Единство энергии
Как паровая машина нуждается в постоянном снабжении энергией, чтобы раз за разом выталкивать поршень, так и жизнь требует постоянного снабжения энергией, чтобы выполнять необходимые функции, от роста и ремонта до движения и размножения. Для паровой машины мы извлекаем энергию из окружающей среды. Мы сжигаем уголь, дерево или какое-то другое топливо, и полученная теплота поглощается внутренним механизмом машины, заставляя пар расширяться. Живые существа также извлекают энергию из окружающей среды. Животные извлекают ее из пищи, растения — из солнечного света. Но, в отличие от паровой машины, жизнь не обязательно использует эту энергию сразу же, на месте. Жизненные процессы сложнее расширения и сжатия пара, и потому им необходима более совершенная система доставки и распределения энергии. Жизнь нуждается в том, чтобы энергию сжигаемого ею топлива можно было запасать и выдавать надежно и регулярно по мере того, как у составляющих клетки появляется в ней нужда.
Все живое решает проблему извлечения и распределения энергии одинаково30.
Универсальное решение, которое выработала жизнь (сложную цепочку процессов, происходящих прямо сейчас внутри вас и меня — и, насколько нам известно, всего остального, что живет), можно отнести к числу самых поразительных достижений природы. Жизнь извлекает энергию из окружающей среды посредством своеобразного медленного химического горения и запасает эту энергию впрок, заряжая встроенные во все клетки биологические аккумуляторы. Затем эти клеточные батареи обеспечивают стабильный источник электричества, которое клетки используют для синтеза молекул, специально предназначенных для переноса и доставки энергии к каждому компоненту клетки.
Такая система может казаться сложной. Она и в самом деле сложна. Но при этом жизненно необходима. Поэтому давайте коротко опишем ее. Если вы чего-то не поймете, ничего страшного. Даже беглый взгляд позволит увидеть те чудесные средства, при помощи которых жизнь обеспечивает функционирование своих механизмов.
Химическое горение, играющее центральную роль в переработке жизнью энергии, называется окислительно-восстановительной реакцией. Не самое заманчивое название, но архетипический пример — горящее полено — помогает немного его прояснить. Когда полено горит, углерод и водород древесины отдают электроны кислороду воздуха (вы же помните, кислород всегда жаждет электронов), связывая атомы кислорода в молекулы воды и двуокиси углерода и высвобождая при этом энергию (именно поэтому огонь горячий). Когда кислород хватает электроны, мы говорим, что он восстанавливается. Когда углерод или водород отдают электроны кислороду, мы говорим, что они окисляются. Вместе получается окислительно-восстановительная реакция или, для краткости, ОВР.