Metaller og liv -en balansegang
Av Eric Hedin, 14.mai 2024. Oversatt herfra

I en tidligere artikkel, så vi på en rekke funksjoner som viser design i opprinnelse og avsetning av metaller og malmer, noe som resulterte i deres tilgjengelighet for menneskelig bruk. Her skal vi utforske noen av de dypt innebygde forbindelsene mellom metaller og liv.

Bilde 1. Livet balanserer på små flater

En av de mest grunnleggende aspektene ved alt liv, er evnen til å hente energi fra metabolske prosesser, spesielt avhengig av brøkdeler av metallatomer, integrert i cellulær biokjemi.
-Livet er basert på energi oppnådd ved elektronoverføringsprosesser; disse prosessene er avhengige av oksidoreduktase-enzymer, som ofte inneholder overgangs-metaller i sine strukturer... Oksygenisk fotosyntese dukket opp for mellom 3,2 og 2,5 milliarder år siden, det samme gjorde metanoksidasjon, nitrogenfiksering, nitrifikasjon og denitrifikasjon. Disse metabolismene er avhengige av et utvidet spekter av overgangsmetaller som antagelig gjøres tilgjengelig ved oppbygging av molekylært oksygen i jordskorper og marin mikrobiotisk matteriale. Tilegnelsen av kobber i enzymer før den store oksidasjonshendelsen er spesielt viktig, ettersom kobber er nøkkelen til nitrogen- og metankretsløp og senere ble inkorporert i en rekke aerobe metabolismer.(1)

Når du leser slike beskrivende utsagn, er det viktig å ikke naivt anta at ikke-styrte naturkrefter har forutsetning og evne til, gjennom flaks eller skjebne, å utvikle den komplekse biokjemien som er involvert i å produsere enzymer, fotosyntetiske reaksjoner eller andre metabolske aktiviteter.

Metallenes rolle
Den avgjørende rollen til metaller i enzymatiske reaksjoner, er kausalt tvilsom fra et naturalistisk perspektiv, men er i samsvar med egenskapene til et sofistikert ingeniørdesign. I høyt utviklede systemer er hver av flere deler i hele funksjonssystemet uunnværlig og må utføres innenfor strenge toleranse-kriterier. Forskere har bekreftet at metaller spiller en helt uunnværlig rolle i en rekke biologiske prosesser.
"I alle metalloenzymer forårsaker fjerning av metallkomponenten tap av aktivitet."(2)
"Cu-holdige oksidaser medierer et bredt spekter av viktige oksidasjons-reaksjoner i naturen ...."(3)
"Molybden er et spormetall som kreves av praktisk talt alle arter ...."(4)

Bilde 2. På sporet av metaller (detektor) -de spiller en avgjørende rolle for livet

"Selen spiller også en viktig rolle som næringsstoff, og er en komponent av aminosyren selenocystein (Sec), gjennom hvilken det er inkorporert i enzymer som krever dette metallet som kofaktor."(5)
Biologisk viktige enzymer krever ofte de effektive egenskapene til metallatomer, som utgjør mindre enn en tidels prosent av deres totale antall atomer.
Noen essensielle tungmetaller, inkludert krom (Cr), kobolt (Co), kobber (Cu), jern (Fe), mangan (Mn), molybden (Mo), selen (Se) og sink (Zn) har viktige biokjemiske og fysiologiske roller i dyr og planter ved lave konsentrasjoner. Disse spormetallene er betydelige bestanddeler av noen kritiske enzymer, involvert i redoksreaksjoner, biosyntese, transport og andre metabolske aktiviteter. (6)
!Tenk på at et funksjonelt metall-enzym består av flere tusen atomer, primært hydrogen og karbon, sammen med oksygen, nitrogen og svovel. Men for at det komplekse biomolekylet skal fungere, må det også inneholde noen få metallioner, bundet på passende måte i en matrise av organiske aminosyrer. For eksempel inneholder N20-reduktase-enzymet "fire kobberatomer som danner en forvrengt tetraedrisk geometri, med et uorganisk svovelion (S2-) som et 'bro-ion'." (7)
Hemoglobinmolekylet inneholder omtrent 10 000 atomer totalt, men bare fire jernatomer som spiller en utsøkt essensiell rolle i overføringen av oksygen i blodet vårt.

Bilde 3. Økosystemet er satt opp i en fin balanse

Mikrober, metaller og liv
Interaksjonene mellom metaller og levende organismer har også gitt den gunstige effekten av å øke jordens levetid for mer avansert liv.

Mikrober påvirker oppløsning, transformasjon og dannelse av mineraler gjennom metabolske aktiviteter. Disse interaksjonene mellom mineraler og mikrober bestemmer vesentlig jordens beboelighet. (8)
For eksempel ga en inter-tilkobling mellom metaller og livet oss enorme, tilgjengelige lag med jernmalm. Fotosyntetiske bakterier i de tidlige jordens hav (3,5 milliarder til 1,8 milliarder år siden) produserte oksygen som blandet seg med oppløst oseanisk jern.
"Oksygen reagerte deretter med det oppløselige jernet for å danne uoppløselig jernoksyd. Jernoksider falt på havbunnen som mineraler lik magnetitt og hematitt. Disse sedimentene fortsatte å samle seg i vekslende bånd på havbunnen . De opprettet de båndede formasjonene .. vi nå finner." (9)
Studier -lenke https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9522408/ avslører at mikrober i løpet av eksistensen av mikrobielt liv på den tidlige jorden inkorporerte forskjellige metallkofaktorer for essensielle metabolske aktiviteter.
"Mineral-mikrobe-interaksjoner spiller viktige roller i miljøendring, bio-geokjemisk syklus av elementer og dannelse av malmforekomster…. Gjennom disse interaksjonene, utvikler mineraler og mikrober seg gjennom jordhistorien."

