Кисень — це фінальний “приймач” електронів, без якого клітина не може виробляти енергію. Але чому саме кисень виконує цю роль? Адже є й інші елементи, які теж можуть забирати електрони. Чому нам потрібен кисень для життя? Чому природа “обрала” саме кисень?
Чому нам потрібен кисень для життя?
Щоб це зрозуміти, подивимось на його “сусідів”. Почнемо з найближчих у періодичній таблиці — азоту і фтору. Азот — це елемент, якого в повітрі найбільше, майже 78%. Ми вдихаємо його з кожним подихом, але при цьому організм його не використовує. Причина в тому, що азот занадто стабільний: його молекули практично не реагують у тих умовах, які є в нашому тілі. Гемоглобін його не “бачить”, не зв’язує і не транспортує, а в клітинах він не приймає електрони й не бере участі у виробництві енергії з глюкози. Тобто азоту багато, але він для нас енергетично “порожній”.
Фтор — інша крайність. Це надзвичайно агресивний елемент, який дуже сильно “тягне” електрони і реагує майже з усім. Але саме тому він не підходить для життя. Гемоглобін не може працювати з ним так, як із киснем: замість акуратного зв’язування фтор руйнує білки і клітини. А реакції з його участю були б настільки швидкими й неконтрольованими, що клітина не змогла б отримувати енергію поступово — це були б фактично мікровибухи. І на щастя, у нашій атмосфері фтору практично немає, бо якби був, кожен подих був би небезпечним.
І ось між цими двома крайнощами — кисень. Не такий пасивний, як азот, і не такий руйнівний, як фтор. Саме той баланс, який потрібен.
А тепер подивимось на іншу “групу” сусідів кисню — це елементи, які мають таку ж кількість електронів на зовнішній оболонці, як і кисень. Це сірка, селен, телур і полоній. Усі вони теж “хочуть” добрати два електрони, тобто теоретично могли б виконувати роль приймачів, як кисень. Але сірка вже більша за кисень і слабше притягує електрони. Деякі бактерії можуть використовувати її замість кисню, але енергії при цьому отримують значно менше. Селен і телур ще більші, тому менш ефективні і до того ж токсичні для складних організмів. Полоній узагалі радіоактивний і нестабільний. Тобто навіть серед елементів із такою ж “електронною логікою” кисень виявляється найкращим: достатньо сильний, достатньо швидкий і водночас придатний для контрольованих реакцій.
Роль гемоглобіну
Відповідаючи на запитання “чому нам потрібен кисень для життя” маємо сказати про гемоглобін, який транспортує кисень до клітин. Він взаємодіє з ним майже ідеально: у легенях приєднується, у тканинах віддається. Цей зв’язок не надто слабкий і не надто сильний — саме такий, як потрібно. Азот у цій системі взагалі не бере участі — він просто проходить “повз”. Елементи на кшталт сірки чи селену не утворюють зручних газів для такого транспорту і не можуть ефективно включитися в цей процес. Але існує інша небезпека — у природі є речовини, які зв’язуються з гемоглобіном набагато краще за кисень, але не виконують його функцію. Наприклад, чадний газ (CO) “перехоплює” гемоглобін у кисню і блокує його доставку до клітин.
Тому, навіть невеликі зміни складу повітря можуть бути для людини небезпечними. Зниження рівня кисню всього на кілька відсотків уже викликає запаморочення і слабкість, а поява навіть невеликих домішок токсичних газів, таких як чадний газ, може призвести до тяжкого отруєння і, навіть, смерті. Наш організм дуже точно “налаштований” саме на той склад атмосфери, в якій ми живемо, і будь-які відхилення є дуже небезпечними для нас.
Земна атмосфера ідеальна для людини
Тож, підіб’ємо підсумок сказаному. В повітрі багато азоту, але він не може замінити кисень, бо дуже інертний; фтор, навпаки, занадто активний і тому небезпечний, але на щастя, його в повітрі майже немає. “родичі” кисню по шостій групі або слабші, або токсичні; В організмі людини гемоглобін налаштований саме під кисень; а клітини навчилися використовувати його для керованого отримання енергії з глюкози. Ще один важливий факт, в атмосфері — близько 21% кисню, саме стільки, скільки людині потрібно, Не більше, бо було б небезпечно, і не менше, бо не вистачило б для життя.
Сподіваюсь, ви зрозуміли, чому нам потрібен кисень для життя, а не інший газ. Але тут виникає наступне цікаве запитання: а як так сталося, що атмосфера Землі має саме такий склад? Чому в ній так багато “марного” азоту, рівно стільки кисню, скільки потрібно, і майже немає небезпечних газів? Це випадковість чи результат довгого “налаштування” планети?