Углеродный шовинизм
Дмитрий Мамонтов
«Популярная механика» №5, 2015
Существование иных форм жизни, принципиально отличающихся от нашей земной наличием, расположением и количеством лап, глаз, зубов, когтей, щупалец и других частей тела, — одна из излюбленных тем в фантастической литературе. Впрочем, фантасты не ограничиваются только этим — они придумывают как экзотические формы традиционной (углеродной) жизни, так и не менее экзотические ее основы — скажем, живые кристаллы, бестелесные энергетические полевые существа или кремнийорганические создания.
Помимо фантастов, обсуждением подобных вопросов занимаются и ученые, хотя они в своих оценках гораздо более осторожны. Ведь пока единственная основа жизни, которая точно известна науке, — это углеродная. Тем не менее в свое время известный астроном и популяризатор науки Карл Саган заявил, что обобщать утверждения о земной жизни в отношении жизни во всей Вселенной совершенно неправильно. Подобные обобщения Саган назвал «углеродным шовинизмом», при этом он сам в качестве наиболее вероятной альтернативной основы жизни рассматривал в первую очередь кремний.
Главный вопрос жизни
Что же такое жизнь? Казалось бы, ответ на этот вопрос очевиден, но как ни странно, о формальных критериях в научном сообществе до сих пор идут дискуссии. Тем не менее можно выделить ряд характерных признаков: жизнь должна самовоспроизводиться и эволюционировать, а для этого нужно соблюдение нескольких важных условий. Во-первых, для существования жизни необходимо большое количество химических соединений, состоящих в основном из ограниченного числа химических элементов. В случае органической химии это углерод, водород, азот, кислород, сера, причем число подобных соединений огромно. Во-вторых, эти соединения должны быть термодинамически стабильными или хотя бы метастабильными, то есть время их жизни должно быть достаточно продолжительным для осуществления различных биохимических реакций. Третье условие — должны существовать реакции для извлечения энергии из окружающей среды, а также ее накопления и высвобождения. Четвертое — для самовоспроизводимости жизни требуется механизм наследственности, носителем информации в котором выступает крупная апериодическая молекула. Эрвин Шрёдингер предполагал, что носителем наследственной информации может быть апериодический кристалл, а позднее была открыта структура молекулы ДНК — линейный сополимер. Наконец, все эти вещества должны находиться в жидком состоянии, чтобы обеспечить достаточную скорость реакций метаболизма (обмена веществ) за счет диффузии.
Традиционные альтернативы
В случае с углеродом все эти условия выполняются, а вот даже с ближайшей альтернативой — кремнием — дело обстоит далеко не так радужно. Кремнийорганические молекулы могут быть достаточно длинными, чтобы нести наследственную информацию, но их многообразие слишком бедно по сравнению с углеродной органикой — из-за большего размера атомов кремний с трудом образует двойные связи, что сильно ограничивает возможности присоединения различных функциональных групп. Кроме того, предельные кремнийводороды — силаны — и вовсе нестабильны. Конечно, существуют и стабильные соединения, такие как силикаты, но большинство из них — твердые при нормальных условиях вещества. С другими элементами, такими как бор или сера, дело обстоит еще печальнее: борорганика и высокомолекулярные соединения серы крайне нестабильны, а их разнообразие слишком бедно, чтобы обеспечить жизнь всеми необходимыми условиями.
Под давлением
«Азот никогда всерьез не рассматривался как основа для жизни, поскольку при нормальных условиях единственным стабильным азотоводородным соединением является аммиак NH3, — говорит Артем Оганов, руководитель лаборатории компьютерного дизайна материалов МФТИ, профессор Нью-Йоркского университета Стоуни-Брук и Сколковского института науки и технологий (Сколтех). — Однако недавно, проводя моделирование различных азотоводородных систем при высоких давлениях (до 800 ГПа) с помощью нашего алгоритма USPEX (Universal Structure Predictor: Evolutionary Xtallography, Универсальный предсказатель структур: эволюционная кристаллография, см. «ПМ» №10'2010), наша группа обнаружила удивительную вещь. Оказалось, что при давлениях свыше 36 ГПа (360 000 атм) появляется целый ряд стабильных азотоводородов, таких как длинные одномерные полимерные цепи из звеньев N4H, N3H, N2H и NH, экзотические N9H4, образующие двухмерные листы атомов азота с присоединенными катионами NH4+, а также молекулярные соединения N8H, NH2, N3H7, NH4, NH5. Фактически мы обнаружили, что при давлениях порядка 40−60 ГПа азотоводородная химия по своему разнообразию значительно превосходит химию углеводородных соединений при нормальных условиях. Это позволяет надеяться, что химия систем с участием азота, водорода, кислорода и серы также более богата по своему разнообразию, чем традиционная органическая при нормальных условиях».
Азотная экзотика
При высоких давлениях азот и водород образуют множество стабильных, сложных и необычных соединений. Химия этих азотоводородов гораздо более разнообразна, чем углеводородная при нормальных условиях, так что есть надежда, что азото-водородо-кислородо-сернистые соединения могут превзойти по богатству возможностей органическую химию.
На рисунке — структуры N4H, N3H, N2H, NH, N9H4 (розовые — атомы водорода, синие — азота). В рамке — мономерные звенья
Шаг к жизни
Эта гипотеза группы Артема Оганова открывает совершенно неожиданные возможности в плане неуглеродной основы жизни. «Азотоводороды могут образовывать длинные полимерные цепи и даже двухмерные листы, — объясняет Артем. — Сейчас мы изучаем свойства подобных систем с участием кислорода, потом добавим к рассмотрению в наших моделях углерод и серу, а это, возможно, откроет путь к азотным аналогам углеродных белков, пусть для начала и самых простых, без активных центров и сложной структуры. Вопрос об источниках энергии для жизни, основанной на азоте, пока остается открытым, хотя это вполне могут быть какие-то пока неизвестные нам окислительно-восстановительные реакции, идущие в условиях высоких давлений. В реальности такие условия могут существовать в недрах планет-гигантов типа Урана или Нептуна, хотя температуры там слишком высоки. Но пока мы не знаем точно, какие реакции могут там происходить и какие из них важны для жизни, поэтому не можем достаточно точно оценить необходимый температурный диапазон».
Условия «обитания» живых существ на основе азотных соединений могут показаться читателям чрезвычайно экзотичными. Но достаточно вспомнить тот факт, что распространенность планет-гигантов в звездных системах как минимум не меньшая, чем каменистых земплеподобных планет. А это означает, что во Вселенной именно наша, углеродная жизнь может оказаться куда большей экзотикой.
Жизненное пространство
Вполне возможно, что в поисках экзотической жизни нам не придется лететь на другой конец Вселенной. В нашей собственной Солнечной системе присутствуют две планеты с подходящими условиями. И Уран, и Нептун окутаны атмосферой, состоящей из водорода, гелия и метана, и, по-видимому, имеют силикатно-железо-никелевое ядро. А между ядром и атмосферой находится мантия, состоящая из горячей жидкости — смесь воды, аммиака и метана. Именно в этой жидкости при нужных давлениях на соответствующих глубинах может происходить предсказанный группой Артема Оганова распад аммиака и образование экзотических азотоводородов, а также более сложных соединений, включающих кислород, углерод и серу. Нептун к тому же обладает внутренним источником тепла, природа которого до сих пор точно не выяснена (предполагается, что это радиогенный, химический или гравитационный нагрев). Это позволяет значительно расширить «зону обитаемости» вокруг нашей (или другой) звезды далеко за пределы, доступные для нашей хрупкой углеродной жизни.
69
Показать комментарии (69)
Свернуть комментарии (69)
-
Превосходная, очень перспективная идея, ещё один гвоздь в гроб антропоцентризма!
Кстати, у Амнуэля были фантазии об образовании сложных структур в сверхплотном нейтронном веществе - и кто знает?...-
А также последний гвоздь в гроб диалектического материализма с его отражением реальности! Грубо говоря, жизнь есть замкнутый круг воспроизводства некоей системы. Но если эта система находится внутри газового гиганта и развилась до философского осмысления реальности, то какую реальность она наблюдает в свои телескопы? Небось, считает, что белок - это экзотика...
-
Не круг воспроизводства, а спираль саморазвития!
Усложнение самоорганизующихся систем - форма движения материи во времени, и очень радует, что наука находит возможности образования сложных структур в области весьма экстремальных по земным меркам состояний вещества.-
Спираль - это для популяции в целом. Нас же интересует способ, которым жизнь выделяется из не-жизни. Все формы материи существуют в движении, но только жизнь имеет самодвижение по кругу: ведь при воспроизводстве индивид как бы копирует сам себя, возвращается к себе начальному. Мутации, борьба за ресурсы, общее изменение среды помещают всю популяционную массу индивидуальных кругов на спиральную траекторию эволюции.
