{"id":5665,"date":"2017-09-09T08:26:40","date_gmt":"2017-09-09T06:26:40","guid":{"rendered":"http:\/\/naukowy.blog.polityka.pl\/?p=5665"},"modified":"2017-09-09T11:13:12","modified_gmt":"2017-09-09T09:13:12","slug":"czego-brakuje-pierwotnej-zupie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/2017\/09\/09\/czego-brakuje-pierwotnej-zupie\/","title":{"rendered":"Czego brakuje pierwotnej zupie"},"content":{"rendered":"

\"\"Wracaj\u0105c do (nie tak znowu) dawnych czas\u00f3w, przypominam sobie zaj\u0119cia z chemii w liceum. Jednym z zagadnie\u0144 postrzeganych przeze mnie jako dziwne by\u0142y elektrody i p\u00f3\u0142ogniwa. We\u017amy uk\u0142ad (np. wodny roztw\u00f3r albo roztw\u00f3r z zatopionym w nim kawa\u0142kiem metalu), w kt\u00f3rym znajduj\u0105 si\u0119 cz\u0105steczki b\u0105d\u017a jony danej substancji w stanie zredukowanym i utlenionym. Uczyli\u015bmy si\u0119, \u017ce mo\u017cna przypisa\u0107 mu si\u0142\u0119 elektromotoryczn\u0105 r\u00f3wn\u0105 E = Eo<\/sub> + RT\/nF * ln([Utl]\/[Red]), gdzie kolejne symbole po znaku r\u00f3wno\u015bci oznaczaj\u0105 standardowy potencja\u0142 p\u00f3\u0142ogniwa, sta\u0142\u0105 gazow\u0105, temperatur\u0119 (oczywi\u015bcie w kelwinach), ilo\u015b\u0107 wymienianych w reakcji redukcji-utleniania elektron\u00f3w, sta\u0142\u0105 Faradaya oraz st\u0119\u017cenia obu form danej substancji. Bardzo dziwne, nikomu niepotrzebne \u2013 my\u015bla\u0142o si\u0119.
\n
\nZ niczym si\u0119 to co\u015b nie wi\u0105za\u0142o. Cho\u0107 by\u0142o ciekawe. Jedn\u0105 z ciekawszych elektrod by\u0142a elektroda wodorowa. Form\u0105 zredukowan\u0105 by\u0142 wod\u00f3r cz\u0105steczkowy H2<\/sub> adsorbowany na platynie (tak si\u0119 to pisze? To naprawd\u0119 by\u0142o kilka lat temu). St\u0119\u017cenie tego wodoru jest mniej wi\u0119cej sta\u0142e, wi\u0119c potencja\u0142 p\u00f3\u0142ogniwa zale\u017cy tylko od st\u0119\u017cenia formy utlenionej H+<\/sup>. Fajnie. Podobno nawet to co\u015b komu\u015b do czego\u015b jest przydatne.<\/p>\n

Inna rzecz, o kt\u00f3rej uczy\u0142em si\u0119 w liceum, to teoria ewolucji. Du\u017co tej wiedzy nie by\u0142o, i to jeszcze g\u0142\u00f3wnie Darwin (starocie)<\/em>, poza ewolucj\u0119 biologiczn\u0105 si\u0119 nie wychodzi\u0142o. Ale sk\u0105d si\u0119 to ca\u0142e \u017cycie wzi\u0119\u0142o, nie m\u00f3wiono. Nie dlatego, \u017ce nauczyciel by\u0142 uprzedzony, bo nie by\u0142 (natomiast w klasie zawsze si\u0119 jaki\u015b kreacjonistyczny dziwak znajdzie, w ko\u0144cu ewolucja nie tworzy byt\u00f3w doskona\u0142ych :-)), po prostu ma\u0142o by\u0142o jeszcze wiadomo \u2013 sporo hipotez, ma\u0142o pewnej wiedzy. Je\u015bliby wtedy kto\u015b chcia\u0142 krytykowa\u0107 ewolucjonizm w imi\u0119 czego\u015b, doradzi\u0142bym mu uderzy\u0107 w\u0142a\u015bnie w powstanie \u017cycia. Teoria ewolucji (nie wiedzie\u0107 czemu w dobrych szko\u0142ach cz\u0119sto ucz\u0105 albo przynajmniej sugeruj\u0105, \u017ce jest tylko jedna :-)) tego nie wyja\u015bnia.<\/p>\n

