Pin1WhatsAppRedditБөлісуЭлектрондық поштаTweet1 Бөлісу
Бір қарағанда айқын көрінбеуі мүмкін, бірақ көміртек Жердегі тіршіліктің негізгі элементі болып табылады. ДНҚ мен РНҚ көміртектен тұрады. Әрине, тек көміртек қана емес, көміртек басқа молекулалармен байланысып, тіршілік үшін маңызды ұзын тізбектер түзе алады. Тек адам өмірі ғана емес, өсімдіктер мен саңырауқұлақтардан бастап сүтқоректілерге, жәндіктерге және басқа да барлық тіршілік. Біздің планетамыздағы барлық тіршілік көміртек негізінде жасалған.
Техникалық тұрғыдан алғанда, кез келген жердегі тіршілік көміртегіге негізделген болуы керек. Тіршіліктің құрылыс блоктарын құрайтын молекулалық тізбектердің түзілуінде көміртегінің орнын басқа элемент басуы мүмкін, бірақ бұл теориялық тұрғыдан ғана. Біз бұрын-соңды көміртегіге негізделмеген тіршілік формаларын көрген емеспіз; біз оларды көбінесе ғылыми фантастикаға жатқызамыз және оларды өте оғаш етіп көрсетеміз.
Егер барлық тіршілік шынымен көміртегіге негізделген болса, онда сұрақ туындайды: неге? Көміртекті тіршілік үшін ең қолайлы элемент ететін не? Және басқа элементтер туралы теориялар қаншалықты шындыққа жанасады? Тіршіліктің пайда болуына қандай элементтер ықпал етуі мүмкін және біз мұны қалай білеміз? Келіңіздер, білейік!
Көміртегінің тіршіліктің пайда болуына не мүмкіндік береді?
Сутегі ғаламдағы ең көп таралған элемент болғанымен және оттегі тіршілік үшін маңызды болса да, тіршіліктің негізі және осы теңдеудегі ең маңызды элемент көміртек болып табылады. Бұл көміртектің басқа көптеген элементтерде жоқ ерекше қасиеттеріне байланысты. Атап айтқанда, көміртек басқа элементтермен оңай берік байланыс түзетін тамаша командалық ойыншы.
Көміртекті байланыстың беріктігі өте күрделі молекулалардың түзілуіне мүмкіндік береді. Мысалы, ДНҚ өте күрделі молекула. Бірақ оның қызметі көміртекті байланыстардың оны бірге ұстап тұруына негізделген. Ол ДНҚ мен ақуыздардың өте ұзын ұзындықтарға жетуіне мүмкіндік беретін ұзын полимер тізбектерін оңай түзеді.
ДНҚ-ның молекулалық формуласы - C15H31N3O13P2. Көріп отырғаныңыздай, көміртек молекулада маңызды рөл атқарады. Мұнда ол сутегімен, азотпен, оттегімен және фосформен байланысады. Бұлар тіршіліктің негізгі элементтері. Қалғанының бәрі олардың айналасында салынған, сондықтан көміртек тіршіліктің негізі болып табылатын бір түрлі қаңқа немесе қаңқа болып табылады.
Біздің әлем, әсіресе басқа көптеген элементтермен салыстырғанда, көміртегіге толы. Көміртегі шын мәнінде бүкіл ғаламдағы төртінші ең көп таралған элемент. Алғашқы үшеуі - сутегі, гелий және оттегі, барлығы газдар. Сондықтан көміртегі - ең көп таралған қатты зат. Сондықтан, оның көптігін ескере отырып, оның тіршіліктің ажырамас бөлігі болуы таңқаларлық емес.
Атомдар өте кішкентай болғандықтан, бұл өте күрделі молекулалық тізбектердің түзілуін айтарлықтай жеңілдетеді. Жоғарыда айтқанымыздай, көміртек ақуыздарды да, қанттарды да түзе алады. Тіршілікке қажетті энергияның бәрі, тіршіліктің өзі сияқты, көміртегіге негізделген. Бұл тірі организмдер тіршілікті қолдау үшін қажетті энергияны алу үшін басқа көміртегі негізіндегі молекулаларды ыдырата алатынын білдіреді. Бұл микроскопиялық «сіз не жесеңіз, сосыз» сценарийінің бір түрі.
