Химическая эволюция. 
Естественно-научное представление о зарождении живой материи

В начале существования Земли, около 4500 млн. лет назад, на поверхности земной коры формировались мелкие озера и пруды с пресной дождевой водой, содержащие вулканический пепел. Температура на ее поверхности была комнатной — около 25 °C. Вулканическая деятельность, грозы, падения метеоритов, высокоэнергетическое ультрафиолетовое излучение Солнца — все эти процессы были очень интенсивными, и все виды энергии имелись в изобилии. В атмосфере присутствовали главным образом азот, окись углерода, водород и водяной пар.

При изменении условий изменялись и газы, содержащиеся в атмосфере. Химические реакции были обратимы и зависели от окружающих условий. Например, в реакции.

количество образующихся продуктов определяется количеством исходных веществ и температурой окружающей среды. Можно подсчитать, что если водород находится в избытке, то при комнатной температуре практически вся окись углерода быстро превращается в метан. Аналогичным образом в реакции.

почти весь азот превращается в аммиак [5, c. 23].

Проанализировав уравнения этих реакций, скорости которых известны, можно было бы прийти к заключению, что атмосфера состояла из метана и аммиака. Однако это чересчур упрощенный подход; известно, что при исследовании ранних горных пород не было найдено никаких свидетельств в пользу существования метан-аммиачной атмосферы. Если бы метан находился в изобилии, он быстро превратился бы во всевозможные углеводороды и нефть и эти продукты обнаруживались бы в виде отложений химически видоизмененных углеводородов и графита в толще ранних пород. Но подобных отложений там нет.

Если бы в атмосфере присутствовал аммиак, то он быстро растворялся бы в водоемах с образованием гидроокиси аммония — сильного основания — и тогда пруды и озера были бы гораздо более щелочными, чем сейчас. Вместе с тем известно, что ранние породы содержат силикаты, которые не могли бы осаждаться в столь щелочных условиях. К тому же, если бы в атмосфере в самом деле был аммиак, он быстро разложился бы под действием солнечного ультрафиолетового излучения.

Следовательно уравнения просто не отражают фактического положения дел. Трудность состоит в том, что каждое из приведенных выше уравнений соответствует некоторым нереальным условиям и каждая реакция рассматривается изолированно. В действительности же все компоненты атмосферы находились в смеси друг с другом, взаимодействовали между собой и с продуктами реакции во всевозможных комбинациях.

В природе вряд ли найдутся условия, при которых отдельная реакция протекала бы изолированно до своего полного завершения. При протекании реакции между участвующими в ней компонентами возможны различные взаимодействия, что за короткое время приводит к образованию самых разнообразных и весьма сложных соединений. К таким соединениям относятся «смолистые промежуточные продукты», которые, как предполагает Юри, могли образоваться из упомянутых выше исходных веществ. Остальные продукты представляли собой самые различные органические соединения, послужившие основой возникновения жизни на Земле.

Реально став первичной атмосферы постоянно менялся; это была меняющаяся, словно в калейдоскопе, смесь свежих вулканических газов и летучих продуктов реакций, в которых они участвовали. В то же время свойства всех образующихся продуктов зависели в основном от единственного газа — водорода, причем водород был главным продуктом вулканических газовых выделений. В реакциях, протекающих при воздействии различных источников энергии па любую газовую смесь, содержащую водород, образуются одни и те же продукты.

Судьба первичных вулканических газов зависела от двух факторов: во-первых, от скоростей реакций и взаимодействий газов и их разнообразных продуктов с различными видами энергии, т. е. факторов, определяющих химическую эволюцию, во-вторых, от скорости утечки водорода из верхних слоев атмосферы. Сила тяготения Земли недостаточна, для того чтобы удерживать водород в верхних пределах атмосферы при существовавших температурах, и поэтому водород с постоянной скоростью исчезал из атмосферы, т. е. атмосфера эволюционировала с образованием различных продуктов.

С 1897 г. было проведено множество модельных экспериментов, на основании которых пришли к заключению, что при воздействии энергии на первичные газы образуется большой набор органических соединений, синтезированных случайным образом. Кроме того, в состав этого большого набора небиологических соединений должен входить набор малых органических молекул, необходимых для биологической эволюции [2, c. 15].

Искровые разряды в газовых смесях представляют собой лишь одну из форм притока энергии в первобытных природных условиях. К другим формам относятся ультрафиолетовое излучение, тепло, ударные волны, ви г-излучения и космические лучи. Были поставлены эксперименты с использованием этих видов энергии и различных смесей первичных газов.

Во всех проведенных экспериментах были получены в общем сходные результаты, подтверждающие теорию химической эволюции. Было показано, что при воздействии всех видов энергии на газообразные углерод, азот, воду и водород сначала происходит синтез реакционно-способных промежуточных соединений. Эти соединения дают затем множество биологических и близких к биологическим органических компонентов. Для того чтобы судить о процессах на примитивной Земле, необходимо рассматривать не один отдельно взятый эксперимент, а всю их совокупность. Наряду с малыми органическими молекулами в смеси всегда находят полимер.

Новосинтезированные органические вещества, появившиеся на первобытной Земле, такие, как НСN и формальдегид, остались по большей части в атмосфере и в частично растворенном состоянии в водоемах. Другие, в том числе аминокислоты и азотистые основания, в основном растворились в водоемах. Углеводороды и жирные кислоты с длинной цепью плавали на поверхности воды в виде пленки. Под действием ультрафиолетового излучения Солнца и других видов энергии наряду с синтезом органических соединений происходило также их разрушение. Это привело к станционарному состоянию — переходу компонентов из газовой смеси в органические соединения и обратно.