Тред №952030

Постановка Проблемы

.
Я упоминал, что позднее я собираюсь говорить о других формах жизни, в частности, жизни внутри планет (при температурах от нескольких сотен до нескольких тысяч градусов) и звезд. Наша форма жизни имеет в качестве основного источника энергии лучи Солнца: солнечная энергии при помощи ферментов преобразуется в химическую энергию глюкозы, синтезированной из CO₂ и Н₂О, что запускает сложнейший цикл синтеза и распада соединений углерода в экосистеме Земли. Поток энергии, действительно, однонаправленный, циркуляции энергии, подобной циркуляции углерода, нет. Кроме фотосинтеза, есть еще хемоаутотрофные бактерии, для которых источником энергии для синтеза органических веществ из CO₂ служат экзотермические реакции окисления неорганических соединений, таких, как сероводород и некоторые другие соединения серы, метан, аммиак, двухвалентное железо, водород. В основном, эти бактерии живут на дне океанов, в изолированных пещерах. в почве. Источником неорганических соединений с запасенной энергией для них являются вулканические газы, залежи гидрата метана. Нитрифицирующие бактерии, окисляющие аммиак, и водородные бактерии, окисляющие водород, живут в почве; аммиак и водород образуются в процессе гниения органических веществ. Недавно были обнаружены бактерии, живущие в базальте океанической коры и использующие водород, образующийся в результате восстановления оливина при контакте с водой. Важно то, что суммарная биомасса хемоаутотрофов и зависящих от них экосистем во много раз меньше, чем суммарная биомасса экосистем, зависящих от фотосинтеза. Почему? Потому что поток энергии в форме солнечных лучей во много раз превышает поток энергии в форме неорганических соединений, поступающих с вулканическими газами и т.п. 
.
А как с этим обстоят дела внутри планет земного типа (со звездами аналогично, но писать я буду сейчас только о планетах)? Здесь есть нюанс. С одной стороны, количество химических элементов внутри планеты во много раз больше, чем в тонком слое на поверхности Земли, в котором обитает наша форма жизни. С другой стороны, сколько бы потенциальной "еды" (химических веществ, в которых запасена химическая энергия) там изначально ни было, вся она была бы очень быстро съедена первыми же живыми "клетками" (будем их так называть, я позднее это обосную), которые возникли в ходе эволюции, после чего подавляющее большинство этих клеток умерло бы. Дело в том, что живые организмы размножаются экспоненциально, а экспонента очень быстро растущая функция. Думаю, это понятно, не стану разжевывать. После гибели большинства первых клеток, небольшое их количество сохранилось бы, получая пропитание из тонкой струйки заново синтезированной неорганической "пищи". Заново синтезированной - имеется в виду неорганическим путем, из каких-то молекул-предшественников, подобно тому, как синтезируются неорганические вещества, служащие источниками энергии для хемоаутотрофов, о которых я писал в предыдущем параграфе. Но суммарная биомасса, которую может поддерживать такой неорганический синтез внутри планеты, не очень велика - сравнима как раз с биомассой хемоаутотрофов. Грустно.
.
Но урок, который мы можем извлечь из знакомства с нашей формой жизни, заключается в том, что в результате мутаций соответствующих генов через какое-то время обязательно возникнут ферменты, которые будут катализировать те химические реакции, которые изначально происходили сами по себе. Ферменты - это лучшие в мире катализаторы, ускоряющие скорость химических реакций в миллионы раз. Что мешает живым клеткам, живущим внутри планеты, произвести аналогичные биокатализаторы, которые многократно ускорят процесс синтеза неорганической пищи из молекул-предшественников (предполагая, что этих молекул-предшественников много, просто скорость синтеза из них "пищи" мала)? С точки зрения биологии - ничего, напротив, это совершенно естественный и ожидаемый эволюционный шаг. С точки зрения физики - это невозможно, потому что запрещает Второе Начало Термодинамики.
.
Почему запрещает? Потому что клетки внутри планеты находятся при постоянной температуре. Конечно, в масштабах планеты, есть градиент температур, но для единичной клетки этого градиента нет. Вокруг клетки, есть молекулы-предшественники, из которых очень медленно в результате самопроизвольной химической реакции синтезируется "пища". Есть "бесполезная" тепловая энергия. Ее очень много - внутри планеты температура может быть и сотни, и тысячи градусов - но использовать ее не-ль-зя. ВНТ не велит. Потому что если такие клетки смогут использовать тепловую энергию среды, в отсутствие разности температур, для синтеза молекул с запасенной химической энергией, а потом для совершения "работы жизни", т.е. запуска всего цикла биохимических реакций во всей экосистеме внутренности планеты, то это означало бы создание биохимического ВД2Р. Что есть табу.
.
Зададим вопрос по-другому. Запасенная энергия тратится в ходе экзотермических биохимических реакций, причем тепло является, как правило, побочным результатом (скажем, энергия фосфатных связей АТФ тратится ферментом на образование новых связей между атомами субстратов, но часть этой энергии рассеивается в виде тепла). А откуда, собственно, берутся эти молекулы с запасенной химической энергией? В нашей форме жизни энергию дают лучи Солнца, а внутри Земли? 
.
Химики нам ответят - молекулы с запасенной химической энергией возникают как результат эндотермических реакций. А что такое эндотермические реакции? Это как раз реакции, которые "бесполезную" тепловую энергию преобразуют в запасенную энергию химических связей. Вполне себе "полезную", которую можно использовать как для запуска цикла биохимических реакций, так и для совершения механической работы хотя бы при помощи реакции горения и парового двигателя. Вам не кажется это странным? Неорганически молекулы с запасенной химической энергией - скажем, сероводород, водород, метан - вполне себе синтезируются внутри планет, а вот биохимически их почему-то синтезировать нельзя (ибо ВД2Р). 
.
Идя далее - пусть даже мы согласимся с физикой, что ферментам катализировать эндотермические реакции нельзя, но ведь неорганическим-то путем они идут? Значит, неорганическая химия нарушает ВНТ. А какая, собственно, разница, нарушается ВНТ неорганически или ферментативно? Никакой.
.
Итак, что ж это за зверь такой - эндотермические реакции?