Текущее время: 14 авг 2020, 05:51




Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 13 ] 
 Происхождение жизни на Земле 
Автор Сообщение
Администратор
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 16 май 2009, 05:46
Сообщения: 8500
Сообщение Происхождение жизни на Земле
Происхождение жизни на Земле. Гипотезы, факты, открытия.

ГДЕ ВОЗНИКЛА ЖИВАЯ МАТЕРИЯ? НОВАЯ ГИПОТЕЗА ПОЯВЛЕНИЯ ЖИЗНИ



В.Е.Островский кандидат химических наук, Е.А.Кадышевич кандидат физико-математических наук

Происхождение живой материи, земной атмосферы и залежей углеводородов — три фундаментальные загадки природы, которые пытаются разгадать многие исследователи. Наша гипотеза увязывает воедино эти, казалось бы, независимые процессы. Здесь мы коснемся только происхождения жизни. Согласно нашим предположениям, простейшие элементы живой материи многократно образовывались и, возможно, сегодня образуются в недрах Земли из метана (или другого углеводорода), селитры и фосфата в полостях газовых гидратов, а монохиральность нуклеиновых кислот - прямое следствие геометрии структурной матрицы, в которой они формируются. Некоторые природные явления и опыты свидетельствуют в пользу нашей гипотезы, но для полной достоверности нужны новые химические и компьютерные эксперименты.

Беспозвоночные организмы появились на Земле в течение верхнего архейского периода (1,2-2,7 млрд. лет назад). Древнейшие остатки одноклеточных водорослей имеют возраст 3,9 млрд. лет. До них должны были возникнуть молекулы нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), а еще раньше - более простые по составу азотистые основания (N-основания) и рибозы, входящие в состав ДНК и РНК. Это означает, что после сформирования нашей планеты (около 4,57 млрд. лет назад), по геологическим масштабам прошло не так уж много времени, прежде чем появились мономерные звенья будущих нуклеиновых кислот. Неясно, как начался этот процесс, по какому пути шла природа после взрыва сверхновой, чтобы из пылающего хаоса элементарных частиц появился упорядоченный мир.

Известно множество особенностей живой материи, которые, скорее всего, объяснятся только после того, как будет разгадана тайна возникновения жизни. Например, оптическая активность биоорганических веществ, открытая Л.Пастером; закрученность почти всех раковин моллюсков справа налево (об этом писал еще Жюль Верн в романе "20 тысяч лье под водой"); существование высокоразвитых организмов под слоем воды около 11 км (Д.Вальш и Дж.Пиккард около 40 лет назад увидели вблизи дна Марианской впадины рыб, креветок и моллюсков, давление внутри которых должно уравновешивать внешнее давление, превышающее 1000 атм).

Почему ни одна из структур ДНК, РНК и белков не обладает зеркальной симметрией, не имеет ни плоскости, ни центра симметрии и все биологически активные молекулы монохиральны, то есть состоят из молекул только одного зеркального антипода? По неведомой причине все молекулы ДНК и РНК содержат только D-конфигурацию рибозы и потому вращают плоскость поляризации света вправо, а все энзимы содержат только L-конфигурации аминокислот и потому вращают плоскость поляризации света влево. Вряд ли монохиральность возникла как борьба двух тенденций. По-видимому, должен существовать какой-то простой и жесткий, скорее всего геометрический, механизм отбора. Где провести границу между живым и неживым? Общепринятого мнения по этому вопросу не существует. Мы будем называть ДНК и РНК простейшими формами доклеточной живой материи,а N-основания, рибозы, нуклеозиды и нуклеотиды, которые входят в состав нуклеиновых кислот, — простейшими элементами живой материи. В такой терминологии вирусы и даже вироиды следует рассматривать как живые субстанции.

История проблемы

Автор первой научной гипотезы возникновения живой материи на Земле — российский биохимик А.И.Опарин. Некоторые исследователи до сих пор поддерживают эту гипотезу, но есть и другие версии. Например, есть мнение, что жизнь привнесена на Землю из космоса метеоритами, пришельцами, "спорами жизни" и другими неведомыми путями. Гипотезы о внеземном происхождении жизни называют общим термином "панспермия". Все они пытаются угадать, откуда могла прийти жизнь на планету Земля, но не решают проблему механизма возникновения живой материи. Поэтому мы не будем подробно останавливаться на панспермии. Многие аспекты проблемы возникновения жизни описаны в монографии Э.М.Галимова, где изложена и собственная гипотеза автора, а также в других монографиях, опубликованных в разных странах.

Бесспорная заслуга А.И.Опарина перед мировой наукой состоит в том, что он впервые подошел без мистики или, как сейчас говорят, без креационизма к проблеме происхождения живой материи. Благодаря его работам ученые впервые задумались о том, можно ли в лаборатории синтезировать простейшую живую субстанцию из минеральных веществ.

А.И.Опарин исходил из того, что живая материя, как ему казалось, чрезвычайно упорядочена и имеет очень низкую энтропию по сравнению с исходными простыми минеральными веществами. По его мнению, чтобы образовались биологически активные вещества и их компоненты, нужен был приток внешней энергии, которая заставила упорядочиться исходные атомы и молекулы и уменьшила их энтропию. Он предположил, что источником внешней энергии были грозовые разряды, под действием которых в атмосфере и на поверхности архейских океанов образовались простейшие органические вещества. Они, в свою очередь, превратились в белки и нуклеотиды, из которых по какому-то неведомому механизму возникла метаболирующая живая материя, а позднее — одноклеточные организмы.

Согласно предположениям А.И.Опарина, архейская атмосфера содержала СН4, NH3, H2 и пары Н2О, то есть имела атомы Н, С, N и О, а атомы Р в составе фосфат-ионов были растворены в океанской воде. Все виды живой материи состоят из этих пяти химических элементов с небольшими примесями некоторых других атомов. А.И.Опарин предложил схему эксперимента, который должен был доказать, что биологически активные вещества могут получиться из СН4, NH3, H2, Н2О и фосфатов под действием электрических разрядов. Более 50 лет назад такие опыты начали выполнять С.Миллер и Г.Юри, а вслед за ними — экспериментаторы во многих лабораториях мира. Они получали простые органические вещества и простейшие аминокислоты, но ни рибозы, ни азотистые основания не были синтезированы. К тому же плотность электрических разрядов в этих экспериментах была очень велика по сравнению с той, которая могла реально существовать в древней атмосфере Земли.

Дж.Оро и С.Камата синтезировали простые аминокислоты и N-основания в водных растворах NH3 и HCN под действием электрических разрядов. Однако состав архейских морей, видимо, существенно отличался от растворов, использованных ими. Таким образом, никто из экспериментаторов, проверявших гипотезу А.И.Опарина, не достиг решающих успехов. Пятьдесят лет — большой срок, и, наверное, можно констатировать, что подтвердить представления А.И.Опарина не удалось. Впрочем, самое худшее для гипотезы — даже не неудача экспериментов, поскольку отрицательный результат сам по себе не может опровергнуть гипотезу.

Гипотеза А.И.Опарина не объясняет, почему при образовании N-оснований не происходили реакции замещения и присоединения в их боковых группах (то есть почему N-основания ограничены в размерах), почему молекулы ДНК и РНК — это регулярные последовательности N-оснований, рибоз и фосфатных групп, почему все молекулы нуклеиновых кислот сходны по химическому составу и структуре, но имеют определенные различия, и многое другое. Трудно себе представить, чтобы на границе раздела атмосферы и почвы или атмосферы и океана, где условия постоянно меняются (день и ночь, изменение температуры, направления и силы ветра), могли образовываться полимерные молекулы с правильным чередованием функциональных групп, характерным для нуклеиновых кислот.

Российский физик, химик и биолог Л.А.Блюменфельд в 1996 году однозначно показал методами статистической физики, что "согласно физическим критериям, любая биологическая система упорядочена не больше, чем кусок горной породы того же веса".

Из этого следует, что внешняя энергия (в том числе энергия электрических разрядов) — отнюдь не необходимое условие для синтеза биологически активных веществ. Возможно, существовали (и существуют) какие-то простые вещества, из которых биологически активные молекулы могут образовываться за счет внутренней энергии. Надо иметь в виду, что не только изменение энтропии при какой-либо химической реакции определяет, может ли данная реакция протекать без подвода внешней энергии. Условие самопроизвольного реагирования веществ — это убыль так называемой свободной энергии, которая зави-сит не только от энтропии, но также и от теплосодержания (энтальпии) исходных веществ и конечных продуктов. При жизни А.И.Опарина ни энтропия, ни энтальпия, ни другие термодинамические функции азотистых оснований, рибозы и тем более сложных биологически активных веществ не были известны. Лишь в последние 10-20 лет Р.Альберти, Дж.Боэрио-Гоатес и другие исследователи экспериментально определили для них значения энтропии и энтальпии. Вывод Л.А.Блюменфельда подтвердился. Оказалось, что стандартная мольная энтропия биологически активных веществ, например тимина, цитозина, гуанина, аденина и урацила, равна 160,1, 140,8, 160,2, 152,0 и 128,0 Дж/моль К соответственно. Для сравнения: стандартная мольная энтропия минералов силлиманита и интерита равна 113,0 и 112,1 Дж/моль К. Тепловой эффект реакций синтеза N-оснований, рибоз, нуклеозидов и аминокислот из метана и нитратов настолько велик, что свободная энергия сильно убывает, и поэтому реакции могут протекать в широком интервале условий без подвода энергии извне. Взаимодействие нуклеозидов с фосфатами и полимеризация нуклеотидов тоже происходят с убылью свободной энергии. Таким образом, синтез живого вещества из указанных минеральных веществ не требует внешней энергии; больше того, в ходе таких синтезов выделяется значительное количество энергии.

Большинство более поздних гипотез происхождения живой материи тоже придавали особое значение тому, что для синтеза биологически активных веществ необходима внешняя энергия. В качестве ее источников, помимо молний, привлекали энергию геотермальных вод, внутреннее тепловыделение Земли, ультрафиолетовое излучение Солнца и т. п. Но ни одна из гипотез так и не ответила на вопрос о том, как получилось, что молекулы пяти азотистых оснований, рибоз и фосфатов оказались в одном месте в одно время и почему они образовывали упорядоченные линейные полимерные цепи с регулярно чередующимися мономерными звеньями.

Гидратная гипотеза

По нашему мнению, жизнь возникла не в результате случайного события или случайного стечения обстоятельств, а как следствие термодинамически обусловленных неизбежных химических реакций и физических процессов, которые регулируются универсальными химическими и физическими законами. Мы назвали нашу гипотезу гидратной гипотезой возникновения жизни (Life Origination Hydrate Hypothesis, или LOH-гипотеза). Согласно ей, простейшие элементы живой материи — N-основания, рибозы, ДНК- и РНК-подобные молекулы, а также протоклетки — возникали и, возможно, возникают сейчас из СН4 (или других метановых углеводородов), нитратов и фосфатов под поверхностью Земли или под морским дном внутри сотовых структур гидратов углеводородов, наиболее вероятно — гидрата метана. Залежи гидрата метана могли образоваться из Н2 и СО2 внутри подземных полостей в течение раннего архея. Последовательность процессов, которые привели к образованию первых протоклеток, могла быть такой, как показано на рис. 1.

На основании LOH-гипотезы можно непротиворечиво и более или менее определенно ответить на многие вопросы о происхождении живой материи. Вот некоторые из них. Из каких веществ и как образовались азотистые основания и рибозы? Как возникли протоклетки? Как встретились метан и нитрат-ионы NO3- (рис. 1)? Как из нуклеотидов образовались ДНК- и РНК-подобные молекулы? Почему только атомы С, О, N, Р и Н входят обычно в состав ДНК и РНК? Почему только пять азотистых оснований чаще всего участвуют в образовании нуклеиновых кислот?..

Перед тем как перейти к деталям, напомним некоторые сведения о газовых гидратах и нуклеиновых кислотах.

Газовые гидраты — это твердые сотовые структуры, в которых матрица из водородно-связанных молекул воды-"хозяина" образует почти шаровые полости, содержащие молекулы "гостя". Полости могут быть ограничены 20, 24, 28 или 36 молекулами воды. Возможность образования газового гидрата с какими-либо гостевыми частицами (атомами, молекулами или атомными группами) определяется их размерами и внешними условиями и почти не зависит от химической природы этих частиц. Гидратные структуры не имеют строго определенной стехиометрии "гость/хозяин"; они стабильны до тех пор, пока гостевых частиц не меньше 75-80% от полного заполнения полостей. Таким образом, газовые гидраты — это своеобразный кристаллический "рыхлый" лед, насыщенный гостевыми частицами. Если их удалить, молекулы воды перестраиваются и образуется обычный лед. Гидраты могут иметь различные структуры, которые перестраиваются одна в другую в зависимости от внешних условий и природы гостя (рис. 2).

Теперь немного о молекулах ДНК и РНК. Они представляют собой линейные полимеры (рис. 3), состоят из однотипных звеньев (нуклеотидов) и образованы в основном из атомов Н, С, О, N и Р. Все атомы, кроме водорода, связаны между собой весьма прочно и не диссоциируют в водной среде. Каждый нуклеотид состоит из фосфатной группы, рибозы и N-основания. Нуклеотидные звенья связаны между собой через фосфатные группы и образуют цепи длиной от долей микрометра у бактерий и вирусов до нескольких сантиметров у человека и более чем 10 см у некоторых других эукариот.

В молекулы ДНК входят в основном четыре N-основания: аденин (Ad), гуанин (G), цитозин (Су) и тимин (Th). Каждое из них присоединено к дезокси-Р-рибозе. Продукт соединения N-основания с рибозой называют нуклеозидом. Между каждыми двумя рибозами включена фосфатная группа. Молекулы ДНК связываются попарно водородными связями между пуринами (Су и Th) одной молекулы и пиримидинами (G и Ad) другой молекулы и образуют двойные спирали. Связывание происходит в основном благодаря взаимодействию между амидогруппами -C(O)NH2 одной молекулы ДНК с такими же амидогруппами другой молекулы ДНК. Некоторый вклад в энергию образования димеров вносят связи =NH • • • • N≡, однако он невелик.

Молекулы РНК отличаются от молекул ДНК тем, что они не содержат Th, а содержат другое пиримидиновое основание — урацил (U). Также они содержат вместо Th другое пиримидиновое основание — урацил (U) и, вместо дезокси-Р-рибозы, D-рибозу. ДНК и РНК дополняют друг друга в передаче наследуемых признаков от поколения к поколению.

LOH-гипотеза была инициирована результатами наших исследований механизма взаимодействия водяного пара с полимерами и мономерами, содержащими H2N-, 0= и другие функциональные группы. В качестве субстратов мы использовали полиакриламид, акриламид и аминокислоты глицин и аланин.

