Nejlepší odpověď
Analogie. Živý organismus, ať už jsou to bakterie nebo jednobuněčná améba / paramecium, nebo komplex, rostlina nebo zvíře, mají prokaryotické a eukaryotické buňky. Všichni rozkládají energetické zdroje. Bakterie, prokaryoty a eukaryoty toho mohou dosáhnout prostřednictvím anaerobního dýchání, aniž by jako zdroj redukce použil O2. Kyslík působí jako „magnet“, který čerpá elektrony z metabolismu glukózy prostřednictvím Krebsova cyklu. Tyto elektrony pomáhají tvořit extra fosfátovou vazbu konvertující ADP (adenosindifosfát) na ATP (adenosintrifosfát). Chemické vazby jsou o elektronech. Elektrony tvoří vazby mezi prvky. Když se tyto vazby vytvoří, energie se zachová, endotermický rxn, a udrží si potenciál rozbít a znovu uvolnit uloženou energii. Když se energie uvolní prostřednictvím těchto přerušených elektronových vazeb, jedná se o exotermický rxn, zatímco voda a CO2 jsou vedlejšími produkty. Celá tato chemie se vyskytuje v buňkách živé tkáně. V živočišných buňkách jsou glukóza, laktóza a další cukry spotřebovány nebo sníženy chemickými cestami kyslíku. Další reduktory, jako je síra, se používají hlavně ve formách bakterií.
Dalším příkladem uvolňování elektronových vazeb pomocí kyslíku je spalování vazeb uhlík-uhlík v cukrech, dřevě, uhlí, ropných produktech atd. Rozbití uhlíkových vazeb cukrů v buňkách je ve skutečnosti formou spalování, pokud chcete, řízeným spalováním. Jen říkám.
Odpověď
Buněčné dýchání není nutné. Fermentace je mnohem univerzálnější, protože nezávisí na přítomnosti kyslíku. Existují různé typy dýchání, v závislosti na tom, co je akceptor elektronů. Dnes je dýchání na bázi kyslíku nejběžnější, protože kyslík je téměř všudypřítomný. Dýchání je užitečné, protože poskytuje mnohem větší výnos z degradace cukru než fermentace. Dýchání zdaleka není nutné, ale pokud je přítomen kyslík, je to preferovaná metabolická cesta.
Dýchání se často přirovnává k fotosyntéze, protože za moderních oxických podmínek úzce spolupracují. Bez fotosyntézy by nebyl žádný zdroj vodíku a bez dýchání by fotosyntéza spotřebovala veškerý CO2, takže by neexistoval žádný zdroj uhlíku. Abychom zjistili, co je opravdu nejdůležitější, měli bychom se podívat na evoluci, abychom zjistili, jaký byl původ těchto dvou.
O časném životě existují dvě společné víry: že to začalo kolem hydrotermálních průduchů a že první kyslík byl produkován sinicemi. Obě tyto víry se pravděpodobně mýlí. Předtím, než byl v atmosféře kyslík, nebyl energetický metabolismus vůbec žádný problém. Vodík, který proudil z vnitřní země, naplnil oceány vodíkem. Kombinace vodíku a CO2 kromě fosfátu byla hlavním zdrojem glykolýzy a energie (tvorbou metanu). A v kombinaci s amoniakem, který plnil oceány, byly také na místě zdroje RNA. Přestože vodík (a CO2) prošel ventilačními otvory, život mohl spíše vzniknout poblíž zdroje fosfátů.
Kyslík byl pravděpodobně původně vytvořen ztrátou vodíku do vesmíru. Když se voda rozdělí v horní atmosféře, ztráta vodíku vytváří kyslík. To byla skutečná výzva pro život, protože kyslík zničil vodík. Řešení tohoto problému bylo dýchání. Potřeba fotosyntézy přišla až tehdy, když se hladina kyslíku dostatečně zvětšila, aby zničila příliš mnoho vodíku.
Nedorozumění, že to byly sinice, které produkovaly první volný kyslík asi před 2,3 miliardami let, je založeno na podcenění ztráta vodíku do prostoru jako zdroj kyslíku. Dnes víme, že každou sekundu se do vesmíru ztrácejí 3 kg vodíku. S touto rychlostí by bylo zapotřebí 1,4 miliardy let k naplnění atmosféry kyslíkem, takže je zřejmé, že to není jediný zdroj atmosférického kyslíku. V 70. letech 20. století se objevili vědci, kteří tvrdili, že ztráta vodíku je 5-10krát menší.
Myšlenka, že fotosyntéza musela být hlavním zdrojem kyslíku, se také historicky stala velmi populární. Problém s touto myšlenkou spočívá v tom, že v době, kdy se v atmosféře začal objevovat kyslík, nebyla potřeba. Před volným kyslíkem bylo pro život dostatek volného vodíku.
