Происхождения жизни пост⁠⁠

Думаю, для многих будет сюрпризом, что о происхождении жизни на сегодняшний день известно не просто много, а очень много. В самых общих чертах схема так называемого абиогенеза выглядит примерно так:

(на картинке генетический кот)

Ну а если серьёзно, то там там такие физико-химические дебри, что придётся написать миллион с половиной постов чтоб раскрыть хотя бы часть темы. Чтобы сразу всех не распугать формулой ацетилкофермента А, сделаю этот пост нежно-подготовительно-вводящим.

Глава 1. Как звёзды весь космос запылили

Символично будет начать с самого начала. Не жизни, не Земли, и даже не солнца, а целой вселенной. Дело в том, что у учёных есть очень крутой прибор, который называется спектрометр.

Тут наверно все в курсе что он такое, но я на всякий случай напишу - когда в прибор попадает излучение горячего тела, он раскладывает его на линии, и можно увидеть из чего это самое тело состоит. Благодаря этому мы можем легко вычислить состав звёзд:

(у каждого элемента свой набор полосок, которые надо найти в самом верхнем спектре)

И когда учёные взглянули на самые древние звезды и газовые облака, они обнаружили линии только нескольких химических элементов, в основном водорода и гелия. Всё. Впрочем, для образования звёзд кроме водорода ничего и не надо. Вообще это одно из главных следствий теории большого взрыва - когда-то вселенная была всего лишь большим раскалённым облаком протонов (протонный газ), и только после расширения и остывания водород в ней выпал в осадок и, из-за высокой температуры, частично синтезировался в гелий.

Тут всё логично.

А все остальные элементы? Их же должно быть как минимум побольше:

Так вот, запомните такой расклад: первые два элемента - водород и гелий - были изначально, элементы с лития по железо (плюс ещё больше гелия) возникли в термоядерных реакциях в течение жизненного цикла обычных звёзд. А почти всё, что тяжелее, то есть начиная с Никеля, возникло, по-видимому, в результате взрывов умирающих звёзд, которые парадоксально называются сверхновыми.

(последствия взрыва сверхновой)

А совсем тяжёлые элементы типа золота или платины, массово образуется при катастрофическом столкновении нейтронных звёзд - "трупиков" больших звёзд, остающихся после взрыва, в которых сжатие настолько велико, что разделило атомы вещества на элементарные частицы (эдакие недо-чёрные дыры).

Думаю, теперь вы понимаете (если до этого вдруг не знали), почему золото такое редкое, а водород наоборот так распространён.

Из всего этот есть одно красивое следствие - все атомы кроме водорода в наших телах образовались после взрывов звёзд. А золотые украшения - продукт другой масштабной космической катастрофы. Эта мысль, когда её узнаёшь в первый раз, действительно удивляет, однако научности в ней немного, в основном красота. Поэтому предлагаю присмотреться к другому следствию.

Глава 2. Четыре элемента

Благодаря тому же спектр-анализу было определено соотношение элементов во вселенной.

Можно предположить, что первыми идут элементы, расположенные по порядку из таблицы Менделеева -

1 Водород, 2 Гелий, 3 Литий, 4 Бериллий, 5 Бор, 6 Углерод....

Но особенности синтеза и свойства химических элементов меняют картину, поэтому первые два места те же (вселенские старожилы водород и гелий), а дальше расклад меняется:

1 Водород, 2 Гелий, 8 Кислород, 6 Углерод, 10 Неон, 7 Азот....

Пока такой расклад нам ни о чём не говорит. В первой шестёрке химически активные водород, кислород, углерод, азот и бесполезные неон с гелием, которые даже химических связей образовывать не умеют.

А теперь сделаем небольшой финт ушами и рассмотрим распределение элементов в человеческом теле:

И да, на первых местах (без учёта химически бесполезных неона и гелия) те же элементы: кислород, углерод, водород, азот.

Тут кто-нибудь должен сказать: "и чо здесь удивительного? самые популярные элементы они и в Африке самые популярные". Однако же это будет ошибочным утверждением. В Африке, и вообще на планете Земля, самые распространённые элементы это кислород, железо, кремний и магний, а ближайшие к поверхности слои Земли состоят в основном из кислорода, кремния, алюминия и железа. Только один из этих химических элементов - кислород - входит в список самых распространенных во Вселенной.

Когда мы заглядываем в земные океаны, почти целиком сделанные из водорода и кислорода, нам кажется удивительным, что в список самых распространенных в мире элементов также входят углерод и азот, а не хлор, сода, сера, кальций или калий, которые являются самыми распространенными элементами из растворенных в океанической воде.

Распределение элементов в живых организмах на Земле напоминает состав звезд. И гораздо больше, чем оно напоминает состав самой Земли.

Глава 3 - Куда уходят корни

Иногда, читаю научно популярную литературу, удивляешься - откуда учёные настолько много знают о прошлом нашей солнечный системы.

И тут есть три источника информации - это анализ вещества Земли и других планет - тут спасибо Curiositу.

Непосредственный анализ метеоритов и комет, в том числе в космосе. На фото комета Чурюмова — Герасименко (фото сделано на "Розетту")

И третий способ - непосредственное наблюдение на зарождающимися звёздами и протопланетными дисками, а также за последствиями взрывов сверхновых.

Собственно именно благодаря наблюдениям, мы знаем, что когда звезда взрывается, разбрасывая вещество вокруг себя, она создаёт настоящую фабрику органических веществ. Раньше считалось, что выход органики в холодном космосе должен быть минимален, но факты говорят об обратном - газопылевые облака насыщены простой и сложной органикой (под органикой подразумевается естественно не жизнь, а соединения на основе углерода). Разгадка таилась в квантовых эффектах, возникающих при температуре около абсолютного нуля, которые делали энергетически невозможные реакции более чем возможными.

А наше солнце по составу типичная звезда второго поколения, возникшая на наследии взорвавшейся звезды-предшественника. Поэтому солнечный протопланетный диск уже был насыщен различными соединениями углерода, и именно они могли дать основу первым молекулам, претендующим на звание жизни (см. недавнюю новость - https://lenta.ru/news/2015/04/09/proto/).

В свою очередь, планета Земля образовывалась благодаря спекающимся частицам из веществ на основе железа, кремния, магния и их оксидов. Поэтому у нас с нашей планетой такой разный состав. Четыре заветных элемента (H, O, C, N) и их органические соединения подключились к формированию планеты под конец, выпадая с кометами и метеоритами, или притянувшись к уже образованной планете.

Судя по всему, хоть первичная органика и пришла к нам из космоса, основная фабрика сложной органики, собственно как и зарождение жизни, произошло именно на Земле. Где и как именно - об этом в следующей части.

***

На этот введение в абиогенез можно закончить, дальше будет больше конкретики, ну и посты станут посложнее. Если кому-то захочется узнать всё и сразу, советую не ждать постов от меня, а прочитать недавно вышедшую книгу М. Никитина "Происхождение жизни. От туманности до клетки", на которой я и основываюсь.

(Пожелание истинным пиратам: автор есть в вк и если книга понравится, деньги можно перевести лично ему)