Цитата. Автор: Тимурзиев Ахмет Иссакович
« Ответ #50 : Декабрь 14, 2014, 12:08:28 am »
Зачем нужно допускать привнос жизни на Землю с других космических тел. Земля сама является равноценным (как минимум по составу элементов таблицы Менделеева) космическим телом, сама способна генерировать все элементы таблицы Менделеева, более того, заражать другие планеты Солнечной системы неорганической жизнью, сформированной на углеродной ветви дегазации Земли.
Е.А. Кадышевич, В.Е. Островский ГИДРАТНАЯ ГИПОТЕЗА ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИВОЙ МАТЕРИИ: ЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ
ОСНОВЫ.
Дегазация Земли: геотектоника, геодинамика, геофлюиды; нефть и газ; углеводороды и жизнь. Материалы Всероссийской конференции с междуна-родным участием, посвященной 100-летию со дня рождения академика П.Н. Кропоткина, 18–22 октября 2010 г. – М.: ГЕОС, 2010. – 712 c.
Гидратная гипотеза происхождения живой материи (Life origination hydrate hypothesis, LOH-гипотеза) является составной частью ОК-гипотезы (ОК – аббре-виатура фамилий авторов). ОК-гипотеза развивается нами в течение около 10 лет и охватывает основные вехи трансформации природы от взрыва звезды, которая была предтечей современного Солнца, до возникновения простейшей живой ма-терии на Земле. По нашему мнению, живая материя, подобная земной, может возникнуть только по предлагаемому нами механизму. По-русски LOH-гипотеза наиболее полно опубликована в [1], где имеются ссылки на наши более ранние работы. Дальнейшее развитие LOH-гипотеза получила в работах [2–4], а также – в [5], где принципы синтеза живой материи из минеральных веществ, предло-женные в LOH-гипотезе, использованы для формулирования основ гипотетиче-ского физико-химического механизма процессов метаболизма современных жи-вых клеток, включая митоз и двойное деление. LOH-гипотеза докладывалась на российских и международных физических, химических, биологических, геологи-ческих и специализированных конференциях, посвященных проблеме происхож-дения жизни, в более чем 25 аудиториях; около 20 докладов было сделано за гра-ницей, в том числе, в течение последних лет [6, 7]. Мы исходим из того, что в природе явления брутто-масштаба возникают и развиваются в результате термодинамически обусловленных, закономерных и неизбежных химических и физических превращений веществ, которые регули-руются универсальными физическими и химическими законами. Процессы развиваются поступательно в направлении уменьшения свободной энергии в каждой Вселенской подсистеме, которую можно приближенно рассматривать как изоли-рованную. Именно благодаря направленности процессов люди в принципе спо-собны мысленно пройти по пути природы в обратном направлении времени и выявить основные вехи ее движения.
Природа максимально проста в своих проявлениях. В известной нам литературе это фундаментальное положение было впервые высказано И. Ньютоном [8]. В природных субстанциях, которые мы называем живой материей, присутствуют в основном лишь пять из почти ста стабильных химических элементов – Р, O, N, C и Н, причем атомы этих элементов связаны между собой путем очень ограни-ченного числа комбинаций. Необходимой основой всего живого являются нукле-иновые кислоты – ДНК и РНК; именно их наличие обеспечивает воспроизвод-ство каждого из видов живой материи и синтез белковых веществ. LOH-гипотеза включает предположение о том, что число химических веществ, которые были использованы природой для синтеза первых ДНК- и РНК-подобных веществ бы-ло минимальным, так как чем больше число веществ, тем менее вероятно их объ-единение в одном месте. В природе существует много веществ, которые могли бы реагировать с прекурсорами ДНК и РНК в процессе образования нуклеиновых кислот, но этого не произошло. Поэтому мы предполагаем, что в среде, в которой первые ДНК и РНК возникли, были только те вещества, из которых они образова-лись. Минимальное число веществ равно трем, и взаимодействовали они в среде четвертого вещества – воды, которая тоже участвовала во взаимодействиях. Молекулы ДНК и РНК содержат реакционноспособные функциональные группы, которые, тем не менее, не подвергаются дальнейшим превращениям и, более того, их состав передается из поколения в поколение. Мы предполагаем, что рост этих групп ограничивается некоторой ―клеткой‖, в которой они образу-ются, и что эта ―клетка‖ сопровождает функциональные группы в процессе их воспроизводства. ―Клетками‖ являются структурные элементы воды в так назы-ваемых газовых гидратах.
Молекулы ДНК и РНК всех видов живой материи содержат структурные группы трех определенных типов (азотистые основания (N-основания), рибозы и остатки фосфорной кислоты), которые чередуются в определенной последова-тельности. По нашему мнению, такая структура ДНК и РНК является следствием существования трех типов структурных элементов воды.
Монохиральность нуклеиновых кислот является загадкой с момента открытия этого свойства Л. Пастером. Оно обусловлено наличием в составе ДНК и РНК только правовращающих рибоз, хотя право- и лево-вращающие рибозы не отлича-ются ни по химическому составу, ни по термодинамическим функциям и синтези-руются обычно почти в эквимолекулярном соотношении. По нашему мнению, та-кой ―отбор‖ можно объяснить только образованием ДНК и РНК внутри структур-ной матрицы; LOH-гипотеза объясняет монохиральность именно на этой основе. Согласно LOH-гипотезе, простейшие элементы живой материи (ПЭЖМ) воз-никли и, возможно, возникают в наши дни из CH4 (или других метановых угле-водородов)), нитратов и фосфатов под поверхностью Земли или под морским дном внутри сотовых структур гидратов углеводородов, наиболее вероятно – гидрата CH4, а протоклетки возникли в бульоне, образовавшемся в результате расплавления гидратной структуры, инициированного повышением температуры или диффузией избытка воды.
