ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ

Source http://www.evolbiol.ru/sorohtin11.pdf

Первичная Земля, сформировавшаяся за счет аккреции исходного протопланетного вещества и была полностью безжизненной планетой. Само вещество протопланетного газопылевого облака образовалось благодаря взрывам сверхновых звезд и полностью стерилизовано жестким космическим излучением. Кроме того, на этой Земле не существовало ни плотной атмосферы, ни гидросферы. Земное вещество с самого начала было резко обеднено летучими соединениями, а та их ничтожная часть, которая все-таки освобождалась при ударах и тепловых взрывах планетезималей, тут же сорбировалась очень пористым грунтом и быстро выводилась с поверхности Земли, захораниваясь постепенно в ее недрах при выпадении все новых и новых порций протопланетного вещества. Ее поверхность подвергалась исключительно интенсивному воздействию мощного потока корпускулярного излучения молодого Солнца, находившегося тогда (подобно звездам Т-Тельца), в самом начале развития.Интенсивный поток корпускул (протонов и ядер гелия), сдувал с поверхности Земли все остатки газовых составляющих.

После первой активной стадии развития молодого Солнца его светимость около 4,6 млрд лет назад примерно на 30–25% была ниже современного уровня. Поэтому условия существования на молодой, лишенной плотной атмосферы Земле были исключительно суровыми. С одной стороны, ее поверхность представляла собой холодную пустыню, а с другой – она подвергалась постоянному и интенсивному облучению потоками жестких космических лучей.

Неблагоприятные условия продолжались до момента дегазации земного вещества после подъема температуры в недрах молодой Земли до уровня появления у нее астеносферы и возникновения конвективных движений в мантии 4000-3900 Ма, т.е. после начала действия наиболее мощного процесса гравитационной дифференциации земного вещества. При этом образование астеносферы и процесс зонного плавления земного вещества привели к резкому усилению приливного взаимодействия Земли с Луной и к существенному перегреву верхней мантии в экваториальном поясе Земли.

На ранних этапах дегазации Земли большая часть попадавшей на ее поверхность воды и других элементоорганических соединений поглощалась реголитом первозданного грунта молодой Земли. Высокая пористость и сорбционная способность реголита могли обеспечить благоприятные условия для формирования сложных органических соединений и зарождения жизни. Вероятнее всего жизнь зародилась именно в мелких порах первозданного реголита после того, как они оказались заполненными дегазированной и минерализованной водой (Сорохтин, Ушаков, 1991).

Первичные углеводородные соединения могли возникать за счет гидратации железосодержащих ультраосновных пород в присутствии СО2, а оксиды азота, нитраты, нитриты, аммиак, хлориды, карбонаты, сульфаты аммония и другие соединения азота и углерода – благодаря грозовой активности углекислотно-азотной атмосферы раннего архея. Соединения фосфора поступали в растворы непосредственно из вещества реголита. Необходимые условия реакций сложных органических молекул при повышенных температурах атмосферы уже в начале архея обеспечивались капиллярным давлением водных растворов в порах реголита и каталитическим действием содержавшихся в нем свободных переходных металлов (Fe, Ni, Cr, Со и др.).

Формированию сложных протоорганических молекул способствовало и то обстоятельство, что только в мелких порах реголита благодаря их большой сорбционной активности и высоким капиллярным давлениям концентрация элементоорганических соединений могла достигать уровня, необходимого для синтеза более сложных органических веществ (в морских бассейнах эти соединения оказались бы слишком разбавленными).

С. Миллер (1959), А. Вильсон (1960), Дж. Оро (1965, 1966), А.И. Опарин (1965), С. Фокс (1965) показали возможность синтезирования сложных органических молекул из неорганических соединений при их нагревании в полях электрических разрядов. Считается, что жизнь зародилась в пропитанном водой и элементоорганическими соединениями первозданном грунте и вулканических пеплах в начале раннего архея, около 4,0–3,9 млрд лет назад в то время, когда на Земле возникла восстановительная азотно-углекислотно-метановая атмосфера. Таким образом, зарождение жизни на Земле совпало с первым и наиболее сильным тектоническим и геохимическим рубежом в истории ее развития – с начальным моментом выделения земного ядра (с началом химико-плотностной дифференциации земного вещества), приведшим к формированию гидросферы, плотной атмосферы и континентальной земной коры.

