Длительное присутствие в водных растворах органических веществ, привело к их химическому усложнению и, в конце концов, породило примитивную жизнь. Это наглядный пример, когда количество (скопление органических веществ) перешло в новое качество (жизнь) под действием фактора времени. Органические молекулы могли существовать в неизменном виде десятки миллионов лет, соприкасаясь друг с другом в растворе теплых вод мирового океана. После длительного взаимодействия в стерильных условиях (без окружения микроорганизмов и вирусов) органических веществ на протяжении 1 миллиард лет, в «доархейскую эру» образовались первые живые организмы - клетки «каоцерваты». Это были минералотрофы ? микроорганизмы, поедающие неорганические минеральные вещества: химические соединения серы, железа, азота.
6. Микроорганизмы, усваивающие органические вещества (органотрофы), отсутствовали на Земле на протяжении 3,2 миллиардов лет. Необходимо указать на очень важное условие, которое должно обязательно учитываться при трансформации органических соединений в биологическую жизнь. На поверхности очень молодой планеты с возрастом 2 - 5 миллиардов лет не должны присутствовать микроорганизмы, усваивающие органические вещества как питательный продукт. В противном случае микробы нашли бы изобилие пищи в виде растворенных в океанах сотен миллиардов тонн органических веществ и, быстро размножаясь, уничтожили бы все органические вещества планеты, превратив жиры, белки и углеводы в углекислый газ и воду. На Земле тогда бы не было такого полезного ископаемого, как нефть. Если 4 миллиарда лет назад уже существовали микробы - органотрофы, то они переработали все органические вещества планеты, образовав воду и газы, и дальнейшее совершенство органических молекул до стадии образования примитивных живых существ, стало бы невозможным. Так как 2 - 5 миллиардов лет назад на Земле отсутствовали микроорганизмы, употребляющие для питания органические вещества (органотрофы), то образовавшиеся сложные органические вещества не подвергались распаду, гниению, брожению и так далее. Органические вещества продолжали свою эволюцию, которая, в конечном счете, привела к образованию первых водорослей, первых минеральных бактерий, пожирающих соединения азота, железа, меди, растительно-животного мира, и, наконец, Разумного Человечества. Будущие космонавты, посещающие другие планеты, должны следить за стерильностью своих ракет и скафандров, чтобы не занести земную "инфекцию" на поверхность другой, более молодой планеты. Земные микробы могут переработать органические вещества другой планеты и не допустить возникновения жизни на ней.
7. Определение понятия жизни. Суммируя многочисленные исследования ученых, можно дать следующее определение жизни. Жизнь есть частичная, непрерывная, прогрессирующая, многообразная и взаимодействующая с окружающей средой самореализация потенциальных возможностей электронных состояний атомов углерода (на 85% по весу) и других элементов таблицы Менделеева (на 15% ? водорода, кислорода, азота, фосфора, железа и других). Читайте J. D. Bernal «The origin of life». Это определение жизни нуждается в более подробном объяснении.
Так как существует процесс бесконечной эволюции и усложнения форм жизни, то можно говорить и о постоянном увеличении потенциальных возможностей состояний атомов, которые составляют все живое. Тогда любой организм прошлого будет менее совершенен, чем организм, который из него возникнет в будущем. Сложность взаимоотношений атомов постоянно увеличивается. Тогда «качество жизни» в данный момент времени всегда является «частичной» реализацией некоторых потенциальных возможностей состояний атомов, ибо будущая эволюция обязательно приведет (через десятки миллиардов лет) к «полной» реализации потенциальных возможностей состояний атомов.
Слово «непрерывная» говорит о преемственности земной жизни, которая характеризуется тем, что каждый организм происходит от другого, один вид растения и животного - от другого вида, и дальнейшие эволюционные усложнения живых организмов сопровождаются определенными изменениями вида.
Слово «прогрессирующая» означает, что под действием постоянного изменения внешней среды один вид растения или животного плавно переходит в другой, второй вид переходит в третий и так до бесконечности. Появляются новые виды, которые благодаря действию естественного отбора представляют собой шаг вперед по сравнению с предшествовавшими формами. Использование термина «прогресс» означает, что новые и более совершенные формы происходят от несовершенных и старых видов. В этом смысле «прогресс» включает в себя все формы хищничества и паразитизма. Истинное значение прогресса состоит в появлении совсем новых систем внутренней и внешней связи, позволяющих адаптироваться к среде и тем самым завоевать ее.