Nok en 'det-bare-er-slik' historie
Den evolusjonære tankegangen svelger alle bevis og fordøyer det til en annen 'det-bare-er-slik' historie om tankeløse kjemiske interaksjoner som fremstiller nye tilpasninger, for å overvinne miljøutfordringer. Selv om forfatterne sier at “mineraler og mikrober er sam-utvikler seg gjennom jordhistorien, antyder “den naturalistiske manglende evne til å generere nye, komplekse, funksjonelle metabolske stier, snarere at intelligent design spiller rollen til å tilpasse mikrobielt liv til foranderlige miljø-forhold.
"Nesten halvparten av enzymer krever metaller, og metallproteiner har en tendens til å bruke de fysisk-kjemiske egenskapene til en spesifikk metall-medfaktor. Livet må tilpasse seg endringer i biotilgjengelighet av metall, inkludert de under overgangen fra anoksid til oksid jord- eller patogen eksponering, for ernæringsmessig immunitet. Disse endringene kan utfordre metall-enzymers evne til å opprettholde aktivitet, presumptivt å drive evolusjonen." (10)
Hvis enzymer som bruker spesifikke essensielle metall-faktorer har muligheten til å "tilpasse seg endringer i metallbiooverførbarhet", så taler denne tilpasningsevnen kraftigere av sofistikert ingeniørdesign enn en tilfeldig kamp for å "få til å gjøre" når mangel truer fortsatt eksistens.

Balansere metaller på en knivsegg
Ytterligere bevis for design kommer fra de komplementære forholdene for livets krav til et bredt spekter av spormetaller i jordskorpen, samtidig som de unngår livets dødelige sårbarhet for overdreven konsentrasjon av de fleste av de samme metaller.

Bilde 4. Kobber i naturlig form

"Kobber er kofaktoren til viktige enzymer som er ansvarlige for redoksreaksjoner, inkludert ... enzymer for jernmetabolisme, blant mange andre. Fordi det er svært giftig i konsentrasjoner utenfor det fysiologiske området, besitter alle mikroorganismer systemer for å kontrollere homeostasen ved å regulere tilstrømning og utstrømning og produsere kobberbindende proteiner som lett knytter sammen det frie kobberet." (11)
Det er aksiomatisk at å utvikle "systemer for å kontrollere homeostasen" verken er greit eller garantert fra ikke-styrte naturlige prosesser, og likevel har "alle mikroorganismer" disse komplekse, funksjonelle systemene. Som fysiker antyder ingenting i min studie av kreftene som styrer interaksjonene mellom atompartikler at slike spesifikke, komplekse, funksjonelle biokjemiske prosesser ville være resultat av elektriske krefter som virker på ladede partikler (essensen av alle kjemiske reaksjoner). Ingen masse av "behov for å overleve" kan endre denne konklusjonen.

En presis balanseregang
Av de ti eller så metallelementene som er viktige for livet, krever det å regulere deres mengde i en levende organisme, en presis balansegang.

Bilde 5. Kroppen har mange kvalitets-kontroll mekanismer, uten hvilke vi hadde vært døde

"Enten en mangel, eller et overskudd av essensielle metaller kan resultere i ulike sykdomstilstander som oppstår i en organisme." (12)
“Faktisk er noen av dem [metall og mineraler] så viktige at vi ikke kan leve uten dem .... vi produserer essensielle mineraler i kroppen. Vi får dem fra kostholdet vårt. Mineralene kommer fra bergarter, jord og vann, og de blir absorbert når planter vokser eller av dyr, når dyrene spiser plantene." (13)
For at essensielle metaller og mineraler skal bli absorbert av planter, peker det på nødvendigheten av finstemte mengder av disse elementene som skal eksistere i topplaget til jordskorpen. For mye eller for lite av disse elementene i jorden ville ha konsekvenser i hele næringskjeden, noe som påvirker helsen vår negativt.

Dr. Bruce Bistrian, sjef for klinisk ernæring ved Beth Israel Deaconess Medical Center, sier:
"Hver og en spiller en rolle i hundrevis av kroppsfunksjoner. Det kan kreve bare en veldig liten mengde av et bestemt mineral, men å ha for mye eller for lite kan forstyrre en delikat balanse i kroppen."(14)
Det komplementære samspillet mellom metaller og liv gir enda et eksempel på vår eksistens, som er avhengig av flere designnivåer - fra stjerner til planeten jorden og fra celler til menneskelig liv.

For referanser se slutten av originaartikkelen -lenke.

Oversettelse, via google-oversetter, og bilder ved Asbjørn E. Lund