Недавнее падение российского космического аппарата Фобос-Грунт на Землю заставило общественность обратить свое пристальное внимание на проблему всевозрастающего количества космического мусора. Некоторые даже всерьез задумались над тем, становиться ли легче Земля в результате того, что мы отправляем в космос многотонные шаттлы или нет?”.

Ответить на этот вопрос попытались академики из Кембриджского Университета (Cambridge University).
Читать дальше>>

Изумруд весом 11,5 килограмм был выставлен на аукцион и оценен в 1,15 млн. долларов.

Зеленый минерал, размером с небольшой арбуз, в котором насчитывается 57 700 карат, пустили с молотка 28 января 2012 года на аукционе Western Star Auctions, еженедельно проходящем в Британской Колумбии.

Камень, получивший имя Теодора (Teodora), был добыт в Бразилии и огранен в Индии. Его владельцем стал скупщик драгоценных камней Рейган Рейни (Reagan Reaney), который подчеркивает, что это не чистый изумруд. Читать дальше>>

Вас ложно обвинили в злодеянии, которое Вы не совершали и у Вас нет средств для того, чтобы нанять опытного юриста? Не отчаивайтесь, на сайте www.yurist-online.net Вы без труда сможете найти резюме юриста без опыта работы, который за разумную оплату отстоит в суде Вашу невиновность.

РАСШИРЕНИЕ ПЛАНЕТЫ ЗЕМЛЯ

Масштабы расширения

Надеюсь, все уже поняли, что развитие изначально гидридной Земли непременно должно сопровождаться существенным расширением планеты. Но как определить возможные масштабы этого процесса? Напомню, в изначально гидридной Земле металлосфера образовалась в связи с разложением гидридов и дегазацией водорода. Казалось бы, чего проще, мы знаем плотность гидридов во внутреннем ядре, это примерно 12,3 г/см³, и знаем плотность дегазированной металлосферы, на границе с ядром это порядка 5,5 г/см³. Делим первое на второе и получаем разуплотнение в 2,24 раза. Увеличение объема в два с лишним раза — много это или мало? Если впервые сталкиваешься с мыслью о реальности расширения планеты, то это кажется много, если же догадываешься о возможном диапазоне уплотнения металлов в виде ионных гидридов, то «два с лишним» представляется недостаточным.

Наши знания о глубинном строении планеты базируются в основном на данных сейсмологии, и эти данные дают нам только скоростные характеристики, но ничего не говорят о плотности. Распределение плотностей по радиусу планеты не определяется из геофизических данных, а подбирается таким образом, чтобы построенная модель строго соответствовала двум параметрам — суммарной массе Земли и ее моменту инерции. Эти параметры определены в астрономии с достаточной точностью. Многие десятилетия в справочной литературе кочуют одни и те же плотностные модели, построенные в середине прошлого века. В них строго соблюдаются указанные параметры. И хотя в этих моделях ничего не говорится о составе внутренних сфер планеты, а только о распределении плотности по ее радиусу, тем не менее все они отстроены под «железное ядро и силикатную мантию». Но у нас теперь другая Земля, и мы вправе отстроить свое распределение плотностей, разумеется, при сохранении массы и момента инерции планеты.

Плотность внутреннего ядра, приводимая в геофизических моделях, явно меньше той, что могут обеспечить ионные гидриды. Но, оказывается, в нашей модели мы можем (вернее, обязаны) удвоить плотность внутреннего ядра. Давайте обсудим, почему мы обязаны это сделать, и какие изменения при этом следует внести в остальной объем планеты, чтобы сохранить ее массу и момент инерции? Здесь важно помнить, что внутреннее ядро составляет всего 1.8% в общей массе планеты и что массы, расположенные близко к центру вращения, дают малый вклад в суммарный момент инерции. К примеру, вклад от одного килограмма, расположенного во внутреннем ядре на расстоянии 1000 км от оси вращения планеты, в 40 раз меньше вклада от килограмма на расстоянии 6300 км (согласно J= r² • ∆m).

На рисунке 12а точечным пунктиром показано распределение плотности в коре и мантии в рамках традиционных представлений о силикатной мантии (Haddon and Bullen, 1969). Здесь отражены скачки в плотности в верхней мантии, привязанные к сейсмическим данным. Градиенты нарастания плотности в нижней мантии (глубже 1050 км) приняты по результатам ударного сжатия окислов (из которых состоят силикаты). При данном варианте распределения плотности в мантии исследователи просто вынуждены приписать ядру плотность строго в интервале от 10 до 12,5 г/см³. В противном случае не удается сохранить суммарную массу и момент инерции планеты.

Рис. 12а. Распределение плотности в мантии: точечный пунктир — в свете традиционных представлений о силикатном составе мантии, обычный пунктир — согласно нашей модели. Ключевой момент — уплотнение астеносферы.

В рамках нашей модели мы можем принять такой же характер распределения плотности в верхней мантии (до глубины 1050 км), однако в нижней мантии наша металлосфера должна иметь существенно меньшие градиенты уплотнения (этим металлы отличаются от силикатов и окислов). Данная ситуация показана на рис. 12а обычным пунктиром. И при этом для сохранения массы Земли (так показывают расчеты) мы вынуждены увеличить вдвое плотность внутреннего ядра — до 25 г/см³. Расчеты также показывают: чтобы набрать суммарный момент инерции планеты, мы должны предусмотреть увеличение плотности астеносферы на 0,2—0,25 г/см³, а также несколько изменить характер распределения плотности во внешнем ядре при сохранении его массы (так, как показано на рис 12б). Что же касается астеносферы, то это вообще ключевой момент нашей модели. Если в нашей астеносфере не обнаружится тенденция к уплотнению, то рухнет вся концепция, поскольку без этого нам не набрать (в рамках нашей модели) суммарный момент инерции. Вместе с тем достижение давлений порядка 50—60 кбар не составляет проблемы для современного экспериментального оборудования, и эту «тенденцию» легко проверить.

