{"id":6273,"date":"2018-09-02T06:33:14","date_gmt":"2018-09-02T04:33:14","guid":{"rendered":"http:\/\/naukowy.blog.polityka.pl\/?p=6273"},"modified":"2018-09-02T12:15:35","modified_gmt":"2018-09-02T10:15:35","slug":"smierdzace-oceany","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/2018\/09\/02\/smierdzace-oceany\/","title":{"rendered":"\u015amierdz\u0105ce oceany"},"content":{"rendered":"

\"\"Ostatnio pisali\u015bmy sporo [1]<\/a>[2]<\/a> o sinicach. A wi\u0119c swego czasu sinice wytworzy\u0142y znaczne ilo\u015bci tlenu uwolnionego do atmosfery. Jak wynika z budowy chemicznej cz\u0105steczki tlenu, jest to gaz bardzo reaktywny, z tego za\u015b wynika jego znaczna toksyczno\u015b\u0107. Ale utlenia on nie tylko nasze lipidy i DNA.
\n
\nGeolodzy badaj\u0105cy dawne, prekambryjskie ska\u0142y zwr\u00f3cili uwag\u0119 na pasmowate formacje skalne bogate w \u017celazo, zwane z angielska banded iron formation<\/em> (BIF), po polsku niekiedy wst\u0119gowymi rudami \u017celazistymi. Jakie\u015b 1,9-1,8 mld lat temu przesta\u0142y si\u0119 one z jakich\u015b wzgl\u0119d\u00f3w tworzy\u0107. Postuluje si\u0119 ich zwi\u0105zek z wcze\u015bniejszym wzrostem ilo\u015bci tlenu w atmosferze. Po pierwsze, tlen nasila erozj\u0119. Dalej \u2013 w BIF wyst\u0119puj\u0105 jony \u017celaza na II stopniu utlenienia (Fe2+). Jony te w obecno\u015bci tlenu s\u0105 nietrwa\u0142e i utleniaj\u0105 si\u0119 do jon\u00f3w Fe3+ (bardzo prosta reakcja polegaj\u0105ca na odebraniu z jonu \u017celaza jeszcze jednego elektronu). Pozostawiony w atmosferze tlenowej roztw\u00f3r soli \u017celaza (II) powoli utlenia si\u0119, co wida\u0107 \u2013 robi si\u0119 \u017c\u00f3\u0142ty, bo taki jest kolor rozpuszczonego w wodzie Fe3+.<\/p>\n

A wi\u0119c ska\u0142a wietrzeje, \u017celazo i siarczany trafiaj\u0105 do wody. Ca\u0142e \u017celazo nie zd\u0105\u017cy utleni\u0107 si\u0119 w atmosferze. Do wody trafiaj\u0105 wi\u0119c te\u017c jony Fe2+. I utleniaj\u0105 si\u0119 powoli. Wykorzystuj\u0105c niewielk\u0105 ilo\u015b\u0107 rozpuszczonego w wodzie tlenu. Siarczany trafiaj\u0105 tam natomiast na pewn\u0105 grup\u0119 bakterii \u2013 redukuj\u0105cych siarczany (sulphate reducting bacteria<\/em>, SRB). Redukuj\u0105 je one ponownie do siarkowodoru \u2013 H2S. Tak, to ten gaz o zapachu zgni\u0142ych jaj. Rozpuszczony w wodzie tworzy kwas siarkowodorowy. Tak wi\u0119c tworzy nam si\u0119 trucizna. Co wi\u0119cej, nie ma tlenu. Wielki cuchn\u0105cy siarkowodorem ocean opisa\u0142 Donald Canfield, dlatego te\u017c m\u00f3wi si\u0119 o oceanie Canfielda.<\/p>\n

Brakuje te\u017c azotu, r\u00f3wnie\u017c dzi\u0119ki drobnoustrojom. Generalnie dost\u0119pnego w obfito\u015bci N2 wi\u0119kszo\u015b\u0107 organizm\u00f3w \u017cywych nie przyswaja. Potrafi natomiast wi\u0105za\u0107 amoniak NH3. Cz\u0142owiek te\u017c. Niestety.<\/p>\n

