ТЕОРИЯ ЭВОЛЮЦИИ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ АБИОГЕНЕЗА В АТМОСФЕРЕ НА НАНОКАПЛЯХ УГЛЕВОДОРОДНОГО АЭРОЗОЛЯ
¹Зарицкий А. Р., ²Грачев В. И., ³Воронцов Ю. П., ⁴Пронин В. С.

¹Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН, http://www.lebedev.ru
119991 Москва, Россия
²Институт радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова РАН, http://www.cplire.ru
125009 Москва, Россия
³ДГК Больница №13 им. Н.Ф.Филатова Мосгорздрава, http://www.13dgkb.ru
103001 Москва, Россия
⁴Первый МГМУ им И.М.Сеченова Минздравсоцразвития РФ, http://www.mma.ru
119991 Москва, Россия

Поступила 21.01.2013, после доработки 06.04.2013

Представлен вероятный вариант зарождения жизни в первичной атмосфере Земли: от системных физических предпосылок в минеральном мире до условий, при которых реализовалось возникновение относительно устойчивых, неравновесных органических систем с зачатками метаболизма. Такими системами являются относительно автономные энерго-сырьевые источники свободной энергии – углеводородные нанокапли в приземном слое атмосферы. На границе раздела капля-газовая среда имеются физические поля, которые активизируют распад поверхностных молекул капли. Свободная энергия распада выходит на поверхность капли и активизирует реакции синтеза сложных и разнообразных органических соединений, вплоть до архаичных ферментов и макроэргов, геномных нуклеотидов и вирусоподобных тел. Положительная обратная связь сопряжения энерговыделения с синтезом органики формирует углеводородную каплю с зачатками метаболизма и проточного гомеостатирования как протобионт. По мере остывания планеты такой планетарного масштаба «капельный мир» автономных энерго-сырьевых источников в приповерхностной атмосфере представляется достаточным условием «начала начал» биопоэза. Указана также генеральная линия эволюционного развития нарождающегося живого мира. Это, во-первых, неуклонное увеличение мощности автономных источников энергии при совершенствовании механизмов экономии энергозатрат на свою жизнедеятельность. Во-вторых, симбиотическое информационное взаимодействие "капельного мира" микроэнергосистем с нарождающимся вирусным миром как достаточное условие эволюции живого мира в целом.

Ключевые слова: абиогенез, атмосфера, первичное обособление, углеводородная капля, автономный источник энергии, метаболизм, гомеостаз, симбиоз.

УДК: 576.1+551.7

Библиография – 170 ссылок

РЭНСИТ, 2013, 5(2):105-125

ЛИТЕРАТУРА

Trifonov EN. Vocabulary of definitions of life suggests a definition. J.Biomol.Struct.Dyn., 2011, 29(2):259-66.
Szostak JW. Attempts to define life do not help to understand the origin of life. J.Biomol.Struct. Dyn., 2012, 29(4):599-600.
Лунь Юй. Беседы и суждения. Аналекты Конфуция. Под ред. Л.С. Переломова. М., Восточная литература, 2001, 168 с.
Вольф К-Ф. Теория зарождения (1759). М., АН СССР, 1950, 630 с.
Ламарк ЖБ. Философия зоологии, т.1 (1809). М.-Л., Наука, 1935.
Жоффруа Сент-Илер Э. Философия анатомии, т. 1 (1822). В: Избранные труды. М., Наука, 1970.
[Чемберс Р] Естественная история мироздания. М., Черпин, Ушаков, 1863, XIV, 366 с. (аноним.изд.).
Дарвин Ч. Происхождение видов путем естественного отбора или сохранение благоприятных рас в борьбе за жизнь (пер. с 6 изд., Лондон, 1872). Ред. акад. А.Л. Тахтаджян. СПб, Наука, 1991, 401 с.
Вейсман А. Естественный отбор. СПб., Тип Ю.А.Румана, 1894, 57 с.
Бергсон А. Творческая эволюция. М., Мамонтов, 1909, 320 с.
