Как произошла земля гипотезы: Ученые определили основную версию происхождения Земли
Ученые определили основную версию происхождения Земли
https://ria.ru/20181207/1547581979.html
Ученые определили основную версию происхождения Земли
Ученые определили основную версию происхождения Земли
РИА Новости, 07.12.2018
2018-12-07T11:32
2018-12-07T11:32
2018-12-07T11:32
наука
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdn24.img.ria.ru/images/151762/24/1517622483_0:161:1600:1061_1920x0_80_0_0_391df78027928de51a7585ac802be894.jpg
МОСКВА, 7 дек — РИА Новости. Исследователи из Калифорнийского университета в Дэйвисе (США) приблизились к пониманию процессов, приведших к формированию Земли, сообщает портал Phys.org.Существуют три основные гипотезы о происхождении нашей планеты. Одна предполагает, что Земля росла сравнительно быстро (от двух до пяти миллионов лет), захватывая необходимые для жизни воду и газы из окружающего молодое Солнце облака. В другой говорится о частицах пыли, превратившихся под облучением Солнца в небесные тела — планетезимали, которые и стали источником нужных соединений.
Согласно третьей теории Земля развивалась медленно и за счет богатых водой, кислородом и азотом метеоритов.Чтобы определить, какая из идей наиболее близка к истине, ученые проанализировали соотношение изотопов неона, захваченных мантией Земли во время формирования планеты. Неон — это благородный инертный газ, на который, в отличие от водяного пара, углекислого газа или азота, не влияют химические и биологические процессы. Поэтому он навсегда сохраняет информацию о своем происхождении, отмечает профессор Суджой Мукхопадхай.Выделяются три изотопа — неон-20, 21 и 22. Все они стабильны и нерадиоактивны, однако неон-21 образуется при радиоактивном распаде урана. Таким образом, количество неона-20 и неона-22 остается неизменным с момента рождения планеты, из чего исследователи делают вывод, что для каждой из трех теорий формирования Земли должно быть характерно собственное соотношение изотопов 20 и 22.Чтобы определить этот коэффициент, исследователи изучили образцы подушечной лавы. Эти стекловидные породы формируются при подводных или подледных извержениях.
Экспедиция под руководством специалистов из Университета Род-Айленда достала образцы со дна Атлантики, после чего они стали доступными для всех ученых. Исследователи разрушили породы в герметичной камере и проанализировали состав газов, улавливая выбросы чувствительным масс-спектрометром. В результате они получили соотношение изотопов неона для трех гипотез о происхождении Земли. Выяснилось, что коэффициент, соответствующий теории «мантии Земли», выше, чем у «гипотезы планетезималей» и модели «долгого развития».
https://ria.ru/20180914/1528512714.html
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
2018
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
Новости
ru-RU
https://ria.ru/docs/about/copyright.html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.
xn--p1ai/
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
https://cdn22.img.ria.ru/images/151762/24/1517622483_184:0:1599:1061_1920x0_80_0_0_85fd685aa0d8168f8df469edb1387856.jpgРИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
МОСКВА, 7 дек — РИА Новости. Исследователи из Калифорнийского университета в Дэйвисе (США) приблизились к пониманию процессов, приведших к формированию Земли, сообщает портал Phys.org.Существуют три основные гипотезы о происхождении нашей планеты. Одна предполагает, что Земля росла сравнительно быстро (от двух до пяти миллионов лет), захватывая необходимые для жизни воду и газы из окружающего молодое Солнце облака.
В другой говорится о частицах пыли, превратившихся под облучением Солнца в небесные тела — планетезимали, которые и стали источником нужных соединений. Согласно третьей теории Земля развивалась медленно и за счет богатых водой, кислородом и азотом метеоритов.
Чтобы определить, какая из идей наиболее близка к истине, ученые проанализировали соотношение изотопов неона, захваченных мантией Земли во время формирования планеты. Неон — это благородный инертный газ, на который, в отличие от водяного пара, углекислого газа или азота, не влияют химические и биологические процессы. Поэтому он навсегда сохраняет информацию о своем происхождении, отмечает профессор Суджой Мукхопадхай.
Выделяются три изотопа — неон-20, 21 и 22. Все они стабильны и нерадиоактивны, однако неон-21 образуется при радиоактивном распаде урана. Таким образом, количество неона-20 и неона-22 остается неизменным с момента рождения планеты, из чего исследователи делают вывод, что для каждой из трех теорий формирования Земли должно быть характерно собственное соотношение изотопов 20 и 22.
Чтобы определить этот коэффициент, исследователи изучили образцы подушечной лавы. Эти стекловидные породы формируются при подводных или подледных извержениях. Экспедиция под руководством специалистов из Университета Род-Айленда достала образцы со дна Атлантики, после чего они стали доступными для всех ученых.
Исследователи разрушили породы в герметичной камере и проанализировали состав газов, улавливая выбросы чувствительным масс-спектрометром. В результате они получили соотношение изотопов неона для трех гипотез о происхождении Земли. Выяснилось, что коэффициент, соответствующий теории «мантии Земли», выше, чем у «гипотезы планетезималей» и модели «долгого развития».
«Это четкое указание на то, что в глубокой мантии Земли есть небулярный неон. Учитывая, что он является маркером для других газов, необходимые для жизни вещества — водород, вода, углекислый газ и азот — накапливались одновременно».
Кертис Уильямс (Curtis Williams, UC Davis)
один из авторов исследованияКак возникла Земля.
Гипотезы о возникновении Земли. 5-й класс
Цели: изучить основные гипотезы возникновения Солнечной системы и Земли.
Задачи:
- познакомить учащихся с различными гипотезами возникновения Земли; учеными, внесшими вклад в основу современного представления о происхождении Солнечной системы, в том числе и Земли.
- развить представления о причинах возникновения Солнечной системы, в том числе Земли.
- воспитывать интерес к предмету.
Вид урока по дидактической цели: изучение нового материала.
Вид урока по способу проведения: индивидуальная, частично поисковая работа с учебником.
Оборудование: презентация.
Ход урока
I. Вступительное слово учителя.
Учитель. Сегодня мы начинаем изучать новую тему «Земля». Земля – это планета, на которой мы живем. Вспомним, где же расположена наша планета? Каков же наш космический адрес? (
А когда и как родилась Земля? Как изучали люди свою Землю, и каких
результатов добились? Почему говорят, что все изменилось в наших представлениях,
ведь Земля осталась прежней? Эти вопросы интересуют многих.
Ответы на эти и
другие вопросы мы получим при изучении этой темы.
При изучении этой темы мы будем знакомиться с гипотезами возникновения Земли.
И сегодня на уроке мы попытаемся ответить на вопрос: Как возникла Земля? (слайд 4)
Этот вопрос интересовал всех. Самые давние мифы – древние священные религиозные сказания начинались всегда с повествования о сотворении мира. Вначале представления о мире у наших предков не слишком отличались от представлений о той местности, в которой они жили. Мир казался покрупнее. Горы были больше домов и хижин. А могучие реки – шире и обильнее ручейков. А коли мир был больше домов и селений, то создавать его и строить должны были существа посильнее человека, то есть боги. (
Вспомним: Представления каких народов о строении Вселенной изображены на рисунке 1 и 2
Очень долго существовали наивные легенды о сотворении мира некоей
божественной силой.
Лишь в XVI веке появилось учение Н.Коперника, которое поместило Землю в ряд планет, вращающихся вокруг Солнца. Это был первый шаг в подлинно научном решении вопроса о происхождении Земли.
Изучение нового материала
В настоящее время есть несколько гипотез, каждая из которых по-своему описывает периоды становления Вселенной и положение Земли в Солнечной системе. (слайд 7)
Первые гипотезы, т. е. научные предположения, о возникновении Земли стали появляться только в XVII в., когда наука накопила достаточное количество сведений о нашей планете и о Солнечной системе. (
Существует много научных гипотез о сотворении мира. Мы с вами подробнее познакомимся с некоторыми из них.
Работа учащихся в тетради по учебнику стр.55–57. Начертить таблицу, используя материал учебника изложить краткую сущность каждой гипотезы. (слайд 9–10)
С помощью слайдов проверяем и корректируем свои записи.
- Жорж Луи Леклерк Бюффон. (1707–1788)
Бюффон предполагал, что планеты образовались из «брызг», возникших в результате удара кометы о Солнце.
Ещё при жизни Бюффона у многих астрономов возникли сомнения о том, что комета способна «оторвать кусок Солнца». Все началось с того, что королевский астроном англичанин Эдмунд Галлей обнаружил ошибку. Три кометы, посещавшие пределы Солнечной Системы с интервалом в 76 лет оказались одним и тем же небесным телом. Галлею даже удалось предсказать, когда снова комета появится на земном небе. При каждом посещении орбита небесной гостьи немножко менялась. Это означало, что комета весьма невелика по своей массе. Но как же могло тогда, столь ничтожное небесное тело, как комета, столкнувшись с Солнцем «оторвать у него край». Она скорее должна была сгореть в ярком пламени светила. (
- Иммануил Кант. (1724–1804)
Солнце и вся Солнечная система образовались из холодного сжимающегося
пылевого облака.
В 1755 году в Кенигсберге вышла из печати безымянная работа, озаглавленная
«Общая естественная история и теория неба». Неизвестным автором оказался
Иммануил Кант. Его книга не была известна. Лишь в конце жизни, Кант вспомнил о
ней. Но к тому времени широкую популярность приобрела гипотеза, выдвинутая
французским математиком Пьером Лапласом. (слайд 12)
- Пьер-Симо́н Лапла́с (1749–1827)
Солнечная система образовались из раскаленного вращающегося газового облака. (
- Джеймс Джинс (1877–1946)
Звезда прошла близко от Солнца, вещество вырвалось из приливной волны и
образовало длинные хвосты.
Джеймс Джинс сделал свою гипотезу такой убедительной, что в коротко время она
завоевала умы и сердца, вытеснив другие мнения. (слайд 14)
Вопросы к учащимся. Подумайте в чем сходство и различие гипотез Ж.
Бюффона и Д Джинса.
Объясняют ли они, как возникло Солнце? Как вы думаете,
правдоподобны ли эти гипотезы.
Учитель. В 1944 году были опубликованы первые статьи советского ученого Отто Юльевича Шмидта, о происхождении нашей планеты.
- Отто Юльевич Шмидт. (1891–1956)
Солнце встретилось с газово-пылевым облаком и захватило его.
В результате соударений частиц образовались планеты.
В данной гипотезе не много нового. Шмидт внимательно изучил представления своих
предшественников и у каждого взял наиболее разумную и обоснованную часть. Это
обстоятельство явилось одной из очень сильных сторон его гипотезы. (слайд 15)
Дополним свою таблицу.
- Гипотеза Ф.Хойла (XX век)
Английским астрофизиком Фредом Хойлом была предложена своя гипотеза. Согласно
ей у Солнца была звезда-близнец, которая взорвалась. Большая часть осколков
унеслась в космическое пространство, меньшая – осталась на орбите Солнца и
образовала планеты.
(слайд 16)
Каковы же современные представления о происхождении Земли и всей Солнечной
Системы?
- Фридрих Вильгельм Гершель (1738–1822)
Основоположник звездной астрономии, иностранный почетный член Петербургской
АН. С помощью изготовленных им телескопов производил систематические обозрения
звездного неба, исследовал звездные скопления, двойные звезды, туманности.
Происхождение Солнечной Системы по Гершелю (слайд 18)
Учитель. Сегодня у ученых нет единого взгляда по этому вопросу. Почти все
соглашаются с тем, что формироваться планеты стали из холодного облака и
лишь, потом разогрелись. В остальном же имеется множество разногласий. (слайд
19)
А теперь «парад гипотез».
II. Итог урока
Вопросы к учащимся.
Вот мы и попытались ответить на вопрос: как и из чего, образовалась наша планета Земля.
- Какие ученые попытались ответить на него?
- Подумайте в чем сходство и различие гипотез Ж. Бюффона и Д Джинса. Объясняют ли они, как возникло Солнце? Как вы думаете, правдоподобны ли эти гипотезы.
- Каково же современное представление ученых о происхождении Солнца и планет.
III. Домашнее задание
- Стр.54–59 учебника, таблица в тетради – повторить.
- ТПО № 1–5
Выдвинута неожиданная гипотеза появления воды на Земле — Российская газета
Международная команда исследователей выдвинула принципиально новую гипотезу о происхождении нашей планеты. Ученые утверждают, что Земля могла быть предельно насыщена водой уже с момента своего образования, в то время как до сих пор считалось, что воду занесли метеориты.
Исследование опубликовано в журнале Science, а коротко о нем рассказывает Phys.org. До сих пор приоритетной считалась гипотеза о том, что Земля изначально была «сухой», так как располагалась относительно близко от палящего Солнца. Однако с течением времени она стала влажной в результате многочисленных космических бомбардировок. Считается, что метеориты и астероиды занесли воду на Землю.
Но в новом исследовании эта гипотеза ставится под сомнение. Авторы работы считают, что изначально в скалистых породах нашей планеты воды содержалось примерно в три раза больше, чем сейчас содержится ее во всем Мировом океане. Это означает, что Земля всегда была «влажной» и не нуждалась в доставке воды из глубокого космоса.
В работе говорится, что вода нашей планеты могла быть получена из материалов, которые присутствовали в самой Солнечной системе в период формирования Земли. Свои выводы ученые из Центра петрографических и геохимических исследований в Нанси (Франция) и Вашингтонского университета в Сент-Луисе (США) основывают на изучении метеоритов разных классов.
Сочетание двух аналитических методов — обычной масс-спектрометрии и масс-спектрометрии вторичных ионов — позволило точно измерить их состав. Оказалось, что энстатитовые хондриты содержат неожиданно высокую долю воды. Этот тип метеоритов встречается редко. Его доля в общей коллекции метеоритов на Земле не превышает двух процентов. Но изотопное сходство с Землей делает их особенно привлекательными для науки.
Исследователи отмечают, что энстатитовые хондриты имеют те же изотопы кислорода, титана и кальция, что и наша планета. А новое исследование к тому же доказало, что их изотопы водорода и азота также аналогичны земным. То есть было определено, что энстатитовые хондриты содержали достаточно водорода, чтобы доставить на Землю, по крайней мере, втрое больше воды, чем содержится сейчас в земных океанах.
Стоит отметить, что энстатитовые хондриты полностью состоят из материала внутренней Солнечной системы — по сути, из того же материала, из которого формировалась Земля. Получается, что именно они могли быть теми самыми строительными блоками, которые не только создали нашу планету, но и насытили ее влагой.
«Наше открытие показывает, что эти строительные блоки могли внести значительный вклад в появление воды на Земле, — говорит ведущий автор Лауре Пиани. — Водородсодержащий материал присутствовал во внутренней части Солнечной системы во время формирования скалистой планеты, даже несмотря на то, что температура была слишком высокой для конденсации воды».
Самая интересная часть открытия заключается в том, что энстатитовые хондриты до сих пор тоже считались почти «сухими». И только применение новых методов исследования позволило понять, что это не так.
Гипотеза гигантского столкновения • Джеймс Трефил, энциклопедия «Двести законов мироздания»
Среди всех внутренних планет Солнечной системы Земля единственная имеет крупный спутник. Происхождение Луны — одна из древнейших загадок астрономии, однако многие планетологи сегодня считают ее наконец-то решенной. Сначала вопрос стоял следующим образом: почему средняя плотность лунного вещества в 1,5 с лишним раза ниже средней плотности земного при практически одинаковом химическом составе того и другого (3,6 против 5,5 ед.
Согласно гипотезе газопылевого облака, планетные тела образуются из околозвездного вещества, распределенного в плоскости околосолнечной дисковой туманности, и, как следствие, должны обладать приблизительно одним и тем же химическим составом. Первоначальные теории происхождения Луны можно условно подразделить на две категории: теории захвата и приливные теории.
Первая и самая древняя из них подразумевала, что Луна представляет собой независимо сформировавшуюся в Солнечной системе планету, оказавшуюся в непосредственной близости от Земли и захваченную ею в качестве спутника. Однако эта теория не выдерживает сегодня никакой критики, поскольку динамика процесса захвата, в результате которого тело, двигавшееся по независимой гелиоцентрической орбите вокруг Солнца, могло бы перейти на геоцентрическую и практически круговую орбиту вокруг Земли, противоречит всем известным физическим законам.
Конкурирующая приливная теория предполагала, что Земля в далеком прошлом вращалась вокруг своей оси значительно быстрее, чем сегодня, в результате чего на поверхности планеты возбуждались мощные центробежные силы, под воздействием которых (согласно большинству приливных теорий, их действие было усугублено гравитационным воздействием пролетавшего в непосредственной близости от Земли крупного небесного тела) от нашей планеты оторвался крупный кусок, который и оказался, в конечном итоге, на стационарной орбите вокруг Земли. Выдвигались даже гипотезы, будто Тихоокеанская впадина на поверхности Земли представляет собой «послеродовую травму», понесенную нашей планетой в результате рождения Луны.
Исследования химического состава лунного вещества, однако, опровергают обе вышеописанные гипотезы. С одной стороны, Луна слишком близка к Земле по своему химическому составу, чтобы сформироваться вдали от нашей планеты; с другой — недостаточно близка, чтобы быть ее осколком.
В последние десятилетия ХХ века, однако, появилась и еще одна гипотеза, завоевавшая достаточное признание в научных кругах.
На раннем этапе формирования Солнечной системы Земля и другие недавно сформировавшиеся планетные тела, будучи, по сути, еще практически целиком жидкими и состоящими из магмы современных геологических пород, подвергались интенсивной бомбардировке множеством более мелких новообразовавшихся тел размером с современные крупные астероиды. Кинетическая энергия падающих на Землю тел была столь высока, что, преобразуясь в тепловую, она поддерживала земное вещество в расплавленном состоянии, в результате чего и происходила его дальнейшая дифференциация: тяжелые железо и никель тонули в направлении центра Земли и формировали ее ядро, а более легкие вещества, шлаки и соли всплывали, образуя мантию и прообраз горных пород будущей земной коры (см. Тектоника плит). Именно на этой стадии или несколько позже, пока земная кора еще до конца не оформилась, в Землю врезалось небесное тело размером не меньше Марса. В результате этого катаклизма на околоземную орбиту оказалось буквально выплеснуто значительное количество вещества земной мантии и коры, из которых вскоре и сформировалась Луна.
Эта теория, получившая название гипотезы гигантского столкновения (а неформально — гипотезы большого выплеска), объясняет и низкую плотность лунного вещества, и близость его химического состава к химическому составу вещества земной коры и мантии, поскольку земное ядро гигантским столкновением затронуто не было и на орбиту не попало. Решающие доводы в пользу этой гипотезы поступили на Землю вместе с образцами лунного грунта, доставленными американскими астронавтами из лунных экспедиций на борту «Аполлонов». В результате анализа соотношения различных изотопов кислорода (см. Радиоактивный распад) в них удалось установить точное совпадение возраста лунных и земных минералов.
См. также:
Когда-то в Землю врезалась другая планета, и получилась Луна. Что не так с этой гипотезой?
Гипотезу о мегастолкновении Земли и планеты Тейи выдвинули американцы Хартман и Дэвис в 1975 году. В те далекие времена в Солнечной системе было известно два типа спутников: те, что радикально меньше своих планет (Фобос и Деймос около Марса, спутники газовых и ледяных гигантов), и Луна.
Она была единственным спутником, масса которого составляла более процента от массы ее планеты.
На эту тему
Странность Луны требовала нестандартного объяснения, откуда она взялась. Прежние догадки были несколько наивными и легко опровергались. Например, сын Чарльза Дарвина предполагал, что когда-то Земля вращалась быстрее и от нее отвалился громадный кусок. Эта и ей подобные гипотезы плохо объясняли то, что железное ядро Луны в сравнении с Землей небольшое, а воды там, как считалось, нет.
На самом деле, на тот момент вода в лунной породе уже была обнаружена: она содержалась в грунте (реголите), доставленном на «Аполлонах». Находку списали на земные загрязнения или метеориты. Показания детекторов ионов, зафиксировавших воду рядом с «Аполлонами», также списали на земное загрязнение. Ученые отвергали эмпирические факты, поскольку те не стыковались с тогдашними теориями происхождения Луны.
Во всех этих теориях Луна сперва расплавлялась, из-за этого она должна была потерять воду.
Наука того времени предполагала только один вариант попадания воды на Луну — с кометами. Но в кометной воде другое соотношение водорода и его тяжелой разновидности — дейтерия, а в воде, найденной на Луне американцами, соотношение этих изотопов было таким же, как на Земле. Несоответствие проще всего было объяснить загрязнением.
Однако оставалось непонятно, почему в реголите содержится меньше титана и других сравнительно тяжелых элементов. Тогда-то родилась гипотеза мегаудара (мегаимпакта). По ней, 4,5 млрд лет назад древняя планета Тейя столкнулась с Землей, и сверхмощный удар выбросил в космос обломки обеих планет — из них со временем сформировалась Луна. Верхние слои Земли содержат мало тяжелых элементов, потому что большая часть опустилась вниз, в ядро и нижние слои магмы. Якобы этим обусловлено отличие лунного грунта.
Пилотируемый космический корабль «Аполлон-8»
© AP PhotoПолучалось, что земной спутник был не первичным, как, например, у Юпитера, а вторичным — вдобавок снимался вопрос о том, почему масса Луны так велика в сравнении с массой самой Земли.
Также гипотеза американцев объясняла, почему на Луне совсем нет воды: при столкновении планет обломки должны были разгореться до тысяч градусов — вода просто испарилась и улетела в космос. Другое дело, что после полетов «Аполлонов» представление о безводной Луне было упорным игнорированием фактов.
Гипотеза выглядела просто отлично целых три года. Но уже в 1978 году был открыт Харон — спутник Плутона. Если Луна по массе в 80 раз уступает Земле, то Харон легче Плутона всего в девять раз. Получалось, в Луне нет ничего уникального. Появились сомнения: крупные планеты, скорее всего, сталкиваются слишком редко, чтобы появилось столько больших спутников.
Новые неудобства принес анализ лунных пород в лабораториях и первые данные по метеоритам инопланетного происхождения. Выходило, что изотопно Луна неотличима только от Земли, а все остальные планеты Солнечной системы явно другие. Как это получилось, если в составе Луны якобы есть вещество другой планеты — гипотетической древней Тейи? Чтобы объяснить противоречие, гипотезу мегаудара доработали: местом рождения Тейи стали считать.
