Кислород и происхождение сложной жизни



О палеонтологии, о появлении первых многоклеточных животных, о великих вымираниях, об атмосфере в кембрийском периоде, о роли кислорода в происхождении многоклеточных животных, об эволюции атмосферы Земли.

 

Кислород — неметалл, обозначаемый в таблице Менделеева Кислородбуквой «О» от Oxygenium (рождающий кислоты). Открытие кислорода стало большим событием в истории химии как науки. Знаменитый ученый А. Лавуазье сумел правильно интерпретировать открытия химиков Пристли и Шееле, доказав, что горение поддерживает новый простой элемент «кислород», содержащийся в воздухе, а не мифический флогистон («сверхтонкая материя», наполняющая горючие вещества и освобождающаяся при горении). Для этого ученый взвесил золу сожженных веществ и выяснил, что ее вес превышает вес исходного материала. Эти данные противоречили теории флогистона, который, теоретически, должен был улетучиться, сделав конечный продукт легче.

Кислорода на Земле очень много — больше, чем какого-либо другого элемента. В основном он содержится в связанном виде в земной коре в виде силикатов, карбонатов, сульфатов, оксидов железа, кварца и т.п. Всего примерно в полутора тысячах соединений. Почти половина массы твердой земной коры — это кислород. Еще больше его в воде — более 80%, связанного и растворенного. В воздухе — 23% по массе. Он содержится в каждой клетке живых организмов, в белках, углеводах, жирах; может составлять до 85% массы.

Содержание кислорода в атмосфере пополняется за счет фотосинтеза фитопланктона мирового океана и, в определенной степени, за счет лесов.

Это интересно

Фотосинтез фитопланктона 3,5 млрд. лет назад на Земли свободного кислорода было очень мало. Его постепенное накапливание в атмосфере и океане связывают с фотосинтезирующими археями (одноклеточными организмами). По мере увеличения содержания свободного кислорода доминирующее положение заняли организмы с клеточным дыханием, анаэробы, оказавшиеся более энергетически эффективными, чем аэробы, не потребляющие кислород.

Больше всего О2 в атмосфере было в конце каменноугольного периода, 300 млн. лет назад — до 35% по объему. С этим фактом многие ученые связывают бурное развитие крупных форм жизни — гигантских насекомых и земноводных.

Большинство живых организмов на нашей планете, кроме некоторых видов микроорганизмов-анаэробов, получают энергию за счет окисления, под влиянием кислорода, питательных веществ в клетках.

Свойства

В обычных условиях кислород — газ без цвета, вкуса и запаха. Существует в двух аллотропных состояниях: О2 и озон О3. Озон — тоже бесцветный газ, но с резким своеобразным запахом. Обычная молекула О2 превращается в молекулу озона под воздействием ионизирующего излучения. Мало растворим в воде. При сильном охлаждении (t -183 °С) кислород сначала становится голубой жидкостью, потом кристаллизируется в синие кристаллы (при t -218 °С).

С точки зрения химии, кислород — очень активный элемент, уступающий в этом плане только фтору. Вступает в реакции практически со всеми элементами и большинством сложных соединений — иногда в обычных условиях, но чаще в присутствии катализатора, при высоких температурах, под действием электрического разряда или уф-излучения. Инертны к кислороду только золото, платина, тяжелые инертные газы. Во всех реакциях (кроме взаимодействия со фтором) кислород выступает окислителем. Большинство реакций экзотермические, происходят с выделением большого количества тепла и света, физически выражающегося в процессе, который мы называем горение. Впрочем, окисление может быть и медленным — так окисляются многие органические соединения растительного происхождения. Эндотермической реакцией является, например, окисление азота.

Озон еще более Озоновый слойактивно вступает в химические реакции. Озоновый слой в верхних слоях атмосферы поглощает основную часть ультрафиолетового спектра излучения Солнца, губительного для живых организмов на Земле.

В бинарных соединениях кислород проявляет степень окисления -2. Такие соединения называются оксидами, например, оксид титана TiO2, окись цинка ZnO, фосфорный ангидрид P2O5. Кроме этого он образует соединения с другими степенями окисления:
• пероксиды (перекиси), степень окисления -1, перекись водорода Н2О2, пероксид бария ВаО2 и др.;
• супероксиды (надпероксиды), степень окисления -1/2, КО2 (К2О4), RbO2 (Rb2O4);
• озониды, степень окисления -1/3, NaO3, КО3, RbO3 и CsO3;
 фториды, степень окисления +1 монофторид кислорода (O2F2) и +2 дифторид кислорода (OF2).

Происхождение жизни — несчастный случай или результат инопланетного вмешательства?

Очень жаль, что на многие значимые вопросы, сегодня мы не имеем однозначных ответов. Однако у людей от рождения запрограммировано потребность изучать. Иногда нас приводят в бешенство разные теории, на которые нет однозначных ответов, но мы надеемся, что одна из теорий могла бы быть ответом на вопрос который нас интересует. 

Никто не может сказать наверняка, когда, почему, или как жизнь появилась на нашей планете. Одни исследователи предполагают, что это было случайно, а другие считают, что это был результат некого вмешательства из вне. Давайте же посмотрим на разные теории, как мифические так и научные, о которых нам известно.

1. Случайное происхождение.

  

Одна из самых правдоподобных теорий, заключается в химических процессах аминокислот, которые под воздействием водорода, кислорода, азота и углерода, зародили жизнь на нашей планете. Возможно, жизнь зародилась на Земле по полному совпадению, где эти элементы объединились, чтобы сформировать прекрасный комплекс, который стал стандартной цепью жизни.

Первыми организмами, которые появились на Земле, являются одноклеточными формами жизни. Они чем то напоминали бактериям, но испытывали недостаток в ядрах. Эти организмы, как считают, развивались приблизительно 4 миллиарда лет назад. Со временем они эволюционировали и стали более сложными одноклеточными организмами, которые были в состоянии перемещаться и размножаться.

Сегодня, многие задаться вопросом. Как могут неживые элементы такие как углерод и кислород, объединится и сформировать какую либо форму жизни? Я имею в виду, что как соединить водород, углерод, азот наука знает, но что делать дальше? Как зародить жизнь, наука не знает...

У нас имеется теории на формирования жизни, но как точно это произошло, все еще тайна. Главный вопрос, что оживило эти неживые частицы, помогло им эволюционировать со временем, стать более сложными и интеллектуальными?

2. Из космоса.

  

Многие ученые предполагают, что жизнь вообще могла произойти не на Земле. Она, возможно прибыла из космоса. На Землю всегда падали астероиды, и многие полагают, что один из них, возможно принес источник жизни.

После этого жизнь эволюционировала, стала более сложной, и сформировала огромное количество форм жизни. Если это верно, все существа на планете в некотором смысле являются пришельцами!

Если эта теория верна, она может ответить на вопрос, как жизнь прибыла на Землю, но она не отвечает на вопрос о происхождении самой жизни. Откуда взялась жизнь на астероиде? Как, она там выжила? Это вопросы, на которые никто не может дать ответы....

3. Божественное вмешательство.

 

Все религии мира проповедуют нам о божественном, называя Бога создателем всей формы жизни, которую мы видим сегодня. Главным божественным творением из которых был - человек.

Считают, что Бог является всемогущим, и все что происходит на Земле с людьми - все желание Бога. Религии утверждают, что только всемогущий мог создать настолько сложное и интеллектуальное создание как человек. По поводу миллиардов разновидностей живых существ на планете Земля, религия объясняет это очень просто " Все творение божие".

Точно так же, как писатель создает весь мир в своей книге, Бог создал все что существует вокруг нас. Интересно, если когда нибудь человечество обнаружит существование другой жизни во вселенной, будет ли религия утверждать, что это тоже творение Божье?

4. Создания инопланетной цивилизацией. 

Сегодня, это теория из области фантастики, но многие люди включая ученых и исследователей, думают что жизнь на Земле была спроектирована инопланетной расой. Точно так же, как мы делаем новый дизайн в производстве машин, инопланетная цивилизация возможно проектировала жизнь на Земле.

О целях зарождения жизни на Земле для инопланетной расы можно только фантазировать. Но вероятней всего, Земля могла бы быть местом тестирования, чтобы наблюдать за своими "экспериментами".

Естественно для проведения подобных экспериментов с нами, это должна быть сверх интеллектуальная раса, которая опережала бы нас на миллионы лет в своем развитии. Вполне вероятно, что это действительно были инопланетяне, которых мы знаем под именем "Бог". Мы можем думать, что кто то создал жизнь, но как это было сделано мы не знаем.

Сложная жизнь без кислорода невозможна 

Сложные формы жизни могли возникнуть только на тех планетах, в атмосфере и океанах которых присутствует сравнительно большое количество кислорода — источника дешевой энергии для метаболических систем многоклеточных организмов. В этом убежден профессор Бристольского университета Дэвид Кэтлинг (David Catling) и его коллеги из Вашингтонского университета и NASA.

Говорить о высокой вероятности возникновения сложных форм жизни на бедных кислородом планетах не приходится, считает профессор. Ведь основной источник энергии в живой клетке — это процесс окисления так называемых «субстратов» (то есть, белков, жиров, углеводов, витаминов и минеральных веществ) с помощью кислорода, играющего роль восстанавливающегося соединения.

К сожалению, время, необходимое планете земного типа для насыщения атмосферы минимально необходимым объемом кислорода, очень велико. Земле, например, потребовалось для этого 4 миллиарда лет — почти половина ожидаемого срока жизни нашего Солнца. Очевидно, что у планет, обращающихся вокруг более короткоживущих звезд, шансов на развитие собственной биосферы, в которой бы господствовали высшие животные, практически нет, говорится в пресс-релизеБристольского университета. Это ограничение значительно сокращает список планет-кандидатов, на которых будущим поколениям придется искать признаки существования жизни.

На заре жизни

С 1930 года геологи делят историю Земли на два больших эонакриптозой (греч. «время скрытой жизни»), он же докембрий, и фанерозой (греч. «время явной жизни»). Фанерозойский эон начался примерно 570 миллионов лет назад и идёт по сей день; первые же геологические породы докембрия, доступные для изучения, имеют возраст около 3,5 миллиардов лет.

Криптозойский эон делят на две эры: архейскую и протерозойскую. Считается, что архей закончился (и протерозой начался) 2,5–2,7 миллиарда лет назад. Иногда из архея выделяют катархей (4,5–3 миллиарда лет назад).

В геологии с докембрием связывают крупнейшие месторождения меди, золота, железа, алюминия, свинца, урана и многих других металлов. В докембрийских отложениях отсутствует скелетная фауна, которая служит основой для построения шкалы времени в фанерозое; тем не менее, органических остатков здесь достаточно много. Первые организмы появились уже в архее и были, по-видимому, гетеротрофами, так как химические реакции, необходимые для синтеза органических веществ, слишком сложны, чтобы возникнуть у самых ранних форм жизни.

Возрастание численности гетеротрофов должно было привести к уменьшению количества пищевых ресурсов. Возникшая конкуренция ускорила появление автотрофов, способных использовать энергию света для синтеза сложные органические вещества. Первые фотосинтезирующие организмы не выделяли кислород; лишь потом появились организмы, подобные синезелёным водорослям, наполнившие атмосферу молекулярным кислородом. Полагают, что за всё время жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов в атмосферу выделились десятки квадриллионов тонн кислорода – в несколько десятков раз больше, чем существует сейчас. Увеличение концентрации O2 привело к образованию озонового слоя в атмосфере, что в свою очередь вызвало уменьшение количества жёсткого излучения, достигающего поверхности Земли. Это, с одной стороны, уменьшило скорость эволюции, но с другой стороны, позволило образоваться устойчивым формам с полезными признаками.

Содержание кислорода в атмосфере Земли (в процентах от концентрации в настоящее время)

Около полутора миллиардов лет назад, в верхнем протерозое, называемом также рифей, появились первые организмы с ядром в клетках. Несколько позже от колониальных жгутиконосцев произошли многоклеточные животные. В переходном эдиакаранском периоде между криптозоем и фанерозоем (ранее использовался термин венд; 680–570 миллионов лет назад) были представлены практически все современные царства. Особенно многочисленны остатки животных – кишечнополостных, первых кольчатых червей и членистоногих.



Ссылка на оригинальную статью Кислород и происхождение сложной жизни



 Контакты   Поиск   Карта сайта 

create by Maple4 Site Creator 10/2019
Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru