{"id":6243,"date":"2018-08-12T13:57:48","date_gmt":"2018-08-12T11:57:48","guid":{"rendered":"http:\/\/naukowy.blog.polityka.pl\/?p=6243"},"modified":"2018-08-14T07:55:04","modified_gmt":"2018-08-14T05:55:04","slug":"najwieksza-katastrofa-sinic","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/2018\/08\/12\/najwieksza-katastrofa-sinic\/","title":{"rendered":"Najwi\u0119ksza katastrofa sinic"},"content":{"rendered":"

\"\"Ostatnio du\u017co s\u0142yszy si\u0119 o sinicach, czyli cyjanobakteriach, jednokom\u00f3rkowych glonach, kt\u00f3re zakwit\u0142y w wodach Ba\u0142tyku. O ile stanowi on rzeczywiste zagro\u017cenie dla k\u0105pi\u0105cych si\u0119, jest niczym wobec dawnej najwi\u0119kszej katastrofy spowodowanej przez sinice.
\n
\n\u017bycie narodzi\u0142o si\u0119 prawdopodobnie w okresie pierwszego p\u00f3\u0142 miliarda lat po powstaniu Ziemi (kiedy\u015b o tym pisa\u0142em<\/a>). Jednokom\u00f3rkowce pocz\u0105tkowo zamieszkiwa\u0142y okolice zasadowych komin\u00f3w hydrotermalnych, z biegiem czasu zajmowa\u0142y coraz rozleglejsze nisze pradawnych ocean\u00f3w. Badania ska\u0142 wskazuj\u0105, \u017ce mi\u0119dzy 2,5 a 2 mld lat temu zasz\u0142o kolejne wa\u017cne wydarzenie, co wi\u0119cej, wydaje si\u0119, \u017ce spowodowa\u0142o je \u017cycie.<\/p>\n

Ju\u017c d\u0142ugo wcze\u015bniej, przynajmniej 3 mld lat temu, pojawi\u0142y si\u0119 organizmy czerpi\u0105ce energi\u0119 w nowy spos\u00f3b. Organizm taki pobiera energi\u0119 ze \u015bwiat\u0142a s\u0142onecznego. Posiada specjalne barwniki, zdolne przyj\u0105\u0107 kwant energii \u015bwietlnej (czyli foton) i przekaza\u0107 energi\u0119 dalej. Najgorzej nadaje si\u0119 do tego \u015bwiat\u0142o zielone, dlatego te\u017c promienie \u015bwietlne tej barwy s\u0105 odbijane i organizm wydaje si\u0119 nam zielony. Tak jak sinice (wida\u0107 to w\u0142a\u015bnie w czasie zakwit\u00f3w).<\/p>\n

Energia \u015bwietlna przekszta\u0142ca si\u0119 w chemiczn\u0105. Z\u0142o\u017cone kompleksy bia\u0142kowe przenosz\u0105 dalej elektrony \u2013 z definicji zachodz\u0105 reakcje utleniania-redukcji. Redukuje si\u0119 wod\u00f3r z wszechobecnej w \u015brodowisku cz\u0105steczki wody. W procesie bierze udzia\u0142 uniwersalny przeno\u015bnik zredukowanego wodoru \u2013 chemicy lubi\u0105 umieszcza\u0107 wod\u00f3r na metalach, jednak organizm z ich braku musi u\u017cy\u0107 czego\u015b znacznie bardziej skomplikowanego (w liceum uwielbia\u0142em t\u0119 nazw\u0119 \u2013 powt\u00f3rzmy j\u0105 szybko i z pami\u0119ci) \u2013 dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego, w tym wypadku w formie ufosforylowanej (po ludzku NADPH). To tzw. faza jasna. Nast\u0119pnie nast\u0119puje faza ciemna, w kt\u00f3rej NADPH redukuje dwutlenek w\u0119gla i redukuje go, przy\u0142\u0105czaj\u0105c go do cz\u0105steczki cukru. Potem to ju\u017c \u017conglerka zwi\u0105zk\u00f3w organicznych z grup\u0105 karbonylow\u0105 i licznymi hydroksylowymi, a\u017c do czego\u015b, co si\u0119 nadaje do przechowywania energii i spalania, kiedy b\u0119dzie potrzeba. W sumie zwie si\u0119 to fotosyntez\u0105.<\/p>\n

A wi\u0119c sinica pobiera wod\u0119 i dwutlenek w\u0119gla, produkuj\u0105c zwi\u0105zki organiczne. To nie wszystko. Reakcja redukcji nie mo\u017ce nigdy zachodzi\u0107 sama \u2013 zawsze towarzyszy jej utlenianie. Redukcja wodoru z cz\u0105steczki wody wi\u0105\u017ce si\u0119 z utlenianiem \u2013 w jego efekcie powstaje bardzo toksyczny gaz.<\/p>\n

