Кислород в живой природе

КИСЛОРОД в живой природе. На долю кислорода приходится до 70% массы всего живого вещества биосферы. Он входит в состав большинства органических (в том числе белки, липиды, углеводы) и неорганических соединений организмов. В среднем в пересчёте на 1 кг сухого вещества в растениях, а также в водных животных содержится 400-470 г кислорода, в наземных животных - 186 г, в бактериях - 230 г. Благодаря появлению и жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов (главным образом цианобактерий, позднее зелёных растений) около 2,7 млрд. лет назад началось накопление свободного кислорода (О₂) в первичной бескислородной атмосфере Земли (важнейший этап в эволюции биосферы); затем образовался озоновый экран, защищающий всё живое от жёсткого космического излучения. Современный газовый состав атмосферы поддерживается благодаря фотосинтезу.

Большинство населяющих планету организмов - аэробы; они нуждаются в свободном кислороде, т.к. получают большую часть необходимой для жизнедеятельности энергии за счёт окисления биологического. Анаэробные организмы (главным образом прокариоты) могут жить в бескислородной среде. Облигатные анаэробы приспособились к условиям, исключающим доступ кислорода (нижние слои почвы, дно водоёмов, глубокие участки раны и т.д.); многие из них погибают при наличии незначительного содержания в среде О₂.

Круговорот кислорода в биосфере весьма сложен, так как он входит в состав множества соединений. Движущей силой круговорота служит солнечная энергия, благодаря которой атмосферные диоксид углерода (СО₂) и кислород непрерывно циркулируют, проходя через живые организмы. Фотосинтезирующие организмы улавливают солнечную энергию и используют её для синтеза органических соединений из СО₂ и Н₂О. В ходе фотосинтеза в атмосферу выделяется О₂. Аэробные гетеротрофы используют кислород для усвоения богатых энергией органических продуктов фотосинтеза, которые они получают с пищей. Высвобождающийся в атмосферу СО₂ вновь вовлекается в фотосинтез. Почти во всех клетках организмов (эукариот) 90% потребляемого кислорода восстанавливается (до СО₂ и Н₂О) с участием цитохромоксидазы митохондрий. Остальной кислород включается в окислительно-восстановительные реакции, приводящие к образованию кислородсодержащих соединений при участии оксигеназ. В ходе обменных процессов при неполном восстановлении кислорода образуются супероксидный радикал (О₂) и пероксид водорода. Они обладают высокой реакционной способностью и крайне токсичны для клеток (повреждают плазматические мембраны, взаимодействуя с остатками ненасыщенных жирных кислот).

Современная хозяйственная деятельность человека вносит существенные изменения в круговорот кислорода. Всего в мире только для сжигания топлива ежегодно потребляется около 9·10⁹ тонн кислорода. В некоторых странах при этом расходуется кислорода больше, чем его выделяют растения при фотосинтезе.

Лит.: Москалев Ю. И. Минеральный обмен. М., 1985; Ершов Ю. А., Плетенева Т. В. Механизмы токсического действия неорганических соединений. М., 1989; Башкин В. Н., Касимов Н. С. Биогеохимия. М., 2004.