Химия

[ThorongiL]

Химия — одна из важнейших и обширных областей естествознания, наука, изучающая вещества, также их состав и строение, их свойствах, зависящих от состава и строения, их превращениях, ведущих к изменению состава — химических реакциях, а также о законах и закономерностях, которым эти превращения подчиняются. Поскольку все вещества состоят из атомов, которые благодаря химическим связям способны формировать молекулы, то химия занимается, прежде всего, рассмотрением перечисленных выше задач на атомно-молекулярном уровне, то есть на уровне химических элементов и их соединений. Химия имеет немало связей с физикой и биологией, по сути граница между ними условна, а пограничные области изучаются квантовой химией, химической физикой, физической химией, геохимией, биохимией и другими науками.

История химии

Зачатки химии возникли ещё со времён появления человека. Поскольку человек всегда так или иначе имел дело с химическими веществами, его первые эксперименты с огнём, дублением шкур, приготовлением пищи можно назвать зачатками практической химии. Постепенно практические знания накапливались, и в самом начале развития цивилизации люди умели готовить некоторые краски, эмали, яды и лекарства. Вначале человек использовал биологические процессы, такие, как брожение, гниение; позже, с освоением огня, начал использовать процессы горения, спекания, сплавления. Использовались окислительно-восстановительные реакции, не протекающие в живой природе — например, восстановление металлов из их соединений.

Такие ремёсла, как металлургия, гончарство, стеклоделие, крашение, парфюмерия, косметика, достигли значительного развития ещё до начала нашей эры. Например, состав современного бутылочного стекла практически не отличается от состава стекла, применявшегося в 4000 году до н. э. в Египте. Хотя химические знания тщательно скрывались жрецами от непосвящённых, они всё равно медленно проникали в другие страны. К европейцам химическая наука попала главным образом от арабов после завоевания ими Испании в 711 году. Они называли эту науку „алхимией“, от них это название распространилось и в Европе.

Известно, что в Египте уже в 3000 году до н. э. умели получать медь из её соединений, используя древесный уголь в качестве восстановителя, а также получали серебро и свинец. Постепенно в Египте и Месопотамии было развито производство бронзы, а в северных странах — железа. Делались также теоретические находки. Например, в Китае с XXII века до н. э. существовала теория об основных элементах (Вода, Огонь, Дерево, Золото, Земля). В Месопотамии возникла идея о противоположностях, из которых построен мир: огонь—вода, тепло—холод, сухость—влажность и т. д.

В V веке до н. э. в Греции Левкипп и Демокрит развили теорию о строении вещества из атомов — атомизм. По аналогии со строением письма они заключили, что как речь делится на слова, а слова состоят из букв, так и все вещества состоят из определённых соединений (молекул), которые в свою очередь состоят из неделимых элементов (атомов).

В V веке до н. э. Эмпедокл предложил считать основными элементами (стихиями) Воду, Огонь, Воздух и Землю. В IV веке до н. э. Платон развил учение Эмпедокла: каждому из этих элементов соответствовал свой цвет и своя правильная пространственная фигура атома, определяющая его свойства: огню — красный цвет и тетраэдр, воде — синий и икосаэдр, земле — зелёный и гексаэдр, воздуху — жёлтый и октаэдр. По мнению Платона, именно из комбинаций этих „кирпичиков“ и построен весь материальный мир. Учение о четырёх превращающихся друг в друга было унаследовано Аристотелем.

[ThorongiL]

Выяснилось, что вода имеет два жидких состояния

 

 

Нобелевская премия по химии 2020

 

Нобелевскими лауреатами по химии 2020 года стали Дженнифер Дудна и Эммануэль Шарпантье. Премию присудили за развитие метода редактирования генома CRISPR/Cas9, рассказал официальный представитель Нобелевского комитета.

 

Новости науки » Статьи » Нобелевская премия по химии 2020

« Ученые объяснили молекулярный механизм воспоминанийОписан новый вид динозавров с перьями, попугайским клювом и парой пальцев на передних лапах »

Нобелевская премия по химии 2020

07.10.2020 | Статьи

Нобелевскими лауреатами по химии 2020 года стали Дженнифер Дудна и Эммануэль Шарпантье. Премию присудили за развитие метода редактирования генома CRISPR/Cas9, рассказал официальный представитель Нобелевского комитета.

 

Нобелевская премия по химии 2020

Дудна и Шарпантье создали очень точный метод редактирования генома CRISPR/Cas9. С его помощью можно изменять гены растений, животных и микроорганизмов. Ученые надеются, что с его помощью можно будет создать новые методики лечения тяжелых заболеваний – например, удалять ВИЧ из зараженных Т-лимфоцитов, лечить диабет, лейкемию, шизофрению и так далее.

 

Открытие было случайным. Изучая бактерию Streptococcus pyogenes, Шарпантье обнаружила молекулу, которая была частью древней иммунной системы микробов – CRISPR/Cas. Компоненты этой системы научились бороться против вирусов, как бы разрезая их ДНК.

 

Впоследствии Шарпантье продолжила исследования CRISPR/Cas вместе с биохимиком Дженнифер Дудной. Ученые смогли перепрограммировать эти «генетические ножницы», чтобы те могли разрезать ДНК не только у вирусов, но и у любых других организмов. С тех пор этот метод используют во множестве как фундаментальных, так и сугубо прикладных областей науки.

