Из чего состоит человеческое тело? Помимо того, что как любая материя человеческий организм сложен из кирпичиков - атомов, атомы одного сорта отличаются количеством элементарных частиц, их составляющих, то есть обладают свойством изотопии. Для для того, чтобы было легче оперировать цифрами, представим себе некоего человека, вес которого составляет 50 кг. Тогда на кислород, углерод, азот и водород приходится в общей сложности 48.3 кг. На все другие элементы – оставшиеся 1.3 кг. Пользуясь таблицей природной распространенности изотопов, легко посчитать, какое количество в таком гипотетическом человеке содержится тех или иных изотопов. Больше всего в человеке кислорода (30.481 кг). Это означает, что изотопа кислорода с массовым числом 16 (обозначается 16О) в человеке 30.4 кг, изотопа с массовым числом 17 (17О) 12.3 г и с массовым числом 18 (18О) 68.6 г. Углерода в нашем человеке 11.537 кг и он распределен между изотопом с массовым числом 12 (12С) – 11.4 кг - и изотопом с массовым числом 13 (13С) – 137 г. Водорода в человеке чуть больше пяти кг: с массовым числом 1 (1Н) 5.0 кг, с массовым числом 2 (2Н или D - дейтерий) 1.5 г. Наконец, изотопы азота с массовыми числами 14 (14N ) и 15 (15N ) содержатся в количествах 1.3 кг и 5.1 г, соответственно. Один из авторов изобразил такого "изотопного человека" в следующем виде:
Таким образом при весе тела человека 50 кг в нем содержится 225 г тяжелых изотопов. Человек растет и прибавляет в весе за счет питания. Также за счет питания компенсируются затраты энергии, поддерживается температура тела, обеспечиваются процессы обмена веществ.
Пища – это белки, жиры и углеводы. Все эти вещества состоят, в основном, как раз из тех четырех элементов, о которых шла речь выше (кислород, углерод, водород и азот). Все органические вещества в конечном итоге обязаны своим происхождением фотосинтезу в растениях. Растения поглощают углекислый газ из воздуха, который под действием света и катализаторов (в роли последних выступают особые белковые структуры, так называемые энзимы) взаимодействует с водой, втягиваемой корневой системой, с образованием простейших “кирпичиков” органических веществ. Из этих “кирпичиков” также с помощью катализаторов – энзимов создаются сложные органические молекулы углеводов, жиров и белков.
Таким и только таким способом окисленный углерод (углекислый газ) переходит в восстановленный, т.е. способный гореть. Растения могут усваивать углекислый газ только по одному из трех способов. По какому конкретно, зависит от таких факторов, как концентрация углекислого газа в атмосфере, окружающая температура, длина светового дня. Наиболее распространенный носит название цикла Кельвина и обозначается С3.
Суть его в том, что из усвоенных молекул углекислого газа растение строит фосфоглицериновую кислоту - цепочку из трех атомов углерода (именно поэтому обозначение С3). Эта кислота используется в дальнейшем для синтеза углеводов. Цикл Кельвина по сравнению с двумя другими механизмами требует меньше энергии, то есть солнечного света, но работает при относительно больших концентрациях углекислого газа. Подавляющее большинство деревьев, кустарников и трав усваивают углекислый газ из атмосферы именно таким образом.
Второй механизм усвоения называется циклом Хетча-Слека и обозначается С4. Здесь на первом этапе из углекислого газа растения синтезируют яблочную и аспаргиновую кислоты, каждая из которых содержит в своей молекуле по четыре атома углерода (отсюда название С4). Такой механизм усвоения углекислого газа работает при невысоких концентрациях его в воздухе, но требует много солнечной энергии. ............
