ในระหว่างการหายใจระดับเซลล์ โดยเฉพาะในสิ่งมีชีวิตยูคาริโอต (เช่น มนุษย์ สัตว์ พืช เชื้อรา...) ออกซิเจนทำหน้าที่เป็นตัวรับอิเล็กตรอนตัวสุดท้ายในห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนในไมโตคอนเดรีย - ภาพ: AI
เรามักมองว่าออกซิเจนเป็นสัญลักษณ์ของชีวิต เป็น “พลังชีวิต” ที่ขาดไม่ได้ในทุกลมหายใจ อย่างไรก็ตาม ในทางเคมี ออกซิเจนเป็นธาตุที่มีปฏิกิริยาสูง ใครก็ตามที่เคยจุดไฟหรือเผาไม้จะสัมผัสได้โดยตรง
ออกซิเจน: ทั้งชีวิตและภัยคุกคาม
พลังออกซิไดซ์ของออกซิเจนเพียงพอที่จะกัดกร่อนโลหะ ทำลายเซลล์ และเป็นสาเหตุหลักของอนุมูลอิสระที่ทำให้ DNA เสียหายและเกิดการแก่ก่อนวัย
แล้วเหตุใดสิ่งมีชีวิตหลายชนิด โดยเฉพาะสิ่งมีชีวิตยูคาริโอต เช่น มนุษย์ ยังคงต้องพึ่งพาออกซิเจนเพื่อดำรงชีวิตอยู่?
“ในธรรมชาติอาจมีกระบวนการเผาผลาญพลังงานที่แตกต่างกันหลายพันรูปแบบ แต่แทบทุกสิ่งมีชีวิตที่เป็นยูคาริโอตและโพรคาริโอตหลายชนิดต้องใช้ออกซิเจนในการดำรงชีวิต” ศาสตราจารย์โดนัลด์ แคนฟิลด์ นักธรณีชีววิทยาจากมหาวิทยาลัยเซาเทิร์นเดนมาร์ก กล่าว
ในสิ่งมีชีวิตเฮเทอโรโทรฟิก นั่นคือ สิ่งมีชีวิตที่ได้รับพลังงานจากการย่อยสารอินทรีย์อื่นๆ (เช่น มนุษย์หรือสัตว์) การผลิตพลังงานจะเกิดขึ้นในไมโทคอนเดรียของเซลล์ ที่นั่นโมเลกุลสารอินทรีย์จะถูกย่อยสลาย ปลดปล่อยอิเล็กตรอน และอิเล็กตรอนเหล่านี้จะถูกส่งผ่านสายโซ่เอนไซม์ในเยื่อหุ้มไมโทคอนเดรีย
ที่ปลายสุดของห่วงโซ่ ออกซิเจนทำหน้าที่เป็น “สถานีปลายทาง” เพื่อรับอิเล็กตรอน เนื่องจากมีอิเล็กโตรเนกาติวิตีสูง และรวมตัวกับโปรตอน (H⁺) กลายเป็นน้ำ (H₂O) สิ่งนี้ทำให้เกิดความต่างศักย์ไฟฟ้าซึ่งสร้าง “แหล่งกักเก็บ” โปรตอนขึ้นภายนอกเยื่อหุ้มเซลล์ เมื่อโปรตอนไหลกลับเข้ามาผ่านโปรตีนชนิดพิเศษที่ทำหน้าที่คล้ายกังหัน มันจะหมุนและสร้าง ATP ซึ่งเป็น “สกุลเงินพลังงาน” ของเซลล์
จากนั้น ATP จะถูกนำมาใช้เพื่อดำเนินกิจกรรมทุกอย่างในร่างกาย ตั้งแต่การหดตัวของกล้ามเนื้อ การส่งสัญญาณประสาท การสังเคราะห์โปรตีน ไปจนถึงการรักษาสมดุลไอออนในเซลล์
ทำไมไม่ใช้ไนโตรเจนหรือก๊าซอื่น?
