Итак, сначала свободный кислород в атмосфере отсутствовал (или присутствовал в крайне незначительных количествах), и первые обитатели нашей планеты обходились без него. Несколько позднее появились синезелёные водоросли, или, как их ещё называют, цианобактерии, весьма распространённые и сегодня. Эти микроорганизмы, как и зелёные растения, существуют благодаря фотосинтезу. Иными словами, поглощая углекислый газ, воду и солнечную энергию, они поддерживают свою жизнедеятельность, побочным продуктом которой является кислород.
Так вот, эти самые синезелёные съели всю углекислоту первичной атмосферы, но зато насытили её кислородом. Затем произошло следующее. Кислород как активный элемент вступил в реакцию с аммиаком и перевёл его в весьма инертный азот. Вот так за долгое время эволюции и возникла наша азотно-кислородная атмосфера, которая пришлась по вкусу всем тем, кто появился после синезеленых водорослей, в том числе и нам с вами.
Как ни стараются учёные, за пределами нашей планеты пока жизнь не обнаружена. Потому особенно любопытно было бы, как считает ряд специалистов, запустить на Венеру синезеленых пожирателей, чтобы они и там уничтожили всю углекислотную атмосферу и превратили её в подобие нашей.
Снова возникает вопрос: зачем высшим формам жизни понадобился именно кислород? Среди первых существ были не только синезелёные водоросли, но и другие анаэробы — организмы, обходящиеся без кислорода. Свою жизнь они поддерживали (а те, что продержались до наших дней, поддерживают и сегодня) не путём окисления, как мы, а восстановлением, отнимая от своей пищи водород. Типичный процесс такого рода — брожение.
Если затронуть опять же энергетическую сторону вопроса, то получается вот что. При окислении одного моля глюкозы — основного топлива организма выделяется 686 килокалорий тепла, а при сбраживании — всего лишь 50. Таким образом, кпд живого организма повысился круглым счётом в 14 раз!
Имело,значит,смысл бороться за кислород, изобретать хитроумную систему его доставки к месту окисления, всю эту кровь, эритроциты, гемоглобин. ..Так и возникла кислородная круговерть биосферы, закрутилась карусель жизни...
И снова гемоглобин и Шерлок Холмс
Мы говорим: кислород — окислитель. Но союз кислорода и двухвалентного железа в гемоглобине просто невероятное исключение. Здесь никакого окисления не происходит, так как железо сохраняет свою валентность. Недаром английский физиолог, один из основоположников науки о дыхании, Дж. Баркрофт назвал гемоглобин «самым удивительным веществом в мире». Напрашивается такая аналогия: ион двухвалентного железа гемоглобина «берет за руку» молекулу кислорода и «ведёт» её к месту свершения действительного окисления, где и «отпускает».
Но гемоглобин не был бы самым удивительным веществом, если бы не выполнял и другую функцию — выведение углекислого газа с места окисления. И если кислород вводится в клетку гемом, то углекислоту оттуда транспортирует глобин. Таким образом, эритроцит, набитый 280 млн. молекул гемоглобина, представляет собой нечто вроде автобуса, у которого не бывает холостых пробегов. Вот так рационально устроено все в хозяйстве природы. Впрочем, все ли?
«Угарный газ!» — вскричал он... Заглянув в дверь, мы увидели, что комнату освещает только тусклое синее пламя, мерцающее в маленькой медной жаровне посередине. Оно отбрасывало на пол круг неестественного, мертвенного света, а в тёмной глубине мы различили две смутные тени, скорчившиеся у стены. В раскрытую дверь тянуло странным ядовитым чадом, от которого мы задыхались и кашляли. Холмс взбежал по лестнице на самый верх, чтобы вдохнуть свежего воздуха, и затем, ринувшись в комнату, распахнул окно и вышвырнул горящую жаровню в сад».
Да, как вы догадались, это опять Конан Дойл. Всем известно, что угарный газ, точнее окись углерода, чрезвычайно ядовит и поэтому часто является причиной случайных и преднамеренных отравлений. Это его свойство и использовано знаменитым автором детективных историй в одном из рассказов.
