Азы А&А. 44. Жизнь во Вселенной. 1. Базовые элемент и растворитель.

Feb 08, 2024 03:00


§23. Условия зарождения жизни.

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 полного ответа, особенно на третий вопрос, мы здесь не получим. Но достаточно понятный первичный образ этого явления в своих мозгах создадим.



23.1. Базовый элемент.

Жизнь должна выбрать химический элемент, на базе которого она будет строить для своего функционирования молекулы нужной ей сложности. Очевидные критерии такого выбора - максимально возможные распространенность в природе и максимальная валентность.
    Первая пятерка элементов по распространенности в природе по числу атомов выглядит так (см. рис. 4.3 в разделе 12.1): 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 более чем 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. 4.3). 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.

23.2. 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. Существует немало вариантов простых веществ, удовлетворяющих этому условию. Но мы знаем, что скорость любых химических реакций в жидкости довольно резко снижается с уменьшением ее температуры. Поэтому жизнь должна выбрать такой растворитель, который может находиться в жидкой фазе в достаточно широком интервале температур при температурах, не разрушающих биомолекулы и способствующих довольно быстрому их созданию.

Конкурировать в этом плане могут такие простые вещества: метан (СН4), аммиак (NН3), вода (Н2О), углекислота (СО2). Метан может быть жидким в интервале температур от - 182оС до - 162оС. Аммиак жидкий в интервале от - 78оС до - 33оС. Вода жидкая в интервале температур от 0оС до + 100оС. Углекислота может быть жидкой только при давлении более 5,5 атм. и только при температуре в окрестности - 56оС.

Очевидно, что вода выигрывает соревнование по оговоренным выше условиям. К тому же воды в космосе очень много. Просто потому, что водород и кислород занимают 1-е и 2-е места по распространенности среди химически активных элементов. Поэтому не стоит удивляться тому, что Земля выбрала в качестве такого растворителя воду.

Азы А&А

Previous post Next post
Up