События к-2 ч-30

СОБЫТИЯ К-2 Ч-30

Что такое жизнь? Как она появилась на Земле? Религия с помощью нескольких библейских строчек для безграмотных верующих, словно фокусник, в мгновение ока ловко расставляет все по полочкам. Бог может все. Коротко и ясно даже баранам. Точнее, только баранам. А если уж нисколько не отклоняться от библейских «канонов», то ясно только козлам и овцам, как бинарно классифицирует свое юродивое стадо Иисус Христос. Но что говорит о происхождении жизни наука?
Вся история нашего нелегкого и длительного познания свидетельствует: в мире нет ничего такого, что нельзя было бы понять, изучить и объяснить. Каждое явление природы, каким бы оно ни казалось на первый взгляд загадочным, каким бы оно ни было сложным, может быть объяснено. Разрешается и загадка жизни. К этому у нас есть надежные пути: изучение живой природы, опыт, наблюдение. Современная наука о жизни - биология - дает очень много доказательств того, что жизнь познаваема, что явлениями жизни мы можем овладевать и управлять. Наука давно уже выяснила, что каждый живой организм построен в основном из так называемых органических веществ: углеводов, белков, жиров. Без этих веществ жизнь невозможна. Органические вещества отличаются от всех других тем, что в основе их строения лежит химический элемент углерод в соединении с водородом. Также мы знаем, что основа всего живого на Земле - клетка. Клетки, принадлежащие к одному и тому же типу и сходные друг с другом, могут объединяться, образуя ткань, в которую нет доступа клеткам других типов. В этом взаимном притяжении и отталкивании клеток центральная роль принадлежит клеточной оболочке - мембране. Мембраны кровяных телец, эритроцитов, осуществляют активный перенос ионов, механически втаскивают в клетку большие молекулы и микроскопические частицы. Внутри клетки находятся органеллы - силовые станции всего живого на Земле. Наиболее важные из них в клетках зеленых растений - это хлоропласты, связывающие энергию солнечного света в процессе фотосинтеза. Другие важнейшие из органелл - митохондрии, встречающиеся как у растений, так и у животных. В них извлекается энергия, заключенная в химических связях поступающих в клетку питательных веществ.
Особенно интересны среди органических веществ белки - сложные соединения углерода с водородом, кислородом, азотом и некоторыми другими химическими элементами. Из белковых веществ, в основном, и построены все ткани и клетки живых организмов. Белки - главные труженики живой клетки. Без их участия в ней не обходится ни один процесс. Белки используются природой в качестве биокатализаторов (ферментов) во всех ежесекундно протекающих в клетке химических реакциях. Также они используются как строительный материал тканей: кожи, сухожилий, мышц, нервных волокон. Волосы и ногти, например, почти полностью состоят из белковых материалов, длинных волокнистых структур. Белковые тела обладают замечательным свойством: они способны к обмену веществ, происходящему путем поглощения и выделения. Это важное свойство белков является основой для жизненных процессов, протекающих в живых организмах, - их роста, развития. В природе белки образуются при определенных условиях как один из этапов развития неживой материи. А с их появлением и зарождается жизнь. Таким образом, жизнь возникает естественным путем во Вселенной там, где для ее существования создаются подходящие условия. Состоят белки только из аминокислот. Аминокислоты - строительные блоки, кирпичики для конструирования белковой молекулы. В период с 1806 по 1935 год химиками-органиками были получены все 20 аминокислот, являющихся основой органической жизни.
Другой важный класс макромолекул живых организмов - углеводы. Это соединения, в которых атомы углерода, водорода и кислорода находятся в соотношении 1:2:1. Будучи одним из основных компонентов нашей ежедневной пищи, углеводы поставляют значительную часть энергии, необходимой для живого организма. Типичные углеводы, с которыми каждый из нас сталкивается ежедневно, - крахмал и сахар. Поскольку это вещества растительного происхождения, а основную массу живого на Земле составляют растения, углеводы имеют прочное «большинство» среди других органических соединений на нашей планете. Многие из них, как и белки, полимеры (высокомолекулярные соединения). Но структурной единицей углеводов является молекула сахара, например, хорошо известной всем глюкозы.
И, наконец, третий важнейший класс макромолекул живого - липиды, более привычное в обиходе название которых, - жиры. Они тоже построены, главным образом, из углерода, водорода и кислорода, хотя иногда в их состав входит фосфор. Типичная молекула липида состоит из хорошо известного всем глицерина (одной молекулы), который соединен с жирными кислотами.
