Происхождение жизни - Поннамперума С.
Скачать (прямая ссылка):
Предполагается, что источником энергии для синтеза органического вещества могли также служить ударные волны, возникавшие при прохождении метеоритных тел через первичную атмосферу Земли. Как только метеорит попадает в атмосферу, сразу же возникают области крайне высоких температур и давлений. Температура при этом может достигать 20 000°С, а давление — порядка 15 ООО—20 ООО атм, что сопровождается, по-видимому, крупномасштабной диссоциацией молекул. Следующее за этим немедленное охлаждение быстро приводит к их конденсации и рекомбинации. Расчеты, проведенные недавно Адольфом Хохштиммом из Вэйнского университета, показали, что, когда метеоритное тело диаметром И км проходит со скоростью 11 км/с через современную земную атмосферу, по всей его траектории может образоваться до 1012 т (один миллион миллионов) органического вещества. В отсутствие кислорода в первичной атмосфере, содержавшей метан, аммиак и воду, таких веществ синтезировалось, видимо, значительно больше.
Разрушение множества пузырьков, возникавших на поверхности океана под действием океанических волн, создавало ударные волны, которые также могли служить источником энергии для синтеза органических веществ. Образованию последних могли способствовать и мощные раскаты грома, так как известно, что они несут большой запас звуковой энергии.
Вероятно, в синтезе органических соединений на первичной Земле принимали участие различные источники энергии. В ряде случаев, по-видимому, некоторые из них были особенно эффективны и вследствие различия в своей природе и интенсивности воздействия вызывали образование различных веществ. Большая часть упомянутых выше видов энергии использовалась в лабораторных экспериментах при моделировании условий, существовавших на первичной Земле. Результаты многочисленных опытов подтверждали гипотезу химической эволюции.
59
Доктор Стэнли Л. Миллер и аппаратура, использованная им для синтеза аминокислот при помощи электрического разряда. Схема экспериментальной установки Миллера. Пар, образовавшийся при кипении воды в «бане» (внизу слева), циркулировал через «атмосферу», состоявшую из аммиака, метана и водорода, и достигал ловушки-холодильника. При пропускании слабого электрического разряда в воде, собиравшейся в нижней части системы, обнаруживались органические соединения.
60
Лабораторные эксперименты
5
В модельных экспериментах, воспроизводящих условия первичной Земли в лаборатории, в качестве источников энергии чаще всего использовались электрические разряды. Исторически это можно объяснить простотой соответствующего оборудования. В начале нашего века Эбер предпринял попчику осуществить органический синтез с помощью электрического разряда. Он установил, что атомы, образующиеся при прохождении электрической искры через первичную атмосферу, в результате рекомбинации могут создавать практически любые молекулы.
Один из классических экспериментов в этой области был проведен в Чикагском университете в 1953 г. Стэнли Миллером совместно с Гарольдом Юри. Они пропускали электрический искровой разряд через смесь метана, аммиака, водорода и паров воды, представлявших собой компоненты первичной атмосферы Земли. В пятилитровый сосуд были помещены электроды, а разряд вызывался с помощью небольших трансформаторов Тесла. Поток пара от кипящей воды обеспечивал в системе циркуляцию газовой смеси. Эксперимент продолжался в течение недели, после чего воду, в которой образовались органические вещества, подвергли анализу. Результаты превзошли все ожидания. Оказалось, что таким образом был синтезирован ряд веществ, имеющих отношение к жизни. Среди них идентифицированы четыре аминокислоты, свойственные обычно белкам: глицин, аланин, аспараги-новая и глутаминовая кислоты. Найдены некоторые простейшие жирные кислоты, а также муравьиная, уксусная и пропионовая. Кроме того, обнаружена мочевина — вещество, играющее важную роль в биологических процес-
61
сах. Эти эксперименты были повторены целым рядом исследователей: Эйбельсоном в США, Павловской и Пасын-ским в СССР, Хайнсом, Вальтером и Мейером в ФРГ. В Вашингтонском институте генетики Эйбельсон использовал различные варианты газовых смесей. Образование органических молекул происходило до тех пор, пока смесь носила восстановительный характер. В окислительных условиях синтез аминокислот не наблюдался. Косвенно отсюда следует, что если в первичной атмосфере Земли синтезировались органические молекулы, необходимые для возникновения жизни, то эта атмосфера должна была быть бескислородной.
Воздействие электрических разрядов на первичную атмосферу моделировалось в аналогичных условиях еще в целом ряде экспериментов. В лаборатории автора этой книги в опытах подобного типа был использован прибор, представлявший собой десятилитровый сосуд в форме гантели, в верхней части которого находилась смесь метана и аммиака, моделировавшая атмосферу, а в нижней — вода, имитировавшая первичный океан. Верхняя и нижняя сферы сосуда были соединены холодильным устройством. Через нагреваемую боковую трубку пары воды проникали в верхнюю сферу, здесь они конденсировались, а затем попадали обратно в нижний резервуар. В верхнюю часть прибора были введены электроды, с помощью которых осуществлялся электрический разряд, имитировавший молнию. Температура в нижней части сосуда поддерживалась около 100°С; пары воды поднимались в верхнюю часть сосуда, где происходил разряд. Здесь температура достигала 5000—10 000°С, в остальной части сосуда она была значительно ниже. Поэтому органические вещества собирались в «океане», находившемся в нижней части прибора.
