Академик В. Н. Пармон
«Химия и жизнь» №5, 2005

В космосе

Итак, образование планет Солнечной системы и возникновение жизни на Земле произошли практически в один момент во временных масштабах Вселенной. Поэтому, если бы удалось решить проблему планетообразования, это могло бы стать исходной точкой и для решения проблемы зарождения жизни. Ведь научные вопросы часто решаются комплексно. Но как получить данные о происшедшем событии, если известен лишь конечный результат? Этим занимаются сейчас физики Института катализа и нескольких других институтов СО РАН. Основной инструмент их работы — методы, разработанные для моделирования в лабораторных условиях ядерного взрыва. То есть физики вместе с математиками собирают достаточно надежные данные о каждом процессе, влияющем на картину взрыва, а потом моделируют его на компьютере. Чем мощнее компьютер, чем больше он учитывает процессов и параметров, тем более реальной получается картина. Проверить работу компьютера можно, сопоставив расчеты с наблюдением природных явлений — например, вспышек на Солнце. Естественно, на каждом этапе моделирования надо строго соблюдать все без исключения фундаментальные физические законы, в частности законы сохранения энергии, импульса и т. д.

Сначала сибирские ученые проанализировали наиболее популярные существующие теории образования планет — и остались неудовлетворены. Появилось новое предположение: формирование планет происходило в тех же условиях, в которых каталитические химические реакции органического синтеза. И следующий шаг: именно каталитические реакции привели к возникновению жизни на Земле, а затем — к естественному отбору.

Мы уже давно свыклись с представлением о том, что планеты Солнечной системы зародились из первичного газопылевого облака, окружавшего Протосолнце около 5 млрд лет тому назад. При этом многие ученые предполагали, что планеты Солнечной системы сформировались при столкновении твердых тел. Тем не менее, согласно В. С. Сафронову, если тело величиной порядка тысячи километров столкнется с телом меньшего размера, осколки притянутся к крупному, а вот средние тела (несколько сот километров в диаметре) не могут ни укрупниться, ни поглотиться. Они просто разрушаются при ударе. Что же заставило систему самоорганизоваться и привело к образованию планет земной группы?

Таким механизмом должно быть развитие коллективной неустойчивости, одновременное объединение многих малых тел. Не будем рассматривать в этой статье физическую и математическую часть модели (см. В. Н. Снытников, В. Н. Пармон «Жизнь создает планеты?» — «Наука из первых рук», январь 2004). Скажем только, что модель предполагает формирование солитонов (одиночных волн плотности материи) в околозвездном диске. А мы займемся чистой химией.

Огромное газопылевое облако, вращающееся вокруг Протосолнца, было не просто облаком, а огромным каталитическим реактором, в котором вовсю шли химические реакции и синтезировались разнообразные органические соединения. Почему каталитическим? А потому, что в этом реакторе находились мириады частиц допланетной пыли, содержавшей железо, никель и кремний, — именно они составляли, как полагают, основу первичного газопылевого облака. Там же в избытке находились и газообразные реагенты (основные компоненты межзвездного и межпланетного газа) — водород, угарный газ и т. д. В газопылевом облаке такого состава просто не могли не образовываться органические соединения! Более того, как выяснилось при численном моделировании образования планет, о котором шла речь выше, реакции образования таких соединений были не просто важными, они могли играть решающую роль! Действительно, для слипания твердых частиц «чистой» космической пыли при интенсивном ударе нужен «клей», а образующиеся органические молекулы, закрепляясь на поверхности твердых частиц, образовали необходимый липкий поверхностный слой. Именно он способствовал быстрому соединению пылинок, из которых формировались более крупные частицы, а затем и планетозимали (промежуточные образования) и далее протопланеты. Так, по-видимому, образовались и Земля, и все остальные планеты, астероиды и кометы, которые вращаются сейчас вокруг Солнца.

Надо отметить, что описанная система хорошо знакома специалистам — по классификации химиков-каталитиков глобальный космический реактор относится к разряду реакторов «с псевдоожиженным слоем катализатора». Давление и температура газообразных реагентов в зоне формирования планет были типичными для хорошо известных химических процессов. Другие важные характеристики глобального космического реактора, также близки душе технолога — состав катализаторов, реакционной среды и т. п. Из водорода и угарного газа на железо- и никельсодержащих пылинках были обязаны синтезироваться углеводороды и кислородсодержащая органика — например, простые спирты и альдегиды. Все как в промышленности.

