Co kojarzy się z pojęciem „spalanie” ? Wśród pierwszych skojarzeń pewnie znajdzie się ogień. Płomienie, drewna na ognisku, zapalniczka, silnik spalinowy.
A „oddychanie” ? Pewnie powiązane jest z powietrzem. Wdech, kaszel, zapach, wiatr.
Na pierwszy rzut oka – zero punktów wspólnych. To znaczy, dopóki nie dowiedzieć się, po co oddychamy. I wtedy robi się ciekawie…
Oddychanie – dla tlenu
Tak to w uproszczeniu działa: tlen jest koniecznie potrzebny do życia (dla ogromnej większości wszystkiego, co żyje). Opowiastka o tym, jak dokładnie jest on „rozprowadzany” wewnątrz ciała to dość długa historia. Teraz pytanie brzmi: po co?
Odpowiedź poznajemy, a jakże, w szkole, około piątej klasy. Chodzi o oddychanie komórkowe – źródło energii dla procesów życiowych. Rzecz jest zapisywana w ekstremalnym uproszczeniu tak:
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O
Tak wygląda całkowite spalanie podstawowego cukru: glukozy. Właśnie: spalanie, czyli wrzucenie takiego słodkiego proszku do kominka.
Jak się ma płonący cukier do oddychania i na co to komu potrzebne? Odpowiedź jest raczej znana absolwentom podstawówki, ale jednocześnie w głowie się nie mieści. Teraz spójrzmy od strony urządzeń mechanicznych:
Spalanie – dla maszyn
Dawno już minęły czasy, kiedy ludzkość ładowała drwa do pieca tylko po to, żeby ogrzać chałupę i ugotować zupę. W XVIII w. – w czasie oświeceniowych uczonych – skonstruowano bowiem pierwsze silniki parowe. A silnik (spalinowy) to takie ustrojstwo, w którym pali się paliwo i w wyniku tego jest wykonywana jakaś praca. Chodzi o ujarzmienie spalania dla pożytku ludzkości. Dzięki temu powstały lokomotywy, parostatki, elektrownie, samochody. Oczywiście od XVIII w. okazało się, że to nie taka prosta sprawa. Żeby było wydajnie, spalanie powinno być całkowite. W równaniu chemicznym wygląda to tak (na przykładzie oktanu – składnika benzyny):
2 C8H18 + 25 O2 → 16 CO2 + 18 H2O
Atomy węgla zmieniają utlenienie w reakcji z tlenem, co wyzwala energię: tym więcej, im więcej powstanie czystego dwutlenku węgla. Naturalnie, przez ostatnie 300 lat dokonano tysięcy udoskonaleń, żeby zwiększyć moc i wydajność silników. Równolegle poznawano multum praw fizyki, które rządzą ich działaniem. Termodynamika, petrochemia, metalurgia, mechanika dostarczają ton akademickiej wiedzy, której rzężące zastosowanie znajduje się pod maską każdego Tico czy Passata.
Teraz do rzeczy, bo miało być o tym, co ma wspólnego oddychanie i spalanie. Zatem:
Co ma cukier do benzyny?
Cukier jest paliwem w oddychaniu komórkowym.
Benzyna jest paliwem w pracy silnika spalinowego.
Oba te procesy są oczywiście o wiele bardziej skomplikowane, niż powyższe proste równania. Wszystko po to, aby wykorzystać jak najwięcej energii, zamkniętej w paliwie. Tu i tam jednak istota jest taka sama: ujarzmienie spalania.
Tak więc, kiedy następnym razem spojrzycie na płomień świecy, ogniska czy kuchenki, pomyślcie o milionach silników na świecie, które do ruchu napędza podobne, ujarzmione spalanie.
Ale w żywych organizmach jest znacznie ciekawiej. Bo każdy ludzki ruch, drgnięcie powieki, uderzenie serca, nawet każda myśl zachodzi dzięki ujarzmionemu „spalaniu” – wewnątrz komórek, w mikroskopijnej skali.
Więc na co komu nauka o oddychaniu komórkowym?
Żeby móc zafascynować się niesamowitym podobieństwem tego, co się dzieje w ognisku, silniku i ludzkim ciele.