Слово «многообразная» означает одновременное существование в любой данный момент очень большого набора видов, изменяющегося лишь в результате появления новых условий существования и исчезновения старых видов.
«Взаимодействие со средой» названа совокупность явлений, рассматриваемых экологией. Старые и новые формы создают вокруг себя определенную экологическую «обстановку», так что любая форма существует в среде, которая представляет собой продукт ее собственной жизнедеятельности и плюс окружение, состоящее из жизнедеятельности других форм.
Термин «самореализация» означает, что любой вид или индивидуальный организм функционирует в соответствии с его генетическими характеристиками и средой, в которой он находится. Организм со временем сам себя усложняет, сам себя реализует.
8. Углерод - царь органического мира. Полностью высушенные растения и животные на 85% по весу состоят из атомов углевода. Органическая химия убедительно доказывает, что из всех элементов таблицы Менделеева самой выраженной способностью к само - совершенству, то есть к образованию новых органических молекул обладает атом углерода. Все атомы углерода во Вселенной могут соединиться в одну, бесконечно длинную цепь. Молекулы углерода имеют «природную» способность к бесконечному соединению друг с другом во всех четырех направлениях (вверх, вниз, вправо, влево), имеют «природную» способность к усложнению структуры. Так как эти свойства углерода проявляются не только на Земле, но и во Вселенной, то можно утверждать об «углеродистом» строении растительного и животного мира на Земле и на других планетах. Поэтому можно сформулировать главный закон биологической эволюции: состояние электронной оболочки атома углерода является основой эволюции живой материи на всех планетах Вселенной. Невозможно создать даже простейшей формы жизни на базе молекул из кремния или других элементов. Загадка возникновения жизни находится в природной способности атомов углерода создавать необычайно длинные цепочки, присоединяя один атом к другому. Последние слова приведенного определения жизни ? «потенциальные возможности электронных состояний атомов углерода» указывают на то, что жизнь, в конечном счете, зависит от атомов углерода, из которых построены все молекулы живых организмов. Приоритет углерода в создании земной и инопланетарной жизни не подлежит никакому сомнению. Состояние «электронной атмосферы» атома углерода таково, что он может соединяться друг с другом во все 4 стороны бесконечное количество раз. Чисто теоретически весь углерод планеты мог бы соединиться между собой в одну «молекулу», с образованием огромного куска графита или алмаза. Однако если длинные цепочки из углерода (-С-С-С-С-С-) соединить «по бокам» с атомами водорода и кислорода, то образуются органические соединения. Углерод играет роль основы, "скелета" для всех органических молекул. Разнообразие земной и инопланетарной жизни зависит от обилия ядер углерода в атмосферах звезд, из которых формируются планеты. Углерод синтезируются благодаря термоядерным реакциям в недрах «родительской» звезды (Солнца, Сириуса, Канопуса, Альтаира). Главные структуры живого основаны на самых распространенных космических элементах ? углероде, водороде и кислороде (на 96%), из которых построены все молекулы живого вещества. Более редкие элементы живых организмов - фосфор, азот, сера, хлор, натрий, кальций, кремний (4%). В составе организмов встречаются и некоторые металлы (не более 0,0007% от веса всего организма), например - железо, ванадий, кобальт, медь, марганец.
Общий вывод. Современная молекулярная биология имеет огромную научную информацию о биохимических процессах. Однако до сих пор биологи не объяснили, каким образом из скопления органических молекул на поверхности планеты Земля 3,5 миллиардов лет назад образовались живые существа. Можно предположить, что эта тайна мироздания будет разгадана лишь после того, как ядерная физика глубже изучит «жизненную силу электронной атмосферы» атома углерода.
§ 45. Кислородсодержащая стадия атмосферы.
