Читаем Энергия и жизнь полностью

Подытожим результаты рассмотрения первого этапа становления биотического круговорота. Это — гетеротрофные, анаэробные одноклеточные организмы, возможно похожие на современные бактерии, такие как клостридии, живущие за счет брожения. Они существуют за счет распада богатых энергией органических соединений, образовавшихся абиогенно. Они играют роль «мусорщиков», уничтожая органику химического происхождения, возникшую под влиянием УФ-лучей, электрических разрядов, ударных волн и прочих источников энергии. Основная функция гетеротрофов — деструкция органических соединений. Они ее выполняют быстро за счет автокатализа и таким образом «выжимают» все, что может дать химический синтез, гораздо более медленный по сравнению с биологической деструкцией. Наступает первый кризис из-за несбалансированности круговорота. И кризис этот — энергетический, так как косвенного производства энергии через полифосфаты явно недостаточно. Кроме того, низкий энергетический выход процессов брожения требует переработки громадного количества субстрата для обеспечения энергией биосинтетических процессов в клетке. Например, по сравнению с позднее возникшим окислительным фосфорилированием гликолиз забирает лишь около 7% энергии, запасенной в молекуле глюкозы (но об этом чуть позже). Таким образом, первичной жизни не хватало доступной энергии.

И в то же время потоки энергии «бушевали» вокруг простых протоклеток, задевая их самих. Источником этих потоков были Солнце и ядро Земли, дававшее богатые энергией газовые эксгаляции.

<p>7.2. Первый биотический круговорот (цианобактериальное сообщество)</p>

Первичные гетеротрофные клетки, естественно, были частично окрашенными и потому взаимодействовали с потоком солнечного излучения. Оно могло разрушать молекулы, особенно его УФ-часть, или терялось в виде тепла. Но в толще воды, более интенсивно поглощавшей коротковолновое излучение, могли иметь место и другие взаимодействия, в частности взаимодействия о длинноволновым излучением. Поглощение света сложными молекулами могло приводить к развитию фотохимических реакций, в которых за счет энергии света при обычных температурах преодолевались высокие энергетические барьеры. Это приводило и к ускорению скоростей реакций, и к практически необратимому синтезу еще более сложных соединений. Естественно считать, что флюоресцирующие сложные молекулы, входящие в состав живых клеток, вначале приводили к ускорению лишь некоторых процессов метаболизма, а не к прямому фотосинтезу органических веществ.

Среди фотосенсибилизаторов, т.е. оптически активных молекул, возбуждаемых квантами света, наиболее часто встречаются (как составные части ферментов) соединения, построенные путем сочетания неорганических ионов с органической основой, которую, как правило, составляет порфириновый цикл. Порфирины могут образовываться из пирролов и формальдегида, несколько хуже в восстановительной, чем в окислительной среде, а для синтеза наиболее восстановленных порфиринов требуются строго анаэробные условия. Включение металла в центр порфириновой молекулы заметно увеличивает ее фотохимическую активность, а кроме того, и сильно увеличивает интенсивность окраски порфирина и тем самым его способность к поглощению видимого света. Дальнейшая эволюция шла по пути увеличения количества светочувствительных пигментов и усложнения их структур.

Серьезным завоеванием на пути к полной автотрофии явился анаэробный фотосинтез. Его представителями, сохранившимися до нашего времени, являются фотосинтезирующие бактерии (пурпурные, серные и несерные; зеленые серные бактерии). Они способны усваивать энергию света, но еще не способны к отрыву электрона от воды. Они используют в качестве восстановителя (источника электрона и водорода) различные органические или неорганические соединения. Например, для фотохимического отнятия электрона от сероводорода требуется значительно меньше энергии, чем для отнятия его от воды.

Главным эволюционным приобретением, лежащим в основе фотосинтеза, как в целом качественно нового этапа в развитии биоэнергетических систем на Земле, следует считать организацию электронного потока. Именно он оказался наиболее эффективным способом запасать энергию электронного возбуждения в виде химических связей.

Перейти на страницу:

Похожие книги

Статьи и речи
Статьи и речи

Труды Максвелла Доклад математической и физической секции Британской ассоциации (О соотношении между физикой и математикой) Вводная лекция по экспериментальной физике (Значение эксперимента в теоретическом познании) О математической классификации физических величин О действиях на расстоянии Фарадей Молекулы О «Соотношении физических сил» Грова О динамическом доказательстве молекулярного строения тел Атом Притяжение Герман Людвиг Фердинанд Гельмгольц Строение тел Эфир Фарадей О цветовом зрении Труды о Максвелле М. Планк. Джемс Клерк Максвелл и его значение для теоретической физики в Германии А. Эйнштейн. Влияние Максвелла на развитие представлений о физической реальности Н. Бор. Максвелл и современная теоретическая физика Д. Турнер. Максвелл о логике динамического объяснения Р.Э. Пайерлс. Теория поля со времени Максвелла С.Дж. Вруш. Развитие кинетической теории газов (Максвелл) А.М. Ворк. Максвелл, ток смещения и симметрия Р.М. Эванс. Цветная фотография Максвелла Э. Келли. Уравнения Максвелла как свойство вихревой губки  

Джеймс Клерк Максвелл , Н. А. Арнольд

Физика / Проза прочее / Биофизика / Прочая научная литература / Образование и наука
Биосфера и Ноосфера
Биосфера и Ноосфера

__________________Составители Н. А. Костяшкин, Е. М. ГончароваСерийное оформление А. М. ДраговойВернадский В.И.Биосфера и ноосфера / Предисловие Р. К. Баландина. — М.: Айрис-пресс, 2004. — 576 с. — (Библиотека истории и культуры).В книгу включены наиболее значимые и актуальные произведения выдающегося отечественного естествоиспытателя и мыслителя В. И. Вернадского, посвященные вопросам строения биосферы и ее постепенной трансформации в сферу разума — ноосферу.Трактат "Научная мысль как планетное явление" посвящен истории развития естествознания с древнейших времен до середины XX в. В заключительный раздел книги включены редко публикуемые публицистические статьи ученого.Книга представит интерес для студентов, преподавателей естественнонаучных дисциплин и всех интересующихся вопросами биологии, экологии, философии и истории науки.© Составление, примечания, указатель, оформление, Айрис-пресс, 2004__________________

Владимир Иванович Вернадский

Геология и география / Экология / Биофизика / Биохимия / Учебная и научная литература