Надо же чем-то питаться: фотосинтез
Для энергетического обмена (такого, каким он «оказался» на нашей планете) нужны электроны, много электронов. Их можно взять в самых разных местах. Так, некоторые бактерии пользуются сероводородом: берут ион S2- и отбирают у него два электрона, в результате чего появляются отложения чистой серы. Кое-где на нашей планете они и сейчас так поступают, а тогда в океане сероводорода было сколько угодно. Другие проделывают это с ионами железа Fe2+, превращая их в Fe3+, что приводит к отложению разных соединений железа, главным образом – ржавчины. Но и сероводород, и ионы железа – тоже исчерпаемый ресурс. К тому же эти электроны потом надо куда-то девать: нужен акцептор электронов.
Некоторые бактерии обратились к практически неисчерпаемому ресурсу – воде. Они обзавелись весьма своеобразными окрашенными молекулами, пигментами9 (самый известный из них – хлорофилл), которые улавливают фотоны и за счет их энергии становятся сильными окислителями (алчными отнимателями электронов, если говорить на человеческом языке). Эти молекулы один за другим отнимают электроны у целой группы ионов, заряжая эту группу постепенно, как зубец за зубцом взводится пружина арбалета. В конце концов эта группа ионов отнимает электроны у мирно проплывавшей мимо молекулы воды, превращая ее (помимо отнятых электронов) в два иона водорода Н+ и атом кислорода, который немедленно соединяется с еще одним таким же обломком молекулы воды в молекулу О2. Электроны и ионы водорода в дальнейшем используются для синтеза АТФ (универсального энергоносителя живых клеток) и в конечном итоге связывания атмосферного углерода (сейчас – из углекислого газа СО2, поначалу – скорее всего, из метана СН4). На самом деле этот механизм, развивавшийся долгими извилистыми путями, гораздо сложнее и вариативнее описанного.
Для нашего рассказа важны две вещи. Во-первых, вся эта процедура, называемая фотосинтезом, способна создавать несущие энергию молекулы углеводов за счет энергии Солнца. Не важно, что ее КПД не слишком высок, – важно, что это дает жизни на Земле источник органических молекул взамен давно съеденных абиогенных веществ из раннего периода развития жизни. И этот ресурс ограничен, строго говоря, только притоком солнечной энергии (сегодняшняя биосфера, включая нас самих, использует лишь ее малую часть, а вот если мы построим так называемую сферу Дайсона…). В человекоразмерных временных масштабах можно считать этот источник энергии неисчерпаемым. Слава Богу.
Заметим, что механизм фотосинтеза чрезвычайно сложен. Он требует множества белков (и генов для них), а кроме белков – гемоподобные структуры, среди которых хлорофилл далеко не одинок, и систему транспорта электронов, и биохимические циклы связывания углерода, и многое другое. Как все это эволюционировало, тем более что по отдельности компоненты этой системы могли быть совершенно
Это как раз пример того, как