Рис. 12б.
Распределение плотности в ядре планеты: точечный пунктир — в свете традиционных представлений (ядро железное), обычный пунктир — согласно нашей модели.

Итак, если у нас под литосферой залегает металлосфера (с ее малыми градиентами уплотнения глубже 1050 км), то уже одно это требует резкого увеличения плотности внутреннего ядра планеты. Проведенные оценки показывают, что мы действительно можем (должны) вдвое увеличить плотность внутреннего ядра. Плотность в 25 г/см³ многим может показаться невероятно высокой. Вместе с тем некоторые химические элементы имеют почти такую же плотность при атмосферном давлении. К примеру, плотность металла иридия — 22,65 г/см³. Да, конечно, у него большая атомная масса, но у металла висмута атомная масса существенно больше, а плотность в два с лишним раза меньше (9,84 г/см³). В общем, значение плотности 25 г/см³ для внутреннего ядра, диктуемое сжимаемостью металлов в виде ионных гидридов, не является чем-то фантастичным, и я надеюсь на скорое подтверждение этого в эксперименте (как уже не раз случалось при разработке данной концепции).

——————————————————————————————————-

* Существует корреляция — чем выше плотность, тем выше скорости прохождения сейсмических волн. И действительно, на сейсмических разделах, где скорости возрастают скачком, также возрастает плотность. Вместе с тем по физическому закону скорости и плотности в твердых телах находятся в обратной зависимости согласно выражению: V_p² = E/d, где E — модуль упругости, d — плотность. Если при фазовом переходе скорости возрастают, то это связано с резким увеличением модуля упругости, что перекрывает обратное влияние плотности. По этой причине не следует думать, что принимаемая нами высокая плотность внутреннего ядра должна была бы обусловить высокие скорости.

——————————————————————————————————-

При такой плотности гидридов в мегабарном диапазоне давлений, развитие изначально гидридной Земли должно было привести примерно к пятикратному увеличению ее объема (25 : 5 = 5, делитель здесь — это плотность металлосферы над границей с ядром).

Важное значение имеет своеобразие самого процесса расширения планеты. Вызвать разложение гидридов можно лишь тепловым нагревом. Для этого привлекается радиогенное тепло. Кстати, изначально на нашей планете урана и калия было на порядок больше, чем в метеоритах, тория больше примерно в 2 раза. Так определила магнитная сепарация согласно потенциалам ионизации этих элементов (см. рис. 4). При таких концентрациях урана, тория и калия Земля должна нагреваться на 100 ^оС примерно за каждые 7—10 миллионов лет в мезокайнозое, а в нижнем архее за каждые 2—3 миллиона лет (тогда радиогенного тепла выделялось больше).

Повышение температуры в определенной зоне глубин (в наружной сфере внутреннего ядра) до температурного предела устойчивости гидридов вызывает их разложение, и в данной зоне начинается разуплотнение и дегазация водорода во вне. Энергия для разуплотнения берется из тех энергетических запасов, которые были сделаны в виде химического потенциала водорода на стадии формирования (и уплотнения) твердого тела изначально гидридной Земли (в нашем понимании, потенциальная энергия при гравитационном сжатии планеты не выделялась в виде тепла, а трансформировалась в химический потенциал водорода).

Энергетический баланс этого процесса можно представить в следующем виде:

m + ∆QR = p ∆V + ∆QHT,

где m — химический потенциал водорода в гидридах,

∆Q_R — радиогенное тепло,

p ∆V — работа по разуплотнению (∆V) при давлении (p) в зоне разуплотнения,

∆Q_HT — тепло, уносимое из зоны разуплотнения протонированным водородом как теплоносителем.

Выше мы уже отмечали, что «изначально гидридная Земля» изначально была холодной. В рамках наших построений, работа по расширению планеты (p AV) целиком поглощает энергию химического потенциала и преобладающую часть радиогенного тепла (∆Q_R), а остаток уносится водородом-теплоносителем. Соответственно, у нас нет оснований предполагать существенный разогрев планеты, покуда у нее имеются запасы гидридов, идет расширение и происходит дегазация водорода. Далее
будет показано, что термодинамика Земли, по сути, такая же, как у живых организмов, которые способны поддерживать температуру на одном уровне на протяжении всей своей жизни.

Вместе с тем это слишком осредненная (во времени) картина, что-то вроде «средней температуры по больнице» за несколько лет. На самом деле, в пределах интервала времени каждого тектономагматического цикла земные недра, скорее всего, испытывали то сильный разогрев, то глубокое охлаждение. Рассмотрим, что будет, когда во внешней сфере внутреннего ядра температура (за счет радиогенного тепла) поднялась выше температурного предела устойчивости гидридов, и они претерпели диссоциацию. Сжимаемость гидридов много больше сжимаемости металлов с растворенным в них водородом (даже если водорода в них не меньше, чем в гидридах).

Следовательно, в сфере, где гидриды распались, сразу начиналось разуплотнение. Эта работа осуществлялась за счет энергии химического потенциала, которая выделялась при распаде гидридов. Но поскольку часть тепла уходила с водородом-теплоносителем во внешние сферы, то температура в зоне разуплотнения начинала понижаться.

В итоге зона разуплотнения присоединялась к внешнему ядру, и в нем увеличивалась концентрация водорода (становилась сверхравновесной). В результате этого начиналась дегазация водорода от ядра в металлосферу и далее. Процесс дегазации прекращался по мере распространения низких температур из зоны разуплотнения на объем внешнего ядра.

Теперь, чтобы все повторилось, надо ждать, пока вновь накопится радиогенное тепло, ядро согреется и в очередной сфере внутреннего ядра температура дойдет до разложения гидридов. И эта температура должна быть несколько выше, чем в предыдущем этапе, поскольку с глубиной (т.е. с увеличением давления) устойчивость гидридов повышается. Таким образом, расширение планеты должно иметь циклический характер. И в каждом цикле есть этап разуплотнения с последующей дегазацией водорода (когда температура зоны разуплотнения и сопредельных зон понижалась), и этап стабильного существования планеты (когда температура внутренних сфер планеты вновь повышалась за счет накопления радиогенного тепла).

Обратите внимание: цикличность определяется характером разложения гидридов внутреннего ядра планеты. Когда-то «изначально гидридная Земля», по сути, целиком состояла из гидридов. Но сейчас внутреннее ядро (гидридное) занимает примерно 1% объема планеты. Совершенно очевидно, что земные запасы гидридов близки к исчерпанию. В данной связи мы вынуждены полагать, что приходит конец привычной цикличности в характере развития планеты и, возможно, альпийский цикл будет последним полно проявленным тектономагматическим циклом *.

——————————————————————————————————-

* Однако здесь следует сделать оговорку. Изначально в Земле были сформированы разные гидриды. И вряд ли у них одинаковые температуры разложения и одинаковая зависимость этих температур от давления. Вполне возможно, что какие-то гидриды сохраняются во внешнем ядре наряду с металлами, содержащими водород в виде раствора. В таком случае следует полагать, что цикличность процессов разуплотнения и дегазации водорода может иметь место и во внешней сфере внешнего ядра по тому же сценарию, который мы предложили для ядра внутреннего. Как бы то ни было, но планета имеет два фронта разуплотнения: один — по границе внутреннего ядра, второй — по разделу ядра и металлосферы. Возможно, это связано с тем, что в составе нашей планеты резко преобладают два элемента — кремний и магний. Но прежде чем рассуждать на эту тему, надо получить экспериментальные данные по сжимаемости гидридов и их устойчивости от нагрева под давлением.

——————————————————————————————————-

Любопытно отметить, чтобы продолжительность циклов в фанерозое была порядка 100 млн. лет, температура в ядре Земли в связи с разуплотнением должна периодически понижаться примерно на 1000 ^оС (так показывают расчеты). Однако эту оценку не нужно воспринимать в качестве «reductio ad absurdum», поскольку в рамках наших построений внешнее ядро может быть жидким и электропроводящим даже при комнатной температуре .

Это глубоководное чудовище может с легкостью стать ночным кошмаром любого дайвера и по праву считается самой уродливой рыбой на планете Земля. Читать дальше>>

ВОЗНИКНОВЕНИЕ МЕМБРАН

© 2009 г. Ю.В. Наточин

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАИ

Рассмотрены вопросы о физико-химических факторах среды, в которой возникла жизнь, о появлении протоклеток, их оболочки, а затем плазматической мембраны. Обоснована гипотеза о появлении первых клеток в водоемах, где доминировали соли калия и магния, поскольку они необходимы для синтеза белков, а без этого не построить мембрану клетки. В последующем произошла адаптация этих клеток к внешней водной среде, подобной океанической, в которой превалировали соли натрия. Этот этап эволюции требовал функционирования плазматической мембраны, способной обеспечить ионную асимметрию цитоплазмы клеток по отношению к внешней среде. На этом этапе развития жизни у предшественников животных в плазматической мембране стали действовать механизмы удаления ионов натрия и накопления ионов калия. Проблема развития многоклеточных была решена разным способом у животных и растений: у животных сформировалась система жидкостей внутренней среды, которые обеспечивали стабильные физико-химические условия с внешней поверхности плазматической мембраны. Ионы натрия явились стимулом образования полярной клетки, где в плазматической мембране с одной стороны клетки сосредоточены натриевые каналы, а в другой — натриевые насосы, что обеспечило развитие функций всасывания, выделения, дыхания. Формирование жидкостей внутренней среды стало предпосылкой становления гомеостаза, условий биологического прогресса мира животных.

ВВЕДЕНИЕ

Возникновение плазматической мембраны можно считать одним из ключевых событий в происхождении и развитии жизни на Земле. Очевидно, что живому существу необходимы для существования молекулы органических веществ, генетический код или его прообраз, синтез полимеров биологически значимых веществ, но столь же ясно, что они должны быть собраны вместе, отделены, изолированы от окружающего мира в единое целое для создания некоей первичной целостной структурированной системы, иначе говоря, требуется появление оболочки, мембраны. Такое событие, безусловно, столь же важно для развития живых существ, как и наличие остальных ключевых факторов, входящих в понятие живого.

Следующее важнейшее условие возникновения жизни, которое не только обычно не обсуждается, его часто и не упоминают, касается неорганических компонентов среды, где появилась жизнь. Необходим ответ на вопрос о физико-химических условиях водной среды, где происходило формирование первых живых существ. Обсуждение и хотя бы принципиальное решение этого вопроса имеет безусловное значение для понимания природы зарождения жизни и ее дальнейших шагов. Задача этого доклада состоит в том, чтобы обсудить вопрос о возможном электролитном составе первичной среды зарождения жизни, способах изоляции появившихся протоклеток от внешней среды и дальнейшего их развития. Иными словами — ключевое значение в этой проблеме имеет ответ на вопросы о физико-химических параметрах среды и возникновении плазматической мембраны клетки. Следует сказать, что в литературе имеется огромное количество работ, касающихся строения, химического состава, функционального значения плазматических мембран. Если до средины XX в. обсуждался вопрос о сорбционных свойствах протоплазмы как альтернативе мембран, то с того времени, когда начались исследования с применением методов электронной микроскопии, стало возможным представить строение мембран. Биохимические и биофизические подходы дали факты, касающиеся функциональной организации мембран. В этом докладе речь пойдет о вероятных условиях и факторах, определивших возникновение мембран на заре биологической эволюции.

Очевидно, что ряд физико-химических параметров среды, в которой появились первые живые существ, не только оказал определяющее влияние на их становление, но на их основе формировались основные явления жизни, базовые функции исходных, доклеточных форм жизни. Нет сомнения в том, что водная среда была и фоном, и важнейшим компонентом первичной жизни, самой сценой для химических процессов организации жизни. Основная, можно сказать, единственная концепция в литературе о среде появления жизни, сформулированная в результате анализа данных, накопленных в XX в., состоит в формуле: жизнь возникла в море. «Столь же несомненно, что первые живые существа появились не в пресной воде, но в растворе солей Na, К, Са и Mg. Иначе нельзя объяснить тот факт, что клетки всех животных от самых простых до самых сложных, какова бы ни была среда их обитания, содержат в себе эти ионы и погибают, когда они отсутствуют. В настоящее время никто не сомневается в том, что жизнь возникла в воде океана палеозойской эры, содержащей определенные соотношения одновалентных и двухвалентных катионов, которые с полным основанием могут быть названы биологическими» (Гинецинский, 1963, с. 9). «Жизнь зародилась в море. Как показывают данные геохимии, ионный состав морской воды не претерпел существенных изменений с раннекембрийского периода, хотя ее общая соленость, по-видимому, несколько возросла» (Проссер, 1977, с. 177). «Жизнь возникла в море. Химический состав морской воды определен составом земной коры, физическими и химическими свойствами ее компонент, а, следовательно, химическим составом планеты. Высокая вероятность возникновения жизни именно в море подчеркивалась почти всеми. Мне также кажется это почти бесспорным» (Шноль, 1981, с. 95). Цитирование подобных высказываний можно было бы продолжить, но их суть ясна.

Верно ли это утверждение? Имеется ряд, как нам кажется, логически бесспорных аргументов, которые дают основания, чтобы признать неправомерность предположения о возникновении жизни в море, подобном современному, море, где доминировали ионы натрия. Аргументы, которые будут приведены ниже, не позволяют принять эту точку зрения и основаны на доводах, главный из которых в том, что плазматическая мембрана не могла первично появиться в океанической воде, где превалируют ионы натрия, а без такой мембраны нет одного из обязательных условий для последующей адаптации клеток к натриевой океанической среде, к жизни в пресной воде и на суше (Наточин, 2005, 2006). При возникновении «первой» клетки (протоклетки) ее содержимое надо было отделить от «неклетки», в цитоплазме протоклетки необходимо было иметь критическую концентрацию нуклеотидов, аминокислот, ионов, всего того, что необходимо для синтеза белков, метаболизма. При обсуждении функций протоклетки следует учитывать не только наличие органических веществ, но и неорганические ее компоненты.

В 1960-е гг. стало ясно, что ключевые реакции, связанные с синтезом белка, требуют присутствия таких неорганических ионов как магний и калий. В среде для синтеза белка in vivo и in vitro необходимы 5-20 мМ Mg²⁺ и 100 мМ K⁺, ионы Na⁺ «являются антагонистами, ингибируя работу белок-синтезируюшей системы» (Спирин, Гаврилова, 1971, с. 152). Реакция транспептидации на рибосоме нуждается в присутствии в среде ионов Mg²⁺ и K⁺ (или NH₄⁺) (Maden, Monro, 1968; Спирин, Гаврилова, 1971). Сказанное выше дает нам возможность заключить, что при условии сохранения базовых молекулярных механизмов синтеза белка в ходе эволюции жизни на Земле принципиально неизменными, плазматическая мембрана с включенными в нее молекулами белка не могла возникнуть в среде, где превалировали ионы натрия. Из известных данных, из сказанного выше ясно, что соли натрия доминируют в водах современного океана (Салоп, 1982; Холленд, 1989). Без плазматической мембраны не могла возникнуть и клетка в ее современном понимании, она была бы незащищенной, ее компоненты были бы разрозненными, она не могла бы адаптироваться к средам с различным ионным составом, разной осмоляльностью, разной концентрацией неорганических веществ. Следовательно, необходимо предложить иную схему последовательности событий, происходивших на начальных этапах эволюции жизни, чем появление жизни в среде, подобной современной океанической. Речь идет прежде всего о возникновение жизни в морской воде, если ее состав был подобен современному океану.

Суть нашей гипотезы состоит в том, что средой возникновения первых форм жизни могли быть водоемы с доминированием магния и калия в качестве катионов, поскольку в этих условиях могли протекать процессы синтеза белка, а затем могли сформироваться белковые компоненты клетки, включая первичную плазматическую мембрану протоклетки. Аргументами в пользу этой гипотезы могут быть данные об элетролитном составе клеток и внеклеточных жидкостей различных групп современных животных, анализ функций существующих различных типов мембран. Очевидно, что наше заключение может быть основано только на косвенных данных, прямых сведений о событиях, которые были около 4 млрд. лет назад, нет. Дополнительными аргументами могли бы быть модельные системы, математическое моделирование этих процессов.

Надоели постоянные пробки? Значит, пришло время перейти на сайт www.velo-butik.ru и приобрести велосипед, который позволит Вам не только сэкономить время на поездках, но и сбросить парочку лишних килограммов.

Разрешение: 575×13917, размер: 802кб

Незабываемое путешествие, которое берет свое начало в нижних слоях стратосферы и заканчивается на дне Марианской впадины.

1. Цвет океана напрямую зависит от концентрации хлорофилла в воде, источником которого являются водные растения – фитопланктон. Поглощая лучи красной и синей части спектра, хлорофилл отражает зеленый свет. Именно по этой причине вода у берегов и на мелководье имеет ярко выраженный зеленый оттенок.

2. 9 829 метров: крейсерская высота полета пассажирского самолета.

Читать дальше>>

Дискуссия по пленарному докладу Н.Л. Добрецова «О РАННИХ СТАДИЯХ ЭВОЛЮЦИИ БИОСФЕРЫ И ПРОБЛЕМАХ РАННИХ ОЛЕДЕНЕНИЙ»

Председательствующий Г.А. Заварзин

М.Я. Маров: Прежде всего, позвольте сделать один короткий комментарий. Вы упрекнули физиков и математиков, что не сосчитаны модели, связанные с реконструкцией диссипативного механизма. На самом деле, все это не так просто. Дело в том, что Вы, по-видимому, говорите о джинсовской диссипации, чисто тепловой — ее сосчитать легко. Но на начальных этапах эволюции мог существовать другой специфический род диссипации, когда при довольно высоких температурах быстро улетает водород и в потоке он увлекает за собой другие, более тяжелые элементы. Без такого механизма не удается, например, объяснить потерю древнего океана на Венере. Его предложил и обосновал известный американский планетолог Дональд Хантен (Donald М Hunten, University of Arizona, Lunar and Planetary Laboratory). Но я хочу сказать, что моделировать этот гидродинамический механизм диссипации довольно трудно — и сложно, таким образом, реконструировать историю потери летучих.

Н.Л.Д.: Я действительно посчитал только джинсовскую диссипацию — и то оказалось, что к рубежу 4.2 млрд. лет назад резко преобладали водород и метан. А если еще добавить -значит, водорода было еще больше. Для меня важна минимальная оценка.

М.Я. Маров: Хорошо, у меня есть другие вопросы. Вы говорите о сильно возросшей роли механизма субдукции на рубеже около 750 млн. лет назад. Как известно, различные модели по-разному датируют начало глобальной тектоники. Как Вы связываете возрастание роли субдукции с механизмом развития глобальной тектоники, на каком рубеже это происходило?

Н.Л.Д.: По вопросу, когда началась субдукция, когда началась тектоника плит, есть целый ряд независимых данных. Первое прямое доказательство существования океанической коры — это офиолиты. Океаническая кора, включая лайковые комплексы, пиллоу-лавы, осадки океанического типа, известна начиная с двух миллиардов лет или немного древнее. Второе — субдукция. Она должна быть равна или больше скорости спрединга. Сегодня скорость спрединга достигает 16 см в год, в зонах субдукции поглощение до 20 см в год. Обратное действие при завершении субдукции — извлекаются глубинные породы, в которых содержатся такие индикаторы высоких давлений, как алмаз, коэсит, специфические гранаты и так далее. Так вот, только после 750 млн. лет назад появились эти признаки — породы, извлеченные с глубин в 150-200 км, что косвенно говорит о скорости субдукции, близкой современной. Наиболее показательный такой пример с алмазосодержащими породами — это кокчетавские породы с возрастом около 540 млн. лет. Есть объекты в Мали (самые древние, 750 млн. лет, там нет алмазов, только коэсит), потом в Китае, Норвегии и другие.

М.Я. Маров: Соответственно, тогда же заработал активный карбонатно-силикатный цикл?

Н.Л.Д.: Конечно! Весь этот конвейер активно заработал.

М.Я. Маров: А когда Вы говорите о начале глобальной тектоники два миллиарда лет назад, это как раз то, что отвечает перестройке конвекции от сплошной к раздельной в нижней и верхней мантии?

Н.Л.Д.: В принципе, такая постановка вопроса правомочна. Но один из ведущих петрологов и геофизиков — Ш. Маруяма — немного иначе трактует, ближе к моей точке зрения. Субдукция, если она не очень интенсивная, складирует весь материал в зоне С, между глубинами 400 и 650 км, и там накапливается связанная вода. И объем воды в слое С больше, чем объем воды в Мировом океане! Сплошная субдукция, до границ ядра, сейчас невозможна, потому что слишком вязкая нижняя мантия. Но тяжелый материал проникает и тянет за собой воду и легкоплавкие материалы. Соответственно, вода совершенно меняет условия магматизма в нижней мантии, а опустившийся материал скапливается в слое D2 на границе нижней мантии и ядра и рождает суперплюм. Начиная с рубежа 750 млн. лет назад пошли суперплюмы, они заменили общемантийную конвекцию.

М.Я. Маров: Каков вклад антропогенного фактора в температурном тренде?

Н.Л.Д.: Я думаю, что антропогенный фактор больше работает как триггерный механизм, сегодня, по моим оценкам, он составляет менее 20 %. Но он чрезвычайно важен, так как работает, накладываясь на другие факторы, а там всюду нелинейный эффект.

Ю.В. Наточин: Что Вы имели в виду, когда говорили об осмотическом насосе?

Н.Л.Д.: Я имел в виду белковые помпы, в том числе накачивающие в клетку калий, который в большом количестве появился на поверхности Земли после 1.8 млрд. лет назад. Поэтому и животные появились, когда появился избыток калия, это одна из причин.

СВ. Шестаков: Николай Леонтьевич, когда Вы говорили о фотосинтезе, вы наверняка имели в виду оксигенный фотосинтез, связанный с деятельностью цианобактерий, продуцирующих кислород. Но ведь есть очень много форм фотосинтеза, не связанных с выделением кислорода — аноксигенный фотосинтез и не связанная с фотосинтезом фотореакция протеородопсина, например. С точки зрения биолога, цианобактерий — это вершина биохимической эволюции. В Ваших схемах речь всегда идет об оксигенном фотосинтезе?

Н.Л.Д.: Цианобактериальные колонки в архее неоднородны, внутри были оксигенные прослои, снаружи — аноксигенные. Я хотел бы подчеркнуть, что в докембрии накапливались огромные мощности строматолитов, если пересчитать на единицу времени, масса биосферы могла быть выше современной.

СВ. Шестаков: Вы говорили об оледенениях. Насколько глубоко они воздействовали?

Н.Л.Д.: Оледенение глубоко не проникает, внутреннее тепло Земли не меняется. Иногда отрицательная температура распространяется на несколько сотен метров. Контакт пород и льда в среднем от -5 до 0 °С. Но первое, что прекращается — выветривание и связывание СО₂, в карбонаты. Поэтому начинает работать обратная связь – СО₂, выбрасываемый вулканами, накапливается в атмосфере и лед начинает таять. По нашим расчетам, такая ситуация может существовать не более пяти миллионов лет. Но Маруяма предположил, что, поскольку не было субдукции, то и СО₂ почти не выделялся, темпы выделения СО₂, вулканами были на два порядка ниже -поэтому у него получилось 500 миллионов лет. Тут слишком большая неопределенность.

