최상의 답변
비유. 살아있는 유기체, 박테리아 또는 단일 세포 아메바 / 파라 메슘, 또는 복합체, 식물 또는 동물은 각각 원핵 세포와 진핵 세포를 가지고 있습니다. 그들은 모두 에너지 원을 파괴합니다. 박테리아, 원핵 생물, 진핵 생물은 환원 원으로 O2없이 혐기성 호흡을 통해이를 달성 할 수 있습니다. 산소는 크렙스 회로를 통해 포도당 대사에서 전자를 끌어내는 자석역할을합니다. 이 전자는 ADP (adenosine diphosphate)를 ATP (adenosine triphosphate)로 전환하는 여분의 인산염 결합을 형성하는 데 도움을줍니다. 화학 결합은 모두 전자에 관한 것입니다. 전자는 요소 사이의 결합을 형성합니다. 이러한 결합이 형성되면 에너지가 보존되고 흡열 rxn이 유지되며 저장된 에너지를 끊고 다시 방출 할 수 있습니다. 이러한 절단 된 전자 결합을 통해 에너지가 방출되면 발열 rxn이되고 물과 CO2는 부산물입니다. 이 모든 화학은 살아있는 조직 세포 내에서 발생합니다. 동물 세포에서 포도당, 유당 및 기타 당은 산소 화학 경로에 의해 소비되거나 감소됩니다. 황과 같은 다른 환원제는 주로 박테리아의 형태로 사용됩니다.
산소를 사용한 전자 결합 방출의 또 다른 예는 설탕, 목재, 석탄, 기름 부산물 등에서 탄소-탄소 결합의 연소입니다. 실제로, 세포 내에서 당의 탄소 결합이 끊어지는 것은 연소의 한 형태이며, 원한다면 제어 된 화상입니다. 말만하면됩니다.
답변
세포 호흡은 필요하지 않습니다. 발효는 산소의 존재에 의존하지 않기 때문에 훨씬 더 다양합니다. 전자 수용체가 무엇인지에 따라 다양한 유형의 호흡이 있습니다. 오늘날 산소 기반 호흡은 산소가 거의 어디에나 있기 때문에 가장 일반적입니다. 호흡은 발효가 제공하는 것보다 설탕 분해로 인한 수확량이 훨씬 더 많기 때문에 유용합니다. 호흡은 필요와는 거리가 멀지 만 산소가 존재할 때 선호되는 대사 경로입니다.
호흡은 현대의 산소 조건에서 밀접하게 협력하기 때문에 종종 광합성과 비교됩니다. 광합성 없이는 수소 공급원이없고 호흡 없이는 광합성이 모든 CO2를 소비하므로 탄소 공급원은 없습니다. 정말로 가장 중요한 것이 무엇인지 알아 보려면 진화를 살펴보고 그 둘의 기원을 확인해야합니다.
초기 생명에 대한 두 가지 공통된 믿음이 있습니다. 그것은 열수 통풍구에서 시작되었다는 것입니다. 최초의 산소는 시아 노 박테리아에 의해 생성되었습니다. 이 두 가지 신념은 아마도 잘못되었을 것입니다. 대기 중에 산소가 존재하기 전에 에너지 대사는 전혀 문제가되지 않았습니다. 내부 지구에서 흘러 나온 수소는 바다를 수소로 채웠습니다. 인산염 외에 수소와 CO2의 조합은 해당 과정과 에너지 (메탄을 형성함으로써)의 주요 원천이었습니다. 그리고 바다를 가득 채운 암모니아와 함께 RNA의 원천도 제자리에있었습니다. 수소 (및 CO2)가 배출구를 통해 들어 왔음에도 불구하고 생명체는 인산염 공급원 근처에서 시작되었을 수 있습니다.
산소는 처음에는 수소가 공간으로 손실되어 생성되었을 것입니다. 물이 상부 대기에서 분리되면 수소 손실은 산소를 생성합니다. 산소가 수소를 파괴했기 때문에 이것은 생명에 대한 진정한 도전이었습니다. 호흡이이 문제의 해결책이었습니다. 광합성의 필요성은 너무 많은 수소를 파괴 할 정도로 산소 수준이 커졌을 때만 발생했습니다.
약 23 억년 전에 최초의 자유 산소를 생성 한 것이 시아 노 박테리아라는 오해는 다음과 같은 과소 평가에 근거합니다. 산소 공급원으로서 공간으로의 수소 손실. 오늘날 우리는 매초 3kg의 수소가 우주 공간으로 손실된다는 것을 알고 있습니다. 그 속도로 대기를 산소로 채우는 데 14 억 년이 필요했기 때문에 이것이 대기 산소의 유일한 공급원이 아님이 분명합니다. 1970 년대에는 수소 손실이 5 ~ 10 배 더 작다고 주장하는 과학자들이있었습니다.
광합성이 산소의 주요 공급원 이었음에 틀림 없다는 생각도 역사적으로 매우 유명해졌습니다. 이 아이디어의 문제점은 산소가 대기 중에 나타나기 시작했을 때 그럴 필요가 없다는 것입니다. 자유 산소 이전에는 생명을위한 충분한 자유 수소가있었습니다.
자연스러운 이유없이 James Lovelock은 Lynn Margulis와 협력하여 또 다른 목적 론적 설명을 제안했습니다. 그들의 견해에 따르면 가이아는 진화를 제어하고 남조류가 산소를 생성하도록 만들었으며, 10 억년 후 산소 수준이 증가하여 다세포 생물이 선호되는 솔루션이되었습니다. 따라서이 설명은 즉각적인 필요가 아니라 먼 미래의 가능성에 근거한 것입니다. 아리스토텔레스는 최종 목표가 인간을 만드는 것이었을 때 필요한 것이 무엇인지 설명하기 위해 목적론을 사용했습니다. 이것을 보는 또 다른 방법은 Lovelock / Margulis 설명이 전체 론적이지만 내 것은 환원 론적이라는 것입니다.Margulis는 환원주의가 전적으로 물리와 화학의 법칙에 기초하고 있기 때문에 비판했습니다. 내 관점에서 볼 때 진화를 이해하는 데 마법의 힘이 필요하지 않고 (신) 다윈의 메커니즘 만 필요하다는 것이 나의 견해입니다.
대기 산소 이전의 광합성의 또 다른 문제는 UV 복사입니다. 상부 수층에만 충분한 빛이 있었지만 오존층이 생성되기 전에 여기에는 유해한 UV 방사선이 너무 많이있었습니다.
수 소원이 필요하지 않았지만 빛은 유용한 에너지 원이었습니다. . 그러나 빛에서 에너지를 사용하는 것이 수 소원으로 사용하는 것보다 훨씬 쉽습니다. 따라서 첫 번째 광활성은 대사 반응을 유도하기위한 추가 에너지 원으로 사용되었으며 막성 로돕신을 기반으로했습니다. 이 메커니즘은 필요에 의해 진화 된 것이 아니라 기회 주의적 추가 에너지 원으로 진화했습니다.
수소 손실이 산소 공급원에 대해 훨씬 더 나은 아이디어 인 몇 가지 다른 이유가 있습니다. 대부분의 자유 산소는 탄소, 질소, 황 및 철을 산화시키는 데 사용되었습니다. 모든 산소가 광합성에 의해 생산 되었다면 지난 5 억년 동안뿐만 아니라 지난 20 억년 동안이 생산의 흔적이 있었을 것입니다. 그러나 석유 및 석탄 매장지는 모두 지난 5 억 년 동안 축적 된 것입니다. 그리고 유기물이 묻혀있을 때 산소의 순 생산 만이 있습니다.
산화 된 철의 양은 현재 대기의 최소 200 배에 해당하는 산소가 생산 된 반면 석탄과 석탄의 양은 기름은 훨씬 적습니다. 현재 산소 대기의 거의 300 배에 해당하는 수소 손실로 인해 해양의 1/5 이상이 사라진 것으로 나타났습니다. 이는 우주로의 수소 손실이 오늘날보다 훨씬 더 많음을 의미합니다. 그것은 매우 논리적입니다. 대기의 산소 수준이 낮은 수준 ( \%)으로 유지되는 한 성층권 원자 산소 층은 오늘날보다 훨씬 얇았습니다. 따라서 전리층에서 물을 분리하여 생성 된 수소는 자유롭게 공간으로 이동할 수 있습니다.
호흡은 기회입니다. 유기체의 에너지 생산 효율을 향상시키기 위해 만들어졌습니다. 가장 길고 가장 복잡한 전자 수송 사슬은 가장 높은 에너지 수율을 제공합니다. 광합성은 수소의 필요성에 의해 주도됩니다. 수율은 전자 수송 사슬이 길고 복잡할수록 낮아집니다. 환원 전위가 낮은 전자 공여체가 산화로 인해 사용할 수 없게되었을 때 새로운 전자 공여체에 적용되는 광합성.
산화 된 형태의 황 (S)은 산소가 환원 된 변이체 (H2S)를 산화 할 때 사용할 수있게되었습니다. 비슷한 방식으로 산화철이 연속적으로 이용 가능해졌습니다. 이로써 호흡과 광합성이 연속적으로 이루어질 수 있지만 호흡이 먼저 이루어집니다. 오늘날에도 우리는 산화 호흡에서 철이 한때 종말점 이었음을 알 수 있습니다. 오늘은 중간 단계입니다. 호흡에 사용되는 메커니즘은 광합성 유기체에 의해 유전되었습니다.
오늘날 산소 상태에서 존재하는 거의 모든 유기체가 호흡하기 때문에 호흡 유기체의 예를 찾기가 매우 쉽습니다. 여기에는 모든 동물뿐만 아니라 모든 식물도 포함됩니다. 광합성은 낮 동안의 주요 대사이지만 밤에는 전혀 효과가 없습니다.
첫 번째 진핵 생물 이전, 즉 27 억년 전에 존재했던 단일 구획 유기체는 다른 것으로 믿어졌습니다. 박테리아의 종류. 가설은 가장 복잡한 에너지 대사를 가진 박테리아 인 시아 노 박테리아가 빠르면 27 억년 전에 시작되었다고 주장했습니다. 그리고 더 단순한 유기체는 36 억년 된 박테리아라고 주장되었습니다. 그러나이 유기체는 RNA 세계인“karyon”인 진핵 생물의 선구자였습니다. 박테리아는 훨씬 나중에 진핵 생물에 의해 고정 된 세포 소기관과 통근하는 세포 기관을 모두 만들 때 생성되었습니다. 후자의 일부는 숙주가 멸종되었을 때 박테리아가되었습니다. 나는 RNA 세계에서 진핵 생물로의 전환이 어떻게 일어 났는지 더 자세히 보여주었습니다.