Какво; rt „лявата ръка“ е бяла; rj; две нагоре; р; т; аминокиселини 2
LÁSZLÓ MARKÓ
Защо аминокиселините, които изграждат протеините, са „левичари“?Произход на хомохиралността на биомолекулите
Какъв би могъл да е изконният земен климатслед голямата бомбардировка?
Въз основа на изброените данни можем да заявим, че химически са били дадени всички условия за формиране на живот, тъй като по време на голямата бомбардировка много и много различни органични съединения са дошли на Земята. Следващият критичен въпрос след това е дали климатичните условия също са били подходящи. Тъй като животът явно изисква наличието на течна вода, въпросът може да бъде опростен: предвид температурата и налягането, необходими за осигуряване на течното състояние на водата?
Въз основа на интензивността на лъчението на Слънцето, разстоянието Слънце-Земя и албедото на Земята (отражателна способност на радиацията), може да се изчисли, че днес средната повърхностна температура без парниковите компоненти (водни пари, въглероден диоксид, метан и др.) е днешните +15 o C ще имат само -18 o C.
Интензивността на лъчението на Слънцето по време на формирането на живота, така че преди 3,8 милиарда години, сегашното е само за. Той беше 75% и само постепенно се укрепи до сегашната си стойност. Тази промяна е една от характеристиките на еволюцията на звездите от тип Слънце. При излъчване с този интензитет средната температура на Земята (изчислена с нейното текущо албедо) ще бъде -38 o C. Вярно е, че по това време вътрешната температура на Земята беше по-висока от сегашната и беше малко по-силна, отразяваше се във вътрешния топлинен поток, но само това вероятно не би било достатъчно за поддържане на температурата, необходима за живота, за да форма. По-вероятно е да има по-силен парников ефект, отколкото в момента.
Най-очевидното обяснение за това е плътна атмосфера на въглероден диоксид. По време на формирането на земната кора, описана по-горе, температурата на земната повърхност по това време все още е била доста висока. С повишаване на температурата, т.нар Баланс на Юри
той се измества силно вдясно, т.е. голяма част от съдържанието на въглерод в земната кора не е присъствала под формата на варовик (както е днес), а като свободен въглероден диоксид. Първоначално, когато топлината беше най-висока, целият въглероден диоксид можеше да бъде в атмосферата (това би съответствало на налягането на въглеродния диоксид от 60 бара), но по-късно постепенно се изчерпваше с падането на температурата.
Парниковият ефект от 10–20 бара въглероден диоксид в атмосферата, в допълнение към слънчевата радиация от онова време, може да означава средна температура от 85–110 o C на повърхността на Земята. При това налягане водата е в течно състояние над 100 o C и дори е много далеч от източника (при 10 бара температурата на кипене на водата
181 ° С). Тези условия не доведоха непременно до т.нар до текущия парников ефект, когато Земята би загубила цялото си водоснабдяване. Такъв беше случаят с Венера, която обикаля по-близо до Слънцето, където днес налягането на въглеродния диоксид е 90 бара, повърхностната температура е повече от 500 o C и от водата няма следа.
Нашите познания днес показват, че животът може да е тръгнал в много гореща среда, подобна на описаната по-рано, в нашето понятие днес. Затова нека разгледаме данните, които подкрепят това.
Първите следи от живота на Земята
По този начин, след като "голямата бомбардировка" утихна (преди 3,8 милиарда години), всички условия за формиране на живота бяха заедно:
-течна вода;
-органични съединения, като аминокиселини (за протеини), азотсъдържащи хетероцикли (за нуклеинови киселини), формалдехид, от който могат да се образуват въглехидрати (за нуклеинови киселини и полизахариди);
-редуцираща (неокислителна) атмосфера. Въпреки че въглеродният диоксид не е редуциращ, но неутрален в това отношение, редуциращи компоненти като метан, амоняк и водород със сигурност са присъствали. И кислородът очевидно не е присъствал, тъй като съдържанието на кислород в днешната атмосфера е „страничен продукт“ от фотосинтезата на растенията.
Доколкото ни е известно, животът се е появил на Земята изненадващо бързо: дори най-старите известни (3,8 милиарда години) седиментни скали Исуа в Западна Гренландия имат поне отчасти биологично съдържание на въглерод. Тези скали са претърпели множество метаморфози за дълъг период от време при 400–600 o C, така че микрофосилите вече не се виждат. Така че въпросът не е безинтересен: въз основа на какви доказателства може да се твърди, че те съдържат (също) въглерод от биологичен произход? (Подобен проблем може да се намери другаде в тази статия.)
Методът за доказване се основава на определяне на изотопното съотношение 13 C/12 C на въглерод или въглеродна проба. Полученото съотношение трябва да бъде сравнено със средното съотношение на изотопни съединения от 13 C/12 C на земните неорганични въглеродни съединения (това е практически същото като изотопното съотношение на въглеродния диоксид във въздуха и бикарбоната, разтворени в океаните). Разликата е
изразен чрез стойност.
Стойността d 13 C на неорганичните въглеродни съединения е практически нула, но d 13 C стойността на съдържанието на въглерод в живите организми определено е отрицателна, обикновено между -20 и -40 ‰. Това е така, защото когато растенията поемат въглероден диоксид от въздуха по време на фотосинтезата и го включват в телата си, кинетичният изотопен ефект преобладава, което води до малко по-висок дял на „по-малко пъргавите“ 12 CO2, които се влагат в растенията (и чрез тях, от разбира се, в тялото на животните) от по-високото молекулно тегло („по-бавно“) 13 CO2.
Е, стойността на d 13 C на съдържанието на въглерод в скалите Isua в различните проби е между -6 и -27 ‰, което е надежден индикатор, че това е поне частично биоупотребен въглерод. Тази стойност е малко по-ниска от стойностите, които обикновено се срещат между -14 и -35 ‰ от седиментни скали на възраст 3,5 милиарда години или по-млади, така че е целесъобразно да се ограничи „поне отчасти“.
Такова ранно появяване в живота е до известна степен неочаквано осъзнаване, тъй като възгледът, че химическата еволюция преди живота може да е отнела стотици милиони години, беше широко разпространен. Тази „скорост“ (не забравяйте, вероятно все още трябва да мислим след милиони години, границите на грешките при определянето на възрастта са достатъчно големи за това) може да е била следствие от факта, че, както видяхме в предишната глава, в Преди 3,8 милиарда години Земята можеше да е много гореща. В океаните, които са с около 80 o C по-топли от сегашната средна температура от 15 o C, всички „подобни на живота“ химични процеси могат да протичат стотици пъти или дори хиляди пъти по-бързо от днешните, което може значително да съкрати продължителността на пребиотичната химическа еволюция.