-
Способность философов сказать много-много слов из которых невозможно выделить никакого конкретного смысла - тоже своего рода талантъ...
-
И ничего невозможного... Я написал: "...при воспроизводстве индивид как бы копирует сам себя", вы, правда, в другом месте, заметили "...происходит САМОКОПИРОВАНИЕ МАССИВА ИНФОРМАЦИИ". Да мы, по сути, одно пиво из одной кружки пьём...
-
...И примазываться к естественникам, чтобы выпить их пиво у них тоже неплохо получается. ;~]
Для того, чтобы понять, что живое существо "...при воспроизводстве индивид как бы копирует сам себя" не нужно быть ни философом ни тем более биологом - это как бы знали ещё как бы наши предки, начавшие одомашнивать животных и растений ещё до неолита. А то, что это - единственный возможный путь, окончательно доказал безо всяких "как бы" ещё Луи Пастер уже более чем полтораста лет тому назад.
А вот то, что в основе непременно должен лежать процесс копирования _массива_дискретной_информации_ - далеко не очевидный факт, который я доказывал сообщений 30 к ряду одному юному энтузиасту ксенобиологии и альтернативной биохимии.
Физики и химики же, которые специально в современную биологию не углублялись - вообще практически не принимают во внимание категорию информации, когда пытаются рассуждать об определении жизни.
Да и биологи-немолекулярщики не далеко от них ушли, но они, будучи более узкими специалистами, вообще обычно не решаются рассуждать на эту тему (что с их стороны вполне разумно).-
Вы упомянули в другом месте Георга, нашего, понимаете-ли, Гегеля.) Так вот, Гегель побрезговал бы пить пиво с естественниками.)) Он их называл предметниками и глубоко презирал за то, что они, копаясь в результатах, не умеют работать с понятиями. Правда, он, автор Абсолютной идеи как пра-понятия, предсказывал такие результаты в будущем, что заворот кишок можно получить от смеха (а порой и от стыда).
Сформулировать отличие жизни от не-жизни не может ни один специалист просто потому, что понятие это широкое, а специалист-то он узкий. )))
Без философа тут никак. Например, без Аристотеля.
Аристотель с улыбкой констатировал, что всякая наука начинается от забора... Или это кто-то другой говорил и по другому поводу? )) Нет, он. У любой науки есть исходные постулаты (забор), с которых она начинается. Во времена Аристотеля предметников ещё не было, но геометрия уже была, поэтому он заключил так: геометрия занимается свойствами углов, но не спрашивает, откуда берётся возможность самих углов. Аналогичные суждения мы можем сегодня сделать по любому научному предмету. Куда ни взгляни - одни заборы.
Далее Аристотель формулировал предмет философии. В моём переложении - это площадка, где сходятся все заборы. )) Ну, то есть, исходные понятия/категории, общие для всех предметных наук: материя, движение, возможность и т.д. Говоря в шутку, философия - это площадка, где сходятся все смыслы. И дорожка туда - хоть на перекур, хоть на пивко - идёт из-за любого забора. Милости просим... )))
Понятие жизнь/не-жизнь нельзя сформулировать полностью внутри только одной предметной дисциплины. Наоборот, во многих дисциплинах есть свои особые (и весьма весомые) подходы. Но где тот ум, который способен увязать в единое целое все подходы? Получается мульти-трактат, в котором увязает он сам... Обозначение жизни должно быть только простым, первично-простым, пригодным для уволакивания его за любой забор.)
Деваться некуда - только философ, улыбаясь, может предположить, что жизнь - это самодвижение материи по кругу. Не может нечто замкнуть круг и начать сначала - не жизнь...)))))-
>Так вот, Гегель побрезговал бы пить пиво с естественниками.
Естественники же в свою очередь с этим генератором шизофазии даже гадить на одном квадратном километре бы не сели. :~P
>Сформулировать отличие жизни от не-жизни не может ни один специалист просто потому, что понятие это широкое
Вон там, внизу, из моего поста легко и непринужденно это самое определение получается безо всякой фаллософии.
Есть к нему претензии и вопросы - излагайте. Тогда есть предмет для обсуждения. Нет - тогда фсадЪ к Аристотелю в до-дарвиновскую, до-пастеровскую, до-менделевскую, до-тьюринговскую и до-фоннеймановскую эпоху.
>Понятие жизнь/не-жизнь нельзя сформулировать полностью внутри только одной предметной дисциплины.
Причём здесь "одна предметная дисциплина"? Существующие "предметные дисциплины" - в немалой мере след истории. Фундаментальные различия же вполне могут пролегать в несколько более других местах. Каждому толковому естественнику это совершенно очевидно. По поводу классификации наук в свое время замечательно высказались сэр Э.Резерфорд и Л.Д.Ландау. Добавить тут мало что можно.
Математика - язык всех нормальных наук.
Ядерная физика = физика фундаментальная + неможко комбинаторики.
Неорганическая химия = физика фундаментальная, ядерная + ещё побольше комбинаторики.
Органическая химия = вышеук.физика + дофига комбинаторики.
Биология = все та же физика + настолько запредельно много комбинаторики, что приходится подключать информатику.
Собственно там, где к физике приходится подключать информатику - и начинается биология. Просто по определению. С которым не будет спорить ни один серьезный современный биолог. И безо всякой хвилософии.
>Деваться некуда - только философ, улыбаясь, может предположить, что жизнь - это самодвижение материи по кругу. Не может нечто замкнуть круг и начать сначала - не жизнь...
Судя по банальности этого предположения - особого таланта, образования и трудолюбия для того, чтобы числиться "философом" не нужно вовсе.
Вот формализовать его в терминах естественных наук и показать действительную необходимость и универсальность - тут одними любомудроствованиями не обойтись - нужны обширные и современные фундаментальные знания.
А любой с этой самой жизнью работающий - будь то эволюционист, биофизик, нейрофизиолог; улыбаясь ли, хмурясь - пошлет того хвилософа фсадЪ (а скорее - сразу в БиореакторЪ), поскольку его предложения работе не помогут никаким боком.
-
-
-
-
-
-
-
-
Интересно. Меня давно занимает почему азот не склонен образовывать цепи. Значит при определенных условиях склонен таки.
-
Если по простому, то неспособность азота при обычных условиях образовывать цепи объясняется склонностью элементов второго периода образовывать (в силу их небольшого размера) кратные двойные и тройные связи и наличием у азота трех валентных электронов, которые благополучно замыкаются тройной связью на другой такой же атом азота, образуя самодостаточную молекулу N2, аналогично кислород с двумя валентными электронами образует молекулу O2 с уже двойной связью. Именно поэтому и азот, и кислород в нормальных условиях газы, а вот их аналоги по следующему периоду фосфор и сера менее склонны к образованию двойных связей, поэтому вместо двухатомных молекул как раз-таки образуют разного вида полимерные цепочки или кристаллы и поэтому являются твердыми веществами, и только галогены с одной связью ничего не могут образовать кроме двухатомных молекул, и поэтому остаются газами или жидкостями как бром во всех периодах, вплоть до йода, который, впрочем, тоже легко возгоняется.
-
-
но у углерода четыре валентных электрона, а четырехкратных связей не существует, поэтому в любом случае остается одна лишняя связь которая стремиться присоединить еще что-нибудь, что не позволяет углероду образовать устойчивые замкнутые молекулы типа C2. Так что углерод, чтобы стать газом должен присоединить к себе еще что-нибудь одновалентное, вроде водорода (метан, этан, этилен, ацетилен), а сам по себе образует либо полимерные цепочки, либо кристаллы различных модификаций (графит или алмаз)
-
и еще интересен в этом отношении бор, у которого три валентных электрона, как и у азота, но их недостаточно для образования устойчивой восьмиэлектронной конфигурации в двухатомной молекуле типа B2, и вообще ни при каких сочетаниях нескольких атомов бора не удается получить полное заполнение всех орбиталей всех атомов, поэтому бор так сложно получить в чистом виде, он постоянно стремится присоединить какую-нибудь примесь, особенно охотно взаимодействует с азотом с образованием кристаллических модификаций, сходных по электронной структуре с углеродом в виде графита или алмаза (остальные элементы этой группы, алюминий, галий, индий, а также элементы предыдущих групп лития и берилия решают проблему нехватки электронов для заполнения своих оболочек, просто отдавая все свои валентные электроны в общее пользование с образованием металлической связи, но бор достаточно прочно удерживает свои электроны, чтобы стать металлом)
-
-
я имел в виду, что во втором периоде элементы склонны у образованию кратных связей, что ограничивает их возможности к образованию цепочек (связи сосредотачиваются на одном партнере и разветвления не получается), если бы не это, кислород образовывал бы цепочки, как сера S-S-S-S-, которая при плавлении напоминает по консистенции резину, то же самое с азотом, молекула которого в добавок из-за тройной связи обладает особенной прочностью и относительной химической инертностью, ну а углероду с четырьмя валентными электронами деваться некуда, хотя стремление к кратным связям проявляет себя в соединении с кислородом CO2, который в отличие от оксида кремния из следующего периода, является трехатомной молекулой, хорошо растворимой в воде, а не инертным кристаллом, и служит доступным сырьем для построения биологических соединений. Так что углерод оказывается в наиболее выигрышном положении для образования цепочек и по выбору периода, и по выбору группы. Остальные элементы либо не склонны образовывать цепочки как кислород и азот, либо дают как кремний трехмерные кристаллы, от которых тоже проку мало.
