Из чего состоит все живое. Почему все живое состоит из углерода, кислорода, азота и водорода?

Из чего состоит все живое. Почему все живое состоит из углерода, кислорода, азота и водорода?

Стандартный ответ, который можно найти в литературе: потому, что атомы углерода способны образовывать цепочки и кольца, создавая гигантское разнообразие органических молекул
. И потому, что вода - вещество с уникальными свойствами, способное растворять огромное разнообразие веществ, а также стабилизировать температуру за счет высокой теплоемкости, теплоты замерзания и теплоты испарения экзобиологические исследования (поиски жизни вне земли) концентрируются на планетах с такой температурой поверхности, при которой возможно существование жидкой воды. Великий астроном Карл саган жестко критиковал эту позицию, называя ее "Водно - Углеродным Шовинизмом". По его мнению, другим ученым просто не хватает фантазии, чтобы представить себе альтернативную биохимию на иных химических элементах.

В фантастике часто можно встретить описания кремнийорганической жизни или жизни, использующей фтороводород либо аммиак в качестве растворителя. Кремний действительно способен образовывать сложные молекулы с длинными цепочками и кольцами атомов. Такой же способностью обладает и бор, на который, насколько мне известно, фантасты не обращали внимания. Воду в качестве растворителя действительно могут заменить NH3 и HF. Однако я придерживаюсь водно - углеродного шовинизма и собираюсь обосновать свою позицию при помощи ядерной физики.

Во вселенной больше всего водорода, второе место за гелием. Следом идут углерод, кислород и азот. Три легких элемента - литий, бериллий, бор - весьма редки. От кислорода и до титана распространенность элементов плавно убывает, причем элементы с нечетными атомными номерами встречаются реже, чем с четными. Затем идут несколько широко распространенных металлов - хром, марганец, железо, никель. Элементы, следующие за никелем и особенно за цинком, совсем редки.

Почему так получается?

Ядра тяжелее дейтерия (тяжелого водорода) образуются в основном в термоядерных реакциях, протекающих в звездах. Простейшая из таких реакций, имеющая самую низкую температуру зажигания, - протон - протонный цикл. Благодаря ему светят солнце и другие звезды небольшой массы. В этой реакции четыре протона в несколько стадий превращаются в ядро гелия с выделением энергии (D - дейтерий, e - позитрон, ? e - электронное нейтрино, ? - фотон:

p p ->? D e? e 0, 4 мэв, ? D p -> 3He? 5, 49 мэв, 3He 3He -> 4He 2p 12, 85 мэв.

В более массивных звездах (от полутора масс солнца) зажигается следующая реакция - углерод - азотный цикл. В нем также протоны превращаются в ядра гелия, а ядро углерода выступает в качестве катализатора второй итог этой реакции - частичное превращение углерода в азот и кислород:

12C p -> 13N? 1, 95 мэв, 13N -> 13C e? e 1, 37 мэв, 13C p -> 14N? 7, 54 мэв, 14N p -> 15O? 7, 29 мэв, 15O -> 15N e? e 2, 76 мэв, 15N p -> 12C 4He 4, 96 мэв.

Так или иначе, со временем в центре звезды кончается водород и образуется скопление гелия. Горение водорода продолжается в тонком слое вокруг гелиевого ядра. Внешние оболочки звезды при этом раздуваются, звезда становится красным гигантом если масса звезды невелика, то по мере исчерпания водорода в центре оболочка будет сброшена, а горячая гелиевая сердцевина станет видна на небе как белый карлик и за несколько миллионов лет остынет и погаснет.
Жизнь тяжелых звезд интереснее оказывается. Их гелиевая сердцевина разогревается настолько, что в ней зажигается следующая термоядерная реакция - 3-альфа - процесс, превращение гелия в углерод:

4He 4He -> 8Be? 0, 09 мэв, 8Be 4He -> 12C? 7, 37 мэв.

Стареющая звезда получает новый мощный источник энергии и становится сверхгигантом. У более массивных сверхгигантов по мере сгорания гелия начинаются термоядерные реакции с участием углерода и кислорода, в них образуются ядра неона, магния, кремния, серы и так далее - изотопы с четным числом протонов и нейтронов:

12C 12C -> 20ne 4He, 12C 16O -> 24mg 4He, 16O 16O -> 28si 4He, 16C 20ne -> 32S 4He.

