Откуда на Земле кислород и какова природа зрения? Фотохимия

Четыре миллиарда лет назад атмосфера Земли не содержала свободного кислорода, он находился только в составе оксидов. Насыщение атмосферы Земли кислородом началось, когда начала вымирать группа метанообразующих бактерий. Это произошло 2,7 миллиарда лет назад.

При этом сине-зеленые водоросли, выделяющие кислород, продолжили свою жизнедеятельность. Толчком к этому событию стало снижение содержания никеля на Земле, необходимого для жизнедеятельности метанообразующих бактерий. Затем с появлением зеленых растений с дело вступил фотосинтез.

Фотохимия — наука о химических превращениях веществ под действием электромагнитного излучения — ближнего ультрафиолетового (с длиной волны 100−400 нм), видимого (400−800 нм) и ближнего инфракрасного (0,8−1,5 мкм). Практическая фотохимия — фотография (важнейшее достижение фотохимии — изобретение фотографии, основанной на фотохимическом разложении галогенидов серебра); изготовление печатных форм и микросхем методами фотолитографии; фотохимический синтез (производство капролактама, синтез витаминов группы D); модификацией полимерных материалов (фотополимеризация, фотомодификация и фотодеструкция полимеров); преобразованием солнечной энергии в химическую.

Самым значимым для Земли природным фотохимическим является фотосинтез — превращение зелеными растениями и фотосинтезирующими микроорганизмами энергии солнца в энергию химических связей органических веществ. При поглощении фотона происходит реакция:

hu nCO2 + nH2O = [CH2O]n +nO2

Ежегодно в результате фотосинтеза на земле образуется 150 млрд. тонн органического вещества, усваивается 300 млрд. тонн СО2 и выделяется 200 млрд. тонн О2.

Подавляющую часть информации об окружающем мире человек и большинство животных получают посредством зрения, основанного на фотоизомеризации родопсина или зрительного пурпура в палочках и йодопсина в колбочках, которая запускает цепь ферментативных процессов усиления сигнала и тем самым обеспечивает чрезвычайно высокую чувствительность вплоть до регистрации отдельных фотонов. Так как зрительный нерв имеет разветвления по всей поверхности сетчатки, то характер раздражения зависит от того, в каких местах сетчатки произошло фотохимическое разложение. Поэтому раздражение зрительного нерва позволяет судить о характере изображения на сетчатке и, следовательно, о картине во внешнем пространстве, которая является источником этого изображения.

Озон образуется в верхних слоях атмосферы из кислорода под действием коротковолнового (180 нм) излучения Солнца. Он поглощает излучение Солнца в области 200−300 нм, губительно действующее на живые организмы.

Центр фотохимии РАН (ЦФРАН, Москва) работает в формирующейся области науки на границе между физикой и химией — фотоника супрамолекулярных наноразмерных структур.

Фундаментальные исследования Центра направлены на синтез новых химических соединений, способных образовывать супрамолекулярные структуры, создание супрамолекулярных комплексов и ансамблей, супрамолекулярных нано-, микро- и макрокристаллов, исследование строения, линейных и нелинейных оптических и фотохимических свойств этих систем, установление связи между строением супрамолекулярных структур и их оптическими и фотохимическими свойствами.

Можно почитать: Комиссаров Г. Г. Фотосинтез: физико-химический подход. М.: Едиториал УРСС, 2003.