ในระหว่างการหายใจระดับเซลล์ โดยเฉพาะในสิ่งมีชีวิตยูคาริโอต (เช่น มนุษย์ สัตว์ พืช เชื้อรา...) ออกซิเจนทำหน้าที่เป็นตัวรับอิเล็กตรอนตัวสุดท้ายในห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนในไมโตคอนเดรีย - ภาพ: AI
เรามักจะมองว่าออกซิเจนเป็นสัญลักษณ์ของชีวิต เป็น “พลังชีวิต” ที่ขาดไม่ได้ในทุกลมหายใจ อย่างไรก็ตาม ในทางเคมี ออกซิเจนเป็นธาตุที่มีปฏิกิริยาสูง ซึ่งใครก็ตามที่เคยจุดไฟหรือเผาไม้จะสัมผัสได้โดยตรง
ออกซิเจน: ทั้งชีวิตและภัยคุกคาม
พลังออกซิไดซ์ของออกซิเจนเพียงพอที่จะกัดกร่อนโลหะ ทำลายเซลล์ และเป็นสาเหตุหลักของอนุมูลอิสระที่ทำให้ DNA เสียหายและเกิดการแก่ก่อนวัย
แล้วเหตุใดสิ่งมีชีวิตหลายชนิด โดยเฉพาะสิ่งมีชีวิตยูคาริโอตอย่างมนุษย์ ยังคงต้องพึ่งพาออกซิเจนในการดำรงชีวิตอยู่?
"ในธรรมชาติอาจมีกระบวนการเผาผลาญพลังงานที่แตกต่างกันหลายพันรูปแบบ แต่แทบทุกยูคาริโอตและโพรคาริโอตหลายชนิดล้วนใช้ออกซิเจนในการดำรงชีวิต" ศาสตราจารย์ Donald Canfield นักธรณีชีววิทยาจากมหาวิทยาลัยเซาเทิร์นเดนมาร์กกล่าว
ในสิ่งมีชีวิตเฮเทอโรโทรฟิก นั่นคือ สิ่งมีชีวิตที่ได้รับพลังงานจากการย่อยสารอินทรีย์อื่นๆ (เช่น มนุษย์หรือสัตว์) การผลิตพลังงานจะเกิดขึ้นในไมโตคอนเดรียของเซลล์ ที่นั่น โมเลกุลอินทรีย์จะถูกย่อยสลาย ปลดปล่อยอิเล็กตรอน และอิเล็กตรอนเหล่านี้จะถูกส่งผ่านห่วงโซ่เอนไซม์ในเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรีย
ที่ปลายสุดของห่วงโซ่ ออกซิเจนทำหน้าที่เป็น “สถานีปลายทาง” เพื่อรับอิเล็กตรอน เนื่องจากออกซิเจนมีค่าอิเล็กโตรเนกาติวิตีสูง และรวมตัวกับโปรตอน (H⁺) เพื่อสร้างน้ำ (H₂O) ซึ่งจะสร้างความต่างศักย์ไฟฟ้าที่สร้าง “แหล่งกักเก็บ” โปรตอนขึ้นภายนอกเยื่อหุ้มเซลล์ เมื่อโปรตอนไหลกลับเข้ามาผ่านโปรตีนพิเศษที่ทำหน้าที่เหมือนกังหัน โปรตีนดังกล่าวจะหมุนและสร้าง ATP ซึ่งเป็น “สกุลเงินพลังงาน” ของเซลล์
จากนั้น ATP จะถูกนำมาใช้เพื่อดำเนินกิจกรรมทุกอย่างในร่างกาย ตั้งแต่การหดตัวของกล้ามเนื้อ การส่งสัญญาณประสาท การสังเคราะห์โปรตีน ไปจนถึงการรักษาสมดุลของไอออนในเซลล์
ทำไมไม่ใช้ไนโตรเจนหรือก๊าซอื่นๆ?
