چرا تمامی اشکال حیات به اکسیژن وابسته هستند؟

نیتروژن تقریبا 78 درصد جو زمین را می‌سازد. پس چرا بیشتر اشکال زندگی اکسیژن تنفس می‌کنند؟

ما به اکسیژن به عنوان زندگی، معاش و تنفس هوای تازه می اندیشیم. اما اکسیژن به واقع ماده ای بسیار فعال و واکنش دهنده است. هر کس که سوختن یک تکه چوب در هوای آزاد را دیده باشد بر این نکته واقف است. اما چرا بیشتر اشکال حیات اکسیژن تنفس می‌کنند؟

شاید هزاران نوع واکنش سوخت و ساز یا متابولیسم وجود دارد که نگهدارنده زندگی هستند. تقریبا تمامی یوکاریوت ها، موجوداتی که سلولهای آنها دارای هسته هستند، و تعداد زیادی از پروکاریوتها (موجوداتی با سلول فاقد هسته) از اکسیژن استفاده می‌کنند.

در اینجا درباره هتروتروفها صحبت می کنیم، سازواره هایی شامل انسانها که مواد غذایی خود را از طریق مصرف سایر مواد آلی بدست می‌آورند. در طرف مقابل اتوتروفها مانند گیاهان سبز هستند که کربن مورد نیاز خود را از دی اکسید کربن هوا بدست می آورند.

هتروتروفها ماده آلی موجود در غذا را با گرفتن الکترونهای مولکول آنها تجزیه می کنند. این الکترونها در غشای میتوکندری، اندامک مسئول تنفس سلولی، از آنزیمی به آنزیم دیگر عبور می کنند و یک جریان کوچک ایجاد می کنند که پروتونها را از غشای اندامک عبور می دهد. اکسیژن با الکترونگاتیوه بالای خود به عنوان ایستگاه پایانی در این زنجیره انتقال الکترون عمل می کند و با پذیرش الکترونها و گرفتن دو پروتون، یک مولکول آب تشکیل می دهد.

این فرایند منبعی از پروتونها ایجاد می کند که از طریق یک کانال پروتئینی در غشا جریان یافته و مانند یک سد برقابی کوچک عمل می کنند. و هماند یک توربین، پروتئین انرژی را به شکل مولکول آدنوزین تری فسفات (ATP)  سنتز می کند. سپی سلول می تواند از این بسته های انرژی استفاده کرده یا آنها را به سایر نقاط کالبد بفرستد تا کارهای مختلف متابولیسم انجام شود.

حیات می تواند از پذیرنده های الکترون دیگری مانند سولفات، نیترات و آهن نیز استفاده کند اما اکسیژن عالی ترین الکترون خواه موجود است. تنها فلوئور می تواند سطوح بالاتری از انرژی فراهم کند لیکن فلوئور در تماس با ماده آلی بطور انفجاری عمل می‌کند و قابل تنفس نیست. این ماده سمی نیز هست. تنفس هوازی هیچ ماده سمی تولید نمی کند و محصول آن آب و دی اکسید کربن است. اما اکسیژن می تواند اجزای سلولی هم مانند DNA را تخریب کند. به همین دلیل آنتی اکسیدانها برای سلامتی مناسب هستند.

بنابراین اکسیژن مناسب ترین ماده برای جذب الکترون مواد آلی و شکستن آنهاست. در طول تکامل حیات، برخی سلولها دارای قابلیت فتوسنتز شده و بر میزان اکسیژن هوا افزوده اند. مقدار اکسیژن اتمسفر در سالهای نخستین پیدایش حیات بر روی زمین تنها 0.001 درصد بوده ولی با ظهور سیانوباکتری های دارای قابلیت فتوسنتز به تدریج فزونی گرفته تا به میزان کنونی، یعنی 21 درصد هوای موجود برسد.

منبع: 

https://www.livescience.com/chemistry/why-does-nearly-all-life-breathe-oxygen