В 1865 г. Грегор Мендель сообщил, что он открыл закономерность в передаче наследственных признаков растений. Внизу всей лестницы эволюции живого организма оказалась клетка. И уже в 1868 г. швейцарский врач Ф. Мишер, при изучении ядра живой клетки, выделил из гноя больничных бинтов четвертый важнейший класс макромолекул живого - нуклеиновые кислоты. Они состоят из углерода, водорода, кислорода, азота и фосфорной кислоты. Мишер гениально предположил, что именно они являются генетически (наследственно) активным материалом (к сожалению, это осталось в то время незамеченным). Впоследствии стало ясно, что существуют два типа нуклеиновых кислот, отличающихся молекулой сахара и составом азотистых соединений. Впоследствии они получили название рибонуклеиновой кислоты (РНК) и дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).
Именно белковые тела способны к обмену веществ, происходящему путем поглощения и выделения, и это важное свойство белков и является основой для жизненных процессов, протекающих в живых организмах, - их роста, развития. Казалось бы, обмен веществ присущ и неживому миру. Действительно, взглянем на систему река - океан, грунт - атмосфера, транспорт материала при извержении вулкана. Река выносит в океан гигантское количество воды. При испарении воды с поверхности океана на суше выпадают дожди, которые вновь питают водой реки. Чем не обмен веществ? А рост, развитие в неживой природе? К примеру, рост кристаллов. Более того, кристаллы одного и того же вещества похожи друг на друга как две капли воды. И опять же мы знаем, что механизм роста кристаллов не имеет ничего общего с механизмом роста клетки. И самое главное, кристаллы не умеют воспроизводить потомство (хотя и похожи друг на друга, но образовались и наращивались, на первичных инородных телах независимо друг от друга). Именно механизм передачи с помощью генов наследственной информации и воспроизведения (матрицирования) точной копии и отличает живую клетку от неживого.
Каждая клетка каждые несколько часов делится на две. И каждая новая клетка содержит полный набор ДНК (прежняя клетка производит помимо новой клетки и новый набор ДНК). Какой из придуманных человеком механизмов и агрегатов способен воспроизводить себя бессчетное число раз, к тому же, почти не ошибаясь? Но тогда, как же возник этот сложнейший набор атомов? Случайно? Ведь у природы в распоряжении было множество лет и тысячелетий, самые разнообразные наборы растворенных и взвешенных в воде веществ - где-нибудь, когда-нибудь и свершилось сотворение первой клетки… Математики проверили гипотезу случайного возникновения клетки из хаотического набора веществ методами своей науки. И оказалось, что теория вероятности подобной случайности решительно не допускает. Но гигантская пропасть, отделяющая неживую природу от «простейших» живых созданий - одноклеточных организмов - вполне преодолима при наличии вполне определенных условий, эпизодически возникающих в тех или иных локальных областях Вселенной. Белки, как известно, очень чувствительны к внешним условиям: при сильном морозе они затвердевают, а при высокой температуре сгорают. Поэтому жизнедеятельность белковых тел, т.е. сама жизнь, возможна только при умеренной температуре. Необходимы для жизни также вода и атмосфера. Когда-то, 4,5 миллиарда лет назад, такие условия создавались на нашей планете, и это неизбежно привело к тому, что на Земле зародилась жизнь, возникли и стали развиваться первые живые организмы. Ученые единогласно считают, что для этого, прежде всего, должна быть вода (морская) - единственная жидкость, которая обеспечивает условия для зарождения и развития жизни. Вода обладает высокой диэлектрической проницаемостью, именно это определяет ее способность быть отличным растворителем. Она обладает высокой химической активностью и к тому же она амфотерна, т.е. одинаково взаимодействует как с кислотами, так и со щелочами. Анализ возможностей и других жидкостей стать носителями жизни показал, что жизнь, основывающаяся на фтороводороде и других экзотических жидкостях, безраздельно принадлежит ведомству ненаучной фантастики. Наука установила, что первое время углерод находился на Земле в соединении с различными металлами - в виде так называемых карбидов. Сейчас карбиды скрыты под очень толстыми слоями земной коры. Но миллиарды лет назад эти соединения часто выступали на поверхность. Здесь они подвергались воздействию водяных паров атмосферы. При этом углерод карбидов соединялся с водородом воздуха. Возникали углеводороды, простейшие органические вещества. Постепенно они изменялись и усложнялись. Вступая, например, в химическое соединение с атмосферным азотом, углеводороды превращались в новые, более сложные вещества. У Вселенной в целом имеется очень ограниченный набор условий, непосредственно пригодных для возникновения и развития биологической жизни. При этом в ней же находится гигантский объем факторов, закономерных или случайных для живого, вызывающих смерть в нашем понимании или переход данного сгустка материи в иное состояние с точки зрения природы. Гибель живого может наступить в случае любого из стихийных природных катаклизмов, возникающих не по воле бога или дьявола, а в силу реальных природных процессов.
