Урок онлайн. Пищеварительная система 26 ноября 2016 | 0 комментариев
Урок онлайн. Пищеварительная система
Пищеварительная система человека (лат. systema digestorium) осуществляет переваривание пищи (путём её физической и химической обработки), всасывание продуктов расщепления через слизистую оболочку...
Подробнее
Урок онлайн. Видообразование 12 ноября 2016 | 0 комментариев
Урок онлайн. Видообразование
Видообразова́ние — процесс возникновения новых биологических видов и изменения их во времени. При этом генетическая несовместимость новообразованных видов, то есть их неспособность...
Подробнее
Урок онлайн. Факторы эволюции 3 ноября 2016 | 0 комментариев
Урок онлайн. Факторы эволюции
Элементарные факторы эволюции — факторы, изменяющие частоту аллелей и генотипов в популяции (генетическую структуру популяции). Выделяют несколько основных элементарных факторов...
Подробнее
Урок онлайн. Эволюция биосферы 22 октября 2016 | 0 комментариев
Урок онлайн. Эволюция биосферы
Жизнь на Земле зародилась ещё в архее — примерно 3,5 млрд. лет назад в гидросфере. Такой возраст имеют найденные палеонтологами древнейшие органические остатки. Возраст Земли как...
Подробнее
Систематика растений. Чередование поколений. Занятие для подготовки к ЕГЭ 17 января 2016 | 0 комментариев
Систематика растений. Чередование поколений. Занятие для подготовки к ЕГЭ
Чередование поколений — закономерная смена у организмов поколений, различающихся способом размножения. Организмы многих видов могут размножаться как бесполым, так и половым путем. В связи с...
Подробнее
Регистрация

Происхождение жизни

Автор
Опубликовано: 1159 дней назад ( 8 октября 2013)
Редактировалось: 78 раз — последний сегодня в 03:26
+1
Голосов: 1
Жизнь вообще-то непростая штука, и часто преподносит нехилые сюрпризы....А вот как посмотреть на жизнь с помощью методологии науки? Оказывается, что если внимательно рассмотреть некоторые гипотезы, жизни просто быть не может! Однако она есть.

Введение

Загадка происхождения жизни на сегодняшний момент является одной из самых волнующих. Хотя гипотез о происхождении жизни достаточно много, никакой теории о биогенезе не существует. Рассмотрим некоторые гипотезы, выбирайте, какая Вам больше нравится.

Одна из первых гипотез изложена в Библии: "И сказал Бог: да произведет вода пресмыкающихся, душу живую; и птицы да полетят над землею, по тверди небесной.....и т.д".

С научной точки зрения эта гипотеза не выдерживает никакой критики, по нескольким причинам. Первая: в качестве источника биогенеза предлагается причина сверхестественная, то есть проверке не поддающаяся по определению. Вторая: эта гипотеза представляет современную биосферу Земли, как раз и навсегда данную, и не предполагающую никакой биологической эволюции. Бурное развитие геологии, палеонтологии, эмбриологии и молекулярной биологии заставляет отбросить эту гипотезу как противоречащую твердо установленным научным фактам.

До Луи Пастера (1822 - 1895) наука вообще не рассматривала возникновение жизни как проблему. Считалось, что жизнь возникает "сама собой", спонтанно, непроизвольно и множество раз. Например, Ян Баптиста ван Гельмонт (тот самый, который ввел в химическую терминологию слово "газ" и открыл ферменты), в 1604 году опубликовал работу, в которой описал, как мыши завелись в шкафу с грязным бельем. Такое учение носило название витализм.

Пастер с помощью изящного опыта показал, что это не так.

Опыты Луи Пастера

Еще до Пастера было известно, что если мясной бульон налить в реторту, простерилизовать кипячением, а затем у реторты запаять носик, то бульон долгое время останется прозрачным. Если отломить носик реторты, то бульон через несколько часов мутнеет и начинает дурно пахнуть. Коллега Пастера, Юстус фон Либих утверждал, что такое поведение бульона объясняется химической реакцией при контакте с атмосферным воздухом.