[ThorongiL]

"Обычная практика". Украинских учителей обязали заклеить в учебниках по химии информацию о "пользе" соды при лечении рака

 

Исправление ошибок в учебниках путем переклеивания страницы – самый эффективный способ устранить недостаток, заявил и.о. директора Института модернизации содержания образования Евгений Баженков. Перед этим ведомство разослало в школы письмо с просьбой заклеить раздел "Интересно знать" на восьмой странице учебника по химии для девятого класса.

 

Российские химики полностью расшифровали механизм реакции получения бензола из ацетилена

 

Реакция превращения ацетилена в бензол на угольных катализаторах известна уже более полутора сотен лет, однако детали этого процесса до недавних пор оставались неясны. Недавно в них удалось разобраться группе российских химиков из Института органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН. Они последовательно описали все стадии превращения, в том числе и самый «проблемный» момент — отщепление готового продукта и обновление каталитического центра. Также удалось показать, что при достаточном нагреве ацетилен может образовывать графеновые хлопья, которые сами могут служить катализатором тримеризации.

[VitoKorleone]

в школе терпеть не мог... Хотя, казалось бы, по своему потенциалу - интересная наука...

[Джампер]

Обожаю химию. Интересно читать о всяких экспериментах, свойствах веществ и прочем.

[VitoKorleone]

Обожаю химию. Интересно читать о всяких экспериментах, свойствах веществ и прочем.

тем и интересны физика и химия - они раскрывают всю "внутреннюю подноготную" окружающих нас в повседневной жизни процессов и вещей...

[Танцор34]

Нашел кое что по химии.

https://zen.yandex.ru/media/id/5fd837cc15ece8677e55f87a/o-tom-kak-neft-poiavilas-na-zemle-dvajdy-5fe56c80b590cf1d64584930

Россия — это загадка, окружённая тайной. А поскольку нефть — наше всё, как минимум, после Пушкина, нет ничего удивительного в том, что и с нефтью дела обстоят непросто. Необычен даже сам характер главной нефтяной загадки. Происхождение нефти, в целом, понятно. Но существуют два его объяснения, и каждое из них на данный момент неопровержимо доказано.

 

Наиболее уважаемой (благодаря практическим заслугам) пока остаётся биогенная гипотеза происхождения нефти. В рамках которой горючая жидкость в недрах планеты обязана своим появлением древним бактериям-редуцентам, разлагающим отмершую органику. Вернее, их неспособности качественно выполнять свои обязанности в протерозое и, отчасти, даже в палеозое. Результатом некомпетентности редуцентов становилось накопление на дне, особенно во впадинах оного, больших количеств органических остатков(как это происходит в торфяниках на суше). Затем, осадочный слой оказывается захороненным под массой песка (или слоем соли, в случае пересыхания моря) и опускался в глубины земной коры. Образование составляющих нефть углеводородов происходит на глубине 3-4 километра, где температура и давление способствуют протеканию химических реакций.

 

Биогенная теория имеет более чем достаточно, как косвенных, так и экспериментальных подтверждений. Реакции, приводящие к превращению растительного сырья в похожую на нефть жидкость легко воспроизводятся. В самой же нефти найдены молекулы, определённо когда-то принадлежавшие живым организмам. Наконец, месторождения располагаются именно там, где теория предсказывает это. Биогенное происхождение нефти нельзя поставить под сомнение, так как, опираясь на данное предположение, геологи десятилетиями искали нефтяные залежи. И находили их там, где им полагалось быть.

 

Есть, однако, нюанс. В случае формирования угольных залежей мы наблюдаем все этапы превращения торфа в бурый, а затем в каменный уголь и антрацит. Причём, антрацит, образующийся при наиболее высоких температуре и давлении, закономерно, встречается реже «молодого» бурого угля. С нефтью же всё наоборот. Нефтяными месторождениями на стадии формирования, ни разу ещё не опускавшиеся на необходимую для окончательного «созревания» продукта глубину 3-4 километра, считаются залежи мальты, — необычно густой и вязкой разновидности нефти, на треть состоящей из битума. Но мальты на Земле до странного мало. А так быть не может.

 

Проще говоря, нефти на планете намного больше, чем вытекает из относительного количества «старой» и «молодой». Данная слабость биогенной версии с самого начала позволили части исследователей (преимущественно советских) отстаивать абиогенную гипотезу. Согласно ей, нефть синтезируется на глубинах более 50 километров из мантийных вулканических газов: метана, водяного пара и углекислоты. Очевидно же биогенные молекулы в её состав попадают позже. Это останки бактерий, живущих в земной коре (в том числе и в нефти) до глубины 6-7 километров. При дальнейшем опускании пластов осадочных пород литосферные организмы, само собой, погибают, но входившие в их состав молекулы могут сохранять целостность до момента расплавления пород в мантии.