Миллиарды лет назад в воде были растворены, в первую очередь, такие газы атмосферы Земли, как метан, аммиак, окись углерода, углекислый газ и т.д. (современная атмосфера в значительной степени имеет другой состав, чему причиной является жизнедеятельность живой природы в течение 4-х миллиардов последних лет). Кроме того, в воде могли быть растворены многие твердые вещества и элементы. В воде существовал широкий диапазон температур вплоть до критической, когда вода превращается в пар уже при любом давлении, например, на дне океана. Множество извержений подводных вулканов, мощное ультрафиолетовое облучение от Солнца (первобытная атмосфера не защищала от него планету так, как сегодня), постоянные удары молнии насыщали атмосферу электричеством. Научные опыты показали, что из названных веществ, при воздействии перечисленных факторов, удается получить искусственным путем по существу все аминокислоты, входящие в состав белка: первая аминокислота была получена почти полвека назад, а уже через четверть века не осталось ни одного биологически важного мономера (низкомолекулярного соединения), который не был бы получен из неорганических веществ с помощью перечисленных воздействий. Тогда же удалось найти и условия, при которых полученные мономеры слагаются в длинные цепи полимеров (высокомолекулярных соединений). Эти полимеры можно бы уже назвать белками, если бы белки не отличало определенное чередование слагающих их мономеров. Те же мономеры, которые возникали в проводимых опытах, имели беспорядочную структуру. Но именно так и должно было быть: далее в дело вступала эволюция. Из огромного количества непрерывно возникающих полимеров естественный «химический» отбор должен был сохранить именно те молекулы, которые могли доказать свои преимущества в борьбе за жизнь. И как же еще велик путь от первых полученных искусственно человеком полимерных цепей к первой клетке! Но, без сомнения, он будет успешно завершен в достаточно обозримом будущем. Четверть века назад индийский ученый Г. Корана на конференции в Риге сообщил, что ему удалось синтезировать… ген! Тайна зарождения жизни и тайна ее продления, а то и бессмертия, к величайшему огорчению безграмотных «святош», будет раскрыта окончательно и бесповоротно.
Итак, если первоначально соединения карбидов выступали на поверхность, то позднее, когда на нашей планете образовались моря и океаны, углеводороды и их соединения, попадая в воду, стали постепенно превращаться в еще более сложные, уже близкие по своему составу к белкам, сахару и другим веществам, входящим в состав живых организмов. Однако они еще не были способны к обмену веществ, т.е. не имели главного признака жизни. Но вот наступает момент, когда молекулы различных белковых и белковоподобных соединений в воде в результате взаимодействия друг с другом начинают собираться в маленькие полужидкие капельки, внешне напоминающие студень. Такие капельки академик А.И. Опарин называет коацерватами (от латинского слова «коацерватус», что значит «собранный»). Коацерваты были уже способны впитывать, захватывать различные вещества из окружающей их среды. При этом вещества не просто механически поглощались. В коацерватах происходили и химические изменения. Присоединяя белковые вещества, растворенные в окружающей воде, капелька росла. Но только до определенных пределов. Дальнейший рост делал ее неустойчивой. Большая капелька делилась на меньшие. Состав капельки постоянно обновлялся в процессе роста и усвоения белкового вещества, растворенного в окружающей водной среде. При этом взаимосвязь белков внутри коацервата приводила к строгой последовательности его многочисленных реакций со средой. Такой определенный порядок процесса способствовал выработке особых, свойственных только живому веществу реакций, называемых биохимическими. На их основе возник обмен веществ между коацерватами и средой. Капелька стала нуждаться не во всякой внешней среде, а лишь в такой, которая позволяла снова и снова повторять раз возникнувший процесс обмена. Т.е. как бы возникало приспособление коацервата к ряду условий, в которых он существовал: температуре воды, давлению, интенсивности солнечного освещения, солености моря и т.д. Одни коацерваты лучше приспосабливались к воздействию внешнего мира и происходившим в нем изменениям, другие хуже. Поэтому одни из них не смогли существовать, разрушались, другие же усовершенствовались и еще лучше приспособились к условиям своего существования. Прошло много миллионов лет после появления в водах древних морей первых коацерватных капелек, и на Земле появились первые простейшие живые вещества - родоначальники живой природы. По своему внутреннему строению они были уже намного совершеннее коацерватных капелек, но еще значительно проще даже самых простых бактерий. Прошли еще многие сотни миллионов лет, и простейшие одноклеточные живые существа превратились в сложно устроенные организмы. По каким законам шло это развитие? На этот вопрос ответил английский естествоиспытатель Чарльз Дарвин. Его труд «Происхождение видов» заложил научные основы науки о жизни - биологии.