Пастер в 1860 году решил проверить это утверждение. Для этого он изготовил колбу с длинным изогнутым горлышком, которое образовало некое подобие сифона. Простерилизовав бульон, он оставил колбу в покое на несколько недель. Никаких изменений с бульоном не происходило, хотя контакт с атмосферным воздухом сохранялся. Стоило наклонить колбу так, чтобы бульон смочил колено сифона, а затем вылился обратно в колбу, как через несколько часов в бульоне начинались те самые реакции брожения. Пастер сделал вывод, что некий агент, вызывающий брожение, присутствует в воздухе и оседает на колене сифона. Позднее, вооружившись микроскопом, он установил, что брожение вызывается определенным видом дрожжей.

Таким образом, учение витализма было опровергнуто. Стало ясно, что живое не появляется спонтанно, наоборот, живое появляется от живого. Это немедленно поставило науку в очень сложное положение. Требовалось найти удовлетворительное объяснение феномену жизни, не привлекая сверхестественных сущностей.

Сложность органических веществ, из которых состояли живые организмы, повергали химиков в глубочайшее уныние. Хотя органические вещества, выделенные из организмов, вступали в химические реакции с простыми веществами, анализ продуктов этих реакций не позволял представить химическую формулу исходного вещества. Граница между живой и неживой природой была непреодолима. Считалось, что химия живого отличается от химии неживого.

Открытия Вёлера, Бутлерова и Мишера

Однако, еще в 1828 году, был найден первый намек на единство химии живого и неживого. Фридрих Вёлер смог синтезировать мочевину. Апологеты "живой химии" поспешили заявить, что мочевина является отходом жизнедеятельности, поэтому рассматривать ее как органическое вещество нельзя.

Русский химик А.М. Бутлеров в 1864 году открыл реакцию образования сахаров из формальдегида, которая поныне носит его имя - "реакция Бутлерова". Эта реакция автокаталитическая - продукты реакции являются катализатором самой реакции. В результате реакции образуется разнородная смесь сахаров, многие из которых ядовиты.

Чуть позже, в 1869 году, Фридрих Мишер выделяет из ядра клеток вещество, названное им нуклеином. Нуклеин обладал кислотной реакцией, поэтому за ним закрепилось название "нуклеиновая кислота". Позднее Мишер определил, что нуклеиновая кислота состоит из углерода, водорода, азота, кислорода, фосфора. Брутто-формула нуклеина C29H49N9O22P3.

Таким образом, Мишер доказал, что "живая химия" состоит из тех же элементов, что и "обычная". Реакция Бутлерова доказала, что органические вещества могут возникать из неорганических.

Однако сахара - лишь часть сложного конвейера химических преобразований, которые производит живая клетка. Потребовалось еще полвека непрерывного развития химии, чтобы появились первые догадки.

Гипотезы Опарина и Холдейна.

Советский биохимик А.И. Опарин и независимо от него английский биолог Дж. Холдейн в первой половине XX века выдвинули очень похожие гипотезы о естественном происхождении жизни. Они предположили, что жизнь самозародилась в естественном "бульоне" или "супе" из органических соединений. Опарин описывал свой опыт по созданию коацерватных капель (каждая капля представляла собой раствор органических соединений, помещенный внутрь пузыря из жирных кислот, являющихся моделью липидной оболочки бактерий). Капли вели себя подобно бактериям: сливались, делились, "усваивали" из окружающей среды "полезную" для себя органику, выводили продукты реакций.

Однако, было неясно, каким образом образовалась вся эта, необходимая для жизни, гамма органического вещества. Новый прорыв произошел в США, сразу после Второй мировой войны, в 1953 году.

Опыт Стенли Миллера

Этот, ставший теперь классическим опыт, молодой аспирант-химик Чикагского университета Стенли Миллер провел под руководством своего профессора, нобелевского лауреата Гарольда Юри.

Происхождение жизни
Лабораторная установка Миллера состояла из двух колб (горячей и холодной), сифона и холодильника. Перед опытом воздух из внутренней полости откачивался, взамен туда впускалась смесь газов - метан, аммиак, окись углерода, водород. Кроме того, в установку заливалось некоторое количество дистиллированной воды.

Горячая колба постоянно подогревалась газовой горелкой, вызывая кипение воды. Холодная колба содержала два электрода, на которые подавалось импульсы высокого напряжения от катушки Румкорфа. В результате между электродами проскакивали электрические искры. Таким образом, установка имитировала грозовые разряды. Холодильник и сифон создавали циркуляцию воды и газов.

Миллер показал, что при определенном составе первичных газов в установке образуются аминокислоты. С помощью бумажной хроматографии обнаружилось пять аминокислот. Необходимым условием для образования аминокислот был аммиак.

