Эскизы. 49. Базовые элементы Жизни.
Раздел, посвященный галактикам в книжке "Эскизы устройства мира", постить не буду. Поскольку много писал о галактиках и это можно прочитать в разделе "Галактики, их группы и скопления" в моей миниэнциклопедии " Эскизы космоса". И потому начну постить главу "Жизнь и ее проявления".
§21. Условия зарождения жизни на планетах и их спутниках.
Поставленная в заголовке проблема многогранна. Во-первых, мы должны понять - на каких химических элементах будет в основном строиться жизнь. Во-вторых, разобраться, в каких типах внешней среды и при каких внешних условиях она будет строиться и развиваться. В-третьих, понять, каким будет обратное влияние развивающейся жизни на окружающую ее среду. Поэтому этот раздел коротким не будет. И полного ответа, особенно на третий вопрос, мы здесь не получим. Но достаточно понятный первичный образ этого процесса в своих мозгах создадим.
21.1. Базовый элемент.
Жизнь должна выбрать химический элемент, на базе которого она будет строить для своего функционирования молекулы нужной ей сложности. Очевидные критерии таого выбора - максимально возможные распространенность в природе и максимальная валентность. Первая пятерка элементов по распространенности в природе (по числу атомов) выглядит так: одновалентный водород, нейтральный гелий, двухвалентный кислород, четырехвалентный углерод (60,5% от кислорода), трехвалентный азот (12,5% от кислорода). Химически нейтральный гелий из этого списка вычеркиваем. Отсюда видно, что базовым для создания жизни элементом должен стать углерод. Ибо при вполне достаточном изобилии в природе его валентость максимальна.
Конкуренцию углероду мог бы составить кремний. Он тоже четырехвалентен. Но атомов кремния в природе на порядок меньше, чем атомов углерода (см. рис. 4.2.). Вдобавок у кремния есть еще один недостаток - энергия связи атомов кремния между собой примерно вдвое меньше энергий связи кремния с водородом, кислородом, азотом и другими элементами. Из-за чего устойчивые длинные молекулы-цепочки на кремнии построить практически невозможно.
В то же время, энергии связей углерода как с углеродом, так и с водородом, азотом и кислородом близки по величине. Поэтому Вселенная базовым элементом жизни выбрала углерод. И не прогадала.
21.2. Базовый растворитель.
Любые химические реакции идут гораздо интенсивнее в жидкости, чем в газе и, тем более, в твердом теле. Поэтому для зарождения и развития жизни нужна жидкость-растворитель. Химически нейтральная. Земля выбрала в качестве такого растворителя воду. Теоретически возможны и другие варианты - аммиак, метан и другие.
У воды есть один недостаток - при замерзании она расширяется (плотность водяного льда меньше плотности воды). Что губительно сказывается на содержащих воду живых организмах. У таких веществ, как аммиак и метан, этого недостатка нет. Но есть другой - они могут находиться в жидкой фазе при заметно более низких температурах. При которых скорость химических реакций существенно меньше, чем в воде. К тому же, распространенность этих молекул в природе на порядки меньше, чем распространенность воды.
§21. Условия зарождения жизни на планетах и их спутниках.
Поставленная в заголовке проблема многогранна. Во-первых, мы должны понять - на каких химических элементах будет в основном строиться жизнь. Во-вторых, разобраться, в каких типах внешней среды и при каких внешних условиях она будет строиться и развиваться. В-третьих, понять, каким будет обратное влияние развивающейся жизни на окружающую ее среду. Поэтому этот раздел коротким не будет. И полного ответа, особенно на третий вопрос, мы здесь не получим. Но достаточно понятный первичный образ этого процесса в своих мозгах создадим.
21.1. Базовый элемент.
Жизнь должна выбрать химический элемент, на базе которого она будет строить для своего функционирования молекулы нужной ей сложности. Очевидные критерии таого выбора - максимально возможные распространенность в природе и максимальная валентность. Первая пятерка элементов по распространенности в природе (по числу атомов) выглядит так: одновалентный водород, нейтральный гелий, двухвалентный кислород, четырехвалентный углерод (60,5% от кислорода), трехвалентный азот (12,5% от кислорода). Химически нейтральный гелий из этого списка вычеркиваем. Отсюда видно, что базовым для создания жизни элементом должен стать углерод. Ибо при вполне достаточном изобилии в природе его валентость максимальна.
Конкуренцию углероду мог бы составить кремний. Он тоже четырехвалентен. Но атомов кремния в природе на порядок меньше, чем атомов углерода (см. рис. 4.2.). Вдобавок у кремния есть еще один недостаток - энергия связи атомов кремния между собой примерно вдвое меньше энергий связи кремния с водородом, кислородом, азотом и другими элементами. Из-за чего устойчивые длинные молекулы-цепочки на кремнии построить практически невозможно.
В то же время, энергии связей углерода как с углеродом, так и с водородом, азотом и кислородом близки по величине. Поэтому Вселенная базовым элементом жизни выбрала углерод. И не прогадала.
21.2. Базовый растворитель.
Любые химические реакции идут гораздо интенсивнее в жидкости, чем в газе и, тем более, в твердом теле. Поэтому для зарождения и развития жизни нужна жидкость-растворитель. Химически нейтральная. Земля выбрала в качестве такого растворителя воду. Теоретически возможны и другие варианты - аммиак, метан и другие.
У воды есть один недостаток - при замерзании она расширяется (плотность водяного льда меньше плотности воды). Что губительно сказывается на содержащих воду живых организмах. У таких веществ, как аммиак и метан, этого недостатка нет. Но есть другой - они могут находиться в жидкой фазе при заметно более низких температурах. При которых скорость химических реакций существенно меньше, чем в воде. К тому же, распространенность этих молекул в природе на порядки меньше, чем распространенность воды.