Биохимики поняли, что мешало появлению жизни на Земле и как это удалось преодолеть
31.10.2024 11 часов назад https://naked-science.ru/article/biology/biohimiki-nashli-reshenie
Елизавета Александрова
Солнечное излучение для молодой планеты было одновременно и живительным, и губительным. Биохимики, похоже, поняли, как природа справилась с этой дилеммой и приготовила в атмосфере «питательный суп».
Ученые выяснили, как атмосфера Земли создала условия для появления жизни / © Freepic
Построить полный и при этом стройный, избавленный от противоречий сценарий самозарождения жизни на Земле — святой Грааль мировой науки. В целом есть понимание, что под влиянием естественных процессов должно было постепенно идти усложнение молекул, объединение их во все более многосоставные конструкции.
Итогом стал эпохальный момент появления такого гигантского молекулярного сооружения, которое не просто существует, а действует. И действует целенаправленно. Это, как известно, РНК и еще более сложная ДНК. Молекулы, которые сами себя запрограммировали на построение себе подобных.
Ученые уверены, что в этом не могло не помочь электромагнитное излучение — звездный свет. Солнечный ультрафиолет, очевидно, запускал в земной атмосфере химические реакции, при которых создавались и накапливались сложные органические молекулы, известные как «строительные блоки жизни».
Но есть проблема. То же самое солнечное излучение должно было расщеплять воду в атмосфере, а освободившийся кислород действовал разрушительно: вступал в реакцию с метаном и лишал возможности использовать его для производства новой органики. До сих пор было не ясно, в каких масштабах работали эти два противоборствующих процесса.
Недавно исследователи из Японии смоделировали ход самых ранних химических взаимодействий на Земле и поняли, почему процесс созидательный победил разрушение. В статье для Astrobiology авторы рассказали, что расчеты указали на работавший в древней атмосфере защитный механизм: возникающие в ней углеводороды и другие органические молекулы сдерживали распространение ультрафиолетового излучения, «экранировали» его. В результате все меньше молекул воды распадалось, а значит, все меньше свободного кислорода окисляло атмосферный метан.
Таким образом, на поверхности планеты со временем оседали и нагромождались ацетилен, аминокислоты и другие предшественники биомолекул, которые образовали слой толщиной в сотни метров, объяснили космохимики. Он и стал «питательным супом», в котором в конце концов «приготовилась» жизнь, подытожили ученые.
В.Шевров КОММЕНТАРИЙ К СТАТЬЕ. Статья посвящена очень существенному и интересному моменту. Она поясняет, как заработали процессы реальной космополитизации космического характера (ПРК1) на планете Земля, оказавшейся в зоне «Златовласки».
Из Википедии: «В англоязычной литературе обитаемую зону также называют зо́ной Златовла́ски (англ. Goldilocks Zone). Это название представляет собой отсылку к английской сказке Goldilocks and the Three Bears, на русском языке известной под названием «Три медведя». В сказке Златовласка пытается воспользоваться несколькими наборами из трёх однородных предметов, в каждом из которых один из предметов оказывается по какому-либо параметру избыточным (большим, твёрдым, горячим и т. п.), другой — недостаточным (маленьким, мягким, холодным…), а третий, промежуточный между ними, предмет приходится «в самый раз», золотой серединой. Аналогично для того, чтобы оказаться в обитаемой зоне, планета не должна находиться ни слишком далеко от звезды, ни слишком близко к ней, а на «правильном» удалении.»
Этого сказочного пояснения достаточно детям. А стремящимся проникнуть в суть происходившего и происходящего, «вынь да положь» ясное объяснение того, что предшествовало чуду возникновения разумной жизни на нашей планете.
Когда-то, навеянное Бродским («Рождественский романс») и Стивеном Хокингом («Великий замысел», в котором он пишет о нашей удаче в связи с попаданием Земли в зону «Златовласки»), и у них заимствованное, сложилось в целый ряд вопросов:
Плывет по зоне Златовласки
Земля средь Космоса, не без опаски.
Начнется ль чудо жизни снова?
И будет вечным свет? И слово?
Удача будет? Вдоволь хлеба?
И новый день, и купол неба?
А бытие качнется вправо,
Качнувшись влево?
Плывет красотка записная,
Своей судьбы не объясняя?
Себя понять нам предлагая?
