أثناء التنفس الخلوي، وخاصة في حقيقيات النوى (مثل البشر والحيوانات والنباتات والفطريات...)، يعمل الأكسجين كمستقبل نهائي للإلكترون في سلسلة نقل الإلكترون في الميتوكوندريا - الصورة: AI
كثيراً ما نعتبر الأكسجين رمزاً للحياة، و"قوة حيوية" لا غنى عنها في كل نفس. إلا أن الأكسجين، كيميائياً، عنصر شديد التفاعل، يشعر به كل من أشعل ناراً أو أحرق خشباً.
الأكسجين: الحياة والتهديد
إن القوة المؤكسدة للأكسجين كافية لتآكل المعادن وتدمير الخلايا، وهي السبب الرئيسي للجذور الحرة، التي تسبب تلف الحمض النووي والشيخوخة.
فلماذا إذن تعتمد العديد من الكائنات الحية، وخاصة حقيقيات النوى مثل البشر، على الأكسجين للعيش؟
قال البروفيسور دونالد كانفيلد، عالم الجيولوجيا الحيوية بجامعة جنوب الدنمارك: "ربما توجد آلاف من عمليات التمثيل الغذائي للطاقة المختلفة في الطبيعة، ولكن جميع حقيقيات النوى تقريبًا والعديد من بدائيات النوى تستخدم الأكسجين للعيش".
في الكائنات غيرية التغذية، أي تلك التي تحصل على الطاقة من هضم مواد عضوية أخرى (مثل الإنسان أو الحيوان)، يحدث إنتاج الطاقة في ميتوكوندريا الخلية. هناك، تتحلل الجزيئات العضوية، مُطلقةً الإلكترونات، التي تمر عبر سلسلة من الإنزيمات في غشاء الميتوكوندريا.
في نهاية السلسلة، يعمل الأكسجين كمحطة طرفية لاستقبال الإلكترونات، بفضل كهرسلبيته العالية، ويتحد مع البروتونات (H⁺) لتكوين الماء (H₂O). يُحدث هذا فرق جهد كهربائي يُكوّن "خزانًا" للبروتونات خارج الغشاء. عندما تتدفق البروتونات عائدةً عبر بروتين خاص يعمل كتوربين، يدور مُنتجًا ATP، "عملة الطاقة" في الخلية.
يتم بعد ذلك استخدام ATP لتشغيل كل نشاط في الجسم: من انقباض العضلات، ونقل الإشارات العصبية، وتخليق البروتين إلى الحفاظ على توازن الأيونات الخلوية.
لماذا لا نستخدم النيتروجين أو أي غاز آخر؟
على الرغم من وفرة النيتروجين، إلا أنه مستقر للغاية وخامل كيميائيًا، ونادراً ما يشارك في التفاعلات البيولوجية لإنتاج الطاقة.
في هذه الأثناء، بالإضافة إلى الأكسجين، تستطيع بعض الكائنات اللاهوائية (التي تعيش بدون أكسجين) استخدام مُستقبلات إلكترونية أخرى، مثل الكبريتات (SO₄²⁻) أو النترات (NO₃⁻) أو أيونات الحديد (Fe³⁺). ومع ذلك، تُوفر جميع هذه المواد طاقة أقل بكثير من الأكسجين.
"إن اختزال الأكسجين (O₂) يطلق أعلى طاقة حرة لكل نقل إلكتروني، ويأتي في المرتبة الثانية بعد الفلورايد والكلور، اللذين يعتبران سامين للغاية بحيث لا يمكن للحياة استخدامهما"، هذا ما شاركه البروفيسور ديفيد كاتلينج (جامعة واشنطن) في مجلة علم الأحياء الفلكية.
ولذلك، يعد الأكسجين الخيار الأمثل للحياة، على الأقل على الأرض.
ليس كل المخلوقات تحب الأكسجين.
على الرغم من فعالية الأكسجين، إلا أن بعض الكائنات الحية لا "تحبه". بعض البكتيريا اللاهوائية تستطيع العيش بدونه تمامًا، بل وتموت بسببه لأن أنظمتها الوقائية ضد الأكسجين النشط ضعيفة التطور. تعيش هذه الكائنات عادةً في بيئات لاهوائية، مثل قاع البحر، أو تحت الأرض، أو أمعاء الحيوانات.
ومنذ بدأت النباتات والبكتيريا الزرقاء في إنتاج الأكسجين من خلال عملية التمثيل الضوئي منذ أكثر من 2.5 مليار سنة، تحولت الأرض تدريجيا إلى بيئة غنية بالأكسجين، مما عزز تطور وهيمنة الكائنات الحية التي تتنفس الأكسجين، مما مهد الطريق للحياة متعددة الخلايا والحيوانات المعقدة مثلنا اليوم.
سؤالٌ مثيرٌ للاهتمام: "إذا وُجدت حياةٌ فضائية، فهل تحتاج إلى الأكسجين؟". الإجابة ربما تكون نعم، وربما لا.
وبحسب علماء الأحياء الفلكية، فإن الحياة الغريبة قد تتطور لاستخدام مستقبلات أخرى للإلكترونات، وذلك اعتمادًا على تركيبة الغلاف الجوي للكوكب.
ولكن إذا كان الكوكب يتمتع بظروف مماثلة للأرض، مع توفر الأكسجين بسهولة، فإن المخلوقات الذكية التي تستخدم الأكسجين سوف تتمتع بميزة تطورية مميزة، لسبب بسيط: الأكسجين يساعد على توليد المزيد من الطاقة من أي خيار آخر.
مينه هاي
المصدر: https://tuoitre.vn/vi-sao-gan-nhu-toan-bo-su-song-tren-trai-dat-deu-hit-tho-oxy-20250528171343524.htm
تعليق (0)