Миллер также попробовал воспроизвести с своей установке атмосферу ранней Земли. Он полагал, что она близка по составу вулканическим газам. В этом эксперименте Миллер аминокислот в продуктах реакции не нашел. Этот факт послужил поводом для критики эксперимента и его результатов.

Однако уже гораздо позже, в 2007 году, пробирки, сохранившиеся от третьего опыта Миллера (где он имитировал в установке состав вулканических газов Земли) были вскрыты. Их состав был проанализирован повторно, методом жидкостной хроматографии. Оказалось, что состав веществ, полученных в результате третьего эксперимента, даже более разнообразен, чем в первом опыте (с присутствием аммиака). На рисунке представлены результаты повторного анализа. Не обнаруженные Миллером аминокислоты подчеркнуты.
Происхождение жизни


Опыт Стенли Миллера (в современой литературе его можно найти под упоминанием "эксперимент Миллера - Юри") впоследствии множество раз повторялся в других лабораториях, на других установках, с другими начальными условиями. Варьировался состав газов, электрическая искра заменялась ультрафиолетовым или инфракрасным излучением, высоким давлением и др. Во всех экспериментах было установлено, что органические вещества могут образовываться в природе спонтанно, в широком спектре начальных условий.

Однако, на бочку меда приходится....полбочки дегтя. Дело в том, что в этом эксперименте поровну образуются правовращающие и левовращающие аминокислоты. А жизнь состоит только из левовращающих аминокислот. Подробнее об этой загадке читайте мою статью О хиральной стерильности биосферы.

Гипотеза РНК-мира

Работы Опарина и Холдейна обладают существенным недостатком. Они неявно предполагают, что жизнеспособные молекулы могли образоваться в результате случайной самосборки (теория абиогинеза). Несмотря на ненулевую вероятность этого события, такое предположение гипотезы является ее самым слабым местом. Основные катализаторы химических реакций в клетке - белки - являются настолько сложными структурами, что говорить о "случайной самосборке" такой молекулы, как минимум, опрометчиво.

Например, расчеты показывают, что время, необходимое на такую самосборку, на много порядков превышает время жизни Вселенной! Эта, и другие явные несуразности химического абиогенеза заставили научный мир отказаться от этой теории и приступить к поиску других путей естественного образования жизни. Замечу в скобочках, что креационисты, зацепившись за эту несуразность, продолжают самозабвенно критиковать остальные теории биогенеза, забыв (или очень неуклюже лукавя) что в новых теориях эта проблема снята. Что это за теории?

В начале 60-х годах ХХ века была открыта каталитическая активность молекул РНК. Это произошло в лаборатории Томаса Чека в США. Это послужило выдвижению Карлом Вёзе еще одной гипотезы - гипотезы РНК-мира.

Молекулы РНК (рибонуклеиновой кислоты) значительно проще белковых молекул. Их каталитическая активность тоже во много раз ниже, но она явно присутствует. РНК в современном мире служат для множества целей. Матричные РНК служат для кодирования белка при синтезе в рибосомах. Транспортная РНК является переносчиком информации между ядерной ДНК и рибосомами. Рибосомная РНК находится в каталитическом центре рибосомы, инициируя образование пептидной связи между аминокислотами при синтезе белка. В процессе обратной транскрипции информация с РНК переписывается на ДНК.

Наконец, обнаружено свойство РНК к саморепликации. В этом процессе РНК образует двойную цепочку. Таким образом, РНК полностью автономны - они могут воспроизводиться и обладают каталитической активностью, проводя метаболические реакции.

К сожалению, было обнаружено, что РНК не может спонтанно возникнуть в гомогенной (жидкой или газовой) среде. Это вызвало шквал критики концепции мира РНК.

Однако еще в 1957 году американский химик Сидни Вальтер Фокс установил, что разрозненные пептиды на горячем субстрате в бескислородной атмосфере способны спонтанно образовывать случайные последовательности. В качестве субстрата выступила вулканическая лава.
Манфред Эйген (Германия) обнаружил, что РНК спонтанно возникает, если в качестве субстрата взять каолин (обычную глину).

