Инь и Янь ультрафиолетового излучения

Нам необходимо УФ излучение для синтеза витамина D, который крайне важен для усвоения кальция. УФ излучение используется некоторыми организмами в качестве внешней среды, и оказывает вспомогательное действие в восстанавливающих механизмах при повреждении ДНК. Более того, катализированные реакции УФ в атмосфере и на планете Земля на ранней стадии развития были решающими в обеспечении условий для возникновения жизни. Но факт остаётся фактом: УФ радиация сама по себе опасна для органической жизни. такой как на нашей планете. Почему это так, и как жизнь преодолела это препятствие в борьбе за процветание на Земле?

 

Видимое многообразие организмов затмевает тот факт, что вся жизнь на Земле, и возможно, во вселенной, основана главным образом на нескольких видах органических составляющих. Главные среди них – протеины и нуклеиновые кислоты (РНК и ДНК), соответственно основные структурные и наследственные составляющие земной биологии. К сожалению, максимальное потребление радиации для обоих компонентов в области УФ солнечного спектра 280 нм для протеинов и приблизительно 260 нм для нуклеиновых кислот, и такое потребление способно уничтожить эти молекулы. Хотя излучение ниже 290 нм не достигает поверхности сегодняшней Земли, оно всё ещё в опасной близости к максимальному поглощению.  

 

В случае недостатка, УФ излучение может катализировать производство активных форм кислорода, таких как гидроксильный радикал, которые сами по себе вредны для органических составляющих. А на ранней стадии развития ситуация на Земле была куда хуже, до того, как сформировался защитный озоновый слой. Без озонового слоя (но с наличием СО2 в атмосфере, который мы имеем с древнейших времён), мы бы купались в УФ радиации до 200 нм – ужасающе опасная ситуация для жизни.

 

 

 

С такими предпосылками, можно простить внеземного биолога, который посмеет предположить, что вся жизнь на Земле ищет убежища под поверхностью. Теперь то мы знаем, что это не правда. Фактически подземная жизнь находится в невыгодном положении, т.к. она не может получить доступ к другим областям солнечного спектра, в особенности к длинноволновой, которую бактерии, водоросли и растения используют для процесса фотосинтеза, а нам, животным, это необходимо, чтобы видеть.

 

Общее эволюционное решение данной проблемы, создание биологических ‘солнцезащитных экранов’ для защиты от УФ радиации и в то же время доступа к длинноволновому излучению, и, конечно же, многие организмы от прокариотов (организм, клетки которого не имеют оформленного ядра) до человека используют этот подход. Кроме того, возможно использовать минералы, которые пропускают длинноволновое излучение, но ослабляют УФ радиацию. В лабораторных условиях выяснилось, что организмы, которые живут в песке именно так и делают, так же как и те организмы, которые живут в соляной корке (отложение соли на поверхности ледяного покрова при росте кристаллов молодого льда и выжимания соли вверх). Учёные исследуют вероятность того, что составляющие на основе железа играли немаловажную роль в защите древнейших организмов на планете Земля.

 

Почему железо? Железо – один из самых распространённых металлов во вселенной, встречающийся в звёздах, таких как наша, в планетах и в качестве основной составляющей определённых типов метеоритов и астероидов, известных как железные метеориты и астероиды М-типа. На Земле его доля составляет 5.6% корки, и практически полностью ядро. Железо, возможно, самый важный метал для жизни, благодаря его роли в большинстве метаболических процессов, включая то, что он является важнейшим компонентом гемоглобина, который переносит кислород в красных кровяных клетках.

 

Вблизи поверхности океана концентрация железа существует в наномолярных или пикомолярных пределах. Но составляющие железа, находящиеся там, к примеру, нанофазные оксиды железа/гиброокись, способны поглощать УФ радиацию. Таким образом, учёные предположили, что такие составляющие позволили ранним организмам стать фотосинтетическими – с одной стороны, железные составляющие использовались в метаболизме, а с другой стороны, они ослабляли вредное УФ излучение, пропуская длинноволновое, необходимое для фотосинтеза.

В ближайшие годы учёные планируют проверить свою гипотезу, сопоставив свои данные с биологией и геохимией в условиях лабораторных исследований.