Файл: Титаев А.А. Эволюция органических соединений на Земле. От углерода до биополимеров.pdf

Возможно, что п Земля в начале предбиологического периода, подобно современной Венере, была окутана толстым слоем обла­ ков: вся ее вода находилась в верхних слоях атмосферы благодаря высокой температуре застывающей, непрерывно меняющей свое состояние коры.

Есть и иная точка зрения на происхождение и современное состояние Венеры, согласно которой эта планета образовалась как холодное тело п ее современная высокая температура воз­ никла благодаря радиоактивным процессам, а не «гравитацион­ ному нагреву» [44].

По этой гипотезе, в атмосфере Венеры отсутствует «заметное содержание водяного пара», на поверхности ее нет океанов, угле­ род представлен углекислотой, которая не могла поглощаться силикатами и накопилась в атмосфере [45]. В этой гипотезе, вероятно, есть какая-то доля истины, но в ней содержатся и про­ извольные допущения. Вряд ли можно говорить об океанах на поверхности Веперы, имеющей температуру 500°, по веиерианские облака из паров воды и ледяных кристаллов — факт неоспоримый. Существует, однако, мнение, что облака Венеры состоят из хло­ ристого железа, гпдрокарбоната аммония или даже из 25"о-ного раствора соляной килоты [46].

Углекислый газ содержится также в атмосфере Марса [43, 47] наряду с окисью углерода (0,1%) и кислородом (0,3%). На Марсе есть вода: ежедневно он теряет в результате испарения 400 т ее. Окись углерода найдена и в лунных образцах, доставлен­ ных космическим кораблем «Аполлон-11» [16].

Основоположники учения о происхождении жизни А. И. Опа­ рин п Дж. Холдейп, как и многочисленные их последователи, придерживаются мнения С. Аррениуса [48] о восстановительном характере атмосферы Земли в предбиологическпй период [11, 12, 45]. По их мнению, Земля сформировалась из космических

но была вполне прозрачна для коротковолновых ультрафиолето­ вых лучей, энергия которых и использовалась в процессе органи­ ческого синтеза преимущественно в атмосфере и гидросфере [11].

Вышеприведенные геохимические сведения заставляют сом­ неваться, действительно ли вторичная атмосфера Земли в предбиологический период была строго восстановительной. По-види­ мому, это мнение о восстановительных свойствах земной атмосфе­ ры того времени ие вполне точно отображает состояние первичной Земли. По мнению Бериала, позитивные данные об отсутствии кислорода в первичной атмосфере Земли скудны и противоречивы

14

и существование восстановительной атмосферы маловероятно [49]. Есть сомнения и в том, была ли такая атмосфера на Земле «необ­ ходима» [15]. Эти же авторы подчеркивают, что атмосфера Земли была богата углекислым газом, но не метаном и водородом.

Следует указать, что если в атмосфере Земли были пары воды (этого никто не отрицает), то под влиянием ультрафиолетовой ради­ ации Солнца должен был происходить фотолиз воды с образова­ нием свободного кислорода. Размеры фотолиза неизвестны [50]. Гаффрон считает, что этого кислорода было достаточно для защиты от проникновения коротковолнового ультрафиолета до поверх­ ности Земли. Такое положение, по его мнению, возникло на втором этапе химической эволюции, когда весь атмосферный водород улетел в пространство и на Земле происходил синтез из^клеотидов, пептидов и других сложных органических соединений.

Свободный кислород мог образоваться и при воздействии уль­ трафиолетовых лучей па углекислый газ [47]:

СО-2 —->• СО - J- О.

Двуокись углерода, несомненно, присутствовала в первичной атмосфере Земли, она существует в вулканических газах на Марсе, иа Венере [43].

Кислород, образовавшийся тем или иным путем de novo в ат­ мосфере Земли, мог быстро использоваться в различных реакциях. Содержание его в атмосфере Земли в предбиологический период было, вероятно, еще незначительным, пока не возник па Земле фотосинтез [50]. По утверждению Миллера [13], кислород (атмосфер­ ный) мог препятствовать синтезу органических веществ на Земле. Против этого можно возразить, что этот синтез, может быть, вовсе и не шел в атмосфере, а шел в гидросфере или литосфере,

о том, была ли атмосфера Земли в то время строго восстановитель­ ной, теряет свою остроту.