Azot buduje m.in. innymi bia\u0142ka. Kiedy kto\u015b si\u0119 naspo\u017cywa mi\u0119sa czy innego bogatobia\u0142kowego produktu, trzeba co\u015b z tym nadmiarem zrobi\u0107, bo bia\u0142ka organizm ludzki nie magazynuje. Bia\u0142ko trawione jest do aminokwas\u00f3w, posiadaj\u0105cych grup\u0119 kwasow\u0105 i zasadow\u0105 \u2013 w tym wypadku aminow\u0105. Specjalne aminotransferazy potrafi\u0105 \u017conglowa\u0107 grupami aminowymi, przenosz\u0105c je na r\u00f3\u017cne aminokwasy, a\u017c w ko\u0144cu powstaje glutaminian (tak, ten rzekomo straszny zwi\u0105zek dodawany do produkt\u00f3w pokarmowych, wzmacniacz smaku, w rzeczywisto\u015bci obecny w ka\u017cdym pokarmie bia\u0142kowym). Enzym dehydrogenaza glutaminianowa przy pomocy NAD+ lub NADP+ (dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy, no\u015bnik wodoru s\u0142u\u017c\u0105cy w reakcjach utleniania-redukcji; by\u0142 ju\u017c wspominany w linkowanym wy\u017cej wpisie) odrywa amoniak i tworzy \u03b1-ketoglutaran. Tak si\u0119 cz\u0142owiek pozbywa azotu (to tylko cz\u0119\u015b\u0107 znacznie bardziej z\u0142o\u017conych proces\u00f3w, o kt\u00f3rych mo\u017ce innym razem).<\/p>\n

To teraz co\u015b z kinetyki chemicznej: na poziomie molekularnym ka\u017cda reakcja chemiczna jest odwracalna. W kt\u00f3r\u0105 stron\u0119 zachodzi, zale\u017cy od tego, jak ka\u017cdy proces fizyczny, od zmian entropii, dok\u0142adniej w tym przypadku od funkcji uwzgl\u0119dniaj\u0105cej zmiany entropii uk\u0142adu i otoczenia, czyli entalpii swobodnej (i o niej ju\u017c pisali\u015bmy<\/a>). Ta ostatnia zale\u017cy od st\u0119\u017ce\u0144 reagent\u00f3w \u2013 w niekt\u00f3rych warunkach przez wprowadzenie do \u015brodowiska reakcji nadmiaru produktu mo\u017cna wymusi\u0107 odwr\u00f3cenie kierunku przebiegu reakcji. Dotyczy to tak\u017ce enzym\u00f3w \u2013 nie wp\u0142ywaj\u0105 one na r\u00f3wnowag\u0119 reakcji, przyspieszaj\u0105 jej zachodzenie w obie strony. Cz\u0142owiek poddany dzia\u0142aniu amoniaku (mia\u0142em to w\u0105tpliwe szcz\u0119\u015bcie si\u0119 kiedy\u015b zainhalowa\u0107, dos\u0142ownie czuje si\u0119 swoje drogi oddechowe), pomijaj\u0105c kwestie r\u00f3wnowagi kwasowo-zasadowej, po prostu zaczyna amoniak wi\u0105za\u0107. Tym samym enzymem, kt\u00f3ry zazwyczaj s\u0142u\u017cy pozbawianiu si\u0119 nadmiaru azotu. Niestety do\u015b\u0107 szybko wyczerpuje si\u0119 w ten spos\u00f3b \u03b1-ketoglutaran b\u0119d\u0105cy jednym z metabolit\u00f3w, kluczowym w metabolizmie kom\u00f3rki cyklu Krebsa \u2013 i metabolizm siada. Dlatego amoniak te\u017c jest trucizn\u0105. Ponadto nadmiar glutaminianu uszkadza neurony.<\/p>\n

Mniejsza o to. Jak wida\u0107, do przyswajania azotu postaci amoniaku potrzebny jest enzym. Enzym ten zawiera \u017celazo. Jony Fe2+, kt\u00f3re si\u0119 nie utleni\u0142y, w oceanie Canfielda le\u017c\u0105 zwi\u0105zane z siarczkami w z\u0142o\u017cach. W efekcie \u017cycie nie mo\u017ce si\u0119 rozwija\u0107. Dobrze si\u0119 maj\u0105 zielone i purpurowe bakterie siarkowe zasiedlaj\u0105ce wybrze\u017ca. Jednak przez miliony lat mamy wielkie, puste, \u015bmierdz\u0105ce g\u0142\u0119biny oceanu. W\u0142a\u015bciwie przez miliard lat.<\/p>\n

Ilustracja: Wst\u0119gowe formacje \u017celaziste sprzed 2,1 miliarda lat, z Ameryki P\u00f3\u0142nocnej.\u00a0Andr\u00e9 Karwath, Wikimedia Commons<\/a>\u00a0na licencji Creative Commons 2.5<\/p>\n

Bibliografia<\/strong><\/p>\n