Необходимые условия для возникновения жизни (абиогенеза)

[TabulaRasa]

Каковы же были условия существования этих древнейших прокариотных экосистем? Они традиционно считались подводными (морскими) до тех пор, пока И.Н. Крылов и Г.А. Заварзин (1988) не выдвинули ряд аргументов в пользу наземного образования докембрийских строматолитов. В дальнейшем палеонтолог А.Г. Пономаренко (1993) поставил вопрос о том, что такое вообще "море" и "суша" применительно к глубокому докембрию - раньше это просто никому не приходило в голову. Дело в том, что в отсутствие высшей наземной растительности скорость водной и ветровой эрозии должна превышать современную во много раз. Незащищенные наклонные субстраты при этом будут размываться очень быстро, и ландшафт окажется состоящим из практически вертикальных скал и почти горизонтальных равнин, простирающихся на огромные площади и лишь незначительно превышающих уровень моря. Так что, по всей видимости, в те времена на окраинах континентов формировались обширные мелководные бассейны с постоянно меняющимся уровнем воды и без настоящей береговой линии. Именно в этом "вымершем" ландшафте, не являющемся ни сушей, ни морем в современном смысле, и процветали строматолитовые экосистемы.
"Ранний докембрий: древнейшие следы жизни на Земле. Маты и строматолиты. Прокариотный мир и возникновение эукариотности." Еськов К. Ю.

http://evolution.powernet.ru/library/eskov/05.html

[TabulaRasa]

Теперь что касаемо водички.
Геология почему-то никогда особо не озадачивалась источником ее возникновения на планете, да  и мне самому интересно: почему вас так беспокоит ее происхождение? Ну да, какой-то процент получен дегазацией недр, какой-то - занесен ледяными телами. Соотношение установить точно невозможно,  да и зачем? Ведь вся вода принадлежала когда-то одному гиганскому молекулярному облаку - она везде одинаковая! Почему-то ни разу не приходилось наблюдать обсуждений по поводу того, какой процент силикатов, или мм... железа, к примеру, был получен Землей при аккреции, а какой - позже? Странно, не находите?

[Проходящий Кот]

У нас сейчас вообще-то 2019 год.

[TabulaRasa]

Серьезный аргумент. А в каком году изобрели арабские цифры, которые Вы только что использовали?

[Скеп-тик]

Ну да, какой-то процент получен дегазацией недр, какой-то - занесен ледяными телами.

Ну, каг бэ при заносе воды ледяными телами после окончательного формирования планеты (не только Земли), от времени эволюции абиогенез —> настоящая жизнь отнимается полмиллиарда лет. Наличие жидкой воды на поверхности планетных зародышей, начиная с диаметра в 1-2 тыс км, сильно увеличивает вариабельность условий и вероятность возникновения жизни.

[Maki]

Незащищенные наклонные субстраты при этом будут размываться очень быстро, и ландшафт окажется состоящим из практически вертикальных скал и почти горизонтальных равнин, простирающихся на огромные площади и лишь незначительно превышающих уровень моря. Так что, по всей видимости, в те времена на окраинах континентов формировались обширные мелководные бассейны с постоянно меняющимся уровнем воды и без настоящей береговой линии.

Звучит как геологическая фантастика. На Земле есть масса северных или пустынных ландшафтов, которые растительностью не защищены. И их рельеф зависит исключительно от свойств составляющей их породы.
До начала тектоники плит, рельеф Земли должен был напоминать марсианский - лавовые равнины, кратеры, и вулканы. И всё это хозяйство было залито некоторым количеством воды.
Вот и вопрос - сколько её было?
Потому что если было её больше, чем сейчас - не получается "мелководный океан". Получается океан достаточно глубокий, со скалистыми и вулканическими островами. И никаких условий для "первичного бульона" на такой планете нет.

Геология почему-то никогда особо не озадачивалась источником ее возникновения на планете, да  и мне самому интересно: почему вас так беспокоит ее происхождение?

Как раз таки "происхождение" воды меня совершенно не беспокоит. Воде, в том числе, была посвящена вот эта интересная тема https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,167722.240.html  Вывод из неё я сделал такой, что в нашем протопланетном диске содержалось даже избыточное количество газов и воды. То, что основная масса воды оказалась за снеговой линией, а Земля получилась достаточно "сухой" - огромная удача для земной жизни.
Применимо к катархею и архею - крайне интересно, как происходила гравитационная дифференциация, и сопутствующая ей дегазация и обезвоживание Земли. Если после катархея действительно был этап полностью расплавленной Земли - вся вода и углекислота должны были поступить в атмосферу, с неизбежным парниковым эффектом и полой венеризацией.
Но почему так не произошло? Может быть дело в том, что Земля а архее была практически "водной планетой", и углекислота просто растворялась в воде и связывалась со щелочными лавами?

