Условия возникновения жизни на Земле.

           Если посмотреть на нашу планету как бы со стороны Солнечной Системы, то возникает ощущение резкого контраста между Землёй и её соседними планетами: Венерой и Марсом. Средняя температура на Земле составляет +12^оС, на Венере +460^оС, на Марсе -60^оС, а у его полюсов -170^оС. Орбита нашей планеты занимает относительно благоприятное положение по сравнению с своими соседями. Ближе к Солнцу – слишком высокая температура, а дальше – слишком низкая. Мы находимся в так называемой зоне оптимума. Что было бы, если бы радиус орбиты Земли был бы хотя бы на 10000 км ближе или дальше от Солнца? Вероятно, жизнь на Земле так бы и не возникла. Но история не любит сослагательных наклонений. Жизнь на Земле существует и это факт! А что такое жизнь вообще? Что является её критерием? По определению Ф. Энгельса: «жизнь – это способ существования белковых тел». Следовательно, на Земле результатом эволюции от химической до образования первичных клеточных форм, явилось создание белковых молекул. В § 2 уже было отмечено, что одним из условий возникновения жизни является вода. Но от образования молекул воды до синтеза белковых тел химические соединения должны были пройти очень длительный путь. Необходимым условием для этого было сочетание многочисленных факторов, начиная от расстояния орбиты Земли до Солнца, температуры, давления, газового состава атмосферы. В совокупности всё это вместе составило гигантский синтез, в котором участвовало не исчислимое количество молекул на протяжении нескольких миллиардов лет. Формирование относительно несложных неорганических молекул из простых веществ было для всех небесных тел Вселенной кратным. Поскольку в каких бы комбинациях ни происходило это взаимодействие, результатом его было образование оксидов металлов и неметаллов, солей различных типов.

             Наша планета Земля находится в зоне температурного оптимума. Наименьшая температура составляет около -70^оС, а наибольшая +60^оС. Разумеется, это средние значения, в данном случае не принимаются во внимание экстремальные отклонения. Как известно, белковые молекулы начинают денатурировать уже при температурах, выше +60^оС. Следовательно, ни на Венере, ни на Марсе такая форма жизни не могла возникнуть и существовать. Поэтому белковые молекулы могли образоваться в пределах Солнечной Системы только на Земле. Простые белки, как известно, состоят из аминокислот, более сложные молекулы: РНК и ДНК состоят из нуклеотид (аденина, тиамина, урацила, цитозина, гуанина), углеводов (рибозы или дезоксирибозы) и остатков ортофосфорной кислоты. Молекулы нуклеотидов являются производными пиримидина и пурина: гетероциклических азотсодержащих соединений.

Но как мог произойти синтез именно таких молекул? Ведь существует многочисленное количество других гетероциклических соединений, в составе молекул которых имеются атомы не только азота, но и серы, кислорода, фосфора. А кроме указанных углеводов могли бы быть и другие молекулы, например: арабиноза, ксилоза, манноза и другие. По образному высказыванию астронома Ф. Холла «возможность возникновения такой сложной системы как белковые структуры в результате случайного взаимодействия молекул сопоставима с фактом пронёсшегося урагана над мусорной свалкой, в результате которого произошла сборка «Боинга – 747». А в соответствии с теорией вероятности подобное событие равно ожидаемому результату, как если бы обезьяна на пишущей машинки без единой ошибки напечатала бы Библию! Но ведь такой синтез всё-таки произошёл! Значит, в тот момент, более чем 3,5 миллиардов лет назад на нашей планете были созданы достаточные условия для образования именно таких структур. Не следует полагать, что такой процесс был единичным. Вероятнее всего, комбинации молекул, составляющие в итоге белковые тела, были многочисленные и являлись подбором структур различного типа. Рассматривать данный процесс следует с позиции химического синтеза, для осуществления которого необходимы конкретные условия. К примеру, даже для такой простой, как казалось бы на первый взгляд реакции получения аммиака из водорода и азота, необходимыми условиями являются сочетание достаточного количества молекул, определённой температуры и давления. Что же касается более сложных молекул: гетероциклических соединений, углеводов, аминов, карбоновых кислот и т.д., то фактором для их синтеза, несомненно, было время. Оно было необходимо для того, чтобы эти молекулы приобрели стабильность. Именно простые белки и нуклеотиды в водной среде приобрели такие конфигурации и порядок расположения атомов в молекулах, которая обеспечила их устойчивое состояние. А как известно, аминокислоты – амфотерные соединения, рибоза и дезоксирибоза – наименьшие молекулы углеводов, а ортофосфорная кислота является в ряду других кислот наименее агрессивной. Все возможные сочетания других молекул обладали бы нестабильностью и не могли бы существовать в тех условиях. Действительно, какая могла бы быть альтернатива белковым молекулам и нуклеотидам? Предположим, что вместо аминокислот были бы высшие карбоновые кислоты. Но тогда они не могли бы образовывать длинные полимерные структуры. Тем более необходимо учесть тот факт, что количество их не столь велико по сравнению с численностью аминокислот. А это, в свою очередь, значительно сократило бы число сочетаний при кодировании их нуклеотидами. К тому же, высшие карбоновые кислоты имеют хоть и слабую, но всё-таки полярную связь. Наличие таких связей обуславливает нестабильное состояние молекул в водной среде, повышает вероятность взаимодействия их с соединениями, имеющими оснóвные свойства. Наличие же метиловых, гидроксильных, аминовых групп в молекулах пиримидиновых или пуриновых нуклеотидов обеспечивает им также стабильное состояние, поскольку имеется возможность существовать в различных таутомерных формах. Но синтез органических соединений, предшествующих образованию белковых структур и нуклеотидов – это только часть условий для создания первичных клеточных форм: протоцитов. Поскольку все эти процессы осуществлялись в мировом океане, то именно вода явилась «ключевым» фактором образования жизни на нашей планете. А в воде, как известно, за счёт диссоциации молекул, скорость химических реакций возрастает в десятки раз. Но и одной только диссоциации для этого было недостаточно. Синтез органических соединений из неорганических способствовал образованию нерастворимых в воде коллоидов, структура которых обеспечила стабилизацию полимерных белковых и нуклеиновых структур.    

