Мы привыкли думать о кислороде как о жизни, о пропитании, буквально как о глотке свежего воздуха. Но на самом деле это крайне реактивный элемент. Каждый, кто видел, как горит костер, знает: кислород — это не просто газ, а мощный окислитель, способный превращать древесину в пепел. Так почему же столь многие формы жизни выбрали именно его для дыхания?

Кислород — король метаболизма

Существуют тысячи биохимических путей, поддерживающих жизнь, но, как отмечает геобиолог Дональд Кэнфилд из Университета Южной Дании, практически все эукариоты (организмы с клеточными ядрами) и множество прокариот (безъядерных форм жизни) используют кислород.

Речь в первую очередь о гетеротрофах — существах, включая человека, которые получают энергию, расщепляя органику. Однако не все организмы так устроены. Например, растения берут углерод из CO₂, а энергию — от солнца.

Как кислород «качает» энергию

Гетеротрофы извлекают энергию, отбирая электроны у молекул пищи. Эти электроны путешествуют по электрон-транспортной цепи в митохондриях, создавая крошечный электрический ток. Кислород, благодаря своей высокой электроотрицательности, становится идеальным «финишером» — он забирает электроны и протоны, превращаясь в воду.

Этот процесс работает как микроскопическая ГЭС: протоны накапливаются по одну сторону мембраны, а затем, протекая через специальные белки (например, АТФ-синтазу), запускают синтез аденозинтрифосфата (АТФ) — универсальной энерговалюты клетки.

Почему не хлор или фтор?

Кислород — не единственный возможный акцептор электронов. Жизнь могла бы использовать сульфаты, нитраты или даже железо, но ни один из них не дает столько энергии.

Теоретически, фтор и хлор могли бы превзойти кислород по эффективности. Однако, как объясняют исследователи в журнале Astrobiology, фтор при контакте с органикой просто взрывается, а хлор слишком токсичен. Кислород же, хоть и реактивен, образует лишь воду и CO₂ — безопасные отходы.

Почему не азот?

Азот составляет 78% атмосферы, но его молекула (N₂) обладает тройной связью, которую крайне сложно разорвать. Хотя некоторые бактерии (например, азотфиксаторы) научились это делать, процесс требует огромных затрат энергии. Кислород же, благодаря особенностям квантовой физики, накапливается в атмосфере, но при этом легко вступает в реакции, когда это нужно.

Золотая середина

Кислород идеально балансирует между:

• Реакционной способностью (но без взрывчатости фтора).
• Доступностью (благодаря фотосинтезу).
• Безопасностью (нет токсичных побочных продуктов).

Он словно создан для жизни — и, возможно, именно поэтому на других планетах его присутствие считается ключевым признаком возможной биосферы.

Но что, если где-то во Вселенной существуют формы жизни, нашедшие иной путь? Могла ли эволюция создать альтернативные биохимические системы, основанные, например, на сере или метане? Это уже тема для другого обсуждения…