СВ. Шестаков: Но, тем не менее, во время сильных оледенений деятельность растений невозможна, цианобактерий — тоже…

Н.Л.Д.: Даже в сплошном леднике должны были оставаться оазисы — рефугии (например, около вулканов). Поэтому жизнь в отдельных оазисах могла сохраняться, в том числе и высокоорганизованная…

Г.А. Заварзин: Для гипотезы «Snowball Earth» хорошей моделью является современная Арктика, окраины Антарктиды, где развивается достаточно мощная подледная жизнь… Там много бактерий, не все фотосинтезирующие, в зависимости от толщины слоя… Так что вообще с гипотезой «Snowball Earth» нужно обращаться аккуратно… Для меня непонятно, почему синхронно существовали строматолиты и образовывались доломиты?

Н.Л.Д.: Расцвет доломитов был предопределен изменением состава Мирового океана. Нужно посчитать баланс, почему накапливался магний, каков был уровень карбонатной компенсации. Нужно смотреть весь баланс.

М.А. Федонкин: Это может быть связано с физиологией?

ГА. Заварзин: Доломит в основном не биогенный. Первичный доломит удается получить с алкалофильными сульфатредукторами, но это другая ситуация.

И.Л.Д.: Часть доломитов органогенная, они присутствуют в строматолитах.

Н.Г. Бочкарёв: Какова роль импактных событий в поздней эволюции Земли? Могло ли вращение мантии объясняться ударом крупного тела? Могло ли появление азиатских траппов объясняться импактами?

Н.Л.Д.: Конвекция мантии обусловлена тепловой, гравитационной неустойчивостью, тут метеоритов не требуется. Активная бомбардировка метеоритами до рубежа 4.2 млрд. лет подтверждается содержанием алмазов в цирконах, свидетельствующим об импактах. Потом массовых бомбардировок не было. Отдельные падения были, скажем, Попигайский кратер — скорее всего, это след удара кометы, так как в этом гигантском кратере метеоритного вещества не найдено. Трапповые поля не вызывались импактами, они объясняются моделью плюма.

В Н. Снытников: Николай Леонтьевич, не кажется ли Вам, что у нас пока нет объективных данных для того, чтобы определить время существования мира РНК? Он был заведомо раньше 4.56 млрд. лет назад, и, скорее всего, не на Земле?

Н.Л.Д.: Не знаю. Бомбардировки исключают наличие биосферы, могли быть только отдельные очаги жизни. Мне кажется, что биосфера возникла после массовой бомбардировки. Время для мира РНК остается между окончанием бомбардировок и первым появлением бактериальных матов. Этот интервал — 4.2-3.9 млрд. лет назад.

М.А. Федонкин: Относительно того, что водород и метан, вероятно, составляли основу древней атмосферы. Выясняется, что было около десятка источников водорода на ранней Земле. Второе. Сейчас как будто появляется все больше данных в пользу того, что металлическое (железно-никелевое) ядро на 95 % сформировалось очень рано, чуть ли не в первые сто миллионов лет после аккреции. Если так, то магнитное поле тоже существовало с этого времени?

Н.Л.Д.: Дополнительные источники водорода несущественны. Первичная атмосфера была захвачена еще из солнечной небулы, остальные источники не имели большого значения. Сильное магнитное поле появилось только тогда, когда появилось твердое внутреннее ядро, слабое поле было и до этого. Есть расчеты, что во внутреннем ядре 20 % углерода, значит, в растворенном ядре в основном должен быть не водород, а метан. Тогда этим будет определяться состав мантии.

М.А. Федонкин: Один объем никеля «вдыхает» 17 объемов водорода (в твердом виде). Но углерод в межатомное пространство металла так не войдет, как он мог попасть в ядро?

Н.Л.Д.: В алмазных наковальнях сейчас достигаются давления, близкие к давлению на внешней границе жидкого ядра. Растворимость водорода и метана в жидком железе оказалась сопоставимой.

ГА. Заварзин: Мы ушли в такие глубины… И все-таки, жизнь — это поверхностное явление, ее развитие идет в пределах географической оболочки…

Н.Л.Д.: Поверхностное и приповерхностное. Все-таки можно заключить, что более комфортные условия для первичной жизни были не прямо на поверхности, где масса всяких возмущающих факторов, а в каких-то пещерах, прослоях, кавернах на небольшой глубине от поверхности, где нет жесткого ультрафиолетового излучения, резких колебаний температуры, где создается некий термостат. В таких условиях и могли возникнуть первые очаги жизни.

Задавшись целью во что бы то ни стало похудеть к лету, Вы оббежали все магазины в городи и уже сбросили парочку ненавистных килограммов, но так и не смогли купить «Быстрые завтраки» Высоцкая Ю.А. — книгу, в которую вошли рецепты легких блюд из телепрограммы «Завтрак С Юлией Высоцкой». Заказать эту книгу, не отходя от своего компьютера, Вы сможете на сайте www.kniga.ru!

Проживающий в Нью-Йорке художник и фотограф Анджело Муско (Angelo Musco) словно ураган ворвался в мир фотоискусства благодаря своим потрясающим воображение мозаикам, состоящим из тысяч обнаженных человеческих тел.
Читать дальше>>

Первичные атмосфера и гидросфера Земли

Состоянию первичных атмосферы и гидросферы, столь интересующих специалистов по происхождению биосферы, в последние полстолетия посвящены тысячи работ. Поддерживаемое фактически большинством астрофизиков мнение о меньшей (на 20-25 %) светимости молодого (в первые сотни млн лет) Солнца привело к обсуждению вероятных составов первичной атмосферы, вызывающих парниковый эффект. Это известные работы Карла Сагана, его ученика Чайбы и др. Так как этим вопросам, вероятно, будет посвящена статья в этом сборнике нашего классика профессора Л.М. Мухина, мы опускаем обсуждение этой проблемы. Считаем важным отметить следующий выдающийся результат работ международного коллектива по австралийским цирконам — гидросфера и атмосфера Земли существовали уже в первые 150 млн. лет.