Возьмем самое простое растение. Стоит повнимательнее присмотреться, как оно живет, и нас поразит, насколько оно приспособлено к окружающей среде. Например, стебли устроены так, чтобы быть очень прочными и в то же время легкими. В местах, где мало воды, у растений имеются очень развитые корни; они уходят в землю на десятки метров, собирая там драгоценную влагу. Такая же приспособленность к окружающим условиям наблюдается в мире животных. Не позаботился ли об этом кто-то разумный и всесильный? Богословы так и отвечают: да, бог предусмотрел наиболее совершенные формы животных и растений, установил «божественную гармонию» в мире. Чарльз Дарвин доказал, что целесообразность в строении живых организмов объясняется их приспособлением к внешней среде, к условиям существования. Это результат естественного отбора наиболее приспособленных к условиям жизни организмов, который постоянно шел и идет в природе. Все живые организмы существуют в тесной связи с окружающим миром. А природа не остается постоянной. Изменяются и климат, и влажность, и растительность, и рельеф местности и т.д. Животные и растения, живущие, казалось бы, в одинаковых условиях, получают разное количество питательных веществ, влаги, солнечной энергии. При этом те организмы, которые приобрели черты, позволяющие лучше приспосабливаться к окружающим условиям жизни, скажем лучше переносить холод или зной, имеют больше шансов, чтобы выстоять при самых тяжелых испытаниях. Процесс выживания наиболее приспособленных и гибели наименее приспособленных организмов Дарвин и назвал естественным отбором. Именно в результате такого отбора у различных видов животных и растений постепенно вырабатывались и закреплялись разнообразные и сложные приспособления к жизни, изменялись и совершенствовались их формы. Например, защитная окраска некоторых животных организмов - это результат естественного отбора. За долгое время существования у зайцев наследственно закрепилась белая окраска шерсти в зимнее время, стала свойственной всем особям, потому что зайцы с такой защитной окраской менее подвержены опасности погибнуть в когтях хищника. Но в живой природе далеко не все и не всегда столь разумно, как пытаются представить богословы. Наряду с поразительной приспособленностью организмов к условиям их жизни мы видим в природе и немало нецелесообразного. У многих животных существуют такие особенности, которые никак не говорят о разумном устройстве мира. Разве разумно, например, устроено жало у ос и пчел? Являясь орудием защиты, оно в то же время губит своего хозяина. Ужалив своего врага, пчела чаще всего не может вынуть свое жало и погибает. Или какой разумной целесообразностью можно объяснить тот факт, что бабочки в ночное время летят на огонь и гибнут? Целесообразность живых организмов, которая вырабатывается в результате естественного отбора, имеет лишь относительный, во многих случаях ограниченный характер.
ФИЗИКА БЕЗ ФОРМУЛ ›
Глава 3. Как устроен атом и вообще весь мир
 
Да, друзья мои, атом делим! Эту радостную новость я вам сообщаю сразу.
Атом тоже являет собой составную конструкцию. Получается, что детальки тоже устроены из деталек, только более мелких. Почему же греки называли атом неделимым? Мы уже знаем ответ: потому что деление мельчайшей крошки вещества – атома – приводит к тому, что вещество перестает существовать в своем привычном виде! Как перестает существовать автомобиль, если его разобрать на отдельные части – колеса, поршни, гайки, рычаги…
Все в мире сделано, как мы уже выяснили, из примерно сотни атомов (химических элементов). А сами атомы? Они состоят всего из трех деталек, только в разных сочетаниях.
Всего из трех!
В это трудно поверить, но все многообразие окружающей нас природы – звезды, планеты, мама с папой, хлеб, собака, воздух – это всего лишь разные наборы трех частичек, которые сначала складываются в атомы, а уж затем атомы составляют молекулы, строящие мир. Но в основе мира – всего три частицы. Частицы эти называются элементарными.
Опять возникает это слово «элементарные»!
Простейшие химические вещества, которые занесены в таблицу Менделеева, называют химическими элементами. И частицы, из которых сделаны эти элементы, тоже называются элементарными.
А имена у них есть?
Есть. Знакомьтесь: