Теории происхождения жизни. Условия, необходимые для возникновения и развития жизни на планетах Какие условия необходимы для возникновения жизни

Трудно точно сказать, сколько сотен миллионов лет назад создались условия для возникновения жизни на Земле - появилась влага , определенные устойчивые температуры и первичные углеродные соединения , послужившие основой для создания белковых тел с новым свойством - самообменом .

Эволюция материи на Земле

Совершенно очевидно, что возникновению такого замечательного свойства материи, преобразившего нашу планету, предшествовал очень длительный период эволюции этой материи на Земле .

Если мы хотим понять, как произошла наша жизнь, мы должны проследить историю развития материи.

Академик А. И. Опарин Эволюция материи на Земле.

Развитие материи от неживого вещества к живому

Как известно, современная жизнь может развиваться и существовать в довольно узких температурных границах. Известны полярные водоросли красный снег , способные расти даже при минус 30 градусах, и водоросли горячих источников , существующие при плюс 70-90 градусах. Эти температуры и нужно рассматривать как возможные температурные пределы условий, в которых могла зародиться жизнь. По мере остывания земной коры на нашей планете постепенно возникали и усложнялись различные химические соединения. Синтетическая химия помогает выяснить условия, необходимые для возникновения жизни на Земле. Достижения химии полностью подтверждают предполагаемый ход развития материи от неживого вещества к живому . Например, знаменитый русский химик А. М. Бутлеров в 1861 году, соединив формалин (ядовитое вещество, в состав которого входят углерод, водород, кислород) с водным раствором извести, получил сахаристое вещество. Позднее были искусственно получены и жиры. А академику А. Н. Баху впервые удалось синтезировать вещества, близкие к простейшим белкам.

Гипотезы о происхождении жизни на Земле

В ХIХ столетии существовало несколько гипотез о происхождении жизни на Земле. Некоторые из них имели видимость научности и опирались якобы на достижения физики и химии.

• Широко были распространены гипотезы, по которым жизнь на Земле развилась из ничтожно малых зародышей, перенесенных на Землю из мирового пространства. Переносчиками жизни якобы являлись метеориты, то-есть падающие на Землю небесные тела.
• Позднее, когда известный русский физик Лебедев доказал существование давления света, возникла гипотеза о возможности перенесения зародышей жизни с планеты на планету лучами света.

Но эти гипотезы на самом деле ничего не объясняли, так как оставался нерешенным главный вопрос: как же возникла жизнь где-то там, откуда она якобы была перенесена на нашу Землю? В ХIХ веке была выдвинута гипотеза происхождении жизни на основе понимания общих законов развития природы.

• Жизнь не была занесена к нам откуда-то из мирового пространства, а возникла здесь, на Земле, как новая ступень в развитии материи. Материя в условиях остывавшей планеты давала все более и более сложные химические соединения. В результате длительного развития материи возникала высшая ее форма - белковое вещество с новым свойством самообновления. Таким образом, объяснить, как произошла жизнь, это значит объяснить, как возник белок.

Теория происхождения белковых тел

Самая известная теория происхождения белковых тел разработана ученым академиком А. И. Опариным . Он много лет занимался изучением вопросов о происходивших на Земле процессах, в результате которых из неживой материи возникла жизнь. Опарин обращает особое внимание на условия, способствовавшие возникновению живого вещества, а из него - живых организмов. постепенно остывала, но внутреннее тепло планеты, (подробнее: ), заметно проявлялось еще долго: вода океанов нагревалась не только Солнцем, но и подогревалась снизу.
Вода океана. Неприглядный вид имела в то время Земля, (подробнее: ). На просторах обширного, но еще неглубокого океана местами острыми выступами торчали каменные скалы. Мало еще было осадочных пород, а первые материки имели угловатый, неровный рельеф. Совершенно иной состав, чем теперь, имела атмосфера. В ней почти полностью отсутствовал газообразный кислород (он был связан в кислородных соединениях), зато много было водяных паров и таких веществ, как аммиак, циан и другие. Несомненно, этими веществами была насыщена и вода океанов. Так постепенно создались условия для возникновения многочисленных углеродных соединений - сложных органических веществ . Наибольшее число их возникало, конечно, в водоемах, ибо вода всегда являлась деятельным посредником и участником в химических процессах. Академик А. И. Опарин писал:

Внешние условия, которые создались в водоемах первородного океана мало чем отличались от тех условий, которые мы можем воспроизвести в наших лабораториях. Отсюда ясно, что в любой точке тогдашнего океана, в любой лагуне и высыхающей луже должны были образоваться те же сложные органические вещества, которые получились в колбе Бутлерова, в стакане Баха и других подобных опытах.

Последовательно, шаг за шагом, прослеживает Опарин возможный путь развития неживого вещества и превращения его сначала в простейшие органические вещества, состоящие из углерода, водорода, кислорода и азота , а затем в сложные белки и, наконец, в живые белковые тела . Все эти химические превращения происходили в обстановке, естественной для развития нашей планеты. В каком виде первоначально существовала жизнь на Земле и сколько времени понадобилось, чтобы создались условия для возникновения жизни на Земле, чтобы она приняла более высокоорганизованные формы, - сказать трудно. Относительно этого вопроса высказывают научные предположения, основанные на изучении химических и физических свойств веществ, на астрономических данных о процессах, происходящих во

ВВЕДЕНИЕ

Происхождение жизни на Земле явилось третьим значительным этапом в ряду происхождения нашей вселенной и происхождения Земли.