Согласно интерпретации данных по изотопии кислорода (^|60/¹⁷0/¹⁸0) в цирконах Jack Hills (Peck et al., 2001), 4.2, 4.3 и 4.4 млрд. лет назад на Земле была вода в жидкой фазе. Объемы ее пока оценить не удается (ручейки, озера в кратерах, мелкие моря?). Согласно работам французской школы (1960-1980 гг.) и известного специалиста по изотопии ксенона Р. Озимы, ксенон в атмосфере Земли имеет возраст порядка 4.0 и более млрд. лет. Наша интерпретация содержаний изотопов инертных газов, в частности, изотопной плеяды Хе (Pechernikova et al., 2003; Vityazev et al., 2005) указывает на то, что примитивная атмосфера сформировалась в ходе заключительных стадий образования Земли. Оценка ее массы и состава пока представляет проблему. Однако в сочетании с данными по австралийским цирконам можно уверенно говорить о том, что давление на поверхности ранней Земли было выше необходимого для существования примитивной гидросферы (тройная точка для Н₂O), т. е. порядка и выше современного для Марса.

На стадии аккумуляции Земли, когда поток падающих тел был достаточно велик, параметры ранней атмосферы в значительной степени определялись ударной дегазацией и эрозией. В.В. Светцовым (2007) путем численного моделирования ударов астероидов и комет с размерами от 100 м до 10 км были оценены потери атмосферы на Земле с ее современной атмосферой и Марсе с более плотной атмосферой из углекислого газа, которая могла быть на ранних стадиях его эволюции. Численное моделирование вертикальных ударов проводилось путем решения двумерных уравнений газовой динамики в цилиндрических координатах, начиная со стадии входа тела в атмосферу. Получены приближенные аппроксимирующие выражения потерь массы атмосферы и ударника в зависимости от их параметров и силы тяжести на планете. Характерные величины уносимой массы атмосферы при ударах астероидов (километровых и более размеров) оказываются порядка 0.01-0.1 от массы ударника, а при ударах долгопериодических комет — порядка 0.1-1 от массы кометы.

Согласно расчетам, параметры ранней атмосферы после окончания роста планеты существенно зависят от того периода аккумуляции, когда масса планеты составляет более 99 % от ее конечной величины. Более ранний период забывается, а в более поздний интенсивность притока массы недостаточна для существенного изменения массы образовавшейся до этого атмосферы.

Отметим, что результаты вычислений зависят от таких точно не известных входных параметров, как содержание атмофильных элементов в падающих телах, распределение по массам и скоростям падающих тел, размеры наибольших ударников. При вариации входных данных в допустимых пределах установившиеся к концу аккумуляции (99.9 % массы планеты) атмосферы имеют давление более 1 бар. Более совершенные модели должны учитывать взаимодействие выделяющихся при ударах газов с атмосферой и породами верхнего слоя планеты, физико-химическое состояние ранних атмосфер, сток газов в водные бассейны и учет глубинной дегазации примитивной части вещества, полученного планетой на ранних стадиях аккумуляции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Обнаружение протопланетных дисков, экзопланет и планетных систем около молодых звезд и их исследования позволяют надеяться на уточнение условий на поверхности ранней Земли и других планет.

Луна хранит следы «поздней бомбардировки» (Late bombardment) 3.7-3.9 млрд. лет назад. Чем она была вызвана? Наше предположение — это выброс Солнечной системы из звездного скопления. Это предположение должно быть либо опровергнуто, либо поддержано динамическими расчетами и другими данными.

2. Новые технологии обнаружения остатков короткоживущих радиоактивных элементов ²⁶Al, ⁶⁰Fe, ¹⁸²Hf и т.д.) позволяют хронометрировать отдельные стадии формирования и ранней эволюции планет с точностью до 1 млн. лет. Данные по австралийским цирконам и по плеяде изотопов Хе свидетельствуют о наличии атмосферы и гидросферы, начиная с 4.4 млрд. лет назад.

Но масса первичной гидросферы, состав и масса первичной атмосферы пока не установлены. Вероятно, проблему формирования атмосфер надо решать одновременно для Марса, Земли и Венеры. В частности, необходимо решить проблему выхода Венеры на парниковый режим. И понять, почему Земля избежала этого исхода. Это задача ближайшего десятилетия.

В работе использованы результаты исследований сотрудников ИДГ РАН, выполненных по проекту «Процессы на завершающей стадии аккумуляции Земли» (руководитель акад. В.В. Адушкин) в рамках программы Президиума РАН «Проблемы зарождения биосферы Земли и ее эволюции». Авторы благодарны проф. Л.М. Мухину и акад. РАН А.Ю. Розанову за приглашение к участию в рабочем совещании «Проблемы происхождения жизни».

На сайте www.100diet.org Вы найдете эффективные диеты для похудения, благодаря которым Вы сможете встретить новогодние праздники обновленным человеком – оставив в 2011 году столь ненавистные Вам лишние килограммы.

ВИРУС — ДО ИЛИ ПОСЛЕ КЛЕТКИ?

©2009 г. В. И. Игол

Институт полиомиелита и вирусных энцефалитов им. М.П. Чумакова РАМН

и Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Кратко рассмотрена природа вирусов и фундаментальное отличие механизмов их репродукции от клеточного деления. Способы хранения и выражения генетической информации у вирусов значительно богаче, чем у клеток. По современным представлениям, «мир РН К» возник раньше «мира ДН К». В свете этих представлений рассмотрены гипотезы о происхождении вирусов, — как та, по которой сначала появились клетки с РНК-геномом, а затем уже вирусы, так и та, которая постулирует первичное возникновение РНК-содержащих вирусов. И в том, и другом случае предполагается, что ДНК-геномы впервые появились у вирусов и что вирусы сыграли решающую роль в возникновении архей, эубактерий и эукариот.