ไนโตรเจนถึงแม้จะมีอยู่มาก แต่ก็มีเสถียรภาพสูงและเฉื่อยทางเคมี และแทบจะไม่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาทางชีวภาพเพื่อผลิตพลังงาน
ในขณะเดียวกัน นอกจากออกซิเจนแล้ว สิ่งมีชีวิตที่ไม่ใช้ออกซิเจนบางชนิด (สิ่งมีชีวิตที่ดำรงชีวิตอยู่โดยไม่มีออกซิเจน) ยังสามารถใช้ตัวรับอิเล็กตรอนชนิดอื่นได้ เช่น ซัลเฟต (SO₄²⁻) ไนเตรต (NO₃⁻) หรือไอออนเหล็ก (Fe³⁺) อย่างไรก็ตาม สารเหล่านี้ให้พลังงานน้อยกว่าออกซิเจนมาก
“การลดออกซิเจน (O₂) จะทำให้มีการปลดปล่อยพลังงานอิสระต่อการถ่ายโอนอิเล็กตรอนสูงสุด รองจากฟลูออไรด์และคลอรีน ซึ่งเป็นพิษเกินกว่าที่สิ่งมีชีวิตจะนำไปใช้ได้” ศาสตราจารย์เดวิด แคทลิง (มหาวิทยาลัยวอชิงตัน) กล่าวในวารสาร Astrobiology
ดังนั้นออกซิเจนจึงเป็นทางเลือกที่ดีที่สุดสำหรับสิ่งมีชีวิตอย่างน้อยบนโลก
ไม่ใช่สิ่งมีชีวิตทุกชนิดจะชอบออกซิเจน
แม้ว่าออกซิเจนจะมีประสิทธิภาพ แต่สิ่งมีชีวิตบางชนิดก็ "ไม่ชอบ" ออกซิเจน แบคทีเรียที่ไม่ใช้ออกซิเจนบางชนิดสามารถดำรงชีวิตอยู่ได้โดยไม่ต้องอาศัยออกซิเจน และถึงขั้นถูกออกซิเจนฆ่าตาย เนื่องจากระบบป้องกันออกซิเจนที่ออกฤทธิ์ของพวกมันยังพัฒนาไม่เต็มที่ โดยทั่วไปสิ่งมีชีวิตเหล่านี้อาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ไม่ใช้ออกซิเจน เช่น พื้นทะเล ใต้ดิน หรือลำไส้ของสัตว์
นับตั้งแต่พืชและไซยาโนแบคทีเรียเริ่มผลิตออกซิเจนผ่านการสังเคราะห์แสงเมื่อกว่า 2,500 ล้านปีก่อน โลกก็ค่อยๆ เปลี่ยนไปสู่สภาพแวดล้อมที่อุดมด้วยออกซิเจน ส่งเสริมการเจริญเติบโตและการครอบงำของสิ่งมีชีวิตที่หายใจด้วยออกซิเจน ปูทางไปสู่ชีวิตหลายเซลล์และสัตว์ที่มีความซับซ้อนเช่นเราในปัจจุบัน
คำถามที่น่าสนใจมากคือ "ถ้ามีสิ่งมีชีวิตต่างดาว พวกมันต้องการออกซิเจนหรือไม่" คำตอบคือ อาจจะใช่ หรืออาจจะไม่ใช่
ตามที่นักโหราชีววิทยากล่าว สิ่งมีชีวิตต่างดาวอาจวิวัฒนาการมาใช้ตัวรับอิเล็กตรอนชนิดอื่นได้ ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์
แต่ถ้าหากโลกมีสภาพแวดล้อมคล้ายกับโลก ที่มีออกซิเจนพร้อมใช้งาน สิ่งมีชีวิตอัจฉริยะที่ใช้ออกซิเจนก็จะมีข้อได้เปรียบทางวิวัฒนาการที่ชัดเจน ด้วยเหตุผลที่เรียบง่ายอย่างหนึ่งคือ ออกซิเจนช่วยสร้างพลังงานได้มากกว่าทางเลือกอื่น
มินห์ ไฮ
ที่มา: https://tuoitre.vn/vi-sao-gan-nhu-toan-bo-su-song-tren-trai-dat-deu-hit-tho-oxy-20250528171343524.htm
การแสดงความคิดเห็น (0)