Существует по крайней мере три ответа на вопрос о происхождении жизни на Земле [1]: 1) сотворение высшей силой, 2) занесение из космического пространства (панспермия) и 3) возникновение живых организмов за счет эволюционного саморазвития материи на нашей планете. Сразу же оговоримся, что мы поддерживаем последний вариант, а именно — закономерное появление жизни на определенных этапах эволюции косной материи Земли. Другими словами, мы придерживаемся несомненного генетического родства (взаимосвязи) живой и косной материй. Ниже предлагаются некоторые энергетические соображения и аргументы в пользу этой гипотезы. Точка зрения, что сама Земля является первоисточником жизни также аргументирована в статье [4].
В общей схеме строения Земли с точки зрения энергетических характеристик вещества составляющих геосфер [2, таблица 4.1] была упущена биосфера. Это связано с тем, что ее вкладом в общем балансе энергии атомизации вещества Земли можно пренебречь ввиду ничтожной массы биосферы: согласно оценкам Борхерта [3] общая масса живых организмов составляет 2,8´1017 г, а по данным Сахамы и Ранкамы относительный вес гидросферы, атмосферы и биосферы выражается соответственно цифрами: 69100, 300 и 1.
Несмотря на столь скромные количественные масштабы проявления, биосфера играет исключительно важную роль завершающего этапа в эволюции вещества Земли за время ее существования. Биосфера возникла на Земле около 3,5 млрд. лет назад, она объединяет находящиеся во взаимодействии атмосферу, гидросферу и часть литосферы в целостную оболочку, в которой распространена живая материя и которая покрывает (экранирует) основную массу косной материи Земного шара. Существует мнение, что в Солнечной системе только Земля обладает биосферой (по крайней мере в весьма развитой ее форме), и в этом заключается ее уникальность среди других планет. Поэтому вполне естественно, что изучению биосферы в различных аспектах уделяется столь большое внимание в современной фундаментальной науке.
Из обширного комплекса сложных вопросов и проблем, связанных с происхождением жизни на Земле [5, 6], в данной статье ограничимся рассмотрением лишь тех из них, которые касаются энергетических характеристик вещества косной и живой материи. Тот факт, что среди других планет Солнечной системы лишь Земля обладает высоко развитой биосферой имеет, по нашему мнению, в своей основе энергетическое объяснение, которое стало возможным благодаря использованию новых энергетических характеристик вещества — удельных энергий атомизации [7, 8]. Итак, речь пойдет о геоэнергетических предпосылках возникновения биосферы на Земле, которые вкратце сводятся к следующим.
Рис. 1 . Вариации средних параметров плотности и энергоплотности вещества планет Солнечной системы
- Согласно [2] по параметру общей энергии атомизации вещества (»1029 кДж) Земля не выделяется среди других планет, занимая промежуточное положение между мелкими планетами типа Плутона (энергия атомизации порядка 1027 кДж) и планетами-гигантами типа Юпитера (энергия атомизации порядка 1032 кДж). Однако по сравнению со всеми другими планетами Солнечной системы Земля обладает максимальными средними параметрами плотности (r = 5.52 г/см3) и энергоплотности (Еv = 110 кДж/см3) вещества, что наглядно представлено на графике (рис. 1). Симбатный ход вариации параметров r и Еv у планет объясняется тем, что по данным для геосфер Земли (таблица 1) эти параметры связаны зависимостью (рис. 2):
Ev = 53,654r0.4346 (1)
Рис. 2. Зависимость энергоплотности вещества геосфер от плотности (по определению [8] энергоплотность есть энергия атомизации вещества в единице объема).
Рис. 3. Ход изменения средних удельных энергий атомизации вещества Земли по геосферам.
- Весьма интересные и важные выводы следуют также из анализа хода изменения средних удельных энергий атомизации вещества Земли по геосферам (рис. 3). На графике вариации параметра Еm биосфере отвечает пик, что позволяет рассматривать “рождение” биосферы в качестве завершающего энергетического максимума в глобальной эволюции вещества Земли за весь период ее геологической истории.
Ранее была установлена [2, 8] четкая закономерность падения средних параметров энергоплотности вещества геосфер от центра к поверхности Земли. Однако, если включить в число геосфер биосферу (см. график вариации по геосферам параметра Еv на рис. 3), то на фоне указанной закономерности биосфере отвечает позитивный энергетический всплеск. Выявленные на рис. 3 закономерности позволяют довольно уверенно судить об особых, высокоэнергетических характеристиках вещества биосферы и об ее соответствующем положении среди других геосфер.
