Путешествие в космос - Взрывающиеся солнца. Тайны сверхновых

Происхождение жизни

Земля, как теперь известно, образовалась 4,6 млрд. лет назад, но в течении первых нескольких сот миллионов лет ее поверхность пребывала в постоянном хаосе из-за непрерывной бомбардировки обломками вещества, которые все еще кружились вокруг Солнца по земной орбите, периодически сталкиваясь с Землей и Луной.

Около 4 млрд. лет назад Земля наконец осталась в покое, приобретя более или менее современный свой вид, и была готова стать обитаемым миром. Через полмиллиарда лет здесь зародилась первая примитивная жизнь. В течение последующих 3,5 млрд. лет (три четверти всего существования) Земля постоянно заселена разнообразными формами живых организмов.

Каким образом впервые образовалась жизнь?

Единственно возможный научный ответ (не связанный со сверхъестественным бездоказательным актом) состоит в том, что беспорядочные комбинации простых молекул, существовавших в земной атмосфере и океане, постепенно создавали все более сложные молекулы, и эти молекулы, с течением времени став чрезвычайно сложными, в процессе эволюции сформировали в себе такие свойства, которые мы ассоциируем с жизнью.

Разумеется, процесс эволюции мы не можем наблюдать непосредственно ни здесь, на Земле (от этого события мы отделены миллиардами лет), ни в других мирах (ближайший возможно обитаемый мир удален от нас на расстояние многих световых лет пространства). И все же мы можем получить косвенные свидетельства.

Прежде всего нужно установить, какие именно простые молекулы могли существовать на первозданной Земле. Это были молекулы, из которых формировался лед, и среди ученых в этом есть полное согласие. (Хотя имеется спорный пункт относительно их точного строения.) Вода присутствовала безусловно, так же как и молекулы, содержащие азот, углерод и другие элементы.

На Юпитере и других внешних планетах Солнечной системы углерод и азот присутствуют в соединении с водородом. Это соответственно метан и аммиак. На Венере и Марсе углерод находится в соединении с кислородом (углекислый газ), а азот существует в виде молекул в парах атмосферы.

Одни ученые считают, что первичная атмосфера Земли состояла из аммиака, метана и водяных паров, причем аммиак в большом количестве был растворен в океане. Другие полагают, что нашей первозданной атмосферой были углекислый газ, азот и водяной пар, причем в океане была растворена значительная доля углекислого газа. Возможно, что эта атмосфера, изначально состоявшая из аммиака, метана и водяного пара (атмосфера-1), затем в ходе естественных процессов, не связанных с жизнью, обратилась в углекислый газ, азот и водяной пар (атмосфера-2).

Выбор между этими двумя атмосферами не является категорическим. В каждой из них имеются атомы водорода, углерода, азота и кислорода (которые составляют 99 %. атомов, входящих в мягкие ткани любого организма). Атомы, из которых состоят ископаемые остатки этих тканей, включая атомы, делающие ткани твердыми, должны присутствовать в виде раствора в первозданном океане.

Какие процессы при наличии данных простых молекул (какими бы они ни были) должны были произойти, чтобы из них сформировались молекулы более сложного порядка? Простые столкновения и хаотический взаимообмен для этого были бы уже недостаточны. Превращение простых молекул в более сложные — это изменение, требующее затраты энергии. Иначе говоря, чтобы сделать такое превращение возможным, к системе должна поступать энергия.

Сотворенная Земля имела многочисленные источники энергии — тепло от вулканической деятельности, электрическую энергию молний, поскольку вполне вероятно, что первоначально Земля была более бурным местом, чем теперь (извержения вулканов и грозы следовали, видимо, непрерывно).

Кроме того, конечно, была энергия радиоактивности, и в начале, надо помнить, интенсивность ее была гораздо значительнее, чем теперь, так как за те миллиарды лет, что прошли с момента образования Земли, значительная часть первоначального запаса радиоактивных атомов распалась.