Э.М. Галимов (2001) показывает, что синтез аденозинтрифосфата является необходимой предпосылкой зарождения эволюционного процесса развития жизни и связан с протеканием энергетических химических реакций, снижающих энтропию системы. Эти высокоэнергетические и низкоэнтропийные реакции только с его участием, а синтез АТФ мог произойти уже на ранних стадиях развития Земли. Для образования АТФ необходимо синтезировать аденин – продукт полимеризации синильной кислоты HCN, и рибозу – продукт полимеризации формальдегида HCOH.

АТФ мог возникнуть и естественным путем, ибо в реголите в начале архея содержалось до 13 % свободного (металлического) железа. После начала дегазации около 4-х млрд лет назад, прошли и первые дожди, пропитавшие этот реголит водой с растворенным в ней углекислым газом. В результате, произошла обильная генерация метана

4Fe + 2H2O + CO2 --- 4FeO + CH4 + 41,8 ккал/моль.

Метан переходил в атмосферу, в результате молодая атмосфера стала резко восстановительной и азотно-углекислотно-метановой по составу.

Аналогичным путем возникал и формальдегид

2Fe + H2O + CO2 ---2FeO + HCOH + 3,05 ккал/моль.

Формальдегид оставался растворенным в воде, пропитывавшей реголит, и вымывался из него дождевыми водами в только что образовавшиеся и еще мелкие морские бассейны, а метан поступал в атмосферу, предавая ей строго восстановительный характер. Но в богатой метаном восстановительной атмосфере раннего архея могло происходить образование цианистого водорода, например, благодаря грозовым разрядам

N2 + 2CH4 + Q --- 2HCN + 3H2, где Q – поглощаемая реакцией часть энергии грозовых разрядов.

Таким образом, в самом начале архея на Земле сложились условия, благоприятные для возникновения исходных химических составов, пригодных для синтеза сложных органических веществ и предбиологических соединений. Этому способствовало присутствие в реголите активных катализаторов – переходных металлов Fe, Cr, Co, Ni, Pt и др. Возникшие к этому времени в грунте простые ассоциации сложных органических молекул или примитивные, но уже содержащие рибонуклеиновые кислоты, образования перемещались в воду молодых морских бассейнов раннего архея.

По мере дегазации Земли и развития атмосферы, ее восстановительный потенциал снижался благодаря фотодиссоциации СН4

СН4 + СО2 + hv ---2HCOH,

поэтому атмосфера стала углекислотно-азотной с небольшой примесью постоянно генерировавшегося метана. Эта примесь метана играла существенную роль в питании примитивных архейских микроорганизмов.

Дальнейшее совершенствование жизни должно было происходить благодаря высокоэнергетическим, но низкоэнтропийным реакциям (Галимов, 2001) по биологическим законам развития живой материи под влиянием направленного давления и “фильтрующих” свойств внешней среды и конкурентной борьбы.

Враннем архее, скорее всего, появились наиболее примитивные вирусы и одноклеточные прокариоты, уже ограниченные от внешней среды защитными полупроницаемыми мембранами, но еще не обладавшие обособленным ядром.Тогда же появились и фотосинтезирующие одноклеточные микроорганизмы (типа цианобактерий), способные окислять железо. Об этом говорит распространенность в отложениях раннего архея возрастом около 3,75 млрд лет железорудных формаций, сложенных окислами трехвалентного железа (например, формации Исуа в Западной Гренландии).

Уникальность Земли
ГЛАВНЫЕ ГЕОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ВЕХИ ИСТОРИИ ЗЕМЛИ
ВЛИЯНИЕ ДРЕЙФА КОНТИНЕНТОВ И ТРАНСГРЕССИЙ НА ЭКОЛОГИЮ ФАНЕРОЗОЯ
Грядущее биосферы
3оны естественного углеводородного синтеза. Возникновение предбиологических состояний и зарождение жизни