 

Абиогенный механизм образования нефти также без проблем моделировался в лабораторных условиях. Причём, даже с более убедительными результатами, чем биогенный. Однако, гипотеза долгое время не могла получить экспериментального подтверждения. Предполагалось, что жидкие углеводороды проникают с границы мантии в кору в зонах глубинных разломов. Однако, бурение в этих районах результатов не давало. Во многие же из реальных, разведанных нефтяных бассейнов абиогенная нефть по теории не могла попасть от слова «никак».

 

Абиогенная гипотеза уже считалась мёртвой, когда глубокое бурение всё-таки принесло результаты. Нефть ниже исключающей биогенное происхождение отметки 5 километров — и далее, до 10 километров включительно, — обнаружена, всё-таки, была. Таким образом, и абиогенная версия получила экспериментальное подтверждение, а с ним и статус теории. Усовершенствование методик прогнозирования позволило искать и находить месторождения и исходя из «абиогенных» предпосылок.

 

...Получается, что работают оба механизма? Да. Именно так и получается. Причём, даже нельзя сказать, что они по странной случайности ведут к одинаковому результату. Ибо оба ведут к результатам разнообразным и уникальным, никогда не воспроизводящимся точно даже в рамках одного пути. «Нефть» — собирательное название жидких углеводородов крайне запутанного и очень сложного состава. В каждом месторождении этот коктейль свой. Разобрать же, какие особенности нефти характерны для биогенного и абиогенного механизмов сложно, так как в бассейнах может присутствовать смесь, а состав вещества поднятого на поверхность зависит от методов добычи, разных для месторождений с разной глубиной залегания.

 

Если кто не знает то тема органического и не органического происхождения нефти это еще та площадка для холиваров в том числе геополитического значения.

[ThorongiL]

Химики указали на ошибку при идентификации вещества, из которого получают компонент солнечных элементов

 

Открытие химиков может изменить технологии чистой энергии

[Танцор34]

Такой вопрос. Одна интересная теория возникновения жизни на земле. Научная. Тесно связанная с обсуждением химических процессов и очень мало собственно биологических и генетики. Куда лучше запостить в химию или в генетику?

[VitoKorleone]

Такой вопрос. Одна интересная теория возникновения жизни на земле. Научная. Тесно связанная с обсуждением химических процессов и очень мало собственно биологических и генетики. Куда лучше запостить в химию или в генетику?

Спроси Ориентира: он же весь "Трёп" курирует...

[Aiza]

Такой вопрос. Одна интересная теория возникновения жизни на земле. Научная. Тесно связанная с обсуждением химических процессов и очень мало собственно биологических и генетики. Куда лучше запостить в химию или в генетику?

 

В химию.

[Танцор34]

https://zen.yandex.ru/media/id/5fd837cc15ece8677e55f87a/vozniknovenie-jizni-gipoteza-izvlechennaia-iz-naftalina-5ff7ef10fe4e686f6af16f41

Возникновение жизни: Гипотеза извлечённая из нафталина

Возникновение жизни — событие давнее. Первые свидетельства наличия её на планете запечатлены в отложениях эоархея, давностью 3.9 миллиарда лет. И представляют они собой строматолиты — известковые лепёшки, построенные сообществами бактерий. Строматолиты трудно спутать с чем-то другим, так как они и в современных морях не слишком-то отличаются от эоархейских образцов.

 

Таким образом, уже 3.9 миллиарда лет назад бактерии существовали. И не просто существовали, а осуществляли хемосинтез в составе сообществ — миниэкосистем, в которых сотрудничало, подкармливая друг друга отходами собственной химии, множество видов микроорганизмов. А это значит, что жизнь возникла раньше — в катархее. В незадокументированную отложениями эпоху, когда современная кора планеты ещё не сформировалась.

Предположительно, в конце катархея — 4.2-4.1 миллиарда лет назад — жидкая вода в форме близких к закипанию озёр, заполняющих кратеры, уже была. И представляла собой не столько воду, сколько грязную жижу, непрозрачную из-за огромного количества растворённой в ней органики. Как изверженной из мантии планеты (не даром гейзеры мантийной воды в океанских впадинах называют «чёрными курильщиками»), так и органики небулярного происхождения, вымытой дождями в эти водоёмы из первичной атмосферы. Следовательно, дистанция от вышеописанного бульона до строматолитов была преодолена химической, а затем и биологической эволюцией за 200-300 миллионов лет.

Очевидно, эти события не могли произойти одновременно, и одно из них должно было являться эволюционным следствием другого. Поскольку же молекула с оболочкой сложнее просто молекулы, а необоримая тяга материи к самопроизвольному переходу от простых форм к более сложным является наблюдаемым её свойством, совершенно естественным в данной ситуации являлось предположение, что автокаталитическая молекула появилась раньше.

Не возникало вопросов и о какой конкретно молекуле речь. Автокаталитическими свойствами обладает РНК. Нет, далеко не только она. К самовоспроизводству способны, например, печально известные прионы. Но другие, помимо РНК, кандидатуры в силу различных причин отпадали. Главным образом, из-за более высокой сложности (РНК, просто, большая, а размер для полимера не принципиален) или отсутствия в природе необходимых комплектующих для самосборки. РНК же прекрасным образом собиралась из того, что могло найтись на молодой Земле.