-
В обсуждаемой статье как раз показано что азот - склонен.
Легкость образования двойных связей это хорошо конечно. Однако именно углерод этим более всего знаменит. Так что логика тут хромает. (Кстати, насчет максимально возможной кратности связи вас кто-то обманул).
CO2 крайне инертное вещество. Работать с ним жизнь, скорее всего, научилась очень поздно. Ну а о выгодности углерода, насколько я заметил, никто не спорит. На какой вопрос вы пытаетесь ответить? Возможна ли на основе углерода жизнь?-
>В обсуждаемой статье как раз показано что азот - склонен.
Ага - только при таких давлениях, которые экспериментально получить в обозримом будущем не представляется возможным.
И в недра планет-гигантов, где могут иметься соответствующие условия тоже очень непонятно как можно добраться.
>CO2 крайне инертное вещество.
Ага - это "инертное вещество" и в воде "ниразу не растворяется" так, что у дистиллята даже в нашей почти лишенной CO2 (0,04% - это, извините, почти ни о чём) атмосфере pH падает на единицу (т.е. концентрация протонов - возрастает на 1 порядок).
А в суперкритическом состоянии он вообще ни с того ни с сего становится ПОЛЯРНЫМ растворителем типа воды. Причём в его среде даже вполне обычные белковые ферменты "почему-то" продолжают работать (хотя и несколько более "туго" чем в воде): http://www.mdpi.com/2075-1729/4/3/331
Ну и просто по сравнению с N2 об "инертности" CO2 как-то вообще неудобно говорить.
>Работать с ним жизнь, скорее всего, научилась очень поздно.
Ага, т.е. метаногенез CO2+4H2->CH4+2H20 теперь ВНЕЗАПНО перестает быть одной из самых древних основ хемосинтеза? А биохимики, молекулярщики и палеонтологи-то не знают!
И появился он уж всяко не позднее азотфиксации (нитрогеназы - одни из самых сложных ферментов вообще) Которая тоже обнаруживается с самых древних сохранившихся отложений.
-
-
-
-
-
-
Классическое объяснение заключается в том, что неподеленные пары на соседних атомах оказываются слишком близко, и их отталкивание сильно дестабилизирует сигма-связь. Для кислорода ситуация еще хуже, потому что по две пары на каждом атоме. Поэтому соединения даже с одной сигма-связью N-N, O-O не очень стабильны (можно посмотреть на энтальпии образования гидразина и перекиси), а с цепочками тем более. Но если найти способ как-то задействовать неподеленные пары (как в N2O или азид-ионе; или в азотных гетероциклах, где пара вовлечена в ароматику), то ситуация меняется. Из картинок в статье не очень понятно, но по-моему там в большинстве случаев не просто цепочки сигма-связей.
-
Хорошее объяснение. А что на этот счет говорят квантовые химики? Они ведь не любят штуки типа неподеленных пар.
-
Чего не знаю, того не знаю, но могу предположить, что они могут подтвердить расчетами, что энергия связей низкая, а почему это так - это их уже обычно не интересует. В конечном итоге для интерпретации в химических терминах все равно нужно прибегнуть к каким-то классическим химическим представлениям. Квантовая химия - это по сути эксперимент, а не теория.
-
Поздновато рассуждения начаты, хотя логика хороша.
На самом деле главным условием жизни является наличие жидкой воды. Именно она и даёт всё необходимое:
- стабильность за счёт огромной теплоёмкости
- динамичность за счёт близости фазовых переходов и самой структуры молекулы воды
А уже потом вступают в действие прочие факторы - какие элементы в таких условиях могут подходить. Обсуждая иные молекулярные/кристаллические вопросы, стоит оценивать как раз термодинамически: как будет "жить" эта молекула в условии, скажем, отсутствия воды (и потому резких изменений температуры).
А вот если, например, внутри Солнца создаются "водяные" условия в массе, скажем, нейтронов - то можно и говорить о возможности жизни внутри него. Можно и начать обсуждение, какие при этом могут быть базовые "кирпичи" (как в земных условиях - углерод).
Но не раньше, сначала нужна именно квазистабильная среда. Без неё изменчивых, но долгоживущих структур - не получить.
Это как раз на тему азотводородного разнообразия - что будет обеспечивать стабильность среды вокруг него? Или температура/давление поменялись и рраз, всё многообразие разом исчезло? Не осталось что-то одно, а просто исчезло всё.
На самом деле главным условием жизни является наличие жидкой воды. Именно она и даёт всё необходимое:
- стабильность за счёт огромной теплоёмкости
- динамичность за счёт близости фазовых переходов и самой структуры молекулы воды
А уже потом вступают в действие прочие факторы - какие элементы в таких условиях могут подходить. Обсуждая иные молекулярные/кристаллические вопросы, стоит оценивать как раз термодинамически: как будет "жить" эта молекула в условии, скажем, отсутствия воды (и потому резких изменений температуры).
А вот если, например, внутри Солнца создаются "водяные" условия в массе, скажем, нейтронов - то можно и говорить о возможности жизни внутри него. Можно и начать обсуждение, какие при этом могут быть базовые "кирпичи" (как в земных условиях - углерод).
Но не раньше, сначала нужна именно квазистабильная среда. Без неё изменчивых, но долгоживущих структур - не получить.
Это как раз на тему азотводородного разнообразия - что будет обеспечивать стабильность среды вокруг него? Или температура/давление поменялись и рраз, всё многообразие разом исчезло? Не осталось что-то одно, а просто исчезло всё.
-
Удельная теплоемкость жидкого аммиака близка к таковой у воды (даже немного выше). Удельная теплота плавления практически совпадает с теплотой плавления воды, разве что теплота парообразования поменьше, в 1,6 раза.
Вообще, аммиак это как бы такая азотная вода. Сходство проявляется очень во многом, это еще со школы известно.-
Нет аммиак имеет ряд принципиальных отличий, основная это 1 а не 2 неподеленных электронных пары, что резко снижает возможности образования разветвленных структур и ряда реакций, ну и диаграмма состояния соответственно, твердый аммиак тяжелее жидкого аммиака (в отличии от льда который легче воды) и соответственно будет замерзать снизу до верху, ограничивая диапазон состояния жидкой фазы при похолодании. Т.е. жидкий океан аммиака где подо льдом пряталась бы жизнь невозможен.
Мы не знаем, является ли вода необходимым условием существования жизни. Теплоемкость соединений азота с водородом близка к таковой для волы (вспомним правило Дюлонга-Пти),диэлектрическая проницаемость, константа автопротолиза - тоже. Так что дело не в аммиаке. Фишка в том, что мы толком не понимаем, что такое жизнь. С уверенностью можно лишь утверждать, что это квазистационарный процесс, протекающий в неравновесных условиях. Такие атрибуты, как способность к размножению и питание есть и в неживой природе. Падающие капли дождя дробятся ("размножаются"), "питаются", поглощая пар и другие капли, "умирают", испаряясь и высыхая. Отсутствует лишь наследственность - но есть автокаталитические реакции, к которым, вероятно, относится и "традиционная" жизнь. И в самом деле, что такое размножение, как не автокаталитическая реакция?
-
>Фишка в том, что мы толком не понимаем, что такое жизнь.
Как писали ещё в ФИДО: "отучайтесь говорить за всю Cеть". ;~] Тот факт, что многие биологи и естественники вообще до сих пор опасаются давать строгие определения объекта своего исследования со времён ранних неравновесно-термодинамически-кибернетических попыток (начиная с "программной" статьи Э.Шрёдингера), по которым в живые можно записать и холодильник, нисколько не говорит о том, что этого нельзя сделать _теперь_.
При размножении (истинной репликации) живого организма происходит САМОКОПИРОВАНИЕ МАССИВА ИНФОРМАЦИИ, i.e. копий последовательности такой длины, вероятность самовозникновения которых в данной среде стремиться к нулю. Даже Евгений Кунин не стал давать такого определния, но оно легко выводится и из тезисов его "Логики Случая": цепочка из 123 нуклеотидов (чуть больше длины тРНК и меньше самого мелкого вироида) имеет 4^123 вариантов, что уже превышает число вообще всех частиц барионной материи (10^79) наблюдаемой Вселенной.
