Ник Лэйн - Кислород. Молекула, изменившая мир

Руттен приводит старый довод: поскольку в основном фотосинтез осуществляет океанический планктон, мы не можем сказать, действительно ли флора каменноугольного периода производила измеряемое количество дополнительного кислорода. Но этот аргумент ошибочен. Нужно учитывать не абсолютную продуктивность, а количество захороненного органического материала . Полное разложение планктона означает, что в море захоронено меньше yглepoдa, чем на cyшe, поскольку наземные растения разлагаются хуже.

Возможно, на скорость захоронения углерода влияет доступность и других питательных веществ, таких как фосфаты. Однако отношение количества фосфора к количеству углерода в наземных растениях гораздо ниже, чем в морских водорослях и в планктоне, то есть на суше захоранивается больше углерода в пересчете на одно и то же количество фосфора. Таким образом, на суше доступность фосфата должна меньше влиять на скорость захоронения органических веществ, чем в море.

Негативный эффект фотодыхания в основном сказывается на так называемых С3-растениях, к которым относятся многие виды деревьев и кустарников. Травы в основном принадлежат к С4-типу и меньше страдают от негативных последствий фотодыхания благодаря обособлению аппарата фотосинтеза. Они захватывают углекислый газ, а затем направляют его в клеточный отдел, содержащий Рубиско. В таких условиях CO 2выигрывает у O 2борьбу за фермент.

Кроме захоронения органических соединений углерода, нас также интересует захоронение пирита («золота дураков»). Сероводород, выделяемый сульфатредуцирующими бактериями, либо взаимодействует с кислородом с образованием сульфатов, либо, если кислорода нет, может реагировать с растворенным железом, образуя пирит. В последнем случае тот кислород, который мог израсходоваться в реакции с сероводородом, остается в атмосфере. Таким образом, одновременное активное захоронение углерода и пирита способствует росту концентрации кислорода в воздухе.

На сегодняшний день старейший вырубленный ледяной керн имеет возраст 800 тыс. лет. — Примеч. пер.

Такой же подход применим к анализу активности сульфатредуцирующих бактерий, которые умеют различать изотопы 32S и 34S. Захоронение пиритов в результате деятельности сульфатредуцирующих бактерий способствует повышению концентрации кислорода в воздухе, поскольку органическое вещество, используемое бактериями в качестве источника углерода, окисляется не полностью. Заметные подписи 34S в сульфатных эвапоритах (продуктах испарения воды), таких как гипс, соответствуют высокой скорости захоронения 32S в составе пиритов. В описанных в тексте экспериментах наверняка учитывались изотопные подписи серы, но я не могу останавливаться на этом подробнее, так как рискую потерять оставшихся читателей. Бернер подробно и доступно обсуждает этот вопрос в своих работах, так что всем, кто хочет знать больше, я советую обратиться к его статьям, процитированным в списке литературы.

Альтернативная гипотеза строится на том, что иридий в этих отложениях появился в результате сильнейших извержений вулканов в области Деканского плоскогорья (Индия). К катастрофическим пожарам могли привести оба явления, однако не очень понятно, как Деканские траппы могут объяснить происхождение кратера на дне отступивших морей на полуострове Юкатан (Мексика) и возникшую впоследствии «мегаволну» цунами.

Поскольку дополнительный кислород добавляли к воздуху стандартного состава, повышалась общая плотность воздуха. Более высокая плотность облегчала подъем (из-за повышения числа Рейнольдса) и могла способствовать эволюции полета. В серии замечательных статей Роберт Дадли связал происхождение летающих насекомых, птиц и летучих мышей с изменениями плотности атмосферного воздуха.

Мегарахна — вымершее хищное членистоногое. — Примеч. пер.

На самом деле, промежуточных соединений может быть намногo больше, но эти три самые важные. Их стабильность и реакционная способность зависят от протонирования (наличия связанного иона водорода, как в пероксиде водорода), что, в свою очередь, определяется внешними условиями. Например, супероксидный радикал (О 2 -+) гораздо более активен в протонированной форме (НО 2 +).

В норме железо прочно связано с белками, находящимися внутри клеток, но при некоторых патологических состояниях оно высвобождается и оказывается даже в ядре.Здесь положительно заряженные ионы железа связываются с отрицательно заряженной ДНК и повреждают ее.

Несмотря на звучное название, супероксидный радикал не очень активно реагирует с липидами, белками или ДНК. Однако он весьма активно взаимодействует с другими радикалами, такими как оксид азота, и это может быть причиной повреждения клеток. Кроме того, он активен в слабокислой среде вблизи клеточных мембран, а потому может разрушать мембраны.

Вокруг вращающейся заряженной частицы образуется магнитное поле. Это справедливо и для электрического тока в катушке проволоки, и для единственного электрона в атоме. Теоретически все химические (ковалентные) связи образованы парами электронов. Электроны в паре обычно имеют противоположно направленные (антипараллельные) спины. Противоположные спины уравновешивают друг друга, так что молекула в целом спином не обладает. По этой причине большинство химических соединений не проявляют магнитных свойств. Обладающие магнитными свойствами атомы или молекулы, такие как железо или кислород, обязательно имеют хотя бы один неспаренный электрон, а такое электронное состояние, как мы видели, является неустойчивым. Однако в соответствии с законами квантовой механики структура кислорода с двумя неспаренными электронами значительно устойчивее, чем структура с обычной двойной связью, о которой всем нам рассказывали в школе (см. рис. 8).

Число Авогадро — количество молекул в одном моле любого вещества; численное значение 6,023 × 10 23. Один моль вещества — это его молекулярная масса, выраженная в граммах. Молекулярная масса гидроксильного радикала 17, так что моль гидроксильных радикалов весит 17 г. Это означает, что в 17 г гидроксильных радикалов содержится 6,023 × 10 23гидроксильных радикалов. Средний объем клетки млекопитающего составляет от 10 -9до 10 -8мл. Данный расчет (с модификациями) взят из книги Холлиуэлла и Гаттриджа «Свободные радикалы в биологии и медицине», см. список литературы в конце книги.