Но для того, чтобы получить РНК, нужны рибонуклеотиды, из которых она состоит. Сами по себе рибонуклеотиды, с точки зрения синтеза в пробирке, достаточно сложны. Этот факт до сих пор вызывает свист и улюлюканье из лагеря креационистов. Они утверждают, что раз не известно, откуда берутся рибононуклеотиды, все построения о естественном происхождении жизни являются бессмысленными. Однако, химикам в результате долгих поисков удалось насадить на кол и этот их аргумент. Весомый факт в здание будущей теории о происхождении РНК-мира найден совсем недавно.

Спонтанное возникновение рибонуклеотидов

Напомню, всего рибонуклеотидов четыре (аденозин А, цитозин С, гуанозин G и урацил U). Они объединяются в две группы: пуриновые (А и G) и пиримидиновые (С и U). При этом аденозин комплементарен урацилу, а цитозин - гуанозину (A-U, C-G). Чтобы запомнить, Динозавр для Ленки придумал стишок: Анна любит Утятину, Серега - Говядину!
(При этом Дино смотрит на Ленку и плотоядно так облизываеццо! Он любое мясо ест!)

Оказалось, что задача спонтанного возникновения рибонуклеотидов решается легко, изящно и не требует невероятных условий. Рекомендую ознакомиться не только с самой статьей, но и почитать комментарии к ней, среди которых визг креационистов, в частности апологетов ID (inteligent design) особенно доставляет. Автор этих строк там тоже отметился, надеюсь, быстро вычислите, под каким ником.

Первоначальная реакционная смесь содержит, во-первых, природный фосфат (фосфорную кислоту), во-вторых, два простых азотистых соединения (цианоацетилен и цианамид), и, наконец, два простых углевода (гликольальдегид и глицеральдегид). В присутствии фосфата происходит последовательный каскад химических реакций, где промежуточные продукты (мочевина) являются катализаторами следующего каскада. Фосфат в этих реакциях выполняет роль стабилизатора кислотности и буфера. На выходе получается активированный рибонуклеотид цитозин С (бета-рибоцитидин-2’,3’-циклофосфат). Но это еще не все. Под действием ультрафиолета промежуточные продукты реакции распадаются, а часть цитозина превращается в урацил U. Так образуется группа пиримидиновых нуклеотидов.

Группа пуриновыех нуклеотидов (аденозин А, гуанозин G) должны появляться в ходе других реакций. Пока здесь много неясного, хотя химики утверждают, что для аденозина и гуанозина тоже можно найти реакции с хорошим выходом. Например, опыт (1961 г) Хуана Оро, где в установку Стенли Миллера была добавлена синильная кислота. На выходе получился аденозин.

Необходимы ли ферменты?

Работы Опарина и Холдейна, несмотря на некоторые несуразности, продолжают привлекать экспериментаторов. Эта теория, похоже, все-таки несет в себе рациональное зерно. Например, коллектив нобелевского лауреата Джека Шостака (Jack W. Szostak) продолжает копать в этом направлении. Для начала они поставили перед собой вопрос: из каких именно жирных кислот должна состоять мембрана такой протоклетки? Они исходили из предположения, что первичные протоклетки были гетеротрофами, то есть потребляли готовую органику из окружающей среды. Готовые вещества должны, таким образом, проходить сквозь мембрану.

Модель протоклетки представляет собой двуслойную оболочку из смеси липидов и жирных кислот. Такие двуслойные мембраны возникают в водных растворах самопроизвольно - это следует из полярности молекул жирных кислот. Такая молекула состоит из полярной гидрофильной (т.е. хорошо растворяющейся в воде, тоже полярном растворителе) "головы" и неполярного, а следовательно, гидрофобного (отталкивающего воду) хвоста. Попав в воду, такие молекулы ведут себя совершенно предсказуемым образом. Они собираются в кластеры, "выставив" головы в воду и спрятав хвосты внутрь кластера. Поскольку неполярные хвосты хорошо растворимы в неполярных жидкостях (в том числе и друг в друге) двуслойная мембрана возникает спонтанно за очень короткое время. Внешне это выглядит как прожилки паутины в слое жидкости. Эти прожилки называют мицеллами. Если встряхнуть колбу, мицеллы разрываются, образуя редкую пену. Оболочка каждого пузырька как раз и состоит из таких двуслойных мембран.

Команда Шостака экспериментировали с такими пузырьками. Они пытались заставить активированные нуклеотиды из внешней среды просочиться сквозь мембрану. Подбором липидов (смесь декановых кисот с глицериновым моноэфиром) удалось добиться, что полярные нуклеотиды просачивались сквозь мембрану. В современных клетках нуклеотиду самостоятельно пробиться сквозь клеточную мембрану невозможно. Для этого в мембрану встроены специальные транспортные белки.

