27.11.2010

Обмен веществ

И живые существа, и неживые предметы устойчивы и могут долго сохраняться  неизменными. Но причины этой устойчивости   разные.   Автомобиль прочен, т. к. он состоит из металла. Мельчайшие частицы — атомы — «держатся» друг за друга и не дают автомобилю разрушиться.  При этом и автомобиль, и камень, и все другие неживые предметы в продолжение своего  существования  состоят  в основном из одних и тех же атомов.

Иное дело — живой организм. Человеческий организм, как и организмы всех животных и растений, постоянно себя перестраивает.  Из различных питательных   веществ,   содержащихся в пище, — белков, жиров и углеводов — живые существа  строят  свои  клетки.  Вещества, не нужные организму, он выделяет в окружающую среду. Эти явления и называются обменом   веществ. За 8 лет состав атомов человека почти полностью меняется,  но при этом каждый из конкретных людей, как мы знаем, остаётся самим собой. За всю жизнь человека через его организм проходит 75 т воды, 17 т углеводов, 2,5 т белков. Постоянная «лепка» организмом самого себя называется   пластическим   обменом   (от греческого «пластикос» — лепной).

Таким образом, живое существо правильнее было бы сравнивать не с предметом (например, камнем), а скорее с постоянным процессом — как, например, падение потока воды в водопаде.

Чтобы автомобиль ехал, в нём сжигается бензин. Чтобы работали заводы, также нужно сжигать   топливо.   Устойчивость живых организмов основывается на постоянном «ремонте». Но и для ремонта нужна энергия. Откуда же организм берёт энергию? В любом организме тоже «сжигаются» сложные органические вещества пищи, только сжигаются без огня. В отличие  от пластического это — энергетический обмен.

При горении вещество соединяется с кислородом воздуха. В химии этот процесс называется окислением. Особые белки — ферменты (см. раздел «Белки»), которые есть в любом организме, могут окислять вещества без пламени, и около 40% выделяемой энергии используется на нужды организма. Для сравнения напомним: в паровом двигателе с пользой применяется около 10% энергии, а в двигателе автомобиля — около 30%.

Организмы, которые «сжигают» запасы, созданные другими живыми организмами, называются гетеротрофными,     т. е. поедающими других. Это все животные, грибы и большинство бактерий.  Человек — тоже гетеротроф.

Но если бы все организмы только «сжигали» органические вещества, эти вещества скоро кончились бы и жизнь стала бы невозможна. Таким образом, жизнь на нашей планете существует только потому, что некоторые организмы научились получать органические вещества из неорганических. Это — растения и часть бактерий.  Они называются автотрофами.

Каждый может провести несложный эксперимент: вырастить в горшке с землёй растение, а потом сравнить первоначальный вес земли, её вес в конце опыта и вес самого растения. Даже если растение весит несколько килограммов, получится, что вес земли изменился довольно мало. Откуда же взялся лишний вес растения? Оказывается, из воздуха и воды, которой поливали растение.

С  помощью  фотосинтеза   (см. ст.   «Фотосинтез»)   зелёные растения производят «чудесное превращение»: соединяют углекислый газ воздуха и воду, а получают сахара, или, как их называют, углеводы (о которых рассказано ниже), и, кроме того, выделяют кислород. Для этого им нужен только солнечный свет.

И всё же, если бы не гетеротрофы, жизнь на Земле тоже не смогла бы существовать. Представим себе, что бы произошло, если бы в какой-то момент в мире из живых организмов остались только автотрофы — зелёные растения. Умершие растения лежали бы веками, не разлагаясь: «переварить» их было бы некому. Очень скоро растения полностью израсходовали бы углекислый газ, содержащийся в атмосфере, превратив его в органические вещества. Солнце продолжало бы светить, но растениям уже не из чего было бы строить дальше свои организмы. И со смертью последнего из них жизнь на Земле прекратилась бы.

К счастью, этого никогда не случается, т. к. обилие пищи тут же привлекает животных, грибы и бактерии. Благодаря им через некоторое время мёртвое органическое вещество снова превращается в воду и углекислый газ, а в землю поступают минеральные соли, так необходимые растениям. В итоге всех этих превращений растения снова создают пищу для всех, а животные, грибы и бактерии разлагают её снова до простых неорганических веществ. Весь углекислый газ атмосферы каждые 300 лет проходит через живые организмы. А «полный оборот» атмосферного кислорода длится 2 тыс. лет.  Благодаря этому великому круговороту на Земле и поддерживается жизнь.

Трудно себе представить какой-либо процесс на Земле, в котором не участвовали бы живые организмы. Их обмен веществ создал кислородную атмосферу, управлял климатом, формировал облик нашей планеты.