Uglerodli hayot

thumb|100x100px|Uglerod atomining to'rtta valent elektronini ko'rsatuvchi Lyuis strukturasi (Lewis structure)
Uglerodli hayot (carbon-based life) — barcha ma’lum bo‘lgan hayot shakllari uchun uglerod (carbon) asosiy element hisoblanishi hamda barcha murakkab biologik molekulalarning markaziy tarkibiy qismi ekanligi haqidagi tushunchadir. Uglerod barcha quruq biomassa (biomass)ning taxminan 45–50% qismini tashkil etadi. Murakkab biologik molekulalar boshqa elementlar, xususan kislorod va vodorod, shuningdek, tez-tez azot, fosfor va oltingugurt (birgalikda CHNOPS nomi bilan mashhur) bilan bog'langan uglerod atomlaridan iborat. Ushbu molekulalarda uglerodning to‘rtta valent elektroni va to‘rtta bog‘ hosil qilish qobiliyati uning organik molekulalarning «skeleti» sifatidagi funksiyasini ta’minlaydi. Uglerodning molekulyar darajadagi xususiyatlaridan tashqari, Yerdagi hayot geologik va atmosfera jarayonlarini o‘z ichiga oluvchi uglerod aylanishi (carbon cycle) deb nomlanuvchi keng ko‘lamli jarayonlarga ham tayanadi.

Koinotning boshqa joylarida topilishi mumkin bo‘lgan har qanday hayot ham katta ehtimol bilan uglerodga asoslangan bo‘lishiga keng ishonilsa-da, mos ravishda 4 yoki 5 ta bog‘ hosil qilish qobiliyati tufayli kremniy va bor muqobil variantlar sifatida muhokama qilingan. Ushbu ehtimollar kremniy, bor yoki boshqa muqobil elementlarga asoslangan hayot shakllarini o‘z ichiga olgan ilmiy-fantastik adabiyot namunalarining paydo bo‘lishiga sabab bo‘ldi.

 Uglerodning hayot uchun muhim xususiyatlari 
Uglerodning keng tarqalganligi, ko‘plab boshqa elementlar bilan barqaror bog‘lar hosil qilish qobiliyati va Yerda tez-tez uchraydigan haroratlarda polimer (polymer)lar hosil qilish xususiyati uning barcha ma’lum tirik organizmlarning umumiy elementi bo‘lib xizmat qilishiga imkon beradi. 2018-yilda o‘tkazilgan tadqiqot natijasida uglerod Yerdagi barcha hayotning taxminan 550 milliard tonnasini tashkil etishi aniqlangan. Yer biomassasining quruq vazni bo‘yicha taxminan 50% qismi ugleroddir. Biomassaning turli xillarida uglerod miqdori 42% dan 71% gacha o‘zgarib turadi.

Hujayraviy hayot kimyosi asosi sifatida uglerodning eng muhim xarakteristikalari shundan iboratki, har bir uglerod atomi bir vaqtning o‘zida boshqa atomlar bilan to‘rttagacha valent bog‘ hosil qilishga qodir. Shuningdek, uglerod atomi bilan bog‘ hosil qilish yoki uni uzish uchun zarur bo‘lgan energiya ham barqaror, ham reaktiv bo‘lishi mumkin bo‘lgan yirik va murakkab molekulalarni qurish uchun muvofiq darajadadir. Uglerod atomlari boshqa uglerod atomlari bilan oson bog‘lanadi; bu esa katenatsiya (catenation) deb nomlanuvchi jarayonda ixtiyoriy ravishda uzun makromolekulalar va polimerlarni qurish imkonini beradi.Oxford English Dictionary, 1st edition (1889) s.v. 'chain', definition 4g «Biz odatda "hayot" deb hisoblaydigan narsa azot yoki fosfor kabi boshqa bir necha atomlarga ega bo‘lgan uglerod atomlari zanjirlariga asoslanadi», deb ta’kidlagan edi Stiven Xoking (Stephen Hawking) 2008-yildagi ma’ruzasida, «uglerod ... eng boy kimyoga ega».

Yengil va nisbatan kichik o‘lchamli bo‘lgani sababli, uglerod molekulalari fermentlar (enzymes) tomonidan manipulyatsiya qilinishi oson. Karboangidraza (carbonic anhydrase) barcha uglerodli hayot uchun asosiy ferment hisoblanadi.