Во второй части эксперимента внутри модели этот нуклеотид поджидала "недостроенная" молекуля ДНК. И тут всех ожидала сенсация. Оказалось, что процесс "достройки" ДНК идет сам собой, без ферментов - эффективнейших белков-катализаторов. Естественно, этот процесс протекал очень медленно (сотни часов) хотя ферменты сокращают это время до нескольких секунд. Получается, первая жизнь была очень нетороплива. Но она вполне могла существовать без ферментов!

А ведь совсем недавно считалось, что жизнь без белков невозможна! При учете невообразимой сложности белков, из этого автоматически делался вывод, что самопроизвольное зарождение жизни тоже невозможно. Это был основной аргумент разного толка креационистов. В комментариях к статье можно насладиться их агонией, где престидижитация - самый невинный трюк, к которому они прибегают, чтобы сохранить свое мировоззрение в неприкосновенности.

Можно и без ферментов!

Команду Шостака не устраивала модель, которую они рассматривали в предыдущем эксперименте. Ведь там использовалась ДНК, а, согласно концепции РНК-мира, "вначале была РНК". Они предприняли еще один штурм проблемы. Давно было известно, что в присутствии ионов магния скорость саморепликации РНК резко возрастала - ионы магния обладают каталитической активностью. Однако, эти же ионы магния оказались "убийцами" протоклеточных мембран. Магний образует с жирными кислотами нерастворимые соли, которые выпадают в осадок.

В этой статье описывается результат пятилетних поисков хеларатора для иона магния. Вкратце суть такова. Хелараторы - это вещества, которые охватывают ион как клешней (отсюда и название). При этом каталитическую активность ион сохраняет, а его химическая активность нейтрализована. В статье сообшается, что один из хелараторов удалось найти. Это цитрат (анион лимонной кислоты). Не исключено, что существуют и другие вещества, которые могут выполнять роль хелараторов, просто таких веществ до сих пор никто не искал.

Таким образом, Джек Шостак продемонстрировал нам "целость волков при сытости овец", показав красивую игрушку с искусственой протоклеткой. Надеюсь, эта красота вдохновит исследователей на новые забавы в этой области.

Не забудем про пептиды!

Недавно в журнале Nature Chemistry появилось сообшение от группы биохимиков из США под руководством Ивана Корендовича (опять Штаты и опять русское имя!). Команда Корендовича задалась вопросом: могут ли белки образовываться из пептидов?

Напомню, пептиды - короткие цепочки, состоящие, как и белки, из аминокислот. В эти цепочки может включаться от нескольких штук до нескольких десятков нуклеотидов. Поэтому их можно назвать "фрагментами" белков. Пептиды играют в организме важную регуляторную роль. Сами по себе пептиды не являются ферментами. Ведь белковой цепочке, чтобы заняться ферментной деятельностью, нужно стать достаточно большой молекулой и принять определенную форму. Пептиды для этого слишком коротки.

Корендович составил реакционную смесь из нескольких пептидов и кое-каких эфиров. Ни один пептид из пробирки не мог расщепить эфир самостоятельно. Кроме пептидов и эфиров в смесь были добавлены ионы цинка. Ионы цинка известны тем, что помогают пептидам сшиваться, образуя более длинные цепочки. Оказалось, что эта смесь способна расщеплять эфиры! Этим доказано:
1-е, каталитическая активность присуща уже случайно соединившимся пептидам и
2-е, белки действительно могли образовываться из пептидов!

Таким образом, еще один козырная карта противников абиогенеза - крайне низкая вероятность спонтанного возникновения белка путем самосборки - оказалась битой. Белок (пусть несовершенный, медленый и неточный - но работающий!) вполне мог за очень короткое время собраться из "запчастей" - пептидов!

Что было до РНК-мира?

