Глава 12. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ (1119274)
Текст из файла
346Глава 12. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ12.1. Уникальность ЗемлиКогда рассматриваешь главные особенности развития Земли, становится ясным,что путь ее эволюции в решающей мере был предопределен как местом Земли вСолнечной системе, светимостью Солнца, так ее массой и химическим составом. Так, еслибы наше Солнце принадлежало к типу переменных звезд, то на Земле попеременностановилось бы нестерпимо жарко или невыносимо холодно. Если бы масса Солнца быласущественно бóльшей, то оно уже через несколько десятков или сотен миллионов летпосле своего образования взорвалось бы и превратилось в нейтронную звезду или даже вчерную дыру. Нам и всему живому на Земле очень повезло, что Солнце – спокойнаязвезда со средней звездной массой, относится к звездам-карликам спектрального классаG2 и является стационарной звездой, слабо меняющей свою светимость в течение многихмиллиардов лет.
Последнее особенно важно, поскольку за последние 4 млрд лет онопозволило земной жизни пройти длительный путь эволюции от зарождения простой ипримитивной жизни к ее высшим формам.Оптимальным оказалось и расстояние Земли от Солнца, поскольку при их болееблизком взаимном расположении на Земле было бы слишком жарко и мог бы возникнуть,как на Венере, необратимый парниковый эффект, а при более удаленном – Землю сковалбы мороз и она могла превратиться в “белую” планету с устойчивым оледенением.Повезло нам и с массивным спутником Земли – Луной. В гл.
3 было отмечено, чтоее возникновение на близкой околоземной орбите существенно ускорило тектоническоеразвитие Земли. Если бы у нашей планеты не было массивного спутника, то Земля, скореевсего, подобно Венере, медленно вращалась бы в обратную сторону и так же задержаласьв своем тектоническом развитии на 2,5 – 3 млрд лет. В таком варианте сейчас на Землегосподствовали бы условия позднего архея с плотной углекислотной атмосферой ивысокими температурами, а вместо современной высокоорганизованной жизни Землюнаселяли бы только примитивные бактерии – одноклеточные прокариоты.Рассматривая эволюцию Земли в тесном взаимодействии с Солнцем и Луной,поражаешься, насколько это оптимальная и тонко сбалансированная система, так удачнообеспечившая появление на нашей планете весьма комфортных условийдлявозникновения и развития высокоорганизованной жизни.
При ближайшем рассмотренииэтой системы обращает на себя внимание оптимальная масса Земли, способнаяудерживать на своей поверхности умеренно плотную атмосферу, а также исключительноудачный ее химический состав. Действительно, даже сравнительно небольшие отклоненияот исходных концентраций в земном веществе таких элементов и соединений, как Fe, FeO,CO2, H2O, N2 и др., могли привести к необратимым и катастрофическим для жизнипоследствиям. В частности, если бы в первичном земном веществе было меньше воды, тос меньшей интенсивностью поглощался бы углекислый газ (см. гл. 10) и он стал бынакапливаться в земной атмосфере. В результате еще в архее мог возникнутьнеобратимый парниковый эффект и наша Земля превратилась бы в “горячую” планетутипа Венеры. Если бы воды было заметно больше либо меньше свободного железа, тоЗемля превратилась бы в планету “Океан” (см.
гл. 9). Если бы в Земле было меньше азота,то еще в раннем протерозое она превратилась бы в сплошь покрытую снегом “белую” ихолодную планету. При бóльшем количестве свободного (металлического) железа впервичном земном веществе в современной атмосфере, как и в протерозое, не смог бынакапливаться свободный кислород, а следовательно, на Земле не могло возникнутьцарства животных (см. раздел 4.5).
Наоборот, при меньшей исходной концентрациижелеза уже сейчас или даже раньше должно было начаться обильное выделениеэндогенного (абиогенного) кислорода, и все живое на Земле к настоящему времени уже“сгорело” бы в такой атмосфере. Кроме того, процесс дегазации глубинного кислорода347должен привести к сильнейшему парниковому эффекту, после чего Земля такжепревратилась бы в горячую планету типа Венеры (см. гл. 10).12.2. Происхождение жизни на ЗемлеПервичная Земля, сформировавшаяся за счет аккреции исходного протопланетноговещества, должна была быть полностью безжизненной планетой. Связано это с тем, чтосамо вещество протопланетного газопылевого облака образовалось благодаря взрывамсверхновых звезд и было полностью стерилизовано жестким космическим излучениемеще задолго до начала аккреции планет Солнечной системы. Кроме того, на Земле в тедалекие времена еще не существовало ни плотной атмосферы, ни гидросферы, т.е.наиболее благоприятных сред для возникновения, обитания и защиты от разрушенияжизни.