Көміртегі циклі
Жер бетінде көміртегі циклі деп аталатын нәрсе бар. Бұл планетадағы барлық нәрсені қамтитын макроауқымдағы процесс. Ол бүкіл планетаға көміртекті қайта өңдеуге, оны таратуға және белгілі бір мағынада тіршілікті қолдауға мүмкіндік береді.
Әлемдегі көміртек қоры шектеулі. Біз оны жоймаймыз, бірақ оны жасамаймыз да. Әрине, жасай алмаймыз, әсіресе осы ауқымда. Сондықтан бізде бұрын-соңды болмағандай көп көміртек қалды. Бұл оны пайдаланатын барлық нәрсе ақырында оны бөлісуге мәжбүр болатынын білдіреді. Қазір ішіңізде алып жүрген көміртектің бір бөлігі бір кездері Тираннозавр рекс Авраам Линкольннің ішінде және, мүмкін, біздің планетамызда тіршілік басталған кезде сол суларда жүзіп жүрген алғашқы бірнеше бір жасушалы организмдердің ішінде болуы мүмкін.
Өсімдіктер ауадан көмірқышқыл газын сіңіреді. Ол топырақта және тамыр жүйелерінде сақталады және өсімдіктер өлген кезде қайтадан бөлінуі мүмкін. Мұхиттар көміртекті сіңіреді, ал жануарлар сияқты тірі организмдер оны оттегімен алмасу үшін атмосфераға шығарады.
Көміртек айналымының маңызды бөлігі атмосферамен және көмірқышқыл газының ауа сапасы мен жаһандық температураға қалай әсер ететінімен байланысты. Бірақ біз көміртектің басқа жолдармен де қалай қозғалатынын көре аламыз: оны өсімдіктер сіңіргенде, өсімдік жануарлар тұтынады, жануар біз тұтынады және бұл көміртек атомдары үнемі әртүрлі формаларда алмасып отырады. Бұл тек көмірқышқыл газы ғана емес; бұл сонымен қатар тіршіліктің циклдік биінде организмдер арасында тасымалданатын ақуыздар, қанттар және басқа да молекулалар.
Басқа биохимиялық процестер мүмкін бе?
Сонымен, егер көміртек басқа элементтермен оңай бірігетіндіктен тіршіліктің негізін құра алса, басқа элементтер де сол тапсырманы орындай ала ма? Көрсетілгендей, көміртек бұл тапсырмаға өте қолайлы болғанымен, ол жалғыз емес. Мұның бәрі тек теориялық екенін есте ұстаған жөн, бірақ егер ғылым бір нәрсенің мүмкін екенін тексеру үшін сұрақтар қоймаса, онда ол не?
Кремний
Кремний периодтық кестеде көміртектен сәл төмен орналасқан. Басқа тіршілік формаларын талқылаған кезде ол әдетте ең жиі айтылатын элемент. Себебі кремний өзінің молекулалық құрылымында көміртекке өте ұқсас. Ол басқа элементтермен күрделі байланыстар түзуде онша жақсы емес, бірақ әлі де жақсы.
Құрылымдық жағынан кремнийдің көптеген байланыстары мен молекулалары көміртектің байланыстарына ұқсайды. Кремний сонымен қатар оттегімен күшті байланыстар түзе алады, бұл кем дегенде біз түсінгендей тіршіліктің құрылыс блоктарын жасау үшін қажет болады. Бірақ бұл тәсілдің әлеуетті кемшіліктері де бар.
Кремний атомдары арасындағы барлық байланыстар көміртек атомдары арасындағыдай күшті бола бермейді. Кремний жоғары температура үшін өте қолайлы, бірақ Жер бетінің қалыпты температурасында көміртек атомдары арасындағы байланыстар әлдеқайда күшті. Сонымен қатар, кремний атомдары көміртек атомдарынан әлдеқайда үлкен. Бұл оларды кейбір молекулаларда біршама көлемді етеді және көміртектен жасалуы мүмкін ең күрделі полимерлердің кейбірін жасау мүмкіндігін азайтады.
Зерттеушілер зертханада микробтарды сәтті түрде пайдаланып, кремнийден органикалық қосылыстар жасады, бұл табиғатта әдетте кездеспейді. Бұл біздің бір күні ғаламда кремнийге негізделген тіршілікті ашатынымыз туралы идеяны айтарлықтай күшейтеді.
