ベストアンサー
アナロジー。バクテリアであれ、単細胞のアメーバ/ゾウリムシであれ、複合体であれ、植物であれ、動物であれ、生物はそれぞれ原核細胞と真核細胞を持っています。それらはすべてエネルギー源を破壊します。細菌、原核生物、および真核生物は、還元源としてO2を使用せずに、嫌気性呼吸を介してこれを達成できます。酸素は、クレブス回路を介してブドウ糖の代謝から電子を引き出す「磁石」として機能します。これらの電子は、ADP（アデノシン二リン酸）をATP（アデノシン三リン酸）に変換する余分なリン酸結合を形成するのに役立ちます。化学結合はすべて電子に関するものです。電子は元素間の結合を形成します。これらの結合が形成されると、エネルギーが保存され、吸熱反応が起こり、蓄積されたエネルギーを破壊して再放出する可能性が保持されます。これらの切断された電子結合を介してエネルギーが放出されると、それは発熱性のrxnですが、水とCO2は副産物です。この化学作用はすべて、生きている組織細胞内で起こっています。動物細胞では、ブドウ糖、乳糖、およびその他の糖は、酸素の化学的経路によって消費または還元されます。硫黄のような他の還元剤は、主にバクテリアの形で使用されます。
酸素を使用した電子結合放出の別の例は、糖、木材、石炭、石油副産物などの炭素-炭素結合の燃焼です。事実上、細胞内での糖の炭素結合の切断は、燃焼の一形態であり、必要に応じて制御された燃焼です。ただ言ってください。
答え
細胞呼吸は必要ありません。発酵は酸素の存在に依存しないため、はるかに用途が広いです。電子受容体が何であるかに応じて、呼吸にはさまざまな種類があります。今日、酸素はほぼ遍在しているため、酸素ベースの呼吸が最も一般的です。呼吸は、発酵よりも糖の分解からはるかに多くの収量をもたらすので便利です。呼吸は必要とはほど遠いですが、酸素が存在する場合、それが好ましい代謝経路です。
呼吸は、現代の有酸素条件下で密接に協力するため、光合成と比較されることがよくあります。光合成がなければ水素源はなく、呼吸がなければ光合成はすべてのCO2を消費するので、炭素源はありません。本当に最も重要なことを理解するには、進化論を見て、2つの起源が何であったかを確認する必要があります。
初期の生活には、熱水噴出孔を中心に始まったという2つの共通の信念があります。最初の酸素はシアノバクテリアによって生成されました。これらの信念は両方ともおそらく間違っています。大気中に酸素が存在する前は、エネルギー代謝はまったく問題ありませんでした。内なる地球から流れ出ていた水素は、海を水素で満たした。リン酸塩に加えて水素とCO2の組み合わせが、解糖とエネルギーの主な供給源でした（メタンを形成することによる）。そして、海を満たしたアンモニアと組み合わせて、RNAの供給源も整っていました。水素（およびCO2）が通気口から出てきたとしても、生命はリン酸塩源の近くで発生した可能性があります。
酸素は、おそらく最初は水素が宇宙に失われたことによって生成されました。上層大気で水が分解されると、水素の損失によって酸素が生成されます。酸素が水素を破壊したので、これは人生への本当の挑戦でした。呼吸がこの問題の解決策でした。光合成の必要性は、酸素レベルが水素を破壊しすぎるほど大きくなったときにのみ発生しました。
約23億年前に最初の遊離酸素を生成したのはシアノバクテリアであるという誤解は、過小評価に基づいています。酸素源としての宇宙への水素損失。今日、私たちは毎秒3kgの水素が宇宙に失われていることを知っています。その速度では、大気を酸素で満たすのに14億年が必要だったので、これが大気中の酸素の唯一の供給源ではないことは明らかです。 1970年代には、水素の損失が5〜10分の1であると主張する科学者がいました。
光合成が主な酸素源であったに違いないという考えも、歴史的に非常に人気がありました。この考えの問題点は、酸素が大気中に現れ始めたときにそれが必要でなかったことです。遊離酸素の前には、生命に十分な遊離水素がありました。
