A víz jelentősége az élet szempontjából

Idegen élet után kutatva a világűrben sokan a víz nyomait keresik a holdakon vagy a bolygókon. Ennek az az oka, hogy ismereteink szerint a víz az élet feltétele. Hogy ezt megértsük, közelebbről meg kell vizsgálnunk a víz néhány tulajdonságát. Itt van néhány vízmolekula. Lehet, hogy számodra ez ismétlés lesz. Minden vízmolekulában van egy oxigénatom, amely két hidrogénatomhoz kapcsolódik. Ez egy hidrogén, és ez is egy hidrogén. Ez a kötés pedig egy kovalens kötés, amelyben az oxigén elektronokat oszt meg mindkét hidrogénatommal. Az oxigén azonban elektronegatívabb, ami egy kacifántos kifejezés arra, hogy bár ezek az elektronok közösek, több időt töltenek az oxigén körül, mint a hidrogének körül. Úgy is mondhatjuk, hogy az oxigén jobban ragaszkodik az elektronokhoz, mint a hidrogén. És mivel az elektronok több időt töltenek az oxigén körül, mint a hidrogén körül, és mivel a víz egy V-alakú molekula, amelyben a hidrogének a molekula egyik oldalán vannak, az történik, hogy az oxigén felőli oldal, ahol az elektronok több időt töltenek, részleges negatív töltésűvé válik. Ez a kis görög delta betű, ami részlegesen negatív töltést jelent. A molekula másik oldalán lévő hidrogénatomok pedig részlegesen pozitív töltésűek lesznek. Itt azt láthatjuk, hogy magának a vízmolekulának nincs töltése, de a molekula mindkét oldala részleges töltést hordoz, ezért ez egy poláris molekula. El tudjuk-e képzelni, hogy amikor egy csomó vízmolekulát összerakunk, mi történhet? A vízmolekula részlegesen pozitív oldala, ahol a hidrogének találhatóak, egy másik vízmolekula részlegesen negatív oldalához vonzódik. Vonzódnak egymáshoz, ezt pedig hidrogénkötésnek nevezzük. Tovább is rajzolhatnám. Ez részlegesen pozitív töltésű lesz, ez részlegesen negatív töltésű lesz, és egymáshoz fognak vonzódni. Ez az oxigén ehhez a hidrogénhez fog vonzódni, ez az oxigén pedig ahhoz a hidrogénhez fog vonzódni. Tehát ez a hidrogénkötés okozza a víz számos tulajdonságát, amelyek révén a víz jelentősége – tudomásunk szerint – egyedülálló az élet fenntartásában, illetve keletkezésében. Az élet, ahogy mi ismerjük, csak folyékony közegben létezhet. A molekulák mozognak és egymásba ütköznek. Ezek a hidrogénkötések, amikor a hőmérséklet és a körülmények megfelelőek, lehetővé teszik, hogy a víz folyékony állapotban legyen, amelyben elég erősek ahhoz, hogy a víz molekuláit összetartsák, de elég gyengék ahhoz, hogy lehetővé tegyék a vízmolekulák elmozdulását egymás mellett. A víz nemcsak egy jó folyékony környezetet biztosít, hanem nagyon jó oldószer is. A vizet gyakran univerzális oldószerként említik, de egyvalamit le kell szögezni. Annak ellenére, hogy univerzális oldószernek tartják, ez nem jelenti azt, hogy mindent felold. A víz valóban több dolgot old fel folyékony állapotában, mint bármely más ismert oldószer, de sok olyan molekula van, amelyet nem jól old. Azok az anyagok, amelyeket jól old, azok poláris molekulák vagy töltéssel rendelkező részecskék. Például a nátrium-klorid (konyhasó) oldódása során, a nátriumion pozitív töltésű, tehát belátható, hogy vonzódik a vízmolekulák azon oldalához, ahol az oxigén található. Jól oldódik. De a töltés nélküli részecskék nem szoktak jól oldódni a vízben. Ám az, hogy a víz bizonyos anyagokat nem jól old, szintén hasznos az élet számára. Később biológiából fogunk tanulni a foszfolipid kettősrétegekről. E molekulák egyik vége hidrofil, ami azt jelenti, hogy vonzódik a vízmolekulákhoz, az ellentétes végeik pedig hidrofóbok, azaz nem vonzódnak a vízmolekulákhoz. Számos evolúcióbiológus úgy gondolja, hogy e molekulák azon tulajdonsága, hogy az egyik végük hidrofil, másik pedig hidrofób, lehetővé tette, hogy ezek a molekulák membránokká tömörüljenek, és végül membrángömböket képezzenek, amelyek a korai sejtes életformákat rejthették. A víz egy másik