Таблица 1
Средние параметры плотности и удельных энергий атомизации вещества геосфер
| Геосферы | Еm, кДж/г | r, г/см3 | Еv, кДж/см3 |
| Атмосфера | 29,1 | 0,0012 | 0,035 |
| Биосфера | 63 | 0,8 | 50 |
| Гидросфера | 53,9 | 1,02 | 55 |
| Земная кора | 28,6 | 2,8 | 80 |
| Мантия | 22,2 | 4,5 | 100 |
| Ядро | 15,0 | 10,7 | 160* |
*Величина соответствует [2] преобладающей внешней части ядра (94% по объему)
- Из данных таблицы 1 следует, что по всем трем параметрам Еm, r и Еv вещество биосферы ближе всего тяготеет к гидросфере. Этот факт может рассматриваться как еще одно доказательство (в дополнении к аналогичным суждениям, ранее высказанным многими учеными) несомненного генетического родства биосферы и гидросферы. И это вполне естественно, так как в основе строения воды и любого органического живого вещества лежит один и тот же тип водородных связей.
Далее в двух следующих пунктах кратко обсудим вопрос об источниках вещества и энергии для синтеза живой материи.
- Роль минеральных подложек (матриц) в происхождении биосферы также неоднократно обсуждалась и, в частности, в работах [6, 9]. Во второй из них подробно анализировался наиболее вероятный, подходящий для образования простейших микроорганизмов минеральный субстрат, в качестве которого рассматривались минералы коры выветривания — каолин, монтмориллонит и другие глинистые минералы, а также карбонаты. Все эти минералы характеризуются тремя специфическими особенностями — легкой механической разрушаемостью (низкой твердостью), спайностью и довольно высокой энергоплотностью (Еv): каолин — 89 кДж/см3, монтмориллонит — 74-78 кДж/см3, кальцит — 77 кДж/см3. Низкая твердость этих минералов обеспечивает легкий доступ к свежеобнаженной поверхности, на которой благодаря совершенной спайности вскрывается двумерное регулярное расположение структурных узлов (атомов). Последнее обстоятельство весьма благоприятно для построения соответствующих колоний микроорганизмов. Высокие параметры Еv рассматриваемых минералов свидетельствуют об их высокой потенциальной электронно-донорной способности. Указанные характерные особенности этих минералов в совокупности с водой и растворенными в ней веществами создают весьма благоприятную среду и строительный материал для синтеза и воспроизводства микроорганизмов.
Итак, мы полагаем, что первоисточником вещества для синтеза простейшей живой материи была косная материя в форме соответствующих минеральных подложек, воды и растворенных в ней веществ (в том числе различных органических молекул).
- Проблема возникновения жизни, кроме источника вещества, включает также вопрос и об энергетическом обеспечении процесса синтеза. И здесь возникает принципиальный вопрос, каким энергетическим источником — внутренним, внешним или их совокупностью — был обеспечен синтез первичной живой материи из материи косной. Под внутренним источником энергии подразумевается собственное внутреннее тепло Земли, а под внешним — главным образом солнечная энергия. Разумеется, дать однозначный ответ на поставленный столь сложный вопрос невозможно, поэтому ограничимся некоторыми гипотетическими суждениями по этому поводу.
Возвращаясь к рис. 1, попытаемся объяснить природу столь высоких средних параметров r и Еv у вещества Земли по сравнению с другими планетами. По нашему мнению, это обусловлено весьма глубоко проявленными процессами гравитационной дифференциации вещества в глубинных зонах Земли — на границах “мантия — внешнее ядро” и “внешнее ядро — внутреннее ядро”, что подробно рассмотрено в книге [2]. Соответствующими расчетами было показано, что эти процессы связаны с резким ростом параметров Еv и r и значительным сокращением объема (уплотнением) вещества Земли в результате цепочки превращений:
FeO(нижняя мантия) → Fe2O(внешнее ядро) → a-Fe(VIII)(внутреннее ядро),
сопровождающихся выделением громадной энергии. Указанные процессы привели к формированию ядра Земли с весьма высокими параметрами r и Еv [2, таблица 4.1], которые и обеспечили, в конечном счете, соответствующий высокий уровень средних параметров r и Еv вещества Земли в целом. Тем самым, получило удовлетворительное объяснение природа одного из основных источников внутренней энергии Земли — гравитационной дифференциации [10, 11], обеспечивающей протекание сейсмических, тектонических, магматических и гидротермальных процессов. В связи с этим нами поддерживается гипотеза о гипогенном, глубинном источнике энергии, обеспечившем синтез первичной живой материи. В работе [12] автор склоняется к выводу, что зарождение жизни произошло в восходящих гидротермальных растворах, имеющих ювенильную природу, т.е. внутреннее тепло Земли в качестве источника энергии. Другое дело, что, однажды зародившись, живая материя получила бурное развитие в поверхностных зонах Земли уже при непосредственном участии солнечной энергии и других внешних по отношению к Земле космических источников энергии. Впрочем, сам факт и датировка качественного скачка: косная материя ® живая материя остаются пока довольно неопределенными и являются сверхзадачей будущих исследователей. Более определенно можно говорить о развитии, распространении, широкомасштабном проявлении биосферы, что связывается с формированием приблизительно 3,5 млрд. лет назад древнейших кор выветривания по интрузивно-эффузивным комплексам [9].