Ewolucja chemiczna tego nie wyja\u015bnia\u0142a. Czyta\u0142o si\u0119 o pierwotnej zupie, w kt\u00f3rej miesza\u0142y si\u0119 wszystkie potrzebne sk\u0142adniki i przez miliardy lat mieszania mia\u0142y z nich powsta\u0107 substancje organiczne, co symulowano sztucznie w warunkach do\u015bwiadczalnych (eksperyment Millera-Ureya itd.). Potem t\u0142uszcze mia\u0142y gromadzi\u0107 si\u0119 razem (to akurat obserwuje si\u0119 i dzisiaj cz\u0119sto nie tylko w laboratorium, ale przy codziennych obowi\u0105zkach), a bia\u0142ka czy DNA mia\u0142y wle\u017a\u0107 do \u015brodka baniek t\u0142uszczu – i tak powsta\u0142a pierwotna kom\u00f3rka. Brzmi lepiej ni\u017c baraminy<\/em> i nieredukowalna z\u0142o\u017cono\u015b\u0107<\/em>, ale wielce zadowalaj\u0105ce to wyja\u015bnienie nie by\u0142o. Roi\u0142o si\u0119 wi\u0119c od r\u00f3\u017cnych hipotez wzbogacaj\u0105cych t\u0119 opowie\u015b\u0107. A to \u015bwiat RNA, a to stosy hydrofobowe, a to nie wiem, co jeszcze.<\/p>\n

Trwa\u0142em tak sobie w tej niewiedzy, a\u017c tu jaki\u015b rok temu kto\u015b z zaskoczenia mnie o\u015bwieci\u0142 (w tej jednej kwestii, w innych moja niewiedza utrzymuje si\u0119 nadal i mimo usilnych pr\u00f3\u015bb moich nie ma zamiaru mnie opu\u015bci\u0107 :-)). Oto wpad\u0142a mi w r\u0119ce ksi\u0105\u017cka londy\u0144skiego biochemika Nicka Lane\u2019a „Pytanie o \u017cycie”.<\/p>\n

Lane wyja\u015bnia po pierwsze, dlaczego pierwotna zupa nie mog\u0142a doprowadzi\u0107 do powstania \u017cycia mimo wszystkich niezb\u0119dnych sk\u0142adnik\u00f3w chemicznych. Aby to wyt\u0142umaczy\u0107, wr\u00f3\u0107my do liceum. Nauczy\u0142em si\u0119 tam, \u017ce reakcja chemiczna nie zachodzi ot tak: jakie\u015b substraty, jakie\u015b produkty, czary-mary, bach, zasz\u0142a. To, czy reakcja zajdzie \u0142askawie, jak by\u015bmy chcieli, czy mo\u017ce nie, wyznacza termodynamika.<\/p>\n

