Содержание
TJ
Офтоп
Александр Фаст
Несмертный Джо не единожды предупреждал нас, но даже его предупреждения оказались запоздалыми: вода нас давно поработила. Вкратце об основных процессах, происходящих в организме человека с участием воды — в новом материале Проекта Fleming.
Расхожее выражение «Человек на 80% состоит из воды» еще со школьных уроков биологии помнит каждый. Действительно, в составе тканей среднестатистического взрослого человека массой 70 килограммов содержится до 56 литров воды, и в воображении зачастую появляется образ тела человека как «вертикальной лужи».
На деле же вода замысловато вплетается во все процессы жизнедеятельности и обеспечивает огромное количество химических процессов внутри тела, поэтому считать организм пассивным вместилищем для воды как минимум некорректно. Какую же роль играет это незамысловатое соединение в физиологии человека?
Правильно переносить
Начнем с очевидного: вода – это основной компонент жидкой части крови, и это отнюдь не случайно.
Живой организм и человеческое тело в частности представляет собой сложный комплекс органов и систем, взаимосвязь между которыми осуществляется с помощью нервной и эндокринной системы. Регуляция с помощью желез внутренней секреции при этом требует наличия эффективного переносчика молекул от железы к органу-исполнителю.
Рассмотрим несложный пример: адреналин, выработанный в коре надпочечников сам по себе не вызывает характерных эффектов, ведь для реализации передаваемой этой молекулой информации необходимо взаимодействие с рецепторами на поверхности клетки, которая и даст тот или иной физиологический ответ. Плазма крови, а точнее, вода в ее составе, в данном случае становится идеальным средством доставки сигнальной молекулы к органу-мишени, поскольку она является химически нейтральным веществом и не видоизменяет конфигурацию молекулы, имеющую в данном случае принципиальное значение.
Впрочем, вода способна переносить не только сигнальные молекулы. Фильтрация крови, происходящая в почках, подобна пропусканию воды через крупное сито: крупные элементы плазмы, такие как белки, задерживаются на мембране почечного клубочка и возвращаются в кровоток, а мелкие молекулы свободно проникают через этот барьер.
В данном случае вода плазмы крови – это «транспорт» для токсических продуктов обмена. Например, таким образом мелкая, но очень опасная молекула аммиака выводится из организма, не успевая накопиться и нанести ущерб, в первую очередь, нервной системе.
С точки зрения биохимии, весь процесс жизнедеятельности можно трактовать как каскад разнообразных реакций, непрерывно текущих в органах и тканях. Какую же роль играет вода в обменных процессах, обеспечивающих нашу жизнь? Всё дело в том, что химические превращения, постоянно протекающие внутри клетки, за редким исключением, протекают только в водной среде. В силу особенностей своего строения молекула воды является полярной, что обусловливает ее хорошую способность растворять полярные вещества.
В быту эту особенность воды можно проиллюстрировать простейшим химическим опытом – добавить в воду ложку поваренной соли, и мелкие белые кристаллы исчезнут буквально на глазах. Таким же образом вода растворяет кислоты и щелочи, которыми по химической природе и является большинство соединений, входящих в состав тканей и органов.
Природа процесса растворения заключается в том, что гидрофильная молекула в водной среде распадается на ионы, а подавляющее большинство органических веществ становится активным именно в виде иона. Таким образом, наличие воды является важнейшим условием для нормального протекания всех видов обмена веществ.
Давать энергию
Кроме того, вода обеспечивает, пожалуй, самую важную реакцию в цепи энергообмена: именно при взаимодействии с водой энергия химических связей преобразуется в энергию физическую. Универсальным энергоносителем во всех живых организмах является молекула под названием АТФ, которая в ходе гидролиза (т.е. реакции с водой) отдает энергию, заключенную в ней, таким образом обеспечивая протекание всех энергозатратных процессов внутри нашего тела.
Потеря большого количества воды в результате «сухого» голодания или некоторых заболеваний ведет в конечном итоге к снижению уровня энергетических процессов, угнетению жизненно важных функций в результате резкого дефицита энергии и скорой смерти.
Процесс усвоения пищи также не представляется возможным без воды, поскольку крупные молекулы, такие как белки или полисахариды, не могут проникнуть через слизистую оболочку кишечника в силу своих больших размеров. И только в водной среде, при участии ферментов, огромные молекулы пищевых веществ распадаются на аминокислоты, которые беспрепятственно проникают через эпителий кишечника и попадают в кровь, которая затем приносит эти вещества к органам и тканям.
