Γιατί η ζωή έχει εξελιχθεί ώστε να εξαρτάται από οξυγόνο αντί για άζωτο;

Η ζωή έχει εξελιχθεί ώστε να χρησιμοποιεί οξυγόνο επειδή είναι πιο αντιδραστικό από το άζωτο. Το οξυγόνο μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πολλές βιοχημικές διεργασίες που υποστηρίζουν τη ζωή στη Γη, ενώ το άζωτο είναι πιο δύσκολο να διασπαστεί και να χρησιμοποιηθεί.

Εάν δώσατε προσοχή στα μαθήματα των φυσικών επιστημών στο γυμνάσιο, ξέρετε ότι η ατμόσφαιρά μας αποτελείται από πολλά αέρια, όπως άζωτο, οξυγόνο, αργό, διοξείδιο του άνθρακα και ίχνη πολλών άλλων, όπως ξένο, μεθάνιο, κρυπτό, υδρογόνο. και υδρατμούς.

Τα αέρια της ατμόσφαιράς μας.

Όπως μπορείτε να δείτε στην παραπάνω εικόνα, το αέριο που αποτελεί το μεγαλύτερο κομμάτι της ατμόσφαιρας είναι το άζωτο. Αν μιλάμε για αριθμούς, τότε το 78,08% της ατμόσφαιρας αποτελείται από άζωτο. Σαφώς, είναι το πιο άφθονο αέριο στην ατμόσφαιρα της Γης. Η σύνθεση των ατμοσφαιρών σε άλλους πλανήτες του ηλιακού συστήματος είναι διαφορετική από τη δική μας.

Από την άλλη πλευρά, το οξυγόνο, ένας από τους βασικούς παράγοντες που είναι απαραίτητοι για τη ζωή στη Γη, βρίσκεται στη δεύτερη θέση, αντιπροσωπεύοντας σχεδόν το 20,95% της ατμόσφαιρας (Πηγή).

Αν το σκεφτείς, είναι λίγο περίεργο, έτσι δεν είναι; Η ζωή έχει εξελιχθεί για να προσαρμοστεί στο δεύτερο πιο άφθονο αέριο στο περιβάλλον, αλλά όχι στο αέριο που είναι το πιο άφθονο . Ποιος θα μπορούσε να είναι ο λόγος πίσω από αυτό;

Πριν απαντήσετε σε αυτήν την ερώτηση, πρέπει να καταλάβετε δύο πράγματα σχετικά με το μόριο του αζώτου.

Το αέριο άζωτο είναι αρκετά αδρανές

Αυτό σημαίνει ότι το άζωτο δεν αντιδρά πολύ εύκολα με τα πράγματα. Πιο συγκεκριμένα, το αέριο άζωτο υπάρχει ως N2 και έχει ομοιοπολικό τριπλό δεσμό.

Το θέμα με αυτό το είδος δεσμού μεταξύ δύο ατόμων αζώτου είναι ότι είναι εξαιρετικά δύσκολο να σπάσει. Ο δεσμός είναι τόσο ισχυρός που όταν οι χημικοί χρειάζεται να δημιουργήσουν μια «μη αντιδραστική ατμόσφαιρα» για τα πειράματά τους, χρησιμοποιούν συχνά άζωτο με τον ένα ή τον άλλο τρόπο. Τα δύο άτομα αζώτου είναι τόσο στενά συνδεδεμένα μεταξύ τους που χρειάζεται είτε ένας κεραυνός είτε ορισμένα βακτήρια που «δεσμεύουν το άζωτο» στο περιβάλλον που είναι ικανά να τα διασπάσουν.

(Φωτογραφία:Pixabay)

Το οξυγόνο από την άλλη πλευρά, είναι πολύ αντιδραστικό (σε σύγκριση με το άζωτο) και ως εκ τούτου μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πολλές βιοχημικές διεργασίες που υποστηρίζουν τη ζωή στη Γη. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το οξυγόνο γίνεται φυσικά ο υποστηρικτής της ζωής, παρόλο που δεν είναι το πιο άφθονο αέριο στη Γη.