Og\u00f3lnie z fizyki wiadomo, \u017ce dany proces zachodzi, je\u015bli zwi\u0119ksza wielko\u015b\u0107 zwan\u0105 entropi\u0105, okre\u015blaj\u0105c\u0105 nieuporz\u0105dkowanie uk\u0142adu (m\u00f3wi\u0105c po ludzku, ka\u017cdy uk\u0142ad zmierza w stron\u0119 jak najwi\u0119kszego ba\u0142aganu). Entropia danego uk\u0142adu mo\u017ce si\u0119 zmniejszy\u0107, ale tylko kosztem entropii otoczenia (a wi\u0119c gdy chcemy gdzie\u015b posprz\u0105ta\u0107, cen\u0105 b\u0119dzie jeszcze wi\u0119kszy bajzel gdzie indziej). Wielko\u015bci\u0105 fizyczn\u0105 wi\u0105\u017c\u0105c\u0105 w sobie zmiany entropii uk\u0142adu i otoczenia, a wi\u0119c b\u0119d\u0105c\u0105 miar\u0105 mo\u017cliwo\u015bci zaj\u015bcia reakcji, jest entalpia swobodna, zwana potencja\u0142em Gibasa, oznaczana liter\u0105 G. Reakcja zachodzi przy ujemnej \u0394G, przy dodatniej te\u017c zachodzi, ale w drug\u0105 stron\u0119 (podzia\u0142 reagent\u00f3w na substraty i produkty jest w pewnym sensie umowny). Gdy \u0394G = 0, reakcja nie zachodzi (\u015bci\u015ble m\u00f3wi\u0105c, we wszystkich trzech przypadkach reakcja zachodzi w obie strony, chodzi o sumaryczny wynik, przy zerowej entalpii swobodnej reakcje zachodz\u0105ce w obie strony z t\u0105 sam\u0105 pr\u0119dko\u015bci\u0105 po prostu si\u0119 znosz\u0105).<\/p>\n

W przypadku reakcji chemicznej \u0394G = \u0394G0<\/sub> + RTlnQ, gdzie Q jest ilorazem iloczynu st\u0119\u017ce\u0144 produkt\u00f3w przez iloczyn st\u0119\u017ce\u0144 substrat\u00f3w, tymczasem standardowa entalpia swobodna \u0394G0<\/sub> = – RTlnK, gdzie K jest sta\u0142\u0105 reakcji, wyra\u017caj\u0105c\u0105 ten sam iloczyn w warunkach r\u00f3wnowagi. Wynika st\u0105d dosy\u0107 prosto, \u017ce w warunkach r\u00f3wnowagi (Q = K) reakcja nie zachodzi, bo \u0394G = 0 (troch\u0119 zapewne upraszam, ale w ko\u0144cu pisz\u0119, czego si\u0119 nauczy\u0142em w liceum). Mieszaj\u0105ca si\u0119 ze sob\u0105 przez miliony lat pierwotna zupa by\u0142a takim w\u0142a\u015bnie dobrze wymieszanym stanem r\u00f3wnowagi o zerowej entalpii swobodnej. \u017badne \u017cycie w niej powsta\u0107 nie mog\u0142o.<\/p>\n

Wi\u0119c jednak baraminy<\/em> i intelligent design<\/em>? Gdzie\u017cby znowu. Odpowied\u017a le\u017cy na dnie morza w okolicy zasadowych komin\u00f3w hydrotermalnych. Dostarczaj\u0105 one energii cieplnej i zwi\u0105zk\u00f3w chemicznych z g\u0142\u0119bi Ziemi. I r\u00f3\u017cnic w pH (jak sama nazwa wskazuje). W \u015bcianie komina znajduj\u0105 si\u0119 niekiedy niewielkie kom\u00f3rki skalne. Po obu stronach takiej p\u00f3\u0142przepuszczalnej kom\u00f3rki panuje r\u00f3\u017cne pH, co oznacza r\u00f3\u017cne st\u0119\u017cenie jon\u00f3w H+<\/sup> (pH, potentia hydrogenii<\/em>, to ujemny logarytm ich st\u0119\u017cenia: pH = – log[H+<\/sup>]).<\/p>\n

Wr\u00f3\u0107my do elektrod. R\u00f3\u017cne st\u0119\u017cenie H+ <\/sup>w s\u0105siaduj\u0105cych ze sob\u0105 roztworach oznacza sytuacj\u0119 analogiczn\u0105, jak w przypadku elektrody wodorowej (cho\u0107 nie ma tu wodoru cz\u0105steczkowego). Og\u00f3lnie r\u00f3\u017cnice w st\u0119\u017ceniu rozpuszczonej substancji przek\u0142adaj\u0105 si\u0119 na istnienie potencja\u0142u (zwanego protonowym, bo H+<\/sup> to pojedyncze protony). Jest jeszcze inny (jeden z wielu<\/em>) wz\u00f3r na entalpi\u0119 swobodn\u0105: \u0394G = – nFE. Czary-mary \u2013 i mamy entalpi\u0119 swobodn\u0105.<\/p>\n