自然な理由もなく、ジェームズ・ラブロックはリン・マーギュリスと協力して、別の遠隔論理的説明を提案しました。彼らの見解では、ガイアは進化を制御し、シアノバクテリアに酸素を生成させました。これは10億年後に酸素レベルの増加をもたらし、多細胞生物を好ましい解決策にしました。したがって、この説明は当面の必要性に基づくのではなく、遠い将来の可能性に基づいています。アリストテレスは、最終的な目的が人間を創造することであったときに何が必要であったかを説明する方法として目的論を使用しました。これを見る別の方法は、ラブロック/マーギュリスの説明が全体論的であるのに対し、私のものは還元主義的であるということです。マーギュリスは、還元主義が完全に物理法則と化学法則に基づいているため、還元主義を批判しました。この見解の前にある私の見解では、進化を理解するのに魔法の力は必要なく、（ネオ）ダーウィニズムのメカニズムだけが必要です。
大気中の酸素の前の光合成に関するもう1つの問題は、紫外線です。上層の水層だけが十分な利用可能な光を持っていましたが、オゾン層が作成される前は、ここには有害な紫外線が多すぎました。
水素源は必要ありませんでしたが、光は有用なエネルギー源でした。 。しかし、光の中でエネルギーを使用することは、水素源として使用するよりもはるかに簡単です。したがって、最初の光活性は、代謝反応を促進するための追加のエネルギー源として使用され、膜状のロドプシンに基づいていました。このメカニズムは、必然的にではなく、日和見的な追加エネルギー源として進化しました。
水素損失が酸素源としてはるかに優れたアイデアである理由は、他にもいくつかあります。遊離酸素のほとんどは、炭素、窒素、硫黄、鉄を酸化するために使用されてきました。すべての酸素が光合成によって生成されていたとしたら、過去5億年だけでなく、過去20億年にもこの生成の痕跡があったはずです。しかし、石油と石炭の鉱床はすべて過去5億年のものです。そして、有機物が埋められたときの酸素の正味の生成のみがあります。
酸化鉄の量は、現在の大気の少なくとも200倍の酸素が生成されたことを示していますが、石炭と石油は非常に少ないです。現在の酸素大気の約300倍に相当する水素の損失により、海洋の少なくとも1/5が消失していることが示されています。これは、宇宙への水素の損失が今日よりもはるかに多いことを意味します。それは非常に論理的です。大気中の酸素レベルが低レベル（％）に保たれている限り、成層圏の原子状酸素層は現在よりもはるかに薄くなっています。これにより、電離層で水を分解することによって生成された水素は、自由に宇宙に移動することができます。
呼吸は日和見的です。生物のエネルギー生産効率を向上させるために作られました。最も長く最も複雑な電子伝達系は、最高のエネルギー収量をもたらします。光合成は水素の必要性によって推進されます。電子伝達系が長く複雑になるほど、収率は低くなります。光合成は、酸化により還元電位の低いものが利用できなくなったときに新しい電子供与体に適応しました。
酸素が還元型（H2S）を酸化すると、硫黄（S）の酸化型が利用可能になりました。同様の方法で、酸化鉄が次々と利用可能になりました。これにより、呼吸と光合成の両方を連続して構築することができますが、呼吸が最初になります。今日でも、酸化呼吸で鉄がかつての終点であったことがわかります。今日は中間段階です。呼吸に使用されるメカニズムは、光合成生物に受け継がれています。
酸素条件下で存在するほぼすべての生物が呼吸しているため、今日、呼吸生物の例を見つけるのは非常に簡単です。これには、すべての動物だけでなく、すべての植物も含まれます。光合成は日中の主な代謝ですが、夜はまったく効果がありません。
最初の真核生物の前、つまり27億年前に存在した単一区画の生物は、異なると考えられてきました。バクテリアの種類。仮説によれば、最も複雑なエネルギー代謝を行う細菌であるシアノバクテリアは、早くも27億年前に発生したとされています。そして、より単純な生物は36億年前のバクテリアであると主張されています。しかし、これらの生物はむしろ真核生物、RNAワールド「カリオン」の前駆体でした。バクテリアは、真核生物が静止オルガネラと通勤オルガネラの両方を作成したときに、ずっと後に作成されました。後者のいくつかは、宿主が絶滅したときに細菌になりました。 RNAワールドから真核生物への移行がどのように起こったかをより詳細に示しました。