在微生物世界里,能源的獲取與利用猶如一場(chǎng)精妙絕倫的生命魔法。我們熟知微生物能夠利用各種有機(jī)物、無機(jī)物來維持生命活動(dòng),但當(dāng)我們將目光聚焦于單質(zhì)碳——這種看似純粹簡(jiǎn)單的碳形態(tài)時(shí),不禁心生疑問:理論上,微生物直接利用單質(zhì)碳作能源,究竟是一場(chǎng)輕松可行的能量盛宴,還是充滿艱難險(xiǎn)阻的未知挑戰(zhàn)呢?
01,直接利用單質(zhì)碳作能源可行嗎?
由于畢業(yè)多年,我的化學(xué)全部還給了老師了,其實(shí)當(dāng)年四大化學(xué)也差點(diǎn)掛科。
我認(rèn)為,直接利用碳的難度很大,我認(rèn)為最主要原因是碳太穩(wěn)定了!碳成為目前生物的基本骨架,一個(gè)重要原因就是碳本身極其穩(wěn)定。
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我們從百度百科了解下,要想讓碳和其他元素結(jié)合,需要的條件:
結(jié)合氧
C+O2==點(diǎn)燃==CO2(化合反應(yīng))
2C+O2==點(diǎn)燃==2CO(化合反應(yīng))
作為還原劑:
碳還原氧化銅:
C+2CuO==高溫==2Cu+CO2↑(置換反應(yīng))
碳還原氧化鐵:
3C+2Fe2O3==高溫==4Fe+3CO2↑(置換反應(yīng))
碳還原二氧化碳:
C+CO2==高溫==2CO(化合反應(yīng))
與強(qiáng)氧化性酸反應(yīng):
C+2H2SO4(濃)==加熱==CO2↑+2SO2↑+2H2O
C+4HNO3(濃)==加熱==CO2↑4NO2↑+2H2O
從上述內(nèi)容我們可以清晰的發(fā)現(xiàn),碳的反應(yīng),其實(shí)相當(dāng)難,要不是點(diǎn)燃,要不是高溫。即使面對(duì)強(qiáng)氧化性酸,仍然需要加熱,要知道在這種酸情況下,很多生物直接會(huì)被碳化。
碳在“常溫”下具有穩(wěn)定性,不易反應(yīng),故古代名畫現(xiàn)代能保存,書寫檔案要用碳素墨水。
02,碳為什么這么穩(wěn)定?
至于碳為什么這么穩(wěn)定,我想這可能涉及到化學(xué)問題,估計(jì)是軌道問題。這個(gè)我忘了,所以我就不說了,歡迎化學(xué)高手指點(diǎn)。
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所以,我認(rèn)為,在上述極端條件下,生物能否有這么多的能量把碳激活,或者能否承受這么劇烈的條件,對(duì)此我表示懷疑。
自然界中,生物利用碳的過程,最典型的是光合作用,其實(shí)已經(jīng)是二次利用了。而這個(gè)過程的條件涉及到了光能激發(fā)、電子跳躍和酶的參與。最近跟人討論過光合作用,知道其能量的要求。
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當(dāng)然,由于我孤陋寡聞,所以,我不太清楚自然界是否存在可以直接利用碳的生物。
但是,我懷疑,在極端條件下,一些生物或許可以,比如火山口附近或者深海地?zé)崛抢铮恍┕啪苍S可以完成這些內(nèi)容。
03,再來個(gè)碳循環(huán)圖
附上碳循環(huán)圖,請(qǐng)留意碳單質(zhì)本身的循環(huán)。
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綜上所述,微生物直接利用單質(zhì)碳作為能源,似乎并非一件輕而易舉之事。
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