             Следовательно, для образования жизни на Земле необходимыми условиями явились следующие:

             1). Расстояние орбиты Земли от Солнца.

             2). Оптимальный диапазон температуры.

             3). Наличие воды.

             4). Синтез органических соединений из неорганических.

             5). Образование нерастворимых в воде органических соединений.

        Все рассматриваемые выше молекулы органических соединений, составляющих белковые формы, являются производными углерода, водорода, кислорода, азота, фосфора, серы. Но могла ли возникнуть жизнь только на основе этих элементов? Как известно, элементом, проявляющим сходные свойства с углеродом, является кремний. Почему бы не предположить, что жизнь могла бы иметь кремниевую структуру? К примеру, некоторые организмы на Земле содержат кремний. У ряда водорослей панцирь состоит из оксида кремния, а радиолярии имеют кремниевый скелет. Предположительно, что кремниевая жизнь на нашей планете и начала развиваться параллельно углеродной, но в силу обстоятельств синтеза и, учитывая временной фактор, углеродная жизнь обогнала её. На Земле нет ни одного организма, основанного на кремнии.Соединения на основе кремния гораздо более жаропрочны, чем соединения углерода и более стабильны в среде серной кислоты (отличный растворитель для кремния). Специалисты не исключают, что кремниевая жизнь возможна при высоких давлениях и температурах свыше 1000 °C. Логично будет предположить, что если жизнь на основе кремния существует, то она будет процветать на более горячих, чем Земля планетах. Важной проблемой кремниевой жизни — является проблема дыхания. Когда углерод окисляется во время дыхательного процесса земного организма, он становится газообразным углекислым газом — отходом, который легко удаляется существом из его тела. А при окислении кремния получается песок, который довольно проблемно вывести из организма. Да и вообще, выдыхать песком — не самая лучшая идея, ведь при высоких температурах он может расплавиться в стекло. Итак, если где-нибудь и сможет образоваться кремниевая жизнь, то она будет совершенно непохожа на нашу. Таким организмам придется найти новый способ передачи наследственной информации (ДНК основана на углероде). Так же им придется подумать над дыханием, выдыхать песок — это не фонтан. Такая жизнь вполне могла образоваться на Венере и подобных планетах.

       В данном случае рассматривалось возможное создание жизни на основе кремния.     Но могла ли она возникнуть и из других элементов? Не из тех элементов, которые составляют основу нашего мира, а из возможно, имеющих совершенно другую структуру: количество электронов, протонов, нейтронов, или отличающиеся по заряду ядер и наружных оболочек. Это может быть вполне вероятным, поскольку Вселенная развивалась импульсивно, т.е. отрицательные и положительные заряды менялись периодически, подобно переменному току в сети. Следовательно, весьма вероятно, что где-то в совершенно отдалённых уголках Вселенной и существуют частицы или элементы с обратным положением зарядов: отрицательные протоны, положительные электроны. Такое состояние вещества известно как «антиматерия», а подобные Галактики – «антимиры». Тогда, с позиции «перевёрнутой таблицы Д.И.Менделеева», можно предположить о существовании элементов совершенно другого состава. И если там на какой-нибудь планете и существует жизнь, то она по знаку противоположна нашей. И встреча подобных миров привела бы к неминуемой катастрофе: оба вида материи аннигилировали бы.

    Рассуждая о проблеме возникновения жизни на Земле, не следует ограничиваться только тем предположением, что собственно жизнь – это предельная форма эволюции. Не является ли сама по себе Вселенная нечто подобной жизнью. Разумеется в пределах колоссальных масштабов. Бесчисленное количество небесных тел в наблюдаемом нами, так называемом ближнем космосе, не может не привести к осознаю, что все эти тела существуют как бы сами по себе, без связей друг с другом. Достаточно привести пример фантастического рассказа С.Лема «Солярис» о якобы существующей планете, обладающей разумом.

Еще только каких-то 300лет назад человечество ещё не знало о существовании бактерий – предельно малых форм жизни. Если далее рассуждать с точки зрения существования больших и малых объектов жизни, то почему бы не допустить о существовании некоего гигантского «галактического разума»?

            Рассуждения о эволюции жизни не могут так же обойти стороной такие вопросы как: «Почему эволюция жизни остановилась на формировании белковых молекул и не привела к формированию более сложных структур? Почему эволюция остановилось на человеке? Может ли быть существо, ещё более развитое чем человек?» Ответить на эти вопросы предстоит, вероятно, только грядущим поколениям.