.. земную орбиту — поэтому-то изотопный состав обеих планет одинаков. В одном месте сформировалось сразу две планеты, которые потом столкнулись.
Но было непонятно, почему на земной орбите планет возникло две, а на орбитах других планет системы — по одной. Добавили проблем и геологи. Возник еще один вопрос: если мегастолкновение двух планет раскалило Землю и ее обломки, откуда на планете вообще взялась вода? По всем расчетам она должна была испариться.
На эту тему
Теория мегаудара уже стала крайне популярной, отказываться от нее не хотели, поэтому была выдвинута идея, что вода на Земле появилась позже — ее принесли кометы, падавшие на планету миллиарды лет. Но вскоре обнаружилось, что соотношение изотопов водорода и кислорода в кометной воде сильно отличается от земной. Более похожа на земную вода с астероидов, но на них ее очень мало, то есть быть источником наших океанов они не могут.
Наконец, в XXI веке на Луне стали находить следы воды. А когда сторонники мегаударной гипотезы предположили, что воду эту принесли кометы, то голландские геологи показали, что лунные породы вообще не могли образоваться в нынешнем виде без присутствия воды с самого начала образования спутника.
Усугубили ситуацию российские астрономы: по ним, типичное столкновение кометы с Луной ведет к вылету более 95% воды обратно в космос.
Лучше всего ситуацию отразила статья 2013 года с говорящим заголовком «Импактная теория вымоталась».
Если Луна появилась не из-за столкновения двух молодых планет, то как? В полной версии статьи на научно-популярном сайте «Чердак» читайте об альтернативной гипотезе, которую выдвинули российские ученые.
Александр Березин
Гипотеза Лавлока: что, если Земля – живой организм?
Наша планета уникальна. Подобно тому, как каждый из нас отличается от каменных статуй римских богов, Земля отличается от Марса, Венеры и других известных планет. Расскажем историю одной из, пожалуй, самых удивительных и спорных гипотез современности – гипотезы Геи, предлагающей нам взглянуть на Землю как на живой организм, сообщает Naked Science.
Земля – наш «умный дом»
Прошлым летом отметил свое столетие Джеймс Эфрэйм Лавлок.
Ученый, изобретатель, инженер, независимый мыслитель, человек, известный не столько своими изобретениями, сколько удивительным предположением, что Земля – это саморегулирующийся суперорганизм, который на протяжении большей части своей истории, последних трех с лишним миллиардов лет, поддерживал на поверхности благоприятные условия для жизни.
Названная по имени Геи – богини древнегреческой мифологии, олицетворяющей Землю, – гипотеза, в отличие от традиционных наук, предполагает, что глобальная экосистема планеты ведет себя как биологический организм, а не как неодушевленный объект, управляемый геологическими процессами.
В противовес традиционным наукам о Земле Лавлок предлагает рассматривать планету не как набор обособленных систем – атмосферы, литосферы, гидросферы и биосферы, – а как единую систему, где каждая ее составляющая, развиваясь и изменяясь, оказывает влияние на развитие других компонентов. Причем система эта саморегулирующаяся и, подобно живым организмам, имеет механизмы обратной взаимосвязи.
В отличие от других известных планет, путем использования обратных взаимосвязей между живым и неживым мирами Земля поддерживает свой климат и параметры среды, чтобы оставаться благоприятным домом для живых существ.
С самого момента появления эта идея справедливо подвергалась критике и не была принята научным сообществом, что не мешает ей, однако, будоражить воображение и собирать множество сторонников по всему миру. Несмотря на вековой юбилей, Лавлок сейчас, как и большую часть своей долгой жизни, оставаясь под огнем критики, продолжает отстаивать теорию, модифицирует ее и усложняет, продолжает работать и заниматься научной деятельностью.
Есть ли жизнь на Марсе
Но прежде чем обратить свое внимание на жизнь на Земле, Джеймс Лавлок был занят поиском жизни на Марсе. В 1961 году, всего через четыре года после того, как СССР запустил в космос первый искусственный спутник нашей планеты, Лавлока пригласили на работу в NASA.
В рамках программы «Викинг» агентство планировало отправку к Марсу двух зондов для изучения планеты и, в частности, поиска следов жизнедеятельности микроорганизмов в ее грунте.
Именно приборы для обнаружения жизни, которые должны были установить на борту зондов, разрабатывал ученый, работая в Пасадене, в Лаборатории реактивного движения – научно-исследовательском центре, который создает и обслуживает космические аппараты для NASA. К слову, работал он в буквальном смысле бок о бок – в одном кабинете – с известным астрофизиком и популяризатором науки Карлом Саганом.
Его работа не была чисто инженерной. Рядом с ним трудились биологи, физики и химики. Это позволило ему погрузиться с головой в эксперименты по поиску способов обнаружения жизни и посмотреть на проблему со всех сторон.
В итоге Лавлок спросил себя: «Если бы я сам был на Марсе, как бы я смог понять, что на Земле есть жизнь?» И ответил: «По ее атмосфере, которая не поддается никаким естественным ожиданиям». Свободный кислород составляет 20 процентов атмосферы планеты, тогда как законы химии говорят, что кислород – высокореактивный газ, – и весь он должен находиться в связанном состоянии в составе различных минералов и пород.
Лавлок пришел к выводу, что жизнь – микробы, растения и животные, постоянно метаболизирующие материю в энергию, превращающие солнечный свет в питательные вещества, выделяющие и поглощающие газ – вот то, что делает атмосферу Земли такой, какая она есть. В отличие от этого, марсианская атмосфера практически мертва и находится в низкоэнергетическом равновесии почти без химических реакций.
В январе 1965 года Лавлока пригласили на решающее совещание по поиску жизни на Марсе. В процессе подготовки к важному мероприятию ученый прочел небольшую книгу Эрвина Шредингера «Что такое жизнь». Того самого Шредингера – физика-теоретика, одного из создателей квантовой механики и автора всем известного мыслительного эксперимента. Этим трудом физик внес вклад и в биологию. Две последние главы книги содержат размышления Шредингера о природе жизни.
Шредингер исходил из того, что живой организм в процессе существования непрерывно увеличивает свою энтропию – или, другими словами, производит положительную энтропию.
Он вводит концепцию отрицательной энтропии, которую живые организмы должны получать из окружающего мира, чтобы компенсировать рост положительной энтропии, ведущий к термодинамическому равновесию, а значит, к смерти. В простом понимании энтропия – это хаос, саморазрушение и саморазложение. Отрицательная энтропия – то, чем организм питается. Согласно Шредингеру, в этом и состоит одно из главных отличий жизни от неживой природы. Живая система должна экспортировать энтропию, чтобы поддержать собственную энтропию на низком уровне.
Эта книга вдохновила Лавлока на вопрос: «Разве не будет проще искать жизнь на Марсе, ища низкую энтропию как планетарное свойство, чем зарываться в реголит в поисках марсианских организмов?» В этом случае, чтобы найти низкую энтропию, достаточно провести простой атмосферный анализ с использованием газового хроматографа. Поэтому ученый рекомендовал NASA сэкономить деньги и отменить миссию «Викинг».
К звездам
Джеймс Лавлок родился 26 июля 1919 года в Летчуэрте – небольшом городке в графстве Хартфордшир на юго-востоке Англии.
Этот город, построенный в 1903 году в 60 километрах от Лондона и являющийся частью его зеленого пояса, стал первым в Великобритании поселением, основанным в соответствии с градостроительной концепцией «города-сада». В начале прошлого века это была захватившая многие страны идея о мегаполисах будущего, в которых были бы объединены лучшие свойства города и деревни. Джеймс родился в рабочей семье, его родители не имели образования, но они сделали все, чтобы их сын его получил.
В 1941 году Лавлок оканчивает Манчестерский университет – один из ведущих британских вузов из числа знаменитых «Университетов из красного кирпича». Там он учился у профессора Александра Тодда – выдающегося английского химика-органика, лауреата Нобелевской премии за исследования нуклеотидов и нуклеиновых кислот.
В 1948 году Лавлок получает диплом доктора медицины в Лондонском институте гигиены и тропической медицины. В этот период своей жизни молодой ученый занимается медицинскими исследованиями и изобретает приборы, необходимые для этих экспериментов.
Лавлок отличался весьма гуманным отношением к лабораторным животным – вплоть до того, что готов был ставить опыты на себе. В одном из своих исследований Лавлок с другими учеными искал причину повреждения живых клеток и тканей при обморожениях. Подопытных животных – хомяков, на которых ставили эксперимент – предстояло заморозить, а затем отогреть и вернуть к жизни.
Но если процесс заморозки был сравнительно безболезненным для животных, то разморозка предполагала, что грызунам нужно было приложить раскаленные столовые ложки на грудь, чтобы нагреть их сердце и заставить кровь циркулировать по организму. Это была крайне болезненная процедура. Но, в отличие от Лавлока, его коллеги-биологи не испытывали чувства жалости к лабораторным грызунам.
Тогда ученый изобрел устройство, в котором было почти все, что можно ожидать от обычной микроволновой печи – по сути, это и была она. Туда можно было поместить замороженного хомяка, установить таймер, и через заданное время он просыпался.
Однажды ради любопытства таким же образом Лавлок разогрел свой обед. Впрочем, своевременно получить патент на свое изобретение он не догадался.
В 1957 году Лавлок изобретает детектор захвата электронов – необычайно чувствительное устройство, которое совершило переворот в области измерения сверхмалых концентраций газов в атмосфере и, в частности, в обнаружении химических соединений, представляющих угрозу для окружающей среды.
В конце 1950-х устройство использовали для демонстрации того, что атмосфера планеты была полна остатков пестицида ДДТ (дихлордифенилтрихлорэтана). Этот исключительно эффективный и простой в получении пестицид широко распространился после Второй мировой войны. За открытие его уникальных свойств швейцарский химик Пауль Мюллер в 1948 году был удостоен Нобелевской премии по медицине. Награда эта была присуждена не только за сохраненные урожаи, но и за миллионы спасенных человеческих жизней: ДДТ использовался в период войны для борьбы с малярией и сыпным тифом среди гражданского населения и военнослужащих.
Вот только к концу 50-х присутствие опасного пестицида было обнаружено практически повсеместно на Земле – от печени пингвинов в Антарктиде до грудного молока кормящих матерей в Соединенных Штатах.
Детектор позволил получить точные данные для написания американским экологом Рэйчел Карсон в 1962 году книги «Тихая весна», с которой и началась международная кампания по запрещению использования ДДТ. В книге утверждалось, что ДДТ и другие пестициды вызывают рак и что их использование в сельском хозяйстве представляет угрозу для дикой природы, особенно птиц. Публикация стала знаковым событием в движении за охрану окружающей среды и вызвала широкий общественный резонанс, который в итоге привел в 1972 году к запрету сельскохозяйственного использования ДДТ в Соединенных Штатах, а затем и во всем мире.
Несколько позже, уже после начала работы в NASA, Лавлок отправился в Антарктику и с помощью своего детектора обнаружил повсеместное присутствие хлорфторуглеродов – искусственных газов, которые, как теперь известно, истощают стратосферный озоновый слой.
Оба эти открытия были чрезвычайно важны для экологического движения на планете.
Поэтому, когда к началу 1960-х американское Управление по аэронавтике и исследованию космического пространства запланировало свои лунные и планетарные миссии и стало искать кого-то, кто был способен создать чувствительное оборудование, которое можно отправить в космос, оно обратились к Лавлоку. Будучи увлеченным фантастикой с детства, он воспринял предложение с энтузиазмом и, конечно, не смог отказаться.
Планеты живые и мертвые
Работа в Лаборатории реактивного движения предоставляла Лавлоку прекрасную возможность получать первые свидетельства о природе Марса и Венеры, передаваемые космическими зондами. И это были, несомненно, совершенно мертвые планеты, разительно отличавшиеся от нашего цветущего и живого мира.
Земля обладает атмосферой, которая нестабильна в термодинамическом смысле. Газы, такие как кислород, метан и двуокись углерода, образуются в больших количествах, но сосуществуют в стабильном динамическом равновесии.
Странная и нестабильная атмосфера, которой мы дышим, требует присутствия на поверхности Земли чего-то, что может непрерывно синтезировать огромное количество таких газов, а также одновременно удалять их из атмосферы. В то же время климат планеты довольно чувствителен к изобилию многоатомных газов, например метана и углекислого газа.
У Лавлока постепенно складывается представление о регулирующей роли подобных круговоротов веществ в природе – по аналогии с метаболическими процессами в организме животного. И в эти процессы вовлечена земная жизнь, которая, согласно теории Лавлока, не только участвует в них, но и научилась поддерживать необходимые для себя условия существования, вступив с планетой в некую форму взаимовыгодного сотрудничества.
И если поначалу все это было чистым предположением, то в 1971 году у Лавлока появилась возможность обсудить эту тему с выдающимся биологом Линн Маргулис, создательницей современной версии теории симбиогенеза и первой женой Карла Сагана.
Маргулис стала соавтором гипотезы Геи. Она высказала мысль, что связующую роль в поле взаимодействия между жизнью и планетой должны играть микроорганизмы. Как отмечал Лавлок в одном из своих интервью: «Было бы справедливо сказать, что она поместила плоть в кости моей физиологической концепции живой планеты».
Из-за новизны концепции и ее несоответствия традиционным наукам Лавлок нуждался в кратком и запоминающемся названии. Тогда-то, в 1969 году, друг и сосед ученого, физик и писатель, лауреат Нобелевской премии, а также автор романа «Повелитель мух» Уильям Голдинг предложил назвать эту идею Геей – в честь древнегреческой богини Земли.
Как это работает
Согласно предложенной Лавлоком концепции, эволюция жизни, то есть совокупности всех биологических организмов планеты, настолько тесно связана с эволюцией их физического окружения в масштабе всей Земли, что вместе они образуют единую саморазвивающуюся систему, обладающую саморегуляторными свойствами, подобными физиологическим свойствам живого организма.
Жизнь не просто адаптируется к планете: она меняет ее в своих целях. Эволюция – это парный танец, в котором кружится все живое и неживое. Из этого танца и возникает сущность Геи.
Лавлок вводит понятие геофизиологии, подразумевающее системный подход к наукам о Земле. Геофизиология представляется как синтетическая наука о Земле, изучающая свойства и развитие целостной системы, тесно связанными компонентами которой являются биота, атмосфера, океаны и земная кора.
В ее задачи входят поиск и изучение механизмов саморегуляции на планетарном уровне. Геофизиология нацелена на установление связей циклических процессов на клеточно-молекулярном уровне с подобными процессами на других связанных уровнях, таких как организм, экосистемы и планета в целом.
В 1971 году было высказано предположение, что живые организмы способны вырабатывать вещества, имеющие регуляторное значение для климата. Оно подтвердилось, когда в 1973 году была обнаружена эмиссия диметилсульфида из отмирающих планктонных организмов.
Капельки диметилсульфида, попадая в атмосферу, служат ядрами конденсации водяных паров, вызывая образование облаков. Плотность и площадь облачного покрова существенно влияют на альбедо нашей планеты – ее способность отражать солнечную радиацию.
Одновременно, выпадая на землю вместе с дождем, эти сернистые соединения способствуют росту растений, которые, в свою очередь, ускоряют выщелачивание горных пород. Образующиеся в результате выщелачивания биогены смываются в реки и в конце концов попадают в океаны, способствуя росту планктонных водорослей.
Цикл путешествия диметилсульфида замыкается. В подтверждение этого в 1990 году было обнаружено, что облачность над океанами коррелирует с распределением планктона.
По мнению Лавлока, сегодня, когда атмосфера перегрета в результате деятельности человека, биогенный механизм регуляции облачного покрова приобретает чрезвычайно важное значение.
Еще один регуляторный элемент Геи – углекислый газ, его геофизиология рассматривает как ключевой метаболический газ.
От его концентрации зависят климат, рост растений и производство свободного атмосферного кислорода. Чем больше углерода захоранивается, тем больше в атмосферу освобождается кислорода.
Управляя концентрацией двуокиси углерода в атмосфере, биота тем самым регулирует среднюю температуру планеты. В 1981 году было высказано предположение, что подобная саморегуляция происходит через биогенное усиление процесса выветривания горных пород.
Лавлок сравнивает трудности в понимании процессов, идущих на планете, со сложностями в понимании экономики. Экономист XVIII века Адам Смит получил известность в том числе за введенную в научный оборот концепцию «невидимой руки», которая заставляет безудержный коммерческий личный интерес каким-то образом работать на общее благо.
Так же и с планетой, говорит Лавлок: когда она «созрела», она стала поддерживать пригодные для существования жизни условия, а «невидимая рука» смогла направить разрозненные интересы организмов на общее дело поддержания этих условий.
Дарвин против Лавлока
Вышедшая в 1979 году книга «Гея: новый взгляд на жизнь на Земле» стала бестселлером. Ее хорошо приняли защитники окружающей среды, но не ученые, большинство из которых отвергло содержащиеся в ней идеи.
Известный критик креационизма и разумного замысла, профессор Оксфордского университета и автор книги «Эгоистичный ген» Ричард Докинз осудил теорию Геи как «глубоко ошибочную» ересь, направленную против основного постулата дарвиновской теории естественного отбора: «выживает самый приспособленный». Еще бы, ведь теория Геи гласит, что животные, растения и микроорганизмы не только конкурируют, но и сотрудничают, чтобы поддерживать окружающую среду.
Когда теорию Геи впервые начали обсуждать, то дарвиновские биологи были одними из ее самых ожесточенных оппонентов. Они утверждали, что сотрудничество, необходимое для саморегуляции Земли, никогда не может сочетаться с конкуренцией, обязательной для естественного отбора.
Помимо самой сути, название, взятое из мифологии, тоже вызывало недовольство. Все это было похоже на новую религию, где предметом обожествления стала сама Земля. Талантливый полемист Ричард Докинз оспаривал теорию Лавлока с той энергией, которую он позже использовал в отношении концепции существования Бога.
Лавлок продолжал опровергать их критику доказательствами саморегуляции, собранными в результате своих исследований, и математическими моделями, которые иллюстрировали, как происходит планетарное саморегулирование климата. Теория Геи – это взгляд сверху вниз, физиологический взгляд на систему Земли. Она рассматривает Землю как динамически реагирующую планету и объясняет, почему она так отличается от Марса или Венеры.
Критика главным образом была основана на ошибочном представлении, что новая гипотеза была антидарвиновской.
Естественный отбор благоприятствует улучшителям», – говорил Лавлок. Его теория только детализирует теорию Дарвина, подразумевая то, что природа отдает предпочтение организмам, которые оставляют окружающую среду в лучшей форме для выживания потомства.
Те виды живых существ, которые негативным образом влияют на окружающую среду, делают ее менее пригодной для потомства и будут в конце концов изгнаны с планеты – как и более слабые, эволюционно неприспособленные виды, утверждал Лавлок.
Коперник, ожидающий своего Ньютона
Подводя итог, обязательно нужно сказать, что научное представление о Земле как о целостной живой системе, живом суперорганизме развивалось учеными-натуралистами и мыслителями начиная с XVIII века. Этой темы касались отец современной геологии и геохронологии Джеймс Геттон, ученый-естествоиспытатель, давший миру термин «биология» Жан-Батист Ламарк, натуралист и путешественник, один из основателей географии как самостоятельной науки Александр фон Гумбольдт.
В XX веке идея получила развитие в научно обоснованной концепции о биосфере выдающегося русского и советского ученого и мыслителя Владимира Ивановича Вернадского. В своей научно-теоретической части концепция Геи схожа с «Биосферой».
Однако в 70-х годах прошлого века Лавлок еще не был знаком с трудами Вернадского. В то время отсутствовали удачные переводы его работ на английский: как выразился Лавлок, англоязычные ученые традиционно «глухи» к работам на других языках.
Лавлок, как и его давняя соратница Линн Маргулис, уже не настаивает, что Гея – именно суперорганизм. Сегодня он признает, что во многих отношениях примененный им термин «организм» – всего лишь полезная метафора.
Впрочем, понятие «борьба за выживание» Чарльза Дарвина можно с тем же основанием считать метафорой. В то же время это не помешало дарвиновской теории завоевать мир. Подобные метафоры способны стимулировать научную мысль, продвигая нас все дальше на пути познания.
Сегодня Гипотеза Геи стала импульсом для разработки современного варианта системной организмической науки о Земле – геофизиологии. Возможно, она со временем станет той синтетической биосферной наукой, о создании которой в свое время мечтал Вернадский.
Сейчас она находится на пути становления и превращения в традиционную общепризнанную область знания.
Неслучайно выдающийся британский биолог-эволюционист Уильям Гамильтон – наставник одного из отчаянных критиков теории Ричарда Докинза и автор фразы «эгоистичный ген», использованной последним в заглавии своей книги – назвал Джеймса Лавлока «Коперником, ожидающим своего Ньютона».
При использовании информации, гиперссылка на информационное агентство Kazakhstan Today обязательна. Авторские права на материалы агентства
Как и когда исчезнет жизнь на Земле
- Коллин Баррас
- BBC Earth
Автор фото, Picture Press/Alamy
Все проходит. И жизнь на Земле тоже когда-то исчезнет. Вот несколько сценариев возможного конца света.
Древнейшие ископаемые свидетельствуют о том, что жизнь на Земле сформировалась не менее 3,5 млрд лет назад.
Она выдержала периоды ледников, шквалы метеоритов, массовые отравления и даже смертельную радиацию.
Очевидно, уничтожить все живое на Земле не так просто.
Впрочем, возможных вариантов апокалипсиса много. Так какой же из них уничтожит следы жизни на Земле?
Автор фото, Jabruson/NPL
Підпис до фото,Вулканическая лава может поглотить большую часть суши
Мощный вулкан
Когда: 0-100 миллионов лет
Пожалуй, ближе всего к полному уничтожению жизни Земля приблизилась 250 млн лет назад, в конце пермского периода. Во время так называемого «большого массового вымирания» было уничтожено 85% всех видов, обитавших на суше, и 95% морских существ.
Что именно произошло, до конца не известно, но ученые связывают вымирание с вулканической активностью действительно апокалиптических масштабов.
Нас пугает разрушительная сила современных супервулканов, например Йеллоустонского.
Но они — ничто по сравнению с тем, что произошло 250 млн лет назад.