Понятно, что каталитическая активность космического материала — ключевой момент в уточнении теории образования планет. Недавно в Институте катализа мы экспериментально проверили, что вещество реальных метеоритов в самом деле катализирует эти реакции. Каменные и железо-каменные метеориты, которые мы использовали в эксперименте, по своему составу приближаются к веществам, распространенным в космосе. За 4,6 млрд лет своего существования они спеклись и имеют обычную непористую поверхность, но когда-то, в молекулярных облаках и околозвездном диске, межзвездная пыль состояла из частиц нанометрового размера. Поэтому мы испаряли метеориты при помощи лазера и получали порошки с размером частиц 3–4 нм (это примерно соответствует размеру активного компонента в промышленных катализаторах). Затем смотрели, получается ли что-нибудь из смеси угарного газа, водорода и гелия в присутствии метеоритной пыли при атмосферном давлении и температуре до 500°С. В наших экспериментах с достаточно высокими выходами синтезировались этилен и другие углеводороды.

Рис. 2. Схема действия космического каталитического реактора в момент образования Земли

Рис. 2. Схема действия космического каталитического реактора в момент образования Земли

Все это означает, что наши планеты сформировались там, где были условия для каталитического синтеза органических соединений, и что первичные органические соединения, из которых потом могла появиться жизнь, образовались уже на допланетной стадии эволюции Солнечной системы (рис. 2). Интересно, что значительная часть первичного «допланетного» органического вещества могла захватываться при формировании планет (хотя основная масса такого вещества, конечно же, разрушается и развеивается в космосе) и стать впоследствии одним из компонентов ископаемого органического сырья, которым мы сейчас пользуемся. Так это или не так — покажут дальнейшие исследования.

Еще один очень важный вопрос: насколько жестко предопределено образование планет? Оказалось, что самоорганизация вещества по нашей модели идет в одном направлении и поэтому предопределена. Но место появления уединенной волны повышенной плотности вещества, а следом и формирование планеты на данном расстоянии от Солнца — для нашей модели величины случайные. Правда, из общих соображений следует, что если волна плотности окажется на орбите Венеры, то все летучие вещества (вода, водород, органические соединения) там испарятся: планета появится, а жизнь на ней нет. На орбите Марса слишком холодно. Равно как и на орбите Сатурна — недавно выяснилось, что поверхность Титана (спутника Сатурна) состоит в основном из сжиженных легких углеводородов. Планета, на которой живем мы, попала в самую точку. Здесь есть вода, легкие газы и т. п.

Вероятность появления планет на различных расстояниях от Солнца, возможно, определится после дальнейших расчетов, в которых используют дополнительные физико-химические факторы, влияющие на поведение газопылевого облака. Может быть, тогда станет понятно, где проходит граница жизни — до марсианской орбиты или за ней. И это знание сбережет массу средств и сил.


19
Показать комментарии (19)
Свернуть комментарии (19)