Выделяющиеся альфа-частицы также могут захватываться ядрами:

20ne 4He -> 24mg? , 24mg 4He -> 28si? , 28si 4He -> 32S.

Чем более тяжелые ядра сливаются, тем быстрее идут реакции. Лишь в том случае, если горение водорода в массивной звезде растягивается на десятки миллионов лет, то горение гелия продолжается только сотни тысяч лет. Горение углерода и кислорода с образованием неона, магния и кремния занимает сотни лет. Наконец, превращение кремния и серы в металлы занимает сутки. Выделение энергии в этих реакциях заканчивается с образованием ядер 56ni и 60zn, синтез более тяжелых ядер происходит уже с поглощением энергии. В центре звезды - сверхгиганта накапливаются металлы, и выделение энергии прекращается. Остывание центра звезды приводит к потере устойчивости - оболочки начинают падать к центру, звезда сжимается и взрывается. Светимость звезды в этот момент возрастает в миллиарды раз, и астрономы говорят о вспышке сверхновой. В нижних слоях ядра образуется огромное количество нейтронов, которые быстро захватываются атомными ядрами. Так синтезируются все возможные тяжелые элементы от натрия и магния до нестабильных трансурановых, как четные, так и нечетные.

Ударная волна разносит все оболочки звезды по космосу, первые тысячи лет после этого они видны как светящаяся планетарная туманность. На месте звезды остается маленький сверхплотный остаток - нейтронная звезда или черная дыра, а большая часть вещества возвращается в газопылевые облака, обогащая их тяжелыми элементами.

Есть несколько типов ядер, которые синтезируются в других процессах. Во-первых, это дейтерий - тяжелый водород. В звездах он быстро превращается в гелий, и считается, что современные запасы дейтерия образовались из водорода вскоре после большого взрыва, причем от превращения в гелий их предохранило быстрое остывание вселенной. Во-вторых, три легких элемента - литий, бериллий и бор - в условиях звезд легко превращаются в гелий и углерод, и их синтез происходит в межзвездной среде в реакциях с участием космических лучей. Пики на графике, соответствующие свинцу, урану и торию, означают, что заметная часть этих элементов образовалась путем распада их более тяжелых соседей. Свинец и висмут - два последних стабильных элемента, а уран и торий - два последних относительно стабильных (период полураспада измеряется миллиардами лет.

Таким образом, существование жизни на основе бора запрещено ядерной физикой: малая устойчивость ядра этого элемента приводит к тому, что его содержание во вселенной в миллион раз меньше, чем кислорода и углерода. Об этом можно сожалеть, потому что химия бора интересна и разнообразна, а в паре с азотом он может образовать близкие с кремниевой жизнью сложнее. Хотя сам кремний доступен в изобилии, в присутствии кислорода и воды он склонен образовывать весьма устойчивые нерастворимые силикаты. В отличие от углерода, кремний не образует сложные пи - связи, охватывающие более двух атомов, - а только благодаря пи - связям органические молекулы способны к сложным взаимодействиям со светом, вплоть до фотосинтезааналоги органических соединений углерода.

Все живые организмы состоят из чего. Из чего состоят все живые организмы?

Из чего состоят все живые организмы?

Ответ от специалиста

В свое время, узнав из одной известной песни, что девчонки сделаны из «цветочков, звоночков, тетрадок и переглядок», я поняла, что обречена либо на кризис гендерной идентичности, либо на подозрение, что на самом деле всё устроено как-то иначе.

Да, иначе. Сейчас постараюсь объяснить.

«Состав» жизни

Начну издалека. Представьте, что человек это такая анатомическая матрешка. От сложного к простому: давайте образно разделю его на органы (буквально тоже можно, но это обычно уголовно наказуемо). Органы состоят из тканей . А ткани состоят из «деталек» — клеток. Меньше клеток молекулы и атомы , но, будучи вне клеточной системы, ничего живого они не образуют.

Клетки — это «кирпичики», из которых строится любой организм (хоть девочка, хоть сколопендра).

