Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлено из Organic life )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для музыкальной группы см. Углеродные формы жизни .
Смотрите также: организм и жизненная форма
Структура Льюиса из углеродного атома, показывающий его четыре валентных электронов

Углерод является основным компонентом всей известной жизни на Земле , составляя примерно 45–50% всей сухой биомассы . [1] Углеродные соединения встречаются на Земле в большом количестве. Сложные биологические молекулы состоят из атомов углерода, связанных с другими элементами , особенно с кислородом и водородом, а также часто с азотом , фосфором и серой (все вместе известные как CHNOPS ).

Поскольку он легкий и относительно небольшой по размеру, ферменты легко могут манипулировать молекулами углерода . [ необходима цитата ] В астробиологии часто предполагается, что если жизнь существует где-то еще во Вселенной , она также будет основана на углероде. [2] [3] Критики называют это предположение углеродным шовинизмом . [4]

Характеристики [ править ]

Углерод способен образовывать огромное количество соединений , больше, чем любой другой элемент, с почти десятью миллионами соединений, описанными на сегодняшний день [5], и тем не менее это число составляет лишь долю от числа теоретически возможных соединений при стандартных условиях. Огромное разнообразие углеродсодержащих соединений, известных как органические соединения , привело к различию между ними и соединениями, не содержащими углерод, известными как неорганические соединения . Раздел химии, изучающий органические соединения, известен как органическая химия .

Углерод - 15-й элемент земной коры по распространенности и четвертый элемент во Вселенной по массе после водорода , гелия и кислорода . Широкое распространение углерода, его способность образовывать стабильные связи с множеством других элементов и его необычная способность образовывать полимеры при температурах, обычно встречающихся на Земле, позволяют ему служить общим элементом для всех известных живых организмов. В исследовании 2018 года было обнаружено, что углерод составляет около 550 миллиардов тонн всего живого на Земле. [6] [7] Это второй по содержанию элемент в организме человека.по массе (около 18,5%) после кислорода. [8]

Наиболее важные характеристики углерода как основы химии жизни заключаются в том, что каждый атом углерода способен образовывать до четырех валентных связей с другими атомами одновременно, и что энергия, необходимая для образования или разрыва связи с атомом углерода, составляет подходящий уровень для создания больших и сложных молекул, которые могут быть как стабильными, так и реактивными. [ необходима цитата ] Атомы углерода легко связываются с другими атомами углерода; это позволяет создавать макромолекулы и полимеры произвольной длины в процессе, известном как катенация . [ необходима цитата ]«То, что мы обычно называем« жизнью », основано на цепочках атомов углерода с несколькими другими атомами, такими как азот или фосфор», - согласно Стивену Хокингу в лекции 2008 года, «углерод [...] имеет богатейший химический состав. . " [9]

Норман Горовиц был главой отдела биологических наук Лаборатории реактивного движения во время первой американской миссии Viking Lander в 1976 году по успешной посадке беспилотного зонда на поверхность Марса . Он считал, что огромная универсальность атома углерода делает его элементом, который, скорее всего, предоставит решения, даже экзотические, для проблем выживания на других планетах. [10] Однако результаты этой миссии показали, что Марс в настоящее время крайне враждебен углеродной жизни. Он также считал, что в целом существует лишь отдаленная возможность того, что неуглеродные формы жизни смогут развиваться с помощью систем генетической информации, способных к самовоспроизведению и адаптации.

Ключевые молекулы [ править ]

Наиболее известные классы биологических макромолекул, используемых в фундаментальных процессах живых организмов, включают:

  • Белки , которые являются строительными блоками, из которых построены структуры живых организмов (сюда входят почти все ферменты , которые катализируют органические химические реакции).
  • Нуклеиновые кислоты , несущие генетическую информацию
  • Углеводы , которые хранят энергию в форме, которая может быть использована живыми клетками.
  • Липиды , которые также накапливают энергию, но в более концентрированной форме, и которые могут накапливаться в течение длительного времени в организме животных.