А то, что стабильно дарвин-эволюционирующие (миллиарды лет!) фоннеймановские автоматы, преодолевающие порог Эйгена, возможны только на базе дискретного аппарата наследственности, представляющего собой конечный автомат (а может даже и машину Тьюринга) не так давно было нагляднейше показано математиком Сергеем Вакуленко: https://www.dropbox.com/s/jtf2lezn5b49nwq/vakula_obzor.pdf (с.30,33).
Но это ещё не всё. Сужаем дальше: матрица наследственного аппарата может быть только 1- или 2-мерной, поскольку считывание 3-мерного массива возможно только "томографическим" способом, сложность которого явно нередуцируема.
Сужаем ещё дальше: достаточное комбинаторное разнообразие обеспечивает только химия. (Модели, показывающие самоорганизацию в спирали в плазменно-пылевых облаках не имеют к жизни никакого отношения покуда не будет продемонстрировано главное - копирование доасточно большого _массива информации_, а об этом физики почему-то даже не задумываются) А достаточная вероятность взаимодействий между большими молекулами достигается только в жидкой среде. Причём полярной. Потому что в неполярной любая сколь-нибудь сложная молекула будет выпадать в осадок.
Итого остается только три с половиной природно доступных в космосе жидких растворителя: вода, смесь воды с аммиаком (поскольку чистый аммиак вряд ли где-то найдется - азот в космосе всегда ходит вместе с кислородом и кислород будет выигрывать конкуренцию за другие элементы как более электроотрицательный), суперкритический CO2 и, может быть, горячая жидкая серная кислота.
Про необходимость гетероструктур в основе биомолекул и исключительную важность металлов выше уже написал.
Теперь яснее стало с определением? ;~]
Вот только аргументация на счет малого разнообразия с кремнием не очень понятна. Ну и что, что двойные связи затруднены? В нас не так уж много двойных связей. Зато там другие вещи облегчены. Похоже тут дело в обратном - к чрезмерной способности к полимеризации.
-
Это вы зря практически везде нужны двойные связи, мы не говорим уже про то что они источник разнообразия реакций, гораздо более важный момент это электронные резонансные свойства таких молекул что позволяет им выполнять уникальные функции по запасанию энергии например. Ни хлорофилл ни гемоглобин бы не существовали без двойных связей.
А с кремнием еще другая беда его соединения очень не стойки и трудно образуются.
И самый главный момент который надо решить прежде чем фантазировать по поводу иной жизни это источник энергии, способ его усвоения, и локализация позволяющая сохранять долгое время зарождающуюся жизнь. Например океаны на земле для этой цели наименее пригодны. Логично ожидать что океаны жидкого азота и углеводородов также будут непригодны.-
Хлорофилл с гемоглобином в первую очередь основаны на металлах. И тот, и другой очень поздние образования. Поэтому мне кажется что это слабый аргумент. Да и что запрещает их аналоги в неорганической химии.
Что же касается нестойкости соединений кремния... помилуйте, пол планеты из них состоит. Нет связи Si-Si. А зачем она? Только потому что у нас С-С? Этот тот самый углеродный шовинизм. Si-O куда более способна к полимеризации. Даже куда более чем С-С. Скорее вот тут собака зарыта. Нужна некая средняя способность. Что бы сразу в булыжник все не превращалось. А вот эти то расчеты и показывают что азот обладает средней способностью при определенных условия. Вот это и занимательно.-
Зато без пи-связей не получаются жесткие и плоские структуры, способные к стэкинг-взаимодействию (укладке "пластами"). Есть сильное подозрение, что оно очень нужно для организации аппарата наследственности и вообще биополимеров (как в нуклеиновых кислотах - но не только в них!).
И поглощение света (включая УФ) без них проблематично.
>Что бы сразу в булыжник все не превращалось.
Для этого прежде всего нужны ГЕТЕРОсоединения. Поэтому кстати говорить, что "жизнь основана на углероде" - это сильно упрощать реальное положение вещей, где в самом скелете белков и азотистых оснований на каждые два атома углерода приходится по одному атому азота, а полимеризуются те же нуклеиновые кислоты вообще через фосфор. А моносахара замыкаются и липиды собираются через кислород.
С другой стороны поминание серы в числе биогенных элементов и в то же время не включение в их число калия тоже никуда не годится - калия в клетке больше чем серы!
А вообще известная нам жизнь активно использует треть всех стабильных и более-менее распространенных элементов и большинство способов химических взаимодействий (тот же стэкинг, водородные связи), формировалась скорее всего в среде активного взаимодействия трех фаз (твердой минеральной матрицы, жидкости и пара, насыщенных органикой и калием в геотермальных полях) +ультрафиолет.
Да и без этих фактов понятно, что такая сложная штука как автоматы, преодолевающие порог Эйгена и способные к дальнейшей практически неограниченной во времени эволюции (треть времени от существования Вселенной - кагбе не шутка!) могут возникнуть только в очень богатой среде (тут даже можно помянуть добрым словом даже учение Парацельса о "квинтессенции всех первоэлементов").
-
-
Допустим, такая жизнь существует. Как до неё добраться, как доказать факт её существования? Это лишь немногим легче, чем забраться внутрь Солнца.
Пол Андерсон, "Долгая дорода домой" была описана раса существ с химией на основе азота и аммиака, живущих на газовых гигантах при очень высоком давлении. :)
Несколько сомнений.
1. Химия азота при сверхвысоких давлениях - это, конечно, хорошо. Но в гомогенной среде, движущейся с огромными скоростями (на Сатурне скорость ветров в районе 700 км/час) любые объекты, подобные клеткам, вряд ли смогут существовать. Пусть даже смогут, но как в таких условиях могут появиться многоклеточные организмы? Их разорвёт на части.
2. Предположим, что каким-то чудом в условиях огромных скоростей движения среды и отсутствия твёрдых поверхностей, всё-таки появилась разумная жизнь. У них не будет возможности развить технику в отсутствие твердых материалов.
3. Даже если свойства металлов при сверхвысоких давлениях иные и позволят развить технику, им никогда не выйти в космос. Как вы представляете космический корабль, внутри которого давление в несколько сот тысяч атмосфер? А тем более скафандр?
1. Химия азота при сверхвысоких давлениях - это, конечно, хорошо. Но в гомогенной среде, движущейся с огромными скоростями (на Сатурне скорость ветров в районе 700 км/час) любые объекты, подобные клеткам, вряд ли смогут существовать. Пусть даже смогут, но как в таких условиях могут появиться многоклеточные организмы? Их разорвёт на части.
2. Предположим, что каким-то чудом в условиях огромных скоростей движения среды и отсутствия твёрдых поверхностей, всё-таки появилась разумная жизнь. У них не будет возможности развить технику в отсутствие твердых материалов.
3. Даже если свойства металлов при сверхвысоких давлениях иные и позволят развить технику, им никогда не выйти в космос. Как вы представляете космический корабль, внутри которого давление в несколько сот тысяч атмосфер? А тем более скафандр?
-
1. На самом деле эти потоки там далеко не микроскопичны в поперечнике. И даже гораздо больше чем на Земле (где во многом их структура определяется подлежащим ландшафтом) - иначе как бы их заметили?
А то, что поток за тыщу километров от вас движется параллельно вам со скоростью "в районе 700 км/час" не только микроорганизму, но даже и солидных размеров космическому аппарату скорее всего навредить не должен.
2. А вот отсутствие (или сильный недостаток) металлов - на самом деле куда более серьезная проблема не только для разумной, но и для жизни вообще. Так, даже на Земле лимитирующим ресурсом роста очень часто оказываются металлы. А если принять во внимание тот простой факт, что калия в живой клетке БОЛЬШЕ чем серы - то исключительная важность металлов для формирования жизни становится очевидной всякому.
Правда металлы вполне могут падать на планеты-гиганты с космической пылью. Вот в каких количествах - это вопрос...
Тут упоминалась "Дорога домой". Кто не читал, напомню суть этой лабуды: дело происходит на Земле в 7048 году, идёт тайная борьба цивилизаций.
"Холодный гигант Трим - под чудовищным давлением атмосферы планеты диаметром 50 тысяч миль и грузом тройной земной тяжести ни один человек не мог жить. В этом мире лед был горной породой, реки и моря из жидкого аммиака бурлили под ударами ураганов, способных сдуть всю землю. Жизнь основывалась на химии водорода и аммиака, исключая воду и кислород. Ледяную тьму разрывали вспышки взрывающихся газов. Население превышало 50 миллиардов. История этой объединенной нечеловеческой цивилизации насчитывала миллион лет - этот мир был не для людей.