Гипотез пре-РНК-мира достаточно много. Все они являются модификациями мира РНК.
* Вначале был метаболизм. Гипотеза Роберта Шапиро отвергает концепцию "вначале было РНК" и предлагает метаболические циклы, близкие по сути идее "коацерватных капель" гипотезы Опарина.
* Мир ПАУ (полиароматических углеводородов). Была высказана Саймоном Платтсом в 2004 году. Пытается устранить "пропущенный этап" - объяснить, каким образом образуется РНК. Привлекает фуллерены в качестве субстрата. Предполагает, что РНК могли образоваться еще в ядрах комет, впоследствии упавших на Землю и занесших "споры жизни".
* Теория гиперциклов. Была выдвинута упомянутым М.Эйгеном. В настоящий момент достаточно хорошо проработана. Важно, что эта теория является описанием абиогенетического происхождения жизни, а также ее эволюции. Сами по себе являясь чистой химией, гиперциклы показывают некоторые признаки живого. Например приспособляемость к окружающей среде, наследственностью, круговоротом веществ и энергии. Гиперциклы подвержены эволюционным процессам, описанных теорией Дарвина. Почитать о гиперциклах можно в популярной книжке Кирилла Еськова "Удивительная палеонтогогия". Открываете четвертую главу и наслаждаетесь. Не обошлось без основ математики, но это и так уже "объяснение на пальцах". Объяснить более проще и доходчивей, чем это сделано у Еськова, по моему, уже невозможно.

Гипотеза панспермии

Эта гипотеза утверждает, что жизнь на Землю была занесена извне, в виде спор или простейших бактерий. Затем, уже на Земле жизнь вступила в фазу биологической эволюции, представив то биологическое разнообразие, которое мы наблюдаем ныне.

Гипотеза основана на некоторых фактах:
1. Согласно современным (геологическим, астрономическим, радиоизотопным) данным, наша Земля образовалась около 4,54 миллиарда лет назад. Первые следы жизни в породах Земли появились 3,8 миллиарда лет назад. Примерно 3,9 миллиарда лет назад закончилась Тяжелая метеоритная бомбардировка (см. чуть ниже). Получается, что жизнь, по геологическим меркам, появилась на нашей планете практически мгновенно! Гипотеза панспермии непринужденно объясняет этот факт.
2. Спектральный анализ света далеких звезд, просвечивающих холодные молекулярные облака (ХМО) показывают спектры поглощения некоторых органических веществ. Таким образом, становится очевидным, что органика содержится не в атмосфере излучающей звезды, а именно в ХМО, поглощая прошедший через облако свет. Астрономы утверждают, наша Солнечная система тоже образовалось из такого облака.
3. Вещество железо-никелевых метеоритов, как показали эксперименты, служит катализатором для образования простейших углеводов из водорода, окиси углерода, метана, аммиака и воды (http://elementy.ru/lib/25618/25619).

Перцу этой гипотезе добавляет сенсационное сообщение об исследовании "марсианского" метеорита ALH 84001. Этот метеорит считается прилетевшим с Марса (об этом говорит его изотопный состав), в результате какого-то катаклизма - в виде удара астероида или чудовищного извержения вулкана.
Происхождение жизни
Среди минералов метеорита электронный микроскоп показал структуры, поразительно напоминающие окаменевшие остатки бактерий, в изобилии встречающиеся в древнейших породах Земли! Химический анализ, правда, никакой органики не показал. Приверженцы гипотезы панспермии приводят аргумент, что окаменевшие остатки бактерий на Земле тоже не содержат органики в результате фоссилизации.

Критика этой гипотезы связана, в основном, с влиянием космической радиации. За миллиарды лет радиация, пронизывая вещество "путешествующего" от звезды к звезде метеорита, способна полностью разрушить наследственный материал - даже если он каким-то образом на этом метеорите и был. Кроме того, теория панспермии, "снимая" вопрос о происхождении жизни на Земле, молчаливо постулирует таковое возникновение жизни где-то в другом месте Вселенной, что является паллиативом. Еще один убийственный аргумент против панспермии - никаких спор или выживших бактерий в метеоритах до сих пор не обнаружено.

Чистые факты

Один из наиболее изученных недавних метеоритов - это метеорит Новато. Этот метеорит упал 17 октября 2012 г. в США, в штате Калифорния, в городе Новато. Городок и дал название этому падению. Космический камень упал на крышу гаража Лизы Уэббер (Lisa Webber) и Гленна Риверы (Glenn Rivera), жителей города. Те услышали тяжелый удар и выбежали посмотреть, что случилось. Они обнаружили на крыше гаража горячий камень. Так метеорит Новато быстро попал в руки ученых.