Возможность самозарождения РНК в наполненной космически распространёнными реагентами пробирке была экспериментально доказана в 1975 году. Более поздние эксперименты показали, что синтетический вирус размножается в той же пробирке, - то есть вне живого организма, - хоть и на три-четыре порядка медленнее паразитических вирусов. И даже эволюционирует, приспосабливаясь к особенностям питательной среды и парируя искусственно вводимые агрессивные факторы. То есть, синтетическая РНК, изначально обладая изменчивостью (в виде неизбежных косяков при самосборке), со временем, приобретала ещё и наследственность.

Но может ли носитель, уже заполненный сложнейшей наследственной информацией, возникнуть случайно? Очевидно, нет. По-этому, абиогенную РНК можно уподобить чистому, а лучше заполненному белым шумом диску. То есть, набор побочных продуктов её химической активности случаен. Но от него зависит и эффективность автокатализа молекулы, - то есть, скорость её репликации в конкретных условиях. Ведь, попутно насинтезированные вещества могут вредить, а могут и помогать. Соответственно, лучше приспособленные молекулы оставляют больше «потомков», которым передают своё преимущество. И вот это уже можно считать появлением «наследственной информации».

https://zen.yandex.ru/media/id/5fd837cc15ece8677e55f87a/vozniknovenie-jizni-gipoteza-iz-naftalina-chast-2-5ff94652d1a90641ca726c4b

Возникновение жизни: Гипотеза из нафталина, часть 2

Дальнейший путь от этой молекулы к ДНК и к примитивному организму в лабораторных условиях воспроизведён не был, поскольку предполагал бы длительное «самообучение» молекул тому, катализ синтеза чего именно, кроме самих себя, им надлежит осуществлять. Но проблем в этой области не предвиделось. Возникновение клетки (заслуживающее, впрочем, отдельного рассмотрения) являлось очевидным и неизбежным результатом накопления молекулами генетической информации.

Однако, гипотеза РНК-мира обладала и крайне неприятной слабостью. Все вышеупомянутые чудеса происходили в пробирке. Смоделировать естественные условия, в которых все нужные вещества собрались бы в одном месте в необходимой для протекания реакции синтеза РНК концентрации, оказалось невозможно. Надежды, связываемые с «чёрными курильщиками» (зарождение жизни в горячих ключах), не оправдывались. Жирный налёт на внутренней поверхности жерл подводных гейзеров представлял собой нечто похожее… но, всё-таки, не то. Более того, обнаружилось, что часть необходимых реагентов в нём отсутствует в принципе, и попасть в эту среду никак не может, ибов воду поступает не из мантии планеты, а из атмосферы.

Косвенно, против гипотезы РНК-мира свидетельствовали и данные палеонтологии. Если жизнь изначально возникла в глубинах, в перенасыщенных едкой химией горячих ключах, - то есть, в условиях экстремальных, то почему находки свидетельствуют об обратном? Согласно летописи, жизнь очень долго и не охотно распространялась из идиллической среды тропических мелководий в условия даже чуть более суровые.

Данные затруднения и обусловили возврат к основательно забытой за последние полвека «коацерватной» гипотезе академика Опарина. Забытой, как в связи с переносом возникновения жизни на два миллиарда лет ранее предполагавшихся Опариным сроков, так и в связи с выносящей мозг экстравагантностью. Ведь, в рамках гипотезы порядок развития события оказывался обратным, как казалось,естественному: протоклетка в виде парящей в воде капельки, впитывающей одни вещества и отторгающей другие, растущей благодаря этому и «размножающейся» делением, возникает раньше явления автокатализа и, соответственно, наследственности.

В новой редакции концепция Опарина получила название «гипотезы мира полиароматических углеводородов». Проверка (а ранее не стяжавшая популярности гипотеза толком и не проверялась, не считая экспериментов самого автора) внезапно показала, что этих ваших способных образовывать коацерватные капли полиароматических углеводородов в этом вашем космосе чуть больше, чем...много. Пятая часть углерода в составе туманностей входит в данные соединения. На молодой Земле они не могли представлять редкости. И в водном растворе вышеуказанные капли действительно обладают свойством накапливать нужные для синтеза РНК реагенты.

Предполагается, таким образом, что возникнув внутри капелек, автокаталитические молекулы прошли длительный путь развития, совершенствуясь, образуя «колонии», пополняя и облагораживая микроскопическую среду обитания продуктами реакций, катализ которых они учились осуществлять. И клетка появилась как результат постепенного замещения абиогенных цитоплазмы и мембраны биогенными уже аналогами.

 

Гипотеза выглядит убедительной, перспективной, но и крайне сложной для экспериментальной проверки. Просто собрать РНК в пробирке, и проделать всё то же самое, но уже внутри плавающих в пробирке коацерватных капелек — две очень большие разницы.

 

...И да. О жизни из нафталина? Нафталин - простейший из полиароматических углеводородов, вот и всё. Жизнь же вообще возникла позже. Ни коацерватные капли, ни сами по себе автокаталитические молекулы живыми не считаются .

