Поехали!
Я тут поняла, что только устно умею быстро и красиво формулировать, особенно, когда под рукой листок с карандашом, и попутно можно рисовать всякие схемки. Письменно получается сложнее. Но я попробую.
Обещанный рассказ про фотосинтез.
Точнее, начало рассказа. Вводная часть, так сказать.
Итак, термин фотосинтез знаком практически любому человеку со школы. Ну, по крайней мере, все в курсе, что растения занимаются этим на солнышке, и что в результате получается кислород.
Отчасти, оба этих утверждения верны.
Помимо растений, к фотосинтезу ещё способны некоторые одноклеточные животные (например, эвглена зелёная), бактерии и археи (это такие организмы, которые очень похожи на бактерий, но не они.:))
На счёт второго пункта тоже всё не так однозначно. Например, существует так называемый аноксигенный фотосинтез, в результате которого кислород как раз вообще не выделяется. Но это всё лишние тонкости, которые нас сейчас совершенно не интересуют.
На самом деле, кислород - всего лишь побочный продукт реакций. Это уже потом, сильно позже по стреле эволюции, живые организмы научились использовать его в своих энергетических целях. По-началу же он был просто токсичным газом, неумолимо накапливающимся в первичной атмосфере Земли.
Основная же задача фотосинтеза - собрать глюкозу (органическое вещество) из углекислого газа и воды (неорганические вещества).
Есть же такое очень точное выражение: «собрать что-либо из говна и палок». То есть, в ситуации, когда ресурсов нет, или они крайне ограниченны, получить хороший результат, способствующий дальнейшему выживанию и решению насущных задач. Именно так можно описать главную причину появления этого процесса=)
Глюкоза - основная еда всех живых организмов, независимо от сложности их организации, из которой они могут получать энергию (вирусы не в счет - эти товарищи вообще находятся на границе между живым и не живым, поэтому на них многие правила не распространяются).
И эту еду надо где-то брать. Хорошо, когда она есть вокруг уже готовая и в больших количествах. А если её нет? А кушать хочется? Тогда что?
Начну совсем издалека.
Представьте себе:
Наша планета Земля только недавно остыла до приемлемой температуры, атмосферу составляют в основном водяные пары, водород, углекислый газ и небольшая примесь других веществ, типа сероводорода, аммиака и прочей пахучей прелести. Кислорода, заметьте, нет. Кругом творится полный армагеддон (хотя, по сути, скорее наоборот, но выглядит именно так): взрываются вулканы, космические лучи, радиация и ультрафиолетовое излучение пронизывают всё и всех, электрические разряды сотрясают пространство, метеориты врезаются в земную кору со страшной силой... Однако, бытует мнение, что именно такое дикое сочетание позволило появиться первым органическим веществам: кирпичиками для их постройки стали атмосферные газы, а энергия для скрепления этих кирпичиков в новых комбинациях поставлялась вышеописанными физическими процессами.
Это так называемый абиогенный синтез простейших органических мономеров.
(Гипотеза, кстати, была подтверждена экспериментально. Если будет интересно, расскажу отдельно. Там получались аминокислоты, кетоны, спирты, альдегиды - много чего).
Температура продолжает снижаться, водяные пары начинают конденсироваться на поверхности коры, и в этих вновь образованных лужицах и озерцах, постепенно увеличивающихся в объёме до Мирового океана, накапливаются эти самые органические мономеры. Они начинают взаимодействовать между собой и образовывать более сложные молекулы (американский ученый С. Фокс получил в лаборатории полипептиды - то есть белки - нагревая смесь аминокислот. И показал, что этот процесс был вполне возможен в условиях тех незапамятных времен.)
Получившиеся белки обладали различными свойствами и могли вступать друг с другом в многообразные реакции. Например, ускорять превращения одних веществ в другие или становиться матрицами для образования следующих молекул или даже самовоспроизводиться. Эти свойства и стали определяющими в вопросе развития жизни на нашей планете.
Помимо белков, в воде плавали и другие классы органических соединений. Нас особенно интересуют липиды.
Все же хоть раз мыли жирную сковородку без Фейри в прохладной воде где-нибудь на даче? Помните, что получается, если в этой уже отмокающей сковороде поболтать губкой? Растительное масло начинает плавать по поверхности кружочками разного диаметра, а в толще можно увидеть жирные пузырьки. Такое поведение обусловлено тем, что масло - это гидрофобное вещество. То есть, дословно, «боящееся воды». Ему очень не нравится соприкасаться с заряженными молекулами, из которых состоит вода, и оно всеми силами пытается свести это взаимодействие к минимуму. То есть, принимает форму шара.
И в процессе принятия этой формы, внутри может оказаться немножко жидкости.
Та же история наблюдалась в Мировом океане. В нем постоянно образовывались такие липидные пузырьки, в некоторые из которых попадала окружающая жидкость со смесью белков, углеводов и прочей органики.
Стойте-ка! Липидная мембрана, внутри самовоспроизводящиеся белки и вода. Ничего не напоминает? Очень похоже на прототип клетки!
А.И. Опарин и С. Фокс в своих экспериментах получили такие пузырьки (коацерваты), которые в ряде случаев обладали физико-химическими свойствами, достаточно близкими к клеточным. Но, конечно, к настоящим живым клеткам они имели примерно такое же отношение, как бумажный детский рисунок с домиком к 3D-модели небоскрёба с проработкой всех коммуникаций.
Эта теория возникновения жизни на Земле имеет массу слабых мест, но из всего, что есть - она самая последовательная. И именно её рассказывают детям в школе.
Учёные считают, что таким образом, в результате случайных процессов, около 4-3,5 млрд. лет назад в водной среде на нашей планете появились первые примитивные клетки.
Они питались теми органическими веществами, которые в огромном количестве были образованы в процессе вышеописанного армагеддона, а так же своими менее удачливыми собратьями, которые оказались меньше по размеру. Энергию они брали из процессов брожения, которым подвергалась съеденная органика.
Пришло время вводить специальные термины. Я честно попробую минимизировать их количество, но процесс может выйти из под контроля=)
Организмы, которые питаются готовыми органическими веществами называются гетеротрофами (трофос - питание, пища; гетеро - иной, различный).
А ещё первые клетки не использовали кислород для получения энергии (ха-ха-ха, потому что его еще не было!) поэтому они относятся к анаэробам (ан - отрицание, аэро - воздух, б - остаток от биос - жизнь. То есть, живущие без воздуха. И под воздухом тут имеется в виду кислород).
Развелось этих анаэробных гетеротрофов очень много: они весело поедали всё что плохо вокруг них лежало, простите, плавало, и с удовольствием размножались делением.
При таком неэкономном расходовании конечных ресурсов, рано или поздно должен был наступить из дефицит. Что, конечно же, и произошло. Есть стало практически нечего, а жить очень хотелось. И если готовую органику достать стало невозможно, то надо было её как-то себе самим сооружать из подручных средств. То есть, становиться автотрофами (авто - сам; трофос, как мы уже знаем, питание). Это подразумевает способность синтезировать органические вещества из неорганических, сначала с помощью окислительно-восстановительных реакций (так появились первые хемосинтезирующие бактерии), а потом уже с использованием света - вот он, фотосинтез!
И в следующей серии нашего знакомства с азами биологии, мы как раз и разберём, что, где, когда и почему происходит в процессе этого самого фотосинтеза.
З.Ы. на возникшие вопросы буду стараться отвечать в комментариях. По мере своих знаний и возможностей.