После того, как в океанах Земли появились водоросли, начался глобальный процесс насыщения атмосферы кислородом. Как известно, морские растения поглощают из водных растворов углекислый газ CO2. Они отбирают для своего органического синтеза углерод С, а кислород О2 выделяют назад в атмосферу. Первые растения в океанах появились 3,5 миллиардов лет назад. Однако в атмосфере кислород появился позже, только через 0,5 миллиарда лет, поэтому кислородсодержащая стадия атмосферы начинается с 3 миллиарда лет назад и заканчивается 1 миллиард лет назад. Даже 3 миллиарда лет назад кислорода в атмосфере еще не было. Причина кроется в том, что кислород очень активный химический элемент. После выделения морскими водорослями, существовавшими 3 миллиарда лет назад, его молекулы попадали в окружение растворенных в воде океана и еще не окисленных металлов и неметаллов, которые моментально вступали в соединение с кислородом. Поэтому в начальный период выделения кислорода водорослями он поглощался растворенными в воде солями, атмосферными газами, аммиаком, сероводородом и другими химическими соединениями атмосферы, связывался металлами горных пород, поглощался не окисленными веществами вулканической лавы. Через 0,5 миллиарда лет закончился окислительный процесс химически активных веществ атмосферы, гидросферы и поверхностного слоя литосферы. Начиная с 3 миллиарда лет назад, кислород начал очень медленно накапливаться в земной атмосфере: 0,1% ; 0,5; 1; 5; 15%, а сейчас кислорода в атмосфере 21%. Параллельно с увеличением содержания кислорода в атмосфере происходил процесс уменьшения процентного содержания углекислого газа. Дело в том, что растения поглощают углекислый газ (CO2) «с той целью», чтобы отнять углерод (С) для синтеза органических веществ для своего «тела», а кислород (О 2), как балластное вещество, выделить в атмосферу.
Растения осуществляют «трансформацию углекислого газа в кислород». Ученые полагают, что в начале архейской эры (3,5 миллиардов лет назад) в составе атмосферы было 90% углекислого газа, в начале протерозоя (2,5 миллиардов лет назад) - 40%, палеозоя (570 миллионов лет назад) - 25%, в мезозойскую эру (230 миллионов лет назад) - 15%, в начале кайнозоя (70 миллионов лет назад) - 3%, а сейчас в атмосфере содержится всего 0,03% углекислого газа. Графически уменьшение процентного состава углекислого газа в земной атмосфере и увеличение содержания кислорода показано на графике 23.
Характеристика атмосферы. Атмосфера в кислородосодержащую стадию развития, то есть 2 миллиарда лет назад, состояла в основном из паров воды, углекислого газа, аммиака и метана - приблизительно на 70%, кислорода - на 6%, других газов содержалось 24%. Жизнь существовала только в океанах и морях. Физические параметры атмосферы 2 миллиарда лет назад были следующие: толщина атмосферного слоя 10 000 километров, масса 5 ·1019 кг (в 10 раз больше современной), давление у поверхности планеты 10 атмосфер.
В заключение обратим внимание астрономов на следующее. Если в составе атмосферы какой-нибудь планеты будет обнаружено хотя бы несколько процентов кислорода, то можно утверждать, что на этой планете существует растительный мир. Без наличия растительного мира кислород в атмосфере планеты никогда не появится!
§ 46. Кислородно-азотная стадия атмосферы.
Уже один миллиард лет атмосфера Земли состоит в основном из азота (20 - 78%) и кислорода (5 - 21%). Современная атмосфера Земли в объемных процентах содержит: азота - 78%, кислорода - 21, углекислого газа - 0,03, аргона - 0,93, остальные 0,04% занимают гелий, метан, криптон, закись азота, водород, ксенон. Сравнительно высокий процент содержания в атмосфере аргона - 40 объясняется тем, что в недрах Земли в него превращается большое количество радиоактивного калия - 40. Современные физические параметры атмосферы следующие: толщина атмосферного слоя до 1000 километров, масса 5 ·1018 кг, давление у поверхности планеты 1 атмосфера.
В таблице 4 и на рисунке 23 показаны эволюционные изменения химического состава атмосферы в прошлом и в перспективе на 2 миллиарда лет вперед (в %). Рассмотрим причины этих изменений в химическом составе атмосферы Земли.
1. Углекислый газ CO2 появился благодаря обильным вулканическим извержениям. Нет единого мнения о его процентном составе в атмосфере 4 - 5 миллиардов лет назад. Газовый состав современных вулканических извержений содержит 40% по весу углекислого газа, а азота N2 ? 2%. Однако можно предположить, что в прошлом углекислый газ имел возможность накапливаться в атмосфере до 90%. Это объясняется тем, что CO2 и N2 являются самыми инертными химическими соединениями атмосферы, и они почти не вступают в реакции c другими элементами. Остальные вулканические газы (HCl, CN, HF, SO2, NH3 и другие) относятся к крайне агрессивным компонентам, поэтому быстро «уничтожались», вступая в соединения с металлами горных пород, веществами вулканической лавы, растворенными в водах солями. Следовательно, процентное содержание углекислого газа и азота постоянно возрастало, а других газов - постепенно уменьшалось.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173