Od kom\u00f3rek skalnych, w kt\u00f3rych zachodz\u0105 bez \u017cadnego enzymu wszystkie reakcje cyklu Krebsa (czemu kreacjoni\u015bci podaj\u0105 go ci\u0105gle jako przyk\u0142ad nieredukowalnej z\u0142o\u017cono\u015bci, skoro zachodzi on bez najmniejszego wsparcia jakiegokolwiek \u017cycia?<\/em>), do kom\u00f3rek z b\u0142on\u0105 biologiczn\u0105 ju\u017c niedaleko. Ka\u017cda wsp\u00f3\u0142czesna kom\u00f3rka utrzymuje si\u0119 przy \u017cyciu i czerpie energi\u0119 w\u0142a\u015bnie z r\u00f3\u017cnicy potencja\u0142u. Zaopatruj\u0105ce nas w energi\u0119 mitochondria s\u0105 otoczone dwoma b\u0142onami, pomi\u0119dzy kt\u00f3rymi znajduje si\u0119 obszar o wysokim st\u0119\u017ceniu H+<\/sup>. Utlenianie cukr\u00f3w czy t\u0142uszcz\u00f3w powoduje w ostateczno\u015bci w\u0119dr\u00f3wk\u0119 elektron\u00f3w przez \u0142a\u0144cuch bia\u0142ek b\u0142onowych pompuj\u0105cych H+<\/sup> do tego obszaru. Uciekaj\u0105ce z niego kationy wodoru nap\u0119dzaj\u0105 syntez\u0119 wysokoenergetycznego zwi\u0105zku ATP (to proces zmniejszaj\u0105cy entropi\u0119; by zaszed\u0142, trzeba go powi\u0105za\u0107 z procesem o du\u017cym wzro\u015bcie entropii, np. powrotem jon\u00f3w z obszaru o du\u017cym st\u0119\u017ceniu do obszaru o ma\u0142ym st\u0119\u017ceniu). Wszyscy \u017cyjemy dzi\u0119ki potencja\u0142owi protonowemu.<\/p>\n

Ko\u0144cz\u0105c, przez te kilka lat od mojej bytno\u015bci w liceum nauka si\u0119 rozwin\u0119\u0142a. Jednak wyniesiona ze szko\u0142y wiedza, kt\u00f3ra wtedy wydawa\u0142a si\u0119 z niczym niepowi\u0105zana, pozwoli\u0142a mi lepiej zrozumie\u0107 hipotez\u0119, kt\u00f3r\u0105 stworzono lata p\u00f3\u017aniej. Dzi\u0119ki za to dawnej szkole, przechodz\u0105cej w\u0142a\u015bnie do historii. Mimo wszystkich wad tamtego systemu edukacji – fajnie w niej by\u0142o.<\/p>\n

Marcin Nowak<\/strong><\/p>\n

Bibliografia<\/h3>\n

Nick Lane: Pytanie o \u017cycie. Pr\u00f3szy\u0144ski i S-ka. Warszawa, 2016. ISBN 978-83-8069-275-6<\/p>\n

fot. Ewan Munro<\/a>, licencja CC BY-SA 2.0<\/a>)<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Wracaj\u0105c do (nie tak znowu) dawnych czas\u00f3w, przypominam sobie zaj\u0119cia z chemii w liceum. Jednym z zagadnie\u0144 postrzeganych przeze mnie jako dziwne by\u0142y elektrody i p\u00f3\u0142ogniwa. We\u017amy uk\u0142ad (np. wodny roztw\u00f3r albo roztw\u00f3r z zatopionym w nim kawa\u0142kiem metalu), w kt\u00f3rym znajduj\u0105 si\u0119 cz\u0105steczki b\u0105d\u017a jony danej substancji w stanie zredukowanym i utlenionym. Uczyli\u015bmy si\u0119, […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[241,2],"tags":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/5665"}],"collection":[{"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=5665"}],"version-history":[{"count":4,"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/5665\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":5671,"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/5665\/revisions\/5671"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=5665"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=5665"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=5665"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}