Клетки похожи, но они вовсе не одинаковые. В одном «наборе» (организме) много разных частей, а у всякой «детальки» своя роль и свое «наполнение».

Стандартное устройство клетки :

• клеточная (плазматическая) мембрана;
• цитоплазма;
• органеллы;
• ядро.

У мембраны несколько функций. Она обеспечивает изоляцию содержимого клетки от окружающей среды, но в то же время служит «дверью» для прохождения питательных веществ.

Цитоплазма — жидкая внутренность клетки, где задумчиво плавают органеллы и ядро.

Ядро — это «сердце», в котором хранится генетический материал. Всегда есть в клетках эукариот , но почти не оформлено у прокариот. Но ДНК есть и у тех, и у других. Просто ее «хранение» в безъядерных условиях организовано иначе.

Разновидностей органелл очень много (вакуоли, пластиды, комплекс Гольджи и т.д.), у каждой своя роль.

Включения — это то, что «приходит и уходит» в процессе обмена веществ.

Клетки — не просто материал. Они питаются, воспроизводятся, умирают — они сами живые !

Можно ли их увидеть? Да! Даже очень простой микроскоп с этим поможет.

Клеточное разнообразие живых организмов

Помимо сложных многоклеточных существ (вроде нас с вами) есть еще и очень простые, одноклеточные . Вроде амёб и инфузорий . Обычно они невидимы из-за своего крошечного размера, но и с этим вам может помочь микроскоп. Кстати, о микроскопическом. Даже исключительно маленькие существа (вроде тихоходок ) частенько бывают вполне себе многоклеточными .

А сами клетки порой поражают размерами. Яйцо (вот это масштаб) — это огромная оплодотворенная яйцеклетка

Интересно, что вирусы , которым досталось весьма необычное положение между живым и неживым, бесклеточны .

Чем опасны бактерии. Самые опасные бактерии

Одна из самых устойчивых бактерий – это метициллин. Его знают больше под названием «золотистый стафилококк» (Staphylococcus aureus). Этот микроорганизм способен вызвать не одно, а несколько инфекционных заболеваний. Некоторые виды этих бактерий стойки к воздействию мощных антибиотиков и антисептиков. Штаммы этой бактерии могут жить в верхних отделах дыхательных путей, в открытых ранах и мочевыводящих каналах каждого третьего жителя Земли. Для человека с сильным иммунитетом это не представляет опасности.

Вредные бактерии для человека – это также патогены под названием Salmonella typhi. Они являются возбудителями острой инфекции кишечника и брюшного тифа. Такие виды бактерий, вредных для человека, опасны тем, что вырабатывают токсические вещества, которые крайне опасны для жизни. При протекании болезни происходит интоксикация организма, очень сильная лихорадка, высыпания на теле, увеличивается печень и селезенка. Бактерия очень стойка к разным внешним воздействиям. Хорошо живет в воде, на овощах, фруктах и прекрасно размножается в продуктах из молока.

К самым опасным бактериям относится также бактерия Clostridium tetan. Она вырабатывает яд под названием «столбнячный экзотоксин». Люди, которые заражаются этим патогеном, испытывают страшные боли, судороги и очень тяжело умирают. Болезнь называется столбняк. Несмотря на то что вакцину создали ещё в 1890 году, каждый год на Земле от неё умирает 60 тысяч человек.

И ещё одна бактерия, которая способна привести к смерти человека, - это Mycobacterium tuberculosis. Она вызывает туберкулез, который устойчив к воздействию лекарств. При несвоевременном обращении за помощью человек может умереть.

Расстояние между молекулами в твердом веществе. Твердое и жидкое состояния вещества

Для понимания различия между веществами, опишу оставшиеся два состояния - жидкое и твердое. В жидком состоянии расстояние между молекулами примерно равно диаметру самих молекул . Поэтому жидкость может сохранять и форму, и объем. В твердых телах – расстояние между молекулами намного меньше диаметров молекул , поэтому частицы в таком состоянии способны только на колебательные и вращательные движения. Но передвигаться они относительно друга не могут, поэтому у них четкая кристаллическая структура, обеспечивающая постоянную форму и объем.