Rozpatrzmy atom z 6. grupy g\u0142\u00f3wnej (czyli inaczej 16.) uk\u0142adu okresowego. Ma on sze\u015b\u0107 elektron\u00f3w na zewn\u0119trznej pow\u0142oce (walencyjnej): dwa na orbitalu s i cztery na orbitalach p (s2p4). Wedle tego, czego ucz\u0105 w szkole, potrzebuje on dw\u00f3ch elektron\u00f3w, by uzyska\u0107 oktet elektronowy, stabilny, symetryczny stan o niskiej energii, bez niesparowanych elektron\u00f3w. W rzeczywisto\u015bci sprawy nie maj\u0105 si\u0119 tak prosto. Nie ka\u017cd\u0105 cz\u0105steczk\u0119 da si\u0119 przedstawi\u0107 adekwatnie wzorem Lewisa, kt\u00f3rego ucz\u0105 w liceach.<\/p>\n

I jeszcze jedno: w szkole orbital przedstawiaj\u0105 cz\u0119sto jako taki balon, w kt\u00f3rym przebywaj\u0105 elektrony. \u015aci\u015blej m\u00f3wi si\u0119 o funkcji falowej, kt\u00f3rej kwadrat modu\u0142u wyznacza prawdopodobie\u0144stwo znalezienia elektronu w danym elemencie przestrzeni, jednak nam wystarczy przyj\u0105\u0107, \u017ce chodzi o t\u0119 cz\u0119\u015b\u0107 przestrzeni, gdzie prawdopodobie\u0144stwo znalezienia cz\u0105stki jest najwi\u0119ksze. Sp\u00f3jrzmy na poni\u017cszy rysunek.\"\"<\/a>Po bokach mamy wolne atomy. Elektrony zaznaczone s\u0105 jako \u017c\u00f3\u0142te strza\u0142ki. Zawsze zajmuj\u0105 one orbitale tak, by energia by\u0142a najmniejsza. Na rysunku im orbital (kolorowe kwadraty) le\u017cy ni\u017cej, tym ma ni\u017csz\u0105 energi\u0119. A wi\u0119c dwa elektrony siedz\u0105 na orbitalu s (jeden orbital mie\u015bci dwa elektrony o przeciwnych spinach, dlatego pierwsza strza\u0142ka skierowana jest w g\u00f3r\u0119, a druga w d\u00f3\u0142) \u2013 na rysunku zielonym. S\u0105 zawsze trzy orbitale p (co wynika z mo\u017cliwych warto\u015bci liczb kwantowych, to temat na inn\u0105 dyskusj\u0119) \u2013 na rysunku niebieskie \u2013 i le\u017c\u0105 na nich cztery elektrony. Zawsze \u0142atwiej wle\u017a\u0107 na wolny orbital, ni\u017c upakowywa\u0107 si\u0119 na drugiego (je\u015bli maj\u0105 one tak\u0105 sam\u0105 energi\u0119) \u2013 trzy pierwsze elektrony z tej czw\u00f3rki zajmuj\u0105 ka\u017cdy z trzech orbitali p (maj\u0105 one tak\u0105 sam\u0105 energi\u0119, dlatego s\u0105 na tym samym poziomie na rysunku), ostatni musi si\u0119 wpakowa\u0107 na drugiego do jednego z orbitali ju\u017c cz\u0119\u015bciowo zaj\u0119tych.<\/p>\n

To teraz zbli\u017cmy do siebie dwa atomy. Orbitale b\u0119d\u0105 si\u0119 przenika\u0107 (funkcje b\u0119d\u0105 si\u0119 dodawa\u0107). Tylko \u017ce orbitale nie gin\u0105 \u2013 z dodawania ich otrzymujemy tyle, ile by\u0142o wcze\u015bniej. Ale nowe orbitale mog\u0105 mie\u0107 odmienne w\u0142a\u015bciwo\u015bci. Z nak\u0142adania si\u0119 dw\u00f3ch orbitali s uzyskujemy dwa orbitale \u03c3 (ten typ orbitalu powstaje z czo\u0142owego nak\u0142adania si\u0119 orbitali atomowych) \u2013 jeden o energii troch\u0119 mniejszej ni\u017c wyj\u015bciowe (wi\u0105\u017c\u0105cy, ciemnozielony) i o energii wi\u0119kszej ni\u017c orbitale s (antywi\u0105\u017c\u0105cy, jasnozielony). Elektrony zajmuj\u0105 je oba \u2013 sumarycznie potrzeba do tego wi\u0119kszej ni\u017c wyj\u015bciowa energii, gdy\u017c r\u00f3\u017cnica mi\u0119dzy energi\u0105 orbitalu atomowego i wi\u0105\u017c\u0105cego jest mniejsza ni\u017c mi\u0119dzy energi\u0105 antywi\u0105\u017c\u0105cego i atomowego. O wi\u0105zaniu zazwyczaj m\u00f3wi\u0107 mo\u017cna, je\u015bli s\u0105 dwa elektrony wi\u0119cej na orbitalach wi\u0105\u017c\u0105cych ni\u017c antywi\u0105\u017c\u0105cych \u2013 wtedy ca\u0142kowita energia takiego uk\u0142adu jest mniejsza i ma on szans\u0119 si\u0119 osta\u0107. Dlatego w szkole ucz\u0105, \u017ce ca\u0142kowicie zaj\u0119te orbitale s nie uczestnicz\u0105 w tworzeniu wi\u0105zania.<\/p>\n