Помимо важнейшей роли в биохимических процессах, вода также выполняет ряд важных физических функций. С этой точки зрения небезынтересным будет остановиться на теплоизоляционной функции воды. Известно, что если сообщить в водную среду определенное количество тепловой энергии, то вода будет отдавать тепло довольно долгое время. Человек успешно пользуется этой особенностью в быту: отопление квартир наиболее часто осуществляется с помощью радиаторов, в которые поступает горячая вода. Внутри человеческого тела протекает сходный процесс с той лишь разницей, что вода нагревается до 36-37 градусов Цельсия, и таким образом организм защищается от переохлаждения.
Сохранить структуру
Важно отметить также, что и сами внутренние органы, по сути, состоят из воды в различных ее видах. Клетки, составляющие рабочую ткань органа, заполнены жидкой средой – цитоплазмой, которая более чем на 90% состоит из воды. В цитоплазме каждой клетки непрерывно протекают каскады реакций, которые и обеспечивают правильное выполнение органом своей функции.
Отсюда следует несложный вывод: нет воды – нет химических превращений – нет функции органа – нет нормальной жизнедеятельности. Однако богатство функций воды в клетке не исчерпывается и этим. Помимо большого разнообразия химических свойств, этому веществу присуще также одна примечательная особенность – в жидком агрегатном состоянии в нормальных условиях воду практически невозможно сжать, и она определяет объем клетки, являясь ее гидростатическим скелетом.
Из вышеописанных свойств воды видно, что это вещество занимает одно из главенствующих мест в обеспечении нормальных физиологических процессов, и без воды жизнь была бы действительно невозможной.
Но это может обернуться и против живого организма. В силу различных причин самая распространенная жидкость человеческого тела способна накапливаться в тканях и тканевых пространствах, вызывая отеки. Практически каждый человек хоть раз в жизни наблюдал отеки век у себя или окружающих, но не всегда отеки столь безобидны. Например, отеки ног могут говорить о нарушениях со стороны сердечно-сосудистой системы, а некоторые виды отеков и вовсе опасны сами по себе. Скопление жидкости в плевральной полости угнетает дыхательную функцию, «поджимая» легкое снизу, что приводит к выключению альвеол из газообмена, а гидроцефалия, или водянка головного мозга, приводит к сдавлению рабочей ткани головного мозга и влечет за собой тяжелые нарушения со стороны центральной нервной системы.
Может показаться странным, но потребление воды само по себе может привести в отсутствие лечения к смертельной патологии, которая называется водным отравлением, и это отнюдь не отравление примесями, содержащимися в жидкой среде.
Суть этого процесса заключается в том, что при разовом потреблении большого (более 4 литров) количества воды почки перестают выполнять выделительную функцию в необходимом объеме, переставая справляться с огромным количеством жидкости, разбавляющим кровь. Тем временем, благодаря разности концентраций ионов внутри клеток и в составе разбавленных жидких сред организма, происходит разрыв клеточных мембран и массированное разрушение тканей организма, в том числе и красных кровяных телец, и одним из наиболее заметных признаков водного отравления является выделение большого количества мочи, подкрашенной гемоглобином в красный цвет. Больной при этом испытывает кислородное голодание, поскольку резко падает количество эритроцитов, выполняющих, как известно, функцию доставки кислорода к тканям.
Итак, вода, безусловно, является важнейшим веществом в составе организма человека, незаменимой жидкостью, альфой и омегой всех процессов жизнедеятельности, но при этом источник жизни при определенном стечении обстоятельств способен нанести организму тяжелейшие повреждения и значительно нарушить функции важнейших систем человеческого тела.
Неорганическая органика на Марсе | Наука и жизнь
На поверхности марсианских минералов мог происходить синтез органических соединений.
Из более чем 60 тысяч известных на сегодняшний день метеоритов около двух сотен прилетело на нашу планету с Марса. Установить точную «станцию отправления» удалось путём сравнения изотопного и элементного состава метеоритов с данными, которые были получены марсоходами непосредственно на красной планете.
Однако исследователей чрезвычайно заинтересовало не только то, откуда прилетели метеориты, но и что они принесли с собой, и именно здесь таились основные вопросы. Оказалось, что в составе марсианских метеоритов присутствуют органические вещества, аналогом которых на Земле можно назвать кероген – сложную смесь полимерных органических соединений, встречающуюся в осадочных горных породах.
Изображение микроструктуры метеорита, образовавшейся при действии на минерал соляных растворов.
Получившиеся слои выступили в роли электродов, а в пространстве между ними могло происходить превращение углекислого газа в органические вещества. Фото: Andrew Steele, Carnegie Institution for Science.