Это объясняется тем, что земное вещество с самого начала было резко обедненолетучими соединениями, а та их ничтожная часть, которая все-таки освобождалась приударах и тепловых взрывах планетезималей, тут же сорбировалась очень пористымгрунтом и быстро выводилась с поверхности Земли, захораниваясь постепенно в ее недрахпри выпадении все новых и новых порций протопланетного вещества. К тому же в первоевремя после образования Земли ее поверхность подвергалась исключительноинтенсивному воздействию мощного потока корпускулярного излучения молодогоСолнца, находившегося тогда, подобно звездам Т-Тельца, в самом начале главнойпоследовательности своего развития.
Этот интенсивный поток корпускул, в основномпротонов и ядер гелия, должен был буквально сдувать с поверхности Земли все остаткигазовых составляющих.После первой активной стадии развития молодого Солнца его светимость около 4,6млрд лет назад примерно на 30–25% была ниже современного уровня. Поэтому условиясуществования на молодой и лишенной плотной атмосферы Земле были исключительносуровыми. С одной стороны, ее поверхность представляла собой холодную пустыню, а сдругой – она подвергалась постоянному и интенсивному облучению потоками жесткихкосмических лучей.Неблагоприятные условия для возникновения и развития жизни на Землепродолжались до тех пор, пока не начал действовать процесс дегазации земного вещества.Однако это могло произойти только после подъема температуры в недрах молодой Землидо уровня появления у нее астеносферы и возникновения конвективных движений вмантии, т.е.
после начала действия наиболее мощного процесса гравитационнойдифференциации земного вещества. При этом образование астеносферы и процессзонного плавления земного вещества привели к резкому усилению приливного взаимодействия Земли с Луной и к существенному перегреву верхней мантии вэкваториальном поясе Земли. Произошли эти события примерно 4,0–3,9 млрд лет назад.На ранних этапах дегазации Земли бóльшая часть попадавшей на ее поверхностьводы и других элементоорганических соединений поглощалась реголитом первозданногогрунта молодой Земли.
Высокая пористость и сорбционная способность реголита, повидимому, могли обеспечить наиболее благоприятные условия для формированиясложных органических соединений и зарождения жизни. Вероятнее всего жизньзародилась именно в мелких порах первозданного реголита после того, как они оказалисьзаполненными дегазированной и минерализованной водой (Сорохтин, Ушаков, 1991).Первичные углеводородные соединения могли возникать за счет гидратациижелезосодержащих ультраосновных пород в присутствии СО2, например, по реакциям(9.12) и (9.13), а оксиды азота, нитраты, нитриты, аммиак, а также хлориды, карбонаты,сульфаты аммония и другие многочисленные соединения азота и углерода – благодарягрозовой активности углекислотно-азотной атмосферы раннего архея.
Соединенияфосфора, по-видимому, поступали в растворы непосредственно из веществапервозданного реголита. Необходимые же условия протекания реакций образования болеесложных органических молекул при повышенных температурах атмосферы уже в начале348архея обеспечивались капиллярным давлением водных растворов в порах реголита икаталитическим действием содержавшихся в нем свободных переходных металлов (Fe, Ni,Cr, Со и др.). Формированию сложных протоорганических молекул способствовало и тообстоятельство, что только в мелких порах реголита благодаря их большой сорбционнойактивности и высоким капиллярным давлениям концентрация элементоорганическихсоединений могла достигать уровня, необходимого для синтеза более сложныхорганических веществ (в морских бассейнах эти соединения оказались бы слишкомразбавленными).Напомним, что классические эксперименты С.
Миллера (1959), А. Вильсона (1960),Дж. Оро (1965, 1966), С. Фокса (1965) и других исследователей показали возможностьсинтезирования достаточно сложных органических молекул из неорганическихсоединений при их нагревании в полях электрических разрядов. В России направлениеавтохтонного происхождения жизни путем синтезирования органических молекул изнеорганических соединений активно разрабатывал академик А.И.
Опарин (1965).Поэтому есть веские основания предполагать, что жизнь на Земле зародилась впропитанном водой и элементоорганическими соединениями первозданном грунте ивулканических пеплах в начале раннего архея, около 4,0–3,9 млрд лет назад в товремя, когда на Земле возникла восстановительная азотно-углекислотно-метановаяатмосфера (см. раздел 10.2). Таким образом, зарождение жизни на Земле совпало спервым и наиболее сильным тектоническим и геохимическим рубежом в истории ееразвития – с начальным моментом выделения земного ядра (с началом химикоплотностной дифференциации земного вещества), приведшим к формированию гидросферы, плотной атмосферы и континентальной земной коры.В работе известного российского геохимика Э.М. Галимова (2001), посвященнойпроблемам происхождения и эволюции жизни на Земле, показывается, что происхождениежизни должно было быть связано с протеканием энергетических химических реакций,снижающих энтропию системы.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
