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能流进化论——呼吸作用在生命起源与进化中的作用

已有 3251 次阅读 2021-7-25 22:18 |个人分类:随想|系统分类:科普集锦

呼吸作用存在于所有生物细胞中,是生物对食物进行氧化分解,并从中获取物质和能量的生物学过程,是所有细胞生物都不可或缺的生物学过程,是所有细胞的过程共性。呼吸作用对生物具有非常重要的生理意义,主要表现在以下两个方面:

1)呼吸作用能为生物提供能量。呼吸作用释放出来的能量,一部分转化为热能,用以保证生物内的各种生化反应能够在一个相对稳定的温度条件下进行;另一部分以化学能的形式储存在腺苷三磷酸(adenosine triphosphateATP)等高能物质中。储存在这类物质中的化学能主要用于驱动细胞内生化反应的发生,进而使得生物的各种生物活动,如细胞分裂、个体生长、矿质元素吸收、肌肉收缩、神经信号传导等得以正常进行。

2)呼吸作用能为生物内其他物质的合成提供原料。例如,葡萄糖在糖酵解过程中的产物丙酮酸是合成氨基酸的原料。

通过对呼吸作用解析可以发现,呼吸作用过程首尾两端的两种物质均需要从环境中获取。这两种物质:一种是为细胞或生物提供物质和能量的物质,我们可以将其理解为食物;另一种是氧气(有的生物是利用其它种类的氧化性物质)。氧气用于接受食物在生物内代谢过程中产生的电子,这是因为氧气与食物之间的氧化还原电位不同,二者之间存在能势差。氧气接受电子后的产物是水。水从生物内排出的过程,也是食物代谢所产生的电子被带走的过程。伴随着电子的流失,如果氧气充足,那么食物在生物内的代谢过程就可以继续进行。从这个角度看,氧气还具有驱动食物在生物内代谢的作用。

综上所述,呼吸作用是所有细胞都具有的过程共性,该过程介导了环境中物质之间的能量传递,因而呼吸作用也可以认为是生物与环境之间联系的桥梁。既然“驱动自然界中的能量流动”是所有生物都具有的对自然界的影响,也就意味着可以从能量流动这一角度确立生物在自然界中的价值,进而探求生命的起源与进化问题。《隐藏的动力:生物在自然界中的价值》一书中所阐释的能量进化论便是基于此思考。




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