Полиакриламид — это водорастворимый линейный неразветвленный полимер с амидогруппами -C(O)NH2, которые связаны с каждым вторым атомом углеродной цепи. Система полиакриламид—вода — налучшая модель, по которой можно судить о том, как и при каких условиях образуются и диссоциируют двойные спирали ДНК-ДНК. Сходство между механизмами димеризации ДНК и полиакриламида видно на рис. 4а и 46. Оба соединения содержат подобные группы, и связи между ними приводят к образованию димеров. Но систему полиакриламид—вода изучать гораздо легче.

Эксперимент показал, что при очень низкой концентрации воды молекулы полиакриламида димеризованы (рис. 46). По мере обводнения полимера вокруг амидогрупп образуются полости из молекул воды, аналогичные тем, которые существуют в газовых гидратах, то есть возникает ближний порядок в расположении молекул воды. При еще большем количестве воды, когда образуется трехмерный водный континуум, структуризация воды вблизи амидогрупп оказывается термодинамически невыгодной, и димер диссоциирует на отдельные молекулы. Мы предположили, что нечто подобное может происходить и в системе ДНК-вода в средах, подобных протоплазме, где концентрация воды низка.

Затем мы сравнили размеры полостей газовых гидратов с размерами N-оснований и рибоз и обнаружили, что любое из N-оснований может плотно разместиться в большой полости гидратной структуры II или Н, а фосфатные группы и рибозы — в малых или в средних полостях этих структур. Таким образом, гидратные структуры содержат как бы формочки, в которых можно "лепить" молекулы ДНК и РНК (рис. 4а и рис. 5).

Общеизвестно, что в земной коре имеется множество локализаций гидрата метана. Большая часть залежей природного газа находится в виде гидрата. Гидрат метана содержит атомы С и Н и воду. Мы поставили перед собой вопрос: существует ли в природе какое-либо распространенное вещество, которое, провзаимодействовав с метаном, могло бы дать N-основания, рибозу и аминокислоты? Почему одно вещество? Дело в том, что природа любит простоту и выбирает простейшие пути для достижения результатов. Как писал И.Ньютон, "природа ничего не делает напрасно, и было бы напрасным совершать многим то, что может быть сделано меньшим; природа проста и не роскошествует в излишествах". Если достаточно одного вещества, то вероятность того, что именно оно, прореагировав с метаном, дало N-основания и рибозы, гораздо больше, чем вероятность того, что несколько веществ одновременно или последовательно реагировали с метаном.

Оказалось, что такое вещество существует — это нитрат-ионы NO3-, другими словами, селитра. Мы предположили, что сначала нитрат-ионы продиффундировали в фазу гидрата метана, затем из метана и нитрата в больших структурных полостях образовались N-основания, а в малых — рибозы. Взаимодействие N-оснований с рибозами привело к образованию нуклеозидов. После этого в систему продиффундировали фосфат-ионы, которые разместились в свободных малых полостях между нуклеозидами и замкнули цепи, образовав ДНК- и РНК-подобные молекулы. Отметим, что в земной коре есть много районов, где нитраты соседствуют с газовыми гидратами, а апатиты (поставщики фосфат-ионов) распространены весьма широко.

Что было потом, как получились протоклетки, как и почему они начали делиться? Мы полагаем, что в какой-то период времени или температура в слое гидрата метана начала повышаться, или концентрация воды повысилась выше нормы, и залежи гидрата начали подтаивать. Образовался бульон (мы называем его суперцитоплазмой), содержавший ДНК- и РНК-подобные молекулы, нуклеозиды, нуклеотиды, а также аминокислоты, которые, как и нуклеиновые кислоты, образовались из метана и нитрат-ионов. В этот бульон продолжало поступать "питание" — оставшийся в залежах метан, а также нитрат и фосфат из окружающей среды и вода из тающего гидрата. И тут произошло то, что обычно воспринимается как некое таинство: молекулы ДНК начали самовоспроизводиться (реплицироваться), и возникли простейшие клетки (протоклетки). На самом деле репликация полимеров с функциональными группами известна, и ничего сверхъестественного в подобных процессах нет. На это явление ссылается, например, С.Кауфман, который считает, что саморепликация сложных органических молекул может протекать без каких-либо катализаторов. Мы полагаем, что вначале возникли рибонуклеиновые кислоты, а белки — вторичный побочный продукт их функционирования. Гипотетический механизм появления первых клеток и их деление мы подробно описали в журналах "Успехи физических наук" и "Thermochimica Acta" (ссылки — в конце этой статьи).

Почему же молекулы ДНК монохиральны, то есть почему все рибозы, входящие в их состав, имеют D-конфигурацию? По нашему мнению, это не что иное, как эффект матрицы. Дело в том, что заполимеризованная система термодинамически выгоднее, чем набор мономеров, и, по-видимому, молекулы L-рибозы не могли соединить N-основания с фосфатными группами вследствие геометрических особенностей структурной матрицы. Поэтому входе полимеризации молекулы рибозы, синтезированные внутри малых полостей, переструктурировались в D-форму.

Термодинамически это вполне возможно. Рассмотрим две ситуации. Пусть в ходе какой-то реакции синтезируются рибозы. Тогда они (если равновесие в ходе синтеза достигается) будут находиться в равновесном соотношении. Теперь предположим другой вариант, который нам более интересен. Рибозы синтезируются, но D-рибозы все время расходуются в какой-то реакции (в данном случае — в реакции образования нуклеозидов). Этот процесс начнет сдвигать равновесие, будут образовываться все новые D-рибозы. Отбраковка L-рибоз, по-видимому, определяется геометрией матрицы, то есть L-рибоза геометрически не может связать N-основания с фосфатными группами. Это предположение можно проверить с помощью компьютерного моделирования.

Итак, LOH-гипотеза основана на трех главных предположениях. Во-первых, в природе существует трехмерная геометрическая матрица с полостями разных размеров, соответствующими размерам функциональных групп молекул ДНК и РНК, которая способна формировать сразу много молекул нуклеиновых кислот, сходных по строению, но различающихся по последовательности присоединения N-оснований. Матрица довольно широко распространена в природе и строго детерминирована, но вместе с тем может несколько видоизменяться в зависимости от окружающих условий. Глубоко под поверхностью земли условия гораздо стабильнее, чем на границе раздела фаз Земля-атмосфера, и это благоприятно для протекания длительных однонаправленных процессов. Во-вторых, в ячейках матрицы изначально присутствуют атомы, которые в результате химических реакций с веществами, диффундирующими внутрь матрицы, способны образовывать молекулы ДНК и РНК. Поэтому достаточно лишь одного добавочного вещества для синтеза N-оснований, рибоз и аминокислот и еще одного вещества — для синтеза нуклеиновых кислот и белков. В-третьих, монохиральность, присущая биологическим объектам, задана геометрией матрицы, в которой образуются нуклеиновые кислоты.

Формулируя гипотезу, мы исходили из того, что живая материя зародилась именно на нашей планете, а не в недрах Вселенной и что она возникла из неорганических и простейших органических веществ. Мы полагаем, что живая материя возникала многократно и, возможно, образуется и в наше время там, где есть подходящие условия и соседствуют необходимые исходные минеральные вещества.

В этой статье невозможно рассказать о том, как в суперцитоплазме образовались первые клетки. Об этом написано в наших научных публикациях. В одной из них мы предложили гипотетический механизм функционирования и воспроизводства клеток (митоза эукариот и двойного деления прокариот).

Мы упоминали, что природа идет по простейшему пути. Простейший путь — это путь, ведущий неуклонно к убыли свободной энергии системы. Природе некуда спешить, и после каждого шага она дожидается установления термодинамического равновесия и затем делает следующий шаг. Поэтому, по нашему мнению, термодинамический подход необходим при проверке возможности предпола¬гаемых шагов, сделанных природой в прошлом. И мы широко используем этот подход. Оговоримся, что, анализируя направление, в котором шла природа при создании живой материи, мы можем использовать лишь приближенные термодинамические расчеты, но степень приближения достаточна, чтобы сделать определенные выводы и выявить тенденции.

Главный вывод, который следует из термодинамических расчетов, состоит в том, что образование любых биомолекул (включая ДНК, РНК и белковые тела) из метана, нитратов и фосфатов возможно без притока энергии извне, причем относительные концентрации N-оснований в ДНК и РНК могут варьировать в очень широких пределах. Расчеты также показали, что именно по термодинамическим критериям природа отбирала N-основания (среди тех из них, которые могут разместиться в больших полостях гидрата), чтобы включить их затем в состав нуклеиновых кислот.

Что дальше?

LOH-гипотеза кардинально решает вопрос о том, какие нуклеиновые кислоты появились раньше — ДНК или РНК. Мы полагаем, что ДНК и РНК возникали одновременно и были локализованы в одних и тех же местах, причем таких мест было немало на протяжении истории Земли. Вначале возникли ДНК и РНК, затем белки, а не наоборот! Первые элементы живой материи и нуклеиновые кислоты образовались в недрах Земли в твердой фазе, это был синтез множества молекул ДНК и РНК с разным набором N-оснований, но одинаковой структурой, которая задавалась структурой матрицы.

Известны природные явления, которые свидетельствуют в пользу LOH-гипотезы. В акватории Тихого океана и вдоль побережья Центральной Америки, где дно находится под слоем воды от 427 до 5086 м, живут огромные колонии микроорганизмов в грунте под дном океана. В каждом кубическом сантиметре находится до нескольких миллионов бактерий Bacteria и Archaea. Бурение грунта проводили до глубины 400 м, и концентрация бактерий не уменьшалась в интервале глубин 100—400 м. Поддонные грунты, в которых обитают бактерии, содержат гидрат метана, а на материке вдоль береговой линии находятся локализации нитратов натрия и калия. Вполне вероятно, что именно взаимодействие гидрата метана с селитрой под океанским дном привело к образованию N-оснований и D-рибоз, которые затем реагировали с фосфатами с образованием ДНК и т. д. В этом случае наличие бактерий под океанским дном подтверждает нашу гипотезу.

Другой факт, свидетельствующий в пользу LOH-гипотезы, состоит в следующем. Согласно публикациям, газ, отобранный для анализа из поддонных локализаций гидрата метана, содержит значительные количества азота и очень небольшие количества кислорода. В одном месторождении газ содержал 4% N2 и 0,005% О2, а в другом — 11,4% N2 и 0,2% О2. Отношения между концентрациями N2 и О2 много выше, чем соответствующие отношения концентраций в атмосферном воздухе, и очевидно, что азот не мог попасть в образцы из атмосферы в процессе отбора или хранения проб. Возможные источники элементарного азота внутри земной коры немногочисленны, и вполне вероятно, что он был восстановлен из нитратов метаном или другим углеводородом в соответствии с предполагаемыми нами реакциями, которые привели к образованию элементов живой материи.

Известны и эксперименты, которые могут быть объяснены на основании LOH-гипотезы.

Нельзя исключить, что в наши дни существуют подземные или подводные природные биолаборатории где-нибудь в прибрежных районах Юго-Восточной Евразии, в районе великих китайских рек или где-то еще. Возможно, именно они являются источниками новых вирусов, которые обнаруживают время от времени в природе.

Одна из важных особенностей нашей гипотезы состоит в том, что ее можно проверить с помощью компьютерных и лабораторных экспериментов. С помощью трехмерного компьютерного моделирования можно выяснить, насколько совместимы структуры гидрата метана и нуклеиновых кислот, и проверить наше предположение о природе монохиральности. Лабораторный эксперимент может привести к синтезу элементов живой материи. Такой эксперимент прост по идейному содержанию, хотя и не столь прост по приборному оформлению. Надо создать соответствующее давление метана над водой, селитрой и фосфатом в абиотическом автоклаве, термостатированном при температуре чуть выше, чем 273 К (при 273 К равновесное давление метана над его гидратом равно 25,9 атм.) и снабдить его клапаном сброса избыточного давления и оборудованием, позволяющим многократно выполнять химические анализы. А дальше — запастись терпением. Конечно, сначала надо решить технические проблемы: придумать, как долгое время поддерживать абиотические условия, отладить аналитические методики и т. д. Однако игра стоит свеч.

Что еще можно почитать на эту тему:

"Успехи физических наук", 177 (2007) 183-206.
"ThermochimicaActa", 441 (2006) 69-78.

Источник: "Химия и жизнь" http://www.hij.ru/
http://www.inauka.ru/analysis/article92653.html


30 июн 2009, 10:06
Профиль
Администратор
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 16 май 2009, 05:46
Сообщения: 8500
Сообщение Re: Происхождение жизни на Земле
Неживой фотосинтез: Еще раз о происхождении жизни

Проблема происхождения жизни на Земле упирается в сложные химические и физические вопросы. Так, до конца неясно, что же дало энергию для первых реакций, которые привели к образованию первых органических соединений. Возможно, это было то же вещество, что используется в составе люминофоров в старых телевизорах.

В 1953 г. Стенли Миллером и Гарольдом Юри были проведены эксперименты, ставшие сегодня настоящей классикой. 22-летний Миллер и его научный руководитель Юри намерены были проверить гипотезу Александра Опарина о «химической эволюции». Суть ее состоит в том, что условия, существовавшие на молодой Земле (частые грозы с молниями, довольно высокая температура и т.д.) могли вести к появлению необходимых для жизни органических молекул из простейших неорганических соединений (смеси водного пара, метана, аммиака, угарного газа и водорода).

И действительно, эксперимент по воспроизведению этих условий в лаборатории показал, что вскоре 10-15% углерода, присутствовавшего в системе, переходит в органическую форму в виде простых аминокислот, сахаров, липидов и азотистых оснований (составной части нуклеиновых кислот). Конечно, между этой несложной органикой и даже самым простым живым организмом лежит пропасть. Но первый шаг сделан – а над остальными ученые с тех пор бьются, и не без результатов. Так, показано, что из продуктов реакции Миллера-Юри при условиях, симулирующих условия, бывшие на Земле 4,5 млрд лет назад, можно получить и более сложные молекулы – в том числе, аминокислоту серин, сахар рибозу, азотистое основание аденин; а из их смеси – «универсальный энергоноситель» живой клетки АТФ. И так далее.

В частности, высказываются самые разные гипотезы о том, где именно могли идти эти процессы, и какие условия могли способствовать им. К примеру, «перспективными» считаются пористые отложения (создающие большую площадь поверхности и заодно удобные естественные «пробирки» для протекания реакций) на теплом мелководье. А еще одно исследование в развитие этого классического эксперимента провели ученые из России и США во главе с Арменом Мулкиджаняном (Armen Mulkidjanian) и Михаилом Гальпериным (Michael Galperin). По их мнению, подлинной колыбелью жизни могли стать пористые структуры, обладающие естественной «фотосинтетической активностью».