Другие кандидаты [ править ]

Существует не так много других элементов, которые представляются многообещающими кандидатами на поддержку биологических систем и процессов так же фундаментально, как углерод, например, такие процессы, как метаболизм . Наиболее часто предлагаемая альтернатива - кремний . [11] Кремний разделяет группу в периодической таблице с углеродом, также может образовывать четыре валентные связи , а также легко связывается с самим собой, хотя обычно в форме кристаллических решеток, а не длинных цепочек. [ необходима цитата ] Несмотря на эти сходства, кремний значительно более электроположителен, чем углерод, и соединения кремния не так легкорекомбинировать в разные перестановки таким образом, чтобы правдоподобно поддерживать реалистичные процессы. [ необходима цитата ]

Художественная литература [ править ]

Спекуляции о химической структуре и свойствах гипотетической неуглеродной жизни были постоянной темой в научной фантастике . Кремний часто используется в качестве заменителя углерода в вымышленных формах жизни из-за его химического сходства. В кинематографической и литературной фантастике, когда созданные человеком машины переходят от неживого к живому, эта новая форма часто представляется как пример жизни, не связанной с углеродом. С момента появления микропроцессоров в конце 1960-х такие машины часто классифицируются как «кремниевые». Другие примеры вымышленной «жизни на основе кремния» можно увидеть в эпизоде ​​«Дьявол в темноте» из Star Trek: The Original Series , в котором биохимия живого каменного существа основана на кремнии,И вЭпизод Секретных материалов "Firewalker", в котором организм на основе кремния обнаружен в вулкане.

В экранизации фильма Артура Кларка «2010» (1984) персонаж утверждает: «Основаны ли мы на углероде или на кремнии, не имеет принципиального значения; к каждому из нас следует относиться с должным уважением». [12] Эта цитата может быть основой острой шутки Стива Джобса , когда он представил Carbon в Mac OS X , [13] «Углерод. Все формы жизни будут основаны на нем». [ сомнительно - обсудить ]

См. Также [ править ]

  • Гипотетические типы биохимии
  • CHONPS , A Мнемоника акроним для заказа из наиболее распространенных элементов в живых организмах: гр Арбоне, ч ydrogen, о xygen, н itrogen, р hosphorus и сек ulfur

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Справочник знаний для национальных оценок лесов - моделирование для оценки и мониторинга» . www.fao.org . Проверено 20 февраля, 2019 .
  2. ^ «Астробиология» . Кабинет биологии. 26 сентября 2006 . Проверено 17 января 2011 .
  3. ^ «Полициклические ароматические углеводороды: интервью с доктором Фаридом Саламой» . Журнал астробиологии . 2000. Архивировано из оригинала на 2008-06-20 . Проверено 20 октября 2008 .
  4. ^ Дорогой, Дэвид. «Углеродная жизнь» . Энциклопедия жизни . Проверено 14 сентября 2007 года .
  5. ^ «Существует около десяти миллионов известных углеродных соединений, многие тысячи из которых жизненно важны для органических и жизненных процессов». Химические операции (15 декабря 2003 г.). «Карбон» . Лос-Аламосская национальная лаборатория. Архивировано из оригинала на 2008-09-13 . Проверено 9 октября 2008 .
  6. ^ Бар-Он, Йинон М .; Филлипс, Роб; Майло, Рон (21 мая 2018 г.). «Распределение биомассы на Земле» . Труды Национальной академии наук . 115 (25): 6506–6511. DOI : 10.1073 / pnas.1711842115 . PMC 6016768 . PMID 29784790 .  
  7. ^ редактор, Damian Carrington Environment (21 мая 2018 г.). «Люди всего 0,01% всего живого, но уничтожили 83% диких млекопитающих - исследование» . Хранитель . Проверено 20 февраля 2019 г. - через www.theguardian.com.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов ( ссылка )
  8. ↑ Рис, Джейн Б. (31 октября 2013 г.). Кэмпбелл Биология (10-е изд.). Пирсон . ISBN 9780321775658.
  9. ↑ Стивен Хокинг (1 октября 2008 г.). «Жизнь во Вселенной, празднование 50-летия НАСА» . НАСА . Проверено 28 августа 2015 года .
  10. Перейти ↑ Horowitz, NH (1986). Утопия и Бэк и поиск жизни в солнечной системе. Нью-Йорк: WH Freeman and Company. ISBN 0-7167-1766-2 
  11. Перейти ↑ Pace, NR (2001). «Универсальный характер биохимии» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (3): 805–8. Bibcode : 2001PNAS ... 98..805P . DOI : 10.1073 / pnas.98.3.805 . PMC 33372 . PMID 11158550 .  
  12. ^ «2010: Цитаты» . IMDb . Проверено 26 июля 2017 года .
  13. ^ "WWDC '98" . NotesKey . 11 мая 1998 . Проверено 26 июля 2017 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • «Энциклопедия астробиологии, астрономии и космических полетов» . Проверено 14 марта 2006 .
  • «Школа химии Бристольского университета, Соединенное Королевство» .