Северцов АН. Этюды по теории эволюции. Киев, 1912.
Osborn HF. The Origin and Evolution of Life in the Theory of Action, Reaction and Interaction of Energy. London, Bell, 1918, XXXI, 322 p.
Берг ЛС. Теория эволюции. Петроград, Academia, 1922, 120 с.
Иванцов НА. Факторы эволюции. М., Пг, Госиздат, 1923, 79 с.
Козо-Полянский БМ. Новый принцип биологии. Очерки теории симбиогенеза. Л., М., Пучина, 1924, 147 с.
Вернадский ВИ. Биосфера. Л., Науч. хим-техн изд, 1926, 146 с.
Филипченко ЮА. Эволюционная идея в биологии. Исторический обзор эволюционных учений 19-го века. М., Сабашниковы, 1926, 244 с.
Четвериков СС. О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики. Журн.эксп.биол., сер. А, 1926, 2(1):3-54; 4: 2337-240.
Опарин АИ. Происхождение жизни. М., Моск. рабочий, 1924.
Холдейн ДжБС. Факторы эволюции. М.-Л., Биомедгиз, 1935, 121 с.
Fisher RA. The genetical theory of natural selection. NY, Oxford Univ.Press, 1930.
Чижевский АЛ. Космический пульс жизни.: Земля в объятиях Солнца. Гелиотараксия (1931). М., Мысль, 1995, 767 с.
Бауэр ЭС. Теоретическая биология. М., Л., ВИЭМ, 1935, 206 с.
Кольцов НК. Организация клетки. М., Л., Биомедгиз, 1936, 652 с.
Шмальгаузен ИИ. Пути и закономерности эволюционного процесса. М., Л., АН СССР, 1939, 231 с.
Dobzhansky Th. Genetics and the Origin of Species. New York, Columbia University Press, 1937.
Добржанский ФМ. Ничто в биологии не имеет смысла иначе как в свете эволюции. The American Biology Teacher, 1973, 35:125-129.
Шредингер Э. Что такое жизнь? М., Атомиздат, 1972, 112 с.
Холодный НГ. К проблеме возникновения и развития жизни на Земле. Успехи современной биологии, 1945, 19(1):65-78.
Blum HF. Time’s Arrow and Evolution. Princeton, Univ.Press, 1951, IX, 222 p.
Huxley JS. The evolutionary process. In: Evolution as a Process. London, Allen&Unwin, 1954, p. 1-23.
Тейяр де Шарден П. Феномен человека. М., Наука, 1987, 240 с.
Elsasser WM. The Physical Foundation of Biology. London, Pergamon, 1958, X, 219 p.
Smith JM. The Theory of Evolution. London, Penguin Books, 1958.
Виноградов АП. Химическая эволюция Земли. М., АН СССР, 1959, 44 с.
Cannon HG. The Evolution of Living Things. Manchester, Univ.Press, 1959, 180 c.
Simpson GG. The history of Life. In: Evolution after Darwin, v.1. Chicago, Univ.Press, 1960, p. 117-180.
Эрлих П, Холм Р. Процесс эволюции. М., Мир, 1966, 330 с.
Любищев АА. Проблемы формы, систематики и эволюции организмов. М., Наука, 1982. 280 с.
Майр Э. Зоологический вид и эволюция. М., Мир, 1968, 597 с.
Тимофеев-Ресовский НВ, Воронцов НН, Яблоков АВ. Краткий очерк теории эволюции. М., Наука, 1969, 408 c.
Bertalanfy L. von. General System Theory Foundation, Development, Applications. NY, Braziller, 1969, XV, 289 p.
Бернал Дж. Возникновение жизни. М., Мир, 1969, 166 с.
Кальвин М. Химическая эволюция. Молекулярная эволюция, ведущая к возникновению живых систем на Земле и на других планетах. М., Мир, 1971, 240 с.
Monod J. Chance and Necessity: An Essay on the Natural Philosophy in Modern Biology. NY, Vintage, 1972.
