Происхождение жизни - Опарин Александр Иванович - Страница 9

С формированием литосферы тесно связано и образование гидросферы и первичной атмосферы Земли. В начальные периоды существования Земли на ее поверхности находился (как мы уже говорили) значительно меньший запас воды, чем в настоящее время. Постепенно этот запас увеличивался за счет разложения оводненных пород литосферы и освобождения связанной в ней воды.

Существенно отличался и химический состав вод первичных морей и океанов. Они были беднее растворимыми солями, чем современные водоемы. Лишь постепенно они обогащались неорганическими веществами, вымываемыми из горных пород в процессе круговорота воды в природе. Это имело существенное значение как подготовительный для возникновения жизни процесс.

Температура гидросферы, а также и атмосферы в основном определялась величиной солнечного излучения и была примерно близка к современной. Принципиально отличался от современного химический состав атмосферы. Современная атмосфера носит окислительный характер, она очень богата свободным, способным поддерживать дыхание и горение кислородом, но подавляющее количество этого газа образовалось и продолжает образовываться в процессе фотосинтеза, в результате жизнедеятельности зеленых растений. До возникновения жизни кислород мог находиться на Земле только в связанном состоянии — в виде воды, окисей (ржавчины) и т. д.

Но даже сейчас, когда запасы свободного кислорода в атмосфере непрерывно пополняются зелеными растениями, горные породы земной коры далеко не вполне насыщены кислородом. Это можно сказать только о самой поверхностной пленке земной коры, более же глубоко лежащие породы способны поглощать еще дополнительные количества кислорода. Это легко можно видеть на следующем примере. Извергнутые на земную поверхность более глубинные породы, как, например, лавы или базальты, обычно обладают черной, зеленой или серой окраской, что указывает на присутствие в них недоокисленного (закисного) железа. Напротив, возникшие на поверхности

Земли осадочные породы — глины, пески и т. п. — имеют красный или желтый цвет — в них железо полностью окислилось, они насыщены кислородом. Таким образом, при превращении глубинных изверженных пород в осадочные, которое постоянно происходит в природе непосредственно у нас на виду, совершается постепенное поглощение кислорода атмосферы горными породами земной коры. Только процесс фотосинтеза зелеными растениями обусловливает пополнение запаса этого необходимого для дыхания газа. Но если бы сейчас на Земле внезапно погибла вся растительность, то и свободный кислород атмосферы исчез бы через несколько тысячелетий, т. е. за очень короткий (в геологическом масштабе) срок, так как его поглотили бы ненасыщенные кислородом горные породы. Следовательно, до возникновения жизни свободный кислород отсутствовал в земной атмосфере и она носила не окислительный, а обратный, как химики говорят, восстановительный характер, т. е. содержала в себе водород и его соединения (аммиак, сероводород и т. д.).

Главная масса углеводородов, образовавшихся на Земле после того, когда она уже стала сложившейся планетой, возникла в процессе формирования литосферы, когда здесь при сравнительно высоких температуре и давлении происходило перемешивание железных и силикатных глыб, вследствие чего карбиды приходили во взаимодействие с оводненными породами и давали начало образованию метана, этана, ацетилена и других газообразных углеводородов. Часть этих углеводородов подвергалась тем или иным химическим изменениям уже в самой литосфере. Здесь происходило их окисление за счет кислорода воды, их взаимодействие с азотом и серой и их полимеризация (объединение нескольких углеводородных молекул между собой). Этим превращениям весьма способствовали происходившие в литосфере процессы радиоактивного распада тяжелых элементов земной коры.

Однако только некоторая, небольшая часть углеводородов и их производных задерживалась в литосфере и затем вымывалась отсюда водами гидросферы. Все летучие углеводороды более или менее быстро выделялись из земной коры в атмосферу, как это можно наблюдать и сейчас в отношении природных горючих газов. В атмосфере первичные углеводороды встретились с новыми условиями.

Это были прежде всего коротковолновые ультрафиолетовые лучи, которые пронизывали тогдашнюю земную атмосферу сверху донизу. Солнечный свет очень богат ультрафиолетовыми лучами, но их наиболее активная (в химическом отношении) часть не достигает сейчас земной поверхности. Мы защищены от этих лучей слоем газа озона, который находится в современной атмосфере на высоте 30 километров от земной поверхности. Озон почти полностью поглощает коротковолновые ультрафиолетовые лучи, служит для этого света как бы экраном. Но озон — это разновидность кислорода, он может образоваться только в окислительной атмосфере, и в первоначальной газовой оболочке Земли его не могло быть. Поэтому вся тогдашняя атмосфера Земли находилась под воздействием коротковолнового ультрафиолетового света.

Образование углеводородов при обработке карбидов (соединения углерода с металлами) водой. Содержащийся в химических частицах (молекулах) воды кислород присоединяется к металлу, давая гидрат окиси металла (ржавчину), а водород воды присоединяется к углероду

Схема образования соединений, содержащих в своих молекулах шомы углерода, водорода и кислорода

Схема присоединения азота

Образовавшиеся в атмосфере Земли углеводороды соединялись С частицами воды и находившегося здесь аммиака. При этом возникали более сложные вещества

Под влиянием этого света попавшие в атмосферу углеводороды и их ближайшие производные в самом широком масштабе взаимодействовали с веществами самой атмосферы — с парами воды, аммиаком, сероводородом и т. д. При этом в атмосфере возникли многочисленные, разнообразные органические вещества — спирты, альдегиды, кислоты, амины, сернистые соединения и т. д. Этому же способствовал и другой действующий в атмосфере фактор — электрические разряды. Всем, конечно, хорошо известны искровые разряды в атмосфере — молнии. Но наряду с такого рода явлениями в атмосфере в очень широком масштабе происходят тихие разряды, которые очень способствуют осуществлению ряда химических превращений.

Возникшие в результате указанных воздействий разнообразные органические вещества могли оставаться в атмосфере только в том случае, если они находились здесь в виде летучих газов. Но в процессе химических превращений молекулы органических веществ делались все более сложно построенными, все более крупными, включающими в себя все большее число разнообразных атомов. При этом терялась способность органических веществ оставаться в газообразном состоянии. Вместе с дождем и другими осадками они перешли в первоначальную земную гидросферу — растворились в водах тогдашних морей и океанов. В этой новой для них среде они продолжали химически взаимодействовать как между собой, так и с другими веществами, растворенными в воде.

Благодаря этому здесь действительно должны были возникать всевозможные представители разнообразных органических соединений — сахара, жироподобные и белковоподобные вещества и т. д.

А. М. Бутлеров

К сожалению, мы не можем сейчас вести непосредственные наблюдения над такими процессами в природной обстановке. Этому мешают не только современные окислительные условия атмосферы, но и повсеместное распространение на земной поверхности живых существ. В их присутствии очень трудно отделить абиогенные, возможные еще на безжизненной Земле, процессы, от биогенных, осуществляющихся только в настоящее время. Организмы в этом отношении путают нам все карты: они выделяют во внешнюю, неорганическую, среду громадное количество специфических веществ и, наоборот, быстро поглощают, поедают другие органические вещества. Таким образом, они сильно изменяют весь ход химических превращений в окружающей их природе.