Метан
Метанға негізделген тіршілік формаларының болуы туралы идея кремний мәселесіне қарағанда теориялық тұрғыдан әлдеқайда күрделі және түсіну қиынға соғады. Ең болмағанда, көміртек пен кремний әртүрлі элементтер болып табылады. Метан - көміртек пен оттегіден тұратын молекула, сондықтан бұл техникалық тұрғыдан тағы да көміртек негізіндегі тіршілік болуы мүмкін бе? Дегенмен, метан - Жердегі тіршілік формаларының көпшілігінің өмір сүре алатын ортасы емес. Сіз оны үнемі жұтқыңыз келмейді.
Сатурнның серіктерінің бірі Титанды зерттеп жатқан NASA зерттеушілері оның атмосферасынан винил цианидін тапты. Олардың пікірінше, бұл органикалық қосылыс метанмен қоректенетін тіршілік иелері үшін жасуша мембраналарын қамтамасыз етуі мүмкін. Бұл Айды жауып тұрған метан мұхиттарындағы микроорганизмдер болуы мүмкін, бірақ теориялық тұрғыдан бұл мүмкін.
Титандағы мембраналар Жердегі фосфор мен оттегінің орнына азот, көміртек және сутектен тұрады.
Күкірт
Жер бетінде табылған ең көне қазба қалдықтары 3,4 миллиард жыл бұрынғы кезеңге жатады. Бұл тіршіліктің пайда болу уақыты болды, және бізде бүгінгідей көрінетін планета болған жоқ. Атмосферада оттегі болған жоқ, көмірқышқыл газын тыныс алатын нәрсеге айналдыратын фотосинтез де болған жоқ. Әлем ыстық, газ тәрізді және қазіргі кездегі кез келген нәрсе үшін өте қолайсыз болды. Сонымен, тіршілік қалай басталды және ол не істеді?
Ғалымдар тапқан қазба қалдықтары күкіртті энергия көзі ретінде пайдаланатын микроорганизмдердің бар екенін көрсетеді. Бұл микроорганизмдер өсіп, көбейіп, бір күні Марста тіршілік немесе кем дегенде оның дәлелдері табылуы мүмкін деген үміт тудырды.
Сонымен қатар, Жердегі тіршіліктің пайда болуына ықпал еткен күкірт қосылыстарының кейбірі бастапқыда ғарыштан келген деп есептеледі. Егер олар осында қонып, динозаврларды, көгершіндерді және футболшыларды тудырса, басқа планетада не болғанын кім біледі?
Аммиак
Метан сияқты, аммиак та, жұмсақ айтқанда, Жердегі тірі организмдердің көпшілігі тіршілік ете алмайтын тағы бір зат. Аммиак негізіндегі тіршілік туралы теориялар бар, бірақ бұл жағдайда мәселе аммиактың көміртекті алмастыруында емес (ол атом емес, молекула болғандықтан жасай алмайды), керісінше, суды алмастыруда.
Аммиак тіршілікпен мүлдем үйлеспейді. Біз зәрімізде аммиак шығарамыз, сондықтан ол біздің биологиямыздың бір бөлігі, дегенмен ол органикалық зат болып саналмайды. Бұл жай ғана құрамында көміртегі жоқ азот бар қосылыс болғандықтан. Көміртекті тіршілік органикалық. Дегенмен, егер біз көміртекті емес тіршілікті ашсақ, органикалық зат туралы анықтамаңызды түзету қажет болар еді.
Күн жүйесіндегі өте аз планеталарда, тіпті бүкіл Әлемде де сұйық су болғандықтан, тіршілікті қалыптастыру үшін басқа қандай сұйықтықтарды пайдалануға болатынын ойлау логикалық. Біз білетін өмір суды қажет етеді, бірақ тіршілік біз сияқты болуы керек деп кім айтты? Міне, осы жерде аммиак пайда болады.
Тіпті біздің күн жүйесінде де көп мөлшерде кездесетін сұйықтықтар шектеулі. Меркурий мен Шолпанда күкірт қышқылы бар. Бізде су бар болса және ол кейбір айларда анықталған болса, суық планеталарда қату температурасы төмен аммиак болуы мүмкін. Температура төмендеген сайын метан сұйылтылады, тіпті азот күн жүйесінің сыртқы бөліктерінде сұйық күйде болуы мүмкін.
Сұйық престің болуы оның тірі организмдерде жұмыс істей алатынын білдірмейді. Ол еріткіш ретінде әрекет ету қабілеті, төмен тұтқырлық, температураның ауытқуларына төзімділік және басқа да факторларды қоса алғанда, бірқатар критерийлерге сәйкес келуі керек. Осының бәрін ескере отырып, егер біз идеалды деп саналатын сұйық суды алып тастасақ, аммиак біздің келесі ең жақсы нұсқамыз болып табылады.
Аммиак - әлемдегі төртінші ең көп таралған молекула, және оның химиялық құрамы суға өте ұқсас. Ол тірі организмдердің жұмыс істеуі үшін өте маңызды су сияқты емес, бірақ біз білімімізді білетін және көрген нәрселерімізге негіздейміз, сондықтан біз қандай да бір мәліметтерді жіберіп алып жатырмыз ба, жоқ па, айту қиын.
Ғарыштық алқадағы өмір
Әлемнің бір жерінде тіршіліктің қалай пайда болғаны туралы тағы бір теория бар, ол көміртегі негізіндегі тіршілік идеясын артта қалдырады. Ол тіпті кремний негізіндегі тіршілік, аммиак негізіндегі тіршілік немесе осыған ұқсас кез келген идеядан да асып түседі. Бұл ғарыштық алқа тәрізді тіршілік және ол ең шеткі шектеу.
Егер біз Жердегі экстремалды тіршілік туралы білетінімізді ескерсек, тардиград сияқты нәрсені еске түсіруіміз мүмкін. Бұл кішкентай организмдер қатты суықта, қатты ыстықта және тіпті ғарыш вакуумында тіршілік ете алады. Сондай-ақ, мұхит түбінде атқылап жатқан өте ыстық, улы гидротермиялық саңылаулардың айналасында дамитын тіршілік формалары бар. Бұл ерекшеліктер болғанымен, олар тіршіліктің біздің үміттерімізге қайшы келетін жолдармен өркендей алатын жағдайлары бар екенін көрсетеді. Барлық басқа тіршілік иелерінің 99,9% жойылып кететін жерде бұл тіршілік иелері бейбіт тіршілік иелері ретінде өркендейді. Енді мұны ғарыштық ауқымда елестетіп көріңіз.
Егер біз тіршілік үшін маңызды нәрселер туралы білеміз деп ойлайтын нәрселерімізді, атап айтқанда, көміртегі, оттегі, су, дұрыс тартылыс күші және жұлдыздан дұрыс қашықтықты бөлек қойсақ, біз шынымен экзотикалық жерлерде, мысалы, жұлдыздардың ішінде іздеуді бастай аламыз.
Бұл тек теориялық болжам, бірақ Хиггс бозонына ұқсас, магниттік монополь деп аталатын бөлшектің болуы мүмкін деген ой бар. Біз бұл бөлшектің шынайы екенін де білмейміз. Хиггс бозоны сияқты, ол да ұзақ уақыт бойы теориялық тұрғыдан қалды. Хиггс бозонының бар екені ақырында дәлелденгенімен, бұл бөлшек әлі күнге дейін бізге белгісіз.
Егер бұл рас болса, бұл бөлшектер ғарыштық жіптер арқылы байланысып, жұлдыздардың ішінде ДНҚ-ға ұқсас құрылымдар түзе алады. Егер өзін-өзі көбейту қабілеті РНҚ мен ДНҚ-да кодталса, бұл бөлшектер жұлдыздардың ішінде ұқсас функцияны орындай алады, кодтайды және көбейтеді, біздің әлемде бар ештеңеге ұқсамайтын тіршілік түрін жасай алады. Бұл бөлшектерге негізделген тіршілік немесе кем дегенде оның құрылыс блоктары болар еді.
Ал бұл алқалардың саналы нәрсеге айналуы мүмкін бе, жоқ па, бұл мүлдем басқа әңгіме, және кім біледі?
Сізді қызықтыруы мүмкін басқа мақалалар