[TabulaRasa]

---
Самое интересное, на мой близорукий взгляд, заключается вот в этом коротком фрагменте Вашего сообщения:

Наличие жидкой воды на поверхности

А чем, собственно, так удалась Земля, что водичка в ней содержится ажно даже на поверхности? - Факт настолько привычный, что редко кому придет в голову переплыть  Днепр.
Вместе с тем общее количество "земной" воды, а это около 1,4 млрд кубокилометров - не идет ни в какое сравнение с объемом коры и мантии. Если прикинуть грубо, пусть я даже ошибусь на порядок, но чтобы покрыть школьный глобус морями и океанами, а также насытить его недра водой, нам потребуется всего полтора кубика ашдвао. Недурно, правда? Не знаю, как тут быть с поверхностным натяжением, по-моему сложно...
Это не кажется странным?

[TabulaRasa]

Звучит как геологическая фантастика. На Земле есть масса северных или пустынных ландшафтов, которые растительностью не защищены.

Ну давайте все-таки объективно подходить к этому вопросу.
Во-первых, полярные шапки - этой уже кайнозой. Мы же сейчас говорим о раннем докембрии. Современные пустыни - это момент в геологической истории Земли. Пройдет пару сотен миллионов лет - и Вы не узнаете облика планеты, уверяю Вас

[Maki]

Ну давайте все-таки объективно подходить к этому вопросу.

Но ведь упомянув современные пустыни и тундры, я уточнил, что на самом деле я имею в виду:

До начала тектоники плит, рельеф Земли должен был напоминать марсианский - лавовые равнины, кратеры, и вулканы. И всё это хозяйство было залито некоторым количеством воды.

Наличие жидкой воды на поверхности планетных зародышей, начиная с диаметра в 1-2 тыс км, сильно увеличивает вариабельность условий и вероятность возникновения жизни.

А почему все так уцепились за эту несчастную поверхность? Подземные воды - место для жизни тоже вполне перспективное. По крайней мере для хемотрофов. И это увеличивает вариабельность ещё сильней.

А чем, собственно, так удалась Земля, что водичка в ней содержится ажно даже на поверхности?

А что в этом должно быть удивительного? То, что этим делом в детстве баловался и Марс - факт общеизвестный. Такие же нехорошие слухи ходят и про Венеру. А уж за снеговой линией, воду на поверхности имеет большинство уважающих себя каменистых планет.

Это не кажется странным?

Не совсем понял ваши расчёты. Но для жизни на планете воды действительно надо совсем суть-чуть. Всего лишь 0,05% от массы планеты, как у нас, оказалось совершенно достаточно.
И то, что Земля настолько сухая и жидкоатмосферная - воистину замечательно. Иначе, вследствие неумолимой гравитационной дифференциации, возникла бы суператмосфера и парниковый эффект.

[Скеп-тик]

А почему все так уцепились за эту несчастную поверхность? Подземные воды - место для жизни тоже вполне перспективное. По крайней мере для хемотрофов. И это увеличивает вариабельность ещё сильней.

Жизни кушать хочется. Поэтому на поверхности - полно "пирожных" в виде фотонов. Невесомый фотон обеспечивает "пробег" электрона от воды до сахара почти без системы выделения. Только от кислорода отплёвывайся.
Хемотроф, для получения одного электрона, должен заглотить ион серы/железа/водорода, доставить его к каталитическому центру, использовать, а затем выплюнуть. Поэтому хемотрофы - всегда деструкторы, они используют электрон не для синтеза, а для отрезания хорошего куска готового  белка/ДНК/сахара и встраивание в свою структуру. То есть, хемотрофы - организмы намного более сложные, чем автотрофы. И нету в подземных водах быстрых доставщиков пиццы и пирожных, да и если накакал, сиди в собственных какашках десятилетия. Где уж тут эволюционировать...

[Maki]

И нету в подземных водах быстрых доставщиков пиццы и пирожных, да и если накакал, сиди в собственных какашках десятилетия. Где уж тут эволюционировать...

Возможно, в катархее и раннем архее, в грунтовых водах пиццы вполне хватало. С канализацией и транспортом в грунтовых водах тоже порядок - циркуляция и перенос микробов там вполне идёт.
В луже сперва жили тоже хемотрофы. Кушать фотоны они додумались позже. 

[TabulaRasa]

А что в этом должно быть удивительного? То, что этим делом в детстве баловался и Марс - факт общеизвестный. Такие же нехорошие слухи ходят и про Венеру.

Мы с Вами как-то говорили на эту тему,  жаль, что мои посылы остались незамеченными.
Дело в том, что поверхностные бассейны воды - явление уникальное. Для того, чтобы вода не ушла в мантию, нужен герметизирующий слой - на Земле его роль на себя принята серпентинитами - на этом уровне и останавливается слой повехностных вод. Разумеется, вода есть и в мантии в виде флюидов, и в субдуцированных слэбах, но там она чересчур горячая, вне фотической зоны и нам не интересная.
В свою очередь, для метаморфизма магматических пород в тот самый желаемый герметизирующий слой серпентинита нужны четыре условия.
 Исходный материал (перидотит, пикрит и пр.),
вода,
 давление
и температура.
Вот здесь-то у нас все и сошлось. Опять эта удивительная тонкая настройка, выраженная в необходимом количестве материала, давления и температуры, с чем не получилось ни у Марса, ни у Венеры.