Τέλος πάντων, δεν είναι σαν τη ζωή στη Γη πάντα εξαρτιόταν από το οξυγόνο.

The Great Oxygenation Event

Πριν από μερικά δισεκατομμύρια χρόνια, η Γη δεν ήταν όπως είναι τώρα, τουλάχιστον όσον αφορά τα είδη αερίων που είχε τότε στην ατμόσφαιρά της. Δεν υπήρχαν έντομα, ζώα, ούτε καν φυλλώδη φυτά. Το μεγαλύτερο μέρος της ζωής (κυρίως μικροοργανισμοί όπως βακτήρια) περιοριζόταν στους ωκεανούς εκείνη την εποχή. Τα βακτήρια που ευδοκιμούσαν εκείνη την περίοδο ήταν αναερόβια, που σημαίνει ότι μεταβολίζουν την τροφή τους χωρίς να χρησιμοποιούν οξυγόνο.

Αλλά μετά εμφανίστηκε ένα ξεκίνημα και όλα άλλαξαν για τη ζωή στη Γη. Αυτό το ξεκίνημα ήρθε με τη μορφή κυανοβακτηρίων. Γνωστά και ως μπλε-πράσινα φύκια, αυτά τα κυανοβακτήρια μετατρέπουν το ηλιακό φως σε ενέργεια και απελευθερώνουν οξυγόνο ως υποπροϊόν. Με πιο συγκεκριμένα λόγια, είναι φωτοσυνθετικά.

Μια εικόνα των κυανοβακτηρίων, Tolypothrix. (Φωτογραφία:Matthewjparker / Wikimedia Commons)

Τότε, η ατμόσφαιρά μας δεν είχε τόσο πολύ οξυγόνο όσο σήμερα. Το λίγο οξυγόνο που έκανε ο πλανήτης μας έχουν είτε συνδεθεί με μέταλλα είτε εγκλωβισμένο σε μόρια νερού.

Καθώς τα κυανοβακτήρια άκμασαν, η παροχή οξυγόνου στον πλανήτη αυξήθηκε εκθετικά. Η συντριπτική πλειονότητα των αναερόβιων βακτηρίων, για τα οποία το οξυγόνο ήταν τοξικό, άρχισαν να πεθαίνουν λόγω αυτής της βίαιης επίθεσης οξυγόνου στην ατμόσφαιρα. Αυτό το γεγονός είναι αυτό που ονομάζουμε Μεγάλη Γεγονός Οξυγόνωσης.

Συσσώρευση O2 στην ατμόσφαιρα της Γης. Οι κόκκινες και οι πράσινες γραμμές αντιπροσωπεύουν το εύρος των εκτιμήσεων ενώ ο χρόνος μετράται σε δισεκατομμύρια χρόνια πριν (Ga). (Φωτογραφία:Heinrich D. Holland / Wikimedia Commons)

Μετά το Μεγάλο Γεγονός Οξυγόνωσης, οι αναερόβιοι μικροοργανισμοί πέθαναν κατά εκατομμύρια και σύντομα άρχισε η συσσώρευση οξυγόνου στην ατμόσφαιρα.

Τότε ήταν που άρχισαν να εξελίσσονται άλλες, πιο περίπλοκες μορφές ζωής (συμπεριλαμβανομένων των ζώων και των ανθρώπων), καθιστώντας έτσι το οξυγόνο το «καύσιμο της ζωής».

Εν πάση περιπτώσει, ρωτώντας «γιατί δεν εξελιχθήκαμε να χρησιμοποιούμε άζωτο αντί για οξυγόνο (καθώς το πρώτο είναι πολύ διαθέσιμο);» μοιάζει με το ερώτημα "γιατί δεν αναπτύξαμε αυτοκίνητα που κινούνται με θαλασσινό νερό και όχι με βενζίνη, αφού το πρώτο είναι πολύ πιο εύκολα διαθέσιμο;"

Όπως το θαλασσινό νερό δεν μπορεί να κινήσει ένα αυτοκίνητο, έτσι και εμείς δεν μπορούμε να κινηθούμε με άζωτο επειδή το σώμα μας δεν είναι «σχεδιασμένο» για να το κάνει αυτό!