Примечательно, что прохождение космического гостя сквозь атмосферу Земли удалось снять на камеры Метеоритного патруля NASA (Allsky Meteor Surveillance) Роберту П. Морено-младшему (Robert P. Moreno, Jr), что позволило Питеру Дженкинсу (Peter Jenniskens) быстро вычислить его орбиту. Орбита оказалось принадлежащей семейству астероида Гефион (Gefion).

Затем камень попал в руки профессора Цин-Чжу Инь (Qing-zhu Yin) кафедры Земли и планетарных наук в Килифорнийском университете (г. Дэвис). Профессор Инь утверждает, что метеорит был рожден 4.472 миллиарда лет назад, во время столкновения Протоземли с Тейей (см. ниже).

Метеорит относится к очень распространенному в Солнечной системе классу обыкновенных хондритов U6. Исследование позволило установить, что за время своего существования камень дважды испытывал ударные нагрузки и сильно нагревался при этом. Примерно девять миллионов лет назад метеорит выбросило из Гефиона, а менее 100 тыс. лет назад он испытал столкновение еще раз. Перед вхождением в атмосферу Земли камень был около 35 см. в диаметре и весил около 80 килограмм.

Самое интересно, что эти воздействия не смогли уничтожить органику, которая была включена в матрицу камня. Кингхао Ву (Qinghao Wu) и Ричард Заре (Richard Zare) из Стендфордского университета Калифорнии обнаружили богатый набор полициклических ароматических углеводородных соединений - сложных, богатых углеродом молекул, которые широко распространены по всей вселенной. Даниэль Главин (Daniel Glavin) обнаружил в камне аминокислоты. Следует сказать, что эти аминокислоты НЕ являются белковыми, что свидетельствует об их природном, абиогенном происхождении. Это лишний раз доказывает, что аминокислоты, хотя и являются "кирпичиками жизни", могут возникнуть сами собой.

Подробнее об этом метеорите (на аглийском) читайте эту статью.

Поздняя метеоритная бомбардировка и космическое путешествие.

Возраст древнейших пород Земли оценивается в 3.9 млрд лет, а возраст пород, которые несомненно несут признаки жизнедеятельности в ... 3.8 млрд. лет. То есть жизнь возникла практически мгновенно!

Поневоле задумаешься о Шести днях творения!

Однако все по порядку. Современные космологические представления о истории нашей планеты, вкратце, таковы.

Наше Солнце образовалось около 5 млрд. лет назад из протосолнечного ХМО. Солнце - звезда второго поколения, то есть наше материнское облако содержало достаточно много тяжелых химических элементов. Напомню, звезды первого поколения состоят практически из чистого водорода. Одна из звезд первого поколения, голубой гигант, быстро выработала свои запасы водорода, а затем взорвалась в виде сверхновой. При таком взрыве в изобилии образуется вся "таблица Менделеева", вплоть до урана и тория. Остатки сверхновой нашпиговали окружающий водород тяжелыми элементами, заодно сжав его, запустив процесс рождения еще одной звезды - нашего Солнышка. Солнце родилось не само по себе, а в комплекте с протопланетным диском, из которого и образовались планеты.

Земля, точнее, Протоземля, возникла, вместе с другими планетами, из протопланетного диска около 4.7 млрд лет назад. Спустя непродолжительное время Протоземлю постигла чудовищная катастрофа. В нее врезалась Тейя - бродячая планета размером с Марс. Удар произошел по касательной, в результате чего обе планеты полностью расплавились, образовав быстро вращающееся облако из раскаленных пород. С течением времени облако распалось на фрагменты, которые под действием гравитации образовали два небесных тела - Землю и Луну. Естественно, мы не можем знать, как все было на самом деле, но приведенные данные получены в результате компьютерного моделирования. Эта модель точно объясняет все геологические, химические, изотопные особенности пары Земля - Луна.

После образования Земли и Луны наступил относительно спокойный и достаточно длительный, около миллиарда лет, период. Однако спустя 0.9-0.8 миллиарда лет на Землю и Луну обрушилась еще одна катастрофа - Тяжелая метеоритная бомбардировка. Следы этой бомбардировки до сих пор можно увидеть на Луне - достаточно посмотреть на нее в бинокль или небольшой телескоп. Ее поверхность представляет собой месиво кратеров.