Это – структуры, напоминающие существующие сегодня глубоководные гидротермальные жерла, насыщенные сульфидом цинка (люминофором). По мнению ученых, при более высоком давлении, которое создавала атмосфера Земли, состоявшая тогда, в основном, из углекислого газа, сульфид цинка мог откладываться и на мелководье, где на него могли воздействовать и солнечные лучи, насыщая его своей энергией.

«Сложность проблемы происхождения жизни, - говорит Мулкиджанян, - в том, что для ее решения необходимо ответить на целый ряд вопросов. Мы отвечаем на вопрос об «энергообеспечении» этого процесса».

По мнению ученого, отправной точкой для дискуссий о процессе химической эволюции послужил момент, когда специалисты задались вопросом о том, насколько точно эксперимент Миллера-Юри воспроизводил условия молодой Земли. Мы уже рассказывали о том, что некоторые считают абсолютно необходимым добавить в них высокую вулканическую активность («Вулканическая жизнь»). Мулкиджанян же делает упор на составе ранней атмосферы. В опытах Миллера-Юри она включала метан, водород, аммиак и водный пар – говоря языком химии, была восстановительной, в противоположность современной окислительной, содержащей значительные количества кислорода.

Сегодня же появились свидетельства о том, что на самом деле атмосфера в те годы была нейтральной, на львиную долю состоявшей из углекислого газа, с небольшими количествами азота и водорода (как атмосфера современного Марса). Однако при таких условиях повторение опыта Миллера-Юри (проведенное, в том числе и самим Стенли Миллером) не приводит к появлению аминокислот. В результате, казалось, у нас не остается достаточных доказательств для того, чтобы говорить о появлении «кирпичиков жизни» в результате химической эволюции. Но слишком уж стройна, логична и последовательна эта теория, чтобы так просто от нее отказываться.

В этом на помощь ученым и приходит сульфид цинка. «Имея массу углекислого газа, - поясняет Мулкиджанян, - чтобы получить более сложные органические вещества, вам его необходимо восстановить, а для этого необходим восстановитель – источник электронов». По его мнению, именно уникальные способности сульфида цинка запасать энергию излучения делают его ключевым компонентом не только в составе люминофора для промышленных целей, но и – некогда – в ряду элементов, приведших к появлению жизни. Он накапливал падающую на него энергию ультрафиолетовых лучей Солнца, затем отдавая его в ходе восстановительных реакций с углекислым газом. Словом, делал примерно то же, что и растения в процессе фотосинтеза.

В подтверждение своей гипотезы Мулкиджанян и Гальперин приводят тот факт, что современные живые клетки используют действительно большие количества цинка – в том числе, в комплексе с белками, ДНК и РНК. Более того, Zn чаще встречается в тех белках, которые считаются наиболее «эволюционно древними». По мнению ученых, это косвенно подтверждает, что жизнь должна была появиться в «насыщенной цинком» среде, хотя они и признаются, что их идея нуждается в дальнейшей проверке.

По сообщению PhysOrg.Com

http://www.popmech.ru/article/5892-nezhivoy-fotosintez/


10 сен 2009, 10:53
Профиль
Администратор
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 16 май 2009, 05:46
Сообщения: 8500
Сообщение Re: Происхождение жизни на Земле
«Краткая история почти всего на свете»

Глава из книги


Билл Брайсон





II. Размеры Земли


Был этот мир глубокой тьмой окутан,
«Да будет свет!» — и вот явился Ньютон1.
Александр Поуп.
Эпитафия: предназначалась сэру Исааку Ньютону


4. Мера вещей

Если бы вам пришлось выбирать самое неудачливое научное путешествие всех времен, то ничего хуже перуанской экспедиции французской Королевской академии наук 1735 года вы бы наверняка не нашли. Это была группа ученых и искателей приключений под руководством гидрографа Пьера Буге и военного-математика Шарля Мари де ла Кондамина2, которые отправились в Перу проводить триангуляционные измерения расстояний в Андах.

В то время людьми наконец овладело сильное желание понять Землю — определить ее возраст, массу, место, где она висит в космическом пространстве, и узнать, каким образом она возникла. Цель французской группы состояла в том, чтобы способствовать решению вопроса о длине окружности планеты путем измерения длины одного градуса меридиана (или одной 360-й расстояния вокруг планеты) вдоль линии протяженностью около 320 километров и проходящей от местечка Яруки, близ Кито, до точки за городом Куэнкой (все это ныне находится в Эквадоре).

Почти сразу дела не заладились, причем порой вопиющим образом. В Кито пришельцы чем-то вызвали недовольство местных жителей и были изгнаны из города вооруженной камнями толпой. Вскоре после этого в конфликте из-за женщины был убит врач экспедиции. Ботаник сошел с ума. Другие умирали от лихорадки или погибали от падений в горах. Технический помощник Жан Годен, племянник одного из руководителей Луи Годена, бежал с тринадцатилетней девочкой, и его не смогли уговорить вернуться.

Одно время группа должна была прервать работу на восемь месяцев, пока ла Кондамин ездил в Лиму улаживать вопрос с необходимыми разрешениями. И в довершение всего ла Кондамин и Буге перестали разговаривать друг с другом и отказались вместе работать. Где бы ни появлялась эта все сокращающаяся в размерах экспедиционная партия, должностные лица встречали ее с глубочайшей подозрительностью, с трудом веря, что группа французских ученых проехала полмира, чтобы измерить Землю. Это казалось абсолютной бессмыслицей. Даже два с половиной столетия спустя это сомнение по-прежнему остается уместным. Почему бы французам не производить свои измерения во Франции и тем самым избавить себя от забот и неудобств андской авантюры?

Ответ отчасти заключается в том, что в восемнадцатом веке ученые редко смотрели на вещи просто, если под рукой оказывалась нелепая, но заманчивая альтернатива, а отчасти в реальной проблеме, которая впервые встала перед английским астрономом Эдмундом Галлеем задолго до того, как Буге и ла Кондамин задумали ехать в Южную Америку, имея для этого гораздо меньше оснований.

Галлей был исключительной личностью. На своем долгом и плодотворном жизненном пути ему доводилось быть морским капитаном, картографом, профессором геометрии в Оксфордском университете, заместителем контролера Королевского монетного двора, Королевским астрономом и изобретателем глубоководного водолазного колокола3. Он со знанием дела писал о магнетизме, приливах и отливах, движениях планет и с любовью о действии опиума. Он придумал погодную карту и актуарную таблицу4, предложил способы определения возраста Земли и ее расстояния от Солнца и даже разработал практичный способ, как сохранить рыбу свежей не в сезон. Единственное, чего он не совершил, так это не открыл комету, носящую его имя. Он лишь определил, что комета, которую он наблюдал в 1682 году, — та же самая, которую видели другие в 1456-м, 1531-м и 1607 годах. Она стала кометой Галлея только после 1758 года, примерно через шестнадцать лет после его смерти.

Однако при всех этих достижениях крупнейшим вкладом Галлея в сокровищницу человеческих знаний было, пожалуй, участие в небольшом научном пари с двумя другими видными фигурами того времени: Робертом Гуком, которого теперь скорее помнят в связи с тем, что он первым ввел понятие и дал описание живой клетки, и великим, исполненным достоинства сэром Кристофером Реном, который вообще-то прежде всего был астрономом, а потом уж архитектором, хотя об этом сегодня обычно уже не помнят. В 1683 году, когда Галлей, Гук и Рен вместе обедали в Лондоне, разговор зашел о движении небесных тел. Было известно, что планеты склонны обращаться по особой формы овалам, которые называют эллипсами — по выражению Ричарда Фейнмана5, по «очень специфической и точной кривой», — но никто не знал причин такого движения. Рен щедро предложил 40 шиллингов (примерно соответствует двухнедельному заработку) тому, кто первым найдет объяснение.

Гук, широко известный приписыванием себе идей, не всегда своих собственных, заявил, что он уже решил эту проблему, но отказался поделиться решением, на том интересном и остроумном основании, что не хочет лишать других удовольствия найти ответ самим. Вместо этого он «на время утаит решение, чтобы другие могли лучше его оценить». Если у него и были какие-то соображения об этом, никаких свидетельств он не оставил. Галлей, однако, до того загорелся желанием найти ответ, что на следующий год поехал в Кембридж и набрался смелости обратиться к профессору математики Исааку Ньютону, в надежде, что тот сумеет ему помочь.

Ньютон, бесспорно, был странной личностью — сверх всякой меры выдающийся как мыслитель, но замкнутый, безрадостный, раздражительный до безумия, легендарно рассеянный (говорили, что по утрам, свесив ноги с кровати, он мог часами сидеть, размышляя над осенившими его вдруг идеями) и способный на самые неожиданные выходки. Он создал собственную лабораторию, первую в Кембридже, но затем занялся самыми странными опытами. Например, однажды ввел шило — длинную иглу, какими пользуются при сшивании кожи, — в глазную впадину и крутил им «между моим глазом и костью как можно ближе к глазному дну» лишь для того, чтобы посмотреть, что будет. Каким-то чудом ничего не случилось, по крайней мере ничего серьезного. В другой раз он глядел на солнце, пока мог выдержать, чтобы узнать, как это отразится на его зрении. И вновь он избежал серьезных повреждений, хотя пришлось провести несколько дней в затемненном помещении, пока глаза не простили ему его опытов.

Но над всеми этими странностями и причудами властвовал интеллект гения — даже действуя в обычном русле, Ньютон зачастую проявлял странные особенности. В студенческие годы, разочарованный ограниченными возможностями традиционной математики, он придумал совершенно новую ее форму — дифференциальное и интегральное исчисление, но молчал об этом целых двадцать семь лет. Подобным же образом он работал в области оптики, изменив наши представления о свете и заложив основы спектрографии как науки, и опять же решил не делиться результатами своих работ в течение трех десятилетий.

При всех его талантах настоящая наука составляла лишь часть его интересов. По крайней мере половину своего рабочего времени он отдавал алхимии и неортодоксальным религиозным поискам. Это были не просто дилетантские занятия, а серьезные увлечения, которые полностью его захватывали. Он был тайным приверженцем ереси, известной как арианство, отличительной особенностью которой было отрицание Святой Троицы6 (по иронии судьбы в Кембридже Ньютон принадлежал к колледжу Святой Троицы). Он проводил бесконечные часы за изучением поэтажного плана Храма Царя Соломона в Иерусалиме (попутно осваивая иврит, чтобы разбирать подлинные тексты), будучи убежден, что в нем содержится математический ключ к определению даты второго пришествия Христа и конца света. С неменьшим рвением он относился к алхимии. В 1936 году экономист Джон Мейнард Кейнс7 купил на аукционе саквояж с бумагами Ньютона и, к своему удивлению, обнаружил, что в подавляющем большинстве они относились не к оптике или движениям планет, а свидетельствовали о целеустремленных поисках способа превращения обычных цветных металлов в драгоценные. При химическом анализе пряди волос Ньютона в 1970 году была обнаружена ртуть — элемент, представлявший интерес для алхимиков, шляпных мастеров, изготовителей барометров и, пожалуй, больше ни для кого, — причем концентрация ртути раз в сорок превышала естественный уровень. Поэтому не слишком удивительно, что по утрам он забывал встать с постели.

Что рассчитывал узнать у него Галлей во время своего неоговоренного заранее визита в августе 1684 года, можно только догадываться. Но благодаря более поздним воспоминаниям доверенного лица Ньютона Абрахама де Муавра у нас есть описание этой, одной из самых важных для истории науки встреч.

В 1684 году в Кембридж приезжал д-р Галлей [и] после некоторого общения д-р спросил его, что, по его мнению, будет представлять кривая, образуемая планетами, если предположить, что сила притяжения к Солнцу будет обратна квадрату их расстояния до него.

Это была ссылка на математическое понятие, известное как закон обратных квадратов, который, как был твердо убежден Галлей, лежал в основе объяснения, но ему было не вполне ясно, как это показать.

Сэр Исаак сразу же ответил, что это будет [эллипс]. Доктор страшно обрадовался и с удивлением спросил, откуда ему это известно. «Обоснование? — ответил тот. — Я это вычислил». Д-р Галлей сразу попросил показать эти вычисления. Сэр Исаак поискал у себя в бумагах, но не нашел.

Поразительно — все равно что сказать, что нашел лекарство от рака, а потом забыл, куда положил формулу. По настоянию Галлея Ньютон согласился заново сделать расчеты и опубликовать статью. Он выполнил обещание, а потом сделал куда больше. Уединившись на два года напряженных размышлений, он наконец произвел на свет свой шедевр: «Philosophiae Naturalis Principia Mathematica», или «Математические начала натуральной философии», более известный как «Начала» Ньютона.

Крайне редко, всего несколько раз в истории, человеческий ум делал наблюдения до того проницательные и неожиданные, что трудно решить, что здесь более поразительно — сам факт или постигшая его мысль. Появление «Начал» было одним из таких моментов. Благодаря им Ньютон мгновенно стал знаменитым. До конца своих дней он купался в почестях, став, среди прочего, первым лицом в Англии, удостоенным рыцарского звания за научные заслуги. Даже великий немецкий математик Готфрид фон Лейбниц, с которым у Ньютона шла долгая ожесточенная борьба за приоритет в создании дифференциального и интегрального исчисления, считал, что вклад Ньютона в математику равен всему накопленному до него. «Ближе к Богам не может стоять ни один смертный», — писал Галлей, выражая чувства, многократно отражавшиеся в настроениях его современников и множества других людей впоследствии.

Хотя «Начала» называли «одной из самых недоступных для понимания среди когда-либо написанных книг» (Ньютон намеренно сделал ее трудной, чтобы на ней не паразитировали математические «верхогляды», как он их называл), она служила путеводной звездой тем, кто сумел ее понять. В ней не только математически объяснялись орбиты небесных тел, но и определялась притягивающая сила, в первую очередь ответственная за их движение, — гравитация. Каждое движение во Вселенной вдруг обрело смысл.