tulajdonsága, amely nagyon hasznossá teszi az élethez, az a nagy hőkapacitása. Úgy is mondják, hogy magas a fajhője. A fajhő az az energiamennyiség, amely 1 gramm víz hőmérsékletének 1 Celsius fokkal való megemeléséhez szükséges. Kérdezhetnéd, hogy ez miért lényeges az élet szempontjából? Nos, sok életforma csak egy bizonyos hőmérsékleti tartományon belül működhet. Tehát ha nagyon könnyű volna a víz hőmérsékletének gyors és jelentős növelése vagy csökkentése, akkor sokkal nehezebb volna az élet működése vagy akár a létrejötte a vízben. Ehhez kapcsolódik az a jelenség is, hogy a víz párolgáshője is magas. Erről részletesebben beszélünk más videókban, de lényegében arról van szó, hogy mennyi energia kell ahhoz, hogy a víz folyékony állapotból gázállapotba kerüljön. Ez sok élőlény számára értékes lehetőség arra, hogy a hűtéshez a víz párolgását használják fel, ezzel vonjanak el hőt a testüktől, a túlhevülés megakadályozására. A víz további fontos tulajdonságai a kohéziós és adhéziós képesség. A kohézió a vízmolekuláknak az a sajátossága, hogy vonzódnak a többi vízmolekulához. Ezt a hidrogénkötések kapcsán is láttuk. Nagyobb léptékben szemlélve azonban olyan dolgokat látunk, mint a vízcseppek. Mindannyian láttunk már víz- vagy harmatcseppeket. Ezek a cseppek nem alakulhatnának ki a víz kohéziós ereje nélkül. Akár egy cseppben is kialakulhat olyan környezetet, melyben több ezer mikroorganizmus élhet. Az adhéziós készség a víznek az a tulajdonsága, hogy a részecskéi tapadnak más anyagokhoz. Ezt egy kémcsőben is megfigyelhetjük, ahol úgy tűnik, mintha a víz felmászna a kémcső falán. Ennek az az oka, hogy a kémcső üvegében a részecskék egy része poláris. A kohéziós erővel együtt ez a tulajdonság képessé teszi a vizet arra, hogy tápanyagokat szállítson, például a fa gyökereitől egészen a fa tetejéig. Ezek a tulajdonságok a vérereinkben is fontos szerepet játszanak, amikor a vér egészen kicsi erekbe, a kapillárisokba jut. Ezeket az ereket azért nevezzük kapillárisoknak, mert fellép bennük a kapillárishatás, mely a kohéziós és adhéziós erőkön alapul. A víz utolsó tulajdonsága – és ez a lista korántsem teljes –, hogy a víz sűrűsége szilárd állapotban kisebb. Más megközelítésben, a jég, amely szilárd víz, kisebb sűrűségű, mint a folyékony víz. Itt felmerül a kérdés, hogy ez miért fontos az élet szempontjából? Képzeljük el azt a környezetet, amelyben feltevéseink szerint az élet keletkezhetett. Képzeljünk el egy tavacskát. Ez a tó keresztmetszete. Ha a jég sűrűbb lenne, mint a folyékony víz, – és sok más anyag esetében ez a helyzet: a szilárd állapotú anyag általában sűrűbb – akkor mi történne? Ha a víz felett a levegő hideg lenne, mint például télen, ez a rész befagyna. Ha a befagyott rész sűrűbb lenne, akkor lesüllyedne. Így a következő felszíni réteg is megfagyna, és lesüllyedne. Egy idő után a tavacska teljesen befagyna, és az élet nem tudna tovább létezni benne. Amikor ugyanis a víz megfagy, eltöri a membránhoz kötött struktúrákat, amelyek így nem alkalmasak az életre. Mivel azonban a jég sűrűsége a víznél kisebb, általában csak a felső réteg fagy be, és lefelé haladva fagy meg, amint egyre hidegebb lesz. De a jég alatti környezetben fennmaradhat az élet, akkor is, ha a levegő sokkal hidegebb, mint amit az élet elviselne. A víz magas fajhője miatt a víz hőmérséklet-változása kisebb lesz, mint a vízen kívüli hőmérséklet-változás, akár a levegőben, akár szárazföldön. Ez csak egy kis bevezető volt, de remélhetőleg így egy kicsit jobban fogod értékelni a vizet. Mint más videókban említettem, mi is főleg vízből állunk. Úgy is vehetjük, hogy mindannyiunkat billiónyi sejt épít fel, amelyek túlnyomó része víz, és víz alapú környezetben élnek. Együttműködnek egymással, és az összességüket az egyedeken túlmutató komplexitás jellemzi, amely érző lényként gondolkodik, akárcsak bármelyikünk.