shkrobius
Вопрос задали: "Человеческие фекалии источают сложные запахи. Зачем?"
***
Пусть у нас есть органическая жизнь на планете Х. Для нее нужен источник энергии. Какие-то вещества будут этим источником ("еда"), какие-то - конечным продуктом метаболизма ("фекалии"). Извлечение энергии из фекалий возможно, но не для всякого метаболизма. Это м.б. неразумно, т.к. в рамках химического процесса требует больше энергозатрат, чем ее в продукте содержится доступной энергии. Даже если конечным источником еды будет, скажем, свет, его надо превратить в химическую форму, и тогда сразу возникает возможность использовать эту уже готовую форму в виде "еды", что мы, собственно, и делаем.
Как организовать метаболизм?
Например так: взять полимер и навешать на него функциональные группы. Такие полимеры можно производить универсальным способом, делать из них структуры, катализаторы и т. п. Групп надо взять на все случаи жизни, прежде всего кислот и оснований. Основания могут быть алифатическими или ароматическими.
Берем и те и другие.
Как получить последние?
Делаем пятиатомное ароматическое кольцо, засовываем туда азот. Больше атомов азота - больше основность и больше способность образовывать связь с ионами металлов. Это хорошо: многие реакции легче катализировать металлоорганическими комплексами, нужны лиганды. Но и плохо: не всегда ведь именно этого надо. Поэтому ароматических оснований нужно как минимум два: сильное и слабое.
Ароматическое основание надо связать с полимером (через кольцо). Такая связь очень прочная, и если ее разбить, можно получить много энергии (из "еды"). Значит, ее надо разбить прежде, чем отправить в "фекалии". С сильным основанием это может выйти себе дороже : свободное основание будет связываться с ионами металлов. Зато более слабое основание можно безнаказанно отщепить. Разбивать ароматические связи дальше - накладное занятие, требует внешний источник энергии.
***
Это были общие рассуждения в мире чистого разума. Переведем их в наш подлунный мир. Многофункциональные полимеры мы называем белками. Ароматических оснований действительно два: триптофан (с одним азотом в пятиатомном кольце) и гистидин (имидазол с двумя азотами). Гистидин - лиганд в огромном количестве металлопротеинов (гемоглобин, например), он же используется как переносчик протонов. Чтобы триптофан не был слишком основным (для этого ведь есть гистидин, аргинин, и т. д.) добавлено еще одно ароматическое кольцо, что добавляет гидрофобности. Из этого можно делать десятки разных соединений - или засунуть триптофан в гидрофобные карманы (чтобы были гидрофобные взаимодействия с молекулами) или каталитические центры. Полезная штука.
Индол в триптофане связан с пептидной цепочкой, и разбивание этой связи - отличный источник энергии. У некоторых из анаэробных бактерий в нашем кишечнике есть триптофаназа, которая делает именно это: превращает триптофан в индол + пировиноградную кислоту. Это восстановительное деаминирование; у аэробов же другой способ избавится от триптофана (окислительный). Триптофаназа не работает в окислительной среде, это изобретение анаэробных бактерий.
***
Теперь начинается чертовщина.
С химической точки зрения, наше пищеварение - безумие. Мы живем на планете, в атмосфере которой 20% кислорода, мы им дышим. Дышим = используем кислород как окислитель для производства энергии из "еды". Безумие заключается в том, что это окисление происходит у нас в тканях, а вовсе не там, куда "еда" сперва попадает. Попадает же она туда, где условия ровно те, которые существовали миллиарды лет тому назад, когда кислорода на Земле не было. Там царствует анаэробная микробная жизнь, которой мы делегировали пищеварение. Вся наша роль в том, чтобы слегка пощепить белки и всосать то, что легче всего всосать. Остальное делают симбиотические бактерии. Мы делимся с ними "едой", они делятся с нами метаболитами, и на этом основан наш симбиоз. Проблема в том, что анаэробная ферментация очень неэффективна, и для нас от такого симбиоза мало проку. Аэробное пищеварение было бы куда более эффективно. По всем законам, Б-жеским и человеческим, от такого союза давно пора отказаться.
Но поди от него откажись...
Почему так вышло?
Животные начинались в воде. Кислорода в ней мало, еле хватает на дыхание. Использовать его еще и на пищеварение - расточительно, поневоле приходится использовать анаэробное пищеварение. Но это когда было-то... С тех пор мы уж 300,000,000 лет на суше, где кислорода завались, а пищеварение с тех пор не изменилось.
Да и как оно может измениться?
Наши симбионты в этом не заинтересованы. Если мы попробуем изменить ситуацию, они нас убьют, так как для них мы просто источник "еды" для анаэробной ферментации, и более никакой ценности не представляем. Мы от них полностью зависим, а они могут себе и другой источник еды найти. Поэтому изменить ситуацию теперь может только чудо. Смысла в таком пищеварении мало, но по историческим причинам избавиться от установленного порядка себе дороже. За радость побегать по травке на солнышке приходится платить сотрудничеством с мафиозной компанией внутри.
***
Обратно в царство разума: если бы у нас было аэробное пищеварение, то триптофан бы окислялся в нелетучие соединения, как это и происходит в нашем теле. Но при анаэробном пищеварении это, увы, невозможно: нет источника энергии; остается восстановительное деаминирование с летучим индолом в качестве продукта. Гистидин так метаболизировать ни-ни: кольцо надо разбить, чтоб имидазол не связывался с чем попало. Его превращают имидазолон и расщепляют на глутамат и формамид. Энергии из этого мало, но жизнь дороже. А от индола вреда мало. Можно выкинуть в "фекалии". Анаэробными реакциями из него энергию не извлечь; теперь очередь аэробных бактерий - уже снаружи. Вот, если бы они жили у нас внутри...
Но об этом можно только мечтать.
Да и кто знает: будут ли те, другие, с нами делиться?
С этих разбойников хоть какой-то толк. Черт, которого знаешь, лучше, чем черт, которого не знаешь, ведь так?
***
Фекалии пахнут индолом и его производным - скатолом.
Анаэробный рэкет, который мы себе навязали миллиард лет тому назад, дурно пахнет - удивительно ли, что его продукт пахнет не лучше?
Затем фекалии пахнут?
Чтоб мы помнили об этом и мотали себе на ус. Одного раза, по-моему, достаточно.
Journal information