала такие газы как СО2,N2,NH3.Все изменилось с появлением фотосинтеза.
Стоит сказать,что в первоначально возникшем типе фотосинтеза кислород не был задействован. В ходе так называемого бескислородного фотосинтеза такие вещества как сероводород (H2S) или аммиак (NH3) расщеплялись на протоны водорода Н+, электроны и неорганический остаток. Протоны Н+ включались в дальнейшие биохимические реакции, а неорганика выбрасывалась в среду. Возникновение оксигенного фотосинтеза, в ходе которого в качестве источника протонов H+ выступает вода (а выбрасывается наш любимый кислород О2), случилось позднее.
Вообще говоря, вода на роль “топлива” для фотосинтеза подходит плохо, и оксигенный фотосинтез по КПД уступает более древним аналогам. Это связано с высокой электроотрицательностью кислорода: между отрицательно заряженным атомом кислорода и протонами Н+ возникает электростатическое взаимодействие,более сильное чем в молекуле аммиака (NH3) или сероводорода (H2S), и для разрыва этой связи требуется больше энергии. Почему же тогда кислородный тип фотосинтеза вытеснил все прочие? Ответ прост: на Земле распространена повсеместно и ее очень много, это компенсирует все недостатки.Можно предположить,что если бы на нашей планете плескались океаны сероводорода, кислородный фотосинтез уступил бы место сероводородному, и вся дальнейшая эволюция пошла бы несколько другим путем. Но сложилось как сложилось.
Возникновение и стремительное распространение кислородного фотосинтеза резко увеличило продуктивность древних экосистем и стало важной вехой в истории жизни, Был,однако,у этого процесса, очень неприятный побочный эффект.Если в ходе бескислородного фотосинтеза производились относительно безвредные сера и азот, то вот выброс значительного количества кислорода в атмосферу имел гораздо более пагубные последствия. Кислород,как следует из названия, является мощным окислителем. В живых клетках свободные радикалы кислорода окисляют белки,и,что особенно страшно для клетки,нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). Современные организмы имеют различные механизмы нейтрализации радикалов кислорода, но в те древние времена их еще только предстояло выработать, и кислород был настоящим ядом.
Насыщение атмосферы кислородом два с половиной миллиарда лет назад привело к массовому вымиранию тогдашней биоты. Это событие и было названо кислородным холокостом. Со временем живые организмы приспособились к новым условиям, выработали те самые механизмы защиты от свободных радикалов кислорода, либо переселились в среды, в которых кислород отсутствовал. Впрочем, это не решало основную проблему - атмосфера продолжала насыщаться кислородом .Жизнь на Земле должна была замкнуть цикл, выработать механизм возвращения кислорода обратно в связанное состояние.Этим механизмом стало аэробное дыхание.
Оказалось,что окислительные свойства кислорода могут быть использованы для извлечения энергии.
В ходе дыхания организм стремится расщепить сложную молекулу (например глюкозу) для получения энергии. В анаэробных условиях этот процесс весьма ограничен. Скажем, глюкозу С6Н12О6 без кислорода получается разобрать до этилового спирта С2Н5ОН (спиртовое брожение), либо до молочной кислоты C3H6O3 , или другой не слишком простой молекулы. Идти дальше энергетически невыгодно. Наличие же кислорода позволяет разобрать молекулу до “заводских частей”, то есть до углекислого газа и воды,из которых молекула была собрана в ходе фотосинтеза.
Значение возникновения кислородного дыхания сопоставимо с изобретением теплового двигателя для научно технического процесса. Без эффективного источника энергии, а эффективность кислородного дыхания в 14 раз выше,чем у бескислородного, было бы невозможно существование активно движущихся многоклеточных форм, проще говоря животных.
Для ЛЛ предыдущие абзацы можно уложить в следующую схему:
Фотосинтезирующие бактерии “изобретают” кислородный фотосинтез-> атмосфера насыщается кислородом-> не готовая к такому повороту биота массово вымирает-> приспособившиеся к новым условиям микроорганизмы используют кислород в качестве энергии-> Земная жизнь на новом мощном источнике энергии устремляется в светлое эволюционное будущее.
Историю о кислородном холокосте можно назвать хорошей иллюстрацией того, как системный кризис создает предпосылки для дальнейшего развития, которое было невозможно в ранее сложившихся стабильных условиях. Подобная ситуация повторится в истории жизни еще не раз, примеры предлагаю вспомнить вам самостоятельно.