В основе «Начал» лежат три закона механики Ньютона (которые утверждают, предельно четко, что тело ускоряется в том направлении, в котором получает толчок; что оно будет двигаться равномерно и прямолинейно до тех пор, пока другая сила не замедлит или не отклонит его; и что каждое действие встречает противоположно направленное и равное по силе противодействие) и его закон всемирного тяготения. Он устанавливает, что каждое тело во Вселенной притягивает к себе все другие. Может показаться, что это не так, однако, сидя там, где вы сидите сейчас, вы притягиваете к себе все, что вас окружает — стены, потолок, лампу, любимую кошку, — своим слабым (действительно, очень слабым) гравитационным полем. Именно Ньютон осознал, что притяжение двух тел, пользуясь снова словами Фейнмана, «пропорционально массе каждого из них и изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния между ними». Иными словами, если удвоить расстояние между двумя телами, притяжение между ними уменьшится в четыре раза. Это можно выразить формулой

F = G Mm/r2,

которая, разумеется, для большинства из нас не представляет никакого практического значения, но мы, по крайней мере, можем оценить ее изящество и лаконичность. Пара несложных умножений, простое деление, и — бинго! — вы знаете свое гравитационное состояние, где бы вы ни находились. Это был первый по-настоящему всеобщий закон природы, постигнутый и сформулированный человеческим умом. Потому Ньютон всюду пользуется таким глубоким уважением.

Издание «Начал» не обошлось без драмы. К ужасу Галлея, когда труд приближался к завершению, Ньютон с Гуком ввязались в спор о приоритете в отношении закона обратных квадратов, и Ньютон отказался отдавать в печать ключевой третий том, без которого в первых двух оставалось мало смысла. Только посредством отчаянной челночной дипломатии и щедро расточавшейся лести Галлею в конце концов удалось добыть у непредсказуемого профессора заключительный том.

Но на этом беды Галлея не закончились. Королевское общество8, обещавшее издать этот труд, теперь вышло из игры, сославшись на финансовые затруднения. Годом раньше общество поддержало издание дорогостоящей и с треском провалившейся книги «История рыб» и полагало, что книга о математических началах тоже едва ли будет пользоваться спросом. Галлей, чьи средства были не так уж велики, заплатил за издание книги из своего кармана. Ньютон по свойственной ему привычке не дал ничего. И в довершение ко всем неприятностям Галлею, только что согласившемуся занять должность секретаря общества, сообщили, что общество больше не в состоянии платить ему обещанное жалование — 50 фунтов стерлингов в год. Вместо этого ему заплатили экземплярами «Истории рыб».

Законы Ньютона объясняли такое множество вещей — морские приливы и отливы, движения планет, траекторию пушечных ядер, прежде чем они упадут на землю, и почему при вращении нашей планеты со скоростью в сотни километров в час нас не выбрасывает в космическое пространство, — что потребовалось какое-то время, чтобы постепенно осмыслить их значение. Но одно открытие почти сразу вызвало споры.

Это было предположение о том, что Земля не совсем круглая. Согласно теории Ньютона, центробежная сила вращения Земли должна приводить к появлению небольшого сжатия у полюсов и выпуклости у экватора, отчего планета должна стать слегка сплющенной. Это означало, что длина градуса меридиана в Италии не будет такой же, как в Шотландии. А именно, эта длина будет уменьшаться по мере удаления от полюсов. Это идея вряд ли пришлась по вкусу тем ученым, чьи измерения размеров планеты строились на предположении, что она представляет собой идеальный шар, а так думали все.

Полстолетия люди пытались определить размеры Земли, главным образом путем весьма скрупулезных измерений. Одна из первых попыток такого рода была предпринята английским математиком Ричардом Норвудом. В молодости Норвуд ездил на Бермуды с водолазным колоколом, изготовленным по проекту Галлея, намереваясь сбором жемчуга на морском дне составить состояние. Проект закончился неудачей, потому что жемчуга там не оказалось, к тому же колокол Норвуда не работал, однако Норвуд был не из тех, кто пренебрегает приобретенным опытом. В начале семнадцатого века Бермуды славились среди капитанов тем, что их было трудно отыскать. Дело в том, что океан велик, Бермуды малы, а навигационные приборы были абсолютно непригодны для преодоления этой несоразмерности. Не было даже согласия относительно длины морской мили. На океанских просторах малейшая ошибка в расчетах многократно возрастала, так что корабли часто очень сильно промахивались мимо целей величиной с Бермуды. Норвуд, первой любовью которого была тригонометрия, а значит и измерение углов, решил привнести в навигационное искусство долю математической точности и с этой целью взялся определить длину градуса.

Отправившись от стен лондонского Тауэра, Норвуд за два года самозабвенно прошагал 333 километра на север до Йорка, по пути бесчисленное множество раз растягивая мерную цепь и педантично делая поправки на подъемы, спуски и изгибы дороги. Последним шагом было измерение высоты Солнца в Йорке в то же время дня и в тот же день года, когда он сделал первое измерение в Лондоне. Исходя из этого, рассуждал он, можно определить длину одного градуса земного меридиана и тем самым вычислить длину всей окружности. Это была почти абсурдная по своей амбициозности затея — ошибка в малейшую долю градуса исказила бы результат на много миль, — однако на деле оказалось, как с гордостью провозгласил Норвуд, что он измерил градус с точностью «до щепотки», а если точнее, то приблизительно до пятисот метров. Итоговая величина составляла 110,72 километра на градус меридиана.

В 1637 году вышел в свет шедевр Норвуда в области навигации «Практическое руководство морехода», книга, немедленно ставшая популярной. Она выдержала семнадцать изданий и продавалась даже спустя двадцать пять лет после смерти автора. Норвуд с семьей вернулся на Бермуды, где стал преуспевающим плантатором, а свободные часы отдавал своей первой любви — тригонометрии. Он прожил там тридцать восемь лет, и было бы приятно сообщить, что дни его протекали в счастье и благоденствии. На деле жизнь сложилась не так. По пути из Англии двоих его юных сыновей поместили в одну каюту с преподобным Натаниэлом Уайтом, и они каким-то образом до того травмировали молодого священника, что тот до конца своей карьеры практически занимался только тем, что досаждал Ньюмену любыми мелкими пакостями, на какие только был способен.

Лишние огорчения причинили Норвуду и две дочери своими неудачными замужествами. Один из зятьев, возможно по наущению того самого священника, постоянно по мелочам подавал на Норвуда в суд, вызывая большое раздражение и вынуждая совершать бесконечные поездки по Бермудам для защиты в суде. Наконец, в 1650-х годах до Бермуд докатились суды над ведьмами, и последние годы жизни Норвуд провел в страшной тревоге, что его труды по тригонометрии с их загадочными символами сочтут за связи с дьяволом и его подвергнут страшной казни. О Норвуде известно крайне мало, возможно он действительно заслужил все эти несчастья на склоне лет. Но со всей определенностью можно лишь утверждать, что он их испытал.

Тем временем интерес к определению длины окружности Земли переместился во Францию. Там астроном Жан Пикар разработал поразительно сложный метод триангуляционной съемки с применением квадрантов, маятниковых часов, зенитных секторов9 и телескопов (для наблюдения за движением спутников Юпитера). В 1669 году, после двухлетних разъездов по всей Франции и триангуляционных съемок по своему методу, он объявил уточненный размер одного градуса меридиана — 110,46 километра. Это стало источником великой гордости для французов, но результат основывался на предположении, что Земля представляет собой идеальный шар, а Ньютон теперь утверждал, что это не так.

Положение еще более осложнилось, когда после смерти Пикара Джованни и Жак Кассини, отец с сыном, повторили его эксперименты на большей площади и пришли к выводу, что Земля становится толще к полюсам, а не к экватору — другими словами, что Ньютон ошибался с точностью до наоборот. Именно это обстоятельство подтолкнуло Академию наук послать Буге и ла Кондамина в Южную Америку для новых измерений.

Они выбрали Анды, потому что требовалось проводить измерения близ экватора, дабы определить, действительно ли здесь имеется отличие в кривизне земной поверхности, и потому что они полагали, что в горах видимость будет лучше. На деле же оказалось, что горы в Перу постоянно окутаны облаками, и группе приходилось неделями ждать ясного часа для проведения работ. И в довершение всего они выбрали почти самую труднопроходимую местность на Земле. Перуанцы называют свой ландшафт «muy accidentado» — сильно изорванным, — и он, вне всякого сомнения, именно такой. Французам пришлось карабкаться по одним из самых трудных в мире гор — горам, которые не могли одолеть даже их мулы, — но чтобы добраться до них, пришлось переправляться через бурные реки, прорубаться через джунгли, пересечь протянувшуюся на много миль высокогорную каменистую пустыню, и почти все это не было нанесено на карты и находилось вдали от каких-либо источников снабжения. Но Буге и ла Кондамину настойчивости было не занимать, и они упорно выполняли поставленную перед ними задачу на протяжении девяти с половиной долгих, суровых, опаленных солнцем лет. Незадолго до завершения проекта до них дошла весть, что другая французская группа, проводившая измерения на севере Скандинавии (и тоже столкнувшаяся с серьезными препятствиями от болотных трясин до опасных ледяных торосов), обнаружила, что ближе к полюсам градус действительно длиннее, как и предсказывал Ньютон. Земля оказалась на 43 километра толще, если измерять ее на экваторе, чем при измерении сверху вниз — от полюса к полюсу.

Таким образом, Буге и ла Кондамин потратили почти десять лет на получение результата, который не слишком им нравился, и все для того, чтобы, получив его, узнать, что они даже не были первыми. Без всякого интереса они завершили съемки, подтвердившие правильность результатов другой французской группы. Затем, по-прежнему не разговаривая друг с другом, вернулись на побережье и на разных кораблях отплыли домой10.

В «Началах» Ньютона содержалось еще одно предположение — о том, что отвесная линия будет вблизи горы слегка отклоняться к ней под воздействием ее гравитационной массы наряду с земной. Это был более чем любопытный факт. Если точно измерить угол отклонения и определить массу горы, можно вычислить постоянную всемирного тяготения, то есть фундаментальную для силы гравитации величину, обозначаемую буквой G, а заодно и определить массу Земли.

Буге и ла Кондамин попытались сделать это на перуанском вулкане Чимборасо, но потерпели неудачу из-за технических трудностей и собственных раздоров, так что идея была оставлена в покое на тридцать лет, пока ее не воскресил в Англии королевский астроном Невил Маскелайн. В популярной книжке Дэйвы Собел «Долгота» Маскелайн выставлен придурком и негодяем, за то, что не оценил таланта часовых дел мастера Джона Харрисона. Возможно, так оно и было, но мы признательны ему за другие дела, не упомянутые в ее книге, и среди них не последнее место занимает успешный метод взвешивания Земли.

Маскелайн понял, что ключ к решению в том, чтобы найти гору достаточно правильной формы, чтобы оценить ее массу. По его настоянию Королевское общество согласилось поручить заслуживающему доверия лицу объехать Британские острова и постараться подыскать такую гору. У Маскелайна как раз был на примете подходящий человек — астроном и геодезист Чарлз Мейсон. Маскелайн с Мейсоном подружились за одиннадцать лет до того, занимаясь наблюдениями очень важного астрономического явления — прохождения планеты Венера по солнечному диску. Неутомимый Эдмунд Галлей за много лет до этого события высказал мысль, что если произвести измерения во время одного из этих прохождений с выбранных на Земле точек, то по правилам триангуляции можно вычислить расстояние от Земли до Солнца и тем самым выполнить калибровку расстояний до всех остальных тел Солнечной системы.

К сожалению, прохождения Венеры по диску Солнца происходят весьма нерегулярно. Они следуют парами с интервалом в восемь лет, а затем их не бывает целое столетие или больше, и при жизни Галлея не случилось ни одного. Однако идея теплилась, и, когда в 1761 году, спустя почти два десятка лет после смерти Галлея, настало время очередного прохождения, научный мир был готов к нему — более готов, чем к какому-либо прежнему астрономическому событию.

С присущей веку подспудной готовностью к тяжелым испытаниям ученые отправились более чем в сотню мест по всей планете — в Сибирь, Китай, Южную Африку, Индонезию, в леса Висконсина и во многие другие районы. Франция направила тридцать два наблюдателя, Британия — восемнадцать, были наблюдатели из Швеции, России, Италии, Германии, Ирландии и из других стран.

Это было первое в истории совместное международное научное предприятие, и почти всюду оно столкнулось с трудностями. Многих наблюдателей остановили войны, болезни или кораблекрушения. Другие добрались до мест назначения, но, открыв ящики, обнаружили, что оборудование либо разбито, либо покоробилось от тропической жары. И вновь волею судеб среди французов оказались самые неудачливые участники. Жан Шапп много месяцев каретами, лодками, санями добирался до Сибири, бережно прижимая к груди при каждом опасном толчке свои хрупкие инструменты, чтобы к концу пути узнать, что последний, крайне важный отрезок преградили реки, разлившиеся в результате необычно сильных весенних дождей, вину за которые местные обитатели возложили на самого астронома, едва увидели, как он нацеливает на небо странные приборы. Шаппу удалось спастись, но никаких полезных измерений он выполнить не смог.

Еще больше не повезло Гийому ле Жентилю, злоключения которого замечательно описаны Тимоти Феррисом в книге «Совершеннолетие на Млечном Пути». Ле Жентиль отправился из Франции за год до события, чтобы наблюдать прохождение Венеры по диску Солнца из Индии, но из-за всяческих задержек в день прохождения он все еще был в море — хуже места не придумаешь, поскольку при качке надежных измерений не сделать.

Не сломленный неудачей, ле Жентиль проследовал в Индию и остался там ждать второго прохождения в 1769 году. Имея в запасе восемь лет, он соорудил первоклассный наблюдательный пункт, не раз проверил все приборы и держал их в идеальной готовности. Утро 4 июня 1769 года, в день второго прохождения, было ясным; но, как только явление началось, на Солнце набежало облако и оставалось там почти ровно столько времени, сколько длилось прохождение — три часа четырнадцать минут и семь секунд.

Ле Жентиль стоически упаковал приборы и отправился в ближайший порт, но по пути подхватил дизентерию и проболел почти год. Все еще будучи ослабленным болезнью, он сел на корабль, который едва не погиб в тропическом циклоне у берегов Африки. Когда он наконец добрался до дома, через одиннадцать с половиной лет после начала путешествия и не получив никаких результатов, то обнаружил, что за время отсутствия родственники успели объявить его умершим и с радостью растащили все имущество.

