Эволюция на пальцах. Для детей и родителей, которые хотят объяснять детям - Александр Никонов

Молекула муравьиной кислоты состоит из двух атомов водорода, одного атома углерода и двух атомов кислорода. И это не единственная относительно сложная молекулярная конструкция, которая обнаружена в космосе. Оказалось, разной органики в космосе предостаточно, есть там и формальдегид, и гликольальдегид, и прочее. Из-за этого даже появилась гипотеза, согласно которой эта самая органика не образуется исключительно на поверхности молодых планет, а заносится на них из космоса. Так что наша юная Земля вполне могла иметь достаточно привнесённой органики. А могла и сама её наработать — дурное дело нехитрое. Я-то считаю, что никакого «влияния сверху» приличной планете не нужно — под действием излучения от своей звезды она создаст сложность из собственного разнообразия элементов. Кстати, разные эксперименты с моделированием условий ранней Земли показывают, что это возможно — сделать аминокислоты, которые служат кирпичиками жизни, из той неорганики, что в изобилии присутствовала в первичной атмосфере планеты.

Одна из весьма перспективных гипотез — предположение, что первая жизнь, или, скажем так, преджизнь, зародилась в черных курильщиках. Вы не знаете, что такое черные курильщики?

Это подводные гейзеры.

Уж что такое гейзеры, вы должны знать! Так вот, эти гейзеры с очень горячей водой бьют прямо из океанского дна. А черными их назвали за их цвет — струя воды, вырывающаяся из донной расщелины, черного цвета и напоминает дым.

Впервые донные гейзеры были открыты лет тридцать назад. В извергаемой под огромным давлением воде содержится много растворённого сероводорода — это очень вонючий газ, пахнущий тухлыми яйцами (точнее, наоборот, тухлые яйца имеют такой запах, потому что выделяют при протухании сероводород). По названию понятно, что молекулы этого газа состоят из атомов серы и водорода. Хорошо хоть, на глубине в три километра нюхать эту вонь некому!

При этом в морской воде растворено много солей разных металлов… А что такое соли, кстати? Да ещё «разных металлов»?.. Я не буду сейчас слишком глубоко соваться в химию и постараюсь объяснить, как зародилась жизнь, буквально на пальцах, но все-таки какие-то вещи считаю нужным пояснить. Одну соль вы точно знаете — поваренную, которую на картошку сыплют. И если напряжёте память молодецкую, то вспомните, что каждая молекула этой соли сделана из одного атома металла натрия и одной молекулы газа хлора. Так вот, металлические соли — это металл плюс кислотный остаток. И не спрашивайте меня, что такое кислотный остаток, а то мне придется вместо «Эволюции на пальцах» писать «Химию на пальцах»!..

Так вот, сероводород начинает реагировать с морской солью, в результате реакции образуются вещества, именуемые сульфидами, а они густого черного цвета. Поэтому курильщики — черные.

Вообще в этих курильщиках и вокруг них — самые благодатные условия для химических реакций. Во-первых, курильщики вымывают из океанского дна уйму разного, да и в солёной морской воде также содержится предостаточно всяких веществ, а это — готовый строительный материал для производства. Во-вторых, температуры там высокие. Вода в этих природных реакторах перегрета до температуры в 250 градусов Цельсия. А высокая температура, как мы уже знаем, — это и есть необходимая для строительства энергия. Химикам давно известно: повышение температуры резко увеличивает скорость прохождения реакции. Наконец, в-третьих, большое количество разных примесей означает, что среди них наверняка есть катализаторы — вещества, которые сами в химических реакциях не участвуют, но способны их ускорять. И химические эксперименты, воссоздающие условия, которые присутствуют в черных курильщиках, показали: да, при этом действительно образуются аминокислоты.

Немного ранее я назвал аминокислоты «буквами жизни», а также «кирпичиками жизни». И это верные аналогии. Но как, по каким чертежам складывается из кирпичиков здание жизни? Кто и как сложил из них первый живой организм? Ведь между кирпичиками и зданием, как между аминокислотами и живой клеткой, — дистанция огромного размера.

Мы уже знаем от дядюшки Дарвина, что для возникновения жизни нужен естественный отбор. А какой отбор может быть у молекул, которым всё равно, выживут они или нет, потому что они не живут!? Как они могут бороться за энергию среды с другими молекулами? Как они могут размножаться и передавать признаки?

Всё это правильные вопросы! И эти вопросы как бы между делом позволили нам сформулировать, что же такое жизнь и чем она отличается от нежизни. Вот главные признаки жизни:

— живые объекты (субъекты или существа, зовите как хотите) функционируют, обмениваясь энергией и веществом с окружающей средой. Таким образом они активно поддерживают свою выделенность из среды;

— они копируются (размножаются);

— эволюционируют по Дарвину, то есть передают по наследству индивидуальные черты, а при копировании этих черт возможны ошибки.

Может быть, эти три фактора сложились постепенно? А когда собрались вместе все три признака жизни, тогда сложная химическая система и стала жизнью? Хорошая идея!

Давайте посмотрим, существует ли вообще в неживой материи то, что нужно для получения жизни. Например, есть ли среди химических веществ и реакций нечто такое, что можно назвать размножением? Потом поищем нечто такое, что можно было бы назвать обменом энергией. Тогда останется найти нечто похожее на естественный отбор в неживой природе, прибавить к нему два ранее найденных пункта, и вместо сложнейшей серии химических реакций, протекающих в среде, у нас получится то, что можно назвать жизнью.

Ну-ка, поищем.

О! Копирование в химии есть! Химикам известен класс реакций, которые называются автокаталитическими. Но для того, чтобы понять, как они проходят, нужно знать, что такое катализ и катализатор.

Катализатор — это ускоритель химической реакции. Что такое химическая реакция, надеюсь, понятно? Да, правильно, это процесс, при котором из одних химических веществ получаются другие. Вот пример простой химической реакции:

HCl + NaOH = NaCl + H2O

Не запоминайте эту формулу ни в коем случае, а то вдруг станете умнее, чем положено ребёнку! Я вам и так, словами, расскажу, что здесь к чему.

Едкое вещество соляную кислоту — (HCl), молекулы которой состоят из одного атома водорода (Н) и одного атома хлора (Cl), смешали с другим едким веществом — щелочью (NaOH), молекулы которой состоят из одного атома металла натрия (Na), одной молекулы кислорода (О) и одной молекулы водорода (Н). И в результате бурной реакции получилась поваренная соль (NaCl), смешанная с водой (H2O), то есть просто солёная вода. По отдельности и соляная кислота и щелочь разъедают кожу при попадании на неё, я уж не говорю о том, чтобы их пить — это смерть в мучениях! А после их смешивания образуется то, что вполне можно пить — обычная солёная вода. Была агрессивная среда, а после реакции стала нейтральная. Поэтому такой тип реакций называется реакциями нейтрализации.

В химии — мириады разного рода реакций. И среди них есть, как мы уже сказали, группа реакций каталитических, то есть идущих только в присутствии катализатора. Катализатор — это вещество, которое само не участвует в реакции, то есть ни во что другое не превращается, но зато позволяет идти другим реакциям в своём присутствии. Ускоритель. Бросил в пробирку катализатор, и реакция пошла! Катализаторами разных реакций часто служат металлы.