Эйген М. Самоорганизация материи и эволюция биологических макромолекул. М., Наука, 1973, 23 с.
Поппер КР. Объективное знание. Эволюционный подход. М., УРСС, 2002, 384 с.
Руттен М. Происхождение жизни естественным путем. Под ред. АИ Опарина. М., Мир, 1973, 411 с.
Conrad M. Thermodynamic Extremal Principles in Evolution. Biophysik, 1973, 9:191.
Körner K. Probleme der Biogenese. Jena, G Fischer Verl., 1974.
Малиновский АА. Случайность в эволюционном процессе и «недарвиновская эволюция». В: Философия и теория эволюции. М., Наука, 1974, c. 103-113.
Decker P. Evolution in Bioids. Origin of Life, 1975, 6:211.
Фокс С, Дозе К. Молекулярная эволюция и возникновение жизни. М., Мир, 1975, 374 с.
Седов ЕА. Эволюция и информация. М., Наука, 1976, 232 с.
Zuckerkandl E. Evolutionary Processes and Evolutionary Noise at the Molecular Level. J.Mol.Evol., 1976, 7:269.
Завадский КМ, Колчинский ЭИ. Эволюция эволюции: историко-критический очерки проблемы. Л., Наука, 1977, 236 с.
Riedl R. Order in Living Organisms: A System of Evolution. NY, Wiley, 1978, XX, 213 p.
Агаев МГ. Экспериментальная эволюция. Л., ЛГУ, 1978, 271 с.
Wicken JS. Information transformation in molecular evolution. J.Theor.Biol., 1978, 72:191-204.
Брода Э. Эволюция биоэнергетических процессов. М., Мир, 1978, 304 с.
Wu T-T. Experimental Evolution in Bacteria. CRC Critical Rev.Microbiol., 1978, 6(1):33-51.
Kaplan RW. Der Ursprung des Lebens. Stuttgart, GThieme Verlag, 1978.
Шноль СЭ. Физико-химические факторы биологической эволюции. М., Наука, 1979, 263 с.
Kimura M. The neutral theory of molecular evolution. Sci.Amer., 1979, 241(5):98-126.
Шварц СС. Экологические закономерности эволюции. М., Наука, 1980, 278 с.
Prigogine I. From Being to Becoming. San Francisco, Freeman, 1980.
Крик Ф. Жизнь, как она есть: ее зарождение и сущность. М., Инст. комп. иссл., 2002, 160 с.
Посохов ЕВ. Химическая эволюция гидросферы. Л., Гидрометеоиздат, 1981, 286 с.
Кордюм ВА. Эволюция и биосфера. Киев, Наукова думка, 1982, 264 с.
Temin HM. Viruses, protoviruses, development and evolution. J.Cell.Biochem., 1982, 19:105-118.
Toon OB et al. Evolution of an impact – generated dust cloud and its effects on the atmosphere. Geol.Soc.Amer.Spec.Pap, 1982, 190:187-200.
Руденко АП. Физико-химические основания химической эволюции. Журн. физ.химии, 1983, 57:1597-1608; 2641-2656.
Küppers BO. Molecular Theory of Evolution. Berlin, Springer, 1983.
Будыко МИ. Эволюция биосферы. Л., Гидрометеоиздат, 1984, 488 с.
Волькенштейн МВ. Сущность биологической эволюции. УФН, 1984, 143:429-466.
Красилов ВА. Нерешенные проблемы теории эволюции. Владивосток, ДВНЦ АН СССР, 1986, 140 с.
Рэфф Р, Кофмен Т. Эмбрионы, гены и эволюция. М., Мир, 1986, 404 с.
Кейлоу П. Принципы эволюции. М., Мир, 1986, 128 с.
Эбелинг И, Энгель А, Файстель Р. Физика процессов эволюции. Синергетический подход. М., УРСС, 2001, 328 с.
Татаринов ЛП. Очерки по теории эволюции. М., Наука, 1987, 251 с.
Мейен С.В. Основы палеоботаники. М., Недра, 1987, 403 с.