 Asosiy molekulalar 
Tirik organizmlarning fundamental jarayonlarida qo‘llaniladigan biologik makromolekulalarning eng e’tiborga loyiq sinflariga quyidagilar kiradi:

 Oqsillar, tirik organizmlarning tuzilmalari quriladigan asosiy bloklardir (bunga organik kimyoviy reaksiyalarni tezlashtiruvchi deyarli barcha fermentlar kiradi).
 Aminokislotalar oqsillarni hosil qiladi, hayotning genetik kodida ishtirok etadi.
 Nuklein kislotalar, genetik ma’lumotlarni tashiydi.
 Ribonuklein kislota (RNK), oqsillar ishlab chiqarilishini ta’minlaydi.
 Deoksiribonuklein kislota (DNK), genetik shakldagi nuklein kislotadir.
 Peptid, oqsillarning tarkibiy qismidir.
 Lipidlar, energiyani konsentrlangan shaklda saqlaydi va hayvonlar tanasida uzoq muddat saqlanishi mumkin.
 Fosfolipid, hujayra membranasida qo‘llaniladi.
 Uglevodlar, tirik hujayralar foydalanishi mumkin bo‘lgan shaklda energiyani saqlaydi.
 Lektin, oqsillarni bog‘lash uchun xizmat qiladi.
 Monosaxaridlar, oddiy qandlar, jumladan glyukoza va fruktoza.
 Disaxaridlar, suvda eruvchan qandlar, jumladan laktoza, maltoza va saxaroza.
 Kraxmal, amiloza va amilopektindan tashkil topgan o‘simliklarning energiya zaxirasidir.
 Glikogen, hayvonlardagi energiya zaxirasi.
 Sellyuloza, biopolimer, o‘simliklarning hujayra devorlarida uchraydi.
 Yog‘ kislotasi, to‘yingan va to‘yinmagan (moy) mavjud bo‘lib, energiya zaxirasi hisoblanadi.
 Almashtirib bo‘lmaydigan yog‘ kislotalari, inson tanasi tomonidan sintez qilinmaydigan, lekin zarur bo‘lgan kislotalardir.
 Steroid, gormon hamda hujayra membranasida qo‘llaniladi.
 Neyromediatorlar, signal molekulalari hisoblanadi.
 Xolesterin, hayvonlarning miya va orqa miyasida qo‘llaniladi.
 Mum, asalar mumi va lanolinda uchraydi. O‘simlik mumi himoya qilish uchun xizmat qiladi.

 Suv 
thumb|O'simliklardagi fotosintez sxemasi. Ishlab chiqarilgan uglevodlar o'simlik tomonidan saqlanadi yoki ishlatiladi. Fotosintez Yerdagi oziq-ovqat zanjirining asosi hisoblanadi
Suyuq suv uglerodli hayot uchun zarurdir. Uglerod molekulalarining kimyoviy bog‘lanishi suyuq suvni talab qiladi. Suv birikma-erituvchi juftligini hosil qilish uchun zarur bo‘lgan kimyoviy xossaga ega. Suv uglerod dioksidining qaytariluvchan gidratlanishini ta’minlaydi. Uglerod dioksidining gidratlanishi uglerodli hayot uchun zarurdir. Yerdagi barcha hayot uglerodning bir xil bioximiyasidan foydalanadi. Suv hayotdagi karboangidraza — uglerod dioksidi va suv o‘rtasidagi o‘zaro ta’sirda muhim ahamiyatga ega. Karboangidrazaga uglerod dioksidining gidratlanishi va hayotda pH darajasini tartibga soluvchi kislota-asos muvozanati (acid–base homeostasis) uchun uglerod asosidagi fermentlar oilasi zarur. O‘simliklar hayotida suyuq suv fotosintez — o‘simliklar yorug‘lik energiyasi va uglerod dioksidini kimyoviy energiyaga aylantirish uchun foydalanadigan biologik jarayon uchun zarurdir. Suv inson tanasi vaznining 55% dan 60% gacha qismini tashkil qiladi.

 Biogeokimyoviy sikllar bilan bog‘liqligi 
Uglerod aylanishi (carbon cycle) uzoq vaqt davomida Yerdagi hayotni saqlab qolishda muhim bo‘lgan biogeokimyoviy sikl (biogeochemical cycle) hisoblanadi. Ushbu sikl uglerod sekvestratsiyasi va uglerod omborlarini (carbon sinks) o‘z ichiga oladi. Plitalar tektonikasi (plate tectonics) hayotning uzoq muddat mavjud bo‘lishi uchun zarur bo‘lib, uglerodli hayot plitalar tektonikasi jarayonida muhim ahamiyatga ega. Yerda 3,80 dan 3,85 milliard yil oldin yashagan temir va oltingugurtga asoslangan anoksigen fotosintez shakllari ko‘p miqdorda qora slanets (black shale) konlarini hosil qilgan. Ushbu slanets konlari issiqlik oqimini va po‘stloqning suzuvchanligini oshirib, ayniqsa dengiz tubida plitalar tektonikasini kuchaytirishga yordam beradi. Talk (talc) — plitalar tektonikasini harakatlantirishga yordam beradigan yana bir organik mineraldir. Anorganik jarayonlar ham plitalar tektonikasiga yordam beradi. Uglerodga asoslangan fotosintezlovchi hayot Yerda kislorod miqdorining ko‘tarilishiga sabab bo‘ldi. Kislorodning bu ortishi plitalar tektonikasiga birinchi qit’alarni shakllantirishda yordam berdi.