Суммируя вышеизложенное, можно констатировать, что возникновение биосферы на Земле было подготовлено и, так сказать, предопределено весьма высоким уровнем энергетики вещества косной материи, который, очевидно, связан с глубоко проявленными процессами гравитационной дифференциации вещества в глубинах нашей планеты. При этом важно подчеркнуть, что с позиций развиваемых здесь энергетических представлений возникновение и развитие биосферы как наиболее организованной формы планетного вещества явилось закономерным и естественным процессом, который произошел лишь на определенных, завершающих этапах эволюции вещества косной материи Земли с четко выраженной общей тенденцией роста его средней удельной энергии атомизации в ходе этой эволюции (рис. 3).
В свете рассмотренной в этой статье энергетической аргументации разделяемая многими учеными гипотеза академика Н. П. Юшкина о генетической взаимосвязи живой и косной (минеральной) материи представляется более вероятной, обоснованной и конструктивной, нежели имеющееся в литературе мнение о генетической несводимости мира живых организмов к косной материи.
В то же время разделяемые автором и энергетически аргументированные представления о появлении биосферы не противоречат панспермии — как возможности занесения с метеоритами на Землю из космоса простейших микроорганизмов (бактерий и др.). Вполне вероятно, что оба указанных независимых друг от друга процесса имели место в геологической истории Земли. Однако панспермия (в случае установления ее реальности) отнюдь не исключает естественного хода эволюции вещества Земли с образованием биосферы.
Список литературы:
- Злобин Ю. А. Происхождение жизни // Природа, 2001. № 2. С. 25-26.
- Зуев В. В. Введение в энергетическую геохимию. Германия: Изд-во Lambert Academic Publishing (LAP), 2014. 163 c.
- Мейсон Б. Геохимия. М.: Недра, 1971. 312 с.
- Зимина Т. Земля — первоисточник жизни? // Наука и жизнь, № 6. 2014.
- Фокс С., Дозе К. Молекулярная эволюция и возникновение жизни. М.: Мир, 1975. 374 с.
- ЮшкинН. П. Биоминеральные взаимодействия. М.: Наука, 2002. 60 с
- Мамыров Э. М. Удельная энергия атомизации и физические свойства минералов и горных пород. Бишкек: Илим, 1991. 236 с.
- Зуев В. В. Энергоплотность, свойства минералов и энергетическое строение Земли. СПб. : Наука, 1995. 128 с.
- Яхонтова Л. К., Зуев В. В. К вопросу об основах биотехнологий (в связи с гипотезой возникновения биосферы) // Обогащение руд. 1997. № 3. С. 37-40.
- Сорохтин О. Г., Ушаков С. А. Глобальная эволюция Земли. М.: Изд-во МГУ, 1991. 446 с.
- Хаин В. Е. Основные направления современной геологии (геология на пороге XXI века). М.: Наука, 1994. 190 с.
- Компаниченко В. Н. Возникновение жизни в глубинах гидротермальных систем. Хабаровск, 1996. 105 с.[schema type=»book» name=»О НЕКОТОРЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ АСПЕКТАХ ПРОБЛЕМЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАЗВИТИЯ БИОСФЕРЫ НА ЗЕМЛЕ» description=»Статья посвящена энергетическому обоснованию происхождения жизни на Земле на конечных этапах эволюции ее косной материи. Для решения этой фундаментальной проблемы использованы энергетические параметры вещества геосфер удельные массовые (Em, кДж/г) и удельные объемные (Ev, кДж/см3) энергии атомизации. Построенные графики вариации указанных параметров геосфер от центральных до поверхностных областей Земли позволяют судить об особых высокоэнергетических характеристиках вещества биосферы, экранирующей основную массу косной (минеральной) материи Земли. В качестве заключения аргументирована гипотеза возникновения биосферы из косной материи Земли на завершающих этапах ее геологической истории.» author=»Зуев Валерий Владимирович» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-03-15″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.05.2015_05(14)» ebook=»yes» ]