Извержение вулканов в Сибири тогда было таким мощным, что лава покрыла территорию в восемь раз превышающую площадь Великобритании. Такая вулканическая активность случается редко.
Предположить, когда произойдет следующий подобный эпизод, сложно, говорит Хенрик Свенсен из Университета Осло в Норвегии. Извержения такого масштаба происходили 200, 180 и 65 млн лет назад, следовательно, не очень часто. Но оно все равно произойдет, вопрос только, где именно.
Автор фото, Sergey Drozd/Alamy
Підпис до фото,Плато Путорана в Сибири испещрено жерлами древних вулканов
Исследование Свенсена свидетельствует, что масштабы уничтожения видов будут напрямую зависеть от места, где лава пробьется сквозь земную кору. Дело в том, что основной причиной массового вымирания 250 млн лет назад было не само извержение, а солевые месторождения, которыми так богата Сибирь.
Раскаленные вулканической активностью, они выбросили в атмосферу огромное количество химических веществ, уничтожающих озон.
В результате Земля получила мощную дозу солнечной радиации, которую обычно поглощает озон. Это и могло послужить причиной уничтожения видов.
Плохая новость заключается в том, что на Земле и сегодня существует много массовых месторождений соли. «Одним из крупнейших до сих пор является Восточная Сибирь — говорит Свенсен. — Так же как и прибрежная зона Бразилии».
Если мегаизвержение произойдет в одном из этих регионов, многие виды погибнут. Но вряд ли жизнь исчезнет полностью.
Ведь, несмотря на то, что многие растения и животных были уничтожены во время большого пермского вымирания, одноклеточные организмы, например бактерии, остались практически невредимыми.
Автор фото, Johan Swanepoel/Alamy
Підпис до фото,Падение астероида сотрет с лица Земли многие виды
Астероид
Когда: в течение 450 миллионов лет
Если гигантский астероид повлек за собой вымирание крупных динозавров, может ли он уничтожить все живое на Земле?
Это также зависит от того, где именно приземлится космическое тело.
На Землю не раз падали огромные астероиды, однако угрозы для жизни они не несли.
Кратер Маникуаган в Канаде — один из крупнейших на планете — образовался от падения астероида около 215 млн лет назад. Но, как свидетельствуют древнейшие ископаемые, он не стал причиной вымирания динозавров.
Причина, возможно, в том, что кратер образовался в относительно инертной кристаллической скале.
Но когда астероид попадает в осадочную породу, это вызывает огромные выбросы в атмосферу газов, изменяющих климат и запускающих массовое вымирание видов.
Хорошая новость заключается в том, что астероиды такого размера атакую Землю раз в 500 млн лет.
Впрочем, даже они не могут уничтожить жизнь полностью. Это было бы возможно только в случае столкновения Земли с квазипланетой.
По мнению некоторых ученых, в результате именно такого столкновения вскоре после образования нашей планеты образовалась Луна.
«Мы можем назвать это гипотезой Меланхолии по фильму Ларса фон Триера», — говорит Свенсен.
Но такая возможность выглядит очень маловероятной.
Автор фото, Johan Swanepoel/Alamy
Підпис до фото,Ядро Земли со временем остынет и затвердеет
Застывание ядра
Когда: от 3 до 4 миллиардов лет
Раз уж мы уже заговорили о кино, то вспомним фильм 2003 года «Земное ядро: Бросок в преисподнюю».
По сюжету, ядро Земли загадочно прекращает вращаться, и правительство США решает пробурить Землю и перезапустить его. Ведь без активного ядра Земля теряет магнитное поле, и все живое оказывается под угрозой.
События фильма высмеяли ученые. Впрочем, некоторые исследователи действительно считают, что магнитное поле Земли отражает электромагнитное излучение Солнца, которое в противном случае уничтожило бы атмосферу.
Если они правы, то без магнитного поля наша планета утратит атмосферу, и жизнь на ней погибнет.
Что-то подобное могло произойти на Марсе, который, возможно, когда-то был более пригодным для жизни, чем сейчас.
В 1997 году Джозеф Киршвинк из Калифорнийского технологического института в Пасадене и его коллеги нашли веские доказательства того, что Марс когда-то имел магнитное поле, а затем утратил его.
«Марсианская магнитосфера была разрушена примерно 3,7 миллиарда лет назад, после чего планета превратилась в ледовый шар», — говорит Киршвинк.
Автор фото, NASA / USGS
Підпис до фото,Марс — холодная планета без воды и жизни, но такой она была не всегда
Возможно, вы слышали, что магнитное поле Земли ослабевает. Но повода для волнений нет: оно находится в процессе изменения геомагнитных полюсов, что периодически происходит на протяжении миллионов лет.
Но может ли магнитное поле Земли со временем исчезнуть?
В ближайшее время нет, говорит Ричард Гаррисон из Кембриджского университета в Великобритании.
Для этого ядро должно полностью затвердеть. Пока только его внутренняя часть является твердой, а внешняя — жидкой. «Внутреннее ядро растет примерно на миллиметр в год, — говорит Гаррисон, а толщина расплавленного внешнего ядра — 2300 км».
Автор фото, NASA / SPL
Підпис до фото,Периоды массового вымирания на Земле также связывают с взрывами гамма-лучей
Взрыв гамма-лучей
Когда: 500 тысяч лет
В непосредственной близости от Земли есть бинарная звезда WR 104, которая может производить гамма-лучи в течение 500 тысяч лет, но даже если это произойдет, они необязательно попадут в Землю.
Мы единственные во Вселенной? Если нет, то почему мы до сих пор не наладили контакт с чужими цивилизациями? Причина может быть в еще одном космическом убийце — гамма-излучении.
Гамма-лучи образуются при мощных взрывов в космосе, когда, например, гигантская звезда взрывается или сталкиваются две звезды.
Гамма-излучение может длиться долю секунды или несколько минут.
В теории длинные гамма-лучи могли бы уничтожить озоновый слой Земли, оставив все живое на ней без защиты от смертельного солнечного ультрафиолета.
Многие участки космоса стали непригодными для жизни из-за слишком частых гамма-излучений, утверждает исследование, опубликованное 2014 году Раулем Хименесом из Университета Барселоны в Испании и Цви Пираном из Еврейского университета в Иерусалиме.
Впрочем, Земля расположена в относительно безопасной зоне. Ведь взрывы гамма-лучей чаще случаются возле центра галактики или на участках с высокой плотностью звезд.
«Если бы Земля была в два раза ближе к центру галактики, жизни на ней уже не было бы», — объясняет ученый.
Автор фото, Gemini Observatory/Aura, artwork by Lynette Cook/S
Підпис до фото,Взрыв гамма-лучей
Несмотря на это, Землю все же настигали гамма-всплески, следы которых остались в окаменелостях.
Около 440 млн лет назад на рубеже ордовикского и силурийского периодов произошло массовое вымирание видов, причиной которого, по мнению некоторых ученых, были гамма-лучи.
Впрочем, все живое все равно не исчезло. Хорошая новость также заключается в том, что частота взрывов гамма-лучей снижается.
По подсчетам Джеймса Анниса из лаборатории Фермилаб в Батавии в Иллинойсе, галактика в среднем переживает от 5 до 50 случаев гамма-излучения каждый миллиард лет.
Учитывая размеры Млечного пути, шансы приближения к Земле очень малы.
Впрочем, даже если случайные гамма-лучи попадут на Землю, жизнь в океане не пострадает, так как морская вода является свое рода щитом от радиации, объясняет Аннис.
Автор фото, Michael Osadciw/University of Rochester
Підпис до фото,Звезда Шольца прошла близко от нашего Солнца
Блуждающие звезды
Когда: в течение последующих миллионов лет
В течение миллиардов лет планеты нашей Солнечной системы исполняют величественный и слаженный танец вокруг Солнца. Но что произойдет, если другая звезда приблизится к ним?
Идея казалась вполне невероятной, пока в феврале 2015 года исследователи под руководством Эрика Мамаека из Университета Рочестера в Нью-Йорке не объявили, что такое уже было и — достаточно недавно.
Примерно 70 тысяч лет назад, когда Человек разумный покинул Африку, а неандертальцы все еще жили на Земле, красный карлик под названием звезда Шольца прошел по краю Солнечной системы через участок, известный как облако Оорта.
Звезда Шольца была не первой блуждающей звездой, прошедшей через Солнечную систему, и не последней.
В феврале 2015 года Корин Бейлер-Джонс из Института астрономии Макса Планка в Гейдельберге в Германии назвал две звезды, которые могут оказаться проблематичными.
Одна из них, HIP 85605, должна появиться близ Солнечной системы через 240-470 тыс. лет, тогда как вторая — GL 710 — приблизится к нам через 1,3 млн лет.
GL 710 — «чуть больше звезды Шольца», говорит Мамаек, но, вероятно, пройдет дальше от Земли. Но могут ли они или любые другие блуждающие звезды угрожать жизни на Земле?
Автор фото, Mikkel Juul Jensen/SPL
Підпис до фото,Облако Оорта находится слишком далеко от орбит других планет
Если одним словом — нет. «Просто потому, что звезда зацепит облако Оорта, Земля не будет обречена», — говорит Бейлер-Джонс.
Проходя сквозь облако Оорта, звезда теоретически может толкнуть небольшое космическое тело в направлении Земли. Но даже если оно и попадет в Землю, что очень маловероятно, то вряд ли уничтожит жизнь полностью.
Немного хуже, если, проходя по краю Солнечной системы, одна из таких звезд станет сверхновой и отправит поток гамма-лучей внутрь Солнечной системы.
Впрочем, шансы на такое стечение обстоятельств очень невелики.
Сейчас ученые в целом убеждены, что реальной угрозы за пределами Солнечной системы, которая могла бы полностью уничтожить жизнь на Земле в течение следующих нескольких миллиардов лет, не существует.
«Многие организмы способны пережить почти любой катаклизм», — резюмирует Эрик Мамаек.
Автор фото, NASA / Reid Wiseman
Підпис до фото,Солнце не будет светить вечно
Бояться нужно самой жизни
Когда: 500 млн лет
По мнению Питера Уорда из Вашингтонского университета в Сиэтле, самая большая угроза жизни идет изнутри.
Он называет свою идею гипотезой Медеи в честь греческой царицы, убивавшей своих детей. Уорд утверждает, что причиной многих случаев массового вымирания видов в истории Земли была сама жизнь.
Например, примерно 2,3 млрд лет назад на Земле появились новые формы организмов, которые выделили в атмосферу много кислорода.
Ранее свободного кислорода в атмосфере не было, и это повлекло за собой массовую гибель микробов.
Около 450 млн лет назад появились первые наземные растения. Их корни начали расщеплять горные породы, превращая их в почву, что ускорило химические реакции между минералами в породах и углекислым газом в атмосфере.
Это резко снизило количество углекислого газа в атмосфере и ослабило парниковый эффект, вызвав ледниковый период, во время которого многие виды погибли.
Автор фото, AlgolOnline / Alamy
Підпис до фото,Солнце расширится и со временем поглотит Землю
В отдаленном будущем подобные процессы могут уничтожить жизнь, отмечает Уорд. Солнце становится горячее, нагревая Землю.
А значит, химическая реакция между горными породами и диоксидом углерода в атмосфере ускорится.
В конце концов из атмосферы уйдет так много углекислого газа, что растения не смогут осуществлять фотосинтез. Если растения погибнут, животные исчезнут тоже. И произойти это может на удивление быстро, через каких-то 500 млн лет.
«Несмотря на то, что микробы не погибнут сразу, они станут очень уязвимыми, ведь баланс всей биосферы будет нарушен. В конце концов, это может привести к полной стерилизации планеты», — говорит Уорд.
Ни один отдельно взятый катаклизм не может уничтожить жизнь полностью, добавляет ученый. Но если внутренний баланс биосистемы нарушен, а из космоса будет нанесен другой удар, жизнь может исчезнуть навсегда.
Расширение Солнца
Когда: 1-7,5 млрд лет
Но если ничего из этого так и не произойдет, тогда нас уничтожит Солнце — звезда, которая согревает нас и дает энергию всему живому на Земле.
Солнце становится все горячее. В конце концов на Земле станет так жарко, что океаны начнут испаряться, вызывая парниковый эффект и все больше повышая температуру планеты.
Этот процесс может начаться примерно через миллиард лет и уничтожит все, кроме самых стойких микроорганизмов.
Автор фото, Detlev van Ravenswaay/SPL
Підпис до фото,Когда Солнце достигнет таких размеров, жизнь на Земле исчезнет
Примерно через 5 млрд лет Солнце расширится, превратившись в красного гиганта. Через 7,5 млрд лет его поверхность достигнет орбиты Земли. Солнце поглотит и уничтожит нашу планету.
Есть предположение, что Земля может спастись. Увеличиваясь в размере, Солнце будет терять массу, притяжение будет уменьшаться, а Земля отдаляться.
Впрочем, по расчетам, проведенным в 2008 году, этого будет недостаточно, чтобы жизнь на Земле сохранилась.
Получается, единственная надежда — это мы сами. Если человечество будет существовать в таком далеком будущем, оно, возможно, найдет способ переместить Землю в безопасное место.
А пока максимальная продолжительность жизни на Земле — 7,5 млрд лет.
Происхождение Вселенной, Земли и Жизни | Наука и креационизм: взгляд из Национальной академии наук, второе издание
молекул в единицах, которые могли быть первыми живыми системами. Недавнее предположение включает возможность того, что первые живые клетки могли возникнуть на Марсе, засевая Землю через множество метеоритов, которые, как известно, путешествуют с Марса на нашу планету.
Конечно, даже если бы живая клетка была создана в лаборатории, это не доказало бы, что природа пошла тем же путем миллиарды лет назад.Но задача науки — давать правдоподобные естественные объяснения природных явлений. Изучение происхождения жизни — это очень активная область исследований, в которой наблюдается значительный прогресс, хотя ученые единодушны в том, что ни одна из текущих гипотез до сих пор не подтвердилась. История науки показывает, что такие, казалось бы, неразрешимые проблемы, как эта, могут быть решены позже в результате достижений теории, инструментов или открытия новых фактов.
Взгляды креационистов на происхождение Вселенной, Земли и жизниМногие религиозные деятели, в том числе многие ученые, считают, что Бог создал вселенную и различные процессы, управляющие физической и биологической эволюцией, и что эти процессы затем привели к созданию галактик, нашей солнечной системы и жизни на Земле. Эта вера, которую иногда называют «теистической эволюцией», не противоречит научным объяснениям эволюции.Действительно, он отражает замечательный и вдохновляющий характер физической вселенной, выявленный космологией, палеонтологией, молекулярной биологией и многими другими научными дисциплинами.
Сторонники «науки о сотворении» придерживаются различных точек зрения. Некоторые утверждают, что Земля и Вселенная относительно молоды, возможно, всего от 6000 до 10 000 лет. Эти люди часто верят, что нынешняя физическая форма Земли может быть объяснена «катастрофизмом», включая всемирный потоп, и что все живые существа (включая людей) были созданы чудесным образом, по существу в тех формах, которые мы сейчас находим.
Другие сторонники креационной науки готовы признать, что Земля, планеты и звезды могли существовать миллионы лет. Но они утверждают, что различные типы организмов, и особенно люди, могли возникнуть только при сверхъестественном вмешательстве, потому что они демонстрируют «разумный замысел».
В этом буклете оба взгляда — «Молодая Земля» и «Старая Земля» называются «креационизмом» или «особым творением».
Нет достоверных научных данных или расчетов, подтверждающих уверенность в том, что Земля была создана всего несколько тысяч лет назад.В этом документе обобщено огромное количество свидетельств того, что Вселенная, наша галактика, Солнечная система и Земля, а также Земля велика, из астрономии, астрофизики, ядерной физики, геологии, геохимии и геофизики. Независимые научные методы последовательно дают возраст Земли и Солнечной системы около 5 миллиардов лет, а возраст нашей Галактики и Вселенной в два-три раза больше. Эти выводы делают происхождение Вселенной в целом понятным, придают согласованность многим различным отраслям науки и формируют основные выводы замечательной совокупности знаний о происхождении и поведении физического мира.
Как была образована Земля? | Космос
Хотя планеты окружают звезды в галактике, их форма остается предметом споров. Несмотря на обилие миров в нашей солнечной системе, ученые до сих пор не знают, как устроены планеты. В настоящее время на роль чемпиона выдвигаются две теории.
Первая и наиболее широко принятая теория, аккреция ядра, хорошо работает с образованием планет земной группы, таких как Земля, но имеет проблемы с планетами-гигантами.Второй, метод дисковой нестабильности, может объяснить создание этих планет-гигантов.
Ученые продолжают изучать планеты в Солнечной системе и за ее пределами, чтобы лучше понять, какой из этих методов наиболее точен.
Связано: Насколько велика Земля?
Связанный: Какова скорость Земли вокруг Солнца?
Модель аккреции ядра
Примерно 4.6 миллиардов лет назад Солнечная система представляла собой облако пыли и газа, известное как солнечная туманность. Гравитация сжала вещество на себя, когда оно начало вращаться, образуя Солнце в центре туманности.
С восходом солнца оставшийся материал начал собираться. Маленькие частицы собирались вместе, связанные силой тяжести, в более крупные частицы. Солнечный ветер унес более легкие элементы, такие как водород и гелий, из более близких областей, оставив только тяжелые скалистые материалы для создания меньших земных миров, таких как Земля.Но дальше солнечные ветры меньше влияли на более легкие элементы, позволяя им объединяться в газовых гигантов. Таким образом были созданы астероиды, кометы, планеты и луны.
Первым образовалось скалистое ядро Земли, в котором столкнулись и связались тяжелые элементы. Плотный материал опустился к центру, а более легкий материал образовал корку. Магнитное поле планеты, вероятно, сформировалось примерно в это время. Гравитация захватила часть газов, из которых состояла ранняя атмосфера планеты.
В начале своей эволюции Земля пострадала от удара большого тела, которое выбросило в космос части мантии молодой планеты.Гравитация заставила многие из этих частей собраться вместе и сформировать Луну, которая вышла на орбиту вокруг своего создателя.
Течение мантии под корой вызывает тектонику плит, движение больших каменных плит на поверхности Земли. Столкновения и трение породили горы и вулканы, которые начали выбрасывать газы в атмосферу.
Хотя сегодня количество комет и астероидов, проходящих через внутреннюю часть Солнечной системы, невелико, их было больше, когда планеты и Солнце были молоды.Столкновения этих ледяных тел, вероятно, отложили большую часть воды Земли на ее поверхность. Поскольку планета находится в зоне Златовласки, регионе, где жидкая вода не замерзает и не испаряется, но может оставаться жидкостью, вода осталась на поверхности, что, по мнению многих ученых, играет ключевую роль в развитии жизни.
Наблюдения за экзопланетой, кажется, подтверждают аккрецию ядра как доминирующий процесс формирования. Звезды с большим количеством «металлов» — термин, который астрономы используют для обозначения других элементов, помимо водорода и гелия — в их ядрах, имеют больше планет-гигантов, чем их бедные металлами собратья.По данным НАСА, аккреция ядра предполагает, что маленькие каменистые миры должны встречаться чаще, чем более массивные газовые гиганты.
Открытие в 2005 году планеты-гиганта с массивным ядром, вращающейся вокруг звезды, похожей на Солнце HD 149026, является примером экзопланеты, которая способствовала усилению аргументов в пользу аккреции ядра.
«Это подтверждение основной теории аккреции для формирования планет и свидетельство того, что планет такого типа должно существовать в изобилии», — сказал Грег Генри в пресс-релизе.Генри, астроном из Университета штата Теннесси в Нэшвилле, обнаружил затемнение звезды.
В 2017 году Европейское космическое агентство планирует запустить исследуемый спутник ExOPlanet (CHEOPS), который будет изучать экзопланеты размером от суперземли до Нептуна. Изучение этих далеких миров может помочь определить, как формировались планеты Солнечной системы.
«В сценарии аккреции ядра ядро планеты должно достичь критической массы, прежде чем оно сможет бесконтрольно аккрецировать газ», — заявила команда CHEOPS.
«Эта критическая масса зависит от многих физических переменных, среди которых наиболее важна скорость аккреции планетезималей».
Изучая, как растущие планеты срастаются с материалом, CHEOPS дает представление о том, как растут миры.
Плакат «Наша удивительная планета сверху вниз» Плакат размером 18 x 72 дюйма. Купить здесь (Изображение предоставлено: Магазин Space.com)Модель дисковой нестабильности
Хотя модель аккреции ядра хорошо работает для планет земной группы, газовым гигантам пришлось бы быстро эволюционировать, чтобы удержать значительную массу более легких газов, которые они содержат.Но моделирование не могло объяснить это быстрое образование. Согласно моделям, этот процесс занимает несколько миллионов лет, дольше, чем легкие газы были доступны в ранней Солнечной системе. В то же время модель аккреции ядра сталкивается с проблемой миграции, поскольку молодые планеты, вероятно, за короткое время повернутся к Солнцу по спирали.
Согласно относительно новой теории нестабильности диска, сгустки пыли и газа связаны вместе на раннем этапе жизни Солнечной системы.Со временем эти сгустки медленно сжимаются в гигантскую планету. Эти планеты могут формироваться быстрее, чем их соперники по аккреции ядра, иногда всего за тысячу лет, что позволяет им улавливать быстро исчезающие более легкие газы. Они также быстро достигают массы, стабилизирующей орбиту, которая удерживает их от марша смерти к солнцу.
По словам экзопланетного астронома Пола Уилсона, если нестабильность диска доминирует в формировании планет, она должна породить большое количество миров большого порядка.Четыре планеты-гиганта, вращающиеся на значительных расстояниях вокруг звезды HD 9799, предоставляют наблюдательные доказательства нестабильности диска. Фомальгаут b, экзопланета с 2000-летним оборотом вокруг своей звезды, также может быть примером мира, сформированного из-за нестабильности диска, хотя планета также могла быть выброшена из-за взаимодействия со своими соседями.
Галечная аккреция
Самая большая проблема для аккреции ядра — это время — создание массивных газовых гигантов достаточно быстро, чтобы захватить более легкие компоненты их атмосферы.Недавние исследования того, как более мелкие объекты размером с гальку сливались вместе, создавая планеты-гиганты, в 1000 раз быстрее, чем предыдущие исследования.
«Это первая известная нам модель, в которой вы начинаете с довольно простой структуры солнечной туманности, из которой формируются планеты, и заканчиваете системой планет-гигантов, которую мы видим», — говорит ведущий автор исследования Гарольд Левисон. астроном из Юго-Западного исследовательского института (SwRI) в Колорадо сообщил Space.com в 2015 году.
В 2012 году исследователи Мишель Ламбрехтс и Андерс Йохансен из Лундского университета в Швеции предположили, что крошечные камешки, однажды списанные, являются ключом к быстрому строительство планет-гигантов.
«Они показали, что остатки гальки от этого процесса формирования, которые ранее считались неважными, на самом деле могут стать огромным решением проблемы формирования планет», — сказал Левисон.
Левисон и его команда основали это исследование, чтобы более точно смоделировать, как крошечные камешки могут образовывать планеты, наблюдаемые сегодня в галактике. В то время как в предыдущих симуляциях и большие, и средние объекты потребляли своих собратьев размером с гальку с относительно постоянной скоростью, симуляции Левисона показывают, что более крупные объекты действовали больше как хулиганы, выхватывая камешки у средних масс, чтобы расти гораздо быстрее. показатель.
«Более крупные объекты теперь имеют тенденцию разбрасывать более мелкие в большей степени, чем более мелкие разбрасывают их обратно, поэтому в конечном итоге более мелкие оказываются разбросанными из галечного диска», — сказала Space соавтор исследования Кэтрин Кретке, также из SwRI .com. «Более крупный парень в основном издевается над меньшим, чтобы они могли сами съесть всю гальку и продолжать расти, чтобы сформировать ядра планет-гигантов».
По мере того, как ученые продолжают изучать планеты внутри Солнечной системы, а также вокруг других звезд, они лучше поймут, как образовались Земля и ее братья и сестры.
Следуйте за Нолой Тейлор Редд в Twitter @NolaTRedd, Facebook или Google+. Следуйте за нами в @Spacedotcom, Facebook или Google+.
«Теория» плоской Земли — почему некоторые люди думают, что Земля плоская?
Примечание редактора: Оригинальная версия этой статьи, написанная Натали Вулчовер, появилась на Live Science 26 октября 2012 г. Обновленная версия сотрудников Live Science была переиздана 30 мая 2017 г.
Члены Общество плоской Земли утверждает, что Земля плоская.Гуляя по поверхности планеты, выглядит как , а кажется плоским, поэтому они считают все доказательства обратного, такие как спутниковые фотографии Земли в виде сферы, выдумкой «заговора вокруг Земли», организованного НАСА и другие государственные учреждения.
Вера в то, что Земля плоская, была описана как окончательная теория заговора. По данным руководства Общества плоской Земли, с 2009 года его ряды росли на 200 человек (в основном американцы и британцы) в год.Судя по исчерпывающим усилиям, которые сторонники плоской земли вложили в конкретизацию теории на своем веб-сайте, а также по стойким аргументам в защиту своих взглядов, которые они предлагают в интервью СМИ и в Твиттере, кажется, что эти люди искренне верят, что Земля плоская.
Но разве в 21 веке они могут быть серьезными? И если да, то как это возможно психологически?
Глазами плоскоземельца
Во-первых, краткий обзор мировоззрения плоскоземельца: списывая ведра с конкретными доказательствами того, что Земля сферическая, они с готовностью принимают подробный список утверждений, которые некоторые назвали бы смехотворными.Ведущая теория плоской Земли утверждает, что Земля — это диск с Полярным кругом в центре и Антарктидой, ледяной стеной высотой 150 футов по краю. По их словам, сотрудники НАСА охраняют эту ледяную стену, чтобы люди не могли перелезть и упасть с диска. (В соответствии со своим скептицизмом по отношению к НАСА, известный теоретик теории заговора о плоской Земле Натан Томпсон недавно подошел к человеку, который, по его словам, был сотрудником НАСА в Starbucks в середине мая 2017 года. На видео YouTube об обмене, Томпсон, основатель Official На странице обсуждения Плоская Земля и Глобус кричал, что у него есть доказательство того, что Земля плоская — очевидно, что утопление астронавта было этим доказательством — и что НАСА «лжет».»)
Земной цикл дня и ночи объясняется тем, что Солнце и Луна представляют собой сферы размером 32 мили (51 километр), которые движутся по кругу на 3000 миль (4828 км) над плоскостью Земли. (Звезды, как они говорят, Эти небесные сферы, подобно прожекторам, освещают различные части планеты в 24-часовом цикле. Плоскоземельцы считают, что должна существовать и невидимая «антимулина», которая заслоняет Луну во время лунных затмений.
Кроме того, они говорят, что гравитация Земли — это иллюзия.Предметы не ускоряются вниз; вместо этого диск Земли ускоряется вверх со скоростью 32 фута в секунду в квадрате (9,8 метра в секунду в квадрате), движимый загадочной силой, называемой темной энергией. В настоящее время среди плоскоземельцев существуют разногласия по поводу того, позволяет ли теория относительности Эйнштейна Земле бесконечно ускоряться вверх, не превысив скорость света. (Законы Эйнштейна, по-видимому, все еще сохраняются в этой альтернативной версии реальности.)
Что касается того, что лежит под диском Земли, это неизвестно, но большинство сторонников плоской Земли считают, что оно состоит из «скал».»[Религия и наука: 6 видений ядра Земли]
Затем есть теория заговора: плоскоземельцы верят, что фотографии земного шара сфотографированы в фотошопе; устройства GPS созданы так, чтобы пилоты самолетов думали, что летят по прямой линии вокруг. сфера, когда они на самом деле летают по кругу над диском. Мотив, по которому мировые правительства скрывают истинную форму Земли, не был установлен, но сторонники плоской Земли считают, что это, вероятно, финансовое «. Короче говоря, это логично «Подделка космической программы обходится гораздо дешевле, чем ее реализация, поэтому участники Заговора получают прибыль от финансирования, которое НАСА и другие космические агентства получают от правительства», — поясняется на странице часто задаваемых вопросов веб-сайта плоской Земли.
Кто считает, что Земля плоская?
Верующие плоской Земли не находятся в скрытых уголках вселенной: многие знаменитости открыто заявляют о своих убеждениях. Например, 25 января 2016 года рэпер-певец Бобби Рэй Симмонс-младший (известный как BoB) выпустил трек под названием «Flatline», в котором он критикует астрофизика Нила деГрасса Тайсона после того, как эти двое поссорились в Твиттере из-за сферических изображений. ность планеты. Б.о.Б убежден, что Земля плоская. Днем ранее рэпер написал в Твиттере: «Неважно, насколько вы высоки…. горизонт всегда на уровне глаз … извините, кадеты … Я тоже не хотел в это поверить.
А еще есть Шак. В подкасте, который вышел 27 февраля 2017 года, бывший игрок НБА Шакил О ‘Нил провозгласил, что наша родная планета плоская, сказав, что, когда он едет из Флориды в Калифорнию, «она плоская для меня». Позже Шак сказал, что просто шутил. [5 научных опровержений утверждений Шака о плоской Земле]
в своем стремлении доказать, что планета плоская: теоретик заговора Д.1 мая 2017 года Марбл опубликовал на YouTube, что он принес уровень на борту рейса из Шарлотты, Северная Каролина, в Сиэтл, Вашингтон, чтобы посмотреть, опустится ли нос самолета, чтобы «компенсировать кривизну» Земли, сказал он. На видео он сказал: «Я записал 23-минутный и 45-секундный интервал времени, что по этим измерениям означает, что самолет пролетел немногим более 203 миль. Согласно сферической тригонометрии, приведенной для объяснения гелиоцентрической модели, это должно было привести к компенсация кривизны на 5 миль.Как вы увидите, не было измеримой компенсации кривизны ». (Воздушный пузырь на его уровне оставался в центре, что, по его словам, доказывает, что Земля плоская.)
Зететический метод
Теория вытекает из способа мышления, называемого «Зететический метод», альтернатива научному методу, разработанному в XIX веке плоскоземельцами, в котором безраздельно властвуют сенсорные наблюдения ». В целом метод уделяет большое внимание примирению эмпиризма и рационализма и выполнению логических выводов. основанный на эмпирических данных «, — рассказал» Маленькие загадки жизни «вице-президент Общества плоской Земли Майкл Уилмор, ирландец.В зететической астрономии представление о том, что Земля плоская, приводит к выводу, что на самом деле она должна быть плоской; Антимуна, заговор НАСА и все остальное — всего лишь рационализация того, как это может работать на практике.
Эти детали делают теорию плоской Земли настолько абсурдной, что звучит как шутка, но многие из ее сторонников искренне считают ее более правдоподобной моделью астрономии, чем та, которую можно найти в учебниках. Короче говоря, они не шутят. [50 удивительных фактов о планете Земля]
«Вопрос веры и искренности поднимается очень часто, — сказал Уилмор.«Если бы мне пришлось угадывать, я бы, вероятно, сказал, что по крайней мере некоторые из наших членов рассматривают Общество Плоской Земли и Теорию Плоской Земли как своего рода эпистемологическое упражнение, будь то критика научного метода или своего рода« солипсизм для новички ». Вероятно, есть и те, кто думает, что сертификат будет забавным повесить у них на стене. При этом я знаю многих членов лично и полностью убежден в их вере ».
Уилмор считает себя одним из истинно верующих.«Мои собственные убеждения являются результатом философского самоанализа и значительного объема данных, которые я лично наблюдал и которые все еще собираю», — сказал он.
Как ни странно, Уилмор и президент общества, 35-летний Вирджиния — урожденный лондонец по имени Дэниел Шентон, оба считают, что доказательства глобального потепления убедительны, несмотря на то, что большая часть этих доказательств поступает из спутниковых данных, собранных НАСА, главным стержнем «заговора вокруг Земли». Они также признают эволюцию и большинство других основных принципов наука.
Психология теории заговора
Какой бы непостижимой ни казалась их система убеждений, она не особо удивляет экспертов. Карен Дуглас, психолог из Кентского университета в Соединенном Королевстве, изучающая психологию теорий заговора, говорит, что убеждения плоскоземельцев совпадают с убеждениями других теоретиков заговора, которых она изучала.
«Мне кажется, что эти люди в целом верят, что Земля плоская. Я не вижу ничего, что звучало бы так, как будто они просто выдвигают эту идею по какой-либо другой причине», — сказал Дуглас Live Science.
Она сказала, что все теории заговора имеют общую направленность: они представляют альтернативную теорию о важном вопросе или событии и создают (часто) расплывчатое объяснение того, почему кто-то скрывает эту «истинную» версию событий. «Одна из главных причин привлекательности — то, что они объясняют большое событие, но часто не вдаваясь в подробности», — сказала она. «Большая сила заключается в том, что они расплывчаты».
Самоуверенность сторонников теории заговора придает ей особую привлекательность.В конце концов, сторонники плоской Земли более непреклонны в том, что Земля плоская, чем большинство людей в том, что Земля круглая (вероятно, потому, что остальные из нас считают, что нам нечего доказывать). «Если вы сталкиваетесь с точкой зрения меньшинства, которая выражается разумно, на вид хорошо информированным, и когда сторонники не отклоняются от этих твердых убеждений, они могут иметь очень большое влияние. Мы называем это влиянием меньшинства , «Сказал Дуглас.
В исследовании, опубликованном 5 марта 2014 г. в Американском журнале политических наук, политологи из Чикагского университета Эрик Оливер и Том Вуд обнаружили, что около половины американцев поддерживают по крайней мере одну теорию заговора, исходя из этой идеи. что 11 сентября было внутренней работой заговора JFK.«Многие люди готовы верить многим идеям, которые прямо противоречат доминирующему культурному нарративу», — сказал Оливер Live Science. Он говорит, что вера в заговорщиков проистекает из человеческой склонности воспринимать невидимые силы в действии, известной как магическое мышление. [Топ-10 необъяснимых явлений]
Однако плоскоземельцы не совсем подходят для этой общей картины. Большинство сторонников теории заговора придерживаются множества второстепенных теорий, даже если они противоречат друг другу. Между тем, единственное, что зависит от плоскоземельцев, — это форма Земли.«Если бы они были похожи на других теоретиков заговора, они должны были бы демонстрировать склонность к большому количеству магических мыслей, таких как вера в НЛО, экстрасенсорное восприятие, призраков, дьявола или другие невидимые, преднамеренные силы», — написал Оливер в электронном письме. «Это не похоже на то, что они делают, что делает их очень аномальными по сравнению с большинством американцев, которые верят в теории заговора».
Примечание редактора: Эта статья была впервые опубликована 26 октября 2012 г., а затем обновлена 30 мая 2017 г.
BBC — Земля — Секрет зарождения жизни на Земле
Эта история входит в список лучших хитов года BBC Earth «Best of 2016».Просмотрите полный список.
Как началась жизнь? Вряд ли может быть более серьезный вопрос. На протяжении большей части истории человечества почти все верили, что «это сделали боги». Другое объяснение было немыслимо.
Это уже не так. За последнее столетие несколько ученых пытались выяснить, как могла возникнуть первая жизнь. Они даже пытались воссоздать этот момент Genesis в своих лабораториях: создать новую жизнь с нуля.
Пока никому не удалось, но мы прошли долгий путь.Сегодня многие ученые, изучающие происхождение жизни, уверены, что они на правильном пути, и у них есть эксперименты, подтверждающие их уверенность.
Это история нашего стремления раскрыть наше изначальное происхождение. Это история одержимости, борьбы и блестящего творчества, которая включает в себя некоторые из величайших открытий современной науки. Стремление понять зарождение жизни отправило мужчин и женщин в самые далекие уголки нашей планеты. Некоторые из вовлеченных ученых были превращены в чудовищ, в то время как другим пришлось выполнять свою работу под пятой жестоких тоталитарных правительств.
Это история зарождения жизни на Земле.
Жизнь стара. Динозавры, пожалуй, самые известные вымершие существа, зародившиеся 250 миллионов лет назад. Но жизнь началась намного раньше.
Возраст самых старых известных окаменелостей составляет около 3,5 миллиардов лет, что в 14 раз превышает возраст самых старых динозавров. Но летопись окаменелостей может простираться еще дальше. Например, в августе 2016 года исследователи обнаружили окаменелые микробы, датируемые 3 годом.7 миллиардов лет.
Сама Земля ненамного старше, сформировавшись 4,5 миллиарда лет назад.
Если мы предположим, что жизнь образовалась на Земле — что кажется разумным, учитывая, что мы еще не нашли ее где-либо еще — тогда это должно было произойти за миллиард лет между появлением Земли и сохранением самых старых известных окаменелостей.
Мы можем не только сузить круг, когда началась жизнь, но и сделать обоснованное предположение о том, что это было.
С 19 века биологам известно, что все живые существа состоят из «клеток»: крошечных мешочков с живым веществом, которые бывают разных форм и размеров.Клетки были впервые обнаружены в 17 веке, когда были изобретены первые современные микроскопы, но потребовалось более века, чтобы кто-нибудь осознал, что они являются основой всей жизни.
Используя только материалы и условия, обнаруженные на Земле более 3,5 миллиардов лет назад, мы должны создать клетку.
Вы можете не подумать, что очень похожи на сома или тираннозавра Tyrannosaurus rex , но микроскоп покажет что все вы состоите из очень похожих клеток.А также растения и грибы.
Но самые многочисленные формы жизни — это микроорганизмы, каждая из которых состоит всего из одной клетки. Бактерии — самая известная группа, и они встречаются повсюду на Земле.
В апреле 2016 года ученые представили обновленную версию «древа жизни»: своеобразное генеалогическое древо для каждого живого вида. Практически все ветви — бактерии. Более того, форма дерева предполагает, что бактерия была общим предком всего живого. Другими словами, все живые существа — включая вас — в конечном итоге произошли от бактерии.
Это означает, что мы можем более точно определить проблему происхождения жизни. Используя только материалы и условия, обнаруженные на Земле более 3,5 миллиардов лет назад, мы должны создать клетку.
Ну как это может быть сложно?
Глава 1. Первые эксперименты
На протяжении большей части истории не считалось необходимым спрашивать, как зародилась жизнь, потому что ответ казался очевидным.
До 1800-х годов большинство людей верило в «витализм». Это интуитивная идея, что живые существа были наделены особым магическим свойством, которое отличало их от неодушевленных предметов.
Химические вещества жизни могут быть созданы из более простых химикатов, которые не имеют ничего общего с жизнью
Витализм часто был связан с заветными религиозными убеждениями. Библия говорит, что Бог использовал «дыхание жизни», чтобы оживить первых людей, а бессмертная душа — это форма витализма.
Есть только одна проблема. Витализм — это явная ошибка.
К началу 1800-х годов ученые открыли несколько веществ, которые казались уникальными для жизни. Одним из таких химических веществ была мочевина, которая была обнаружена в моче и была выделена в 1799 году.
Это все еще было совместимо с витализмом. Казалось, только живые существа могут производить эти химические вещества, так что, возможно, они были наполнены жизненной энергией, и именно это делало их особенными.
Но в 1828 году немецкий химик Фридрих Велер нашел способ получения мочевины из обычного химического вещества, называемого цианатом аммония, которое не имело очевидной связи с живыми существами. Другие пошли по его стопам, и вскоре стало ясно, что все химические вещества жизни могут быть сделаны из более простых химикатов, которые не имеют ничего общего с жизнью.
Это был конец витализма как научной концепции. Но людям было очень трудно отказаться от этой идеи. Для многих утверждение о том, что в химических веществах жизни нет ничего «особенного», казалось, лишало жизнь ее магии, превращая нас в простые машины. Это также, конечно, противоречило Библии.
Тайна происхождения жизни игнорировалась десятилетиями
Даже ученые пытались избавиться от витализма. Еще в 1913 году английский биохимик Бенджамин Мур горячо продвигал теорию «биотической энергии», которая, по сути, была витализмом под другим названием.Идея имела сильную эмоциональную окраску.
Сегодня идея цепляется за самые неожиданные места. Например, существует множество научно-фантастических историй, в которых «жизненная энергия» человека может быть увеличена или истощена. Подумайте об «энергии регенерации», которую использовали Повелители времени в «Докторе Кто» , , которую можно даже пополнить, если она иссякнет. Это кажется футуристическим, но это глубоко старомодная идея.
Тем не менее, после 1828 года у ученых были законные причины искать безбожное объяснение того, как образовалась первая жизнь.Но они этого не сделали. Это кажется очевидным предметом для исследования, но на самом деле загадка происхождения жизни игнорировалась десятилетиями. Возможно, все еще были слишком эмоционально привязаны к витализму, чтобы сделать следующий шаг.
Вместо этого большим биологическим прорывом 19 века стала теория эволюции, разработанная Чарльзом Дарвином и другими.
Дарвин знал, что это серьезный вопрос.
Теория Дарвина, изложенная в книге О происхождении видов в 1859 году, объясняла, как огромное разнообразие жизни могло возникнуть от одного общего предка.Вместо того, чтобы каждый из различных видов был создан Богом индивидуально, все они произошли от первобытного организма, который жил миллионы лет назад: последнего универсального общего предка.
Эта идея оказалась очень противоречивой, снова, потому что противоречит Библии. Дарвин и его идеи подверглись яростным нападкам, особенно со стороны возмущенных христиан.
Теория эволюции ничего не говорит о том, как возник этот первый организм.
Дарвин знал, что это серьезный вопрос, но — возможно, опасаясь начать еще одну борьбу с Церковью — он, кажется, обсуждал этот вопрос только в письме, написанном в 1871 году.Его возбужденный язык показывает, что он знал глубокое значение вопроса:
Первая гипотеза происхождения жизни была изобретена в дикой тоталитарной стране
«Но если (и о, какое большое если) мы могли бы зачать ребенка в какой-то теплый маленький пруд со всевозможными аммиаком и фосфорными солями, светом, теплом, электричеством и т. д., что химически образовалось белковое соединение, готовое претерпеть еще более сложные изменения … »
Другими словами, что, если там Когда-то это был небольшой водоем, наполненный простыми органическими соединениями и залитый солнечным светом.Некоторые из этих соединений могут объединяться, чтобы сформировать похожее на жизнь вещество, такое как белок, который затем может начать развиваться и становиться более сложным.
Это была отрывочная идея. Но это станет основой первой гипотезы о том, как зародилась жизнь.
Идея возникла неожиданно. Вы можете подумать, что эта смелая форма свободного мышления была бы развита в демократической стране с традициями свободы слова: возможно, в Соединенных Штатах. Но на самом деле первая гипотеза происхождения жизни была изобретена в дикой тоталитарной стране, где свободное мышление было искоренено: в СССР.
В сталинской России все находилось под контролем государства. Это включало идеи людей, даже по таким предметам, как биология, которые кажутся не связанными с коммунистической политикой.
Опарин представил себе, какой была Земля, когда она была только что сформирована.
Известно, что Сталин фактически запретил ученым изучать традиционную генетику. Вместо этого он насаждал идеи сельскохозяйственного рабочего по имени Трофим Лысенко, которые, по его мнению, больше соответствовали коммунистической идеологии.Ученые, занимающиеся генетикой, были вынуждены публично поддержать идеи Лысенко, иначе они рисковали попасть в трудовой лагерь.
Именно в этой репрессивной среде Александр Опарин проводил свои исследования в области биохимии. Он мог продолжать работать, потому что был верным коммунистом: он поддерживал идеи Лысенко и даже получил орден Ленина — высшую награду, которую только можно было наградить живущим в СССР.
В 1924 году Опарин опубликовал свою книгу « Происхождение жизни ».В нем он изложил видение зарождения жизни, поразительно похожее на теплый маленький пруд Дарвина.
Опарин представил себе, какой была Земля, когда она только что сформировалась. Поверхность была обжигающе горячей, когда камни из космоса падали на нее и ударялись. Это был беспорядок из полурасплавленных горных пород, содержащих огромное количество химикатов, в том числе многие на основе углерода.
Если вы посмотрите на коацерваты под микроскопом, они будут вести себя пугающе, как живые клетки.
В конце концов Земля остыла настолько, что водяной пар конденсировался в жидкую воду, и выпал первый дождь.Вскоре на Земле появились горячие океаны, богатые углеродными химическими веществами. Теперь могут произойти две вещи.
Во-первых, различные химические вещества могут вступать в реакцию друг с другом с образованием множества новых соединений, некоторые из которых будут более сложными. Опарин предположил, что жизненно важные молекулы, такие как сахара и аминокислоты, могли образоваться в водах Земли.
Во-вторых, некоторые химические вещества начали образовывать микроскопические структуры. Многие органические химические вещества не растворяются в воде: например, масло образует слой поверх воды.Но когда некоторые из этих химикатов контактируют с водой, они образуют сферические глобулы, называемые «коацерваты», которые могут достигать 0,01 см (0,004 дюйма) в поперечнике.
Если вы посмотрите на коацерваты под микроскопом, они будут вести себя пугающе, как живые клетки. Они растут и меняют форму, а иногда делятся на две части. Они также могут поглощать химические вещества из окружающей воды, поэтому в них могут концентрироваться химические вещества, похожие на живые. Опарин предположил, что коацерваты были предками современных клеток.
Идея о том, что живые организмы, образованные чисто химическим путем, без бога или даже «жизненной силы», была радикальной
Пять лет спустя, в 1929 году, английский биолог Дж.Б. С. Холдейн независимо предложил некоторые очень похожие идеи в короткой статье, опубликованной в « Rationalist Annual ».
Холдейн уже внес огромный вклад в эволюционную теорию, помогая интегрировать идеи Дарвина с развивающейся наукой генетикой.
Он также был персонажем грандиозным. Однажды он получил перфорированную барабанную перепонку из-за некоторых экспериментов с декомпрессионными камерами, но позже написал, что «барабан обычно заживает; и если в нем остается дыра, хотя кто-то несколько глухой, можно выдувать табачный дым из помещения. рассматриваемое ухо, что является социальным достижением.«
Как и Опарин, Холдейн описал, как органические химические вещества могут накапливаться в воде» [пока] примитивные океаны не достигли консистенции горячего разбавленного супа ». Это подготовило почву для« первых живых или полуживых существ ».
Это говорит о том, что из всех биологов в мире именно Опарин и Холдейн предложили эту идею. без бога или даже «жизненной силы» было радикальным.Как и предыдущая теория эволюции Дарвина, она бросила вызов христианству.
Возникла одна проблема. Не было экспериментальных доказательств, подтверждающих это.
Это вполне устраивало СССР. Советский режим был официально атеистическим, и его лидеры стремились поддержать материалистические объяснения таких глубоких явлений, как жизнь. Холдейн также был атеистом и при этом преданным коммунистом.
«В то время принятие или неприятие этой идеи зависело в основном от личностей: были ли они религиозными или поддерживали левые или коммунистические идеи», — говорит эксперт по происхождению жизни Армен Мулкиджанян из Университета Оснабрюка в Германии.«В Советском Союзе их приняли с радостью, потому что они не нуждались в Боге. В западном мире, если вы посмотрите на людей, которые думали в этом направлении, все они были левыми, коммунистами и так далее».
Идея о том, что жизнь образовалась в изначальном супе из органических химикатов, стала известна как гипотеза Опарина-Холдейна. Это было красиво и убедительно, но была одна проблема. Не было экспериментальных доказательств, подтверждающих это. Этого не было почти четверть века.
К тому времени, когда Гарольд Юри заинтересовался происхождением жизни, он уже получил Нобелевскую премию 1934 года по химии и помог создать атомную бомбу.Во время Второй мировой войны Юри работал над Манхэттенским проектом, собирая нестабильный уран-235, необходимый для ядра бомбы. После войны он боролся за то, чтобы ядерные технологии оставались под гражданским контролем.
В 1952 году Миллер начал самый известный эксперимент по происхождению жизни, который когда-либо предпринимался.
Он также заинтересовался химией космического пространства, особенно тем, что происходило, когда Солнечная система только формировалась. Однажды он прочитал лекцию и указал, что, вероятно, в атмосфере Земли не было кислорода, когда она только образовалась.Это обеспечило бы идеальные условия для образования изначального супа Опарина и Холдейна: хрупкие химические вещества были бы разрушены при контакте с кислородом.
В аудитории был докторант по имени Стэнли Миллер, который позже подошел к Юри с предложением: могут ли они проверить эту идею? Юри был настроен скептически, но Миллер его уговорил.
Итак, в 1952 году Миллер начал самый известный эксперимент по происхождению жизни, который когда-либо проводился.
Настройка была простой.Миллер соединил серию стеклянных колб и распространил четыре химиката, которые, как он подозревал, присутствовали на ранней Земле: кипящая вода, газообразный водород, аммиак и метан. Он подвергал газы многократным ударам электрическим током, чтобы имитировать удары молнии, которые так давно были обычным явлением на Земле.
Вы можете выйти из простой атмосферы и произвести много биологических молекул
Миллер обнаружил, что «вода в колбе стала заметно розовой после первого дня, а к концу недели раствор стал темно-красным и мутным. «.Очевидно, образовалась смесь химикатов.
Когда Миллер проанализировал смесь, он обнаружил, что она содержит две аминокислоты: глицин и аланин. Аминокислоты часто называют строительными блоками жизни. Они используются для образования белков, которые контролируют большинство биохимических процессов в нашем организме. Миллер с нуля создал два самых важных компонента жизни.
Результаты были опубликованы в престижном журнале Science в 1953 году. Юри, совершив самоотверженный поступок, необычный для высокопоставленных ученых, вычеркнул свое имя из статьи, отдавая должное Миллеру.Несмотря на это, исследование часто называют «экспериментом Миллера-Юри».
«Сила Миллера-Юри в том, чтобы показать, что можно выйти из простой атмосферы и произвести множество биологических молекул», — говорит Джон Сазерленд из Лаборатории молекулярной биологии в Кембридже, Великобритания.
Жизнь была сложнее, чем кто-либо думал.
Детали оказались неверными, поскольку более поздние исследования показали, что атмосфера ранней Земли имела другой состав газов.Но это почти не относится к делу.
«Это было широко культовым, стимулировало воображение публики и до сих пор широко цитируется», — говорит Сазерленд.
После эксперимента Миллера другие ученые начали искать способы создания простых биологических молекул с нуля. Решение загадки происхождения жизни казалось близким.
Но потом стало ясно, что жизнь сложнее, чем кто-либо думал. Оказалось, что живые клетки — это не просто мешки с химикатами: это замысловатые маленькие машины.Внезапно создание одного с нуля стало казаться намного более сложной задачей, чем предполагали ученые.
Глава 2. Великая поляризация
К началу 1950-х годов ученые отошли от давнего предположения, что жизнь — это дар богов. Вместо этого они начали исследовать возможность того, что жизнь возникла спонтанно и естественным образом на ранней Земле — и благодаря культовому эксперименту Стэнли Миллера они даже получили некоторую практическую поддержку этой идеи.
Пока Миллер пытался создать материю жизни с нуля, другие ученые выясняли, из чего сделаны гены.
К этому времени было известно много биологических молекул. К ним относятся сахара, жиры, белки и нуклеиновые кислоты, такие как «дезоксирибонуклеиновая кислота» или, для краткости, ДНК.
Их открытие было одним из величайших научных открытий 20 века.
Сегодня мы считаем само собой разумеющимся, что ДНК несет в себе наши гены, но на самом деле это стало шоком для биологов 1950-х годов.Белки сложнее, поэтому ученые думали, что это гены.
Эта идея была опровергнута в 1952 году Альфредом Херши и Мартой Чейз из Института Карнеги в Вашингтоне. Они изучали простые вирусы, которые содержат только ДНК и белок и должны заражать бактерии, чтобы воспроизводиться. Они обнаружили, что в бактерии попала вирусная ДНК, а белки остались снаружи. Ясно, что ДНК была генетическим материалом.
Открытия Херши и Чейза вызвали безумную гонку за выяснением структуры ДНК и, следовательно, того, как она работает.В следующем году проблема была решена Фрэнсисом Криком и Джеймсом Уотсоном из Кембриджского университета, Великобритания, при значительной помощи со стороны их коллеги Розалинды Франклин.
Их открытие было одним из величайших научных открытий 20 века. Это также изменило процесс поиска происхождения жизни, обнаружив невероятную сложность, скрытую внутри живых клеток.
Крик и Ватсон поняли, что ДНК представляет собой двойную спираль, подобную лестнице, скрученной в спираль.Каждый из двух «полюсов» лестницы состоит из молекул, называемых нуклеотидами.
Ваши гены в конечном итоге происходят от предковой бактерии
Эта структура объясняет, как клетки копируют свою ДНК. Другими словами, он показал, как родители копируют свои гены и передают их своим детям.
Ключевым моментом является то, что двойную спираль можно «разархивировать». Это раскрывает генетический код, состоящий из последовательностей генетических оснований A, T, C и G, который обычно заперт внутри «ступенек» лестницы ДНК.Затем каждая нить используется в качестве шаблона для воссоздания копии другой.
Используя этот механизм, гены передаются от родителей к ребенку с самого начала жизни. В конечном итоге ваши гены происходят от наследственной бактерии — и на каждом этапе они копировались с использованием механизма, открытого Криком и Ватсоном.
Изучите структуру ДНК в этом видео:
Крик и Ватсон изложили свои выводы в статье 1953 года в Nature . В течение следующих нескольких лет биохимики пытались выяснить, какую именно информацию несет ДНК и как эта информация используется в живых клетках.Впервые были раскрыты сокровенные тайны жизни.
Внезапно идеи Опарина и Холдейна показались наивно простыми
Оказалось, что ДНК выполняет только одну задачу. Ваша ДНК сообщает вашим клеткам, как производить белки: молекулы, которые выполняют множество важных задач. Без белков вы не смогли бы переваривать пищу, ваше сердце останавливалось, и вы не могли дышать.
Но процесс использования ДНК для создания белков оказался поразительно сложным.Это было большой проблемой для любого, кто пытался объяснить происхождение жизни, потому что трудно представить, как могло начаться что-то столь сложное.
Каждый белок представляет собой длинную цепочку аминокислот, соединенных в определенном порядке. Последовательность аминокислот определяет трехмерную форму белка и, следовательно, то, что он делает.
Эта информация закодирована в последовательности оснований ДНК. Поэтому, когда клетке необходимо произвести определенный белок, она считывает соответствующий ген в ДНК, чтобы получить последовательность аминокислот.
Оказалось, что у ДНК всего одна работа
Но есть нюанс. ДНК драгоценна, поэтому клетки предпочитают хранить ее в безопасном месте. По этой причине они копируют информацию из ДНК на короткие молекулы другого вещества, называемого РНК (рибонуклеиновая кислота). Если ДНК — это библиотечная книга, то РНК — это клочок бумаги с нацарапанным на нем ключевым отрывком. РНК похожа на ДНК, за исключением того, что имеет только одну цепь.
Наконец, процесс преобразования информации в этой цепи РНК в белок происходит в чрезвычайно сложной молекуле, называемой «рибосомой».
Этот процесс происходит в каждой живой клетке, даже в простейших бактериях. Это так же важно для жизни, как еда и дыхание. Любое объяснение происхождения жизни должно показать, как эта сложная троица — ДНК, РНК и рибосомный белок — возникла и начала работать.
Внезапно идеи Опарина и Холдейна показались наивно простыми, в то время как эксперимент Миллера, который производил только несколько аминокислот, используемых для создания белков, выглядел дилетантским. Его основополагающее исследование не только не привело нас к большей части пути к созданию жизни, но и было лишь первым шагом на долгом пути.
Идея о том, что жизнь началась с РНК, окажет огромное влияние.
«ДНК заставляет РНК производить белок, и все это в этом инкапсулированном липидом мешочке с химическими веществами», — говорит Джон Сазерленд. «Вы смотрите на это, и это просто« вау, это слишком сложно ». Как мы собираемся найти органическую химию, которая сделает все это за один присест?»
Первым, кто действительно взялся за дело, был британский химик по имени Лесли Оргел. Он был одним из первых, кто увидел модель ДНК Крика и Ватсона, а позже помогал НАСА с их программой «Викинг», которая отправляла на Марс роботизированные посадочные устройства.
Orgel решил упростить задачу. Написанный в 1968 году и поддержанный Криком, он предположил, что в первой жизни не было белков или ДНК. Вместо этого он почти полностью состоял из РНК. Чтобы это работало, эти первичные молекулы РНК должны были быть особенно универсальными. Во-первых, они должны были создавать копии самих себя, предположительно используя тот же механизм спаривания оснований, что и ДНК.
Идея о том, что жизнь началась с РНК, окажет огромное влияние. Но это также спровоцировало научную войну за сферы влияния, которая длится до наших дней.
Предполагая, что жизнь началась с РНК и чего-то еще, Оргель предполагал, что один важный аспект жизни — ее способность воспроизводить себя — появился раньше всех остальных. В некотором смысле он не просто предлагал, как впервые была устроена жизнь: он говорил что-то о том, что такое жизнь.
Ученые, изучающие происхождение жизни, разделились на лагеря
Многие биологи согласятся с идеей Оргеля «сначала репликация». В теории эволюции Дарвина способность создавать потомство является абсолютно центральной: единственный способ «победить» организм — это оставить много детей.
Но есть и другие особенности жизни, которые кажутся не менее важными. Наиболее очевидным является метаболизм: способность извлекать энергию из окружающей среды и использовать ее для поддержания жизни. Для многих биологов метаболизм, должно быть, был изначальной определяющей чертой жизни, с появлением репликации позже.
Итак, начиная с 1960-х годов, ученые, изучающие происхождение жизни, разделились на лагеря.
«Основной поляризацией был метаболизм, а не генетика», — говорит Сазерленд.
Научные собрания по происхождению жизни часто были спорными делами
Между тем, третья группа утверждала, что первое, что появилось, — это контейнер для ключевых молекул, чтобы они не улетали. «Компартментализация должна была быть на первом месте, потому что нет смысла заниматься метаболизмом, если вы не разделены», — говорит Сазерленд. Другими словами, должна быть клетка — как подчеркивали Опарин и Холдейн несколькими десятилетиями ранее — возможно, заключенная в мембрану из простых жиров и липидов.
Все три идеи приобрели приверженцев и сохранились до наших дней. Ученые стали страстно привержены своим любимым идеям, иногда даже слепо.
В результате научные встречи о происхождении жизни часто носили непростой характер, и журналистам, освещающим эту тему, ученые из одного лагеря регулярно говорят, что идеи, исходящие из других лагерей, глупы или даже хуже.
Благодаря Оргелу идея о том, что жизнь началась с РНК и генетики, была очень ранней.Затем наступили 80-е годы, и произошло поразительное открытие, которое, казалось, в значительной степени подтвердило это.
Глава 3. Поиск первого репликатора
После 1960-х годов ученые, пытающиеся понять происхождение жизни, разделились на три группы. Некоторые были убеждены, что жизнь началась с образования примитивных версий биологических клеток. Другие считали, что ключевым первым шагом была метаболическая система, а третьи сосредоточили внимание на важности генетики и репликации.Эта последняя группа начала пытаться выяснить, как мог бы выглядеть этот первый репликатор, уделяя особое внимание идее, что он состоит из РНК.
Еще в 1960-х годах у ученых были основания полагать, что РНК является источником всей жизни.
В частности, РНК может делать то, чего не может ДНК. Это одноцепочечная молекула, поэтому в отличие от жесткой двухцепочечной ДНК она может складываться в различные формы.
Вы не смогли бы жить без ферментов
Сворачивание РНК, похожее на оригами, выглядело довольно похоже на поведение белков.Белки также в основном представляют собой длинные цепи, состоящие из аминокислот, а не нуклеотидов, и это позволяет им создавать сложные структуры.
Это ключ к удивительной способности белков. Некоторые из них могут ускорять или «катализировать» химические реакции. Эти белки известны как ферменты.
Многие ферменты находятся в кишечнике, где они расщепляют сложные молекулы пищи на простые, такие как сахара, которые могут использоваться вашими клетками. Вы не можете жить без ферментов.
У Лесли Оргела и Фрэнсиса Крика возникло подозрение. Если бы РНК могла складываться как белок, возможно, она могла бы образовывать ферменты. Если бы это было правдой, РНК могла бы быть исходной — и весьма универсальной — живой молекулой, хранящей информацию, как ДНК сейчас, и катализирующей реакции, как некоторые белки.
Это была отличная идея, но не было доказательств более десяти лет.
Томас Чех родился и вырос в Айове. В детстве он был очарован камнями и минералами. К тому времени, когда он учился в неполной средней школе, он посещал местный университет и стучался в двери геологов, прося показать модели минеральных структур.
Но в конце концов он стал биохимиком, сосредоточившись на РНК.
Теперь идея о том, что жизнь началась с РНК, выглядела многообещающей.
В начале 1980-х годов Чех и его коллеги из Университета Колорадо в Боулдере изучали одноклеточный организм под названием Tetrahymena thermophila . Часть его клеточного аппарата включает цепи РНК. Чех обнаружил, что один конкретный участок РНК иногда отделяется от остальных, как если бы что-то вырезало его ножницами.
Когда команда удалила все ферменты и другие молекулы, которые могли действовать как молекулярные ножницы, РНК продолжала делать это. Они открыли первый фермент РНК: короткий кусок РНК, который мог вырезать себя из большей цепи, частью которой он был.
Чех опубликовал результаты в 1982 году. В следующем году другая группа обнаружила второй фермент РНК — или «рибозим», как его окрестили.
Обнаружение двух РНК-ферментов в быстрой последовательности показало, что их гораздо больше.Идея о том, что жизнь началась с РНК, выглядела многообещающей.
Узнайте больше о РНК из этого видео:
Имя этой идее дал Уолтер Гилберт из Гарвардского университета в Кембридже, штат Массачусетс. Физик, увлекшийся молекулярной биологией, Гилберт также был одним из первых сторонников секвенирования генома человека.
Мир РНК — это элегантный способ создать сложную жизнь с нуля.
Написав в 1986 году на языке Nature , Гилберт предположил, что жизнь началась в «Мире РНК».
Первая стадия эволюции, утверждал Гилберт, состояла из «молекул РНК, выполняющих каталитическую активность, необходимую для сборки самих себя из нуклеотидного супа». Нарезая и склеивая вместе разные кусочки РНК, молекулы РНК могут создавать еще более полезные последовательности. В конце концов они нашли способ производить белки и белковые ферменты, которые оказались настолько полезными, что в значительной степени вытеснили версии РНК и дали начало жизни в том виде, в каком мы ее понимаем сегодня.
The RNA World — это элегантный способ создать сложную жизнь с нуля.Вместо того, чтобы полагаться на одновременное образование десятков биологических молекул из изначального супа, одна универсальная молекула могла выполнять работу всех из них.
В 2000 году гипотеза мира РНК получила впечатляющее подтверждение.
Томас Стейтц 30 лет изучал структуру молекул в живых клетках. В 1990-х он взял на себя самую большую задачу: выяснить структуру рибосомы.
Тот факт, что эта важная машина была основана на РНК, сделало мир РНК еще более правдоподобным.
Каждая живая клетка имеет рибосому.Эта огромная молекула считывает инструкции с РНК и связывает аминокислоты в цепочки для образования белков. Рибосомы в ваших клетках составляют большую часть вашего тела.
Известно, что рибосома содержит РНК. Но в 2000 году команда Стейтца создала подробное изображение структуры рибосомы, которое показало, что РНК является каталитическим ядром рибосомы.
Это было критически важно, потому что рибосома так важна для жизни и настолько древняя. Тот факт, что эта важная машина была основана на РНК, сделало мир РНК еще более правдоподобным.
Сторонники RNA World были в восторге от открытия, и в 2009 году Стейтц получит долю Нобелевской премии. Но с тех пор сомнения вернулись.
С самого начала у идеи мира РНК было две проблемы. Может ли РНК действительно выполнять все функции жизни сама по себе? И могло ли оно образоваться на ранней Земле?
Они намеревались создать самовоспроизводящуюся РНК для себя
Прошло 30 лет с тех пор, как Гилберт заложил основу для Мира РНК, и у нас до сих пор нет убедительных доказательств того, что РНК может делать все то, что теория требует от него.Это удобная маленькая молекула, но может оказаться недостаточно удобной.
Выдалось одно задание. Если жизнь началась с молекулы РНК, эта РНК должна была иметь возможность копировать себя: она должна была самовоспроизводиться.
Но ни одна из известных РНК не может самовоспроизводиться. Не может и ДНК. Требуется батальон ферментов и других молекул, чтобы создать точную копию фрагмента РНК или ДНК.
Итак, в конце 1980-х несколько биологов начали довольно-таки донкихотские поиски. Они решили создать самовоспроизводящуюся РНК.
Джек Шостак из Гарвардской медицинской школы был одним из первых, кто принял участие. В детстве он так увлекался химией, что у него в подвале была лаборатория. Совершенно пренебрегая собственной безопасностью, он однажды устроил взрыв, в результате которого стеклянная трубка вонзилась в потолок.
Они показали, что ферменты РНК могут быть действительно мощными
В начале 1980-х годов Шостак помог показать, как наши гены защищают себя от процесса старения. Это раннее исследование в конечном итоге принесло ему долю Нобелевской премии.
Но вскоре он был очарован ферментами РНК Чеха. «Я думал, что эта работа была действительно классной», — говорит он. «В принципе, у РНК может быть возможность катализировать собственную репликацию».
В 1988 году Чех обнаружил фермент РНК, который мог строить короткую молекулу РНК длиной около 10 нуклеотидов. Шостак намеревался улучшить открытие путем разработки новых ферментов РНК в лаборатории. Его команда создала пул случайных последовательностей и проверила их, чтобы увидеть, какие из них проявляют каталитическую активность.Затем они взяли эти последовательности, настроили их и снова протестировали.
После 10 циклов этого процесса Шостак произвел фермент РНК, который заставил реакцию идти в семь миллионов раз быстрее, чем это было бы естественно. Они показали, что ферменты РНК могут быть действительно мощными. Но их фермент не мог сам себя копировать, даже близко. Шостак ударился о стену.
Следующим крупным достижением стал в 2001 году бывший студент Шостака Дэвид Бартель из Массачусетского технологического института в Кембридже.Бартел создал фермент РНК под названием R18, который мог добавлять новые нуклеотиды к цепи РНК на основе существующей матрицы. Другими словами, это было не просто добавление случайных нуклеотидов: это было правильное копирование последовательности.
Это все еще не самовоспроизводящийся, но приближается к нему. R18 состоял из цепочки из 189 нуклеотидов и мог надежно добавлять 11 нуклеотидов к цепи: 6% от его собственной длины. Была надежда, что несколько настроек позволят ему сделать цепь длиной 189 нуклеотидов — такой же, как она сама.
РНК, похоже, не годится для запуска жизни
Лучшая попытка была предпринята в 2011 году Филиппом Холлигером из Лаборатории молекулярной биологии в Кембридже, Великобритания. Его команда создала модифицированный R18 под названием tC19Z, который копирует последовательности длиной до 95 нуклеотидов. Это 48% от собственной длины: больше R18, но не необходимые 100%.
Альтернативный подход был предложен Джеральдом Джойсом и Трейси Линкольн из Исследовательского института Скриппса в Ла-Хойе, Калифорния.В 2009 году они создали фермент РНК, который косвенно воспроизводит себя.
Их фермент соединяет два коротких фрагмента РНК, чтобы создать второй фермент. Затем он соединяет вместе еще две части РНК, чтобы воссоздать исходный фермент.
Этот простой цикл можно продолжать бесконечно, учитывая сырье. Но ферменты работали, только если им были даны правильные цепи РНК, которые должны были создать Джойс и Линкольн.
Для многих ученых, которые скептически относятся к миру РНК, отсутствие самовоспроизводящейся РНК является фатальной проблемой для этой идеи.Похоже, что РНК не годится для запуска жизни.
Может быть, на ранней Земле существовал какой-то другой тип молекулы.
Дело также было ослаблено неспособностью химиков создать РНК с нуля. По сравнению с ДНК это выглядит как простая молекула, но оказалось, что сделать РНК чрезвычайно сложно.
Проблема в сахаре и основании, из которых состоит каждый нуклеотид. Можно сделать каждый из них в отдельности, но два упорно отказываются связывать друг с другом.
Эта проблема прояснилась уже к началу 1990-х годов. Это оставило многих биологов острым подозрением, что гипотеза мира РНК, хотя и ясна, не может быть совершенно верной.
Вместо этого, возможно, на ранней Земле существовал какой-то другой тип молекулы: что-то более простое, чем РНК, которая действительно могла собраться из первичного бульона и начать самовоспроизведение. Это могло произойти сначала, а затем привело к РНК, ДНК и прочему.
В 1991 году Питер Нильсен из Копенгагенского университета в Дании предложил кандидата на роль первичного репликатора.
По сути, это была сильно модифицированная версия ДНК. Нильсен сохранил основания такими же — придерживаясь A, T, C и G, обнаруженных в ДНК, — но сделал основу из молекул, называемых полиамидами, вместо сахаров, обнаруженных в ДНК. Он назвал новую молекулу полиамидной нуклеиновой кислоты, или PNA. Как ни странно, с тех пор она стала известна как пептидная нуклеиновая кислота.
ПНК, в отличие от РНК, могла легко образоваться на ранней Земле.
ПНК никогда не встречалась в природе.Но он во многом похож на ДНК. Нить ПНК может даже заменить одну из нитей в молекуле ДНК, при этом комплементарные основания образуют пары как обычно. Более того, ПНК может свернуться в двойную спираль, как и ДНК.
Стэнли Миллер был заинтригован. Глубоко скептически относясь к миру РНК, он подозревал, что ПНК была более вероятным кандидатом на роль первого генетического материала.
В 2000 году он представил неопровержимые доказательства. К тому времени ему было 70 лет, и он только что перенес первый в серии изнурительных инсультов, из-за которых он в конечном итоге оказался в доме престарелых, но он еще не закончил.Он повторил свой классический эксперимент, который мы обсуждали в первой главе, на этот раз с использованием метана, азота, аммиака и воды — и получил полиамидную основу PNA.
Это говорит о том, что ПНК, в отличие от РНК, могла легко образоваться на ранней Земле.
Другие химики придумали свои собственные альтернативные нуклеиновые кислоты.
У каждой из этих альтернативных нуклеиновых кислот есть свои сторонники: обычно это человек, который ее создал.
В 2000 году Альберт Эшенмозер создал нуклеиновую кислоту треозы (TNA).По сути, это ДНК, но с другим сахаром в основе. Нити ТНК могут соединяться в пары, образуя двойную спираль, и информация может копироваться туда и обратно между РНК и ТНК.
Более того, TNA может складываться в сложные формы и даже связываться с белком. Это намекает на то, что ТНК может действовать как фермент, как и РНК.
Точно так же в 2005 году Эрик Меггерс создал нуклеиновую кислоту гликоля, которая может образовывать спиральные структуры.
У каждой из этих альтернативных нуклеиновых кислот есть свои сторонники: обычно это человек, который ее создал.Но в природе их нет и следа, поэтому, если первая жизнь действительно их использовала, в какой-то момент она должна была полностью отказаться от них в пользу РНК и ДНК. Это может быть правдой, но нет никаких доказательств.
Все это означало, что к середине 2000-х сторонники Мира РНК оказались в затруднительном положении.
Мир РНК, каким бы чистым он ни был, не мог быть всей правдой
С одной стороны, ферменты РНК существовали, и они включали в себя одну из самых важных частей биологического механизма — рибосому.Это было хорошо.
Но самовоспроизводящейся РНК не было обнаружено, и никто не мог понять, как РНК образуется в первичном бульоне. Альтернативные нуклеиновые кислоты могли бы решить последнюю проблему, но не было никаких доказательств того, что они когда-либо существовали в природе. Это было не так хорошо.
Очевидный вывод заключался в том, что мир РНК, каким бы аккуратным он ни был, не мог быть всей правдой.
Между тем конкурирующая теория неуклонно набирала обороты с 1980-х годов. Его сторонники утверждают, что жизнь началась не с РНК, ДНК или любого другого генетического вещества.Вместо этого это началось как механизм использования энергии.
Глава 4. Сила протонов
Мы видели во второй главе, как ученые разделились на три школы мысли о том, как зародилась жизнь. Одна группа была убеждена, что жизнь началась с молекулы РНК, но они изо всех сил пытались понять, как РНК или подобные молекулы могли спонтанно образоваться на ранней Земле, а затем сделать копии самих себя. Поначалу их усилия были захватывающими, но в конечном итоге разочаровывающими.Однако даже в то время, когда это исследование продвигалось, были и другие исследователи происхождения жизни, которые были уверены, что жизнь началась совершенно по-другому.
Теория мира РНК основана на простой идее: самое важное, что может сделать живой организм, — это воспроизвести себя. С этим согласятся многие биологи. Все живые существа, от бактерий до синих китов, стремятся к потомству.
Вехтерсхойзер предположил, что первые организмы «радикально отличались от всего, что мы знаем»
Однако многие исследователи происхождения жизни не верят, что воспроизводство действительно является фундаментальным фактором.Они говорят, что прежде чем организм сможет воспроизводиться, он должен быть самоподдерживающимся. Он должен оставаться в живых. В конце концов, у вас не может быть детей, если вы умрете первым.
Мы сохраняем жизнь за счет еды, а зеленые растения — за счет извлечения энергии из солнечного света. Возможно, вы не думаете, что человек, откусивший сочный стейк, очень похож на лиственный дуб, но когда вы сразу перейдете к нему, оба начнут поглощать энергию.
Этот процесс называется метаболизмом. Во-первых, вы должны получить энергию; скажем, из богатых энергией химических веществ, таких как сахар.Затем вы должны использовать эту энергию для создания полезных вещей, таких как клетки.
Этот процесс использования энергии настолько важен, что многие исследователи полагают, что это было первое, что когда-либо делала жизнь.
Как могли бы выглядеть эти организмы, работающие только с метаболизмом? Одно из самых важных предложений было выдвинуто в конце 80-х годов Гюнтером Вехтерсхойзером. Он был не штатным ученым, а скорее патентным юристом с химическим образованием.
Wächtershäuser предположил, что первые организмы «разительно отличались от всего, что мы знаем».Они не были из клеток. У них не было ферментов, ДНК или РНК.
Все остальные составляющие современных организмов, такие как ДНК, клетки и мозг, появились позже.
Вместо этого Вехтершойзер представил поток горячей воды, вытекающий из вулкана. Вода была богата вулканическими газами, такими как аммиак, и содержала следы минералов из сердца вулкана.
Там, где вода стекала по скалам, начались химические реакции. В частности, металлы из воды помогли простым органическим соединениям превратиться в более крупные.
Поворотным моментом стало создание первого метаболического цикла. Это процесс, в котором одно химическое вещество преобразуется в ряд других химикатов, пока, в конце концов, не будет воссоздано исходное химическое вещество. При этом вся система потребляет энергию, которую можно использовать для перезапуска цикла — и для начала выполнения других задач.
Метаболические циклы могут показаться не похожими на жизнь, но они фундаментальны для жизни
Все остальные составляющие современных организмов — такие как ДНК, клетки и мозг — появились позже, на основе этих химических циклов.
Эти метаболические циклы не очень похожи на жизнь. Вехтерсхойзер назвал свои изобретения «организмами-предшественниками» и написал, что их «едва ли можно назвать живыми».
Но метаболические циклы, подобные тем, которые описал Wächtershäuser, лежат в основе каждого живого существа. Ваши клетки — это микроскопические химические перерабатывающие предприятия, которые постоянно превращают одно химическое вещество в другое. Метаболические циклы могут показаться не похожими на жизнь, но они имеют фундаментальное значение для жизни.
На протяжении 1980-х и 1990-х годов Вехтерсхойзер детально разработал свою теорию.Он обрисовал в общих чертах, какие минералы подходят для лучших поверхностей и какие химические циклы могут иметь место. Его идеи начали привлекать сторонников.
Но это все еще теоретическое. Вехтерсхойзер нуждался в открытии из реального мира, подтверждающем его идеи. К счастью, это уже было сделано — десятью годами ранее.
В 1977 году группа под руководством Джека Корлисса из Университета штата Орегон совершила погружение на глубину 1,5 мили (2,5 км) в восточную часть Тихого океана. Они обследовали горячую точку Галапагосских островов, где высокие горные хребты возвышаются над морским дном.Они знали, что хребты вулканически активны.
Каждое вентиляционное отверстие было своего рода изначальным диспенсером для супа
Корлисс обнаружил, что гребни были испещрены, по сути, горячими источниками. Горячая вода, богатая химическими веществами, поднималась из-под морского дна и выкачивалась через отверстия в скалах.
Удивительно, но эти «гидротермальные жерла» были густо заселены странными животными. Были огромные моллюски, блюдца, мидии и трубочники. Вода также была насыщена бактериями.Все эти организмы питались энергией из гидротермальных источников.
Открытие гидротермальных жерл сделало имя Корлисса. Это также заставило его задуматься. В 1981 году он предположил, что подобные жерла существовали на Земле четыре миллиарда лет назад и что они были местом зарождения жизни. Он потратит большую часть остальной части своей карьеры, работая над этой идеей.
Корлисс предположил, что гидротермальные источники могут создавать коктейли из химикатов. Он сказал, что каждое вентиляционное отверстие было своего рода изначальным диспенсером для супа.
Ключевые соединения, такие как сахар, «выживут… в течение нескольких секунд»
По мере того, как горячая вода протекала сквозь камни, тепло и давление заставляли простые органические соединения сливаться в более сложные, такие как аминокислоты, нуклеотиды и сахара. Ближе к границе с океаном, где вода была не такой горячей, они начали связываться в цепочки, образуя углеводы, белки и нуклеотиды, такие как ДНК. Затем, когда вода приблизилась к океану и еще больше остыла, эти молекулы собрались в простые клетки.
Это было аккуратно и привлекло внимание людей. Но Стэнли Миллер, чей экспериментальный эксперимент с происхождением жизни мы обсуждали в первой главе, не убедил его. В 1988 году он утверждал, что вентиляционные отверстия слишком горячие.
Хотя сильная жара может вызвать образование таких химических веществ, как аминокислоты, эксперименты Миллера показали, что она также разрушит их. Ключевые соединения, такие как сахар, «выжили бы… самое большее секунды». Более того, эти простые молекулы вряд ли соединятся в цепочки, потому что окружающая вода разорвет цепочки почти сразу.
Тут в бой вступил геолог Майк Рассел. Он думал, что теорию вентиляции можно заставить работать. Более того, ему казалось, что вентиляционные отверстия были идеальным домом для организмов-предшественников Wächtershäuser. Это вдохновение привело его к созданию одной из наиболее широко признанных теорий происхождения жизни.
Если Рассел был прав, жизнь зародилась на дне моря
Рассел провел свои ранние годы, производя аспирин по-разному, занимаясь разведкой ценных минералов и — в одном замечательном инциденте 1960-х годов — координируя реакцию на возможное вулканическое воздействие. высыпание, несмотря на отсутствие тренировок.Но его настоящий интерес заключался в том, как поверхность Земли менялась за эоны. Эта геологическая перспектива сформировала его представления о происхождении жизни.
В 1980-х годах он нашел ископаемые свидетельства менее экстремального типа гидротермального источника, где температура была ниже 150 ° C. Он утверждал, что такие более мягкие температуры позволят молекулам жизни выжить гораздо дольше, чем предполагал Миллер.
Более того, в окаменелых останках этих вентиляционных отверстий было что-то странное.Минерал под названием пирит, состоящий из железа и серы, образовал трубки диаметром около 1 мм.
В своей лаборатории Рассел обнаружил, что пирит также может образовывать сферические капли. Он предположил, что первые сложные органические молекулы образовались внутри этих простых структур пирита.
Примерно в это время Вехтерсхойзер начал публиковать свои идеи, основанные на потоке горячей, богатой химическими веществами воды, текущей по минералу. Он даже предположил, что речь идет о пирите.
Его идея основывалась на работе одного из забытых гениев современной науки
Итак, Рассел сложил два и два.Он предположил, что гидротермальные источники в глубоком море, достаточно прохладные для образования структур пирита, являются местом обитания организмов-предшественников Вехтершойзера. Если Рассел был прав, жизнь зародилась на дне моря — и сначала появился метаболизм.
Рассел изложил все это в статье, опубликованной в 1993 году, через 40 лет после классического эксперимента Миллера. Это не получило такого же восторженного освещения в СМИ, но, возможно, было важнее. Рассел объединил две, казалось бы, отдельные идеи — метаболические циклы Вехтерсхойзера и гидротермальные источники Корлисса — во что-то действительно убедительное.
Чтобы сделать это еще более впечатляющим, Рассел также предложил объяснение того, как первые организмы получали свою энергию. Другими словами, он выяснил, как мог работать их метаболизм. Его идея опиралась на работы одного из забытых гениев современной науки.
В 1960-х годах биохимик Питер Митчелл заболел и был вынужден уйти из Эдинбургского университета. Вместо этого он создал частную лабораторию в удаленном особняке в Корнуолле. Изолированный от научного сообщества, его работа частично финансировалась стадом дойных коров.Многие биохимики, в том числе поначалу Лесли Оргел, чьи работы по РНК мы обсуждали во второй главе, считали его идеи совершенно нелепыми.
Теперь мы знаем, что процесс, идентифицированный Митчеллом, используется всеми живыми существами на Земле
Менее чем через два десятилетия Митчелл добился окончательной победы: Нобелевской премии по химии 1978 года. Его имя никогда не было нарицательным, но его идеи есть в каждом учебнике биологии.
Митчелл провел свою карьеру, выясняя, что организмы делают с энергией, которую они получают из пищи.Фактически, он спрашивал, как все мы живем от момента к моменту.
Он знал, что все клетки хранят свою энергию в одной и той же молекуле: аденозинтрифосфате (АТФ). Решающим моментом является цепочка из трех фосфатов, прикрепленных к аденозину. Добавление третьего фосфата требует много энергии, которая затем блокируется в АТФ.
Когда клетке нужна энергия — скажем, если мышце нужно сокращаться — она расщепляет третий фосфат АТФ. Это превращает его в аденозиндифосфат (АДФ) и высвобождает накопленную энергию.
Его имя никогда не было нарицательным.
Митчелл хотел узнать, как именно клетки производят АТФ. Как они сконцентрировали достаточно энергии на АДФ, чтобы прикрепился третий фосфат?
Митчелл знал, что фермент, производящий АТФ, находится на мембране. Поэтому он предположил, что клетка перекачивает заряженные частицы, называемые протонами, через мембрану, так что протонов было много с одной стороны и почти не было — с другой.
Протоны затем попытались бы течь обратно через мембрану, чтобы уравновесить количество протонов с каждой стороны, но единственное место, через которое они могли пройти, — это фермент.Проходящий поток протонов давал ферменту энергию, необходимую для производства АТФ.
Посмотрите, как клетки используют энергию, в этом видео:
Митчелл впервые высказал эту идею в 1961 году. Он провел следующие 15 лет, защищая ее от всех желающих, пока доказательства не стали неопровержимыми. Теперь мы знаем, что процесс, идентифицированный Митчеллом, используется всеми живыми существами на Земле. Это происходит прямо сейчас внутри ваших клеток. Как и ДНК, она имеет фундаментальное значение для жизни, какой мы ее знаем.
Вентиляционные отверстия Корлисса не годятся
Ключевым моментом, который понял Рассел, является градиент протонов Митчелла: наличие большого количества протонов на одной стороне мембраны и нескольких — на другой.Всем клеткам нужен протонный градиент для хранения энергии.
Современные клетки создают градиенты, перекачивая протоны через мембрану, но при этом задействован сложный молекулярный механизм, который не мог просто возникнуть. Итак, Рассел сделал еще один логический скачок: жизнь должна была образоваться где-то с естественным протонным градиентом.
Где-то вроде гидротермального источника. Но это должен быть особый тип вентиляции. Когда Земля была молодой, моря были кислыми, а в кислой воде было много протонов, плавающих внутри.Чтобы создать протонный градиент, вода из вентиляционного отверстия должна быть с низким содержанием протонов: она должна быть щелочной.
Вентиляционные отверстия Корлисса не подходят. Они были не только слишком горячими, но и кислыми. Но в 2000 году Дебора Келли из Вашингтонского университета открыла первые щелочные вентили.
Келли пришлось сражаться только за то, чтобы стать ученым. Ее отец умер, когда она заканчивала среднюю школу, и ей пришлось много работать, чтобы прокормить себя до учебы в колледже.
Он убедился, что жерла, подобные тем, что в Затерянном городе, были тем местом, где зародилась жизнь
Но ей это удалось, и она была очарована как подводными вулканами, так и обжигающими горячими гидротермальными жерлами. Эта любовь близнецов в конечном итоге привела ее к середине Атлантического океана. Там земная кора разрывается, и из морского дна поднимается горный хребет.
На этом хребте Келли нашла поле гидротермальных жерл, которое она назвала «Затерянным городом». Они не такие, как те, что нашел Корлисс.Температура воды, вытекающей из них, составляет всего 40-75 ° C, и она слабощелочная. Карбонатные минералы из этой воды собрались в крутые белые «дымоходы», которые поднимаются со дна моря, как органные трубы. Их внешний вид жутковат и похож на призраков, но это обманчиво: они являются домом для плотных сообществ микроорганизмов, которые процветают в вытяжной воде.
Эти щелочные вентили идеально подходили для идей Рассела. Он убедился, что в вентиляционных каналах, подобных тем, что в Затерянном городе, началась жизнь.
Но у него была проблема.Будучи геологом, он недостаточно знал о биологических клетках, чтобы сделать свою теорию действительно убедительной.
Итак, Рассел объединился с биологом Уильямом Мартином, драчливым американцем, который большую часть своей карьеры провел в Германии. В 2003 году пара представила улучшенную версию более ранних идей Рассела. Это, пожалуй, самая конкретная история о том, как началась жизнь.
Эта история теперь рассматривается как одна из главных гипотез происхождения жизни
Благодаря Келли они теперь знали, что камни щелочных отверстий были пористыми: они были покрыты крошечными отверстиями, заполненными водой.Они предположили, что эти маленькие карманы действуют как «клетки». Каждый карман содержал необходимые химические вещества, включая такие минералы, как пирит. В сочетании с естественным протонным градиентом из вентиляции они были идеальным местом для начала метаболизма.
По словам Рассела и Мартина, как только жизнь использовала химическую энергию вытяжной воды, она начала создавать молекулы, подобные РНК. В конце концов он создал свою собственную мембрану и превратился в настоящую клетку, вырвавшись из пористой породы в открытую воду.
Эта история сейчас считается одной из главных гипотез происхождения жизни.
Это нашло мощную поддержку в июле 2016 года, когда Мартин опубликовал исследование, реконструировавшее некоторые особенности «последнего универсального общего предка» (LUCA). Это организм, который жил миллиарды лет назад и от которого произошла вся существующая жизнь.
Сторонники RNA World говорят, что у теории вентиляции две проблемы. выжить сегодня.Это то, что сделал Мартин.
Он исследовал ДНК 1930 современных микроорганизмов и идентифицировал 355 генов, которые были почти у всех из них. Это, возможно, является доказательством того, что эти 355 генов передавались из поколения в поколение с тех пор, как эти 1930 микробов имели общего предка — примерно в то время, когда LUCA была жива.
Среди 355 генов были некоторые для использования протонного градиента, но не гены для его генерации — в точности, как предсказывали теории Рассела и Мартина.Более того, похоже, что LUCA адаптирована к присутствию химических веществ, таких как метан, что позволяет предположить, что он населял вулканически активную среду — например, вентиляционное отверстие.
Несмотря на это, сторонники RNA World говорят, что у теории вентиляции есть две проблемы. Одно потенциально могло быть исправлено: другое могло быть фатальным.
Первая проблема состоит в том, что нет экспериментальных доказательств описываемых Расселом и Мартином процессов. У них есть пошаговая история, но ни один из шагов не был замечен в лаборатории.
«Люди, которые думают, что репликация была первой, они постоянно предоставляют новые экспериментальные данные», — говорит эксперт по происхождению жизни Армен Мулкиджанян. «Люди, которые предпочитают метаболизм в первую очередь, этого не делают».
Химический состав всех этих молекул несовместим с водой
Это может измениться благодаря коллеге Мартина Нику Лейну из Университетского колледжа Лондона. Он построил «реактор происхождения жизни», который будет имитировать условия внутри щелочной вентиляции. Он надеется наблюдать метаболические циклы и, возможно, даже такие молекулы, как РНК.Но это еще не все.
Вторая проблема — расположение жерл в глубоком море. Как указал Миллер в 1988 году, длинноцепочечные молекулы, такие как РНК и белки, не могут образовываться в воде без ферментов, которые им помогают.
Для многих исследователей это несостоятельный аргумент. «Если у вас есть химический опыт, вы не можете купить идею глубоководных жерл, потому что вы знаете, что химический состав всех этих молекул несовместим с водой», — говорит Мулкиджанян.
