Роль углерода в создании земной биоматерии. Часть I

Коллектив ваших работников не отличается дружностью и сплоченностью и большую часть времени тратит на споры, а не на выполнение своих профессиональных обязанностей? Значит, пришло время их уволить или поступить более цивилизованно, заказав батуты для корпоративов, которые помогут им раскрепоститься и с удовольствием провести совместное время, наладив тем самым между собой отношения. Заказать батуты Вы сможете на сайте www.krytota.ru.

Роль углерода в создании земной биоматерии.

 

Современная биологическая наука выделяет три основных стадии эволюционного возникновения жизни. Это, во-первых, возникновение простейших углеродистых соединений. Во-вторых, образование более сложных органических соединений в так называемом учеными «бульоне». И, наконец, третья стадия: возникновение в «бульоне» из, уже сравнительно сложных, белковоподобных органических соединений, — самых примитивных индивидуальных систем (первых живых организмов), способных взаимодействовать с окружающей их внешней средой. На первый взгляд, как видим, довольно стройная система возникновения жизни. Но стоит лишь начать рассматривать ее по частям, и сразу возникают большие сложности и неопределенности.

Начнем с первой стадии. Поскольку материя неотделима от движения, этот процесс идет постоянно, о чем излагалось в первой части, то процесс развития, а значит и возникновения жизни, как образования сложной формы движения материи, является общим для всей Вселенной. Все это мною было доказано ранее в первой и второй частях. Логично, в связи с этим, предположить, что в бесконечной Вселенной, в силу ее бесконечности и неисчерпаемости, сложные формы движения материи воплощаются в самые невероятные с нашей точки зрения образования. Другое дело — наша Галактика, которая астрофизической наукой более-менее изучена. Здесь в определенном объеме пространства действуют свои закономерности, в силу которых материя находится в конкретных видах вещества, которые состоят из определенных наборов атомов и молекул, и эти вещества создают в процессе эволюции Галактики звезды и планеты разных групп и классов. На планетах возникают взаимосвязанные сочетания атмосферных, почвенных и водных оболочек, а последние в своем развитии на каком-то этапе порождают жизнь. Это справедливо, например, для нашей планеты Земля. Можно сказать однозначно, что жизнь во Вселенной в общем потоке эволюционного развития является закономерностью. Жизнь в нашей Галактике — отдельная ветвь этого общего развития, а жизнь на планете Земля — это отдельный листочек на нашей ветви со своими особенностями. «Специфика этой ветви, — писал в 1966 году основоположник теории эволюционного происхождения жизни А. И. Опарин, — состоит в том, что в основе ее лежит процесс закономерной эволюции углеродистых соединений, составляющих материальную базу всех без исключения живых организмов. Начальные шаги эволюционного развития углеродистых соединений являются универсальными, широко распространенными в космосе. Они могут быть констатированы на весьма разнообразных небесных объектах. Однако последующие стадии этого развития были специфическими для земных условий, являлись неразрывно связанными с эволюцией самой планеты. Изучение этой эволюции и открывает перед нами путь к интересующей нас проблеме». Как видим, в этом заключении академика А. И. Опарина утверждается, что основной физической базой возникновения жизни на нашей планете явились углеродистые соединения. Действительно, академик А. И. Опарин и, в целом, биологическая наука в этом заключении права, и тому есть много подтверждений. Наукой установлено, что самые распространенные элементы в обозримой части Вселенной водород и гелий. Было время, когда водород даже пытались выдать за первичную основу материи. Но помимо этих двух элементов, широко распространенным элементом во Вселенной, хотя он количественно уступает водороду, является четырехвалентный углерод. По отношению к водороду и гелию углерод обладает рядом необычных специфических качеств. Кроме этого, углерод сочетает в себе огромную температурную стойкость с чрезвычайно высокой химической активностью и способностью к формированию огромных полимерных молекул, порою чрезвычайно длинных атомных «цепей» с различными боковыми ответвлениями. Ученые заметили это сразу, как только стали изучать различные белковые молекулы, у которых тоже имеются боковые ответвления. Более детальное изучение биологами и химиками всего многообразия углеродистых соединений привело их к окончательному выводу — вся органическая химия в своих истоках содержит соединения водорода с углеродом. Эти вещества ученые стали считать исходными для всей органической материи, включая и «живую», в нашем понимании, материю. Очень важным является и то, что атомы углерода не требуют для своего образования «сложных колыбелей». Тяжелые элементы образуются обычно при титанических давлениях и сверхвысоких температурах, сопровождающих вспышки новых звезд, тогда как атомы углерода постоянно возникают в стабильном процессе звездного лучеиспускания. Уже одно это должно свидетельствовать о широком распространении углерода, а, значит, и о больших возможностях его соединения с вездесущим водородом. Соединения водорода с углеродом обнаруживаются повсеместно. Даже на поверхности Солнца, где температура колеблется в пределах 5000-7000° С, уже присутствует метан, т. е. соединение одного атома углерода с четырьмя атомами водорода. Углеводородистые соединения обнаруживаются в спектрах звезд и плотных атмосфер, а также на суше, в воздухе и в воде. Исходя из этого, подавляющее большинство ученых пришли к твердому убеждению, что в нашей Галактике возможна лишь одна ветвь жизни, основанная на эволюции углеродных соединений. Однако следует уточнить, что в качестве возможного соперника углерода отдельными учеными выдвигался еще один элемент — кремний, который тоже довольно обилен в космосе. В туманностях и атмосферах звезд примерно на шесть атомов углерода приходится один атом кремния. Но уже одно это указывает на то, что у кремния меньше шансов быть фундаментом жизни. Но дело не только и даже не столько в количестве кремния, сколько в физико-химических особенностях этого элемента. Образовывая полимерные цепи, он все же не способен создавать многоатомные соединения со столь же богатыми, как при углеродистой основе, боковыми ответвлениями. А между тем, именно разнообразие и сложность таких боковых ответвлений обеспечивают важнейшие функции белковых соединений и в первую очередь — возможность создания аппарата наследственной информации. Итак, мы рассмотрели первую стадию происхождения жизни по модели, принятой биологической наукой. Сегодня нет необходимости отрицать тот факт, что на первой стадии процесса возникновения жизни, действительно могли образовываться углеродистые соединения, важнейшими из которых являются соединения углерода с водородом. Однако подобные соединения начинают возникать в допланетном состоянии и являются общим этапом возникновения жизни для всей, известной нам, части Вселенной. Но это еще абиогенное (т. е. независимое от жизни) образование простейших органических соединений.