[Танцор34]

https://zen.yandex.ru/media/id/5fd837cc15ece8677e55f87a/vozniknovenie-jizni-gipoteza-iz-naftalina-chast-3-5ffa9d08fe4e686f6a775b9f

Возникновение жизни: Гипотеза из нафталина, часть 3

Вопреки расхожим представлениям возникновение жизни не являлось событием одномоментным: что-то вдруг где-то и как-то зародилось, а потом уже размножилось. На самом деле, граница между живым и не живым преодолевалась постепенно, не в одном месте, а в масштабах всех крошечных ещё в катархее земных «океанов», и процесс занял не менее 100 миллионов лет. Примерно столько на планете существовал описанный в предыдущей части мир полиароматических углеводородов. Или коацерватных капель.

Уже в конце катархея коацерватный мир исчез. Вместе с «первичным бульоном». Вода в кратерных озёрах молодой Земли, до этого момента даже непрозрачная из-за высокой концентрации абиогенной органики, достигла кристальной чистоты. Появившиеся бактерии доели бульон и задумались, что им делать дальше.

Состоял же полиароматический мир из парящих в воде коацерватных капель, накапливающих нужные для синтеза РНК вещества, и самих молекул РНК, использующих капли, как среду для размножения. Капли не были вечны, и не только росли и делились под воздействием сил поверхностного натяжения, но и разрушались. Кроме того, могли перенаселяться, если попавшая внутрь автокаталитическая молекула успевала наделать слишком много собственных копий. Таким образом, первым, вероятно, из изобретений не биологической, а химической ещё эволюции стала способность РНК создавать защитную оболочку, позволяющую длительное время странствовать в воде самостоятельно, прежде чем молекула будет поглощена новой каплей.

По сути, так появились РНК-вирусы. Хотя, катархейское происхождение современных паразитических вирусов вызывает обоснованные сомнения. Сходство здесь, скорее, конвергентное. Настоящие вирусы возникли позже, в совершенно других условиях и, вероятно, даже другим путём.

 

Вторым изобретением химической эволюции стала ДНК — версия РНК, в которой вместо рибозы (C5H10O5) использовалась более редкая дезоксирибоза (C5H10O4). Минус один кислород обеспечивал несколько лучшую точность самокопирования. Которая становилась качественно лучшей, в случае если ДНК благодаря освободившимся связям образовывала сдвоенную спираль. Точность требовалась для сохранения наследственности, ибо молекулы уже кое-чему научились, и хранение информации, катализ чего именно им следует осуществлять, стало жизненно важным.

С тех пор надёжная двойная спираль ДНК превратилась в стандарт. Хотя вирусы и даже некоторые одноклеточные ещё пользуются иногда устаревшим одноцепочечным вариантом носителя. Молекулы РНК, впрочем, не вымерли, а вписались в более прогрессивную систему.

 

Как известно, многоклеточный организм — закономерный этап развития колонии одноклеточных. Но и молекулы, размножаясь внутри капли, также образовывали колонию. Сначала, наплодившиеся копии конкурировали друг с другом за реагенты, и, таким образом, друг-другу лишь мешали. Решается эта проблема колонии очевидным путём разделения обязанностей и перехода от междоусобной борьбы к плодотворному сотрудничеству. В «муравейнике молекул» ДНК брала на себя роль «матки», не разменивающейся уже на мелочи и синтезирующей только собственные копии и «рабочие особи» — молекулы РНК различного назначения. Которые уже сами, как правило, не размножались, а лишь синтезировали всё остальное нужное.

Нужным же было многое. Очевидно, поселившаяся в капле колония молекул была заинтересована в повышении, путём выделения нужных веществ, устойчивости своего вместилища; в улучшении способности капли поглощать нужные вещества и отторгать ненужные. Особенно, чужие, бездомные автокаталитические молекулы. То есть, колония формировала клеточную мембрану, и постепенно замещала исходное содержимое коацерватной капли продуктами собственной химической активности.

 

Но при этом длительное время, как минимум, молекулы ДНК, в случае разрушения капли сохраняли способность, по образцу вирусов, к выживанию и «инфецированию» новой, не занятой или плохо охраняемой. «Размножение» было реализовано так, либо путём деления достигшей предельного размера капли, внутри которой к этому моменту наверняка уже скапливалось много молекул ДНК.

Постепенно, второй механизм становился основным. Именно процесс — весьма, вероятно, длительный, — перехода к размножению делением, и должен считаться «возникновением жизни». Ведь, если даже не к первому, то к какому-то из последующих делений, неизбежно оказывалось, что в составе капли уже нет ни единой молекулы, изначально в него входившей. То есть, что возник организм, существующий, растущий и размножающийся самостоятельно, и не нуждающийся больше в коацерватной базе для выживания.

https://zen.yandex.ru/media/id/5fd837cc15ece8677e55f87a/vozniknovenie-jizni-gipoteza-iz-naftalina-chast-4-5ffbce3cf906b16872e4a867

Возникновение жизни: Гипотеза из нафталина, часть 4

Возникновение жизни на Земле представляет собой сложную для исследования проблему в том числе и потому, что дело было очень давно. События разворачивались в конце картархейского эона — в доисторический с точки зрения науки период. Геологическая летопись, запечатлённая в сохранившихся участках земной коры, чем глубже, тем более отрывочная, описывает историю планеты только с начала архея — с рубежа 4 миллиарда лет назад. А тогда жизнь уже была.

 

Условия для химической эволюции, позволившей преодолеть границу между живым и неживым (причём, через длительную стадию «полуживого») сложились на Земле примерно 4.2 миллиарда лет назад, а вскоре — не позже 4 миллиардов лет назад — уже исчезли. И это является ответом любителям задавать каверзные, как им кажется, вопросы. Почему, например, самозарождение жизни не наблюдается сейчас? Нет условий. Наличие жизни в принципе не совместимо с условиями для её зарождения. Или одно, или другое.

 

Условием же являлся «первичный бульон» — наваристый раствор абиогенной органики в горячей, насыщенной минералами и газами воде. В конце катархея он исчез. Его съели появившиеся микроорганизмы. Кое-что, конечно, восполнялось за счёт продолжающих выходить из мантии вод, в конце концов (не скоро, лишь в протерозое) образовавших настоящие океаны. Но восполнялось не всё. Значительная часть важнейших ингредиентов имела происхождение небулярное, и попала на Землю вместе с осаждающимися клочьями туманности, из которой образовалась Солнечная система. А этот источник иссяк ещё до появления на планете жидкой воды.

 

...Тут, кстати, может возникнуть вопрос: как это, едва зародившаяся жизнь, ещё предельно примитивная, а значит, не приспособленная, малораспространённая и не слишком прожорливая, так быстро смогла провести очистку воды в глобальном масштабе? Но всё просто. Редуцентов ещё не существовало. Круговорот веществ на Земле и тогда, и долгое время после, не был замкнут. Архиважные для жизни вещества использовались однократно, а потом минерализовались.

 

Первые микроорганизмы, возникшие и жившие в переходную между неживым и живым эпоху мира полиароматических углеводородов, ещё сильно отличались от современных. Они качественно уступали сложностью даже археям. И они тоже исчезли без следа (если не считать спорную версию додревнего происхождения вирусов) ещё в катархее. Поскольку среда, в которой они могли выжить, существовать перестала.

 

Абиогенный синтез и последующая репликация РНК в пробирке происходит путём самосборки полимера из готовых, растворённых в воде комплектующих. Также, в принципе, размножается и внедрившийся в клетку вирус. Так работали колонии автокаталитических молекул в коацерватных каплях. И развившиеся из этих колоний первые катархейские протоорганизмы тоже работали только так — на всём готовом. По сути, они даже ещё не являлись синтезирующими в современном смысле.

 

Но всё хорошее имеет тенденцию кончаться. Бульон в том числе. Дальнейшая — уже биологическая, а не химическая, — эволюция, приведшая в самом конце катархея к появлению архей и бактерий (причём, весьма спорно, что вторые произошли от первых), проходила в направлении освоения технологий синтеза. По мере накопления генетической информации каталитические способности РНК становились всё более «осмысленными». И, кстати, разнообразными, так как увеличивались, становясь длиннее, сами молекулы, изначально, вероятно, состоявшие лишь из сотен звеньев. Абиогенная РНК представляет собой крошечные обрывки, ибо коротким полимерам, само собой, легче самособраться и самоскопироваться. Однако, возможность хранения более сложного кода дала эволюционное преимущество именно длинным спиралям.

 

Способность РНК осуществлять катализ синтеза различных соединений стала использоваться опосредованно — для производства реагентов и катализаторов, позволяющих поэтапно получать необходимые вещества из наличествующих. По мере того, как в окружающей среде расширялся список вдруг ставших дефицитными жизненно важных ресурсов, усложнялась и внутренняя химия клетки. Она становилась всё более энергозатратной, в то время, как среда обитания микроорганизмов постепенно остывала, замедляя протекание реакций. Что и привело к постепенному превращению просто синтеза в хемосинтез. То есть, для начала, в цепочки реакций, в большинстве из которых энергия поглощалась, были включены и реакции экзотермические.

 

На рубеже архея и катархея клетки стали не только питаться, но и дышать.

[Aiza]

Продолжение следует?

[Танцор34]

Продолжение следует?

 

Пока это все что сам автор написал. Напишет еще выложу. Но скорее всего именно по возникновению жизни все.

[Aiza]

Жаль

[Танцор34]

Жаль

 

Понравилась версия?

[Aiza]

Я хочу все версии. Мне вообще интересен этот вопрос. И конечно это в тред химии, не в генетику.

[giallo]

Продолжение следует?

Могу рассказать историю, как за красивые глазки сдал зачем по химии.

[Танцор34]

Я хочу все версии. Мне вообще интересен этот вопрос. И конечно это в тред химии, не в генетику.

 

Ну если мне попадутся другие версии происхождения то выложу. Автор как мне кажется придерживается одной конкретной, а их да, несколько.

[Aiza]

Спасибо

 

На самом деле , мне плохо даётся понимание того, как вообще возникла органика.

[Танцор34]

https://zen.yandex.ru/media/id/5dbf1084a06eaf00b110e2fb/novoe-o-proishojdenii-jizni-5e37e5f0b1a27411f0430bf0

Новое о происхождении жизни

Белковая жизнь может существовать только в жидкой воде, а вне её невозможна. Правда, вода в которой происходят жизненно важные химические процессы, может быть помещена в обширный водоём, а может в своего рода аквариум. Любое живое существо на нашей планете является таким аквариумом, удерживающим водный раствор.