В сравнении с этим неприятности, испытанные восемнадцатью разбросанными по миру английскими наблюдателями, были небольшими. Мейсон оказался в паре с молодым геодезистом Джеремией Диксоном, и они, по-видимому, хорошо сработались, поскольку в дальнейшем долго и успешно сотрудничали. Им было поручено ехать на Суматру и оттуда фиксировать прохождение, однако уже на второй день после отплытия на их корабль напал французский фрегат. (Если ученые были склонны к международному сотрудничеству, то у государств подобного не наблюдалось.) Мейсон с Диксоном направили в Королевское общество сообщение о крайне опасном, на их взгляд, положении в открытом море и спрашивали, не стоит ли отменить все это мероприятие. В ответ они без задержки получили холодную отповедь с напоминанием о том, что им уже уплачено, что страна и научное сообщество на них рассчитывают, а отказ продолжать экспедицию непоправимо подорвет их репутацию. Проглотив эту горькую пилюлю, они продолжили плавание, но в пути их догнало сообщение о том, что Суматра перешла в руки французов, и наблюдать прохождение пришлось с полдороги у мыса Доброй Надежды. На обратном пути они останавливались на затерянном в Атлантике островке Святой Елены, где встретили Маскелайна, чьи наблюдения сорвались из-за облачности. Мейсон и Маскелайн крепко подружились и очень приятно (а возможно, с некоторой пользой) провели несколько недель, составляя график приливов и отливов.

Вскоре Маскелайн вернулся в Англию, где стал Королевским астрономом, а Мейсон с Диксоном — теперь явно более закаленные — отправились на четыре долгих и полных опасностей года проводить топографическую съемку 390 километров дикой американской территории, дабы уладить пограничный спор между Уильямом Пенном и лордом Балтимором по поводу их колоний — Пенсильвании и Мериленда. В результате появилась знаменитая линия Мейсона — Диксона, позднее получившая символическое значение как разделительная черта между рабовладельческими и свободными штатами. (Хотя прокладка линии была их главной задачей, они также выполнили ряд астрономических наблюдений, в частности одно из самых точных в том веке измерений градуса меридиана — достижение, которое было встречено в Англии с куда большим энтузиазмом, нежели урегулирование пограничного спора между капризными аристократами.)

Вернувшись в Европу, Маскелайн и его коллеги в Германии и во Франции были вынуждены признать, что наблюдения прохождения Венеры в 1761 году, по существу, сорвались. Одна из трудностей, как это ни парадоксально, заключалась в том, что было слишком много наблюдений, результаты которых, собранные вместе, зачастую вступали в неразрешимые противоречия. Успешно зафиксировать прохождение Венеры по диску Солнца выпало на долю Джеймса Кука, малоизвестного капитана родом из Йоркшира, который наблюдал прохождение 1769 года с залитой солнцем вершины горы на Таити. Вслед за тем ему предстояло нанести на карту Австралию и заявить на нее права британской короны. После его возвращения у французского астронома Жозефа Лаланда появилось достаточно данных, чтобы вычислить среднее расстояние от Земли до Солнца — чуть больше 150 миллионов километров. (Два следующих прохождения в девятнадцатом веке позволили астрономам остановиться на величине 149,59 миллиона километров. Теперь нам известно точное расстояние — 149,597870691 миллиона километров11.) Земля наконец обрела свое место в космосе.

Что касается Мейсона и Диксона, они вернулись в Англию героями науки, но по неизвестным причинам прекратили сотрудничество. Несмотря на их активное участие во многих важных научных событиях восемнадцатого столетия, очень мало известно о них лично. Не сохранилось портретов, мало письменных ссылок. О Диксоне «Национальный биографический словарь» загадочно сообщает: «говорят, что он родился в угольной шахте», оставляя фантазии читателей объяснение столь необычных обстоятельств, и добавляет, что умер он в Дареме в 1777 году. Кроме имени и упоминания о длительном сотрудничестве с Мейсоном, ничего больше не сообщается.

С Мейсоном неясностей чуть меньше. Известно, что в 1772 году по рекомендации Маскелайна он принял поручение подыскать подходящую гору для проведения эксперимента с гравитационным отклонением отвеса и в конце концов доложил, что требуемая гора находится на севере Шотландии, над озером Тэй, и называется она Шихаллион. Однако ничто не могло убедить его остаться там на лето для проведения измерений. Больше он никогда не возвращался к полевым исследованиям. Следующее упоминание о нем относится к 1786 году, когда он при загадочных обстоятельствах внезапно объявился с женой и восемью детьми в Филадельфии, находясь, по-видимому, на грани нищеты. После завершения топографических съемок он не возвращался в Америку восемнадцать лет, и у него не было ни известных нам причин появиться здесь снова, ни друзей или покровителей, которые были бы рады его встретить. Несколько недель спустя он скончался.

Поскольку Мейсон отказался от топосъемки горы, эта работа выпала на долю Маскелайна. Летом 1774 года Маскелайн на четыре месяца поселился в палатке в горной долине в глубине Шотландии, чтобы руководить бригадой геодезистов, которые выполняли сотни измерений во всех доступных точках. Чтобы определить массу горы на основе этого множества чисел, требовалось произвести уйму вычислений. К этой работе был привлечен математик Чарлз Хаттон. Геодезисты усеяли карту множеством чисел; каждое означало высоту в отдельной точке горы или в ее окрестностях. Получалась ужасная путаница из цифр, но Хаттон заметил, что если взять карандаш и соединить числа, означающие равные высоты, то все становится намного яснее. Можно было сразу получить представление об общих очертаниях и крутизне горы. Так Хаттон изобрел изогипсы — линии равных высот.

Экстраполируя обмеры горы Шихаллион, Хаттон вычислил массу Земли — 5 миллиардов триллионов (5·1021) тонн, а отсюда можно было вывести массы всех других крупных тел Солнечной системы, включая само Солнце. Так что благодаря одному этому эксперименту мы узнали массы Земли, Солнца, Луны, других планет, их спутников и в придачу получили изогипсы — неплохо для работ одного лета.

Правда, эти результаты удовлетворили не всех. Недостатком эксперимента с горой Шихаллион явилось то, что было невозможно получить точные цифры, не зная плотности горы. Хаттон для удобства принял ее равной плотности обычного камня, примерно в 2,5 раза больше плотности воды, но это было не более чем научное предположение.

Самой необычной на первый взгляд фигурой, уделившей много внимания вопросу о массе Земли, был сельский священник по имени Джон Мичелл, живший в глухой йоркширской деревушке Торнхилл. Несмотря на отдаленность проживания и сравнительно скромную должность, Мичелл был одним из выдающихся мыслителей восемнадцатого века и как ученый пользовался большим уважением.

Среди множества прочих научных деяний он постиг волноподобную природу землетрясений, осуществил целый ряд оригинальных исследований в области магнетизма и гравитации и, что совсем удивительно, предвидел возможность черных дыр на две сотни лет раньше других — шаг, который не смог сделать даже Ньютон. Когда уроженец Германии музыкант Вильям Гершель решил, что его подлинным призванием в жизни является астрономия, за руководством, как делать телескопы, он обратился именно к Мичеллу, чьей любезной услуге вечно будет обязана наука о планетах.

Но из всего того, что оставил после себя Мичелл, по изобретательности и воздействию на развитие науки ничто не могло сравниться с механизмом, который он сконструировал и изготовил для измерения массы Земли. К сожалению, он умер, не успев осуществить эксперименты; идея и необходимая аппаратура перешли к выдающемуся, но потрясающе застенчивому лондонскому ученому по имени Генри Кавендиш.

Кавендиш сам по себе заслуживает отдельной книги. Родившийся в богатой титулованной семье — его деды были герцогами, один Девонширский, другой Кентский, — он был самым одаренным английским ученым своего века, и в то же время самым странным. Он страдал застенчивостью, по словам одного из его немногих биографов, «граничившей с болезнью». Всякий человеческий контакт был для него источником глубочайшего дискомфорта.

Как-то раз, открыв дверь, он увидел на пороге одного из своих австрийских поклонников, только что приехавшего из Вены. Австриец принялся взволнованно бормотать о своем восхищении. Некоторое время Кавендиш воспринимал все эти комплименты словно удары палкой, а затем, не выдержав, убежал по дорожке и скрылся за воротами, оставив распахнутой входную дверь. Только спустя несколько часов его уговорили вернуться в собственный дом. Даже экономка общалась с ним по переписке.

Хотя иногда он отваживался появляться в обществе — особенно он любил бывать на званых научных вечерах, которые еженедельно проходили у выдающегося натуралиста сэра Джозефа Бэнкса, — остальным гостям всегда давали понять, чтобы они ни в коем случае не обращались к Кавендишу и даже не смотрели в его сторону. Тем, кто хотел знать его мнение, советовали не спеша, будто бы случайно пройти поблизости и «говорить как бы в пустоту». Если их реплики заслуживали внимания с точки зрения науки, то они могли услышать невнятный ответ, но чаще всего в ответ раздавался раздраженный писк (голос у него, кажется, был очень высокий), и, оглянувшись, можно было действительно увидеть пустоту и спину Кавендиша, убегающего в более спокойный уголок.

Богатство и склонность к отшельничеству дали ему возможность превратить свой дом в Клэпеме в большую лабораторию, где он мог без помех бродить по всем уголкам физической науки — изучать электричество, тепло, силу тяжести, словом, все, что относилось к строению вещества. Вторая половина восемнадцатого века была временем, когда склонные к науке люди проявляли углубленный интерес к свойствам фундаментальных физических сущностей — в особенности газов и электричества, — начинали присматриваться к тому, что можно с ними сделать, проявляя зачастую больше рвения, чем здравого смысла. В Америке Бенджамин Франклин прославился тем, что, рискуя жизнью, запускал змея в грозу. Во Франции химик Пилатр де Розье испытывал воспламеняемость водорода, набирая его в рот и выдувая в открытое пламя. Одним махом он доказал, что водород действительно легко воспламеняется и что брови — необязательная принадлежность лица. Кавендиш, в свою очередь, проводил эксперименты, в ходе которых подвергал себя воздействию электрических разрядов разной силы, старательно отмечая нарастание мучительных ощущений, пока оставалась возможность держать перо или сохранять сознание, но, впрочем, не далее того.

За свою долгую жизнь Кавендиш сделал ряд выдающихся открытий — среди многого другого он первым выделил водород и первым соединил водород и кислород, получив воду, — но почти все, что он делал, не обходилось без странностей. К постоянному недовольству его ученых коллег, в публикуемых работах он часто ссылался на результаты экспериментов, о которых раньше не сообщал. В своей скрытности он не только напоминал Ньютона, но и во многом превосходил его. Его эксперименты с электрической проводимостью на столетие опережали время, но, к сожалению, оставались неизвестными, пока это столетие не прошло. На самом деле, большая часть проделанного им не была известна до конца девятнадцатого века, когда кембриджский физик Джеймс Клерк Максвелл12 взял на себя задачу подготовки бумаг Кавендиша к печати; к тому времени почти все его открытия уже принадлежали другим ученым.

Среди многого другого, о чем Кавендиш никому не говорил, он открыл или предвосхитил закон сохранения энергии, закон Ома, закон парциальных давлений Дальтона, закон эквивалентов Рихтера, закон идеального газа Шарля, принципы электрической проводимости. И это лишь часть всех открытий. По утверждению историка науки Дж. Г. Кроутера, Кавендиш также предвосхитил «исследования Кельвина и Дж. Х. Дарвина о замедляющем влиянии приливного трения на скорость вращения Земли, опубликованные в 1915 году, сообщение Лармора о локальном атмосферном охлаждении... работу Пикеринга о замораживающих смесях и некоторые из трудов Рузбума о гетерогенных равновесиях». Наконец, он получил результаты, которые непосредственно привели к открытию группы элементов, известных как инертные газы (правда, в 1962 году выяснилось, что они не полностью инертны и всё же могут образовывать химические соединения). Но нас в данном случае интересует последний из известных экспериментов Кавендиша, когда поздним летом 1797 года он в возрасте шестидесяти семи лет обратил внимание на ящики с аппаратурой, оставленные ему — очевидно, из чистого научного уважения — Джоном Мичеллом.

В собранном виде прибор Мичелла напоминал тренажер для накачивания мышц фирмы Nautilus, сделанный в восемнадцатом веке. Он включал грузы, противовесы, маятники, рукоятки и скручивающиеся металлические тросы. Сердцевину прибора составляли два 350-фунтовых свинцовых шара, помещенные рядом с двумя шарами меньшего размера. Замысел состоял в том, чтобы измерить гравитационное отклонение малых шаров под воздействием больших, что позволило бы впервые измерить ускользающе малую величину гравитационной постоянной, а отсюда можно было бы вывести вес (а точнее говоря, массу) Земли.

Из-за того, что сила тяжести удерживает планеты на орбите, а вещи, которые мы роняем, со стуком падают на пол, мы склонны думать, что это очень мощная сила, но на самом деле это не так. Она является мощной только в собирательном смысле, когда один массивный объект, такой как Солнце, удерживает другой массивный объект, подобный Земле. На элементарном уровне гравитация чрезвычайно слаба. Каждый раз, когда вы берете со стола книгу или поднимаете с пола монету, вы без труда преодолеваете гравитационное напряжение целой планеты. И вот Кавендиш как раз и попытался измерить притяжение между очень легкими предметами.

Ключом к успеху была точность. В помещении, где находился прибор, нельзя было допустить ни малейших помех, так что Кавендиш расположился в соседней комнате и вел наблюдения через специальный глазок с помощью телескопа. Работа была невообразимо изнурительной; потребовалось семнадцать точнейших взаимосвязанных измерений, выполнение которых заняло почти целый год. Когда наконец Кавендиш закончил расчеты, он объявил, что Земля весит чуть больше 13 000 000 000 000 000 000 000 фунтов, или шесть миллиардов триллионов метрических тонн, если пользоваться современной системой измерений. (Метрическая тонна — это 1000 килограммов, или 2205 фунтов.)

Сегодня ученые имеют в своем распоряжении приборы настолько точные, что могут определить вес отдельной бактерии, и настолько чувствительные, что могут дать сбой, если кто-то зевнет на расстоянии двадцати метров, но они лишь незначительно уточнили результаты, полученные Кавендишем в 1797 году. По самым точным нынешним оценкам, Земля весит 5,9725 миллиардов триллионов тонн — разница по сравнению с данными, полученными Кавендишем, всего лишь полпроцента. Интересно, что все эти измерения лишь подтвердили оценки, сделанные Ньютоном за 110 лет до Кавендиша без каких-либо экспериментов.

В целом, к концу восемнадцатого века ученые имели очень точное представление о форме и размерах Земли и об ее удаленности от Солнца и планет; теперь же Кавендиш, даже не покидая дома, прибавил к этим сведениям массу Земли. Поэтому можно было бы ожидать, что определение возраста Земли окажется сравнительно простым делом. В конце концов, необходимые материалы лежат буквально у нас под ногами. Но нет. Люди расщепят атом, изобретут телевидение, нейлон и растворимый кофе, прежде чем определят возраст собственной планеты.

Чтобы понять, почему так случилось, мы должны отправиться на север, в Шотландию, и начать со знакомства с яркой гениальной личностью, о которой мало кто слыхал, с человеком, который создал новую науку, называемую геологией.