ВВЕДЕНИЕ

Вирусы — это генетические элементы, существующие в двух формах. Во-первых, пассивная внеклеточная форма — это молекулы ДНК или РНК, обычно заключенные в бслок-содержащую оболочку. Можно сказать, что вирусы — просто некий класс весьма сложных химических соединений. Например, вирус полиомиелита может быть представлен такой формулой – C₃₃₂₆₅₂H₄₉₂₃₈₈N₉₈₂₄₅O₁₃₁₁₉₆P₇₅₀₁S₂₃₄₀ (Wimmer et al., 1993). Другая форма существования вирусов — активная, внутриклеточная и обычно способная к выражению генетической информации. В такой форме вирусы — живые объекты, обладающие наследственностью и способные к эволюции.

Вирусы — наиболее многочисленный класс биологических объектов. По некоторым оценкам, на пашей планете существует около 10³¹ вирусных частиц (Breitbart, Rohwer, 2005). Полагают, что в одних лишь вирусах, обитающих в океанах и морях, содержится ~2х10⁸ тонн углерода, что примерно эквивалентно содержанию этого элемента в 7Х10⁷ голубых китов. Соответственно, если эти вирусы выстроить в цепочку, то ее длина составит ~10⁷ световых лет (-100 диаметров нашей Галактики) (Suttle, 2005, 2007).

Вирусы не только многочисленны, но и чрезвычайно разнообразны. В килограмме морского осадка может находиться порядка миллиона различных вирусных генотипов (Breitbart, Rohwer, 2005). Вирусы могут иметь палочковидную или нитевидную форму, обладать кубической или спиральной симметрией, представлять собой плеоморфные образования и т. д. Некоторое представление о разнообразии форм и размеров вирусов дает рис. 1. Наиболее крупный из известных вирусов — мимивирус — вполне сопоставим по размерам с мельчайшими микроорганизмами, такими, например, как микоплазма.

Рис. 1. Разнообразие форм и размеров вирусов. Масштаб (если не указано иначе) — 100 им.

Вирусный геном может быть представлен как однонитевыми, так и двунитсвыми молекулами РНК или ДНК, причем эти молекулы могут быть линейными или кольцевыми (рис. 2). Как известно, клеточные организмы имеют только двунитевые ДНК-геномы. Количество нуклеотидов в геномах известных РНК-вирусов варьирует от немногим более полутора тысяч до ~32000, а количество генов — от 1 до полутора десятков. В ДНК-геномах вариации более значительны — если минимальное число нуклеотидов в них не сильно отличается от такового у РНК-вирусов, то известный сегодня максимум это ~1.2х10⁶ пар нуклеотидов, а число генов колеблется от 2 до 1200. Размер ДНК и число генов у самых крупных вирусов в несколько раз превышает эти параметры у мельчайших бактерий (например, Buchnera aphidicola), архей (Nanoarchaeon ecpiitans) и эукариот (Guillardia theta).

Рис. 2. Схематическое изображение структуры и формы вирусных геномов.

Рис. 3. Различия между механизмами деления клеток и размножения вирусов.

Если вирусы столь разнообразны, то что же их объединяет и отличает от всех других (клеточных) биологических организмов? Таких фундаментальных признаков два. Первый -это особенности метаболизма: вирусы неспособны синтезировать белок из-за отсутствия трансляционного аппарата, а также аккумулировать химическую энергию в виде АТР и подобных соединений из-за отсутствия дыхания, гликолиза или фотосинтеза (в отличие от вирусов даже мельчайшие паразитические микроорганизмы умеют синтезировать белки и производить АТР). Поэтому вирусы — облигатные паразиты, т. е. их размножение может происходить только в клетке-хозяине. Облигатный паразитизм входил во многие определения вирусов. Сейчас необходимо сделать некоторые уточнения. Так, показана принципиальная возможность репродукция вирусов в бесклеточных экстрактах (Molla et al., 1991). Тем не менее, абсолютная зависимость вирусов от клеточных компонентов и клеточных источников энергии остается непреложным фактом. Показана также возможность лабораторного химического синтеза жизнеспособного вирусного генома (Cello et al., 2002), но размножаться этот геном может опять-таки только либо в живых клетках, либо в бесклеточных экстрактах. Таким образом, фундаментальное различие метаболизма вирусов и клеточных организмов сохраняет силу.

Второй фундаментальный признак — сам способ размножения. Размножение вирусов основано на так называемом дизъюнктивном механизме, при котором вирус-специфические белки и нуклеиновые кислоты накапливаются в виде отдельных пулов, из которых в конечном счете они черпаются для сборки дочерних вирусных частиц или их главного компонента — нуклеопротеидной сердцевины (рис. 3). В противоположность этому, размножение клеток происходит путем деления (чаще всего, но не обязательно — бинарного). На каких-то этапах своей жизненной истории геном некоторых вирусов может включаться в состав клеточной хромосомы. В этом случае вирусный геном существует как интегральный компонент этой хромосомы и подвергается удвоению при клеточном делении. Однако, последующее образование вирусного потомства (т. е. собственно репродукция вируса) всегда происходит по каноническому дизъюнктивному механизму.

Надоело мериться с капризами вашего видавшего виды персонального компьютера? Значит, пришло время обзавестись современным мощным ноутбуком! Не удивлюсь, если вашим первым порывом в желании приобрести персональный компьютер станет вбитый в поисковую строку Яндекса запрос: “Интернет-магазин ноутбуки Харьков ”, ответом на который, к сожалению, будет внушительный список сайтов, ценовая политика которых вызовет шок у любого нормального человека. Я советую Вам не тратить попусту свое время и сразу же перейти на сайт teleman.com.ua, на котором представлен огромный выбор ноутбуков, качество и цена которых приятно Вас удивит.

СТРАТЕГИИ ХРАНЕНИЯ И ЭКСПРЕССИИ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ВИРУСОВ >>