Углерод как основа органической жизни на Земле

Углеродные атомы, из которых построен человеческий организм и биосфера в целом, возникали в те далекие времена, когда еще не существовали Солнце и Солнечная система, когда не было еще даже полимерной цепи, из которой позднее родилось Солнце и все его семейство. Именно в звездах-гигантах возникали тогда из атомов гелия атомы углерода. Это произошло более семи миллиардов лет тому назад. Из звезд атомы углерода потом попали в межзвездное пространство. Там они смешались с межзвездным веществом, из которого позднее возникли полимерные цепи, включая и создание нашей Солнечной системы [5, c. 76].

Таким образом, углерод основа жизни, которая переместилась из недр старых красных гигантов на нашу планету, а отсюда в земные растения и, наконец, вместе с пищей в человеческий организм. Именно тогда зародилась жизнь на Земле.

Все без исключения живые организмы построены из соединений углерода. Особенностью атома углерода является их способность соединяться между собой, образуя сколь угодно длинные цепи, которые могут быть и разветвленными, содержащими миллионы и миллиарды атомов углерода, соединенных с атомами других элементов (самые из известных молекул – это молекулы белков, содержащих до миллиарда углеродных звеньев). Их длина может даже достигать одного метра.

Ученые, уфологи и фантасты даже ввели в обиход термин «углеродная жизнь». И он вполне справедлив, так как все белки, аминокислоты, жиры, ДНК и РНК построены на основе углеводородных молекул [11, c. 123].

Углерод – простое неорганическое вещество, элемент таблицы Менделеева. Обозначается буквой «С» (Carboneum). В виде алмазов, графита и древесного угля известен человечеству с древнейших времен. Название carbone (углерод) впервые было введено в химическую науку французскими учеными. А. Лавуазье доказал, что уголь – это элементарное химическое вещество, а не носитель некоего невесомого флюида флогистона, отвечающего за горючие свойства веществ. Он же установил, что алмаз – это кристаллическая форма углерода [1, c. 56].

Углерод – важнейший биогенный элемент, составляющий основу жизни на Земле, структурная единица огромного числа органических соединений, участвующих в построении организмов и обеспечении их жизнедеятельности (биополимеры, а также многочисленные низкомолекулярные биологически активные вещества - витамины, гормоны, медиаторы и другие). Значительная часть необходимой организмам энергии образуется в клетках за счет окисления Углерода. Возникновение жизни на Земле рассматривается в современное науке как сложный процесс эволюции углеродистых соединений.

Уникальная роль Углерода в живой природе обусловлена его свойствами, которыми в совокупности не обладает ни один других элемент периодической системы. Между атомами Углерода, а также между Углеродом и другими элементами образуются прочные химические связи, которые, однако, могут быть разорваны в сравнительно мягких физиологических условиях (эти связи могут быть одинарными, двойными и тройными) [4, c. 109].

Способность Углерода образовывать 4 равнозначные валентные связи с других атомами Углерода создает возможность для построения углеродных скелетов различных типов - линейных, разветвленных, циклических.

Показательно, что всего три элемента – С, О и Н - составляют 98% общей массы живых организмов. Этим достигается определенная экономичность в живой природе: при практически безграничном структурном разнообразии углеродистых соединений небольшое число типов химических связей позволяет намного сократить количество ферментов, необходимых для расщепления и синтеза органических веществ [6, c. 254].

Особенности строения атома Углерода лежат в основе различных видов изомерии органических соединений (способность к оптической изомерии оказалась решающей в биохимической эволюции аминокислот, углеводов и некоторых алкалоидов).

Углерод является основой всех органических веществ. Любой живой организм состоит в значительной степени из углерода. Углерод – основа жизни. Источником углерода для живых организмов обычно является СО2 из атмосферы или воды. В результате фотосинтеза он попадает в биологические пищевые цепи, в которых живые существа пожирают друг друга или останки друг друга и тем самым добывают углерод для строительства собственного тела. Биологический цикл углерода заканчивается либо окислением и возвращением в атмосферу, либо захоронением в виде угля или нефти.

Углерод – химический элемент. В основе состава и строения всех живых организмов лежат органические вещества (белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты), в основе которых углеродные цепочки разного строения. Именно поэтому углерод считается основой жизни [2, c. 86].

В природе углерода не так уж и много, но он есть везде: Углеродный цикл в воздухе (углекислый газ и угарный газ), растворен в океанах и реках, залегает в ископаемых породах в земле, содержится в каждой клетке растения, животного, человека. Существует круговорот углерода в природе:

- углекислый газ выделяется в атмосферу с вулканическими газами, из горячих источников, из поверхностных слоев рек и океанов, при сгорании топлив, при дыхании растений и животных;

- в тоже время, углекислый газ поглощается растениями, переходит в организм животных и людей, а после их смерти возвращается в почву.

В чистом виде и в значимых количествах углерод встречается только в виде алмазов и графитов. Но он – составная часть ископаемого топлива (уголь, нефть, газ, сланцы), торфа, битумов, природных минералов (мел, известняк, доломиты, карбонаты).

Причина, по которой именно углерод лег в основу строения органических веществ, видимо следует искать в условия, которые были на Земле миллионы лет назад.