Он был не один. Рядом в баке сидело четыре чудовища. Он представил, что находилось внутри этого бака. Четыре толстых диска шести футов в диаметре, совершенно голубые. Каждый опирался на шесть коротких ног со ступнями шириной в фут; между каждой парой ног - трехпалая рука фантастической силы. Вздутие в центре диска - неподвижная голова с четырьмя глазами, расположенными вокруг древовидных щупалец на макушке и барабанных перепонок ушей. Ниже был рот, окруженный бахромой мелких щупалец - они помогали принимать пищу.
Они обходились в общении между собой без акустической речи, обменивались непосредственно мыслеобразами, образуя своеобразную цепь, в которой терялась индивидуальность, но умножался интеллект, что позволяло создать существо высокой интеллектуальной мощи. Преимущества такого мультимозга позволили им занять сильное положение в Лиге Альфа Центавра.
Но они не были людьми. В них не было ничего человеческого, ничего общего с людьми. Они торговали с Лигой, обменивались взаимно необходимыми материалами. Они вошли в Совет и заняли в нем высокое положение, но их способности делали их мозг квазибессмертным и совершенно чуждым. Не было ничего известно об их культуре, искусстве, их притязаниях. Даже если у них и существовали эмоции, то они были абсолютно чуждыми, и контакт и общение с человечеством могли проходить только в плоскости холодной логики".
С холодной логикой спрошу: стоит ли бороться с "физическим" антропоцентризмом, если существует "логический" антропоцентризм? Ведь все известные фантастике негуманоидные расы испытывают единую для всей Вселенной страсть - борьбу за власть. Ну их...Тут и своих придурков достаточно.
"Холодный гигант Трим - под чудовищным давлением атмосферы планеты диаметром 50 тысяч миль и грузом тройной земной тяжести ни один человек не мог жить. В этом мире лед был горной породой, реки и моря из жидкого аммиака бурлили под ударами ураганов, способных сдуть всю землю. Жизнь основывалась на химии водорода и аммиака, исключая воду и кислород. Ледяную тьму разрывали вспышки взрывающихся газов. Население превышало 50 миллиардов. История этой объединенной нечеловеческой цивилизации насчитывала миллион лет - этот мир был не для людей.
Он был не один. Рядом в баке сидело четыре чудовища. Он представил, что находилось внутри этого бака. Четыре толстых диска шести футов в диаметре, совершенно голубые. Каждый опирался на шесть коротких ног со ступнями шириной в фут; между каждой парой ног - трехпалая рука фантастической силы. Вздутие в центре диска - неподвижная голова с четырьмя глазами, расположенными вокруг древовидных щупалец на макушке и барабанных перепонок ушей. Ниже был рот, окруженный бахромой мелких щупалец - они помогали принимать пищу.
Они обходились в общении между собой без акустической речи, обменивались непосредственно мыслеобразами, образуя своеобразную цепь, в которой терялась индивидуальность, но умножался интеллект, что позволяло создать существо высокой интеллектуальной мощи. Преимущества такого мультимозга позволили им занять сильное положение в Лиге Альфа Центавра.
Но они не были людьми. В них не было ничего человеческого, ничего общего с людьми. Они торговали с Лигой, обменивались взаимно необходимыми материалами. Они вошли в Совет и заняли в нем высокое положение, но их способности делали их мозг квазибессмертным и совершенно чуждым. Не было ничего известно об их культуре, искусстве, их притязаниях. Даже если у них и существовали эмоции, то они были абсолютно чуждыми, и контакт и общение с человечеством могли проходить только в плоскости холодной логики".
С холодной логикой спрошу: стоит ли бороться с "физическим" антропоцентризмом, если существует "логический" антропоцентризм? Ведь все известные фантастике негуманоидные расы испытывают единую для всей Вселенной страсть - борьбу за власть. Ну их...Тут и своих придурков достаточно.
-
В своё время далеко от антропоцентризма меня отодвинул Евгений Гуляковский своей фантастической повестью «Планета для контакта»: http://www.lib.ru/RUFANT/GULYAKOWSKIJ/gulyak06.txt
И, кстати, там борьбы за власть нет. Только отголоски.
-- Кажется, я понимаю. Дар оказался слишком велик...
-- Да, цивилизация погибла. Противоречивые команды, схватка противоположных интересов, изменения материальных форм, исключающие друг друга. Незнание отдельными личностями основных законов преобразования материи, просто ошибки...
-- И в результате полная энтропия.
-- Да. Материя их системы распалась вместе с ними.-
"Противоречивые команды, схватка противоположных интересов, изменения материальных форм, исключающие друг друга" - это разве не одна, но пламенная страсть - борьба за власть? Имхо, она самая... Уж не из наличия ли тёмной энергии, из её свойства антигравитации проистекает эта самая распространённая во Вселенной форма движения? Движение как борьба за перемену места - а что, звучит...)))
-
Просто углеродную жизнь помимо Земли найти бы!!! А молекулярные цепочки у Si а тем более у N печально коротки!!!
-
Может потому и не находится что она не "просто".
Что же касается цепочек. Самые длинные С-цепочки у жизни вероятно в липидах 10-20. Все остальное это коротки цепочки соединенные гетероатомами. Так шибко ли нужны жизни длинные гомогенные цепочки? Мне кажется что в эту идею чрезмерно вцепились.-
Кроме длины цепочек важно еще наличие доступного сырья, из которых они могли бы возникать спонтанно, те же кремниевые цепочки можно получить только в специальных условиях, а в природе кремний в виде силикатов весьма твердый, практически нерастворимый и инертный материал, в отличие от углерода, который благодаря склонности к образованию кратных связей дает с кислородом замкнутую молекулу CO2 (где углерод соединен двойными связями с двумя кислородами), которая растворима в воде и достаточно реакционноспособна, в то время как в оксиде кремния кремний соединен с четырьмя кислородами одинарными связями, а каждый из этих кислородов соединен еще с одним атомом кремния, образуя кристалл, либо аморфное стекло, которое ни с чем практически не реагирует.
-
По идее с кремнием вроде бы более-менее можно иметь дело в серной кислоте под высокой температурой и давлением (только чтобы она долетала до поверхности жидкой, а не как на Венере). Плавиковая кислота не вариант из-за космической редкости фтора.
Только на чистом кремнии, даже с кислородом и водородом (как и на чистом углероде!) жизнь не построить. Вот в сочетании с тем же углеродом (заместо азота в наших биополимерах), т.е. по сути в _силиконах_ (полиорганосилоксанах) может быть что-то и могло бы вырасти на "умренно горячих венерах".
Мысль о гетероструктурах как необходимой основе биомолекул очень правильная на самом деле. Биомолекулы куда более похожи на детали ЛЕГО, чем на цельнолитые конструкции - они должны легко собираться и пересобираться в примерно одинаковых условиях. И гетероатомы тут как раз будут выступать в роли подходящих соединителей.
Из парафина, асфальта и прочего графита/ена жизнь кагбе не особо самоорганизуется.
-
-
Вообще-то углерод и кислород являются самыми распространенными элементами во Вселенной после водорода и гелия, заметно опережая тот же азот, не говоря уже о более тяжелых элементах, и раз на Земле, где углерода сравнительно немного (в десятки раз меньше, чем кремния), именно он стал основой жизни, то и в других местах (а на планетах гигантах углерода куда больше, он в виде метана и углекислого газа сконденсировался там, на более холодной периферии Солнечной системы) природа едва-ли выберет что-то иное. Да и сомнительно, что в глубинах планет-гигантов может возникнуть что-нибудь более-менее высокоразвитое, ведь даже на Земле, которая кишит жизнью, глубины океанов остаются практически безжизненными. Только на дне, куда иногда что-то падает сверху или прорывается снизу кое-где образуются своеобразные оазисы, а так вся жизнь в основном сконцентрирована у поверхности, но у планет гигантов нет ни дна, ни поверхности (точнее, есть, конечно, но условия там совсем не те, которые требуются). А если подходить к понятию жизни еще шире, не как непременно химически самовоспроизводящейся системе, а как вообще к произвольной достаточно сложной системе, поведение которой невозможно полностью предсказать, в той же мере, как поведение человека или высших животных, и которую поэтому мы вправе наделить свободой воли, тогда одушевленными можно (по крайней мере гипотетически) считать не только биологические существа, но и целые биологические сообщества (муравейник, например, отдельные насекомые едва-ли обладают сознанием, также как и отдельные клетки, а вот их группы, составляющие единый организм или суперорганизм, вполне может), либо вообще объекты небиологической природы, включая погодные явления и тектонические процессы, кстати эта идея не нова, и наши предки считали стихийные явления проявлением воли неких разумных сил, которые они именовали богами и духами. Так что, возможно, за поисками иных форм жизни далеко ходить и не требуется.