Открыть в полном размере
‹
›
Первая выдвинутая гипотеза состояла в том, что органическая фаза в марсианских метеоритах имеет земное происхождение: всё-таки метеориты прилетают с других планет не герметично запакованные и вполне могут подцепить разной органики уже по прибытию на Землю. Но если для метеоритов, пролежавших в земле не одну тысячу лет, как в случае с метеоритом ALH84001, найденным в Антарктиде, это ещё и могло бы служить объяснением, то вот для совсем свежих космических тел с органикой «на борту» такие доводы звучат неубедительно. Решив, что органика имеет всё-таки марсианское происхождение, исследователи принялись выдвигать различные гипотезы, откуда она могла там появиться.
Естественно, что самая заманчивая из версий – это биогенное происхождение органических веществ.
Однако в случае с метеоритной органикой такая гипотеза не нашла обоснованного подтверждения: результаты разных исследований скорее указывали на небиологическое происхождение. Но вот каким именно образом образовывалась марсианская органика, до сих пор остаётся неразрешённым вопросом. Недавно исследователи из Института Карнеги и ряда других научных организаций опубликовали работу, в которой предложили электрохимическую гипотезу возникновения органических веществ на Марсе.
Предметом изучения стало пространственное расположение органической фазы и состав минералов в трёх марсианских метеоритах. Оказалось, что органические включения соседствуют с кристаллами таких минералов, как титано-магнетит, пирротин и пирит, при этом в них присутствуют области с повышенным содержанием окисленного железа. Это означает, что там могла проходить электрохимическая реакция.
Можно провести аналогию с тем, как происходит коррозия железа в морской воде, однако вместо окисления железа кислородом происходит восстановление молекул растворённого углекислого газа до простых органических соединений.
Ключевым моментом здесь служит очень близкое расположение граней минералов, которые выступают в роли микроэлектродов. Когда в пространство между минералами попадает жидкий электролит, то начинается электрохимическая реакция и между микроэлектродами может формироваться электрическое поле очень высокой напряжённости. В этих условиях могут протекать разнообразные химические реакции, которые невозможны в обычных условиях.
Такие минеральные «батарейки» могли выступить в роли естественных конвертеров углекислого газа в самые разнообразные органические молекулы. Обнаружение подобных механизмов может расширить наши представления о том, как могут формироваться химические «кирпичики», необходимые для зарождения жизни. Кстати говоря, процесс, эффективно превращающий углекислый газ в органику, например, с использованием солнечного света, мог бы очень пригодиться у нас на Земле для борьбы с надвигающимся глобальным потеплением.
По материалам Science Advances
Альтернативные формы жизни: Неорганическая
Современная наука дала много ответов о живых существах.
В ней также описано огромное количество жизненных процессов, но даже при этом остается парадокс в том, что у нас до сих пор нет окончательного ответа на вопрос: «что такое жизнь»?
- 1 Неконсервативное определение
- 2 Органическое, каким мы его знаем
- 3 А как насчет неорганического?
Неконсервативное определение
Основываясь на предыдущих знаниях, мы можем дать своего рода рабочее определение, которое будет гласить: жизнь является частью класса явлений, представленных упорядоченными и открытыми системами, способными уменьшать свою внутреннюю энтропию с помощью веществ или свободная энергия, полученная из окружающей среды, и являются непрерывными в том смысле, что могут создавать подобные, но независимые регулируемые системы.
Используя это довольно широкое, неконсервативное определение жизни в пограничных случаях, мы можем теоретически рассмотреть потенциальные альтернативные формы жизни, такие как различные типы неорганической, искусственной и бесклеточной жизни, а также потенциально самые ранние теоретические формы жизни на Земле, такие как РНК-жизнь, железо-серная жизнь и др.
В этом тексте мы остановимся на теоретическом рассмотрении существования неорганической жизни.
Органика, какой мы ее знаем
Жизнь, какой мы ее знаем на Земле, основана на сложных молекулах трехмерной структуры, ядром которых является атом углерода. Помимо углерода, три других элемента (водород, кислород и азот) также входят в состав молекул, важных для жизни, и составляют до 99% всех атомов живых клеток, а оставшийся 1% составляют 12 других химических элементов.
Мы называем эти соединения органическими, и во всех известных до сих пор живых существах они необходимы как структурно, так и функционально. Это единственная модель жизни, которую мы знаем, но большой вопрос, является ли она единственно возможной.
А как насчет неорганических?
Когда мы говорим о неорганической жизни, мы обычно имеем в виду жизнь, которая основана не на углероде, а на некоторых из потенциальных заменителей углерода, таких как кремний, фосфор и азот, или даже на более экзотических, таких как мышьяк, хлор и сера.
Однако здесь речь пойдет не о вышеупомянутых формах, а о возможности существования принципиально иных неорганических форм жизни, например жизни в межзвездной пыли.
А именно, группа ученых в составе специалистов Российской академии наук, Института Макса Планка из Германии и Института физики в Сиднее опубликовала в этом году работу под названием «От плазменных кристаллов и спиральных структур к неорганической живой материи», в которой рассматривается возможность жизни в некоторых формах, она может существовать в некоторых местах, которые с точки зрения жизни, какой мы ее знаем, очень негостеприимны.
