細胞呼吸、特に真核生物（ヒト、動物、植物、真菌など）においては、酸素はミトコンドリアにおける電子伝達経路の最終電子受容体として機能します - 写真：AI
酸素は生命の象徴、つまり呼吸に欠かせない「生命力」として捉えられることが多いですが、化学的には、酸素は非常に反応性の高い元素であり、火をつけたり木を燃やしたりしたことがある人なら誰でもその反応を直接感じることができます。
酸素：生命と脅威
酸素の酸化力は金属を腐食させ、細胞を破壊するのに十分であり、DNA損傷や老化を引き起こすフリーラジカルの主な原因でもあります。
では、なぜこれほど多くの生物、特に人間のような真核生物は、生きるためにいまだに酸素に依存しているのでしょうか?
「自然界にはおそらく何千種類もの異なるエネルギー代謝が存在するが、ほぼすべての真核生物と多くの原核生物は生きるために酸素を利用している」と南デンマーク大学の地球生物学者ドナルド・キャンフィールド教授は語った。
従属栄養生物、つまり他の有機物を消化することでエネルギーを得る生物（ヒトや動物など）では、エネルギー産生は細胞内のミトコンドリアで行われます。そこで有機分子は分解され、電子が放出されます。そして、これらの電子はミトコンドリア膜内の一連の酵素を通して伝達されます。
連鎖の末端では、酸素は高い電気陰性度を持つため、電子を受け取る「終着駅」として機能し、プロトン（H⁺）と結合して水（H₂O）を形成します。これにより電位差が生じ、膜の外側にプロトンの「貯蔵庫」が形成されます。プロトンがタービンのような働きをする特殊なタンパク質を通って膜内に戻ると、タービンが回転し、細胞の「エネルギー通貨」であるATPを生成します。
ATP はその後、筋肉の収縮、神経信号の伝達、タンパク質の合成から細胞のイオンバランスの維持まで、体内のあらゆる活動を実行するために使用されます。
窒素や他のガスを使わないのはなぜですか?
窒素は豊富に存在するものの、非常に安定しており化学的に不活性であるため、エネルギーを生成する生物学的反応にはほとんど関与しません。
一方、酸素に加えて、一部の嫌気性生物（酸素なしで生きる生物）は、硫酸イオン（SO₄²⁻）、硝酸イオン（NO₃⁻）、鉄イオン（Fe³⁺）などの電子受容体を利用できます。しかし、これらの物質はいずれも、酸素よりもはるかに少ないエネルギーしか供給しません。
「酸素（O₂）の還元は、電子移動ごとに最も高い自由エネルギーを放出します。これは、生命にとって利用するには毒性が強すぎるフッ化物と塩素に次いで高い自由エネルギーです」とワシントン大学のデイビッド・キャトリング教授は、宇宙生物学誌で述べています。
したがって、少なくとも地球上では、酸素は生命にとって最も理想的な選択肢です。
すべての生物が酸素を好むわけではありません。
酸素は効果的ですが、すべての生物が好むわけではありません。嫌気性細菌の中には、酸素が全くなくても生きられるものもあり、活性酸素に対する防御システムが未発達なため、酸素によって死滅するものもあります。これらの生物は、通常、海底、地下、動物の腸内などの嫌気性環境に生息します。
25億年以上前に植物とシアノバクテリアが光合成によって酸素を生成し始めて以来、地球は徐々に酸素が豊富な環境に移行し、酸素呼吸生物の発達と優位性が促進され、多細胞生物や今日の私たちのような複雑な動物への道が開かれました。
「もし地球外生命体が存在するなら、酸素は必要か？」という非常に興味深い疑問があります。答えは「はい」かもしれませんし、「いいえ」かもしれません。
宇宙生物学者によれば、地球外生命体は惑星の大気の組成に応じて、他の電子受容体を使用するように進化する可能性があるという。
しかし、もしその惑星が地球と同様の条件を備え、酸素が容易に利用できる状態であったなら、酸素を利用する知的生物は、進化上、明らかな有利性を持つことになる。その理由は単純で、酸素は他のどの選択肢よりも多くのエネルギーを生成するのに役立つからである。
ミン・ハイ
出典: https://tuoitre.vn/vi-sao-gan-nhu-toan-bo-su-song-tren-trai-dat-deu-hit-tho-oxy-20250528171343524.htm
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