клетки вырабатывают аденозинтрифосфат (АТФ) – молекулу, которая действует как накопитель энергии почти во всех живых организмах. То есть для получения энергии организм постоянно должен пропускать через себя поток электронов, получая их с пищей. Мы живем, заряжаясь электронами.
На заре Жизни мир был полон свободных электронов и некоторые организмы приспособились питаться электрической энергией, вкушая голые электроны «без гарнира». Сегодня выявлено около десятка разновидностей древнейших бактерий, потребляющих электричество напрямую31. Причем при закислении среды до рН=2 (что примерно соответствует кислотности первобытного океана и архейской атмосферы) «прожорливость» этих микробных сообществ возрастает на два порядка32. Косвенно это может означать, что разнообразие подобных микроорганизмов в те эпические времена было значительно больше, но, не сумев приспособиться к изменяющейся обстановке, далеко не все из них дожили до наших дней.
Со временем вулканическая вакханалия молодой планеты стала утихать, количество «неприкаянных» электронов в окружающей среде снизилось, и бактериям пришлось переходить на новый рацион питания. Выжили те, которые приспособились встраиваться в геохимические циклы, и использовать электроны, которыми обмениваются химические элементы во время реакций.
В ходе геохимического круговорота, запущенного Луной, первородные космические породы и минералы вступали в химические реакции с образованием новых, уже сугубо земных отложений. Процессы сопровождались выделением или поглощением тепла и энергии, при этом преобладали окислительно-восстановительные реакции, происходящие благодаря обмену электронов между веществами. К чисто химическим реакциям начали присоединяться непрошенные участники – микроорганизмы – так называемые хемоавтотрофы33, используя электроны для своих нужд. С помощью белков-ферментов они научились многократно ускорять реакцию, и, если реакция идет с выделением энергии, она подхватывается живым веществом и используется для синтеза АТФ. Имея запас АТФ хемоавтотрофы получают возможность осуществлять уже те реакции, которые идут с поглощением энергии, например, синтез органики из углекислого газа.
Донорами электронов для хемоавтотрофов архея могли выступать водород и сероводород, двухвалентное железо или соединения аммиака. В поисках пропитания – необходимых электронов и микроэлементов – бактерии с энтузиазмом принялись разлагать горные породы. С той поры хемоавтотрофы ведут с горными породами настоящую войну, воздействуя на них богатым арсеналом химического оружия. Некоторые бактерии в процессе жизнедеятельности выделяют муравьиную, уксусную, пропионовую, азотную, серную (вплоть до 10%-ого раствора, способного прожечь бумагу!) и другие кислоты, разрушающие минералы.
В течение первого миллиарда лет существования биосферы прокариоты здорово «пощипали»
Meet the electric life forms that live on pure energy. [Электронный ресурс] // NewScientist URL: https://www.newscientist.com/article/dn25894 (дата обращения: 01.08.2022).
Malvankar N. S., Vargas M., Nevin K., et al. Structural Basis for Metallic-Like Conductivity in Microbial Nanowires // mBio. 2015, V. 6 (2). doi: 10.1128/mBio.00084—15.
Хемоавтотрофы – организмы, чаще всего бактерии, которые образуют органические вещества за счет энергии окисления неорганических веществ. По типу питания все организмы разделяются на автотрофные и гетеротрофные. Автотрофные, то есть «самостоятельно питающиеся», умеют превращать неорганический углерод в органику (делают живое из неживого). Гетеротрофы не способны к этому и являются, по сути дела, нахлебниками автотрофов: они полностью зависят от производимых ими органических соединений. Автотрофы синтезируют органику из СО2. При этом хемоавтотрофы для этого пристраиваются к какой-нибудь химической реакции, а фотоавтотрофы используют энергию солнца. Фотоавтотрофы делятся в свою очередь на аноксигенных (не выделяющих кислород) и оксигенных, или кислородных.
