Водата е навсякъде – в най-обикновените неща – капка роса, замръзнало езеро, чаша кафе, в сълзата, в майчиното мляко… има я в сърцевината на всяка клетка и може да има толкова много от нея под повърхността на Земята, че да напълни океаните тридесет пъти. Има я под една или друга форма в цялата вселена: на слънцето и на луната, в астероидите, в близките и далечни планети и галактики.
Един от четирите елемента на класическата античност, водата е централна за околната среда на нашата планета. Като геоложки агент водата оформя планини, каньони и крайбрежия, а когато се разгърне в урагани и наводнения, разрушителната ѝ сила е ужасяваща. Водата е в облаците, в организмите, заключена в лед, летяща като пара или течаща по вените на земята – реките. Течната вода е универсален разтворител, медиатор на химичните реакции в живите организми и има структура, която е различна от всяка друга течност.
Филип Бол*, автор на книгата “Матрицата на живота: биография на водата”, казва, че водата е от съществено значение за деликатната химия, която прави живота възможен. В книгата си той пише за произхода, историята и уникалния физически характер на водата. Степента, до която водата остава научна мистерия е необичайна, въпреки широкото ѝ разпространение и централното ѝ значение за Земята.
Дали някой разглежда ролята ѝ в биологията, мястото ѝ във физическия свят (където тя отказва да се подчинява на обичайните правила за течности) или нейната измамно проста химическа структура, все още няма пълен отговор на въпроса: какво е водата?
Книгата на Филип Бол разказва какво точно знаем и не знаем за странния характер на това най-съществено и вездесъщо вещество.
На 22 март – в деня на водата ви представяме два кратки откъса от книгата.
Водата – истинският еликсир
Вчера валя и сега градината ще полудее. Това е началото на лятото и от седмици земята е изсъхнала. Притеснявах се за розите, затова ги поддържах най-безотговорно с вода от маркуча. Но вчера небето изръмжа, светна мълния и небесата се отвориха. В моята градина ценните животи вече не са изложени на риск: водата се е върнала.
Като всеки градинар и аз преувеличавам ситуацията. Животът тук в Северна Европа е обилен на вода; само моите произволни цветни предпочитания са изложени на риск. Животът е достатъчно упорит, че да се справи с абсурдно ограничени, спорадични доставки на вода, ако това е всичко, което му трябва. В изменчиви обстоятелства, в пустините и сухите скалисти земи на планетата живите организми се превръщат в механизми за събиране на вода, малки анклави на течната материя в изсъхналия свят. И дали сте скорпион или краставица, бактерия салмонела, бик или слон, водата е буквално вашата кръв, с мъничко отдадени или приети добавки.
Не е необходимо да сте биохимик или привърженик на научната фантастика, за да сте запознати с идеята, че целият живот на Земята е основан на въглерод – че “биомолекулите”, които съставляват живите организми, са изградени предимно около гръбнака на въглеродните атоми.
Тази идея всъщност е малко митична, тъй като атомите и на други елементи – особено азот, кислород и фосфор – също са съществени части на тези молекулни рамки. Но идеята, която се опитва да предаде израза “форми на живот, базирани на въглерод” е, че въглеродът има някои много специални химически свойства, като способността му да формира силни, стабилни връзки между своите атоми и да се свърже с дългите вериги, които характеризират молекулите на живота.
Въглеродът наистина е много забележителен елемент. Но аз не мисля, че ще отнема твърде много от блясъка му, ако предположа, че не е точно първичната субстанция на живота, както понякога се изтъква. Ако животът (тук трябва да използвам клишето “какъвто го познаваме”) тепърва се заражда на някоя планета, въглеродът със сигурност е необходим. Но още преди това животът се нуждае от течна вода.
Водата е истинската и уникална среда на живота. Без вода животът просто не може да бъде поддържан. Това е течността, която смазва работата на клетката, транспортира материал и молекулярни структури от едно място на друго и улеснява химическите реакции, които ни поддържат живи. Водата е храна и пречистваща течност, носеща хранителни вещества до мястото, където са необходими и отнемаща отпадъци. Тя е дори елемент в конструкцията на растенията – позволява на цветята да държат главите си изправени към слънцето.
Нищо чудно, че ние хората бързо ще умрем без вода, защото за да бъдем здрави, трябва всекидневно да консумираме поне литър и половина от ценната течност. Има клетъчни организми, които могат да избегнат смъртта, ако се извлече водата от тях, но тогава жизнените им процеси се изключват напълно, докато не бъдат рехидратирани.
Като сухоземни обитатели ние сме склонни да забравяме, че сравнително доскоро водната среда е била единствената среда за живот на Земята.
За цялата си история от 4,6 милиарда години планетата ни очевидно е била домакин на живи организми за удивителните 3,8 милиарда години, въпреки това организмите започват да колонизират сушата едва преди около 450 милиона години и то носейки водата в клетките си.
– – –
Водата в малкия космос на клетката
Ние хората сме две трети вода, но къде е всъщност тя? Защо не бълбукаме и не се клатушкаме като издут мях? Част от тази течност гъргори в червата ни, минава през вените ни, смазва небцето, клепачите и ставите ни. Течността всъщност е свързана в отделни пакетчета, по-миниатюрни от капчици фина мъгла. Виждали ли сте в какво тъжно, сбръчкано, кафяво нещо се превръща ябълката, когато се изсуши? Така ще изглежда нашата плът, ако се изцеди от течността, която изпълва клетките ѝ.
Течната среда във всички живи клетки, наречена цитоплазма, е предимно вода. Но какъв коктейл само! – забъркан с протеини и ДНК, захари, соли, мастни киселини, кипящ от хормони. Прекалено е изкушаващо да се сравни връзката на този флуид с биомолекулите, които тя съдържа, с връзката на изписаните думи със страницата хартия, върху която са отпечатани: като носител, любезен фон, върху който да се прояви голямото произведение. Но това не е така. Водата не е фон, тя играе активна роля в живота на клетката, до степен, че ние можем да считаме самата вода за вид биомолекула, свързана с всички други.
Преглеждайки литературата в областта на съвременната мулеколярна биология, може да ви бъде простено, ако заключите, че клетката представлява основно протеини и гени, въплътени в нуклеиновата киселина и ДНК. Но това ще бъде само един твърде опростен запис. За биологията животът на клетката е именно взаимодействието на тези молекули във и със водата. Без водата биомолекулите не само биха останали безпомощни и неподвижни подобно на китове, изхвърлени в плитчините, но те вече не биха могли да бъдат и биомолекули – ще бъдат разнищени и заплетени, изгубили биологичната си функция.
Извън изключителната способност на водата да разтваря широк спектър от вещества, може би дори ще допуснете, че всяка течност може да изпълни ролята на разтворител и транспортен агент за клетъчната структура на тялото. Може би се е случило това да е водата, просто защото има много вода наоколо? Но когато биологът и лауреатът на Нобелова награда Алберт Сент-Дьорди описва водата като “матрица на живота”, той има предвид нещо по-дълбоко от фона, върху който е извезан гобленът на живота – водата като фундамент на самия живот.
– – –
Откъсите са от “ Life‘s matrix: a biography of water “, Copyright © 1999, Philip Ball.
*Филип Бол ( 1962) е английски учен и писател. Завършил е химия в Оксфорд и има докторантура по физика в Бристолския университет. Бил е редактор в списание „Nature“ повече от 10 години. Има издадени над 20 книги на научна и популярна тематика. Най-известната му книга Critical Mass: How One Thing Leads to Another печели престижната награда Aventis Prize for Science Books за 2005 година. Няма издадени книги в България.