  • kar-slo  | 06.07.2005 | 05:49 Ответить
    очень интересно!
    Ответить
  • FM_Xenon  | 22.07.2005 | 01:53 Ответить
    Здорово! Это пока самая удачная теория из всех, что я слышал. Но без доработки и объяснения других, дальнейших "поворотов" молякулярной эволюции, делать окончательные выводы еще рановато. Хотя, должен признаться, что выводы (и какие!) так и спешат сами влезть в голову...
    Ответить
    • gold01 > FM_Xenon | 16.10.2005 | 11:31 Ответить
      а я ещё где-то читал, что внутри луны есть другая, гораздо большая по диаметру, чем первая :)
      Ответить
  • Lenny  | 06.12.2005 | 01:08 Ответить
    Интерестная гипотеза! Желаю автору удачи!....Не соглашусь лишь в одном, утверждать что другие формы жизни невозможны - это егоцентризм, учитывая размеры Вселенной + возможные вариации физических сил которые действуют на вещества, достаточно преждевременно называть жизнь на земле единственной из возможных.
    Ответить
    • Alex_au > Lenny | 04.12.2006 | 16:44 Ответить
      У меня гипотеза аналогичная и опубликована раньше - http://www.membrana.ru/articles/readers/2002/12/26/182300.html .
      Впрочем, эта идея давно витала в воздухе.
      Может, кто-нибудь и раньше ее высказывал.
      Ответить
      • father_gorry > Alex_au | 16.04.2009 | 11:30 Ответить
        А корни ее идут откуда-то отсюда:
        http://yanko.lib.ru/books/betweenall/prigogine-stengers_ru.htm
        Ответить
  • enginer  | 22.03.2006 | 12:13 Ответить
    Отличная концепция!
    - БРАВО!
    Ответить
  • lenabec  | 13.03.2009 | 16:03 Ответить
    Понятно-как зародилась, но не понятно - зачем?
    Ответить
  • Alyosha  | 18.03.2009 | 15:39 Ответить
    Все выглядит стройным на первый взгляд, тревожит одно, судя по современным данным, земля некоторое время представляла собой расплавленный шар, что же тогда было с образовавшимися углеводородами, как они избежали полного разложения?
    Ответить
    • father_gorry > Alyosha | 16.04.2009 | 11:29 Ответить
      Разлагались и вновь синтезировались неорганическим путем.
      Нам ведь неважно, весь ли углерод переходил в углеводороды, достаточно и малой его части.
      Ответить
      • Alyosha > father_gorry | 16.04.2009 | 12:36 Ответить
        Если это статья о том, как зародились планеты - да, соглашусь, что это НЕВАЖНО. Но если стать о "Новое в теории появления жизни", то это становится тем самым вопросом, который ставился всегда: "как синтезировались углеводороды в условиях Земли". Т.к. после прибывания Земли в расплавленном состоянии (а эта теория, пока, общепринята) углеводороды какой-либо сложности не могли сохранится. Это, кстати, относится и к ссылке об органических ископаемых в статье.
        Ответить
        • father_gorry > Alyosha | 17.04.2009 | 08:07 Ответить
          1) Земля не пребывала в раскаленном виде. Она сначала была холодной, а потом перемещение тяжелых пород к центру нагрело ее недра.
          2) Но это не принципиально. Органические соединеня из C, H2O и пр. могут синтезироваться просто при нагреве.
          Ответить
  • Alex_V  | 14.08.2010 | 17:16 Ответить
    Рис.4 убивает все. Во-первых, многовариантность. Во-вторых, гексозы, а не требуемая пентоза.Остальное - слова.
    Ответить
    • nonicksm > Alex_V | 09.09.2010 | 20:33 Ответить
      По-моему ты не дочитал либо не внимателен! на счет рибозы ниже было написанно: "Если вместо катионов кальция взять его соль с фосфат-анионами (обычный природный апатит), то в реакции формальдегида с простейшими сахарами (которые, как было доказано, могли образоваться под действием света) почти селективно (!) получается... долгожданная рибоза!"
      Ответить
  • nonicksm  | 09.09.2010 | 20:34 Ответить
    Мне статья очень понравилась!В первый раз вижу такой комплексный подход к проблеме эволюции и возникновению жизни.
    Ответить
  • Михаил М.  | 15.06.2011 | 19:13 Ответить
    нормальная теория, но я не понял про "вымирание" сахаров в отсутствие формальдегида. никогда не слышал, что сахароза или глюкоза могут самопроизвольно разлагаться до формальдегида, тогда их нельзя было бы употреблять в пищу: формальдегид ядовит.
    Ответить
  • аксиоматик  | 26.06.2011 | 22:37 Ответить
    Давно искал пример автокаталитической реакции, имеющей отношение к возникновению жизни. Спасибо за этот пример с сахарами. Другим примером в этом же плане может стать возможное автокаталитическое самокопирование рибозимов - РНК, которые обладают свойствами ферментов. Если предположить, что различные автокат. р-ции, объединившись вместе внутри какого-нибудь коацервата, да ещё с участием репликатора (в данном случае - рибозима), стали бы поддерживать друг друга (создавать благоприятные условия)- то в конце концов это могло привести эту систему к биологической эволюции и к жизни. Кстати, на основе аксиом мне удалось выстроить биологические понятия в иерархической последовательности в виде общей теории жизни - ОТЖ (не все понятия, поскольку процесс аксиоматизации, да и построения ОТЖ бесконечен и до завершения дело не дойдёт). Так вот, понятие "жизнь" не зависит ни от её истории, ни от материала её "изготовления".
    Ответить
  • leniel  | 10.12.2012 | 02:05 Ответить
    Валентин Николаевич, хорошо, налепили мы с помощью автокаталитических реакций много кирпичей - молекул нуклеотидов. Что дальше, кто и как будет дом строить, и по какому проекту?
    Нужна работоспособная универсальная модель. Она дудет представлена в 2013 г. предварительно с идеей и концепцией можно познакомиться на блоге http://dna-space-life.blogspot.com/ Будет дан ответ на ключевой вопрос - Почему природа выбрала нуклеотид дезоксирибозы в качестве главглго и единственно приемлимого строительного материада для ДНК.
    Ответить
  • Vladimir Matveev  | 15.04.2016 | 13:04 Ответить
    Основной вопрос науки о происхождении жизни: мембрана или биофаза? http://www.bioparadigma.spb.ru/files/Matveev-2016-Protophysiology.Rus.pdf
    Ответить
Написать комментарий
Элементы

© 2005-2017 «Элементы»