Войткевич ГВ. Возникновение и развитие жизни на Земле. Под ред. АИ Перельмана. М., Наука, 1988, 244 с.
Chaisson E. Cosmic Dawn. The Origins of Matter and Life. NY-London, Norton, 1989, XV, 302 p.
Jouce GF. RNA evolution and the origin of life. Nature, 1989, 338:217-224.
Swensen R. Emergent attractors to a theory of general evolution. Syst.Res., 1989, 6(3):187-197.
Курдюмов СП. Законы эволюции и самоорганизации в сложных системах. М., ИПМ, 1990, 45 с.
Лима-де-Фариа А. Эволюция без отбора: автоэволюция формы и функции. М, Мир, 1991, 455 с.
Моисеев НН. Универсальный эволюционизм. Вопросы философии, 1991, 3:3-28.
Назаров ВИ. Учение о макроэволюции. На путях к новому синтезу. М., Наука, 1991, 287 с.
Родин СН. Идея коэволюции. Новосибирск, Наука, 1991, 271 с.
Грант В. Эволюционный процесс: критический обзор эволюционной теории. М., Мир, 1991, 488 с.
Фокс Р. Энергия и эволюция жизни на Земле. М., Мир, 1992, 216 с.
Голубев ВС. Эволюция: от геохимических систем до ноосферы. М., Наука, 1992, 106 с.
Хазен А.М. Происхождение и эволюция жизни и разума с точки зрения синтеза информации. Биофизика, 1992, 37(1):105-122.
Ward P. The End of Evolution: On Mass Extinctions and the Preservation of Biodiversity. NY, Bantam Book, 1994, 302 p.
Князева ЕН, Курдюмов СП. Законы эволюции и самоорганизации сложных систем. М., Наука, 1994.
Гладышев ГП. Термодинамическая теория эволюции живых существ. М., Луч, 1996, 86 с.
Жмур СИ., Розанов АЮ., Горленко ВМ. Следы древнейшей жизни в космических телах Солнечной системы. Природа, 1997, 8:2-10.
Зотин АИ., Зотин АА. Направление, скорость и механизмы прогрессивной эволюции. Термодинамические и экспериментальные основы. М., Наука, 1999, 320 с.
Воронцов НН. Развитие эволюционных идей в биологии. М., Прогресс-Традиция, 1999, 640 с.
Stoltzfus A. On the Possibility of Constructive Neutral Evolution. J.Molecular Evolution, 1999, 49:169-181.
Хойл Ф. Математика эволюции. М.-Ижевск, РХД, 2012, 144 с.
Чернавский ДС. Проблема происхождения жизни и мышления с точки зрения современной физики. УФН, 2000, 170(2):157-183.
Doolittle WF. Uprooting the tree of life. Sci Am, 2000, 282:90-95.
Еськов КЮ. История Земли и жизни на ней. М., Наука-Интерпериодика, 2000, 352 с.
Пехов АП. Биология с основами экологии. СПб., Лань, 2000.
Иорданский НН. Эволюция жизни. М., Академия, 2001, 425 с.
Резанов ИА. Условия возникновения жизни в Солнечной системе. Вестн. РАН, 2001, 71(4):356-363.
Галимов ЭМ. Феномен жизни: между равновесием и нелинейностью. Происхождение и принципы эволюции. М., УРСС, 2001, 254 с.
Gould SJ. The Structure of Evolutionary Theory. Cambridge, MA, Harvard Univ.Press, 2002.
Кац ВА. Эволюционная биология. М., 2002, 108 c.
Martin W, Baross J, Kelley D, Russell MJ. Hydrothermal Vents and the Origin of Life. Nature Reviews Microbiology, 2008, 6:805-814.
Huber С, Wächtershäuser G. α-Hydroxy and α-Amino Acids Under Possible Hadean, Volcanic Origin-of-Life Conditions. Science, 2006, 314:630-632.
Чайковский ЮВ. Эволюция. М., ИИЕТ РАН, 2003, 472 с.