Bez jakéhokoli přirozeného důvodu navrhl James Lovelock ve spolupráci s Lynn Margulis další teleogogické vysvětlení. Podle jejich názoru Gaia řídila evoluci a přiměla sinice vytvářet kyslík, což o 1 miliardu let později vedlo ke zvýšení hladiny kyslíku, díky kterému byl mnohobuněčný život upřednostňovaným řešením. Toto vysvětlení tedy není založeno na okamžité potřebě, ale na možnosti v daleké budoucnosti. Aristoteles použil teleologii jako způsob, jak vysvětlit, co je nezbytné, když konečným cílem bylo vytvořit lidi. Jiným způsobem, jak to vidět, je, že vysvětlení Lovelock / Margulis je holistické, zatímco moje je redukcionistické.Margulis kritizoval redukcionismus, protože je zcela založen na zákonech fyziky a chemie. Podle mého názoru je to předchůdce tohoto názoru, že k pochopení evoluce nejsou potřeba žádné magické síly, pouze (neo-) darwinovské mechanismy.
Dalším problémem fotosyntézy před atmosférickým kyslíkem je UV záření. Pouze horní vrstvy vody měly dostatek dostupného světla, ale před vytvořením ozonové vrstvy zde bylo příliš mnoho škodlivého UV záření.
Přestože zdroj vodíku nebyl potřeba, světlo bylo užitečným zdrojem energie. . Ale použít energii ve světle je mnohem snazší než ji použít jako zdroj vodíku. První fotoaktivita byla proto použita pouze jako další zdroj energie k řízení metabolických reakcí a byla založena na membránovém rhodopsinu. Tento mechanismus se nevyvinul nutně, ale jako oportunistický zdroj extra energie.
Existuje několik dalších důvodů, proč je ztráta vodíku mnohem lepším nápadem pro zdroj kyslíku. Většina volného kyslíku byla použita k oxidaci uhlíku, dusíku, síry a železa. Pokud byl veškerý kyslík vyroben fotosyntézou, měly by být stopy této výroby nejen za posledních 500 milionů let, ale za poslední 2 miliardy let. Ropná a uhelná ložiska však pocházejí z posledních 500 milionů let. A když je organický materiál pohřben, dochází pouze k čisté produkci kyslíku.
Množství oxidovaného železa ukazuje, že byl vyroben kyslík ve výši nejméně 200násobku současné atmosféry, zatímco množství uhlí a oleje je mnohem méně. Bylo prokázáno, že nejméně 1/5 oceánů zmizelo v důsledku ztráty vodíku, což je téměř 300násobek současné kyslíkové atmosféry. To znamená, že ztráta vodíku do vesmíru byla mnohem vyšší než dnes. To je docela logické. Pokud byla hladina kyslíku v atmosféře udržována na nízké úrovni (\%), stratosférická vrstva atomového kyslíku byla mnohem tenčí než dnes. Vodík, který byl vyroben štěpením vody v ionosféře, mohl volně procházet do vesmíru.
Dýchání je oportunistické. Je vytvořen za účelem zlepšení energetické účinnosti organismů. Nejdelší a nejsložitější transportní řetězce elektronů poskytují nejvyšší energetický výnos. Fotosyntéza je poháněna potřebou vodíku. Výtěžek je nižší, čím delší a složitější jsou transportní řetězce elektronů. Fotosyntéza se přizpůsobila novému donoru elektronů, když ten s nižším redukčním potenciálem byl kvůli oxidaci nedostupný.
Oxidované formy síry (S) byly k dispozici, když kyslík oxidoval redukovanou variantu (H2S). Podobným způsobem bylo postupně k dispozici oxidované železo. Tím bylo možné postupně vytvořit jak dýchání, tak fotosyntézu, ale nejprve dýchání. Dokonce i dnes můžeme v oxidačním dýchání vidět, jak bylo kdysi železo konečným bodem. Dnes je to mezistupeň. Mechanismy, které se používají při dýchání, zdědily fotosyntetizující organismy.
Dnes je velmi snadné najít příklady respiračních organismů, protože téměř všechny organismy, které existují za oxických podmínek, dýchají. To zahrnuje všechna zvířata, ale také všechny rostliny. Fotosyntéza je hlavním metabolismem během dne, ale nemá vůbec žádný účinek během nocí.
Jednoprostorové organismy, které existovaly před prvními eukaryoty, tj. Před 2,7 miliardami let, byly považovány za odlišné druhy bakterií. Hypotézy tvrdí, že bakterie s nejsložitějším energetickým metabolismem, sinice, vznikla již před 2,7 miliardami let. A o jednodušších organismech se tvrdí, že jsou bakterie staré 3,6 miliardy let. Ale tyto organismy byly spíše předchůdci eukaryot, svět RNA „karyon“. Bakterie byly vytvořeny mnohem později, eukaryoty, když vytvořili jak stacionární, tak dojíždějící organely. Některé z nich se staly bakteriemi, když jejich hostitel vyhynul. Podrobněji jsem ukázal, jak probíhal přechod od světa RNA k eukaryotům.