Вторая стадия по версии биологической науки — возникновение «бульона» -тоже имеет право на существование. Вполне возможно, что усложнение простейших абиогенных углеродистых соединений, накопление их до возникновения «бульона», могли осуществляться только в определенную, неповторимую в дальнейшем на нашей планете, геологическую эпоху. В этот «детский» период Земля была не только гола и мертва, но и очень инертна. Планета далеко не сразу «познакомилась» с гниением, ржавлением и прочими все пожирающими и все преобразующими окислениями. Отсутствие свободного кислорода в первичной атмосфере привело к тому, что камни, разрушаемые эрозией, отлагались без всяких химических изменений. Углеродистые соединения (как привнесенные из космоса, так и образовавшиеся при формировании земной коры) не переходили в меловые отложения и не связывались в других минералах. Таким образом, отсутствие свободного кислорода и невозможность прямого глубокого окисления углеродистых соединений способствовали их сохранению и накоплению в огромных количествах в первичной атмосфере и на поверхности планеты. Однако имеющиеся всевозможные первичные химические соединения превратить в «бульон» можно только с помощью жидкой инертной среды -например воды. Как образовалась на нашей планете жидкая среда — вода, точно никому не известно. Вполне вероятно она была приобретена Землей из блуждающего в космосе водного конденсата или льда, а в том, что в космосе много льда, ученые не сомневаются, доказательства в процессе последних космических исследований получены достоверные. В течение миллионов лет (в начальных стадиях эволюция жизни проходила очень медленно) в земных водоемах образовывались и скапливались наряду с растворами неорганических солей самые различные органические соединения, как простые, так и все более сложные.