A orbitale p (niebieskie)? Dwa razy po cztery elektrony wyj\u015bciowych atom\u00f3w to razem osiem do rozparcelowania. Ale orbitale p r\u00f3\u017cni\u0105 si\u0119 orientacj\u0105 przestrzenn\u0105 i nie wszystkie mog\u0105 nak\u0142ada\u0107 si\u0119 czo\u0142owo \u2013 cz\u0119\u015b\u0107 styka si\u0119 jedynie bokami, tworz\u0105c orbitale \u03c0 (szare i pomara\u0144czowe). Efekt wida\u0107 na obrazku. Na orbitalach wi\u0105\u017c\u0105cych sze\u015b\u0107 elektron\u00f3w, na antywi\u0105\u017cacych dwa \u2013 w efekcie m\u00f3wimy o podw\u00f3jnym wi\u0105zaniu i mamy zysk energetyczny. Cz\u0105steczko, trwaj. Ale chwileczk\u0119.<\/p>\n

Zwr\u00f3\u0107my uwag\u0119 na antywi\u0105\u017c\u0105ce orbitale \u03c0. Siedz\u0105 na nich dwa elektrony, bo orbitale maj\u0105 tak\u0105 sam\u0105 energi\u0119 (fizycy m\u00f3wi\u0105 brzydko o zdegenerowaniu) i elektrony l\u0105duj\u0105 na obu, by unikn\u0105\u0107 t\u0142oku. A wi\u0119c mamy dwa niesparowane elektrony. Cz\u0105steczk\u0119 o niesparowanym elektronie nazywamy zwykle wolnym rodnikiem (tak, to ten szkodliwy syf, kt\u00f3rego ka\u017c\u0105 nam unika\u0107, a najlepiej przyjmowa\u0107 wymiatacze wolnych rodnik\u00f3w). Wolnym elektron pr\u0119dzej czy p\u00f3\u017aniej si\u0119 z czym\u015b paruje, wywo\u0142uj\u0105c kolejn\u0105 reakcj\u0119 chemiczn\u0105, cz\u0119sto gwa\u0142town\u0105. Szczeg\u00f3lnie lubi\u0105 w tym wypadku utlenia\u0107 nienasycone kwasy t\u0142uszczowe (nasycone zreszt\u0105 te\u017c ujd\u0105, patrz: je\u0142czenie mas\u0142a) i DNA (wywo\u0142uj\u0105 mutacje, powoduj\u0105c cz\u0119sto choroby nowotworowe, a jeszcze cz\u0119\u015bciej \u015bmier\u0107 kom\u00f3rki).<\/p>\n

A wi\u0119c mamy atmosfer\u0119 zatrut\u0105 wysoce reaktywnym gazem. Zapewne dosz\u0142o wtedy do wielkiego wymierania, ale cz\u0119\u015b\u0107 organizm\u00f3w da\u0142a sobie rad\u0119. Istnia\u0142a nawet specjalna grupa bakterii, kt\u00f3ra wykorzystywa\u0142a truj\u0105cy gaz do przemian chemicznych w swych kom\u00f3rkach, dla nich sta\u0142 si\u0119 on niezb\u0119dny do \u017cycia. A co si\u0119 sta\u0142o z truj\u0105cym gazem wyprodukowanym przez sinice? Nic, ca\u0142y czas jest obecny w atmosferze i stanowi wi\u0119cej ni\u017c jej pi\u0105t\u0105 cz\u0119\u015b\u0107. Ca\u0142y czas niszczy kom\u00f3rki naszego cia\u0142a, ale dzi\u0119ki sojuszowi z tamtymi pradawnymi bakteriami, kt\u00f3re go okie\u0142zna\u0142y, odleg\u0142ymi przodkami naszych mitochondri\u00f3w, i nam zapewnia on \u017cycie. To tlen.<\/p>\n

Ilustracje:<\/strong><\/p>\n