Видео Белки: из чего состоит все живое на Земле

Из чего состоит все живое. Свойства

Свойства живых организмов выделены в ходе исследований как родовые признаки, идентифицирующие их и отделяющие от неживой природы. Ученым-биологам удалось аналитически обобщить на уровне свойств многообразие животного мира. Действительно, все живые организмы обладают едиными (родовыми) свойствами:

• Единый химический состав. В составе живых организмов встречаются те же химические элементы, что и в неживой природе.
• Открытый характер. Они, с одной стороны, пользуются внешними источниками питания и энергии, а с другой - и отходы их жизнедеятельности, и сами они после смерти становятся частью окружающей среды.
• Осуществляют саморегуляцию, самоорганизацию по отношению к внешним факторам.
• Самовоспроизводятся, причем каждое поколение воспроизводит свойства живых организмов, его породивших.
• Изменчивы в целях лучшего приспособления к окружающей среде, приспосабливаясь к ее изменениям для эффективного выживания.
• Растут и развиваются. Если рост следует понимать как увеличение длины и массы, то развитие – это изменение самых различных характеристик живого организма.
• Возбудимость. Это свойство определяет информационную самокоординацию организма, а также регулирование его характеристик взаимодействия с окружением.
• Дискретность. Каждый живой организм можно представить как совокупность отдельных тканей, систем, органов, клеток.

Все живые организмы состоят из клеток кроме. История теории клеточного строения

Люди не всегда знали, из чего состоят организмы. То, что все ткани формируются из клеток, стало известно сравнительно недавно. Наука, которая изучает это, - биология. Клеточное строение организма было впервые описано учеными Маттиасом Шлейденом и Теодором Шванном. Произошло это в 1838 году. Тогда теория клеточного строения состояла из таких положений:

животные и растения всех видов сформированы из клеток;

растут они с помощью образования новых клеток;

клетка - самая малая единица жизни;

организм - это совокупность клеток.

Современная теория включает в себя несколько иные положения, и их чуть больше:

клетка может произойти только от материнской клетки;

многоклеточный организм состоит не из простой совокупности клеток, а из объединенных в ткани, органы и системы органов;

клетки всех организмов имеют подобное строение;

клетка - сложная система, состоящая из более мелких функциональных единиц;

клетка - наименьшая структурная единица, способная выступать в роли самостоятельного организма.

Почему провитамин d2 получают в сниженном количестве азота и небольшом количестве кислорода. История открытия

Официально считается, что кислород был открыт английским химикомпутём разложенияв герметично закрытом сосуде (Пристли направлял на это соединение солнечные лучи с помощью мощной линзы).

Однако Пристли первоначально не понял, что открыл новое, он считал, что выделил одну из составных частей воздуха (и назвал этот газ «дефлогистированным воздухом»). О своём открытии Пристли сообщил выдающемуся французскому химику. ВА. Лавуазье установил, что кислород является составной частью воздуха, кислот и содержится во многих веществах.

Несколькими годами ранее (в) кислород получил шведский химик. Он прокаливал селитру с серной кислотой и затем разлагал получившийся. Шееле назвал этот газ «огненным воздухом» и описал своё открытие в изданной вкниге (именно потому, что книга опубликована позже, чем сообщил о своём открытии Пристли, последний и считается первооткрывателем кислорода). Шееле также сообщил о своём опыте Лавуазье.

Важным этапом, который способствовал открытию кислорода, были работы французского химика, который опубликовал работы по окислению ртути и последующему разложению её оксида.

Наконец, окончательно разобрался в природе полученного газа А. Лавуазье, воспользовавшийся информацией от Пристли и Шееле. Его работа имела громадное значение, потому что благодаря ей была ниспровергнута господствовавшая в то время и тормозившая развитие химии. Лавуазье провёл опыт по сжиганию различных веществ и опроверг теорию флогистона, опубликовав результаты по весу сожжённых элементов. Вес золы превышал первоначальный вес элемента, что дало Лавуазье право утверждать, что при горении происходит химическая реакция (окисление) вещества, в связи с этим масса исходного вещества увеличивается, что опровергает теорию флогистона.

Таким образом, заслугу открытия кислорода фактически делят между собой Пристли, Шееле и Лавуазье.