На этом логичное построение гипотезы происхождения жизни на планете Земля официальной биологической наукой заканчивается. Изложение третьей стадии — образование в «бульоне» сложных органических соединений -сопровождается многочисленными оговорками и условностями. Условности и оговорки возникают в силу того, что создать лабораторно земные условия в полном объеме, когда жизнь только зарождалась, невозможно. Миллиарды прошедших лет скрывают подробности, и научные утверждения, опирающиеся на лабораторные эксперименты, в которых ученые искусственно воссоздают давным-давно существовавшие на планете Земля физические и химические условия, позволяют понять только кое-что из сложного процесса образования живой материи. Мы можем себе представить, условно, как активные соединения углерода с водородом и их ближайшие производные периодически самопроизвольно соединялись друг с другом и, конечно, с окружающими их парами воды, сероводородом, аммиаком и другими газами, присутствовавшими на планете Земля в то далекое время. Жара, холод, ультрафиолетовая радиация, атмосферные электрические разряды — молнии, радиоактивное излучение, наконец, просто порывы ветра, клубы пыли и водяные струи — все это обеспечивало начало и затухание реакций, их активное и пассивное протекание. Но сегодня биологическая наука все более отчетливо убеждается в том, что всех этих процессов для создания живой материи недостаточно. Не раскрыта, например, полностью картина появления первых «энергетических станций» для будущих живых организмов. Сегодня же только известно, что в каждой живой клетке обязательно должен быть свой надежный источник энергии. Основным непосредственным источником энергии для них служат аденозинтрифосфатная кислота (АТФ) и другие соединения, содержащие фосфор. Но получение сложных многоатомных молекул, содержащих фосфор, — не простое дело, ибо при этом необходимо в довольно длительный период времени поддержание высоких температур, порядка 300° С. Туманность картины вызвана тем, что мы пока мало знаем о температурных характеристиках первичной Земли. Не раскрыта тайна происхождения аминокислот, основного строительного материала белков.