ไนโตรเจนถึงแม้ว่าจะมีอยู่มากมาย แต่ก็เสถียรมากและเฉื่อยทางเคมี และแทบจะไม่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาทางชีวภาพเพื่อผลิตพลังงาน
ในขณะเดียวกัน นอกเหนือไปจากออกซิเจนแล้ว สิ่งมีชีวิตที่ไม่ใช้ออกซิเจนบางชนิด (สิ่งมีชีวิตที่ดำรงชีวิตอยู่โดยไม่มีออกซิเจน) สามารถใช้ตัวรับอิเล็กตรอนชนิดอื่นได้ เช่น ซัลเฟต (SO₄²⁻) ไนเตรต (NO₃⁻) หรือไอออนเหล็ก (Fe³⁺) อย่างไรก็ตาม สารเหล่านี้ทั้งหมดให้พลังงานน้อยกว่าออกซิเจนมาก
“การลดปริมาณออกซิเจน (O₂) จะปลดปล่อยพลังงานอิสระต่อการถ่ายโอนอิเล็กตรอนสูงสุด รองจากฟลูออไรด์และคลอรีน ซึ่งมีพิษเกินกว่าที่สิ่งมีชีวิตจะนำไปใช้ได้” ศาสตราจารย์เดวิด แคทลิง (มหาวิทยาลัยวอชิงตัน) เปิดเผยในวารสาร Astrobiology
ดังนั้นออกซิเจนจึงเป็นทางเลือกที่ดีที่สุดสำหรับสิ่งมีชีวิตอย่างน้อยบนโลก
ไม่ใช่สิ่งมีชีวิตทุกชนิดจะชอบออกซิเจน
แม้ว่าออกซิเจนจะมีประสิทธิภาพ แต่ไม่ใช่สิ่งมีชีวิตทุกชนิดจะ "ชอบ" ออกซิเจน แบคทีเรียบางชนิดสามารถดำรงชีวิตอยู่ได้โดยไม่ต้องมีออกซิเจน และอาจถูกออกซิเจนฆ่าตายได้ เนื่องจากระบบป้องกันออกซิเจนที่ใช้งานได้ของแบคทีเรียเหล่านี้ยังพัฒนาได้ไม่ดี สิ่งมีชีวิตเหล่านี้มักอาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ไม่มีออกซิเจน เช่น พื้นทะเล ใต้ดิน หรือลำไส้ของสัตว์
นับตั้งแต่พืชและไซยาโนแบคทีเรียเริ่มผลิตออกซิเจนโดยการสังเคราะห์ด้วยแสงเมื่อกว่า 2,500 ล้านปีก่อน โลกก็ค่อยๆ เปลี่ยนไปสู่สภาพแวดล้อมที่อุดมไปด้วยออกซิเจน ส่งเสริมการพัฒนาและการครอบงำของสิ่งมีชีวิตที่หายใจด้วยออกซิเจน ปูทางไปสู่ชีวิตหลายเซลล์และสัตว์ที่ซับซ้อนเหมือนอย่างเราในปัจจุบัน
คำถามที่น่าสนใจมากคือ “หากมีสิ่งมีชีวิตต่างดาว พวกมันต้องการออกซิเจนหรือไม่” คำตอบคืออาจจะใช่ หรืออาจจะไม่ใช่ก็ได้
ตามที่นักดาราศาสตร์ชีววิทยา ระบุว่า สิ่งมีชีวิตต่างดาวอาจวิวัฒนาการมาใช้ตัวรับอิเล็กตรอนชนิดอื่นได้ ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของบรรยากาศของดาวเคราะห์
แต่หากโลกมีสภาพแวดล้อมคล้ายกับโลก ซึ่งสามารถหาออกซิเจนได้ง่าย สิ่งมีชีวิตอัจฉริยะที่ใช้ออกซิเจนก็จะมีข้อได้เปรียบทางวิวัฒนาการที่ชัดเจน ด้วยเหตุผลที่เรียบง่ายประการหนึ่ง นั่นคือ ออกซิเจนช่วยสร้างพลังงานได้มากกว่าทางเลือกอื่น
มินห์ ไห
ที่มา: https://tuoitre.vn/vi-sao-gan-nhu-toan-bo-su-song-tren-trai-dat-deu-hit-tho-oxy-20250528171343524.htm
การแสดงความคิดเห็น (0)