Происхождение жизни: маленький теплый водоем - Фолсом К.
Скачать (прямая ссылка):
Накопление свободного кислорода в атмосфере, вероятно, проходило линейпо с 2000 млн. лет назад до 800 млн. лет назад, когда возникли сложные многоклеточные формы жизни. После того, как в атмосфере накопился свободный кислород фотосинтетического происхождения, он должен был поглощать ультрафиолетовое излучение Солнца и создавать озоновый (Оз) слой. В результате солнечное ультрафиолетовое излучение внезапно перестало достигать поверхности Земли. Хотя это излучение обеспечивает протекание химических реакций, оно способно также разрушать органические соединения и биологические системы. Формирование озонового экрана было одним из самых значительных событий в истории природной среды, поскольку оно позволило развиться земным биологическим системам.
глава 5 Химическая эволюция
^ Эксперимент Юри — Миллера с искровым
разрядом. В этом эксперименте смесь метана, аммиака и водяных паров в двухлитровой колбе подвергается воздействию постоянного электрическозо разряда между двумя электродами. Обратите внимание на интенсивное отложение полимерного вещества на поверхности стекла. (С любезного разрешения НАСА.)
...спина змеи
Вез хвоста и чешуи,
Песья мокрая ноздря С мордою нетопыря, Лягушиное бедро И совиное перо,
Ящериц помет и слизь В колдовской котел вались!
Шекспир. Макбет 1
В начале существования Земли, около 4500 млн. лет назад, на поверхности земной коры формировались мелкие озера и пруды с пресной дождевой водой, содержащие вулканический пепел. Температура на ее поверхности была комнатной — около 25°С. Вулканическая деятельность, грозы, падения метеоритов, высокоэнергетическое ультрафиолетовое излучение Солнца — все эти процессы были очень интенсивными, и все виды энергии имелись в изобилии. В атмосфере присутствовали главным образом азот, окись углерода, водород и водяной пар.
При изменении условий изменялись и газы, содержащиеся в атмосфере. Химические реакции были обратимы и зависели от окружающих условий. Например, в реакции
количество образующихся продуктов определяется количеством исходных веществ и температурой окружающей среды. Можно подсчитать, что если водород находится в избытке, то при комнатной температуре практически вся окись углерода быстро превращается в метан.
Аналогичным образом в реакции
почти весь азот превращается в аммиак.
Проанализировав уравнения этих реакций, скорости которых известны, можно было бы прийти к заключению, что атмосфера состояла из метана и аммиака. Однако это
Окись Водород углерода (в избытке)
СО + зн.
сн4 + н,°
Метан Вода
1 Перевод Б. Пастернака.
чересчур упрощенный подход; известно, что при исследовании ранних горных пород не было найдено никаких свидетельств в пользу существования метан-аммиачной атмосферы. Если бы метан находился в изобилии, он быстро превратился бы во всевозможные углеводороды и нефть и эти продукты обнаруживались бы в виде отложений химически видоизмененных углеводородов и графита в толще ранних пород. Но подобных отложений там нет.
Если бы в атмосфере присутствовал аммиак, то он быстро растворялся бы в водоемах с образованием гидроокиси аммония — сильного основания — и тогда пруды и озера были бы гораздо более щелочными, чем сейчас. Вместе с тем известно, что ранние породы содержат силикаты, которые не могли бы осаждаться в столь щелочных условиях. К тому же, если бы в атмосфере в самом деле был аммиак, он быстро разложился бы под действием солнечного ультрафиолетового излучения.
Значит, наши уравнения неверны? Нет, они просто не отражают фактического положения дел. Трудность состоит в том, что каждое из приведенных выше уравнений соответствует некоторым нереальным условиям и каждая реакция рассматривается изолированно. В действительности же все компоненты атмосферы находились в смеси друг с другом, взаимодействовали между собой и с продуктами реакции во всевозможных комбинациях. Реальные сложные природные условия иллюстрирует схема, представ-ленпая на рис. 5.1.
В природе вряд ли найдутся условия, при которых отдельная реакция протекала бы изолированно до своего полного завершения. При протекании реакции между участвующими в ней компонентами возможны различные взаимодействия, что за короткое время приводит к образованию самых разнообразных и весьма сложных соединений. К таким соединениям относятся «смолистые промежуточные продукты», которые, как предполагает Юри, могли образоваться из упомянутых выше исходных веществ. Остальные продукты представляли собой самые различные органические соединения, послужившие основой возникновения жизни на Земле.
Можно ли проводить модельные эксперименты, не зная точного состава исходной атмосферы? Реально со-
Газы, выделяющиеся из первичных вулканов, а(С02) + b( СО) + c(N2) + d(H20) + е(Н2) +/(S)
+ g(H2S) + Л(СН«) + i'(S02) + • ¦ •