«Красотка записная» постепенно, понемногу дает объяснения появлению жизни в «зоне Златовласки». Да еще и какие интересные. Да, «своей судьбы не объясняя». Туманное это дело, неоднозначное. А вот «себя понять нам предлагая» — это наверняка. Можно, конечно, довериться своей Вере и успокоиться. Для большинства это нормально. Но меньшинству без этого понимания не обойтись.
В статье пишется, что «биохимики поняли» нечто из своей области. Попробуем их понимание адаптировать к нашим космополитическим «бзыкам».
Статья начинается с двух фраз: «Солнечное излучение для молодой планеты было одновременно и живительным, и губительным. Биохимики, похоже, поняли, как природа справилась с этой дилеммой и приготовила в атмосфере «питательный суп»». Просто замечательное начало. Сколько мы знаем уже такого, что некий процесс чем-то живителен и чем-то губителен для объекта, на который он направлен, или, который «просто попался под руку»? Множество. А сколько мы знаем «питательных супов», которые мы варим целенаправленно, и, которые естественным образом варятся природой. С чего мы начинаем в наших технологиях? С выявления состава ингредиентов (списка и количества) и последовательности процессов их использования. А что мы делаем, когда выясняем, как варится природой «питательный суп»? Условно говоря, отделяем «зерна от плевел» (существенное от несущественного) и строим те же модели варева «питательного супа» из космических ингредиентов в процессах их взаимодействия.
Статья написана достаточно простым языком. Пожалуй, понятным для многих неспециалистов.
Отметил бы только три момента, связанные с действием первых для условий появления жизни на планете Земля процессов реальной космополитизации космического характера (ПРК1).
Первый: «…расчеты указали на работавший в древней атмосфере защитный механизм: возникающие в ней углеводороды и другие органические молекулы сдерживали распространение ультрафиолетового излучения, «экранировали» его. В результате все меньше молекул воды распадалось, а значит, все меньше свободного кислорода окисляло атмосферный метан».
Губительное в избытке для приготовления живительного, в смысле появления жизни на планете, «питательного супа» ультрафиолетовое излучение сдерживалось (и до сих пор сдерживается) углеводородами и другими органическими молекулами. Фактически они «своим телом закрывали», снижали расщепление воды до свободного кислорода, что в свою очередь спасало атмосферный метан от окисления. ПРК1 – распространение ультрафиолетового излучения – гасился процессом формирования атмосферного «экрана», видимо, прежде всего за счет процессов ПРК1 – вулканической деятельности на планете.
Второй момент. «… на поверхности планеты со временем оседали и нагромождались ацетилен, аминокислоты и другие предшественники биомолекул, которые образовали слой толщиной в сотни метров, объяснили космохимики. Он и стал «питательным супом», в котором в конце концов «приготовилась» жизнь…».
Здесь важно обратить внимание на то, что некоторые органические молекулы, являвшиеся предшественниками биомолекул, создавали мощную внешнюю среду для появления жизни. Кстати, вопрос на засыпку. А могут ли быть «космохимики» не космополитами-ХХІ? Наверное, осознанно могут и не быть. Но, сама идентификация области их деятельности уже говорит о нашей нынешней космополитической реальности.
Третий момент. («…под влиянием естественных процессов должно было постепенно идти усложнение молекул, объединение их во все более многосоставные конструкции.
Итогом стал эпохальный момент появления такого гигантского молекулярного сооружения, которое не просто существует, а действует. И действует целенаправленно. Это, как известно, РНК и еще более сложная ДНК. Молекулы, которые сами себя запрограммировали на построение себе подобных».
Здесь нужно обратить внимание на то, что эволюция живого всегда шла от упрощения к усложнению. Энтропия всегда смерть живому, негэнтропия всегда его усложнение. Действительно, биологическая жизнь – это эволюция усложнения «гигантского молекулярного сооружения», в основе которого находятся сложнейшие молекулы РНК и ДНК, возникновение которых произошло под влиянием, как множества «благоприятствующих» жизни ПРК1, так и множества ПРК1, ее тормозящих.
Примером тому является космический процесс ультрафиолетового излучения. «Солнечный ультрафиолет, очевидно, запускал в земной атмосфере химические реакции, при которых создавались и накапливались сложные органические молекулы, известные как «строительные блоки жизни». Это позитивный ПРК1. А звездный, избыточный ультрафиолет, имеет разрушающее влияние, как на внешнюю среду сложных систем жизни, так и на самих ее представителей.
Схема образования и накопления органики в атмосфере ранней Земли под действием ультрафиолетового излучения / © Tatsuya Yoshida et al, 2024
