Химическая эволюция

О науке в нашей жизни
Ответить
Аватара пользователя
Сингуляронавт
Сообщения: 1351
Зарегистрирован: Вс мар 02, 2008 11:52 pm

Химическая эволюция

Сообщение Сингуляронавт » Пн июн 28, 2010 2:11 pm

Химическая эволюция или пребиотическая эволюция — первый этап эволюции жизни, в ходе которого органические, пребиотические вещества возникли из неорганических молекул под влиянием внешних энергетических и селекционных факторов и в силу развертывания процессов самоорганизации, свойственных всем относительно сложным системам, которыми бесспорно являются все углерод-содержащие молекулы.

Также этими терминами обозначается теория возникновения и развития тех молекул, которые имеют принципиальное значение для возникновения и развития живого вещества.

Химическая эволюция в Космосе

В начале XX столетия астрономы обнаружили, что галактики разбегаются во все стороны со скоростью 17— 600 км/сек. Это было установлено по "красному смещению" — смещению линий в спектрах галактик в красную часть спектра. Красное смещение объясняется эффектом Допплера: псевдоизменением частоты звучания или частоты излучения при удалении или приближении источника. Американский астроном Э. П. Хаббл установил, что галактики удаляются друг от друга со скоростями, пропорциональными их взаимным расстояниям. Эта закономерность теперь носит название "закона разбегания Хаббла". В соответствии с этим законом, чем дальше друг от Друга находятся галактики, тем быстрее они удаляются друг от друга.

Бельгийский астроном, аббат Ж. Леметр в 1927 г. выдвинул гипотезу для объяснения красного смешения — гипотезу Большого взрыва Первичного атома. Согласно этой гипотезе Вселенная возникла 15—20 миллиардов лет назад. До этого существовал "первичный атом" ("идем", "космическое яйцо"). Он включал все вещество метагалактики, сжатое до размера наперстка, а по мнению некоторых ученых, до шарика, меньшего за головку булавочной иголки. Около 20 млрд. лет назад илем пришел в неустойчивое состояние и произошел "Большой взрыв".

Американский физик Стивен Вайнберг описал последующие события в книге "Первые три минуты". После взрыва образовалась догалактическая плазма, температура которой составляла около ста миллиардов градусов по Кельвину. Через миллион лет температура плазмы снизилась до 3—4 тыс. градусов. Остывание плазмы произошло вследствие ее расширения. При такой температуре началось образование химических элементов — объединение электронов и протонов, до этого разделенных тепловым движением. Первыми образовались атомы водорода. Космическое расширение продолжалось. Но теперь уже разлетались холодные водородные облака. Позже эти облака образовали крупные диффузные протозвезды. Гравитационные силы в диффузных протозвездах привели к конденсации — агрегации (самоуплотнению) вещества. Под влиянием гравитации частицы (атомы водорода) устремлялись друг к другу. При этом их кинетическая энергия увеличивалась, что привело к увеличению силы и частоты столкновений.

Из-за этого центральная часть протозвезды, где гравитационные силы особенно значительны, разогревалась до нескольких миллионов градусов. При таких температурах скорость атомов водорода возрастает настолько, что при их столкновении происходила термоядерная реакция — слияние легких ядер в более тяжелые. При температуре в 1 млн. градусов Кельвина, в результате ядерных реакций, из водорода образовывались ядра гелия. Рост гравитационного сжатия привел к увеличению плотности ядра протозвезды и, следовательно, к росту температуры. При 10 градусов ядра гелия сливаются и образуются-ядра углерода, кислорода, азота, неона. При температуре 10 градусов синтезируются ядра железа, никеля. Более тяжелые элементы образуются с поглощением энергии. Таким образом, звезды представляют собой гигантские термоядерные реакторы, через которые прошла большая часть материи Вселенной. Эволюция звезд заканчивается по-разному. Но часто существование звезд прерывается взрывом. Из-за этого во Вселенной много пыли, газовых облаков, метеоритов.

Первый этап химической эволюции на Земле

Химическая эволюция — это совокупность процессов, протекавших в Космосе и на ранних этапах существования Земли, приведших к возникновению жизни. На первом этапе образовались литосфера, гидросфера, атмосфера. Литосфера возникла вследствие вулканизма. Ежегодно вулканы выбрасывают на поверхность Земли около 1 км. За время существования Земли, при нынешней активности вулканов, было выброшено такое количество лавы, которой достаточно для образования коры Земли.

Гидросфера также создана вулканами: 3 % массы лавы составляет водяной пар. Пар конденсировался. Это привело к появлению осадков и Первичного океана. Атмосфера образовалась при дегазации лав. Вначале Земля имела первичную атмосферу. Но масса юной Земли оказалась недостаточной для удержания газов, и они улетучивались. Земля увеличила свою массу за счет космической пыли и метеоритов: на Землю ежегодно выпадает 107 кг пыли. К тому же Земля, проходя через пылевое облако, могла получать с космической пылью 10" т органического материала. Вторичная атмосфера возникла тоже за счет дегазации лав и состояла из СО, СОз, Нз, НзО, N, МНз. Кислород появился в атмосфере благодаря фотолизу — разложению паров воды в верхних слоях атмосферы солнечными лучами. Позже обогащение атмосферы кислородом шло за счет фотосинтеза. Два с половиной миллиарда лет назад исчезли золотоураносные конгломераты, которые формируются только в отсутствии кислорода. В тот же период появляются красноцветы, образующиеся только при наличии кислорода.