Существовало масса теорий и гипотез о возникновении жизни на Земле. Среди них миф о «акте сотворения мира Богом», описанный в Библии, гипотезы Аристотеля, Эпикура и Демокрита.

Исследования Луи Пастера в 19-м веке окончательно подтвердили ошибочность представлений происхождения жизни как о спонтанном самозарождении. Правда, они не дали окончательных выводов о происхождении жизни.

И только 3 мая 1924 г. на собрании Русского ботанического общества ученый А.И. Опарин с новой точки зрения рассмотрел проблему возникновения жизни. Его доклад «О возникновении жизни» стал исходной точкой нового взгляда на вечную проблему нашего появления на Земле. Необходимо подчеркнуть, что независимо от Опарина к таким же выводам пришел английский ученый Дж. Холдейн.

Общим во взглядах Опарина и Холдейна было объяснение возникновения жизни в результате химической эволюции. Оба они подчеркивали огромную роль первичного океана как огромной химической лаборатории, в которой образовался «первичный бульон».

Александр Иванович Опарин

Джон Бёрдон Сандерсон Холдейн

УСЛОВИЯ ПОЯВЛЕНИЯ ЖИЗНИ

Зарождение жизни не произошло само по себе, а совершилось благодаря определенным внешним условиям, сложившимся к тому времени. Главное условие возникновения жизни связано с массой и размерами нашей планеты. Доказано, что если масса планеты больше чем 1/20 массы Солнца, на ней начинаются интенсивные ядерные реакции.

Следующим важным условием возникновения жизни являлось наличие воды (Рис.1 ). Значение воды для жизни исключительно. Это обусловлено ее специфическими термическими особенностями: огромной теплоемкостью, слабой теплопроводностью, расширением при замерзании, хорошими свойствами как растворителя и др.

Рисунок 1. Структура молекулы воды и ее вид в электронном микроскопе

Третьим элементом явился углерод, который присутствовал на Земле в виде графита и карбидов. Из карбидов при их взаимодействии с водой образовывались углеводороды (Рис.2 ).

Рисунок 2. Структура углеводорода

Четвертым необходимым условием являлась внешняя энергия. Такая энергия на земной поверхности имелась в нескольких формах: лучистая энергия Солнца, в частности ультрафиолетовый свет, электрические разряды в атмосфере и энергия атомного распада природных радиоактивных веществ (Рис.3 ).

Рисунок 3. Излучение Солнца и распад радиоактивного вещества на примере Урана-238

ПОЯВЛЕНИЕ ЖИВЫХ СУЩЕСТВ

Земля после ее возникновения длительное время находилась в таком раскаленном состоянии, что никаких химических соединений на ней не могло быть. Первые соединения, которые появились после охлаждения земного шара, были углеводороды и аммиак. В результате химических превращений производных этих веществ и взаимодействия их между собой в водной среде образовались углеводы, аминокислоты, жироподобные вещества и другие сложные органические соединения. Дальнейшие взаимодействия между упомянутыми соединениями привели к возникновению и объединению больших молекул в каплевидные образования, отделенные от окружающего их водного раствора, из которого они могли поглощать разные вещества. В одних случаях поглощение каплями различных веществ могло приводить к распаду этих капель, в других -- к их увеличению. Оставались такие капли, в которых устанавливалось определенное соотношение между процессами синтеза и распада составляющих их веществ, на ход которых влияли различные катализаторы. Впоследствии появились наиболее совершенные каталитические вещества белковой природы -- ферменты, способствующие ускорению химических процессов и усилению их специфичности.

Такие системы, которые были прообразами очень простых живых существ, имели больше шансов сохраниться, чем те системы, в которых процессы шли медленнее и взаимодействие их с веществами водного раствора было менее активным. Таким образом, с известным правом можно утверждать, что в возникновении первых организмов сыграли роль процессы, напоминающие те, которые совершаются при естественном отборе.

Первые организмы были гетеротрофами и в основном питались органическими веществами, возникшими без участия организмов. Размах их синтетических процессов был еще незначителен; создавать из неорганических соединений органические вещества они не могли ввиду отсутствия у них необходимых для этого аппаратов. В атмосфере, окружавшей рассматриваемые организмы, свободного кислорода не было, так как он был поглощен при остывании Земли в процессе различных реакций. Следовательно, у первых организмов диссимиляция происходила по типу брожения с освобождением сравнительно небольшого количества энергии. Это ограничивало их активность и уменьшало возможности синтеза органических веществ, образующихся с поглощением энергии. Строение их было простое, специальных частей, выполняющих определенные функции, еще, вероятно, не было.

Когда на Земле возникли вещества подобные белкам, начался новый этап в развитии материи -- переход от органических соединений к живым существам. Первоначально, органические вещества находились в морях и океанах в виде растворов. В них не было какого-либо строения, какой-либо структуры. Но когда подобные органические соединения смешивались между собой, из растворов выделялись особые полужидкие, студенистые образования -- коацерваты (Рис.4 ). В них концентрировались все находящиеся в растворе белковые вещества.

Рисунок 4. Коацерватная капля под микроскопом

Хотя коацерватные капельки были жидкие, они обладали определенным внутренним строением. Частицы вещества в них были расположены не беспорядочно, как в растворе, а с определенной закономерностью. При образовании коацерватов возникали зачатки организации, однако, еще очень примитивной и неустойчивой (Рис.5 ). Для самой капельки эта организация имела большое значение. Любая коацерватная капелька была способна улавливать из раствора, в котором плавает, те или иные вещества. Они химически присоединялись к веществам самой капельки. Таким образом, в ней протекал процесс созидания и роста. Но в любой капельке наряду с созиданием существовал и распад. Тот или иной из этих процессов, в зависимости от состава и внутреннего строения капельки, начинал преобладать.