«А между ядром и атмосферой находится мантия, состоящая из горячей жидкости — смесь воды, аммиака и метана. Именно в этой жидкости при нужных давлениях на соответствующих глубинах может происходить предсказанный группой Артема Оганова распад аммиака и образование экзотических азотоводородов, а также более сложных соединений, включающих кислород, углерод и серу.»
Вообще говоря, углеродная жизнь возникла в очень узких температурных условиях. В пределах температуры, когда вода является жидкой фазой. При этом наиболее оптимальный для жизни живых существ, как мы с Вами, является диапазон температуры 36,6 +-0,5гр. Возможно это не случайно. Наверное, для взаимодействия между собой сложных органических молекул необходимо, чтобы, с одной стороны, была низкая температура, чтобы не разрушились слабые межмолекулярные связи, с другой стороны, температура должна быть такой, чтобы молекулы целиком и отдельные их части могли двигаться относительно друг друга. Повышение температуры также важно для ускорения биологических процессов. При этом должна быть среда, в которой происходит движение. Для углеродной жизни такой средой является вода. Для азотистых соединений, возможно, это аммиак или метан. Вот здесь http://arxiv.org/pdf/1401.1419.pdf показана фазовая диаграмма аммиака. При давлении 40ГПа аммиак не является жидкостью. Метан при давлении 40 ГПа является жидкостью при температуре больше 800гр.К, и то не в чистом виде – в виде частичного разложения на углерод и водород http://www.sbras.ru/win/sbras/rep/rep2013/tom1/8_72.pdf . На мой взгляд, температура этой жидкости немного великовата для существования тонких межмолекулярных взаимодействий, необходимых для работы молекулярных машин, которые составляют живую систему.
Вообще говоря, углеродная жизнь возникла в очень узких температурных условиях. В пределах температуры, когда вода является жидкой фазой. При этом наиболее оптимальный для жизни живых существ, как мы с Вами, является диапазон температуры 36,6 +-0,5гр. Возможно это не случайно. Наверное, для взаимодействия между собой сложных органических молекул необходимо, чтобы, с одной стороны, была низкая температура, чтобы не разрушились слабые межмолекулярные связи, с другой стороны, температура должна быть такой, чтобы молекулы целиком и отдельные их части могли двигаться относительно друг друга. Повышение температуры также важно для ускорения биологических процессов. При этом должна быть среда, в которой происходит движение. Для углеродной жизни такой средой является вода. Для азотистых соединений, возможно, это аммиак или метан. Вот здесь http://arxiv.org/pdf/1401.1419.pdf показана фазовая диаграмма аммиака. При давлении 40ГПа аммиак не является жидкостью. Метан при давлении 40 ГПа является жидкостью при температуре больше 800гр.К, и то не в чистом виде – в виде частичного разложения на углерод и водород http://www.sbras.ru/win/sbras/rep/rep2013/tom1/8_72.pdf . На мой взгляд, температура этой жидкости немного великовата для существования тонких межмолекулярных взаимодействий, необходимых для работы молекулярных машин, которые составляют живую систему.
-
>В пределах температуры, когда вода является жидкой фазой.
Вода? А почему не формамид? ;~]
>При этом наиболее оптимальный для жизни живых существ, как мы с Вами
Мы бы не стал заглядывать так глубоко пока ещё даже самые простые внеземные организмы не обнаружены. А для наших прокариот температурный коридор - от -18(в соленом океане) до +122(под давлением) С.
>или метан
На неполярные растворители даже смотреть нечего - любая сколь-нибудь большая и сложная биомолекула будет полярной, а значит в них нерастворимой.-
«Мы бы не стал заглядывать так глубоко пока ещё даже самые простые внеземные организмы не обнаружены. А для наших прокариот температурный коридор - от -18(в соленом океане) до +122(под давлением) С.»
Я думаю, что вопрос с температурой является очень важным. Для усложнения живого организма необходимо использовать все более слабые молекулярные и межмолекулярные связи, которые увеличивают разнообразие вариантов организации биологических структур. Поэтому эволюция прокариот прекратилась, а мы с вами развиваемся. По этой же причине динозавры не стали разумными, несмотря на то, что их эволюция была очень долгой. А все потому, что были холоднокровными и не имели возможность поддерживать температуру своего тела в узких пределах.-
>Поэтому эволюция прокариот прекратилась
Хорошо бы узнать ещё - когда именно она прекратилась. Например по времени возникновения разных экстермофилов. Думается, что все ныне известные экcтремофильные прокариоты возникли все же позже 3,5 млрд лет назад. А кто-то, типа D.audaxviator, может быть даже и 2 млрд. (после появления эукариот).
Эволюцию прокариот ограничивают прежде всего их размеры, накладывающие верхний предел на емкость генома в две 3,5" дискеты.
Впрочем рост размера, вероятнее всего, таки будет ограничивать диапазон устойчивости. К температуре в том числе. Ведь если вспомнить экстремалов-рекордсменов животного мира - тихоходок и коловраток - они таки одного размера с крупнейшими простейшими (из сред низкого давления).-
Я думаю, что живые организмы с самого начала, с зарождения жизни, были экcтремофильными. До 3,4 млрд лет на Земле было холодно. А потом, от 3,4 до 2,5 млрд. лет назад, было жарко, до 60 гр.С., из-за парникового эффекта. Поэтому жизнь, будь она такой же, как сейчас, просто не выжила бы. Температура опустилась на современный уровень после 2,5 млрд. лет назад. http://www.samomudr.ru/d/Soroxtin%20O.G.%20_Razvitie%20zemli
.pdf стр. 304.
После 2,5 млрд. лет назад, в протерозое, жизнь начала усложнятся, о чем свидетельствуют геологические отложения (см. стр. 352).
Емкость «дискеты» здесь не причем. Ничего, кроме температуры, не мешало ей увеличиваться. Просто код на этой дискете не мог усложняться, т.к. в архее при высокой температуре все разнообразие структур на основе сильных связей было исчерпано, а структуры на основе слабых связей не могли образоваться ввиду того, что разрушались от температуры, поэтому в коде и не закреплялись. После того, как температура понизилась, жизнь начала развиваться.-
>Я думаю, что живые организмы с самого начала, с зарождения жизни, были экcтремофильными.
Я УВЕРЕН, что живые организмы с самого начала НЕ МОГЛИ быть экстремофильными. Экстремофильность требует нередуцируемо-сложных приспособлений.
>До 3,4 млрд лет на Земле было холодно.
Если принять во внимание, что жизнь зародилась явно не в океане, а в геотермальных полях, то это вообще никакого значения не имеет.
>Емкость «дискеты» здесь не причем. Ничего, кроме температуры, не мешало ей увеличиваться.
"-Расстояние диффузии? Нет, не слышал."
>а структуры на основе слабых связей не могли образоваться ввиду того, что разрушались от температуры
Про геном в одну-две дискеты - это кагбе не про экстремофильных архей. это про ВООБЩЕ ВСЕХ известных современных прокариот. Большинство из которых - ни разу не экстремофилы и структуры их - белки, мембраны и пр. - также ниразу не термостабильные.
Размер их _активной цитоплазмы_ - также единицы микрон практически у всех и тиомаргарита - не исключение, поскольку почти весь её гигантский объем - это только довольно простая вакуоль.
А эукариотизация, на минуточку, произошла только однажды. ~2 млрд. лет тому назад.
Так что не катит ваша температурная гипотеза - уж не обессудьте...-
> Так что не катит ваша температурная гипотеза - уж не обессудьте...
Я прав, Вы заблуждаетесь. Ваши аргументы совсем не убедительны.
> Я УВЕРЕН, что живые организмы с самого начала НЕ МОГЛИ быть экстремофильными. Экстремофильность требует нередуцируемо-сложных приспособлений.
Если экстремофильность являлась характерной чертой первой жизни, то никаких сложных приспособлений не требовалось – они были изначально. И вообще, почему Вы считаете, что должны быть какие то приспособления? Просто первая жизнь была грубой, в т.ч. термоустойчивой, и еще не обросла различными приспособлениями. Вы же сами написали, что жизнь возникла в геотермальных полях, что предполагает высокий контраст температур. К тому же, в то время был высокий уровень ультрафиолетового излучения. Помимо этого не следует забывать, что в архее был жаркий период в результате парникового эффекта. Если было жарко в атмосфере, так от этой жары никуда не спрятаться. Не термоустойчивые прокариот бы не выжили.
Приспособления нужны слабой жизни. Для того, чтобы обрасти различными приспособлениями необходимо перебрать и испробовать множество вариантов. Для увеличения сложности помимо структур на основе сильных связей необходимо использовать структуры на основе слабых связей. Разнообразие структур на основе слабых связей несравнимо больше, чем разнообразие структур на основе сильных связей. Поэтому с использованием слабых связей у жизни появляется возможность лучше адаптироваться к окружающей среде и появляется шанс усложнятся.
Усложнение еще не прекратилось и в настоящее время.
> Про геном в одну-две дискеты - это кагбе не про экстремофильных архей. это про ВООБЩЕ ВСЕХ известных современных прокариот.
Все правильно. Здесь я имел в виду, что с понижением температуры прокариоты имели возможность усложнятся. С усложнением они превратились уже в другие живые организмы, например в эукариоты. Время превращения также подходит - 2 млрд. лет назад было прохладно.
При этом, простейшие – прокариоты имеют право на существование совместно с более сложными организмами и в разных версиях. В т.ч. в не в экстремофильной версии. Они в процессе эволюции имеют право меняться. Жизнь занимает все ниши.
Поэтому никакой несогласованности в «температурной» гипотезой нет.
Есть четкая закономерность – чем сложнее организм, тем для его жизнедеятельности должен быть более узкий диапазон температур. Пример с тихоходоками и коловратками не подходит. Они вовсе не экстремофилы. Просто в экстремальной среде они впадают в анабиоз. А жить и размножатся в ней не могут.
В конце концов, динозавры ведь не стали разумными.
Вообще говоря, в данной гипотезе имеется множество других аспектов, хорошо объясняющих наблюдаемые явления. Если в Вас не иссякнет энергия и у Вас есть время, я могу участвовать в этой дискуссии довольно долго. И тема, кажется, интересная.-
>Если экстремофильность являлась характерной чертой первой жизни, то никаких сложных приспособлений не требовалось – они были изначально.
Вы просто не понимаете значения термина "экстремофильность". Который включает приспособленность вовсе не только к высоким температурам. Но и к очень высоким концентрациям солей, крайне низким или высоким значениям pH и многому другому. Все эти приспособления - Очень сложны и зачастую взаимоисключающи.
>Вы же сами написали, что жизнь возникла в геотермальных полях, что предполагает высокий контраст температур.
На этапе формирования первичных биомолекул и гиперциклов из них - вполне вероятно, что температуры были довольно высокими - порядка 50-90С(температуры плавления нуклеиновых кислот). Но вот контраст для доферментной репликации РНК сильно большой не нужен. А по мере появления биокатализаторов скорее даже опасен. И чем длиннее копируемый фрагмент - тем высокая температура для него опаснее. Даже порог в 200 нуклеотидов Аттвотеру недавно удалось взять только на ледяной бане. И что было дальше - ещё вопрос.
>Помимо этого не следует забывать, что в архее был жаркий период в результате парникового эффекта.
"В архее" - УЖЕ была вполне сформированная прокариотическая биота, мало отличимая от нынешней. А вот в _катархее_ до поздней тяжелой бомбардировки - ниразу не факт, что было жарко.
>Время превращения также подходит - 2 млрд. лет назад было прохладно.
Ага - а ещё тогда случилась такая "мелочь" как накопление атмосферного кислорода.
Ну и то, что за первые 2 млрд. лет общая температура земли имела только тенденцию к понижению в свете палеонтологических и астрономических знаний, кажется, не самая общепринятая гипотеза. ;~]
>В конце концов, динозавры ведь не стали разумными.
Не смотря на свою теплокровность: http://elementy.ru/novosti_nauki/431681/Analiz_zubnoy_emali_dinozavrov_pokazal_chto_temperatura_ikh_tela_byla_kak_u_sovr emennykh_mlekopitayushchikh
Ну и их прямые потомки - птицы - тоже не стали. Впрочем это им совсем не мешает процветать. ;~]
>Поэтому никакой несогласованности в «температурной» гипотезой нет.
А вымирание пиратов - как самой высокоорганизованной формы материи - вообще очень строго коррелирует с глобальным потеплением.
- Мужык, ты чо делаешь?
- Крокодилов прогоняю!
- Тут нет никаких крокодилов вообще!
- Вот поэтому и нет!
И заметте - я не спорю с тем, что такая зависимость имеет место быть вообще. Более того - я с ней отчасти согласен. Но выстраивать вообще всю эволюцию земной жизни в соответствии с температурным режимом как главным движущим фактором и выводить происхождение эукариот от него же (а не от атмосферного кислорода) - это уже очень альтернативный подход, мягко говоря.-
>Вы просто не понимаете значения термина "экстремофильность". Который включает приспособленность вовсе не только к высоким температурам.
Наверное.
Я в первую очередь имел ввиду экстремальные температуры. Хотя, молекулярная система с сильными связями, сама по себе также должна хорошо противостоять химически агрессивной среде, и без приспособлений.
Все приспособления должны появиться в результате долгой эволюции. Например, у «химических» экстремалов должна появиться клеточная оболочка, устойчивая к химически агрессивной среде. А все для того, чтобы внутри клетки была среда, пригодная для «тонких» химических реакций со слабыми связями. При этом, с одной стороны, живой организм может быть устойчивым к агрессивной среде и с другой - не устойчивым к температуре.
> И чем длиннее копируемый фрагмент - тем высокая температура для него опаснее. Даже порог в 200 нуклеотидов Аттвотеру недавно удалось взять только на ледяной бане. И что было дальше - ещё вопрос.
Я думаю, что направление исследований происхождения жизни на границе таяния льда, или замерзания воды является верным. Поскольку во время фазового перехода система является неустойчивой – все связи находятся на границе баланса, и очень слабые воздействия могут создать сложные структуры.
> Ага - а ещё тогда случилась такая "мелочь" как накопление атмосферного кислорода.
Одно другому не мешает.
Данные по температуре вот отсюда. http://www.samomudr.ru/d/Soroxtin%20O.G.%20_Razvitie%20zemli.pdf См. стр. 304. Рис . 10.16. А данные по разнообразию живых существ отсюда. См. стр. 352. Рис. 12.2.
> Не смотря на свою теплокровность:…
Я бы не стал использовать термин «теплокровность» применительно к динозаврам. Приведенный в статье график показывает, что температура тела динозавра растет с увеличением массы. При этом, предположительно, в теле динозавра идут биохимические процессы с выделением тепла. Например, для того чтобы крупные динозавры могли путешествовать, им необходимо тратить много механической энергии. А как известно, не один из двигателей, даже биологический, не работает со 100% КПД (закон термодинамики). Рост температуры объясняется тем,то масса тела растет быстрее, чем площадь поверхности оболочки динозавра, через которую он охлаждается. При этом молодые динозавры должны быть «холодными», а старые «горячими». Здесь уж не до разумности. Если таракан был бы размером как крупный динозавр, то он также был бы «теплокровный».
Поэтому эволюцию выиграли мелкие теплокровные животные, которые научились стабилизировать температуру тела, вне зависимости от массы тела и возраста и, в связи с чем, стали более умными
> И заметте - я не спорю с тем, что такая зависимость имеет место быть вообще. Более того - я с ней отчасти согласен.
Вообще говоря, эта зависимость является более глобальной и распространяется не только на живую природу. Дело в том, что существует пирамида, связанная со сложностью организации структур и энергией. На вершине пирамиды структуры, которые разрушаются и объединяются при очень больших энергиях. Это фундаментальные частицы, например кварки. Вершина пирамиды отличается наименьшей сложностью, наименьшим количеством структур и наибольшей энергией связей. По сути дела, на вершине пирамиды нет никаких сложностей, поэтому с ростом энергии ускорителей все труднее открыть что-то новое. Со снижением энергии взаимодействий, с ее компенсацией в различных структурах – в ядрах атомов, в атомах - между заряженным ядром и электронными оболочками, в молекулах - между электронными оболочками и т.д., начинают проявляться тонкие расщепленные уровни базовых взаимодействий. На самом основании пирамиды находятся структуры с самым тонким расщеплением этих уровней и с наибольшим разнообразием – структуры живых организмов.-
Дело в том, что существует пирамида, связанная со сложностью организации структур и энергией.
@
Мне нравится ваш подход обозначить площадку, где сходятся все смыслы. В самом деле, что такое сложность? Какая бы она ни была, её должны обеспечивать две системы факторов: внутренняя и внешняя. Возможность образовывать связи между внутренними частями, дальнейшее усложнение самих этих частей должно обеспечиваться благоприятной внешней оболочкой. Наверное, может существовать множество пар, когда такой-то внешней среде соответствует такая-то внутренняя сложность. И возможно, что только один (?) уникальный набор внешних факторов может обеспечить взрывной рост внутренней сложности.
Но всё-таки я предложил бы вам заменить пирамиду деревом. Пирамида статична и не склонна никуда расти. Живой системе нужен и живой символ. Кварки - внизу, а сложность растёт вверх, к листьям. Так вкуснее.-
> «В самом деле, что такое сложность? Какая бы она ни была, её должны обеспечивать две системы факторов: внутренняя и внешняя.»
Согласен.
