Загадки мироздания

940 атомов углерода,

140 атомов азота,

30 атомов кальция,

21 атом фосфора,

19 атомов других элементов.

Выглядит крайне банально. Кислород — это самый распространенный элемент на Земле. Кальций, углерод и фосфор тоже входят в дюжину самых распространенных элементов, по крайней мере в земной коре. Из водорода состоит большая часть океана, а из азота — большая часть атмосферы.

Но давайте на секунду отвлечемся от этих полудюжины атомов — они представляют собой основу жизни. Для чего же в таком случае нужны оставшиеся 19 из 10 000? Если 9981/10000 живого организма можно собрать из шести элементов, то так ли уж необходимы эти жалкие 19/10000?

Да, они необходимы. Природа — как хороший повар, который знает, что при готовке торта из муки, молока и яиц надо не забыть добавить по щепотке того и этого.

Давайте же рассмотрим поподробнее, что это за «дополнительные» элементы. Для этого рассчитаем пропорции в более представительных масштабах — из расчета не на десять тысяч атомов, а на миллион. Среди них будет

998 100 атомов шести вышеперечисленных элементов,

570 атомов калия,

490 атомов серы,

410 атомов натрия,

260 атомов хлора,

130 атомов магния,

38 атомов железа,

2 атома других элементов.

Вот у нас и получилась вторая полудюжина. Эти элементы присутствуют в организме в объеме «средних щепоток». Каждый из них необходим для жизни.

Атомы серы — важная составляющая практически всех белков организма, без которых жизнедеятельность невозможна.

Натрий, калий и хлор присутствуют в организме в виде атомов, несущих электрический заряд (ионов), растворенных в жидкой среде организма. Ионы калия и натрия несут положительный заряд. Ион натрия встречается чаще всего в межклеточной жидкости, а ион калия — во внутриклеточной. Ионы хлора несут отрицательный электрический заряд; их именуют также зачастую хлорид-ионами. Хлорид-ионы встречаются как во внутриклеточной, так и в межклеточной жидкости, уравновешивая таким образом положительные заряды как ионов натрия, так и ионов калия.

Помимо прочего, эти положительные ионы отвечают и за электрические явления организма. Изменения в распределении ионов натрия и калия внутри и снаружи нервных клеток приводят к возникновению слабых электрических токов, сопровождающих нервные импульсы. Без этих токов не будет и самих нервных импульсов, а без нервных импульсов не будет и самой жизни.

Около половины магния, содержащегося в организме человека, входит в состав костей. Остальной магний в виде положительно заряженных ионов растворен в жидкой среде. Магний участвует в энергетических реакциях организма. Небольшие объемы химической энергии передаются от одного соединения к другому, как правило с помощью вещества, известного под сокращенным названием АТФ (полностью расшифровывающимся как аденозинтрифосфат). Для каждой реакции с участием АТФ требуется присутствие магния; таким образом, магний необходим для энергообмена, а значит, и для самой жизни.

В каждой молекуле гемоглобина содержится четыре атома железа. Гемоглобин — растворенное в крови вещество, подхватывающее в легких кислород и переносящее его ко всем остальным клеткам тела. Именно атом железа и является непосредственно задействованным в транспортировке, так что без железа жизнь невозможна.

На примере гемоглобина и АТФ легко понять, почему некоторые элементы требуются организму в совсем небольшом количестве. Каждая молекула гемоглобина переносит из легких к клеткам организма по четыре атома кислорода, а затем возвращается за новой порцией. Каждая молекула АТФ тоже передает только один пакет энергии, а затем видоизменяется таким образом, чтобы отправиться за следующим.

Вспомните, как строители по кирпичику возводят стену дома: ведь для строительства не требуется по отдельному рабочему для каждого кирпича! Один строитель может уложить миллион кирпичей, если будет работать достаточно долго. Даже если вам нужно уложить очень много кирпичей, для этого потребуется всего несколько строителей.

Так же и здесь: организму требуется очень много кислорода, но для его переноски хватает небольшого количества атомов железа; энергии требуется тоже много, но с этой задачей справляется небольшое количество атомов магния, присутствующих в составе соответственно гемоглобина и АТФ.

Конечно, нам не во всех случаях известно, почему для той или иной работы используется именно тот или иной элемент. К примеру, почему именно ион магния? Почему в АТФ не может использоваться, к примеру, ион кальция (имеющий практически те же химические свойства)? Вопрос интересный, но ответа на него нет.

Аналогию со строителями можно использовать и дальше — применительно к другим элементам, тоже необходимым для жизни, но в еще меньших количествах, чем даже железо. Это так называемые «рассеянные элементы», или «микроэлементы».

Давайте теперь рассмотрим пропорциональный химический состав живого организма еще масштабнее — из расчета не на десять тысяч или миллион атомов, а на миллиард. Мы получим:

999 998 000 атомов вышеперечисленных элементов,

1500 атомов цинка,

170 атомов марганца,

170 атомов меди,

125 атомов фтора,