Примечания
1 Перевод Самуила Маршака.

2 Начальником экспедиции был ла Кондамин, за научную часть отвечали астроном Луи Годен и Пьер Буге. Однако Годен вскоре отделился от основной партии, из-за разногласий в методике работы, а позднее был уличен в растрате средств, поступавших из Франции. Он также отказался делиться с коллегами полученными результатами. Его участие в экспедиции в дальнейшем не рассматривается.

3 Строго говоря, Галлей не изобрел, а значительно усовершенствовал водолазный колокол, который впервые стал применяться на полтора столетия раньше.

4 Актуарные таблицы используются для расчета пенсионных начислений и страховой премии при страховании жизни. В них учитывается статистика смертности по разным возрастам. В более широком смысле актуарными расчетами называются любые расчеты тарифов в страховом деле на основе статистических данных.

5 Ричард Филлипс Фейнман (Richard Phillips Feynman, 1918–1988) — выдающийся американский физик, один из создателей квантовой электродинамики. В 1943–45 годах участвовал в Манхеттенском атомном проекте. За разработку методов расчета поведения квантовых частиц был удостоен Нобелевской премии по физике за 1969 год. Он также сыграл ключевую роль в расследовании причин катастрофы космического челнока «Челленджер» в 1986 году. Фейнман является также автором множества научно-популярных книг, а также 8-томного учебника «Фейнмановские лекции по физике», который был переведен на русский язык и до сих пор остается одним из лучших курсов общей физики.

6 Суть арианской ереси несколько тоньше и состоит в отрицании единосущности Христа и Бога Отца. По арианским воззрениям Христос был сотворен Богом, но сам не был Богом.

7 Джон Мейнард Кейнс (John Maynard Keynes, 1883–1946) — британский экономист, основатель современной макроэкономической теории.

8 Лондонское Королевское общество — ведущая британская научная организация.

9 Переносной астрономический прибор для точного измерения положений светил вблизи зенита.

10 Ла Кондамин, перед тем как отправиться на родину, первым среди европейских ученых предпринял крайне опасное путешествие вниз по течению Амазонки.

11 Это принятое Международным астрономическим союзом значение астрономической единицы — среднего расстояния от Земли до Солнца. Оно известно с погрешностью ±30 метров. В течение года расстояние до Солнца меняется на величину ±2% из-за того, что орбита Земли не идеально круговая.

12 Джеймс Клерк Максвелл (James Clerk Maxwell, 1831–1879) — выдающийся британский физик, создатель современной теории электромагнетизма.


05 окт 2009, 17:11
Профиль
Администратор
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 22 май 2009, 00:24
Сообщения: 13477
Сообщение Re: Происхождение жизни на Земле
НЕЙТРОН РАССКАЗЫВАЕТ О ВСЕЛЕННОЙ

Исследователи Института ядерной физики им. Б. П. Константинова РАН (ПИЯФ РАН, Санкт-Петербург) получили некоторые подтверждения рабочей гипотезы зарождения и строения Вселенной.

Новые измерения времени жизни нейтрона, выполненные с большой точностью (0,1%), как считают авторы исследования, устраняют имевшиеся ранее противоречия и дают совпадение с предсказаниями Стандартной Модели. Кроме того, полученное значение времени жизни нейтрона «лучше описывает процесс первичного нуклеосинтеза при формировании Вселенной». Об этом рассказал на одном из заседаний президиума РАН доктор физико-математических наук Анатолий Серебров (ПИЯФ РАН).

Напомним, что под Стандартной Моделью элементарных частиц сегодня понимают теорию, описывающую электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех элементарных частиц и то, как образуется материя, из которой состоит Вселенная.

Новые данные о времени жизни нейтрона, которое оказалось равным 878±0,8 с, были получены в эксперименте с ультрахолодными нейтронами совместно с Объединённым институтом ядерных исследований (ОИЯИ, г. Дубна). Анатолий Серебров описал эксперимент следующим образом. Нейтронный ультрахолодный газ (нейтроны с исключительно низкой энергией 10-7 эВ) захватывается в ловушку (сферу с окном и горизонтальной осью для вращения) простым поворотом ловушки вокруг горизонтальной оси. В результате нейтроны с кинетической энергией меньшей, чем потенциальная энергия в гравитационном поле Земли, удерживаются в ловушке. Потом ловушка переворачивается отверстием вниз, нейтроны «вытекают» на детектор, и таким образом измеряется количество нейтронов, остававшихся в ловушке. Операция повторяется для разных времён удержания, и таким образом измеряется экспонента распада нейтрона.

Последующие измерения с магнитной ловушкой ультрахолодных нейтронов, также выполненные в ПИЯФ им. Б.П. Константинова РАН, дали тот же результат для времени жизни нейтрона (878 ±1,8 с), что и с гравитационной ловушкой.

В 2007 году с помощью ультрахолодных нейтронов были проверены также некоторые теоретические гипотезы о возможности переходов нейтрона в так называемый зеркальный нейтрон — гипотетическую частицу. Такие частицы рассматриваются в качестве кандидатов на тёмную материю во Вселенной. Как сообщил докладчик, эти экспериментальные проверки «в определённой степени закрывают такие гипотезы».

Анатолий Серебров также рассказал, что не решена ещё одна задача физики взаимодействия элементарных частиц — поиск электрического дипольного момента нейтрона. Электрический дипольный момент нейтрона может существовать только благодаря нарушению

принципа инвариантности по отношению к обращению времени. (То есть благодаря нарушению принципа, согласно которому любой физический процесс происходит точно так же, если его повторить через некоторый промежуток времени.) Проблема нарушения принципа инвариантности исключительно важна для нашего понимания мироздания, в частности того, как зарождалась Вселенная. Однако до сих пор электрический дипольный момент нейтрона не открыт, что обусловлено недостаточной точностью измерений, связанной с невысокой плотностью получаемого ультрахолодного нейтронного газа (УХН).

Значительное увеличение точности эксперимента может быть достигнуто с введением на реакторе ВВР-М в Гатчине нового высокоинтенсивного источника УХН. Проект такого источника предполагает использование сверхтекучего гелия при температуре 1,2 К. Ультрахолодные нейтроны, рождающиеся в сверхтекучем гелии, имеют весьма высокий выход благодаря очень высокой прозрачности этой квантовой жидкости для нейтронов низких энер-гий. Расчёты показывают, что при реализации проекта вполне реально получить плотность УХН ~ 3.Ю3 n/см3, то есть в 100—500 раз больше, чем в настоящее время. Это, по мнению российских физиков, будет лучший в мире источник ультрахолодных нейтронов.

http://www.nkj.ru/


05 ноя 2009, 04:31
Профиль
Администратор
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 22 май 2009, 00:24
Сообщения: 13477
Сообщение Re: Происхождение жизни на Земле
Океаническая кора скрывала состав древнего Мирового океана


INFOX.ru

Британские и американские ученые под руководством доктора Розалинды Коггон (Rosalind M. Coggon) из Имперского колледжа в Лондоне выяснили важную деталь о химическом составе древнего океана Земли. На страницах журнала Science геологи представили новый метод, с помощью которого можно реконструировать химический состав палеоокеана. Суть метода состоит в анализе соотношения химических элементов — кальция и магния, стронция и кальция — в жилах, состоящих из карбоната кальция. Эти жилы находятся в океанической коре в районах срединно-океанических хребтов. Доктор Коггон, например, изучала древние жилы возрастом от 1,6 млн до 170 млн лет на дне Атлантики и Тихого океана.

«Часто многие авторы, пытающиеся реконструировать геохимию древнего океана, руководствуются изотопным составом ископаемых остатков. Такой анализ не всегда дает достоверную информацию, так как часто не удается провести адекватное соответствие между химией ископаемых скелетов и химией среды, в которой они обитали», — говорит доктор Коггон.

По словам ученых, карбонатные жилы формировались по окраинам срединно-океанических хребтов, на участках, где слои осадочных пород совсем тонкие. «Все происходило в тот момент, когда гидротермальные источники выходили на поверхность океанического дна. Но главное — температура у этой поверхности должна была быть не меньше 6°С», — пишут авторы. Иначе метод не работает, ведь при низких температурах реакции между водой океана и базальтами, слагающими дно, практически не идут. А это значит, что карбонаты содержат именно те соотношения элементов, которые преобладали в тот или иной период времени, объясняют ученые.

Доктор Коггон обнаружила, что 170 млн лет назад соотношение кальция, магния и стронция было значительно ниже, чем в современном океане. Но примерно 24 млн лет назад это соотношение вдруг резко изменилось, поднявшись до современного уровня. Ученые считают, что именно в это время площадь океана перестала расти, а потом активность гидротермальных источников на дне океана пошла на убыль. И уменьшилась активность химического взаимодействия между водой и океанической корой. Что было еще раньше

По одной из версий, океан стал формироваться на Земле примерно 4 млрд лет назад (через 600 млн лет после образования нашей планеты). Все началось с процесса дегазации мантии. Тогда мантийные расплавы (в основном, базальты) вскипали и из глубоких недр поднимались к поверхности Земли, отдавая воду и газы. Ученые рассчитали, что быстрее всего дегазация воды из мантии происходила 2,5 млрд лет назад. (в начале протерозоя). Тогда вода поступала на поверхность Земли со скоростью 1,5 куб. км в год.

Вообще, как считают ученые, рубеж архея и протерозоя стал переломным моментом в накоплении воды. В архее большая часть воды еще внутри мантии диссоциировала на расплавах железа (то есть, взаимодействовала с железом с образованием монооксида железа и водорода), так и не достигнув поверхности. Но уже потом — в протерозое и фанерозое — никакой диссоциации не происходило.

Впрочем, есть версия космического происхождения Мирового океана. Она основана на анализе лунной поверхности, а также концентрации иридия в земной коре и в лунной породе. Согласно данным сторонников этой теории, во время поздней бомбардировки (как раз около 4 млрд лет назад)на Землю прилетело столько комет, что их как раз хватило для заполнения водой основных земных впадин.

Впрочем, примерно 2 млрд лет назад океан был относительно мелким – средние глубины достигали лишь 930 м (средняя глубина современного океана составляет 3800 м). Впрочем, и океаном-то назвать сложно множество изолированных между собой мелких водоемов. Над этими «мини-океанами» возвышались гребни срединно-океанических хребтов, которые потом накрыла вода. Но особенно выделялась громада ядер зарождающихся континентов – их высота достигала 6 км. Уже потом на них начали формироваться континенты, которые потом стали перемещаться, при этом менялась и площадь океана.

Более подробное описание того, что представлял собой океан и как менялся химический состав его воды, можно найти в последнем номере журнала Science.
http://news.rambler.ru/Russia/science/5250795/


07 фев 2010, 18:44
Профиль
Администратор
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 16 май 2009, 05:46
Сообщения: 8500
Сообщение Re: Происхождение жизни на Земле
РЕПОРТАЖ ИЗ ТОННЕЛЯ: ВСЯ ЭВОЛЮЦИЯ НА 127 МЕТРАХ


Это первый опыт создания подобных проектов в России. Его авторы попытались превратить посетителя из пассивного наблюдателя в активного исследователя, а также создать не только полноценную естественнонаучную экспозицию, но и сделать ее понятной и интересной для посетителей любого возраста, доступной на разных уровнях человеческого восприятия – слухового, зрительного, осязательного.

Интерактивная экспозиция «Пройди путем эволюции» являет собой своеобразный лабиринт, тропу со своими загадками и тупиками. Посетители музея, словно герои рассказа Рэя Брэдбери «И грянул гром», могут приобрести билеты в прошлое и совершить путешествие во времени длиной несколько миллиардов лет.

Заслуженный художник РФ Александр Конов, разработавший художественную композицию тоннеля эволюции, подчеркнул, что это была сложная работа. И неудивительно. В тоннеле длиной 127 метров и площадью 180 м2 в концентрированном виде представлены все композиции Дарвиновского музея, которые в реальности занимают площадь 5,5 тысяч м2. Стоит отметить, что экспозиция создана с учетом удобства посетителей-инвалидов – ширина коридора такова, что по нему легко может проехать инвалидная коляска.

Журналистам, которые получили почетное право опробовать новинку первыми, раздали фирменные рюкзачки Дарвиновского музея с маршрутным листом путешественника во времени, светодиодным фонариком, компасом и пол-литровой бутылкой воды. Увлекательное приключение началось…

Когда мы зашли в лабиринт эволюции, после ярко освещенного холла нам здесь показалось довольно темно и непривычно. Мы как будто оказались в большом батискафе, который стремительно несет вас по пространству истории нашей планеты. С первых шагов на нас стали сыпаться сведения из всевозможных информационных табличек и многочисленных мониторов, выполненных в виде иллюминаторов.

Уже при входе в туннель можно в буквальном смысле слова потрогать историю Земли. Достаточно протянуть руку – и мы уже осязаем древнейшие горные породы, возраст которых более 4 млрд. лет: гранит, окаменевшую лаву, гнейс. А неподалеку их «ровесники» – цианобактерии, одни из самых древних обитателей Земли. Они появились 3,8 млрд. лет назад и дожили до наших дней. Благодаря их жизнедеятельности на Земле стал накапливаться кислород. Не было бы их, не было бы и нас с вами.

Немиана, вендоконулярия, трибрахидиум, дикинсония, чарния (с кем из них вы знакомы?) – мягкотелые животные вендского периода, который царил на Земле около 650-570 млн. лет назад. В следующем иллюминаторе-экране нас ожидали новые знакомые. Ведь на смену венду пришел кембрий (570-500 млн. лет назад), а вместе с ним и новые обитатели морей с не менее диковинными названиями: морелла, галлюцигения, опабиния, пикайя… Но могли ли они выйти из воды на земную твердь? Нет. И в этом нам помог убедиться прозрачный светящийся люк шириной в локоть, вмонтированный в пол. На нем надпись-вопрос: «Можно ли выйти на сушу: да, нет?». Стоило нам ответить «Да» и проследовать по стрелке, идущей от этого ответа, мы попали в тупик. Тревожно завыла сирена, а на стене перед собой мы увидели «аварийную» ярко-красную надпись: «Мало кислорода. Нет защитного озонового слоя». Чуть дальше такой же чудо-«люк» напомнил нам, что животные стали осваивать сушу после растений.

Сделав еще несколько шагов, мы увидели мечехвоста – родственника ракоскорпиона, появившегося 500 млн. лет назад и существующего до сих пор, а также куксонию – одно из первых наземных растений.