Несмотря на это, Рассел и его союзники сохраняют оптимизм.
Но в последнее десятилетие на первый план вышел третий подход, подкрепленный серией необычных экспериментов. Это обещает то, что до сих пор не удалось ни миру РНК, ни гидротермальные источники: способ создать целую клетку с нуля.
Глава 5. Как сделать ячейку
К началу 2000-х годов были две основные идеи о том, как могла возникнуть жизнь. Сторонники «Мира РНК» были убеждены, что жизнь началась с самовоспроизводящейся молекулы.Тем временем ученые из лагеря «прежде всего метаболизм» разработали подробный рассказ о том, как жизнь могла зародиться в гидротермальных жерлах в глубоком море. Однако вот-вот выдвинулась третья идея.
Все живое на Земле состоит из клеток. Каждая клетка представляет собой мягкий шарик с жесткой внешней стенкой или «мембраной».
Смысл клетки — хранить вместе все необходимое для жизни. Если внешняя стенка разрывается, кишки выплескиваются наружу, и клетка умирает — точно так же, как человеку, которому выпотрошили кишки, обычно не остается долго жить.
В жару и бурю ранней Земли некоторые сырьевые материалы должны были собраться в грубые клетки
Внешняя стенка клетки настолько важна, что некоторые исследователи происхождения жизни утверждают, что это, должно быть, первое, что возникло. Они считают, что попытки «прежде всего генетика», обсуждаемые в третьей главе, и идеи «прежде всего метаболизм», обсуждаемые в четвертой главе, ошибочны. Их альтернатива — «сначала разделение» — имеет своего чемпиона Пьера Луиджи Луизи из Университета Рома Тре в Риме, Италия.
Рассуждения Луизи просты, и с ними трудно спорить. Как вы могли бы настроить рабочий метаболизм или самовоспроизводящуюся РНК, каждая из которых зависит от наличия большого количества химических веществ в одном месте, если у вас сначала нет контейнера для хранения всех молекул?
Если вы согласитесь с этим, жизнь могла начаться только одним способом. Каким-то образом в жару и бурю ранней Земли некоторые виды сырья должны были собраться в сырые клетки или «протоклетки». Задача состоит в том, чтобы сделать это в лаборатории: создать простую живую клетку.
Луизи может проследить свои идеи вплоть до Александра Опарина и зарождения науки о происхождении жизни в СССР, что обсуждается в первой главе. Опарин подчеркнул тот факт, что некоторые химические вещества образуют капли, называемые коацерватами, которые могут удерживать другие вещества в своих ядрах. Он предположил, что эти коацерваты были первыми протоклетками.
Задача заключалась в том, чтобы сделать протоклетки только из нужного вещества.
Любое жирное или маслянистое вещество будет образовывать капли или пленки в воде.Эти химические вещества в совокупности известны как липиды, и идея о том, что они сформировали первую жизнь, получила название «липидный мир».
Но просто формировать капли недостаточно. Капли должны быть стабильными, они должны иметь возможность делиться, образуя «дочерние» капли, и им нужен хотя бы некоторый контроль над тем, что перемещается в них и из них — и все это без сложных белков, которые современные клетки используют для достижения этих целей. .
Задача заключалась в том, чтобы сделать протоклетки только из нужного материала.Несмотря на то, что Луизи испробовал множество веществ за десятилетия, ему так и не удалось сделать ничего достаточно реалистичного, чтобы быть убедительным.
Затем в 1994 году Луизи сделал смелое предложение. Он предположил, что первые протоклетки должны были содержать РНК. Более того, эта РНК должна была реплицироваться внутри протоклетки.
Мы встречались на собраниях представителей истоков и обсуждали эти длинные споры.
Это был большой вопрос, и это означало отказ от подхода, основанного на чисто разделении.Но у Луизи были веские причины.
Клетка с внешней стенкой, но без генов внутри, не могла ничего сделать. Он мог бы делиться на дочерние клетки, но не мог передавать какую-либо информацию о себе своему потомству. Он мог бы начать развиваться и усложняться, только если бы содержал какие-то гены.
Эта идея вскоре получит решающую поддержку в лице Джека Шостака, чью работу над гипотезой мира РНК мы исследовали в третьей главе. В то время как Луизи был членом лагеря, ориентированного на компартментализацию, Шостак поддерживал приоритетность генетики, поэтому в течение многих лет они не встречались лицом к лицу.
«Мы встречались на встречах по происхождению и обсуждали долгие споры о том, что важнее, а что первым», — вспоминает Шостак. «В конце концов мы поняли, что в клетках есть и то, и другое. Мы пришли к консенсусу, что для происхождения жизни критически важно иметь как компартментализацию, так и генетическую систему».
Шостак и двое его коллег объявили о большом успехе
В 2001 году Шостак и Луизи изложили свои аргументы в пользу этого более унифицированного подхода. В статье Nature они утверждали, что должно быть возможно создавать простые живые клетки с нуля, размещая реплицирующиеся РНК в простом жирном пятне.
Это была драматическая идея, и вскоре Шостак решил вложить свои деньги в то, что ему было нужно. Рассуждая, что «мы не можем выдвинуть эту теорию без каких-либо подтверждений», он решил начать эксперименты с протоклетками.
Два года спустя Шостак и двое его коллег объявили о большом успехе.
Они экспериментировали с пузырьками: сферическими каплями с двумя слоями жирных кислот снаружи и центральной жидкостью.
Монтмориллонит и подобные ему глины могут иметь важное значение в происхождении жизни
Пытаясь найти способ ускорить создание пузырьков, они добавили маленькие частицы разновидности глины, называемой монтмориллонитом.
Это заставило пузырьки формироваться в 100 раз быстрее. Поверхность глины действовала как катализатор, как и фермент.
Более того, везикулы могут поглощать как частицы монтмориллонита, так и нити РНК с поверхности глины. Эти протоклетки теперь содержали гены и катализатор, все из одной простой установки.
Решение о добавлении монтмориллонита было принято не случайно. Несколько десятилетий работы показали, что монтмориллонит и подобные ему глины могут играть важную роль в происхождении жизни.
Монтмориллонит — это обычная глина. В настоящее время его используют для самых разных целей, в том числе для изготовления наполнителя для кошачьих туалетов. Он образуется, когда вулканический пепел разрушается погодой. Поскольку на ранней Земле было много вулканов, вполне вероятно, что монтмориллонита было в изобилии.
Еще в 1986 году химик Джеймс Феррис показал, что монтмориллонит является катализатором, который помогает формированию органических молекул. Позже он обнаружил, что он также ускоряет образование малых РНК.
Это заставило Ферриса предположить, что эта невзрачная глина была местом зарождения жизни.Шостак взял эту идею и реализовал ее, используя монтмориллонит для создания своих протоклеток.
Если протоклетки могли расти, возможно, они также могли бы делиться
Год спустя команда Шостака обнаружила, что их протоклетки могут расти сами по себе.
По мере того, как все больше молекул РНК упаковывалось в протоклетку, внешняя стенка испытывала растущее напряжение. Как будто протоклетка набита желудком и может лопнуть.
Для компенсации протоклетка собрала больше жирных кислот и включила их в свою стенку, что позволило ей набухнуть до большего размера и ослабить напряжение.
Что особенно важно, он взял жирные кислоты из других протоклеток, которые содержали меньше РНК, что привело к их сокращению. Это означало, что протоклетки конкурировали, а те, у которых было больше РНК, побеждали.
Это наводило на мысль о еще более впечатляющем. Если протоклетки могли расти, возможно, они также могли бы делиться. Могут ли протоклетки Шостака воспроизводиться?
Первые эксперименты Шостака показали способ деления протоклеток. Выдавливание их через маленькие отверстия вытягивало их в трубочки, которые затем распадались на «дочерние» протоклетки.
Протоклетки росли и меняли форму, вытягиваясь в длинные, похожие на веревки нити
Это было аккуратно, потому что не задействовался клеточный механизм: просто приложение давления. Но это не было отличным решением, потому что протоклетки потеряли часть своего содержимого в процессе. Это также означало, что первые клетки могли делиться только в том случае, если их проталкивали через крошечные отверстия.
Есть много способов заставить везикулы делиться: например, добавление сильного потока воды, создающего силу сдвига.Хитрость заключалась в том, чтобы заставить протоклетки делиться, не разрывая кишки.
В 2009 году Шостак и его ученик Тин Чжу нашли решение. Они сделали несколько более сложные протоклетки с несколькими концентрическими внешними стенками, немного похожими на слои луковицы. Несмотря на свою сложность, эти протоклетки все же было легко изготовить.
По мере того как Чжу кормил их все большим количеством жирных кислот, протоклетки росли и меняли форму, вытягиваясь в длинные, похожие на веревку нити. Как только протоклетка становится достаточно длинной, небольшого усилия сдвига становится достаточно, чтобы разбить ее на десятки маленьких дочерних протоклеток.
Каждая дочерняя протоклетка содержала РНК от родительской протоклетки, и почти вся РНК была потеряна. Более того, протоклетки могут повторять цикл многократно, при этом дочерние протоклетки растут, а затем делятся сами.
В более поздних экспериментах Чжу и Шостак нашли еще больше способов убедить протоклетки разделиться. По крайней мере, этот аспект проблемы вроде бы решен.
Однако протоклетки все еще недостаточно работали. Луизи хотел, чтобы протоклетки содержали реплицирующуюся РНК, но до сих пор РНК просто сидела в них и ничего не делала.
В этих пыльных бумагах были спрятаны ценные ключи.
Чтобы действительно показать, что его протоклетки могли быть первой жизнью на Земле, Шостаку нужно было убедить РНК внутри них воспроизвести себя.
Это будет нелегко, потому что, несмотря на десятилетия попыток, описанных в третьей главе, никому не удалось создать РНК, которая могла бы самовоспроизводиться. Это была та самая проблема, которая загнала Шостака в тупик в его ранней работе над «Миром РНК», и которую никому другому не удалось решить.
Итак, он вернулся и перечитал работу Лесли Оргела, который так долго работал над гипотезой мира РНК. В этих пыльных бумагах были спрятаны ценные улики.
Оргел провел много 1970-х и 1980-х годов, изучая, как копируются цепи РНК.
Так могла первая жизнь копировать свои гены
По сути, это просто. Возьмите одну цепь РНК и пул свободных нуклеотидов. Затем используйте эти нуклеотиды для сборки второй цепи РНК, комплементарной первой.
Например, цепь РНК, которая читается как «CGC», будет производить комплементарную цепь, которая читается как «GCG». Если вы сделаете это дважды, вы получите копию оригинального «CGC» окольным путем.
Оргел обнаружил, что при определенных обстоятельствах цепи РНК могут копироваться таким образом без какой-либо помощи ферментов. Возможно, именно так первая жизнь скопировала свои гены.
К 1987 году Orgel мог взять цепь РНК длиной 14 нуклеотидов и создать дополнительные цепи, длина которых также составляла 14 нуклеотидов.Больше ему ничего не удавалось, но этого было достаточно, чтобы заинтриговать Шостака. Его ученица Катаржина Адамала пыталась вызвать эту реакцию в протоклетках.
Они построили протоклетки, которые держатся за их гены, принимая полезные молекулы извне.
Они обнаружили, что для работы реакции необходим магний, что было проблемой, потому что магний разрушил протоклетки. Но было простое решение: цитрат, который почти идентичен лимонной кислоте в лимонах и апельсинах и в любом случае содержится во всех живых клетках.
В исследовании, опубликованном в 2013 году, они добавили цитрат и обнаружили, что он цепляется за магний, защищая протоклетки, позволяя продолжить копирование шаблона.
Другими словами, они достигли того, что предложил Луизи в 1994 году. «Мы начали заниматься химией репликации РНК внутри этих везикул жирных кислот», — говорит Шостак.
Всего за десять лет исследований команда Шостака достигла чего-то выдающегося.
Они построили протоклетки, которые держатся за свои гены, принимая полезные молекулы извне.Протоклетки могут расти, делиться и даже соревноваться друг с другом. РНК может реплицироваться внутри них. По любым меркам они поразительно похожи на живые.
Подход Шостака пошел вразрез с 40-летней работой над источником жизни
Они также устойчивы. В 2008 году команда Шостака обнаружила, что протоклетки могут выжить при нагревании до 100 ° C — температуры, которая уничтожит большинство современных клеток. Это подтвердило тот факт, что протоклетки были похожи на первые живые существа, которые должны были выдерживать обжигающий жар от постоянных ударов метеоритов.
«Шостак делает большую работу», — говорит Армен Мулкиджанян.
Однако на первый взгляд подход Шостака противоречил 40-летним исследованиям происхождения жизни. Вместо того, чтобы сосредоточиться на «сначала репликации» или «сначала компартментализации», он нашел способы добиться того, чтобы и то и другое происходило практически одновременно.
Это вдохновило бы на новый единый подход к происхождению жизни, который пытается запустить все функции жизни одновременно. Эта идея «все в первую очередь» уже накопила множество доказательств и потенциально может решить все проблемы с существующими идеями.
Глава 6. Великое объединение
На протяжении второй половины 20 века исследователи происхождения жизни работали в племенах. Каждая группа предпочитала собственное повествование и по большей части отвергала конкурирующие гипотезы. Этот подход, безусловно, оказался успешным, о чем свидетельствуют предыдущие главы, но каждая многообещающая идея происхождения жизни в конечном итоге наталкивается на серьезную проблему. Итак, несколько исследователей сейчас пробуют более унифицированный подход.
Эта идея получила первый большой импульс несколько лет назад в результате результата, который на первый взгляд, казалось, поддерживал традиционный мир РНК, ориентированный на репликацию.
Все ключевые компоненты жизни могли быть сформированы сразу
К 2009 году у сторонников Мира РНК возникла большая проблема. Они не могли создавать нуклеотиды, строительные блоки РНК, так, как это, вероятно, могло произойти на ранней Земле. Это, как мы узнали из третьей главы, заставляло людей подозревать, что первая жизнь вообще не была основана на РНК.
Джон Сазерленд думал об этой проблеме с 1980-х годов. «Я подумал, если бы вы могли продемонстрировать, что РНК способна самостоятельно собираться, это было бы круто», — говорит он.
К счастью для Сазерленда, он получил работу в Лаборатории молекулярной биологии (LMB) в Кембридже, Великобритания. Большинство исследовательских институтов заставляют своих сотрудников постоянно публиковать новые открытия, но LMB этого не делает. Таким образом, Сазерленд мог подумать, почему так сложно создать нуклеотид РНК, и потратить годы на разработку альтернативного подхода.
Его решение привело бы его к предложению радикально новой идеи о происхождении жизни, а именно о том, что все ключевые компоненты жизни могут быть сформированы одновременно.
«Были некоторые ключевые аспекты химии РНК, которые не работали», — говорит Сазерленд. Каждый нуклеотид РНК состоит из сахара, основания и фосфата. Но убедить сахар и основу объединиться не удалось. Просто молекулы имели неправильную форму.
Он считает, что РНК была в большой степени задействована, но это не было единым целым
Итак, Сазерленд начал пробовать совершенно другие вещества.В конце концов его команда остановилась на пяти простых молекулах, включая другой сахар и цианамид, который, как следует из названия, связан с цианидом. Команда провела с этими химическими веществами серию реакций, в результате которых были получены два из четырех нуклеотидов РНК, без образования отдельных сахаров или оснований.
Это был головокружительный успех, и он сделал имя Сазерленда.
Многие наблюдатели интерпретировали полученные данные как дополнительные доказательства существования мира РНК. Но сам Сазерленд совсем этого не видит.
«Классическая» гипотеза мира РНК гласит, что у первых организмов РНК отвечала за все жизненные функции. Но Сазерленд говорит, что это «безнадежно оптимистично». Он считает, что РНК была очень вовлечена в процесс, но это не было единым целым.
Молекулы просто имели неправильную форму
Вместо этого он черпает вдохновение из недавней работы Джека Шостака, который, как обсуждалось в пятой главе, сочетает в себе мир РНК, основанный на репликации, с компартментализацией Пьера Луиджи Луизи первые «идеи».
Но Сазерленд идет дальше. Его подход — «все в первую очередь». Он стремится собрать целую клетку с нуля.
Его первой подсказкой была странная деталь о его синтезе нуклеотидов, которая поначалу казалась случайной.
Последним шагом в процессе Сазерленда было прикрепление фосфата к нуклеотиду. Но он обнаружил, что лучше всего включать фосфат в смесь с самого начала, потому что это ускоряет более ранние реакции.
На первый взгляд, включение фосфата до того, как он был строго необходим, было неприятным занятием, но Сазерленд обнаружил, что этот беспорядок — это хорошо.
Получите достаточно сложную смесь, и все компоненты жизни могут образоваться сразу
Это заставило его задуматься о том, насколько беспорядочными должны быть его смеси. На ранней Земле, должно быть, существовали десятки или сотни химических веществ, плавающих вместе. Звучит как рецепт приготовления осадка, но, возможно, это был оптимальный уровень беспорядка.
Смеси, которые Стэнли Миллер сделал еще в 1950-х годах, которые мы рассмотрели в первой главе, были гораздо более беспорядочными, чем смеси Сазерленда.Они действительно содержали биологические молекулы, но Сазерленд говорит, что они «были в следовых количествах, и они сопровождались огромным количеством других соединений, которые не являются биологическими».
Для Сазерленда это означало, что установка Миллера была недостаточно хороша. Это было слишком грязно, поэтому полезные химические вещества терялись в смеси.
Итак, Сазерленд решил найти «химию Златовласки»: такую, которая не настолько беспорядочная, что становится бесполезной, но также не настолько проста, чтобы ограничивать свои возможности.Получите достаточно сложную смесь, и все компоненты жизни могут сформироваться одновременно, а затем соединиться.
Другими словами, четыре миллиарда лет назад на Земле был пруд. Он оставался там годами, пока смесь химикатов не стала подходящей. Затем, возможно, через несколько минут появилась первая ячейка.
Это может показаться неправдоподобным, как утверждения средневековых алхимиков. Но свидетельств Сазерленда растет. С 2009 года он показал, что тот же химический состав, что и два его нуклеотида РНК, может также создавать многие другие молекулы жизни.
Весь наш подход к происхождению жизни за последние 40 лет был неправильным
Очевидным следующим шагом было создание большего количества нуклеотидов РНК. Ему пока не удалось это сделать, но в 2010 году он создал близкородственные молекулы, которые потенциально могут превращаться в нуклеотиды.
Аналогичным образом в 2013 году он сделал предшественники аминокислот. На этот раз ему нужно было добавить цианид меди, чтобы реакция пошла.
Химические вещества, связанные с цианидами, оказались общей темой, и в 2015 году Сазерленд пошел еще дальше.Он показал, что тот же самый горшок с химическими веществами может также производить предшественники липидов, молекулы, из которых состоят клеточные стенки. Все реакции были вызваны ультрафиолетовым светом, с участием серы и медью для их ускорения.
«Все строительные блоки [возникают] из общего ядра химических реакций», — говорит Шостак.
Эксперименты были слишком чистыми
Если Сазерленд прав, то весь наш подход к происхождению жизни за последние 40 лет был ошибочным.С тех пор, как стала очевидна явная сложность клетки, ученые работали над предположением, что первые клетки должны были создаваться постепенно, по одной части.
Следуя предложению Лесли Оргела о РНК, исследователи «пытались поставить одно перед другим, а затем заставить их изобрести другое», — говорит Сазерленд. Но он считает, что лучший способ — сделать все сразу.
«Мы опровергли идею о том, что слишком сложно сделать все за один раз», — говорит Сазерленд.«Вы, конечно, можете создать строительные блоки для всех систем одновременно».
Шостак теперь подозревает, что большинство попыток создать молекулы жизни и собрать их в живые клетки потерпели неудачу по той же причине: эксперименты были слишком чистыми.
Я действительно вернулся к мысли, что первый полимер был чем-то довольно близким к РНК
Ученые использовали несколько интересующих их химикатов, исключив все остальные, которые, вероятно, присутствовали в ранняя Земля.Но работа Сазерленда показывает, что, добавляя еще несколько химикатов, можно создать более сложные явления.
Шостак испытал это на себе в 2005 году, когда пытался заставить свои протоклетки принимать фермент РНК. Ферменту нужен магний, который разрушает мембраны протоклеток.
Решение оказалось неожиданным. Вместо того, чтобы делать везикулы из одной чистой жирной кислоты, они сделали их из смеси двух. Эти новые нечистые везикулы могли справиться с магнием — а это означало, что они могли стать хозяином для работающих ферментов РНК.
Более того, Шостак говорит, что первые гены тоже могли охватывать беспорядок.
Современные организмы используют чистую ДНК для переноса своих генов, но чистой ДНК, вероятно, поначалу не существовало. Это была бы смесь нуклеотидов РНК и нуклеотидов ДНК.
В 2012 году Шостак показал, что такая смесь может собираться в «мозаичные» молекулы, которые выглядят и ведут себя очень похоже на чистую РНК. Эти перемешанные цепи РНК / ДНК могли даже аккуратно сложиться.
Есть одна проблема, которую ни Сазерленд, ни Шостак не нашли решения для
. Это предполагает, что не имеет значения, если первые организмы не могли производить чистую РНК или чистую ДНК.«Я действительно вернулся к мысли, что первый полимер был чем-то очень похожим на РНК, более сложной версией РНК», — говорит Шостак.
Возможно, даже найдется место для альтернатив РНК, которые были приготовлены в лабораториях, таких как TNA и PNA, с которыми мы познакомились в третьей главе. Мы не знаем, существовали ли какие-либо из них когда-либо на Земле, но если да, то первые организмы вполне могли использовать их вместе с РНК.
Это не был мир РНК: это был «мир Ходжа-Толстяка».
Урок из этих исследований состоит в том, что создание первой ячейки, возможно, было не так сложно, как когда-то казалось.Да, клетки — это сложные машины. Но оказывается, что они все еще работают, хотя и не так хорошо, когда их бросают в заблуждение из того, что есть под рукой.
Казалось бы, такие неуклюжие клетки вряд ли выживут на ранней Земле. Но у них не было бы большой конкуренции и не было бы угрожающих хищников, так что во многих отношениях жизнь могла быть легче тогда, чем сейчас.