Я думаю, что внутренняя система факторов связана со сложностью вершины пирамиды (вершины конуса или ствола дерева). Предположительно, эта сложность заключена в свойствах фундаментальных и элементарных частиц и в их системе. Несмотря на то, что на уровне больших энергий эта сложность не видна, она должна присутствовать – из ничего ничего не бывает. Физики в настоящее время добрались до вершины пирамиды и начали ее рассматривать более внимательно. При этом оказалось, что структуры из фундаментальных частиц обладают значительным количеством тонких свойств, которые не укладываются в простую схему – в Стандартную модель (см. последние статьи Игоря Иванова)
Я думаю, что Внешняя система факторов связана с образованием новых степеней свободы.
Новые степени свободы в настоящую эпоху появились, например, в результате образования 3D пространства как такового, и его расширения. С образованием новых степеней свободы, материя охлаждается, и проявляются ее тонкие свойства. При этом, увеличивается разнообразие вариантов структур материи и увеличивается их сложность.
>Но всё-таки я предложил бы вам заменить пирамиду деревом. Пирамида статична и не склонна никуда расти. Живой системе нужен и живой символ. Кварки - внизу, а сложность растёт вверх, к листьям. Так вкуснее.
В основном с Вами согласен. «Пирамида» не точно отражает смысл. Однако, термин «пирамида», например, используется в экономике (финансовая пирамида), и означает расширение и рост. При этом ее слои растут вверх опираясь на слои с меньшей площадью, и все это держится на тонкой ножке. В конце концов пирамида, как абстрактная фигура, не обязана на что то опираться. Поэтому мне казалось, что этот термин понятен. Не изобретать же новый термин.-
Говорят же - дерево эволюции. Вполне себе устоявшийся термин. Почему не быть дереву структурной сложности? Древо жизни - оно и в стихах упоминается...
Ест мнение, что возникновение жизни в нашей Вселенной - неизбежно. Структура спонтанно создаётся методом самосборки. Самоорганизация - фундаментальное свойство материи. Вселенная развивается ит нулевой точки в направлении всё большего усложнения, по эстафетному принципу– строго последовательно.
Энергетически, по расходу энергии на образование последующего уровня из предыдущего, можно расставить структуры так:
частицы–атомы:10 в шестой электрон/вольт; атомы-молекулы:10 э/в;
молекулы–супрамолекулярные системы: единицы э/в;
супрамолекулярные системы–биологические системы: 0
После перехода через ноль – в зоне биологических систем – «внутренняя» энергия не выделяется, а система для своего выживания должна поглощать энергию извне. Энергетически в этом и состоит главная особенность жизни.
Ваша мысль про степени свободы мне нравится, надо её повертеть в голове... Пока что скажу как-то так: внутреннее усложнение запрограммировано фундаментально, но чтобы дерево сложности могло вырасти, внешняя оболочка должна обеспечить, передать внутрь необходимое количество степеней свободы.
Наверное, молекулы не могут с помощью механического сцепления (а других сил уже нет) образовать супрамолекулярные агрегаты, если они помещены, например, внутрь вращающегося вихря. Оболочка должна обеспечивать внутреннюю эстафету сложности.
Думаю, что жизнь внутри "планеты Трим" маловероятна просто потому, что в таких экстремальных условиях у внутренней сложность не хватит энергии перейти через 0. Возможно, рост сложности остановится на уровне простых молекул.-
> Почему не быть дереву структурной сложности?
Так тому оно и быть. Пусть будет дерево структурной сложности. (ДСтСл или TSC - tree structural complexity)
> Вселенная развивается ит нулевой точки в направлении всё большего усложнения, по эстафетному принципу– строго последовательно.
> Ваша мысль про степени свободы мне нравится, надо её повертеть в голове...
Я думаю, что нулевой точкой был полный хаос. Хаос это ничто и, одновременно, исчерпывающие возможности всего. С развитием, степень хаоса уменьшается, а возможности конкретизируются.
Относительное уменьшение степени хаоса, которое происходит в настоящее время, можно связать с космологическим расширением пространства.
В микромире работает принцип неопределенности https://ru.wikipedia.org/wiki/Принцип_неопределённости . Эту неопределенность можно отождествить с частичным хаосом. Рассмотрим ячейку пространства с находящимися в нем галактиками. Считается, что пространство в этой ячейке расширяется по закону Хаббла. В тоже время размеры вещества и пространственная локализация волновой функции частиц вещества, которая определяет «хаотичности» координат этих частиц, вместе с пространством не расширяется. В результате, в единичном Хаббловском объеме пространства средняя плотность «хаотичности» уменьшается. (Единичный «Хабловский объем» можно рассматривать в качестве базового объема, поскольку координаты стенок куба этого объема со временем не изменяются).
Если экстраполировать расширение пространства в прошлое, то можно предположить, что в момент рождения вселенной, вместо пространства был чистый пространственный хаос и волновая функция каждой из пра-частиц материи охватывала всю Вселенную. Затем из частиц постепенно формировались структуры, которые локализовались в пространстве.
Локализацию можно объяснить следующим образом. До и во время большого взрыва пра-частицы могли образовывать структуры на основе взаимодействий друг с другом. В число этих взаимодействий могли входить слабое, электромагнитное, сильное и гравитационное, так и неизвестные взаимодействия. Если рассматривать очень упрощенно, примерно так под воздействием гравитации из пылевого облака образуются звезды и звездные системы. За счет увеличения энергии взаимодействий пра-частиц между собой, структуры должны обрести массу. Причем масса структур могла быть неизмеримо больше исходных составляющих. В соответствие с принципом неопределенности, с увеличением массы структуры, сжимается пространственная локализация волновой функции этой структуры. Т.е. размеры структур становятся меньше, чем размеры составляющих ее частей. В результате доля хаоса при структуризации материи должна уменьшаться.
С этой точки зрения можно считать, что пространство возникло из хаоса, как выделившийся из него порядок. Причем, как таковое, пространство в хаосе существовало изначально, как некоторая возможность. Вследствие этой концепции, материя никогда не была в виде сингулярности. Исходная равномерная волновая функция вселенной дает равномерную плотность вещества по всей вселенной, каких бы размеров она не была, даже на бесконечности. Величина скорости света и горизонт событий здесь не имеют значения.
Вопрос, связанный с механическими степенями свободы можно рассматривать как аспект пространственной хаотичности.
Я думаю, что пространственная хаотичность сужает степень свободы частицы, поскольку полная хаотичность пространства означат присутствие частицы сразу во всех точках пространства одновременно с фиксированной вероятностью. При этом у частицы нет свободы выбора, быть где-то в том или другом конкретном месте. Т.е. частица находится только в одном пространственном состоянии, как будто пространство вообще отсутствует. Поэтому уменьшение хаоса увеличивает количество степеней свободы.
Примерно так. Прошу извинить за длинное изложение. Немного позже поясню эту точку зрения в отношении биологических структур.
-
-
-
-
-
-
-
Мне кажется, в чем нет недостатка так это во всяких разных слабых связях.
И в разных условия нет недостатка. И по температуре, и по давлению, и поверхность и глубины - полный набор. Все это удивление жизнью вероятно от того что мы что-то упускаем. Не какой-то общеизвестный фактор который "очень важен", а что-то просто не осознано. Типа того как до дарвинизма не было осознано развитие. В теперешнем понимании. Про развитие тоже знали. Все знали что видов много, что можно выводить породы, но вот что-то "не щелкнуло".-
>«Все это удивление жизнью вероятно от того что мы что-то упускаем.»
Удивляться тому, что появилась жизнь, не следует, если приять во внимание то, что природа имеет тенденцию к постоянному усложнению. Если усложнение идет постоянно и не прерывается, то в конце-концов усложнится настолько, что неизбежно появится новый уровень материи – живая материя и разум. Природе без разницы, кто или что будет носителем разума, например человек, или какое либо другое существо или вообще не существо, например живой океан на планете Солярис из произведения Станислава Лемма. Важно, чтобы шел процесс усложнения, а жизнь и разум это неизбежное следствие этого процесса.-
Осовремененная форма антропоцентризма.
То был бог по образу и подобию человека. Две руки, две ноги и борода.
Теперь жизнь и разум - то к чему все идет.
Все что объявляет, прямо и или косвенно, человека или его свойства неизбежным направлением развития не заслуживает рассмотрения. Все это формы мании величия.-
> Все что объявляет, прямо и или косвенно, человека или его свойства неизбежным направлением развития не заслуживает рассмотрения. Все это формы мании величия.
Предлагаю немного порассуждать.
Допустим, есть процесс, который ведет к усложнению материи. Причем, идущий без остановок, в бесконечность. К чему этот процесс может привести? Для упрощения анализа исключим человека из рассмотрения. Предложите свой вариант суперсложной системы, которая развивается в конкурентной среде.
-
-
-
-
-
-
-
-
Написать комментарий
