 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
202
молекулярный водород, кислород, азот. Физические и химические свойства воды (высокий дипольный
момент, вязкость, теплоемкость и т. д.) и углерода (трудность образования окислов, способность к
восстановлению и образованию линейных соединений) определили то, что именно они оказались у
колыбели жизни.
На этих начальных этапах сложилась первичная атмосфера Земли, которая носила не
окислительный, как сейчас, а восстановительный характер. Кроме того, она была богата инертными
газами (гелием, неоном, аргоном). Эта первичная атмосфера уже утрачена. На ее месте образовалась
вторая атмосфера Земли, состоящая на 20% из кислорода — одного из наиболее химически активных
газов. Эта вторая атмосфера — продукт развития жизни на Земле, одно из его глобальных следствий.
Дальнейшее снижение температуры обусловило переход ряда газообразных соединений в жидкое и
твердое состояние, а также образование земной коры. Когда температура поверхности Земли
опустилась ниже 100°С произошло сгущение водяных паров. Длительные ливни с частыми грозами
привели к образованию больших водоемов. В результате активной вулканической деятельности из
внутренних слоев Земли на поверхность выносилось много раскаленной массы, в том числе карбидов
— соединений металлов с углеродом. При взаимодействии карбидов с водой выделялись
углеводородные соединения. Горячая дождевая вода как хороший растворитель имела в своем составе
растворенные углеводороды, а также газы (аммиак, углекислый газ, цианистый водород), соли и
другие соединения, которые могли вступать в химические реакции. С особым успехом, видимо,
протекали процессы роста молекул при наличии группы – N = С = N -. У этой группы большие
химические возможности к росту за счет как присоединения к атому углерода атома кислорода, так и
реагирования с азотистым основанием. Так постепенно на поверхности молодой планеты Земля
накапливались простейшие органические соединения. Причем накапливались в больших количествах.
Подсчеты показывают, что только посредством вулканической деятельности на поверхности Земли
могло образоваться около 10
16
кг органических молекул. Это всего на 2—3 порядка меньше массы
современной биосферы!
Вместе с тем астрономическими исследованиями установлено, что и на других планетах, и в
космической газопылевой материи имеются углеродные соединения, в том числе углеводороды.
Возникновение сложных органических соединений. Второй этап биогенеза характеризовался
возникновением более сложных органических соединений, в частности белковых веществ в водах
первичного океана. Благодаря высокой температуре, грозовым разрядам, усиленному
ультрафиолетовому излучению относительно простые молекулы органических соединений при
взаимодействии с другими веществами усложнялись и образовывались углеводы, жиры,
аминокослоты, белки и нуклеиновые кислоты.
Возможность такого синтеза была доказана опытами А.М. Бутлерова, который еще в середине
прошлого столетия получил из формальдегида углеводы (сахар). В 1953—1957 гг. химиками
различных стран (США, СССР, Германии) в целом ряде экспериментов из смеси газов (аммиака,
метана, водяного пара, водорода) при 70—80°С и давлении несколько атмосфер под воздействием
электрических разрядов напряжением 60 000 В и ультрафиолетовых лучей были синтезированы
органические кислоты, в том числе аминокислоты (глицин, аланин, аспарагиновая и глутаминовая
кислоты), которые являются материалом для образования белковой молекулы. Таким образом, были
смоделированы условия первичной атмосферы Земли, при которых могли образовываться
аминокислоты, а при их полимеризации — и первичные белки.
Эксперименты в этом направлении оказались перспективными. В дальнейшем (при использовании
других соотношений исходных газов и видов энергии) путем реакции полимеризации из простых
молекул получали более сложные молекулы: белки, липиды, нуклеиновые кислоты и их производные,
а позже была доказана возможность синтеза в условиях лаборатории и других сложных
биохимических соединений, в том числе белковых молекул (инсулина), азотистых оснований
нуклеотидов. Особенно важно то, что лабораторные эксперименты совершенно определенно показали
возможность образования белковых молекул в условиях отсутствия жизни.
С определенного этапа в процессе химической эволюции на Земле активное участие стал
принимать кислород. Он мог накапливаться в атмосфере Земли в результате разложения воды и
водяного пара под действием ультрафиолетовых лучей Солнца. (Для превращения восстановленной
атмосферы первичной Земли в окисленную потребовалось не менее 1—1,2 млрд лет.) С накоплением в
атмосфере кислорода восстановленные соединения начали окисляться. Так, при окислении метана
образовались метиловый спирт, формальдегид, муравьиная кислота и т.д., которые вместе с дождевой