Эта группа ученых исходила из предположения о возможности самоорганизации частиц пыли, взвешенных в плазме, которые аналогичны условиям в межзвездной пыли.
Предполагалось, что уровень организации частиц не будет особенно высоким, однако моделирование этих условий с помощью компьютерной модели показало, что частицы пыли в этих условиях самоорганизуются в микроскопически малые спиралевидные структуры, обладающие способностью размножаться , взаимодействуют с окружающей средой и эволюционируют в более стабильные формы.
Это может стать значительным шагом вперед в понимании феномена жизни и возможных принципов, на которых она может основываться, хотя это всего лишь компьютерная симуляция.
Смоделированные условия помимо сходства с условиями в межзвездной пыли очень похожи на условия, преобладавшие на нашей планете на ранних стадиях ее эволюции, что открывает возможность того, что на Земле могли развиться подобные структуры, представляющие некоторые типы форм для развития подобных органических молекул, какими мы их знаем сегодня.
Эти теоретические рассуждения вовсе не обязательно должны соответствовать реальной реальности, но они могут быть полезны астробиологам в качестве предупреждения при поиске жизни в космосе, так что давайте будем объективны.
Ученые делают первый шаг к созданию «неорганической жизни» — ScienceDaily
Новости науки
от исследовательских организаций
- Дата:
- 15 сентября 2011 г.
- Источник:
- Университет Глазго
- Резюме:
- Ученые в Шотландии говорят, что они сделали первые пробные шаги к созданию «жизни» из неорганических химических веществ, что потенциально определяет новую область «неорганической биологии».
- Поделиться:
ПОЛНАЯ ИСТОРИЯ
Ученые из Университета Глазго говорят, что они сделали первые пробные шаги к созданию «жизни» из неорганических химических веществ, что потенциально определяет новую область «неорганической биологии».
реклама
Профессор Ли Кронин, заведующий кафедрой химии Гардинера в Колледже науки и техники, и его команда продемонстрировали новый способ изготовления неорганических химических элементов или iCHELL.
Профессор Кронин сказал: «Вся жизнь на Земле основана на органической биологии (т. е. углерод в форме аминокислот, нуклеотидов, сахаров и т. д.), но неорганический мир считается неодушевленным.
«Кто мы попытка сделать это создать самовоспроизводящиеся, развивающиеся неорганические клетки, которые по существу были бы живыми. Вы могли бы назвать это неорганической биологией».0003
Клетки можно разделить путем создания внутренних мембран, которые контролируют прохождение через них материалов и энергии.
Это означает, что в одной и той же клетке можно изолировать несколько химических процессов, как в биологических клетках.
Исследователи говорят, что клетки, которые также могут накапливать электричество, потенциально могут быть использованы во всех видах приложений в медицине, в качестве датчиков или для ограничения химических реакций.
Исследование является частью проекта профессора Кронина, целью которого является демонстрация того, что неорганические химические соединения способны к самовоспроизведению и эволюции — так же, как это делают органические биологические клетки на основе углерода.
Исследования по созданию «неорганической жизни» находятся на самой ранней стадии, но профессор Кронин считает, что они вполне осуществимы.
Профессор Кронин сказал: «Главная цель состоит в том, чтобы сконструировать сложные химические клетки с жизнеподобными свойствами, которые могли бы помочь нам понять, как возникла жизнь, а также использовать этот подход для определения новой технологии, основанной на эволюции в материальном мире — своего рода неорганическая живая технология
«Бактерии — это, по существу, одноклеточные микроорганизмы, состоящие из органических химических веществ, так почему же мы не можем создавать микроорганизмы из неорганических химических веществ и позволять им развиваться?
«В случае успеха это дало бы нам невероятные открытия в области эволюции и показало бы, что это не просто биологический процесс.
Это также означало бы, что мы доказали бы, что неуглеродная жизнь может существовать, и полностью изменили бы наши представления об устройстве.»
Статья опубликована в журнале Angewandte Chemie .
изменить мир к лучшему: спонсируемая возможность
Источник истории:
Материалы предоставлены University of Glasgow . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.
Ссылка на журнал :
- Джеффри Дж. Т. Купер, Филип Дж. Китсон, Росс Винтер, Мишель Дзаньони, Де-Лян Лонг, Лерой Кронин. Модульные окислительно-восстановительные элементы для неорганических химических веществ: iCHELLs . Angewandte Chemie International Edition , 2011 г.; DOI: 10.1002/anie.201105068
Цитировать эту страницу :
- MLA
- АПА
- Чикаго
Университет Глазго.