[Maki]

Мы с Вами как-то говорили на эту тему,  жаль, что мои посылы остались незамеченными.
Дело в том, что поверхностные бассейны воды - явление уникальное. Для того, чтобы вода не ушла в мантию, нужен герметизирующий слой - на Земле его роль на себя принята серпентинитами - на этом уровне и останавливается слой повехностных вод.

Да, спасибо что напомнили.
Но ведь для того, чтобы вода ушла в мантию, нужны конвекционные процессы. При этом, вода как поглощается мантией, так и выносится наружу.
Где, в отсутствие серпентитов, будет находиться основная её масса?

[Скеп-тик]

Или она ещё не вышла на поверхность в результате дегазации.
Основной изолятор для воды - уровень температур в породах, содержащих кремний. При температуре 700°С вода разлагается на атомарные (не ионы!) водород и кислород, после чего водород начинает путь наверх, где снова соединяется с кислородом и входит в кристаллогидраты.
Именно поэтому изотопный состав кислорода воды не имеет ничего общего с первоначальным изотопным распределением времён аккреции.

Дело в том, что поверхностные бассейны воды - явление уникальное.

Да вот только на любом небесном теле, способном удержать атмосферу, вода на поверхности есть. Просто на Венере она вскипятилась, а на Европе-Титане стала горной породой.

[Maki]

Или она ещё не вышла на поверхность в результате дегазации.
Основной изолятор для воды - уровень температур в породах, содержащих кремний. При температуре 700°С вода разлагается на атомарные (не ионы!) водород и кислород, после чего водород начинает путь наверх, где снова соединяется с кислородом и входит в кристаллогидраты.
Именно поэтому изотопный состав кислорода воды не имеет ничего общего с первоначальным изотопным распределением времён аккреции.

Весьма интересно. Получается, что это расщепление происходит в температурной зоне, соответствующей примерно современной границе кора/мантия.
А скорость диффузии атомарных водорода и кислорода сильно различается, или она более-менее сопоставима? Доходит ли зоны кристаллогидратов весь кислород, или часть его вступает по пути в реакцию?
И как ведёт себя вода выше зоны кристаллогидратов?

Да вот только на любом небесном теле, способном удержать атмосферу, вода на поверхности есть. Просто на Венере она вскипятилась, а на Европе-Титане стала горной породой.

Здесь тоже куча вопросов:
Вода на Венере не обязана была кипятиться на поверхности. При температуре поверхности выше 100 градусов, она могла просто испаряться из реголита. минуя жидкую фазу. А если на поверхности сразу стало 300-400°С? Что если распавшаяся при 700°С вода, хотя бы частично поступала в атмосферу в атомарном виде?

[Rattus]

В копилочку:
https://nplus1.ru/news/2019/10/03/rnaworld

[Maki]

В копилочку:
https://nplus1.ru/news/2019/10/03/rnaworld

Весьма!
В ортодоксальном видении абиогенеза - можно представить глобальный "Йеллоустоун" с периодическим пересыханием горячих луж.
А вот если брать за основу видение Сорохтина - катархейская Земля была масштабированным "Рюгу", но уже раскалённым изнутри. Но Сорохтин описывает лишь то, как лунные (и куда в меньшей степени слонечные) приливы перемешивали хондритный гравий. А мы имеем право предположить, что и подземная гидросфера (по полной аналогии с нынешней) подвергалась мощнейшему приливному воздействию.
То есть, гигантские массы воды, вероятно, ритмически перемещались между глубинными уровнями кипения, конденсации, и, возможно, замерзания и сублимации.
Да, приливные силы - интересный механизм "накачки энергией" планетарного "химического компьютера".
У этого предположения есть пара очевидных и забавных следствий.

[Скеп-тик]

А я скажу "хи-хи". Лабораторные химики привыкли работать с чистыми растворами, ну и абиогенез так представляют: в дистиллированную воду океанов по очереди капают нужные аминокислоты, которые встраиваются в нужное место по мере поступления в правильной последовательности...
А будет работать этот механизм в присутствии железного купороса? Которого тогда, в отсутствии кислорода, в морях и лужах было больше, чем поваренной соли.

[Maki]

А будет работать этот механизм в присутствии железного купороса? Которого тогда, в отсутствии кислорода, в морях и лужах было больше, чем поваренной соли.

Сколько его в хондиритах?

[Rattus]

Лабораторные химики привыкли работать с чистыми растворами, ну и абиогенез так представляют

Уже давно не представляют. Со времён Миллера-Юри пока довольствуются смесью АК и нуклеозидов. И Армен Мулкиджанян эти проблемы в своей лекции вполне осветил уже давно.

А будет работать этот механизм в присутствии железного купороса? Которого тогда, в отсутствии кислорода, в морях и лужах было больше, чем поваренной соли.

Подробно это рассмотрено у Михаила Никитина. И вообще Fe²⁺ по свойствам очень близок к Mg²⁺, который является кофактором множества ключевых ферментов и рибозимов. Собственно биоте скорее всего и пришлось заменить железо(II) на магний ввиду исчерпания первого к моменту кислородной катастрофы - ссылку на статью тут уже давно выкладывал.