Так вот, окись углерода как раз и является примером того, что не все ладится в хозяйстве природы. Этот газ не имеет ни цвета, ни вкуса, ни запаха и, несмотря на свою сильную ядовитость, не оказывает никакого раздражающего действия на организм. Поэтому его присутствие может быть совершенно незаметно. Поступая через лёгкие в кровь, окись углерода в 300 раз быстрее, чем кислород, соединяется с гемоглобином, блокируя, таким образом, его доставку организму. «Обманутый» гем вместо двух атомов молекулярного кислорода тащит за собой молекулу окиси углерода. Жизненно необходимые углерод и кислород, объединённые в молекулу угарного газа, образуют зловещее вещество. Чем больше концентрация угарного газа, тем больше его попадает в организм, тем быстрее наступает отравление. Поэтому всегда следует помнить, что рядом с нами находится коварный невидимка, который уже при содержании в воздухе в один процент делает своё чёрное дело.
В прошлом, в том числе и недалёком, люди чаще всего угорали, когда топили печи. Конечно, в наш благословенный век центрального отопления с печами в быту приходится иметь дело редко. Однако случаев отравления окисью углерода не становится меньше, ибо она содержится и в выхлопах двигателей внутреннего сгорания, и в горючих газах, нашедших самое широкое применение. Даже в небе подчас нет спасения от этого врага. Криминалисты полагают, что некоторые авиационные катастрофы происходят из-за повышения концентрации окиси углерода, возникающего при износе двигателей или плохой их регулировке. Проникая в кабину, угарный газ может явиться причиной отравлений экипажа. Современные воздушные лайнеры оборудованы герметичными кабинами, имеющими системы наддува и вентиляции, что значительно снижает вероятность вредного воздействия выхлопных газов двигателя.
Спасительное средство при отравлении угарным газом — свежий воздух. Этим и были продиктованы уверенные действия Холмса — ведь Конан Дойл был врачом... Свежий воздух! Когда он наполняет наши лёгкие, кровь становится алой. Это оксигемоглобин разносит по артериям кислород. Отработанная — венозная —. кровь имеет характерный вишнёво-красный цвет: она насыщена углекислотой, которую транспортирует карбогемоглобин. Гемоглобин, связанный с окисью углерода, получил название карбоксигемоглобин. Во всех этих видах гемоглобин обладает свойством обратимого соединения с кислородом, углекислым газом и окисью углерода.
Хуже обстоит дело, когда под влиянием ядовитых веществ, таких, например, как анилин или нитраты, железо в теме из двухвалентного переходит в трёхвалентное. Образуется метгемоглобин, не способный переносить кислород.
И все же не будем сетовать на природу — описанные явления представляют редкое исключение. По сути же, все в ней устроено наисовершеннейшим образом. Образец такого устройства — математически точная связь гемоглобина и кислорода, которая обеспечивает дыхание.
Арифметика крови
Всякий, кому приходилось сдавать кровь на анализ, получив результат, прежде всего интересуется содержанием гемоглобина. О чем говорят цифры? Кровь здорового человека содержит от 13 до 16 % гемоглобина, причём за 100 % принято его содержание в 100 мл, равное 16,7 г. Но так как в нормальной крови 100 % гемоглобина не бывает, то, скажем, 80 %, правильнее — единиц, означает содержание в 13,4 г.
Молекулярная масса гемоглобина примерно 66 500. На долю гема в этой молекуле приходится 3,15 %, а на долю железа — 0,35 %. В молекуле гемоглобина содержится всего четыре атома железа, но они умеют многое. Вот что установлено. При вдохе 1 мл крови соприкасается с 1,48 см воздуха. Оказывается, число молекул кислорода, содержащееся в этом объёме, соответствует числу атомов железа во всех эритроцитах, находящихся в 1 мл крови. Иными словами, 1 г гемоглобина связывает 1,34 см3 кислорода.
Эти цифры показывают, как чётко и слаженно должен работать наш организм, чтобы строго в единицу времени направлять в кровь из запасников определённое количество эритроцитов, чтобы вырабатывать в костном мозге нужное количество гемоглобина, чтобы сердце подавало точно отмеренный расход крови, чтобы лёгкие ритмично делали вдох и выдох.