 Boshqa nomzodlar 

Astrobiologiyada (astrobiology) ko‘pincha koinotning boshqa joylarida hayot mavjud bo‘lsa, u ham uglerodli bo‘ladi deb taxmin qilinadi. Karl Sagan kabi tanqidchilar 1973-yilda ushbu taxminni uglerod shovinizmi (carbon chauvinism) deb ataganlar. Bir necha boshqa elementlar biologik tizimlar va metabolizm kabi jarayonlarni uglerod kabi fundamental darajada qo‘llab-quvvatlash uchun nomzod sifatida taklif qilingan. Eng ko‘p taklif qilingan muqobil — kremniydir (silicon). Tartib raqami 14 bo‘lgan kremniy ugleroddan ikki baravar katta bo‘lib, davriy sistemada uglerod bilan bir guruhda joylashgan. U ham to‘rtta valent bog‘ hosil qila oladi va o‘zi bilan oson bog‘lanadi, biroq odatda uzun zanjirlar emas, balki kristall panjaralar ko‘rinishida. Ushbu o‘xshashliklarga qaramay, kremniy uglerodga qaraganda ancha elektromusbat elementdir va kremniy birikmalari hayotga o‘xshash jarayonlarni qo‘llab-quvvatlashi mumkin bo‘lgan tarzda turli shakllarga osonlikcha rekombinatsiya (recombination) bo‘lmaydi. Kremniy Yerda ko‘p tarqalgan, biroq u elektromusbatroq bo‘lgani va suvli muhitda Si–Si bog‘laridan ko‘ra Si–O bog‘larini hosil qilishi aniqlangan. Bor (boron) kislotalar bilan reaksiyaga kirishmaydi va tabiiy ravishda zanjirlar hosil qilmaydi, shu sababli bor hayot uchun nomzod hisoblanmaydi. Mishyak (arsenic) hayot uchun zaharli bo‘lib, uning ehtimoliy nomzodligi rad etilgan. O‘tmishda (1960–1970-yillar) hayot uchun boshqa nomzodlar ham ehtimoliy deb hisoblangan, ammo vaqt o‘tishi va ko‘proq tadqiqotlar natijasida faqat uglerod hayot uchun zarur bo‘lgan yirik molekulalar va polimerlarni hosil qilish uchun murakkablik va barqarorlikka ega ekanligi ko‘rsatilgan.

 Badiiy adabiyotda 
Gipotetik (taxminiy) uglerodli bo‘lmagan hayot shakllarining kimyoviy tuzilishi va xususiyatlari haqidagi mulohazalar ilmiy-fantastika (science fiction)da takrorlanuvchi mavzu bo‘lib kelgan. Kimyoviy o‘xshashliklari sababli kremniy ko‘pincha xayoliy hayot shakllarida uglerod o‘rnini bosuvchi sifatida ishlatiladi. Kinematografik va adabiy ilmiy-fantastikada inson tomonidan yaratilgan mashinalar jonsiz holatdan tirik holatga o‘tganida, bu yangi shakl ko‘pincha uglerodli bo‘lmagan hayotga misol sifatida taqdim etiladi. 1960-yillarning oxirida mikroprotsessor (microprocessor) paydo bo‘lganidan beri, bunday mashinalar ko‘pincha «kremniyli hayot» (silicon-based life) deb tasniflanadi. Xayoliy «kremniyli hayot»ning boshqa misollarini 1967-yilgi Star Trek: The Original Series serialining «The Devil in the Dark» qismida ko‘rish mumkin, unda tirik tosh mavjudotning bioximiyasi kremniyga asoslangan. 1994-yilgi The X-Files serialining «Firewalker» qismida vulqon ichida kremniyga asoslangan organizm topiladi.

Artur Klarkning (Arthur C. Clarke) 1982-yilda yozilgan 2010: Odyssey Two romani asosida ishlangan 1984-yilgi filmda bir qahramon shunday deydi: «Biz uglerodga asoslanganmizmi yoki kremniygami, buning fundamental farqi yo‘q; har birimizga tegishli hurmat bilan munosabatda bo‘lish kerak».

JoJolionda, ya’ni JoJo's Bizarre Adventure turkumining sakkizinchi qismida, asosiy antagonistlar sifatida kremniyga asoslangan g‘aroyib «Tosh insonlar» (Rock Humans) irqi tasvirlangan.

 Galereya 

 Yana qarang 

 Uglerod manbasi (biologiya)
 Hujayra biologiyasi
 CHNOPS, tirik organizmlarda eng keng tarqalgan elementlar: uglerod, vodorod, kislorod, azot, fosfor va oltingugurt tartibining mnemoni kodi
 Murakkab hayot uchun yashash zonasi

 

 Tashqi 

 
 
Turkum:Uglerod