Далее будет представлен материал по модельным синтезам, в которых необходимые реакции шли независимо от присутствия кислорода. Кроме того, можно напомнить, что некоторые важные для первичного организма соединения (изопреиоиды, порфирпны),

неорганических катализаторов, например пирофосфата [24, 38]. Этот синтез мог осуществляться споптанио за счет внутренней энергии исходных веществ или за счет коротковолновой ультра-

15

фиолетовой радиации Солнца [38, 44, 50]. Присутствие твердых катализаторов в верхних слоях первичной атмосферы Земли сомнительно. Вместе с тем концентрация в ней исходных веществ— С, СН4 , Н 3 и др.— могла быть только незначительной. Как указа­ но выше, в атмосфере Земли того времени преобладал углекислый газ, а не метан. Наконец, если даже спптез органических пред­ шественников и мог происходить в атмосфере под влиянием ультра­ фиолетовой энергии Солнца, то эта же эпергия могла тут же их разрушить.

Многими разделяется мнение, что первичные органические синтезы происходили в гидросфере, где и накапливались до весьма высокой концентрации (до 25%) [11]. Источником энергии здесь могли быть, очевидно, только ультрафиолетовые лучи (не искро­ вые разряды, не высокая температура пли потоки электронов). Эти лучи могли действовать только в верхних слоях «первичного океана». Концентрация исходных веществ в воде могла быть недостаточной: газы должны были улетучиваться в атмосферу, причем растворимость метана в воде крайне низкая, он содер­

они в ней эволюционировать. Кроме того, можно напомнить, что некоторые исследователи считают необходимым для синтеза пред­ шественников отсутствие воды [51].

Наименее уязвимой можно считать гипотезу теплового синтеза органических веществ в земной коре, на ее поверхности или в приб­ режных зонах в тонкой береговой пленке горячих источников, насыщенной исходными веществами [36, 49]. Эта гипотеза терми­ ческого синтеза разбирается ниже.

Здесь следует упомянуть о так называемой метеоритной гипо­ тезе образования основных соединений углерода. Согласно этой гипотезе, органические вещества синтезировались в межпланет­

из конденсированных на этих частицах паров воды, аммиака, метана, радикалов СН, СН2 и т. д. Так возникали в этих условиях помимо углеводородов пурины, пиримидшга, аминокислоты [52]. При анализе метеоритов, упавших на Землю, в них действительно были найдены все эти вещества [20, 27, 53].

Присутствие углерода и его соединений в метеоритах, в косми­ ческой пыли является неоспоримым фактом. Согласно исследо­ ваниям Г. П. Вдовыкина, межзвездная пыль содержит углерод в форме графита и микрокристаллических бриллиантов. Методом инфракрасной спектроскопии доказано присутствие в ней С—И

16

Однако фактический материал по определению возраста Земли и ее коры доказывает, что Земля в течение миллиарда лет со вре­ мени своего образования находилась в раскаленном состоянии и

дриты в большинстве своем сгорали в атмосфере Земли при паде­ нии [27], могли принести какое-то количество (0,33-Ю5 т в год)

Высказано также мнение, что органические вещества были занесены на Землю кометами [38]. В кометах действительно спектроскопическим методом доказано присутствие углерода и

HCN, GN, СН4 . NH," Ы.,0 [17, 37, 38].

Вычислено, что в результате столкновений Землп с кометами

до настоящего времени, то трудно признать реальными данные о количестве упавшего на Землю кометного вещества. Дело ведь в том, что за сравнительно короткий начальный период предбтшлогической эпохи, когда вышеназванные кометпые вещества могли быть использованы па Земле для синтетических реакций, число столкновений с кометами не могло превышать 1—2. При­ внесенные после этого периода кометИые вещества от 99 столкно­ вений были бы уже вредны и вовсе не нужны для целей химиче­ ской эволюции. Кто знает, все ли столкновения Земли с кометами заканчивались падением ядра кометы на Землю? Если комета задевает Землю внешними слоями ядра или только хвостом, то это проходит, вопреки тревожным ожиданиям совершенно незаметно для населения Земли, как это было, например, при прохождении Земли сквозь хвост кометы Галлея 18 мая 1910 г. Прохождение Земли сквозь внешние слои ядра комет в 1833, 1866 гг. привело к возникновению двух известных потоков метеоритов, ежегодно появлявшихся в августе (Персеиды) и ноябре (Леониды). Проле­

в благоприятную обстановку, неясна возможность их использо­ вания в ходе химической эволюции. Лежащие теперь на Земле древние метеориты сохраняют свою органику нетронутой. Нельзя

18