Яковенко ЛВ, Твердислов ВА. Поверхность Мирового океана и физические механизмы предбиологической эволюции. Биофизика, 2003, 48(6):1137-1146.
Редько ВГ. Эволюция, нейронные сети, интеллект. Модели и концепции эволюционной кибернетики. М., УРСС, 2005, 224 с.
Северцов АС. Теория эволюции. М., Владос, 2005, 386 с.
Хайтун СД. Феномен человека на фоне универсальной эволюции. М., УРСС, 2005, 536 с.
Sella G, Hirsh AE. The Application of Statistical Physics to Evolutionary Biology. Proc. Nat. Acad. Sci USA, 2005, 102:9541-9546.
Докинз Р. Эгоистичный ген. М., АСТ, 2013, 512 с.
Назаров ВИ. Эволюция не по Дарвину: смена эволюционной модели. М., ЛКИ, 2007, 520 с.
Панов АД. Инварианты универсальной эволюции и эволюция в Мультиверсе. В: Универсальный эволюционизм и глобальные проблемы. М., ИФРАН, 2007, сс.73-97.
Твердислов ВА, Яковенко ЛВ. Физические аспекты возникновения предшественников живой клетки. О двух фундаментальных асимметриях – ионной и хиральной. Вестник МГУ. Сер. Физ. Астр. 2008, 3:3-16.
Эксперты Национальной академии наук США. и Американского института медицины. Происхождение жизни: наука и вера (Сб экспертов НАН США). М., Астрель, 2010, 96 с.
Goldenfeld N, Woese CR. Life is Physics: Evolution as a Collective Phenomenon Far From Equilibrium. Annu Rev Cond Mat Physics, 2011, 2:375-399.
Земнухов ВВ. Происхождение жизни: атмосферная гипотеза. Владивосток, ИБМ ДВО РАН, 2012.
How Old is the Universe? NASA, 2010, http://map.gsfc.nasa.gov/universe/uni_age.html.
Alpher RA, Herman RG, Gamov GA. The Early Universe. Phys. Rev., 1948, 74:1198.
Силк Дж. Большой взрыв. Рождение и эволюция Вселенной. М., Мир, 1982, 391 с.
Вайнберг С. Первые три минуты. Современный взгляд на происхождение Вселенной. М., Энергоиздат, 1981.
Горбунов ДС, Рубаков ВА. Введение в теорию ранней Вселенной: Теория горячего Большого взрыва. Москва, ЛКИ, 2006, 464 с.
Зельдович ЯБ, Новиков ИД. Строение и эволюция Вселенной. М., Наука, 1975, 736 с.
Дорофеева ВА, Макалкин АБ. Эволюция ранней Солнечной системы. Космохимические и физические аспекты. М., УРСС, 2004, 264 с.
Девис П. Случайная Вселенная. М., Мир, 1985, 160 с.
Guth AH. Eternal Inflation. Ann NY Acad Sci, 2001, 950:66-82.
Hawking SW, Mlodinov L. The Grand Design. London, Bantam, 2010.
Кунин ЕВ. Логика случая. О природе и происхождении биологической эволюции. М., Центрполиграф, 2014, 527 с.
Gorst M. Measuring Eternity: The Search for the Beginning of Time. New York, Broadway Books, 2001, 338 p.
Anzellini S, Dewaele A, Mezouar M, Loubeyre P, Morard G. Melting of Iron at Earth’s Inner Core Boundary Based on Fast X-ray Diffraction. Science, 2013, 340(6131):464-466.
Сорохтин ОГ. Чилингар ДжВ, Сорохтин НО. Теория развития Земли: происхождение, эволюция и трагическое будущее. Москва-Ижевск, Ин-т комп. исслед., 2010, 751 с.
Ladbury R. Geodynamo Turns Toward a Stable Magnetic Field. Physics Today, 1996, 49:17.
Пущаровский ДЮ, Пущаровский ЮМ. Состав и строение мантии Земли. Соросовский образовательный журнал, 1998, 11:111-119.