Далее лабиринт предложил нам сыграть в своеобразную викторину. Фактически – это игра «Кто хочет стать миллионером?». На круглом стенде в стене изображены четыре существа: скорпион, стрекоза, многоножка и бабочка. Кто из них появился в силурском периоде, то есть 443-416 млн. лет назад? Мы подумали и нажали на кнопку, соответствующую порядковому номеру скорпиона. И узнали, что этот ответ правильный – силур дал Земле многоножку и скорпиона, а до появления стрекозы оставалось еще добрых 80 млн. лет, а до бабочки – и того больше – 360 млн.!

Мы двинулись дальше во времени. Каждый наш шаг проносил нас мимо целых исторических периодов и эр! Позади остался дицинодон – представитель вымершей группы зверообразных рептилий, живший в пермском периоде (299-250 млн. лет назад) и питавшийся растениями. Вот начался триас (250-200 млн. лет назад), появились первые динозавры. Малыш-ставрикозавр застыл у дерева в добродушной улыбке. И я смело положил ему в пасть палец.

Среди обитателей юрского периода (200-145 млн. лет назад) – растительный динозавр кентрозавр и морганукодон – ночное млекопитающее в окружении многочисленного потомства. Протоцератопс и яверландия оказались жителями мелового периода (145-66 миллионов лет назад) .

И снова викторина! Яркое, зеленое панно-дерево предлагало из трех динозавров выбрать вероятного предка птиц. Оказалось, что это отнюдь не птерозавр, внешне похожий на парящего альбатроса с громадными зубами, и не каудиптерикс, напоминающий бегущего страуса, а компсогнат, который визуально на птицу совсем не похож. Стоило нажать на соответствующую ему кнопку, как на дереве появилось множество красочных пернатых. И нахохлившаяся любительница ночи сова, и грациозный фламинго, и запасливый пеликан, и крошечный колибри, и грозный беркут – все они произошли от компсогната!

А теперь самое время переместиться в кайнозойскую эру – буквально наступая на окаменелые скелеты динозавров, лежащие под стеклом на полу. Кстати, почему они вымерли? Ученые выдвигают четыре гипотезы: падение гигантского метеорита; млекопитающие съели все яйца динозавров; появление цветковых растений; процессы изменения рельефа. Впрочем, наиболее вероятной причиной гибели динозавров признана комбинация этих факторов.

Посочувствовав несчастной судьбе динозавров, мы отправились дальше. Перед нами – предок лошади эогипнус, «дитя» палеогена (66-23 млн. лет назад), и проконсул – одна из первых человекообразных обезьян. Он сидит на дереве, обхватив ствол четырьмя лапами, и смотрит на нас из неогена (23-1,8 млн. лет назад)!

Вскоре мы узнаем, что многие древние млекопитающие были совсем не похожи на своих современных родственников. Так, древняя свинья эптелодон имела рост 1,5 метра, а древний носорог индрикотерий был самым крупным сухопутным млекопитающим ростом до 8 метров и весом до 30 тонн! Никому не пожелаешь с таким встретиться! А вот древний слон меритерий – первое хоботное, чей рост около 70 см и вес 200 кг, – значительно уступает своему сородичу из новейшего времени, обладающего массой 5-7 т. Зато верблюд синтегоцерас (рост 3 м) и еж дейногалерикс (длина более 50 см и вес около 9 кг) сегодня бы выглядели мутантами.
Прямо напротив цветного панно с древними млекопитающими мы померились ростом с древними людьми – австралопитеками, обитавшими в Африке 4,2-1,2 млн. лет назад. Ученые различают семь их видов. Самые маленькие афарские австралопитеки вырастали до 140 см, а самые рослые австралопитеки Бойса – до 170-180 см. А у вас какой рост?

Но это еще было не все. Мы смогли сравнить размер своей ноги с ногой афарского австралопитека, смело ступив на светящийся люк с очертаниями стопы. Проходя мимо хижины гейдельбергского человека, мы узнали, что он обитал в Африке и Европе 800-345 тыс. лет назад. Там же нам предложили ответить на вопрос, какие камни можно использовать для высечения огня. Мы нажали на кнопки, расположенные напротив кремня и пирита, и в очаге хижины, облизывая красно-желтым языком потрескивающие сучья, загорелся огонь. Нажатие кнопки известняка оставило нас без огня. Так можно и замерзнуть, и голодным остаться, и к страшному зверю на обед угодить… Кстати, одним из самых опасных врагов австралопитеков был саблезубый хищник махайрод.

Время не ждет, и мы всего в 200 тыс. лет от наших дней – наш шаг стал более уверенным. Хотя уже чувствуется некоторая усталость. Шутка ли, за один день прожить 4 миллиарда лет! Слева от тропинки зуб мамонта. Мы его приподняли. Знаете, килограмма 2-3 будет. После этого можно только догадываться, сколько весил сам обладатель зуба. Хотя лучше всего не гадать, а составить пропорцию с тремя известными параметрами – своей массой, весом своего зуба и весом зуба мамонта. Из этой пропорции я вычислил вес мамонта – у меня получилось около 25 тонн.
Мы заглянули и в пещеру неандертальцев, которые, кстати, по последним данным науки, не являются предками современного человека – это тупиковая ветвь эволюции.

Последняя остановка – появление на Земле человека разумного (около 150 тыс. лет назад). Наше путешествие, сопровождавшееся плеском волн, то злобными, то жалобными криками животных и птиц, а подчас и возгласом человека, ставшего жертвой страшного хищника, топотом копыт, шумом пламени в домашнем очаге, подошло к концу. Напоследок мы увидели изображение мамонта, сделанное древним художником 15 тыс. лет назад, и сделать отпечаток этого рисунка себе в блокнот на память.

По словам директора Государственного Дарвиновского музея Анны Клюкиной, которой принадлежит идея и научная концепция проекта, экспозиция посвящена 200-летию со дня рождения Чарльза Дарвина, которое мировое сообщество отметило в прошлом году. Над созданием экспозиции музейные специалисты, дизайнеры, скульпторы, видеоинженеры, звукорежиссеры трудились четыре года.

Экспозиция относится к числу постоянных и будет совершенствоваться. Например, все надписи, которые пока имеют только русскоязычное написание, возможно, будут выполнены и на английском языке.

источник: Журнал "Наука и Жизнь"

http://www.inauka.ru/news/article99297.html


20 фев 2010, 14:32
Профиль
Администратор
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 16 май 2009, 05:46
Сообщения: 8500
Сообщение Re: Происхождение жизни на Земле
25 февраля 2010 г.Элена Дузи | La Repubblica

Результаты ошибочной эволюции человека

То, что помогало первобытным людям выжить, сегодня очень часто вредит человеку, пишет Элена Дузи в статье, напечатанной в газете La Repubblica.

Если бы инопланетянин внимательно изучил нас, он пришел бы к выводу, что у людей очень странная анатомия. Особенности, которые на протяжении тысячелетий помогали человеку выживать в тропической саванне, при современном образе жизни, когда он проводит жизнь между автомобилем, письменным столом, ТВ и компьютером, сплошь и рядом превращаются в большое неудобство. "По многим признакам, человек плохо приспособился к современной жизни, - говорит биолог-эволюционист из Йельского университета Стивен Стернз. - Многие врачи приходят к выводу о том, что эволюция очень важна для понимания современных болезней".

Классический пример - ожирение. Метаболизм человека сформировался для сбережения энергии и способности пережить неурожайные годы. "Поворотный момент наступил 10-12 тысяч лет назад, в период неолита, когда человек из пастуха и собирателя-кочевника превратился в землепашца и животновода, - говорит биолог Петтенер. - Тысячелетняя работа эволюции была сведена на нет новым образом жизни, и самой дезориентированной оказалась иммунная система". Сначала этой системе приходилось защищать человека от некоторых видов продуктов, но потом появились вирусы, передающиеся от домашних животных к диким и наоборот, люди стали жить большими общинами, и эпидемии стали распространяться с большей легкостью. По мнению ученых, птичий и свиной грипп - также следствия сбоя, произошедшего в эпоху неолита.

Некоторые органы утратили свою полезность и превратились в источник болезни, как, например, аппендикс. А система предупреждения об опасности, готовящая сердце к более активным сокращениям и повышению кровяного давления, в наши дни, при малоподвижном образе жизни, может привести к различным сердечно-сосудистым заболеваниям.

Антропологи шутят, что одним из первых эволюционных изменений в будущем станет увеличение большого пальца вследствие активного использования sms-сообщений.

Источник: La Repubblica


27 фев 2010, 13:58
Профиль
Администратор
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 16 май 2009, 05:46
Сообщения: 8500
Сообщение Re: Происхождение жизни на Земле
25 марта 2010 г.Паоло Виртуани | Corriere della Sera

Найден новый гоминид. Историю человеческого рода придется переписывать?

Он жил 40 тысяч лет назад одновременно с неандертальцами и homo sapiens, нашими прямыми предками, пишет Паоло Виртуани в статье, напечатанной на сайте газеты Corriere della Sera.

"Если команда ученых, которая изучала костный фрагмент, найденный в одной пещере в горах Алтая, у границы с Монголией, права, то историю человеческого рода придется переписывать", - пишет издание.

По мнению Йоханеса Краузе из Института эволюционной антропологии Общества Макса Планка в Лейпциге, кусочек кости фаланги пальца, обнаруженный в 2008 году в Денисовой пещере, принадлежал виду гоминида, отличавшемуся как от неандертальцев, так и от homo sapiens, то есть от наших предков, пишет автор статьи. Возраст находки - 40 тысяч лет. Между тем ученые до последнего времени были убеждены, что в тот период в Евразии обитали лишь два упомянутых вида. Если будет доказано существование третьей ветви, то придется пересматривать все имеющиеся на данный момент представления.

В ходе исследований ученые пришли к выводу о том, что Алтайский гоминид мог контактировать как с неандертальцами, останки которых были найдены в 100 км от Денисовой пещеры, так и с homo sapiens, племена которых обитали на Алтае более 40 тысяч лет назад.

В 2003 году на индонезийском острове Флорес были обнаружены останки гоминида, жившего 13 тысяч лет назад и получившего название Хоббит. Не исключено, что речь идет о четвертом виде гоминидов, живших одновременно с древними людьми. Но в отношении этих останков в научном мире нет единого мнения, уточняет автор статьи.

"Я крайне удивлен этой находкой", - заявил Сванте Паабо, директор отделения генетики Института Макса Планка. Он очень осторожно подчеркнул, что надо дождаться результатов анализа генома, полученного из ядра клеток останков, чтобы установить, принадлежит ли Денисов гоминид к новому виду или просто представляет особую эволюционную линию", -пишет издание. Осторожную позицию занимает и итальянский антрополог из Болоньи Фьоренцо Факкини: он убежден, что выводы можно будет делать только после углубленных исследований. Напротив, британский ученый Теренс Браун уже опубликовал в журнале Nature комментарий к исследованию. Если анализы будут подтверждены, "потребуется пересмотреть историю последней колонизации Евразии человеком", считает он.


Источник: Corriere della Sera


25 мар 2010, 20:41
Профиль
Администратор
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 16 май 2009, 05:46
Сообщения: 8500
Сообщение Re: Происхождение жизни на Земле
КЛЕТКА ДЛЯ СОЗДАТЕЛЯ

Герман ПЕТЕЛИН

Есть ли жизнь на Марсе или нет — науке до сих пор неизвестно. Как неизвестно и то, каким образом вообще могла возникнуть жизнь во Вселенной и на Земле в частности. Но на этот счет существует множество гипотез.

Например, британские ученые недавно объявили, что жизнь появилась из газов, а первую энергию для первой жизни дала химическая реакция гидротермальных источников на дне первых земных океанов.

Но не унимаются и сторонники теории космического происхождения жизни на Земле.

Так, группа ученых под руководством Филиппа Шмитт-Копплина (Philippe Schmitt-Kopplin) из немецкого Института экологической химии (Institute for Ecological Chemistry), обнародовала сенсационные результаты своих исследований, согласно которым так называемый Мерчисонский метеорит, упавший на Землю в 1970 году, содержит миллионы различного рода органических молекул. А поскольку возраст Мерчисона равен 4,65 миллиарда лет, то можно сделать вывод, что предшествовавшая жизни на Земле химическая эволюция началась задолго до появления нашей планеты.

Третья категория ученых не делит теорию происхождения жизни на земную и космическую — их очень интересует ответ на вопрос: а собственно говоря, каков механизм появления жизни во Вселенной?

С одним из апологетов таких исследований побеседовал наш корреспондент. Знакомьтесь — Михаил Крицкий, заведующий лабораторией эволюционной биохимии Института биохимии имени А. Н. Баха РАН, профессор, доктор биологических наук.

— Михаил Сергеевич, давайте начнем с того, о чем многие слышали, — о теории панспермии. Так что же это такое?



— Теория панспермии — это возможности переноса органических соединений, спор микроорганизмов с одного космического тела на другое. Но она совершенно не дает ответа на вопрос, как зародилась жизнь во Вселенной? Возникает необходимость обоснования возникновения жизни в той точке Вселенной, возраст которой, согласно теории Большого взрыва, ограничен 12-14 миллиардами лет. До этого времени не было даже элементарных частиц. А если нет ядер и электронов, нет и химических веществ. Потом в течение нескольких минут возникли протоны, нейтроны, электроны, и материя вступила на путь эволюции.

— Наверняка здесь не обошлось без вмешательства Творца?

— В принципе, идея Бога не противоречит теории зарождения жизни. Если, конечно, под Богом понимать некую организующую систему, а не старца с бородой, как его представляют в настенной росписи храмов. Кстати, с основоположником абиогенеза академиком Александром Ивановичем Опариным однажды произошел курьезный случай, в 1950-х годах. Он читал лекции в Италии по проблеме происхождения жизни. После доклада ему сказали, что с ним хочет поговорить президент Папской академии наук Ватикана. Александр Иванович был убежденным атеистом и материалистом, считал, что его теория абиогенеза не оставляет камня на камне от божественной версии и приготовился к спору. Но вместо этого священник пожал Опарину руку, поблагодарил за лекцию и воскликнул: «Профессор, я восхищен тем, как прекрасно вы вскрыли промысел Божий!».

Впрочем, католики терпимее к науке, и в отличие от наших православных батюшек давно официально признали возможность дарвиновской эволюции.

— Сегодня теория Опарина подвергается серьезным нападкам естествоиспытателей...

— Честно говоря, Опарин разработал не теорию, а концепцию, ключевые моменты которой и составили основу современных представлений о происхождении жизни. Его работа «О происхождении жизни» была на¬печатана еще в 1924 году, а чуть поз¬же свою теорию, очень похожую на опаринскую, обосновал английский биолог Джон Холден. Но и сегодня на Западе теорию абиогенеза часто называют теорией Опарина-Холдена. Но следует учитывать, что с точки зрения современной науки представ¬ления ученых 20-х годов были иногда весьма наивны.

— Например?

— В отличие от других биологов начала XX века, считавших, что самые первые примитивные живые организмы обладали фотосинтетическим аппаратом, Опарин пришел к выводу, что это невозможно, поскольку процесс фотосинтеза очень сложен, и вначале должны были возникнуть хищники, которые поедали какую-то органику. Органика, в свою очередь, должна была возникнуть абиогенно — из неживых соединений. При этом синтез должен был идти в от¬сутствие кислорода, который мешает возникновению такой органики. А тот уровень кислорода в атмосфере, который есть сейчас, был достигнут много позднее — лишь после возникновения фотосинтеза...



Теория Опарина

В развитии учений о происхождении жизни существенное место занимает теория биогенеза — происхождение живого только от живого. Но многие считают ее несостоятельной, поскольку она принципиально противопоставляет живое неживому и утверждает отвергнутую наукой идею вечности жизни. Абиогенез — идея о происхождении живого из неживого — исходная гипотеза современной теории происхождения жизни. В 1924 г. известный биохимик А. И. Опарин высказал предположение, что при мощных электрических разрядах в земной атмосфере, которая 4-4,5 млрд лет назад состояла из аммиака, метана, углекислого газа и паров воды, могли возникнуть простейшие органические соединения, необходимые для возникновения жизни. Предсказание академика Опарина оправдалось. В 1955 г. американский исследователь С. Миллер, пропуская электрические заряды через смесь газов и паров, получил простейшие жирные кислоты, мочевину, уксусную и муравьиную кислоты и несколько аминокислот. Таким образом, в середине XX века был экспериментально осуществлен абиогенный синтез белковоподобных и других органических веществ в условиях, воспроизводящих условия первобытной Земли.

- Михаил Сергеевич, какой-то замкнутый круг получается. Тем не менее в СМИ часто появляются сообщения о все новых и новых гипотезах зарождения жизни. Одни ученые утверждают, что необходимые процессы протекали где-то в космосе, а потом жизнь была занесена на Землю, другие, как Опарин, говорят о первичном бульоне, образовавшемся в ходе постепенной химической эволюции, третьи — о «живородящей» глине…

— В воде, точнее в растворе, мало что могло произойти, потому что процессы в растворе идут абсолютно хаотично, а все соединения очень неустойчивы. Глина современной наукой — точнее, поверхность частиц глинистых минералов — рассматривается как матрица, на которой могли образовываться первичные полимеры. Но это тоже только одна из многих гипотез, каждая из которых имеет свои сильные и слабые стороны. Но чтобы смоделировать зарождение жизни в полном масштабе, нужно действительно быть Богом. Хотя на Западе сегодня уже появляются статьи с названиями «Конструирование клетки» или «Моделирование клетки». Например, один из последних нобелевских лауреатов Джеймс Шостак сейчас активно предпринимает попытки создания эффективных клеточных моделей, которые размножаются сами по себе, воспроизводя себе подобных.

Ошибка Дарвина

Чарльз Дарвин и его современники полагали, что жизнь могла возникнуть в водоеме. Этой точки зрения многие ученые придерживаются и в настоящее время. В замкнутом и сравнительно небольшом водоеме органические вещества, приносимые впадающими в него водами, могли накапливаться в необходимых количествах. Затем эти соединения еще больше концентрировались на внутренних поверхностях слоистых минералов, которые могли быть катализаторами реакций. Современные ученые считают, что отец теории эволюции очень заблуждался.


— Но всегда есть теория, которой серьезные ученые отдают наибольшее предпочтение.

— Сейчас одной из доминирующих гипотез является теория РНК, которые предшествовали сегодняшнему клеточному миру. Чтобы ее понять, давайте для начала рассмотрим, как функционирует современная клетка. Ее основу составляют ДНК, РНК и белки. ДНК и РНК хранят и передают генетическую информацию, а белки ферменты катализируют химические реакции, которые поддерживают всю систему в рабочем состоянии. Структура всех белков-катализаторов записана в гене. Это очень сложная система. Поэтому возникла идея того, что у клетки был прародитель. В конце XX века выяснилось, что молекула РНК сама может служить катализатором, то есть избирательно ускорять химические реакции, например, соединять между собой аминокислоты и самовоспроизводиться. И сейчас ученые склоняются к тому, что живой мир изначально состоял из молекул РНК и представлял собой множество колоний. В этих колониях происходил своеобразный естественный отбор, который привел к тому, что молекулы, связанные между собой родством, превратились в липидную (жировую) оболочку. И такая протоклетка могла получиться совершенно случайно. Но, например, я не могу отнести себя к сторонникам какой-то определенной теории. Моя лаборатория занимается моделированием тех или иных этапов эволюции органического вещества. Мы исследуем, как могло происходить изменение и усложнение органических молекул в примитивных, добиологических условиях.

— Каковы результаты ваших исследований?

— Наши модели, конечно же, еще не живые, но они показывают, что до появления клетки, могли сформироваться довольно сложные системы. Это искусственные модели, рукотворные, но их образование легко могло происходить на Земле до появления жизни. Одна из наших моделей, например, вообще не требует никакой органики. Все процессы проходят как раз на глине. Но эта система может использовать только ультрафиолетовый свет, в отличие от другой, которая способна работать и при видимом свете. По природе такая модель состоит из абиогенных полимеров аминокислот, а ведь аминокислоты (это сегодня известно) могут быть образованы без участия живых организмов из простых соединений вроде аммиака, метана...

— Однако, эти системы, как вы сказали, искусственные, и их нет в естественной природе?

— Да, хлорофилл оказался эффективнее, он, например, лучше поглощает фотоны, чем те пигменты, которые работают в нашей модели. Но здесь важно вот что. Аденозинтрифосорная кислота (АТФ) — это одно из самых важных, самых необходимых веществ любой клетки. Это вещество постоянно работает, участвуя в обмене веществ, и очень быстро обновляется. У человека продолжительность жизни одной молекулы АТФ менее минуты. Человеческий организм синтезирует около 40 кг АТФ в день. Причем никакого запаса не создается, а без АТФ жизнедеятельность невозможна. То есть это универсальный источник энергии для всех биохимических процессов. И вот это соединение в значительных количествах могло образовываться в условиях, когда еще и в помине не было ни клеток, ни настоящих ферментов!



— Получается, что ученые, выдвигая свои гипотезы о происхождении жизни, спорят скорее об отдельных механизмах длинной цепочки преобразования неживой материи в живую? Может быть, когда-то удастся из этих «механизмов» собрать «единый конвейер»?

— Академик Опарин говорил, что даже если ученые смогут воспроизвести искусственную модель зарождения жизни, то это отнюдь не будет означать, что жизнь произошла именно таким образом, а не каким-то иным. Существует множество вопросов, которые поначалу кажутся ясными и абсолютно доказанными, но вскоре все они подвергаются сомнениям. Это как Евклидова геометрия — считалось, что сумма всех углов треугольника равна 180 градусам. А потом появился Лобачевский и доказал, что это не обязательно так, а все зависит от пространства. Так что наука — это такая вещь, где все подвергается сомнению, в отличие от религии, где все принимается на веру.

Этапы большого пути

Катархей — геологическая эра Земли, длившаяся от ее образования до зарождения жизни. В те далекие времена, когда безжизненная Земля была окутана ядовитой для живых существ атмосферой, лишенной кислорода, сверкали молнии, извергались вулканы и жесткое ультрафиолетовое излучение пронизывало атмосферу и верхние слои воды, из окутавшей Землю смеси паров сероводорода, аммиака, угарного газа начинают синтезироваться первые органические соединения, возникают свойства, характерные для жизни. Такую картину эры катархея, длившуюся от 5 до 3,5 млрд лет до н.э., представляют некоторые гипотезы. Но, например, Вернадский считал, что биосфера геологически вечна, т.е. жизнь на Земле существует столько же времени, сколько и сама Земля как планета.

Следующий этап назван Архей, 3,5-2,6 млрд лет назад. К о времени архея относится возникновение первых прокариот (бактерий) — которые не обладали оформленным клеточным ядром и хромосомным аппаратом. В отложениях архея найдены также остатки нитчатых водорослей. В этот период образуется почва, в атмосфере снижается содержание метана, аммиака, водорода и начинается накопление углекислого газа и кислорода.

Протерозой, 2,6 млрд — 570 млн лет назад. Возникновение многоклеточных. Конец протерозоя называют веком медуз.

Палеозой, 570-230 млн лет. Характерно интенсивное развитие наземных растений и выход на сушу животных.

Мезозой, 230-67 млн лет. Эра пресмыкающихся — их расцвет и вымирание.

Кайнозой, 67 млн лет — наше время. Расцвет цветковых растений, насекомых, птиц и млекопитающих.

Источник: "Российский космос"
http://www.inauka.ru/analysis/article100179.html


01 апр 2010, 12:28
Профиль
Администратор
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 16 май 2009, 05:46
Сообщения: 8500
Сообщение Re: Происхождение жизни на Земле
Новый предок: Что поведал палец

Крохотный остаток кости – все, что понадобилось генетикам для поразительного открытия: на территории нашей Сибири некогда проживал гоминид, до сих пор неизвестный науке. Эту находку ученые буквально «высосали из пальца». В хорошем смысле слова.

Исследование стало уникальным хотя бы потому, что выводы ученые делали не архаическим методом, на основе анализа скелета ископаемых останков, а с помощью ДНК-анализа. Фрагменту кости пальца, обнаруженного в горах Алтая, 40 тыс. лет, но и этого оказалось достаточно, чтобы установить, что в те далекие годы существовали не только неандертальцы и человек разумный, но и третий, ранее неизвестный вид гоминид.

Находка вносит новые элементы в чрезвычайно запутанную историю эволюции нашего вида. Ведь если к этой тройке добавить и недавно открытых «хоббитов», миниатюрных гоминид вида Homo floresiensis, это означает, что 4 десятка тысяч лет тому назад разнообразие разумных приматов было впечатляющим. Хотя лишь одному виду удалось выжить до нашего времени.

Эта же история началась в 2008 г., когда археологи Новосибирского отделения РАН Михаил Шуньков и Анатолий Деревянко, работая в находящейся в Алтайских горах Денисовой пещере, обнаружили фрагмент пальцевой кости. Пещера эта довольно примечательна и давно привлекает самое пристальное внимание специалистов: считается, что самые глубокие ее археологические слои относятся аж ко времени 100 тыс. лет назад. Здесь обнаружены останки и инструменты как неандертальцев, так и человека разумного. А помимо прочего – целый набор отдельных костных фрагментов, слишком разрозненных для того, чтобы можно было по одному их виду с уверенностью отнести их к тому или иному виду гоминид.

Кость, найденная Шуньковым и Деревянко, выделена из археологического слоя, возраст которой, по данным радиоуглеродного анализа, составляет от 30 до 48 тыс. лет. Часть этого образца – всего 30 мг – была передана немецким исследователям, которые сумели выделить из нее и секвенировать все 16569 пар оснований митохондриальной ДНК. Эта часть нашего генома расположена отдельно от основного, не в ядре клетки, а в ее «энергостанциях», митохондриях, и является одной из самых консервативных, т.е. медленно изменяющихся. Поэтому мтДНК считается отличным инструментом в работе эволюционистов.

Затем ученые сравнили эти результаты с данными о составе мтДНК, полученными у 54-х современных людей, живущих в разных частях мира, а также с мтДНК нашего предка, жившего также на территории современной России, но 30 тыс. лет назад, а также с 6-ю образцами мтДНК неандертальцев.

Тут-то их и ждал главный сюрприз. По последовательности мтДНК неандертальцы отличаются от современных людей примерно в 202-х позициях, а обнаруженные в Денисовой пещере останки – аж в 385-ти (и в 376-ти – от неандертальцев). Когда ученые добавили к анализу данные о мтДНК современных шимпанзе и бонобо (карликовых шимпанзе), выяснилось, что этот неизвестный вид гоминид имел общего с нами и с неандертальцами предка, но наши эволюционные «дорожки» разошлись примерно 1 млн лет назад.

Так кем же были эти таинственные гоминиды? Для азиатского человека прямоходящего (Homo erectus), который мигрировал из Африки около 1,8 млн лет назад, 40 тыс. лет – слишком поздний срок. А для человека гейдельбергского (Homo heidelbergensis, который считается нашим общим с неандертальцами предком), распространившегося в Африке и Европе примерно 650 тыс. лет назад, - слишком ранний. Как говорят специалисты, «не существует свидетельств тому, что эти или какие-то другие известные виды гоминид обитали в центральной Азии в это время». Судя по всему, мы имеем дело с ранее неизвестным видом, «после-прямоходящим» и «до-гейдельбергским».

Пока что официального имени новое существо не получило – и, скорее всего, с этим торопиться не стоит. По крайней мере, пока о нем не станет известно что-нибудь большее, помимо состава мтДНК «из кончика пальца». Ведь все мы помним, какой сенсацией казалось обнаружение Иды, «недостающего звена» в эволюционной цепочке от древних приматов к людям, – и какой иронией оно обернулось. Впрочем, об этой истории мы уже рассказывали вам в заметке «Слабое звено».

По информации Nature News

http://www.popmech.ru/article/6865-novyiy-predok/


03 апр 2010, 14:25
Профиль
Администратор
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 16 май 2009, 05:46
Сообщения: 8500
Сообщение Re: Происхождение жизни на Земле
Ученые нашли Землю богов

ИА REGNUM

Легендарная страна Пунт, которая считается краем благовоний и экзотических товаров, или так называемая Ta-netjer- Земля богов, находится на территории Эритреи и Восточной Эфиопии. К такому выводу, как сообщает Capitaleritrea news, пришли ученые из США и Египта после того, как провели ряд исследований на хранящихся в Британском музее мумиях бабуинов, которые около 3000 лет назад являлись одним из товаров, который древние египтяне привозили из Пунта.

Специалисты взяли образцы обезьяньей шерсти и с помощью изотопного анализа кислорода смогли определить происхождение животных. Ученые пришли к заключению, что изотопный состав кислорода у обезьян из Сомали, Йемена и Мозамбика (ученые чаще всего называют эти места в качестве местонахождения древней цивилизации Пунт) сильно отличается от состава кислорода в мумиях. Тогда как данные по бабуинам из Эритреи и Восточной Эфиопии полностью совпали.

Ученым также удалось примерно определить местонахождение порта, которым пользовались древние египтяне для экспорта бабуинов и других товаров из Пунта в Египет. По предварительным данным, он находился где-то поблизости с современным эритрейским городом Массауа на Красном Море.


27 апр 2010, 20:51
Профиль
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 13 ] 


Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 6


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Перейти:  
cron