Рисунок 5. Организация коацерватной капли

В результате, в каком-нибудь месте первичного океана смешались растворы белковоподобных веществ и образовались коацерватные капельки. Они плавали не в чистой воде, а в растворе разнообразных веществ. Капельки улавливали эти вещества и росли за их счет. Скорость роста отдельных капелек была неодинакова. Она зависела от внутреннего строения каждой из них.

Если в капельке преобладали процессы разложения, то она распадалась. Вещества, ее составляющие, переходили в раствор и поглощались другими капельками. Более или менее длительно существовали лишь те капельки, в которых процессы созидания преобладали над процессами распада.

Таким образом, все случайно возникающие формы организации сами собой выпадали из процесса дальнейшей эволюции материи.

Каждая отдельная капелька не могла расти беспредельно как одна сплошная масса -- она распадалась на дочерние капельки. Но каждая капелька в то же время была чем-то отлична от других и, отделившись, росла и изменялась самостоятельно. В новом поколении все неудачно организованные капельки погибали, а наиболее совершенные участвовали в дальнейшей эволюции материи. Так в процессе возникновения жизни происходил естественный отбор коацерватных капелек. Рост коацерватов постепенно ускорялся. Причем научные данные подтверждают, что жизнь возникла не в открытом океане, а в шельфовой зоне моря или в лагунах, где были наиболее благоприятные условия для концентрации органических молекул и образования сложных макромолекулярных систем.

В конечном итоге усовершенствование коацерватов привело к новой форме существования материи -- к возникновению на Земле простейших живых существ (Рис.6 ). Вообще, исключительное разнообразие жизни осуществляется на единообразной биохимической основе: нуклеиновые кислоты, белки, углеводы, жиры и несколько более редких соединений типа фосфатов.

Рисунок 6. Первые живые существа. Этим остаткам древнейших бактерий 3,5 млрд лет

Основные химические элементы, из которых построена жизнь, -- это углерод, водород, кислород, азот, сера и фосфор. Очевидно, организмы используют для своего строения простейшие и наиболее распространенные во Вселенной элементы, что обусловлено самой природой этих элементов. Например, атомы водорода, углерода, кислорода и азота имеют небольшие размеры и образовывают устойчивые соединения с двух и трехкратными связями, что повышает их реакционную способность. А образование сложных полимеров, без которых возникновение и развитие жизни вообще невозможны, связано со специфическими химическими особенностями углерода.

Сера и фосфор присутствуют в относительно малых количествах, но их роль для жизни особенно важна. Химические свойства этих элементов дают возможность образования кратных химических связей. Сера входит в состав белков, а фосфор -- составная часть нуклеиновых кислот.

Отрывок из книги русского учёного Николая Левашова "Неоднородная Вселенная" Гл. 4

Этот материал непосредственно связан с вопросом " Природы образования планетарных систем ", поэтому для более полного понимания рекомендуется ознакомиться с указанным материалом .

Вопрос о возникновении жизни на нашей планете всегда был «камнем преткновения». С древних времён философы, учёные пытались разгадать тайну жизни. Создавались разные теории, гипотезы о природе живой материи. Все они базируются на постулатах (понятиях, принимаемых без доказательств). Чтобы сохранить эти теории жизнеспособными, позднее вводились новые и новые постулаты.

В настоящее время все существующие научные теории имеют в своём фундаменте десятки, а порой и сотни постулатов. К их числу относится и современная физика. Информация, которую человечество накопило к концу двадцатого века, полностью делает эти теории несостоятельными. Явления, которые учёные наблюдают, посредством приборов или визуально, есть проявления реальных законов природы. Но, реальные законы природы формируются на уровнях макрокосмоса и микрокосмоса.

Всё, с чем человек соприкасается в своей жизни, находится между макрокосмосом и микрокосмосом. Именно поэтому, когда человек с помощью приборов смог заглянуть в микромир, он впервые столкнулся с законами природы, а не с их проявлениями. Материя не появилась из неоткуда. Всё гораздо проще и сложнее одновременно: то, что человек знает о материи и думает, как о завершённом, абсолютном понятии, на самом деле, является лишь маленькой частью этого понятия. Материя действительно никуда не исчезает и ниоткуда не появляется; действительно существует Закон Сохранения Материи, только он не такой, каким его представляют люди. Таким образом, существующие научные теории, основанные на постулатах, оказались мёртворождёнными. Они не смогли дать какого-либо стройного и логического объяснения. Невозможность существующих теорий объяснить условия и причины зарождения жизни не извиняют это незнание. Жизнь на нашей планете появилась более четырёх миллиардов лет назад и её развитие привело к появлению разумности, но существующая цивилизация до сих пор, не может ответить на простой вопрос: что такое жизнь, как она возникла из так называемой неживой материи? Каким образом и почему, неживая материя, вдруг, преобразуется в живую? Без понимания этого вопроса, человечество не может называть себя разумной расой, а только неразумным малышом, для которого пришла пора набираться ума-разума. Итак, какие условия должны были возникнуть на планете, при которых возможно зарождение жизни?