Процесс создания таких сложных органических соединений, как аминокислоты, сплошь состоит из таких противоречий, которые ученых постоянно заводят в тупик. Ученые много раз пытались выяснить, каким путем протекало их эволюционное образование, но все попытки приблизиться к этой тайне оказывались безуспешными. В 1953 году биолог Стэнли Миллер подверг «первичную атмосферу» планеты Земля, созданную в своей экспериментальной камере и состоящую из водорода, метана, аммиака и водяного пара, — воздействию электрических разрядов. Такой опыт он провел, основываясь на предположениях, что первично жизнь на планете Земля зарождалась именно в такой атмосфере, и именно с помощью атмосферного электричества в виде грозовых разрядов создавались сложные органические соединения, в том числе и аминокислоты. Ему уже было известно, что без аминокислот построение белков невозможно, а без белков невозможно создать живую природу вообще. В результате опытов по такой схеме в камере образовывались некоторые из многочисленных аминокислот, входящих в состав современных белков. Ему удалось получить лишь 4 из 20-ти аминокислот, необходимых для жизни. Более 30 лет спустя ученые все еще не могли получить экспериментально все 20 аминокислот в условиях, которые можно было бы считать подходящими для первичного создания жизни. Миллер всерьез полагал, что «первичная атмосфера» Земли соответствовала атмосфере в его экспериментальной камере. Позже он и его сотрудник выразили такое убеждение обоснованием, полученным в результате экспериментов, — синтез биологически значимых соединений происходит только в восстановительных условиях, т. е. без свободного кислорода в атмосфере. Позднее ученые-биологи сделали уточнение и вынесли вердикт — если бы в первичной атмосфере Земли был кислород, то первая аминокислота никогда не образовалась бы, а образовавшаяся без кислорода была бы быстро уничтожена космическими лучами. Об этом знал и Миллер. В его эксперименте с электрическим разрядом в «атмосфере» полученные аминокислоты сохранились только потому, что экспериментатор убрал их из зоны разряда. Если бы он оставил их там, то очередной электрический разряд разложил бы их вновь на отдельные части, состоящие из более простых соединений. Итак, вывод первый — в первичной атмосфере планеты Земля аминокислоты образоваться не могли, что сегодня и доказано. Тогда, может быть, они образовались в жидкой среде — воде, имевшейся на планете в так называемом «первичном бульоне». «Первичный бульон» — это появившаяся на планете Земля водная среда, насыщенная различными органическими соединениями. Рассмотрим заключение ученых-биологов и проследим ход их рассуждений в этом направлении. Одни из них рассуждают так: предположим, что аминокислоты каким-то образом образовались в первичной атмосфере, затем попали в водную среду и укрылись в ней от губительного ультрафиолетового излучения различных космических источников, в том числе и Солнца. Однако под поверхностью воды было бы недостаточно энергии для активации последующих химических реакций, вода в любом случае препятствует росту более сложных молекул. Ученый — химик Ричард Дикерсон утверждал, что трудно представить себе как могла протекать в водной среде первичного океана полимеризация (объединение простых молекул в сложные), так как присутствие воды содействует не полимеризации, а деполимеризации (расщепление сложных молекул на простые). С такой точкой зрения был согласен биохимик Джордж Уолд. Он говорил, что гораздо вероятнее спонтанное растворение, потому что оно происходит быстрее, чем спонтанный синтез. Это заявление биохимика ставит под сомнение наличие «первичного бульона» вообще, в котором могли бы находится сложные органические соединения. Из этих рассуждений и утверждений следует, что для того, чтобы из аминокислот, находящихся в воде, образовались более крупные молекулы, пригодные для зарождения жизни (например, белки), аминокислоты должны были выйти из воды. Но если они окажутся вне водной среды, то они опять погибнут от ультрафиолетового излучения. Круг, как видим, замкнулся и положение ученых-биологов кажется безвыходным, и в то же время факт создания живой природы налицо. Как же отыскать тот путь, которым прошла живая природа от начала своего создания и до наших дней? Конечно, все было бы много проще, если бы биологи смогли отыскать создателя первичной жизни, такого, например, какой существует у различных религий и называется богом. Но чего нет, того нет, и поэтому приходится двигаться различными экспериментальными путями. Разгадка возникновения жизни, по мнению ученых-биологов, заключается в поисках процессов объективной необходимости, заставляющих в конкретных условиях большие группы атомов и молекул образовывать определенные, подчиненные конкретным целям структурные образования, которые, все усложняясь, приобретают способность сочетать многие реакции в строго определенной последовательности, свойственной биологическому обмену веществ. Но для решения этих задач группам атомов и молекул нужна информация извне в виде «инструкции», в которой все процессы должны быть изложены безукоризненно. Что это так, а не иначе — никто из биологов сегодня отрицать уже не может. Что действительно могло быть в начале всех процессов в создании жизни так это: «первичный бульон», состоящий из воды, в которой было растворено много различных химических соединений, и первичная атмосфера, состоящая из различных газов и газообразных соединений. Кроме этого, при отсутствии кислорода в первичной атмосфере планеты Земля, а значит и озонового слоя, который задерживает ультрафиолетовое излучение и радиацию, поверхность водной среды и земная поверхность планеты подвергались сильному воздействию ультрафиолетового излучения, диапазон которого 2000 — 3800 А (200 — 380 нм).


Найти на unnatural: Роль углерода создании земной биоматерии Часть
Автор: admin | 8 Январь 2012 | 560 просмотров

Новые статьи:

Оставить комментарий:

Все размещенные на сайте материалы без указания первоисточника являются авторскими. Любая перепечатка информации с данного сайта должна сопровождаться ссылкой, ведущей на www.unnatural.ru.
Rambler's Top100