 

Обитающие в воздухе и грунте бактерии – это очень маленькие и сравнительно простые аквариумы. Мы с вами – аквариумы большие и сложно устроенные. Каждая отдельная клетка – маленький аквариум, встроенный в большой. Обитающие в пустыне ящерицы и скорпионы – тоже ходячие аквариумы, с ещё более высоким уровнем защиты от пересыхания.

Впрочем, никогда не покидавшая водную среду одноклеточная водоросль – тоже маленький аквариум, ведь ей нужно поддерживать более-менее постоянный химический состав водного раствора внутри себя. Этот вот постоянный химический состав, который нужно поддерживать, очень много может рассказать о том, где и как зарождалась жизнь.

 

Нам часто приходилось слышать, что первые живые существа появились в море, но если как следует проанализировать состав жидкостей в нашем теле, то картина получается несколько более сложная.

 

Все знают, что наша кровь солёная на вкус. По своему химическому составу плазма крови близка к морской воде. Как и в море, там очень много хлористого натрия. Это – свидетельство того, что многоклеточные организмы формировались в морской воде, и кровь имитирует среду, в которой обитали исходные одноклеточные. У примитивных морских животных концентрация хлористого натрия практически совпадает с окружающей средой. На этом этапе, они ещё просто не умеют регулировать соляной состав своего тела, у них нет таких органов как почки.

При выходе на сушу животные попытались от избытка соли избавиться, но это им не вполне удалось. Концентрация NaCl в плазме наземного млекопитающего в несколько раз меньше чем в океанической воде, но всё равно очень высокая. К тому времени как наши предки решились покинуть моря, слишком много тонких механизмов было настроено на определённый химический состав, например, передача сигнала нейронами. Что-либо менять радикально было уже поздно. И вот, по суше расползлись ходячие аквариумы с солёной водой. Когда они отползли далеко от берега, то стали страдать от недостатка соли и искать её повсюду. Вот почему олени бегают на солонцы, а люди добавляют соль во все блюда и обожают всякие соленья. Мудрая сказочная принцесса говорила, что любит отца-короля как соль, чумаки отправлялись в далёкий путь к морскому берегу, чтобы привезти соль в глубь материка, а повышение цен на соль в царствование Алексея Михайловича привело к кровавому бунту. Вкус соли для нас приятен, потому что нам её не хватает.

Пока всё ложится на концепцию моря, как колыбели жизни. Но плазма крови не единственный вид жидкости в нашем теле, у цитоплазмы (внутриклеточной жидкости) состав совершенно другой. Натрия там совсем мало, даже меньше, чем в озёрной воде, которую мы привыкли считать пресной. Зато там много калия, которого в морской воде и плазме крови совсем чуть-чуть. Очень многие внутриклеточные механизмы завязаны на него. Кроме того, в цитоплазме повышена концентрация четырёх тяжёлых металлов: железа, цинка, меди, марганца. Наконец, в клетке полно фосфора. Его там в тысячи раз больше, чем обычно бывает в морской воде. Чтобы поддерживать у себя внутри всю эту экзотику, плавающему в толще морской воды одноклеточному нужна плотная мембрана и сложная система транспортных белков, которые как насосы закачивают внутрь железо, медь, цинк, марганец, калий, фосфор и выводят наружу натрий. И как же такое могло получиться?

 

Напрашивается вывод, что собиралось всё это в совершенно другой среде, близкой по химическому составу к цитоплазме. Именно там возникли первые одноклеточные. Потом их смыло в море, от чего они в большинстве своём, конечно же, погибли, но самые упрямые и удачливые

успели обзавестись плотной мембраной и системой транспортных белков. Их потомки заселили океан, и спустя сотни миллионов лет из них получились многоклеточные животные. Таким образом, наша кровь хранит память о море, а цитоплазма о ещё более древней прародине.

 

Но где она была, эта загадочная прародина? Где в природе можно найти столь необычный химический коктейль? Мысли учёных обратились было к «чёрным курильщикам». Химия там и впрямь богатая, но всё-таки подходит не совсем. С четырьмя тяжёлыми металлами всё в порядке. Чёрный «дым» и белый налёт на башнях «курильщиков» как раз и составляют частички сульфида железа, меди, цинка и марганца. Но натрия там многовато, плюс температуру 200-300 градусов никакие термофилы не выдержат. При таком жаре белковые молекулы разрушаются. И, в довершение всего, мало фосфора, а, как мы помним, живой клетке его нужно очень много.

Вопрос о фосфоре вообще давно занимает учёных. Дефицит этого элемента в пригодных для усваивания живыми организмами состояниях вообще является одним из важнейших лимитирующих факторов развития земной биосферы. Когда-то он привёл к одному из крупнейших в истории Земли вымираний. Обычно элемент P встречается в связанном виде в составе горных пород апатитов, которые растворяются ну ооочень плохо. Чтобы превратить апатиты в фосфорные удобрения на фабриках делают совершенно страшные вещи, малодоступные матушке-природе. Современные дикорастущие растения и животные обычно берут фосфор из других организмов. А вот откуда его брали самые первые живые клетки?