Тяжелая бомбардировка на Земле, без сомнения, имела место. Ее завершение совпадает как раз с возрастом самых древних пород Земли. Но кратеров, как на Луне, на нашей планете не сохранилось. В результате эрозии за долгие миллиарды лет эти кратеры исчезли. На Луне, лишенной атмосферы, эрозия (из-за солнечного ветра) хоть и происходит, но ее скорость на множество порядков ниже скорости эрозии на Земле. Поэтому можно сказать, что Луна законсервировала для нас результат Тяжелой бомбардировки в виде множества кратеров и излияний лавы, в виде лунных морей.

Почему это событие так важно для нас? Тяжелая бомбардировка перепахала литосферу Земли. Одновременно она (что для нас самое важное) должна была полностью стерилизовать Землю, если жизнь успела появиться в течение того длительного, около миллиарда лет, относительно спокойного периода.

В чем причины Тяжелой бомбардировки? Почему на Землю вдруг посыпались камни? Ответ нам дает компьютерное моделирование.
На мощном компьютере можно запускать разные сценарии образования планет, с меняющимися начальными условиями. Тот из сценариев, который по завершению своего счета наиболее близко показывает нынешнее состояние Солнечной системы, и может претендовать на ответ "как все было на самом деле". Этот сценарий показывает, что Юпитер около 4 миллиардов лет назад перемещался из внутренних районов Солнечной системы на его нынешнее место, вызвав нехилые завихрения во всех уголках Солнечной системы.

Авторы этой статьи задались такими вопросами:
1. Оценить количество выбиваемого из поверхности Земли материала при этой катастрофе.
2. Оценить, какое количество этого материала упадет обратно на Землю, а какое достигнет других небесных тел Солнечной системы.

Было проведено численное моделирование такого процесса с разными начальными условиями. Оказалось, что большинство обломков довольно быстро (в течение миллиона лет) упадет обратно на Землю. Какой-то процент (малый, но ощутимо отличный от нуля) вещества достигнет Луны, Марса, Венеры, спутников Юпитера и Сатурна... А часть упадет на Солнце.

И вот тут авторы выдвигают такую любопытнейшую гипотезу: жизнь на Земле возникла в течение того самого временного промежутка, от столкновения с Тейей до начала Бомбардировки. Когда Бомбардировка началась, падающие астероиды неизбежно должны были выбросить часть земной коры в космос. Несколько бактерий, внутри выброшенных осколков, пережили такое издевательство, и совершив космический полет, вернулись обратно на уже стерильную, но полностью готовую к поддержанию жизни планету!

Естественно, эта гипотеза не может не вызвать улыбку. Никаких фактических данных в подтверждение этой гипотезы нет. Может позже, когда человечество обустроит на Луне лунные базы, на поверхности Луны будут найдены метеориты с Земли, явно имеющие споры переживших Тяжелую бомбардировку бактерий... Однако такая научная фантазия ученых вызвает определенный восторг! Этот сценарий "предоставляет" жизни гораздо большее время для самозарождения... и достаточно "безумен", чтобы не понравится))).

Заключение.

Полноценной теории возникновения жизни на настоящий момент не существует. Представленные гипотезы, подкрепленные опытами Стенли Миллера и Манфредом Эйгеном частично закрывают этот пробел. Кроме того, новейшие исследования (с ними можно познакомится тут и тут) внушают оптимизм, что самое ближайшее время эта загадка будет разгадана.

=========================
Рекомендуемая литература
1. Тайна происхождения жизни скоро будет разгадана?
2. Рождение сложности
3. Сборник статей авторов Элементов А. Маркова, Е. Наймарк и др.
4. Химики преодолели главное препятствие на пути к абиогенному синтезу РНК
5. Великая тайна жизни
6. Новая интерпретация реакции Бутлерова
7. Еськов К. Ю. Удивительная палеонтология. 4-я глава Происхождение жизни.
2489 просмотров
Комментарии (4)
Елена Шишловская # 13 октября 2013 в 12:38 +1
Хорошая статья - спасибо. У нас как раз в 11 классе СТЭ, а потом дам "Происхождение жизни" и "Антропогенез".

Пиши еще!!!!!!
Динозавр # 13 октября 2013 в 13:01 0
О.....антропогенез моя любимая тема, особенно процесс зачатия новых человечков. На эту тему я могу рассуждать часами и даже сутками, с перерывами на демонстрацию.
Елена Шишловская # 13 октября 2013 в 20:20 0
Не стоит путать антропогенез со спермато онтогенезом :)
Динозавр # 13 октября 2013 в 20:52 0
Первого без второго не бывает.
Добавить комментарий RSS-лента RSS-лента комментариев