Наконец, был ультрафиолетовый свет Солнца. В наши дни лишь немногие ультрафиолетовые лучи, летящие от Солнца, достигают земной поверхности, потому что кислород атмосферы (его молекулы состоят из двух атомов) высоко над Землей превращается в озон (состоящий из молекул, имеющих по три атома кислорода). Озоновый слой, висящий на высоте около 25 км над Землей, непрозрачен для большинства ультрафиолетовых лучей, поэтому лишь небольшая их часть достигает земной поверхности.

Кислород, однако, не является одной из естественных, данных от века составляющих атмосферы. Он чересчур активен и легко соединяется со многими другими веществами. Поэтому кислород очень быстро должен исчезнуть из атмосферы. Единственная причина, по которой он не исчезает, — это зеленые растения, которые постоянно вырабатывают кислород, компенсируя его убыль. Растения, используя энергию солнечного света, соединяют в себе углекислый газ и воду, идущие на образование листвы и побегов, а кислород возникает и выливается в атмосферу как побочный продукт этого процесса.

На только что сотворенной, первозданной Земле, до того как появилась жизнь, зеленых растений не было, как и не было кислородообразующих процессов. Поэтому кислорода в атмосфере не было, а в ее верхних слоях не было озона. Это означало, что ультрафиолетовое излучение Солнца могло свободно проникать до самой поверхности Земли.

В 1952 г. американский химик Стэнли Миллер (р. 1930 г.) сделал следующий опыт. Он тщательно очистил и стерилизовал воду и добавил в нее «атмосферу» из водорода, аммиака и метана, копируя таким образом состав атмосферы-1. Смесь, которую Миллер пропускал через свою аппаратуру, подвергалась воздействию электрических разрядов, которые должны были имитировать эффект грозовых разрядов. Так продолжалось в течение недели. Когда затем он разделил компоненты своего водного раствора, он обнаружил вновь образованные простые органические соединения, в том числе несколько аминокислот, являющихся кирпичиками, из которых состоят белки — важнейшие компоненты живой ткани.

Другие повторили этот же эксперимент, но с ультрафиолетовыми лучами в качестве источника энергии, и получили во многом сходный результат. Брали и варианты атмосферы-2 и тоже получали органические сложные молекулы.

Американский биохимик шриланкийского происхождения Сирил Поннамперума (р. 1923 г.) был наиболее настойчив в проведении этих опытов. Он добился образования нуклеотидов из простых соединений (эти нуклеотиды служат строительным материалом для нуклеиновых кислот — другого важнейшего компонента живой ткани). Он получил также аденозинтрифосфат (АТФ), который в энергетическом отношении является ключевым веществом живой ткани.

Все соединения получены абиогенетически (т. е. без вмешательства жизни, за исключением, конечно, самого экспериментатора) из образцов тех материалов, которые могли составлять первичную атмосферу; эти соединения и были, очевидно, началом пути, приведшего к образованию живой ткани и жизни.

Американский химик Сидней Фокс (р. 1912 г.) шел в другом направлении: составляя смеси аминокислот и подвергая их нагреву, получал протеиноподобные вещества. Последние, будучи растворены в воде, образовывали крошечные шарики, обнаруживающие свойства, присущие живым клеткам.

Конечно, эксперименты эти никоим образом не приблизили нас к системе, которую можно было бы рассматривать как живую, пусть даже в самой простейшей форме. С другой стороны, в условиях лаборатории, когда работа велась на малых количествах веществ в ограниченных промежутках времени, эти результаты можно назвать поразительными; во всяком случае, это уже заметный, большой шаг в направлении к жизни.

Давайте вообразим себе целый океан простых соединений, которые подвергаются воздействию различных видов энергии в течение сотен миллионов лет! Тогда мы легко представим себе и поймем период химической эволюции, который кончился с появлением первых живых клеток 3,5 млрд. лет назад.

<<<Назад Страница 35 Далее>>>

WalkInSpace.Ru

Правила:

«Путешествие в космос» © 2024

Использование материалов допускается при условии указания авторства WalkInSpace.ru и активной ссылки на www.WalkInSpace.ru.

Используются технологии uCoz