Gomes R, Levison HF, Tsiganis K, Morbidelli A. Origin of the Cataclysmic Late Heavy Bombardment Period of the Terrestrial Planets. Nature, 2005, 435(03676):466-469.
Вдовыкин ГП. Органическое вещество в метеоритах. Успехи современной биологии. 1979, 8(1):37-50.
Вдовыкин ГП, Грачев ВИ, Малышева ТВ. Термальный метаморфизм углистых хондритов. Геохимия, 1977, 6:869-876.
Duprat J, Dobrica E, Engrand C, Aleon J, Marrocchi Y, Mostefaoui S, Meibom A, leroux H, Rouzaud J-N, Gounelle M, Robert F. Extreme Deuterium Excesses in Ultracarbonaceous Micrometeorites from Central Antarctic Snow. Science, 2010, 328(5979):742-745.
Тейлер РДж. Происхождение химических элементов. М., Мир, 1975, 232 с.
Резанов ИА. Условия возникновения жизни в Солнечной системе. Вестн. РАН, 2001, 71(4):356-363.
Монин АС. Ранняя геологическая история Земли. М., Недра, 1987, 261 с.
Miller SL, Urey HC. Organic compound synthesis on the primitive Earth. Science, 1959, 130 (3370):245-251.
Miller SL, Orgel LE. The origin of Life on Earth. NY, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, 1974.
Wilson AC. The molecular basis of evolution. Sci. Am., 1986, 253:164-173.
Oro J. Mechanism of synthesis of adenine from hydrogen cyanide under plausible primitive earth conditions. Nature, 1961, 191:1193-1194.
Ponnamperuma C., Lemmon R. M., Mariner R., Calvin N. Formation of adenine by electron irradiation of methane ammonia and water. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1963, 49:737-740.
Smart JM. Evo Devo Universe? A Framework for Speculations on Cosmic Culture. In: Cosmos Culture. Cultural Evolution in a Cosmic Contex. Dick SJ, Lipisella ML (eds.). Washington, NASA, 2009, pp 201-296.
Идлис ГМ. Основные черты наблюдаемой астрономической Вселенной как характерные свойства обитаемой космической системы. Изв. Астроф. ин-та КазССР, 1958, 7:40-53.
Пармон В.Н. Естественный отбор среди молекул. Наука из первых рук. 2004, 0:33-41.
Небел Б. Наука об окружающей среде. М., Наука, 2002, 763 с.
Нельсон ДЛ, Кокс ММ Ленинджер основы биохимии, т. 2. Биоэнергетика и метаболизм. М., Бином, 2013, 638 с.
Lawrence CM, Menon S, Eilers BJ et al. Structural and functional studies of archaeal viruses. J.Biol.Chem., 2009, 284(19):12599-603.
Edwards RA, Rohwer F. Viral Metagenomics. Nat.Rev.Microbiol., 2005, 3:504-510.
Spirin AS. When, where, and in what environment could the RNA world appear and evolve? Paleontological Journal, 2007, 41(5):481-488.
Марков АВ. Рождение сложности. М., Астрель, 2010, 527 с.
Hull DЕ. Thermodynamics and kinetics of spontaneous generation. Nature, 1960, 186:693-694.
Bradley WL., Thaxton CB. 1994. Information and the origin of life. In: Moreland JP (ed.). The creation hypothesis: science evidence for an intelligent designer. Downers Grove, III., InterVarsity Press, pp. 173-210.
Green DE, Goldberger RF. Molecular insights into the living process. New York & London, Academic Press, 1967, pp. 406-407.
Morowitz HJ. Energy flow in biology: biological organization as a problem in thermal physics. New York & London: Academic Press, 1968, p. 67.
De Duve C. The beginning of life on earth. American Scientist, 1995, 83:428-437.
Denton M. Evolution: A Theory in Crisis. Bethesda, Marylan, Adler and Publishers, 1986, 261 p.
http://geolines.ru/publications/History-on-Line/News-on-Line_295.html.

Полнотекстовая электронная версия статьи – на вебсайте http://elibrary.ru