Второй этап химической эволюции на Земле

На этом этапе происходило образование низкомолекулярных органических соединений (аминокислот, спиртов, углеводов, органических кислот). Жизнь на Земле основана на углеродистых соединениях. Почему именно углерод стал основой жизни? Во-первых, потому, что углерод образует соединения в виде крупных молекулярных цепочек. Во-вторых, углеродистые соединения взаимодействуют медленно. В-третьих, углерод образует сложные соединения с особой структурой, существенной для протекания важнейших жизненных процессов.

Химическая эволюция началась задолго до возникновения Земли — она началась в Космосе. В межзвездном пространстве обнаружено более 50 органических соединений. В Космосе обычен формальдегид, окись углерода, вода, аммиак, цианистый водород. Эти вещества, как показали эксперименты, могут быть предшественниками аминокислот и других органических соединений. Во внеземном пространстве обнаружены углеводороды, альдегиды, эфиры, аминокислоты, нуклеотиды, ароматические соединения. Обнаружено вещество, имеющее в своем составе 18 атомов углерода. Синтез примитивных углеводородов, начавшийся в Космосе, продолжался во время формирования Солнечной системы и Земли.

Предположения о процессах второго этапа химической эволюции имеют экспериментальное подтверждение. В 1850 г. немецкий химик А. Штеккер осуществил химический синтез аминокислот из аммиака, альдегидов, синиль ной кислоты. В 1861 г. А. М. Бутлеров, нагревая формальдегид в крепком щелочном растворе, получил смесь Сахаров. Д. И. Менделеев получал углеводы, подвергая карбиды действию водяного пара. Студент Чикагского университета С. Л. Миллер в 1953 г. для дипломной работы, выполненной под руководством С. Фокса, собрал специальный аппарат для проверки возможности абиогенетического синтеза органических соединений. В этом герметическом приборе в течение недели по замкнутой схеме циркулировала смесь газов, которые, по общему мнению, наиболее вероятно содержались в ранней атмосфере Земли: СН4, Н, NH?. Кипящая вода - источник водяного пара — и холодильник поддерживали циркуляцию газовой смеси. В приборе непрерывно пропускали искры при напряжении 60 тыс. вольт. После этого воду подвергли хроматографическому и химическому анализу Было обнаружено 6 аминокислот (глицин, аланин, аспаргиновая и глутаминовая кислоты и др.), мочевину, молочную, янтарную, уксусную кислоты. Всего было обнаружено 11 органических кислот.

В том, что абиогенетический синтез органики возможен, убеждает такой факт: одно извержение вулкана в настоящее время сопровождается выбросом до 15 т органического вещества. К тому же Земля, проходя через пылевое облако, могла получать с космической пылью 108 т органического материала. Все это, предположительно, могло создать тот "бульон", о котором писали А. Опарин и Дж. Холдейн.

В межзвёздной среде обнаружено сложное органическое вещество

Астрономы из Испании и США обнаружили в межзвёздной среде сложное органическое вещество — антрацен.

Изображение

Спектр Cernis 52, снятый в декабре 2008 года,
до (чёрная линия) и после преобразования (иллюстрация
из журнала Monthly Notices of the Royal Astronomical Society).


«Мы зарегистрировали катионы антрацена [С14Н10+] в плотном молекулярном облаке, которое находится на линии наблюдений звезды Cernis 52 в созвездии Персея, на расстоянии около 700 световых лет от Солнца», — поясняет руководитель исследования Сюзана Иглесиас-Грот (Susana Iglesias-Groth) из Института астрофизики Канарских островов.

Наблюдения Cernis 52 велись в 2007 и 2008 годах с помощью испанского телескопа им. Уильяма Гершеля и телескопа Хобби — Эберли, установленного в Техасе. Антрацену в спектре соответствует полоса на (7 088,8 ± 2,0) Å; при детальном изучении спектров авторы установили, что около 0,008% всего углерода в облаке находится в форме С14Н10+.

«Два года назад здесь же было найдено другое органическое вещество — нафталин, — добавляет г-жа Иглесиас-Грот. — Всё говорит о том, что мы обнаружили область звёздообразования с высокой концентрацией пребиотических веществ». Стоит заметить, что антрацен ранее регистрировался только в составе метеоритов, а не в межзвёздной среде. Его окисленные формы часто встречаются в биологических системах и проявляют высокую биохимическую активность.

По мнению г-жи Иглесиас-Грот, в ближайшем будущем астрономы должны заняться поиском аминокислот в упомянутой выше области пространства.

Изображение

Телескоп им. Уильяма Гершеля, созвездие Персея, молекула антрацена
и изображение Cernis 52 (иллюстрация Gaby Perez и Susana Iglesias-Groth).


http://www.avifarm.ru/

GenaMn
Сообщения: 3
Зарегистрирован: Чт апр 13, 2017 6:15 pm

Химическая эволюция

Сообщение GenaMn » Вс апр 16, 2017 6:25 pm

Продолжение следует:
"Когда говорят, что реакция идёт с выделением или с поглощением
тепла, то подразумевают, что тепловая энергия сбрасывается в
окружающую среду или у неё заимствуется. Мы постарались показать,
что такой подход некорректен, поскольку происходит лишь повышение
или понижение температуры в зоне реакции – при этом
нескомпенсированный теплообмен с окружением совсем не обязателен.
Эти повышения-понижения температуры обусловлены отнюдь не изменениями
энергий химических связей. Для случаев обратимых реакций со слабыми
тепловыми эффектами, повышение температуры является естественным
следствием уменьшения концентрации молекул при реакциях синтеза,
и, наоборот, понижение температуры является следствием увеличения
концентрации молекул при реакциях распада. Что же касается
необратимых реакций с большим тепловым выходом – в частности,
реакций горения – то здесь повышение температуры в зоне реакции
обусловлено движущимися ионами, которые являются промежуточными
продуктами реакции."

Ответить