Последовательность процессов, которые привели к образованию протоклеток, показана на схеме.
Нами в общем виде рассмотрена термодинамика реакции получения набора N-оснований и рибоз, необходимых для синтеза РНК из селитры и углеводородов метанового ряда [3]. Записав реакцию в виде
a1KNO3 + a2CnHm = a3U + a4Ad + a5Cy + a6G + 4DR + a1KOH + a7H2O + a8N2 (1)
(U, Ad, Cy, G и DR – урацил, аденин, цитозин, гуанин и d-рибоза соответственно) и использовав опубликованные в последние 15 лет данные о термодинамических функциях соответствующих веществ, мы рассчитали изменения стандартной свободной энергии Гиббса для получения полного набора прекурсоров, необхо-димых для синтеза РНК из селитры и различных углеводородов метанового ряда при различных значениях
r = (a3 + a4) / (a5 + a6) (2)
и с учетом того, что
a3 = a4; a5 = a6. (3)
Показано, что полный набор прекурсоров для синтеза РНК может быть полу-чен из различных углеводородов и селитры за счет внутренней энергии исходных веществ без притока внешней энергии. Например, значения ΔiG0 (кДж/моль) для реакции между селитрой и СН4 при r = 0.0625, 1.00 и 16.0 равны –8227, –8281 и –8336 соответственно, а для реакции между селитрой и С2Н6 при r = 0.0625, 1.00 и 16.0 равны –6050, –6104 и –6159 соответственно. Значения изменения ΔiG0 отри-цательны и столь велики по абсолютной величине, что замена KNO3 на NaNO3, а также изменения реакционных условий или соотношения между исходными ве-ществами в очень широких пределах не могут сделать их положительными. Не может быть сомнений в том, что реакции конденсации между азотистыми осно-ваниями, рибозой и фосфатом, в которых выделяется вода, протекают с убылью свободной энергии. Поэтому ясно, что термодинамически вполне возможно по-лучение РНК из углеводородов, нитрата и фосфата без внешней энергии молний, геотермических источников и т.п. Что касается скорости реакций, то известно, что реакции Коновалова между нитратами и метановыми углеводородами проте-кают быстро при 400–450 K, а природе некуда спешить, так что можно ожидать, что вблизи 250–300 K, в условиях существования газовых гидратов, они тоже бу-дут протекать, хотя и с значительно меньшей скоростью.
На основании термодинамического рассмотрения [3] реакций
C4H4N2O2(cr) + CH4(g) + C5H10O5(cr) = C5H6N2O2(cr) + C5H10O4(cr) + H2O(lq) (4)
C5H10O5(cr) + H2(g) = C5H10O4(cr) + H2O(lq) (5)
был сделан вывод, что в системах, где присутствуют d-рибоза и N-основания Ad, U, Cy и G, нужные для синтеза РНК, образуется также и дезокси-d-рибоза и Th,
нужные для синтеза ДНК, и что соотношения компонентов должны зависеть от внешних условий.
На основании рассмотрения термодинамики реакции гидролиза гуанина
C5H5N5O + H2O = C5H4N4O2 + NH3, (6)
для которой получено ΔG0) = 7.32 kJ/mol, показано, что в стандартных условиях в присутствии гуанина ксантин не должен существовать в бульоне, но положи-тельное изменение ΔG0) невелико по абсолютной величине и поэтому в каких-то условиях примеси ксантина должны входить в состав ДНК и РНК, что иногда наблюдается.
В пользу гипотезы свидетельствуют опубликованные результаты независи-мых наблюдений за явлениями природы.
Существенной особенностью гипотезы являются описания возможностей ее экспериментальной проверки на основе компьютерных и лабораторных экспери-ментов.
Литература
1. Островский В.Е., Кадышевич Е.А. // Успехи физ. наук. 2007. № 177. С. 183.
2. Ostrovskii V.E., Kadyshevich E.A. // Thermochim. Acta. 2006. V. 441. P. 69.
3. Kadyshevich E.A., Ostrovskii V.E. // J. Therm. Anal. Calor. 2009. V. 95. P. 571.
4. Островский В.Е., Кадышевич Е.А. // Химия и жизнь - XXI век. 2009. №5. C. 24.
5. Kadyshevich E.A., Ostrovskii V.E. // Thermochim. Acta. 2007. V. 458. P. 148.
6. Kadyshevich E.A., Ostrovskii V.E. // The 5th International and 7th China-Japan Joint Symposium on Calorimetry and Thermal Analysis, Dalian, China, 2008 // The 2nd Intern. Conf. on "Advances in Petrochemicals and Polymers" (ICAPP2007), Bangkok, Thailand, 2007.
7. Ostrovskii V.E., Kadyshevich E.A. // XII Evolutionary Biology Meeting, Marseille, France, 2008; IV Intern. Conf. on the Origin of Life, Florence, Italy, 2008 // Intern. Workshop on Chem. Evolution & Origin of Life, Roorkee, India, 2010.
8. Ньютон И. Математические начала натуральной философии. T. II // Пер. с лат. А.Н. Крылова. М.: Наука