 

Совсем недавно по этой теме вышла интересная научная работа. Американские ученые Джонатан Тонер (Jonathan Toner) и Дэвид Кэтлинг (David Catling) из Вашингтонского университета в Сиэтле, рассматривают в качестве потенциальной «колыбели жизни» бессточные содовые озера. В жарком климате высокая скорость испарения приводит к тому, что воды этих озер становятся сильнощелочными. Авторы изучили богатые карбонатами озера: Моно и Серлс в Калифорнии, Лонар в Индии, Магади в Кении и одноименное озеро в Танзании. Оказалось, что в этих водоемах уровень фосфора в 50 000 раз выше, чем в реках, морской воде, а также в озерах других типов.

 

Лабораторные тесты показали, что кальций в содовых озерах связывается с карбонат-ионом раньше, чем с фосфат-ионом, оставляя фосфат в свободном доступе в воде. Обычно же фосфор осаждается в виде нерастворимых фосфатов кальция еще до осаждения карбоната кальция. При этом, чем выше содержание в водах растворенного неорганического углерода, тем больше в них остается свободного фосфора. Натрий в такой ситуации связывается и осаждается раньше фосфора.

Авторы считают, что 4 млрд лет назад на Земле были все условия для формирования таких озер и зарождения в них жизни. Свежие вулканические породы при контакте с насыщенной углекислым газом атмосферой подвергались интенсивному кислотному выветриванию и высвобождающийся при этом из пород фосфор вместе с кальцием попадали в водоемы, где фосфор включался в состав строительных блоков для создания РНК, белков и жиров.

 

Поскольку кушать фосфор тогда было ещё особо некому, он должен был накапливаться в еще более высоких концентрациях, чем в современных озерах. И для этого не требовалась такая высокощелочная среда, как сейчас. Из-за повышенного содержания СО2 в атмосфере насыщенные фосфатом рассолы на ранней Земле могли быть нейтральными или даже слабокислыми.

 

Ранее эти же авторы показали, что условия содовых озер позволяют формированию высоких концентраций цианидов — солей синильной кислоты, участвующих в синтезе аминокислот, нуклеотидов и предшественников липидов.

 

 

Однако, на роль колыбели жизни претендует ещё один кандидат. Это грязевые вулканические котлы. Такую научную гипотезу активно продвигают известный российский биофизик Армен Мулкиджанян и геохимик Андрей Бычков.

Грязевые котлы возникают, когда геотермальное поле расположено на суше, но в местности со сравнительно холодным и влажным климатом. Тогда случается, что дождевая вода, заливая огнедышащие трещины, частично испаряется, а частично вытекает откуда-нибудь сбоку горячим ключом. Получается своего рода перегонный куб, где происходит разделение веществ. Хлорид натрия остаётся в воде, а вот соли калия, цинка и марганца и соединения фосфора летят с паром, который затем может где-нибудь конденсироваться. Кроме того, с паром ещё летят силикаты, которые при удачном стечении обстоятельств образуют зернистую грязь. Так возникает грязевой котёл.

Что особенно приятно, там присутствует оксид фосфора в виде газа. Он очень хорошо реагирует с водой, и получаются полифосфаты – фосфорные цепочки. А ведь это важнейший элемент живой клетки! В биохимических процессах источником энергии является расщепление полифосфатной цепочки.

 

С медью и железом в грязевых котлах, правда, несколько хуже, но они и не столь критичны. Медь так вообще нужна только при кислородном метаболизме, а его на ранних этапах существования жизни быть не могло.

 

Есть и другие аргументы в пользу грязевых вулканов – наличие каолинитов, той самой зернистой грязи. Надо сказать, что море, как кандидат на место возникновение одноклеточных, не слишком нравилось учёным ещё и из-за своей обширности. В клетке налажен изумительный механизм сложнейших молекул, и чтобы научиться такому слаженному взаимодействию, они должны были собраться в одном месте и остаться в близком соседстве надолго. Это очень трудно представить себе на морских просторах, где любая тесная компания в любой момент может быть разбавлена. Молекулы современной клетки удерживает от разброда и шатания оболочка, но ведь когда-то её не было! Скорее всего, дружное сообщество молекул возникло в каком то ограниченном пространстве, вероятно очень небольшом.

Теперь вернёмся к каолинитам грязевых вулканов. Одной из замечательных особенностей этих минералов является их высокая пористость. Представьте себе пористый материал, пропитанный жидкостью, которая конденсировалась из пара в грязевом котле. Там полным-полно калия, совсем мало натрия, имеется цинк и марганец, в изобилии полифосфаты. Всё это собрано в мелкие капельки, ограниченные минеральными стенками. Ничего не напоминает?

 

Добавьте к этому довольно стабильную температуру (зимой вода не замерзает) и некоторую склонность к пересыханию. Последнее приводит к тому, что время от времени концентрация растворов может резко возрастать, и все реакции ускоряются. В общем, очень похоже на то, что в таких вот пористых глинах все необходимые живой клетке комплексы молекул впервые и собрались.

 

Но в грязевых ли котлах или в содовых озёрах, всё ведёт к тому, что жизнь зародилась на суше, хот и в водной среде. Потом особо настырные её представители освоили море, где за миллиарды лет эволюционировали в животных и отправились на повторное завоевание континентов.