Стоит сказать,что в первоначально возникшем типе фотосинтеза кислород не был задействован. В ходе так называемого бескислородного фотосинтеза такие вещества как сероводород (H2S) или аммиак (NH3) расщеплялись на протоны водорода Н+, электроны и неорганический остаток. Протоны Н+ включались в дальнейшие биохимические реакции, а неорганика выбрасывалась в среду. Возникновение оксигенного фотосинтеза, в ходе которого в качестве источника протонов H+ выступает вода (а выбрасывается наш любимый кислород О2), случилось позднее.
Вообще говоря, вода на роль “топлива” для фотосинтеза подходит плохо, и оксигенный фотосинтез по КПД уступает более древним аналогам. Это связано с высокой электроотрицательностью кислорода: между отрицательно заряженным атомом кислорода и протонами Н+ возникает электростатическое взаимодействие,более сильное чем в молекуле аммиака (NH3) или сероводорода (H2S), и для разрыва этой связи требуется больше энергии. Почему же тогда кислородный тип фотосинтеза вытеснил все прочие? Ответ прост: на Земле распространена повсеместно и ее очень много, это компенсирует все недостатки.Можно предположить,что если бы на нашей планете плескались океаны сероводорода, кислородный фотосинтез уступил бы место сероводородному, и вся дальнейшая эволюция пошла бы несколько другим путем. Но сложилось как сложилось.
Возникновение и стремительное распространение кислородного фотосинтеза резко увеличило продуктивность древних экосистем и стало важной вехой в истории жизни, Был,однако,у этого процесса, очень неприятный побочный эффект.Если в ходе бескислородного фотосинтеза производились относительно безвредные сера и азот, то вот выброс значительного количества кислорода в атмосферу имел гораздо более пагубные последствия. Кислород,как следует из названия, является мощным окислителем. В живых клетках свободные радикалы кислорода окисляют белки,и,что особенно страшно для клетки,нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). Современные организмы имеют различные механизмы нейтрализации радикалов кислорода, но в те древние времена их еще только предстояло выработать, и кислород был настоящим ядом.
Насыщение атмосферы кислородом два с половиной миллиарда лет назад привело к массовому вымиранию тогдашней биоты. Это событие и было названо кислородным холокостом. Со временем живые организмы приспособились к новым условиям, выработали те самые механизмы защиты от свободных радикалов кислорода, либо переселились в среды, в которых кислород отсутствовал. Впрочем, это не решало основную проблему - атмосфера продолжала насыщаться кислородом .Жизнь на Земле должна была замкнуть цикл, выработать механизм возвращения кислорода обратно в связанное состояние.Этим механизмом стало аэробное дыхание.
Оказалось,что окислительные свойства кислорода могут быть использованы для извлечения энергии.
В ходе дыхания организм стремится расщепить сложную молекулу (например глюкозу) для получения энергии. В анаэробных условиях этот процесс весьма ограничен. Скажем, глюкозу С6Н12О6 без кислорода получается разобрать до этилового спирта С2Н5ОН (спиртовое брожение), либо до молочной кислоты C3H6O3 , или другой не слишком простой молекулы. Идти дальше энергетически невыгодно. Наличие же кислорода позволяет разобрать молекулу до “заводских частей”, то есть до углекислого газа и воды,из которых молекула была собрана в ходе фотосинтеза.
Значение возникновения кислородного дыхания сопоставимо с изобретением теплового двигателя для научно технического процесса. Без эффективного источника энергии, а эффективность кислородного дыхания в 14 раз выше,чем у бескислородного, было бы невозможно существование активно движущихся многоклеточных форм, проще говоря животных.
Для ЛЛ предыдущие абзацы можно уложить в следующую схему:
Фотосинтезирующие бактерии “изобретают” кислородный фотосинтез-> атмосфера насыщается кислородом-> не готовая к такому повороту биота массово вымирает-> приспособившиеся к новым условиям микроорганизмы используют кислород в качестве энергии-> Земная жизнь на новом мощном источнике энергии устремляется в светлое эволюционное будущее.
Историю о кислородном холокосте можно назвать хорошей иллюстрацией того, как системный кризис создает предпосылки для дальнейшего развития, которое было невозможно в ранее сложившихся стабильных условиях. Подобная ситуация повторится в истории жизни еще не раз, примеры предлагаю вспомнить вам самостоятельно.
Комментариев пока нет