Есть одна проблема, которую ни Сазерленд, ни Шостак не нашли решения, и это большая проблема.У первого организма должна была быть какая-то форма метаболизма. С самого начала жизнь должна была получить энергию, иначе она бы умерла.
Тогда жизнь могла быть проще, чем сейчас.
В этом вопросе, хотя бы ни в чем другом, Сазерленд соглашается с Майком Расселом, Биллом Мартином и другими сторонниками теорий четвертой главы о метаболизме. «Пока ребята из РНК боролись с ребятами из области метаболизма, обе стороны были правы», — говорит Сазерленд.
«Истоки метаболизма каким-то образом должны быть там», — говорит Шостак.«Источник химической энергии будет большим вопросом».
Даже если Мартин и Рассел ошибаются в том, что жизнь зарождается в глубоководных жерлах, многие элементы их теории почти наверняка верны. Один из них — важность металлов для зарождения жизни.
В природе многие ферменты имеют в своей основе атом металла. Это часто «активная» часть фермента, с остальной частью молекулы по существу опорной конструкции. В первой жизни не могло быть этих сложных ферментов, поэтому вместо этого она, вероятно, использовала «голые» металлы в качестве катализаторов.
Жизнь не может начаться в морских глубинах.
Гюнтер Вехтерсхойзер сделал это, когда предположил, что жизнь формируется на железном пирите. Точно так же Рассел подчеркивает, что воды гидротермальных источников богаты металлами, которые могут действовать как катализаторы, а исследование LUCA Мартином обнаружило много ферментов на основе железа.
В свете этого, это говорит о том, что многие химические реакции Сазерленда зависят от меди (и, кстати, от серы, которую также подчеркивал Вехтерсхойзер), и что РНК в протоклетках Шостака нуждается в магнии.
Возможно, гидротермальные источники еще будут иметь решающее значение. «Если вы посмотрите на современный метаболизм, там есть все эти действительно наводящие на размышления вещи, такие как кластеры железо-сера», — говорит Шостак. Это соответствует представлению о том, что жизнь зародилась в вентиляционном отверстии или вокруг него, где вода богата железом и серой.
Тем не менее, если Сазерленд и Шостак находятся на правильном пути, один аспект теории вентиляции определенно неверен: жизнь не могла начаться в глубоком море.
«Обнаруженный нами химический состав настолько зависит от УФ [ультрафиолетового света]», — говорит Сазерленд.Единственный источник ультрафиолетового излучения — Солнце, поэтому его реакции могут происходить только в солнечных местах. «Это исключает сценарий глубоководных источников».
Может быть, жизнь началась на суше, в вулканическом пруду
Шостак согласен с тем, что глубокое море не было рассадником жизни. «Хуже всего то, что он изолирован от химии атмосферы, которая является источником высокоэнергетических исходных материалов, таких как цианид».
Но эти проблемы не исключают полностью гидротермальные источники.Возможно, вентиляционные отверстия находились просто на мелководье, откуда до них доходили солнечный свет и цианид.
Армен Мулкиджанян предложил альтернативу. Может, жизнь началась на суше, в вулканическом пруду.
Мулкиджанян изучил химический состав клеток: в частности, какие химические вещества они допускают, а какие не пропускают. Оказывается, все клетки, независимо от того, к какому организму они принадлежат, содержат много фосфатов, калия и других металлов, но почти не содержат натрия.
Моим любимым сценарием на данный момент были бы какие-то мелкие озера или пруды на поверхности
В настоящее время клетки достигают этого, закачивая и выкачивая предметы, но первые клетки не могли этого сделать, потому что у них не было бы необходимая техника.Итак, Мулкиджанян предположил, что первые клетки образовались где-то с примерно такой же смесью химических веществ, как и современные клетки.
Это немедленно устраняет океан. Клетки содержат гораздо больше калия и фосфатов, чем когда-либо было в океане, и гораздо меньше натрия.
Вместо этого он указывает на геотермальные пруды, обнаруженные рядом с действующими вулканами. В этих прудах содержится именно тот коктейль металлов, который содержится в клетках.
Шостак фанат. «Я думаю, что мой любимый сценарий на данный момент — это какие-то мелкие озера или пруды на поверхности в геотермически активной зоне», — говорит он.«У вас есть гидротермальные источники, но они не похожи на глубоководные, а больше похожи на те, что есть в вулканических районах, таких как Йеллоустон».
Земля была поражена метеоритами в течение первых полмиллиарда лет своего существования
Химия Сазерленда вполне могла сработать в таком месте. В источниках содержатся подходящие химические вещества, уровень воды колеблется, поэтому некоторые места будут время от времени пересыхать, и есть много ультрафиолетового излучения от Солнца.
Более того, Шостак говорит, что пруды подходят для его протоклеток.
«Протоклетки большую часть времени могут быть относительно холодными, что хорошо для копирования РНК и других видов простого метаболизма», — говорит Шостак. «Но время от времени они ненадолго нагреваются, и это помогает цепям РНК разделиться на части, готовые к следующему раунду репликации». Также будут токи, вызванные потоками горячей воды, которые могут помочь протоклеткам делиться.
Опираясь на многие из тех же аргументов, Сазерленд выдвинул третий вариант: зона падения метеорита.
Земля была поражена метеоритами в течение первых полумиллиарда лет своего существования — и с тех пор периодически на нее падали. Удар приличного размера создаст обстановку, очень похожую на пруды Мулкиджаняна.
Во-первых, метеориты в основном сделаны из металла. Зоны воздействия обычно богаты полезными металлами, такими как железо, а также серой. И что особенно важно, удары метеоритов расплавляют земную кору, что приводит к геотермальной активности и горячей воде.
Если окажется, что в одном из сценариев отсутствует ключевое химическое вещество или что-то, что разрушает протоклетки, будет исключено
Сазерленд представляет небольшие реки и ручьи, стекающие по склонам ударного кратера, выщелачивая цианид. химические вещества на основе горных пород, в то время как ультрафиолетовое излучение льется сверху.В каждом потоке будет немного разная смесь химикатов, поэтому будут происходить разные реакции и образоваться целый ряд органических химикатов.
Наконец, потоки впадут в вулканический пруд на дне кратера. Это могло быть в таком пруду, где все части сошлись вместе и образовались первые протоклетки.
«Это очень специфический сценарий», — говорит Сазерленд. Но он выбрал его на основании обнаруженных им химических реакций. «Это единственное, что мы можем придумать, совместимое с химией.«
Шостак в любом случае не уверен, но он согласен с тем, что идея Сазерленда заслуживает пристального внимания.» Я думаю, что сценарий столкновения хорош. Я думаю, что идея вулканических систем тоже может сработать. Есть несколько аргументов в пользу каждого ».
На данный момент эти дебаты, похоже, продолжаются. Но это не будет принято по прихоти. Решение будет зависеть от химии и протоклеток. Если окажется, что это одно из в сценариях отсутствует ключевое химическое вещество или что-то, что разрушает протоклетки, будет исключено.
Это означает, что впервые в истории у нас есть начало исчерпывающего объяснения того, как зародилась жизнь.
«Все выглядит намного более достижимым, — говорит Сазерленд.
Лучшее, что мы можем когда-либо сделать, — это составить историю, которая согласуется со всеми доказательствами.
До сих пор подход Шостака и Сазерленда «все и сразу» предлагает только отрывочное повествование. Но те шаги, которые были разработаны, подкреплены десятилетиями экспериментов.
В этой идее также учитывается любой подход к происхождению жизни. Он пытается использовать все их хорошие стороны, в то же время решая все их проблемы. Например, он не столько пытается опровергнуть идеи Рассела о гидротермальных источниках, сколько включить их лучшие элементы.
Мы не можем знать наверняка, что произошло четыре миллиарда лет назад. «Даже если вы сделали реактор и на другой стороне выскочили бы E. coli … вы все равно не сможете доказать, что мы возникли таким образом», — говорит Мартин.
Лучшее, что мы можем когда-либо сделать, — это составить историю, которая согласуется со всеми доказательствами: с экспериментами по химии, с тем, что мы знаем о ранней Земле, и с тем, что биология открывает о древнейших формах жизни. Наконец, после столетия напряженных усилий, эта история стала очевидной.
Это означает, что мы приближаемся к одному из величайших разделов в истории человечества: разрыв между теми, кто знает историю начала жизни, и теми, кто никогда не знал.
Некоторые из ныне живущих людей станут первыми в истории, кто сможет честно сказать, что они знают, откуда они пришли
Каждый человек, умерший до того, как Дарвин опубликовал Происхождение видов в 1859 году, не знал происхождения человечества, потому что они ничего не знали об эволюции.Но все живущие сейчас, за исключением изолированных групп, могут знать правду о нашем родстве с другими животными.
Точно так же каждый, кто родился после того, как Юрий Гагарин облетел Землю в 1961 году, жил в обществе, которое может путешествовать в другие миры. Даже если мы никогда не поедем сами, космические путешествия — это реальность.
Эти факты незаметно меняют наше мировоззрение. Возможно, они делают нас мудрее. Эволюция учит нас ценить все живые существа, потому что они наши кузены. Космические путешествия позволяют нам увидеть наш мир на расстоянии, показывая, насколько он уникален и хрупок.
Некоторые из ныне живущих людей станут первыми в истории, кто сможет честно сказать, что они знают, откуда они пришли. Они узнают, каким был их предок и где он жил.
Эти знания изменят нас. На чисто научном уровне он расскажет нам о вероятности образования жизни во Вселенной и о том, где ее искать. И это расскажет нам кое-что о сущности жизни. Но помимо этого, мы еще не можем знать мудрость, которую откроет происхождение жизни.
Присоединяйтесь к более чем пяти миллионам поклонников BBC Earth, поставив нам лайк на Facebook или подписавшись на нас в Twitter и Instagram.
Если вам понравился этот рассказ, подпишитесь на еженедельную рассылку новостей bbc.com под названием «Если вы прочитаете только 6 статей на этой неделе». Тщательно подобранная подборка историй из BBC Future, Earth, Culture, Capital, Travel и Autos, которые доставляются вам на почту каждую пятницу.
Гипотеза Земли снежного кома | Britannica
Гипотеза Земли снежного кома , в геологии и климатологии, объяснение, впервые предложенное американским геобиологом Дж.Л. Киршвинк предполагает, что океаны Земли и поверхность суши были покрыты льдом от полюсов до экватора во время по крайней мере двух экстремальных похолоданий между 2,4 и 580 миллионами лет назад.
Подробнее по этой теме
изменение климата: гипотеза Земли снежного кома
Геохимические и осадочные данные показывают, что Земля пережила целых четыре экстремальных похолодания между 750 миллионами и 580 годами…
Доказательства этой гипотезы находятся в старых породах, сохранивших следы древнего магнитного поля Земли. Измерения этих пород показывают, что породы, которые, как известно, связаны с наличием льда, образовались вблизи экватора. Кроме того, в пустыне Калахари есть 45-метровый (147,6-футовый) слой марганцевой руды, возраст которого соответствует концу периода «Земля-снежок», который длился 2,4 миллиарда лет; Считается, что его отложение было вызвано быстрыми и массовыми изменениями глобального климата по мере таяния ледяного покрова во всем мире.
Из этой гипотезы вытекают два важных вопроса. Во-первых, как Земля, будучи замороженной, могла оттаять? Во-вторых, как жизнь могла пережить периоды глобального замораживания? Одно из предлагаемых решений первого вопроса включает в себя выделение вулканами огромного количества углекислого газа, что могло бы быстро нагреть поверхность планеты за счет усиления так называемого парникового эффекта планеты, особенно с учетом того, что основные углекислые газы поглощаются (выветривание горных пород и фотосинтез) были бы увлажнены замерзшей Землей.Один из возможных ответов на второй вопрос может заключаться в существовании современных форм жизни в горячих источниках и глубоководных жерлах, которые существовали бы давно, несмотря на замороженное состояние поверхности Земли. В качестве альтернативы, пруды с талой водой на поверхности льда или более теплые рефугиумы возле действующих вулканов могли служить убежищем для ранних форм жизни.
Вокруг этой идеи продолжается много споров, и многие критики высказались в поддержку конкурирующей предпосылки, называемой «гипотеза Slushball Earth».”
Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчасРадикально новая теория переписывает историю возникновения жизни на Земле
Долгое время считалось, что ингредиенты жизни складывались медленно, по крупицам. Теперь есть доказательства того, что все это произошло сразу в результате большого химического взрыва
. земля 5 августа 2020 г.Майкл Маршалл
Олли Херст
КОГДА Земля сформировалась 4.5 миллиардов лет назад это был стерильный каменный шар, обрушившийся на метеориты и покрытый извергающимися вулканами. В течение миллиарда лет он был заселен микроорганизмами. Сегодня жизнь охватывает каждый сантиметр планеты, от самых высоких гор до глубочайшего моря. Тем не менее, все остальные планеты Солнечной системы кажутся безжизненными. Что случилось на нашей молодой планете? Как его бесплодные камни, песок и химические вещества дали начало жизни?
Было предложено много идей, чтобы объяснить, как это началось.Большинство из них основаны на предположении, что клетки слишком сложны, чтобы образоваться сразу, поэтому жизнь должна была начаться с одного компонента, который выжил и каким-то образом создал другие вокруг себя. Однако при практическом применении в лаборатории эти идеи не дают ничего особенно реалистичного. Некоторые исследователи начинают понимать, что это похоже на попытку построить автомобиль, сделав шасси и надеясь, что колеса и двигатель появятся спонтанно.
Альтернатива — что жизнь возникла полностью сформировавшейся — кажется еще более маловероятной.И все же, возможно, поразительно, что две линии доказательств сходятся, чтобы предположить, что именно это и произошло. Оказывается, все ключевые молекулы жизни могут образоваться из одной и той же простой химии на основе углерода. Более того, они легко комбинируются, образуя поразительно реалистичные протоклетки. Эта идея о происхождении жизни, основанная на принципах «все в первую очередь», не только объясняет, как зародилась жизнь, но и влияет на то, где она зародилась, а также на наиболее вероятные места появления внеземной жизни.
Проблема с пониманием происхождения жизни состоит в том, что мы не знаем, что такое первая жизнь…
Происхождение Луны
Дизайн страницы: Грегг Херрес и Уильям К.Hartmann
PSI роль:
Два старших ученых PSI, доктор Уильям К. Хартманн и доктор Дональд Р. Дэвис, были первыми, кто выдвинул ведущую современную гипотезу происхождения Луны в статье, опубликованной в 1975 году в журнале Icarus.
Авторские права на живопись William K. Hartmann
The Giant Impact , как показано на картине Уильяма К.Хартманн на обложке журнала Natural History Magazine в 1981 году. Copyright Уильям К. ХартманнВ двух словах об идее:
В то время, когда Земля сформировалась 4,5 миллиарда лет назад, росли и другие более мелкие планетные тела. Один из них ударил Землю в конце процесса роста Земли, взорвав скалистые обломки. Часть этого мусора вышла на орбиту вокруг Земли и собралась в Луну.
Полчаса после гигантского удара , на основе компьютерного моделирования А.Кэмерон, В. Бенц, Дж. Мелош и другие. Авторские права Уильям К. ХартманнПочему это хорошая гипотеза:
- Земля имеет большое железное ядро, а Луна — нет. Это связано с тем, что к моменту гигантского столкновения железо Земли уже просочилось в ядро. Таким образом, обломки, выброшенные и из Земли, и из ударника, происходили из их обедненной железом каменистой мантии. Согласно компьютерным моделям, железный сердечник ударного элемента расплавился при ударе и слился с железным ядром Земли.
- Земля имеет среднюю плотность 5,5 г / кубический сантиметр, а Луна имеет плотность всего 3,3 г / куб. Причина в том, что на Луне нет железа.
- Луна имеет точно такой же изотопный состав кислорода, как Земля, тогда как горные породы Марса и метеориты из других частей Солнечной системы имеют другой изотопный состав кислорода. Это показывает, что Луна образовалась из материала, сформированного по соседству с Землей.
- Если теория происхождения Луны требует эволюционного процесса, ей трудно объяснить, почему на других планетах нет подобных лун.(Только у Плутона есть спутник, который составляет значительную часть его собственного размера.) Наша гипотеза гигантского столкновения имела то преимущество, что предполагала случайное катастрофическое событие, которое могло произойти только с одной или двумя планетами из девяти.
Какие были некоторые предыдущие идеи?
- Одна из ранних теорий заключалась в том, что Луна является сестринским миром, который сформировался на орбите вокруг Земли во время формирования Земли. Эта теория провалилась, потому что не могла объяснить, почему на Луне не хватает железа.
- Вторая ранняя идея заключалась в том, что Луна образовалась где-то в другом месте Солнечной системы, где было мало железа, а затем была захвачена на орбиту вокруг Земли.Это не удалось, когда лунные породы показали тот же изотопный состав, что и Земля.
- Третья ранняя идея заключалась в том, что ранняя Земля вращалась так быстро, что вращалась вокруг Луны. Эта идея создала бы луну, похожую на мантию Земли, но она потерпела неудачу, когда анализ полного углового момента и задействованной энергии показал, что нынешняя система Земля-Луна не может образоваться таким образом.
Откуда взялась теория?
Хартманн и Дэвис были знакомы с работой, проделанной в Советском Союзе в 1960-х годах, по объединению планет из бесчисленных астероидоподобных тел, называемых планетезималиями.Во многом эта работа была начата российским астрофизиком В. С. Сафроновым.
Взяв за основу общие идеи Сафронова, Хартманн и Дэвис провели расчеты скорости роста 2-го, 3-го и т. Д. Тел в непосредственной близости от Земли по мере роста самой Земли. Так же, как пояс астероидов сегодня имеет самый большой астероид (Церера) диаметром 1000 км и несколько более мелких тел диаметром 300-500 км, в области орбиты Земли было бы несколько тел размером примерно с половину земного шара. растущая Земля.Наша идея заключалась в том, что в случае с Землей (но не с другими планетами) столкновение произошло достаточно поздно и в таком направлении относительно вращения Земли, что было выброшено достаточно большого количества среднего вещества, чтобы образовалась Луна.
Как развивалась теория?
После того, как мы впервые представили теорию в 1974 году на конференции по спутникам, Гарвардский исследователь А.Г. У. Кэмерон заявил, что он и Уильям Уорд также работали над той же идеей, но исходили из другой мотивации — исследования углового момента. в системе — и они пришли к выводу, что падающее тело должно быть размером примерно с Марс (треть или половина размера Земли).Наша статья была опубликована в 1975 году (Hartmann and Davis, Icarus , 24 , 504-505). Кэмерон и Уорд опубликовали реферат по этой идее на конференции Lunar Science в 1976 году, через два года после публикации PSI.
Пять часов после удара , основано на компьютерном моделировании, выполненном А. Камероном, В. Бенцем, Дж. Мелошем и другими. Авторские права Уильям К. ХартманнВ 1983 году Томпсон и Стивенсон проделали некоторую работу по формированию лунок в диске обломков, который образовался вокруг Земли после удара.Однако в целом теория оставалась в силе до 1984 года, когда в Коне, Гавайи, была организована международная встреча по вопросу происхождения Луны. На этой встрече гипотеза гигантского удара стала ведущей и с тех пор остается в этой роли. Доктор Майкл Дрейк, директор факультета планетологии Университета Аризоны, недавно назвал эту встречу, возможно, самой успешной в истории планетологии.
Сборник статей с этой встречи был опубликован Лунным и планетарным институтом (Хьюстон) в книге 1986 года «Происхождение Луны» под редакцией ученого PSI Уильяма Хартманна вместе с Джеффри Тейлором и Роджером Филлипсом.Эта книга остается основным справочником по этому вопросу. Тем временем такие исследователи, как Вилли Бенц, Джей Мелош, А. Г. У. Камерон и другие, попытались создать компьютерные модели гигантского удара, чтобы определить, сколько материала пойдет на орбиту. Некоторые из этих результатов были использованы Хартманном для создания рисунков на этой веб-странице, пытаясь показать, как воздействие могло бы выглядеть для человека-наблюдателя (если бы люди были рядом — они появились только через 4,5 миллиарда лет спустя. !)
В 1990-х гг.Робин Кэнап написал докторскую диссертацию. диссертацию о происхождении Луны и гипотезу гигантского удара, которая привела к новому моделированию агрегирования обломков в лунки и, в конечном итоге, на саму Луну. Доктор Кануп продолжает моделирование процесса аккреции Луны.
Текущий статус:
В 1997 году работа доктора Канупа получила широкую огласку в средствах массовой информации, некоторые из которых ошибочно думали, что гигантское воздействие было совершенно новой идеей.Ранняя работа Канупа, представленная в июле 1997 года, предполагала, что обломки от удара могли образовать не луну, а только рой лунных светов. Ее более поздняя работа (осень 1997 г.) привела к большему «успеху» в объединении обломков в одну луну.
Луна формируется из колец
Авторские права Уильям К. Хартманн
Исследования лунных горных пород показывают, что изначально поверхность Луны была расплавленной. По мере охлаждения этого так называемого магматического океана интенсивный вулканизм продолжался около 900 миллионов лет.Здесь показано раннее извержение вулкана. Авторские права Уильям К. ХартманнТаким образом, гипотеза гигантского удара продолжает оставаться ведущей гипотезой о том, как образовалась Луна. Это правильно? Можно ли его опровергнуть более тщательными исследованиями? Только время покажет, но до сих пор он выдержал до 25 лет тщательной проверки. В PSI мы работали с несколькими ведущими исследователями, чтобы предложить новую работу по механике аккреции, используя вариант модели построения планеты PSI. Но эта работа не финансировалась.
Луна сегодня. Эта картина на Луне в конце полудня символизирует луну в том виде, в каком она была на протяжении примерно 3 миллиардов лет. Вулканизм закончился. Падения метеоритов случаются редко. Тихий пейзаж ждет возвращения людей-исследователей. Авторские права Уильям К. ХартманнДля дополнительной информации:
Хартманн, В. К. и Д. Р. Дэвис 1975 Икарус , 24 , 505.
Хартманн, В. К. 1997. Краткая история Луны. Планетарный отчет . 17 , 4-11.
Хартманн, В. К. и Рон Миллер 1991. История Земли, (Нью-Йорк: Уоркман Паблишинг Ко.)
Hartmann, W. K., R.J. Филлипс и Г.Дж. Тейлор, ред. 1986. Происхождение Луны . (Хьюстон: Лунно-планетный институт.)
Вернуться на главную страницу PSI
.