Що таке хімічна еволюція

Стейтед Клірлі представляє: Що таке хімічна еволюція?
У вчених є підстави вважати, що перші живі клітини на Землі з’явилися в природному процесі під назвою "хімічна еволюція".
Що таке хімічна еволюція?
Як вона працює і чим відрізняється від біологічної еволюції?
Щоб відповісти на ці запитання, ми почнемо з розбору термінів, а потім розглянемо приклад того, як хімічна еволюція з простих молекул організовує системи зі складною структурою, на кшталт тих, що є в живих клітинах.
Поняття "еволюція", якщо спрощено, означає "зміни з часом".
Біологічна еволюція має справу зі змінами в об’єктах, здатних відтворюватися, таких як живі істоти, які копіюють самі себе.
Зміни впродовж часу, які спостерігаються в біологічній еволюції, не є просто випадковими, найчастіше вони є адаптивними.
Популяції стають більш здатними до виживання та відтворення у своєму середовищі.
За належних умов, біологічна еволюція може навіть підштовхувати вид до розвитку цілком нових характеристик і здатностей.
Щоб це сталося, біологічній еволюції, як правило, потрібні три умови: відтворення, мінливість і добір.
Подивимося, як це працює.
Багато видів падубів мають листя з гладкими краями, однак листя англійського падуба зазубрене по краях, що захищає рослину від поїдання тваринами.
Як розвинулась така зброя?
Коли падуби розмножуються, їхні нащадки часто мають випадкові варіації структури.
Вони трохи відрізняються від своїх батьків, а також трохи відрізняються один від одного.
У лісі, наповненому пасовищними тваринами окремі рослини, які через випадкові мутації тваринам важче з’їсти, з вищою ймовірністю виростуть і дадуть потомство.
Сама природа, будучи середовищем, в якому важко виживати, добирає тих, хто передасть нащадкам нові риси й відсіює всіх інших.
В нашому випадку мутації, які зробили краї листя зазубреними й колючими, дали рослинам нову зброю, а отже і перевагу.
Відкриття біологічної еволюції біло надзвичайним досягненням в науці.
Воно пояснило, як нові складні ознаки й можливості розвиваються природним чином у живих істотах.
Але біологічна еволюція залежить від процесу розмноження.
Однак розмноження, або відтворення само по собі є надзвичайно складним процесом.
Виникає запитання: як розвинулося відтворення?
Щоб розгадати цю загадку, багато вчених досліджують хімічну еволюцію.
Хімічна еволюція означає зміни в об’єктах, які не здатні до відтворення.
Прикладами можуть слугувати окремі молекули, або цілі хімічні системи.
Хімічна система — це група молекул, які взаємодіють одна з одною.
Молекули, структури й хімічні системи майже завжди еволюціонують, або змінюються з часом.
Але вони часто еволюціонують в бік спрощення.
Тверде залізо в контакті з водою починає іржавіти.
Білки змінюють свою структуру при надмірному нагріванні.
Якщо проста хімія може породити щось достатньо складне для відтворення, то повинні існувати ситуації, в яких хімічні системи можуть ускладнюватися, формувати нові структури й набувати нових функцій.
Для того, щоб це сталося, розмноження, яке необхідно для біологічної еволюції, може бути замінено суттєво простішим процесом — повторюваним виготовленням.
На нашій планеті й повсюди у всесвіті потужні природні явища відбуваються регулярно.
Нагрівання й охолодження середовища під час змін дня і ночі, періодичні виверження вулканічних гейзерів, океанські припливи та відпливи.
Ці події повторюваним чином виробляють нові молекули й хімічні системи.
Цих продуктів стає більше з часом і вони при взаємодії з навколишнім середовищем часто розвивають нові здатності.
Розгляньмо на прикладі як це працює.
Ці особливі молекули — так звані жирні кислоти.
Вони є групами атомів карбону, гідрогену та оксигену з’єднаних певним чином.
Жирні кислоти є одними з багатьох складних молекул, які живі клітини використовують у внутрішньоклітинних процесах.
Клітини синтезують жирні кислоти з атомів, які потрапляють всередину із зовнішнього середовища.
Вчені багато років вважали, що лише живі клітини здатні стабільно синтезувати жирні кислоти.
Але подивіться на це: лабораторні експерименти показали, що коли поширені гази, як от монооксид вуглецю і водень нагрівати в присутності мінералів, які є в земній корі, починає утворюватися багато складних молекул на основі карбону, включно з жирними кислотами.
Живі клітини не потрібні!
Це може відбуватися природним чином в порах мінералів під землею завдяки нагріванню магмою.
В міру зростання тиску ці молекулу можуть викидатися у підповерхневі басейни, де може відбуватися спрощена версія природного добору.
Більшість частинок, опинившись у воді, або спливають, або тонуть, усі вони усуватимуться природним добором.
Проте жирні кислоти залишаються завислими в теплій воді і їхня кількість зростає в міру повторення циклу.
Коли концентрація жирних кислот достатньо висока, вони автоматично формують стійкі кулі.
Це відбувається тому, що молекули води притягуються до кисневих голівок молекул жирних кислот і відштовхуються від їхніх вуглеводневих хвостів.
При зближенні хвости молекул жирних кислот стискаються водою разом, формуючи зрештою кулю.
Подальше збільшення кількості жирних кислот призводить до формування великих плескатих поверхонь.
Якщо коливання цієї поверхні спричинить дотик її країв, то вода змусить ці краї зрештою з’єднатися повністю.
І ось ми отримуємо порожнистий контейнер, схожий на мембрану живої клітини.
Ці резервуари володіють зовсім новими властивостями.
Вони можуть захоплювати всередину інші молекули, діючи як абсолютно нове середовище для хімічної еволюції.
Важливо зауважити, що ці мембрани не вважаються живими істотами.
Вони не можуть відтворюватися самостійно, як це роблять живі клітини.
Водночас розвиток цих мембран на рівні з безліччю інших молекул і хімічних систем, що вчені змогли спостерігати, демонструє надзвичай важливий принцип — хімічна еволюція може породжувати нові характеристики й здатності.
З цієї причини вчені припускають, що за відповідних умов хімічна еволюція могла б призвести до появи систем, здатних до відтворення.
Якщо ці припущення правильні, то це зможе подолати прогалину між хімічною та біологічною еволюціями, показавши, що хімія дійсно могла дати початок життю.
Вчені центру хімічної еволюції та інші дослідницькі групи по всьому світу старанно працюють над перевіркою цієї гіпотези.
Отже, підсумуємо.
Головна відмінність між хімічною еволюцією та біологічною полягає в тому, що хімічна еволюція може породжувати нові структури й здатності, не будучи залежною від розмноження.
З тієї причини хімічна еволюція розглядається як можливий шлях до виникнення життя.
Я, Джон Перрі й хімічна еволюція, Стейтед Кліерлі.