Условия зарождения жизни на планетах

Прежде, чем объяснить природу зарождения жизни, в первую очередь необходимо определить, какие условия должны существовать, чтобы на планете могла зародиться, по крайней мере, белковая жизнь. Девять планет солнечной системы - наглядный пример этому. В данный момент, только на планете Земля существуют необходимые и достаточные условия для жизни или, по крайней мере, сложноорганизованной живой материи. И первоочередной задачей является определение этих условий. Исходя из понимания вышеупомянутых процессов, происходящих на макро- и микроуровнях пространства, можно выделить следующие условия, необходимые для зарождения жизни:

1. Наличие постоянного перепада мерности ς . Величина постоянного перепада мерности и коэффициент квантования пространстваγ i (определяющий количество форм материй данного типа, которые могут слиться в пределах этого перепада) определяют эволюционный потенциал возможной жизни. Кратность этих величин - критерий, дающий представление о количестве качественных барьеров (уровней), возникающих внутри этого перепада мерности. Количество барьеров характеризует качественное многообразие возможной жизни. В том числе, возможность появления разума и его развития. Мерность макропространства, после завершения формирования планеты, возвращается к исходному уровню, который был до взрыва сверхновой звезды. После завершения процесса образования возникает постоянный перепад мерности между уровнем мерности физически плотного вещества (2.89915 ) и уровнем мерности окружающего макрокосмоса (3.00017 ). Таким образом, постоянный перепад мерности является необходимым условием возникновения жизни. Важное значение имеет величина этого перепада. Именно величина перепада определяет эволюционный потенциал живой материи, жизни. Минимальный перепад мерности, при котором возможно зарождение жизни, должен быть равен:

ς = 1γ i (ΔL) (4.2.1)

Появление элементов разума и зарождение памяти, без которой невозможно развития разума, возможно при перепаде мерности, равном:

ς = 2γ i (ΔL) (4.2.2)

Необходимым условием для возникновения разума и его эволюции является перепад мерности:

ς = 3γ i (ΔL) (4.2.3)

Таким образом, используя перепад мерности, как критерий, можно говорить о требовании к качественной структуре пространства-вселенной (для нашего пространства-вселенной (γ i (ΔL) = 0.020203236... ). Только пространства-вселенные, образованные тремя и большим количеством форм материй имеют необходимые условия для зарождения жизни и разума

2. Наличие воды . Вода является основой органической жизни на нашей планете. Конечно же, существуют формы жизни не только на белковой основе. Но для начала, необходимо проследить закономерности возникновения белковой жизни. Необходимо понять, что происходит в нашем собственном доме перед тем, как заглядывать в чужие.

3. Наличие атмосферы . Атмосфера является наиболее динамичной, активной частью планеты. Она быстро и резко реагирует на изменения состояния внешней среды, что очень важно для возникновения жизни. Наличие в атмосфере кислорода и углекислого газов - знак наличия на планете белковой жизни. Атмосфера не должна быть очень плотной и чрезмерно разрежённой. При очень плотной атмосфере излучения звезды не достигают поверхности планеты и не нагревают её. При этом нижние слои атмосферы не поглощают излучения звезды и тепловые излучения поверхностных слоёв планеты. В результате, перепад мерности между освещённой и ночной частями поверхности планеты не возникает. И, как следствие, не возникает движение атмосферных масс в нижних слоях атмосферы. При отсутствии градиента (перепада) мерности вдоль поверхности планеты, не возникают атмосферные электрические разряды. В чрезмерно разрежённой атмосфере нижние слои имеют возможность поглощать излучения звезды и тепловые излучения поверхности. Но, при этом, не возникает движение атмосферных масс, как результат её чрезмерной разрежённости. Как известно, величина и плотность атмосферы определяется размером и массой планеты. Поэтому, только планеты, соизмеримые по размерам и массе с нашей планетой Землёй имеют максимально благоприятные условия для возникновения белковой жизни. Атмосфера не должна быть ни чрезмерно «тяжёлой», ни чрезмерно «лёгкой».

4. Наличие периодической смены дня и ночи. Планетарные сутки не должны быть очень короткими или очень длинными. Планеты с продолжительностью планетарных суток в пределах диапазона 18-48 земных часов имеют максимально благоприятные условия для возникновения жизни. При массовом поглощении фотонов света атомами поверхностного слоя больших площадей, происходит увеличение уровня мерности этого слоя на некоторую величину ΔL. Эта величина соответствует амплитуде волн, которые поглощаются поверхностным слоем планеты (инфракрасное, оптическое, ультрафиолетовое излучения Солнца). В результате этого, перепад между уровнями мерности атмосферы и поверхности планеты в зоне поглощения уменьшается на величину ΔL, в то время, как неосвещённая или ночная часть поверхности сохраняет прежний перепад уровней мерности между атмосферой и поверхностью. Таким образом, возникает перепад мерности между освещённой и неосвещённой зонами поверхности планеты. Возникает параллельный поверхности планеты перепад (градиент) мерности. Определяющее значение имеет величина этого перепада. Дело в том, что молекулы атмосферы находятся под воздействием гравитационного поля планеты, существующего постоянно, как следствие формирования в зоне неоднородности макропространства постоянного перепада мерности, направленного от внешних границ к центру зоны неоднородности.

Гравитационное поле планеты компенсируется тем, что каждый атом или молекула атмосферы имеют уровни собственной мерности, очень близкие к верхней границе диапазона устойчивости физически плотного вещества. Вступает в силу, так называемый, «эффект поплавка», когда каждая молекула или атом стремятся к положению максимально устойчивого состояния равновесия. Именно, благодаря этому, молекулы и атомы атмосферы не падают на поверхность планеты, как молекулы и атомы более тяжёлых элементов. Перепад (градиент) мерности между дневной и ночной зонами направлен вдоль поверхности планеты, что приводит в движение свободные материи параллельно её поверхности от зоны с большим уровнем мерности (освещённая поверхность) к зоне с меньшим уровнем мерности (неосвещённая поверхность). В результате появления второго направления движения свободных материй параллельно поверхности, возникает перепад атмосферного давления Рис. 4.2.1) и уменьшается сила тяжести.

Так как молекулы атмосферы не связаны между собой в жёсткие (твёрдое состояние вещества) или полужёсткие системы (жидкое состояние вещества), то перепад мерности пространства вдоль поверхности приводит к тому, что поток свободных материй увлекает за собой молекулы, образующие атмосферу. Воздушные массы приходят в движение, возникает ветер. При этом, «разогретые» молекулы (молекулы, поглотившие солнечные излучения) перемещаются на неосвещённую территорию, где происходит спонтанное (самопроизвольное) излучение ими волн. Другими словами, вследствие того, что собственный уровень мерности этих молекул выше собственного уровня атмосферы неосвещённой поверхности, этот перепад, между мерностью среды и собственной мерностью разогретых молекул, вызывает неустойчивое состояние последних и провоцирует спонтанное излучение молекулами волн. «Холодные» молекулы, в свою очередь, имеют уровень собственный мерности ниже собственного уровня мерности освещённой территории, что провоцирует массовое поглощение излучений Солнца и тепловых излучений освещённой поверхности. Постепенно происходит выравнивание между собственным уровнем мерности освещенной поверхности и собственным уровнем мерности молекул. При этом, если собственный уровень мерности «холодных» молекул значительно отличается от собственного уровня мерности освещённой территории, происходит снижение последнего. Когда собственный уровень мерности освещённой территории опускается до уровня, так называемой, точки «росы», молекулы воды из газообразного состояния переходят в жидкое. Выпадает роса. Если это происходит на уровне облачности, процесс каплеобразования приобретает цепной характер, и выпадает дождь. При этом, состояние качественного барьера между вторым и физическим уровнями возвращается к норме. В случае, когда этот процесс происходит быстро и резко, скопившиеся на уровне качественного барьера свободные материи стекают лавинообразно. И, как следствие, возникают атмосферные электрические разряды - молнии. Аналогией этому процессу может послужить плотина на реке, у которой открыли все шлюзы, и вся вода, накопленная плотиной, освобождается одновременно. Периодическая смена дня и ночи делает закономерным и естественными описанное выше.

Оптимальными для возникновения жизни являются планеты с продолжительностью планетарных суток в интервале значений 18-48 земных часов. При меньшей продолжительности планетарных суток, описанные выше процессы не достигают уровня, при котором происходит активное движение атмосферных масс и разряды атмосферного электричества, без чего, возникновение органической жизни невозможно. Более длительные планетарные сутки (больше, чем 48 земных часов) приводят к постоянному штормовому состоянию атмосферы планеты, что создаёт тяжёлые условия для возникновения и развития жизни. На таких планетах жизнь может возникнуть только, когда интенсивность излучений звезды, достигающих поверхности планеты, уменьшится до определённого уровня. Только при уровне излучений звезды, когда освещённая поверхность планеты не перегревается, возникают условия для зарождения жизни. Обычно такие условия появляются на последней стадии эволюции звёзд и даже, если на них и возникает жизнь, то она не успевает развиться до сложных форм перед тем, как звезда погибает. Кроме этого, если продолжительность планетарных суток небольшая, перепад мерности не достигает уровня, при котором возникают какие-либо существенные движения масс нижних слоёв атмосферы планеты. Если же продолжительность планетарных суток большая, перепад мерности становится настолько существенным, что приводит к мощным и продолжительным атмосферным бурям и штормам, в результате которых, уничтожается верхний слой планетарного грунта, что создаёт невозможность развития флоры планеты, без которой развитие экологической системы просто невозможно. Штормовое состояние атмосферы вызывает также мощное движение поверхностных слоёв океанов планеты, что, в свою очередь, делает невозможным зарождение жизни в воде.

5. Наличие разрядов атмосферного электричества. Во время разрядов атмосферного электричества, в мрской воде происходит синтез органических молекул. В зоне разряда создаётся дополнительное искривление пространства (изменение уровня мерности), при котором молекулы неорганических соединений, растворённых в воде, соединяются между собой в качественно новом порядке, образуя органические соединения, которые представляют собой цепочки однотипных атомов. Только мощные разряды атмосферного электричества способны создать необходимые условия, при которых уровень мерности достигает критической величины. Две свободные электронные связи каждого из этих атомов в состоянии присоединить к себе, как свободные ионы, так и другие цепочки-молекулы. Атмосферные электрические разряды возникают, как следствие перепада толщины качественного барьера между физическим и вторым уровнями планеты. Когда ночь своим покровом обнимает землю, поверхностный слой планеты начинает охлаждаться и излучать тепловые волны. И, как при всяком излучении, уровень мерности излучающего атома или молекулы уменьшается. Когда это происходит одновременно с триллионами триллионов атомов и молекул на ограниченной территории (площадь, освещённая звездой в дневное время), уровень мерности уменьшается на всей этой территории. Если за день атмосфера и поверхность планеты сильно разогрелись, а ночью произошло резкое охлаждение, возникает скачок уровня мерности. При этом, скопившиеся на уровне качественного барьера свободные материи лавиной обрушиваются вниз. Происходит электрический разряд между атмосферой и поверхностью планеты.

Итак, необходимыми условиями для возникновения жизни на планетах являются:

наличие постоянного перепада мерности,

наличие воды,

наличие атмосферы,

наличие периодической смены дня и ночи,

наличие разрядов атмосферного электричества.

Жизнь зарождается автоматически на всех планетах, где существуют перечисленные выше условия. И таких планет во Вселенной - миллиарды. Наша планета Земля не является уникальным творением природы.

Для возникновения и развития жизни на планете необходимо, чтобы выполнялся ряд условий весьма общего характера. Совершенно очевидно, что далеко не на всякой планете может возникнуть жизнь. Хорошим примером является Луна, практически лишенная атмосферы и полностью лишенная водной оболочки -- гидросферы. Конечно, при таких условиях говорить о какой бы то ни было жизни на Луне не приходится.

Жизнедеятельность любого организма есть, прежде всего, совокупность различных согласованных между собой сложных химических процессов. Жизнь может возникнуть только тогда, когда на планете уже имеются достаточно сложные молекулярные соединения. Само образование таких соединений, химические реакции между ними, в конечном итоге давшие начало живому веществу, и жизнедеятельность образовавшихся на планете организмов требуют, в частности, подходящих температурных условий. Слишком высокие и слишком низкие температуры исключают возможность возникновения и развития жизни. В равной степени губительны для возникновения и развития жизни очень резкие колебания температуры.

Мы можем представить себе вокруг каждой звезды, имеющей планетную систему, область или зону, где температурные условия на планетах не исключают возникновения и развития жизни. Ясно, что в достаточной близости от звезды температуры планет будут слишком высокими для возникновения жизни. Хорошей иллюстрацией сказанному является Меркурий, температура обращенной к Солнцу части которого выше температуры плавления свинца. На достаточно большом удалении от звезды температура планет будет слишком низкой. Нелегко себе представить, например, жизнь на Уране и Нептуне, температура поверхностей которых -200 °С. Нельзя, однако, недооценивать огромную приспособляемость (“адаптацию”) живых организмов к неблагоприятным условиям внешней среды. Следует еще заметить, что для жизнедеятельности организмов значительно “опаснее” очень высокие температуры, чем низкие, так как простейшие виды вирусов и бактерий могут, как известно, находиться в состоянии анабиоза при температуре, близкой к абсолютному нулю.

Температура планеты определяется прежде всего количеством излучения от звезды, падающим на единицу площади ее поверхности за единицу времени. По этой причине размеры “зон обитаемости” для разных звезд различны. Они тем больше, чем выше светимость звезды, т. е, чем более “ранним” является ее спектральный класс.

У красных карликов спектрального класса М, а также поздних подклассов К внешний радиус “зоны обитаемости” становится очень маленьким, меньше, например, радиуса орбиты “нашего” Меркурия. Поэтому вероятность того, что хотя бы одна из планет, обращающихся вокруг таких карликов красных звезд, находится в пределах “зоны обитаемости”, как можно думать, невелика. Следует, однако, заметить, что планетные системы, окружающие звезды, могут по своим характеристикам значительно отличаться от единственной планетной системы, которую мы пока знаем,-- нашей Солнечной системы. В частности, не исключено, что вокруг красных карликовых звезд планеты могут обращаться по сравнительно небольшим орбитам.

Если сделать весьма “оптимистическое” предположение, что планеты, на которых возможна жизнь, имеются у всех звезд главной последовательности, спектральные классы которых более “поздние”, чем F5, и более “ранние”, чем К5, то окажется, что лишь 1--2% всех звезд в Галактике могут быть “обитаемы”. Учитывая, что число всех звезд в нашей звездной системе около 150 млрд., мы приходим к довольно “утешительному” выводу: по крайней мере у миллиарда звезд нашей Галактики могут быть планетные системы, на которых в принципе возможна жизнь.

Нужно, впрочем, считаться с еще одним обстоятельством. Как известно, около половины всех звезд входит в состав кратных систем. Представим себе планету в системе двойной звезды. Вообще говоря, ее орбита будет довольно сложной незамкнутой кривой. Вычисление характеристик такой орбиты представляет достаточно трудную математическую задачу. Это так называемая “ограниченная” задача трех тел. По сравнению с общей задачей о движении трех тел, взаимно притягивающихся по закону Ньютона, “ограниченная” задача проще, так как масса планеты ничтожна по сравнению со звездами и не оказывает влияния на движение звезд.

Двигаясь по своей сложной орбите, планета временами может приближаться к одной из звезд на небольшие расстояния, а временами удаляться от звезд очень далеко. В соответствии с этим температура поверхности планеты будет меняться в недопустимых для возникновения и развития жизни пределах. Поэтому вначале считали, что около кратных звезд не могут быть обитаемые планеты. Но свыше 30 лет назад Су Шухуанг пересмотрел этот вопрос и показал, что в отдельных случаях может быть такое движение планет по периодическим орбитам, при котором температура их поверхностей меняется в допустимых для развития жизни пределах. Для этого нужно, чтобы относительные орбиты звезд были близки к круговым.

Периодические орбиты планет, допускающие развитие жизни, лежат либо внутри поверхности, проходящей через L1, либо снаружи поверхности, проходящей через L2. Если массы обеих звезд одинаковы, то внутри поверхности, проходящей через L1, орбиты, подходящие для развития жизни, будут существовать при условии, что расстояние между звездами а > 2l1/2 (а выражено в астрономических единицах), где l -- светимость каждой из звезд (в единицах светимости Солнца). Когда а станет больше 13l1/2, каждую из компонент двойной системы можно рассматривать для интересующей нас задачи как одиночную звезду.

Заметим, что у многих двойных систем расстояние между компонентами превосходит это “критическое” значение. Следовательно, в принципе вокруг достаточно удаленных друг от друга компонент двойной системы, движущихся по почти круговой орбите, возможно наличие обитаемых планет. В случае, когда компоненты двойной системы достаточно близки друг к другу, подходящие периодические орбиты могут быть вне поверхности, проходящей через L2. Как показывают вычисления Су Шухуанга, при равных массах компонент двойной системы орбиты, подходящие для возникновения и развития жизни, могут быть при условии, что а < 0,4l1/2. Таким образом, в области значений 2l1/2 > а > 0,4l1/2 исключается возможность существования обитаемых планет.

Аналогичные результаты можно получить путем вычисления и для более общего случая, когда массы компонент двойной системы не равны. Таким образом, мы должны сделать вывод, что и в кратных звездных системах, в принципе могут быть планеты, температурные условия на которых не исключают возможности возникновения и развития жизни. Следует, однако, отметить, что вероятность существования таких планет около одиночных звезд значительно выше. Впрочем, возможно, что образование кратных звезд и планет суть процессы, взаимно исключающие друг друга.

Для оценки количества звезд в Галактике, вокруг которых, как можно полагать, обращаются обитаемые планеты, учет кратных звезд не имеет, конечно, серьезного значения, так как мы едва можем грубо оценить только порядок этой величины. При таких расчетах коэффициент 1,5 -- 2 не играет роли. Другое дело, когда речь идет о вероятности существования обитаемых планет в какой-нибудь совершенно определенной кратной системе, по тем или иным причинам представляющей для нас интерес. Например, одна из ближайших звезд -- а Центавра -- кратная система. Естественно, что вопрос о возможном наличии в этой системе обитаемых планет представляет для нас особый интерес.

Центавра является тройной системой. Относительная орбита двух наиболее массивных компонент этой системы -- эллипс с большой полуосью, равной 23,4 астрономической единицы, и с довольно значительным эксцентриситетом: 0,52. Таким образом, расстояние между двумя главными компонентами достаточно велико, чтобы вокруг каждой из них могли существовать подходящие планетные периодические орбиты (см. выше). Однако большая величина эксцентриситета звездных ор-бит требует для этого случая специального рассмотрения (напомним, что приведенные результаты вычислений Су Шухуанга относятся к случаю круговых орбит компонент двойной системы). Нужно, впрочем, заметить, что система а Центавра, по-видимому, сравнительно молодая. Входящие в нее звезды, возможно, еще не “сели” на главную последовательность. Поэтому маловероятно, что там могут быть планеты даже с примитивными формами жизни.

Как уже подчеркивалось, для развития жизни на какой-нибудь планете необходимо, чтобы температура последней находилась в определенных допустимых пределах. Этим требованием определяются размеры и само наличие “зон обитаемости”. Кроме того, необходимо, чтобы излучение звезды на протяжении многих сот миллионов и даже миллиардов лет оставалось приблизительно постоянным. Например, обширный класс переменных звезд, светимости которых сильно меняются со временем (часто периодически), должен быть исключен из рассмотрения.

Однако подавляющее большинство звезд главной последовательности излучает с удивительным постоянством. Например, согласно геологическим данным, светимость нашего Солнца за последние несколько миллиардов лет оставалась постоянной с точностью до нескольких десятков процентов. По-видимому, такое постоянство светимости есть общее свойство большинства звезд главной последовательности. Таким образом, важное условие постоянства светимости звезды -- центра планетной системы -- почти во всех случаях удовлетворяется, во всяком случае, если речь идет о звездах с массой, близкой к солнечной.

Мы довольно подробно рассмотрели температурные условия, при которых возможно возникновение и развитие жизни на той или иной планете, но эти условия, конечно, не единственные. Очень важное значение для рассматриваемой нами проблемы имеют масса образовавшейся каким-либо способом планеты и химический состав ее атмосферы. По-видимому, эти две первоначальные характеристики планеты не являются независимыми. Рассмотрим сперва случай, когда масса образовавшейся планеты невелика. Молекулы и атомы в верхних слоях атомсферы, где ее плотность низка, двигаются с различными скоростями. Часть из них имеет скорость, превышающую “вторую космическую скорость” (астрономы называют эту скорость “параболической”), и будет беспрепятственно уходить за пределы планеты. Этот процесс, до некоторой степени напоминающий испарение, называется “диссипацией”. Очевидно, эффективная диссипация может происходить там, где плотность атмосферы настолько низка, что “ускользающие” атомы уже не испытывают столкновений с другими атомами. Если бы такие столкновения имели место, то они могли бы изменить величину и направление скорости ускользающих атомов, что препятствовало бы диссипации.

Диссипация планетных атмосфер происходит непрерывно, так как всегда найдется некоторое количество молекул (атомов), которые при данной температуре атмосферы имеют скорости, направленные “вверх” и превосходящие параболическую. Однако для разных газов доля диссипирующих частиц будет различной. Больше всего она для легких газов -- водорода и гелия. Само собой разумеется, что количество диссипирующих частиц зависит, и притом очень чувствительно, от температуры атмосферы на тех высотах,- где происходит диссипация.

Таким образом, чтобы на планете могла возникнуть и развиваться жизнь, ее масса не должна быть слишком маленькой. С другой стороны, слишком большая масса планеты также является неблагоприятным фактором. Планеты, массы которых достаточно велики (например, близки к массам планет-гигантов Юпитера и Сатурна), полностью удерживают свою первоначальную атмосферу. Эта “первобытная” атмосфера должна быть очень богата водородом, так как первоначальная среда, из которой образовались планеты, имела примерно тот же химический состав, что и звезды, которые в основном состоят из водорода и гелия.

Часто приходится сталкиваться с утверждением, будто Пастер опроверг теорию самопроизвольного зарождения. Между тем сам Пастер заметил однажды, что его двадцатилетние безуспешные попытки выявить хотя бы один случай самопроизвольного зарождения отнюдь не убедили его в том, что самопроизвольное зарождение невозможно. В сущности Пастер лишь доказал, что жизнь в его колбах за то время, пока длился опыт, и в тех условиях, которые были для этого выбраны (стерильная питательная среда, чистый воздух), действительно не зарождалась. Однако он вовсе не доказал, что жизнь не могла возникнуть из неживой материи никогда, ни при каком сочетании условий.
Действительно, в наше время ученые полагают, что жизнь возникла из неживой материи, но только в условиях, резко отличающихся от нынешних, и на протяжении периода, длившегося сотни миллионов лет. Многие считают появление жизни обязательным этапом эволюции материи и допускают, что это событие происходило неоднократно и в разных частях Вселенной.
При каких условиях может возникнуть жизнь? Есть, видимо, четыре главных условия, а именно: наличие определенных химических веществ, наличие источника энергии, отсутствие газообразного кислорода (02) и безгранично долгое время. Из необходимых химических веществ вода имеется на Земле в изобилии, а прочие неорганические соединения присутствуют в горных породах, в газообразных продуктах извержений вулканов и в атмосфере. Но, прежде чем говорить о том, как из этих простых соединений могли бы за счет различных источников энергии образоваться органические молекулы (в отсутствие живых организмов, которые производят их теперь), обсудим третье и четвертое условия.
Время. В гл. 9 мы видели, что если при наличии фермента то или иное превращение данного количества вещества завершается за одну-две секунды, то в отсутствие фермента для того же превращения могли бы потребоваться миллионы лет. Разумеется, и до появления ферментов химические реакции ускорялись в присутствии источников энергии или различных других катализаторов, но все же они протекали крайне медленно. После того как простые органические молекулы появились, они должны были еще объединяться во. все более крупные и сложные структуры, а вероятность того, что это произойдет, да еще и при надлежащих условиях, кажется поистине ничтожной.
Однако при наличии достаточного времени даже и самые маловероятные события должны рано или поздно произойти. Если, например, вероятность того, что какое-нибудь событие произойдет в течение одного года, составляет 0,001, то вероятность того, что оно не произойдет в течение одного года равна 0,999, в течение двух лет-(0,999)2, а в течение трех-(0,999)3. Из табл. 13.1 видно, сколь мала вероятность того, что это событие не произойдет хотя бы однажды за 8128 лет. И наоборот, чрезвычайно велика вероятность (0,9997) того, что оно произойдет за этот срок хотя бы однажды, а это могло бы уже оказаться достаточным для возникновения жизни на Земле. Вероятность событий, от которых зависело возникновение жизни, была, очевидно, гораздо ниже, чем 0,001, но зато и времени для этого было неизмеримо больше. Земля, как полагают, образовалась приблизительно 4,6 млрд, лет назад, а первые известные нам остатки прокариотических клеток обнаружены в горных породах, сформировавшихся на 1,1 млрд, лет позднее. Таким образом, сколь ни маловероятным представляется появление живых систем, времени для этого было настолько много, что оно, по-видимому, было неизбежным!
Отсутствие газообразного кислорода. Жизнь, несомненно, могла возникнуть лишь в то время, когда в земной атмосфере не было или почти не было 02. Кислород взаимодействует с органическими веществами и разрушает их или лишает их тех свойств, которые делали бы их полезными для предбиологических систем. Это происходит медленно, но все же гораздо быстрее, чем протекали реакции, в результате которых должно было происходить образование органических веществ на первобытной Земле до появления жизни. Поэтому если бы органические молекулы на первобытной Земле соприкасались с 02, то они существовали бы недолго и не успевали бы образовать более сложные структуры. В этом одна из причин того, что самопроизвольное зарождение жизни из органического вещества в наше время невозможно. (Вторая причина в том, что в наши дни свободные органические вещества поглощаются бактериями и грибами еще до того, как их успевает разрушить кислород.)
Геология учит нас, что древнейшие породы образовались на Земле в то время, когда ее атмосфера еще не содержала 02. Атмосферы самых больших планет нашей Солнечной системы, Юпитера и Сатурна, состоят главным образом из газообразного водорода (Н2), воды (Н20) и аммиака (NH3). Первичная земная атмосфера могла иметь такой же состав, но водород, будучи очень легким, вырывался, вероятно, из сферы притяжения Земли и рассеивался
Таблица 13.1. Вероятность того, что данное событие не произойдет
Если вероятность того, что данное событие не произойдет в течение одного года, равна 0,999

в космическом пространстве. Солнечное излучение, гораздо более интенсивное на Земле, чем на внешних планетах, должно было вызывать разложение аммиака на Н2 (тоже ускользавший в космическое пространство) и газообразный азот (N2). В то время когда на Земле зарождалась жизнь, земная атмосфера состояла, вероятно, главным образом из водяных паров, двуокиси углерода и азота с небольшой примесью других газов при почти полном отсутствии Практически весь кислород, содержащийся в атмосфере в настоящее время,-это продукт фотосинтеза, происходящего в живых растениях.