Сайт о нанотехнологиях #1 в России. Суп первобытный
Муха в первобытном супе
Моделирование гидротермальных источников превращает эти источники жизни из маловероятных в практически неизбежных
Я прибыл на второй день творения. Лори Барж [Laurie Barge] пригласила меня провести один день в её лаборатории моделирования источников жизни. Она – исследователь в Реактивной лаборатории НАСА в Пасадене, и работает с коллегой, геологом Майклом Расселом, членом Института астробиологии НАСА. Задачей было создать миниатюрный гидротермальный источник в условиях, моделировавших первобытный океан 4 млрд лет назад. Такие источники находятся в центре научной истории создания жизни, истории слишком контринтуитивной, чтобы быть правдой, и всё же настолько логичной, что она просто обязана подтвердиться.
На первый день Барж с учениками создали океаны. Они начали с дистиллированной воды, и прокачали через неё азот, замещающий кислород, которого не было на ранней Земле. Две ранние Земли в мензурках поставили на стальных постаментах внутри вытяжки. Затем мы добавили в океаны хлорид железа, придавший воде цвет пива без газа [flat beer]. В дно каждого из сосудов я вставил кончик пипетки и добавил туда сульфид натрия, эмулируя горячую жидкость, поднимающуюся через разломы земной коры. Натрий прореагировал с хлоридом и создал солёную воду, а сера объединилась с железом и образовала сульфид железа, выпавшего в осадок в виде пустотелой трубы. Сходные трубы появлялись у гидротермальных источников (ГИ) в позднем Катархее 4 млрд лет назад, и всё ещё формируются как в бездонных морях, так и в лаборатории Барж.
Подводный город: это отложение в виде улья сформировалось на боку другой структуры в Затерянном Городе, большом подводном скоплении минеральных трубок, некоторые из которых достигают размером зданий, испускающих щелочную жидкость.
Идея зарождения жизни в ГИ борется с более старой, всем известной научной историей сотворения жизни, "первичным бульоном". В письме к Джозефу Хукеру в 1871 году Чарльз Дарвин рассматривал идею того, что жизнь зародилась «в каком-нибудь небольшом, тёплом пруду, где находились всякие соли аммиака и фосфора, где были свет, тепло, электричество и т.п.», в результате чего «химически сформировалось белковое соединение, готовое к ещё более сложным изменениям». В 1924 году русский учёный Александр Опарин выдвинул теорию о возникновении жизни на Земле через превращение, в ходе постепенной химической эволюции, молекул, содержащих углерод, в «первичный бульон». В 1925 году он представил эту идею на суд англоязычной общественности. В 1929 британский учёный Джон Бёрдон Сандерсон Холдейн опубликовал свою работу на тему зарождения жизни со схожими идеями. Он писал, как жизнь могла зародиться в древнем океане, обладавшем консистенцией «горячего, разбавленного супа». Так это название и прижилось.
В 1953 Стэнли Миллер, аспирант, обучавшийся у нобелевского лауреата Гарольда Юри, успешно создал суп в лаборатории. Он расставил колбы с предполагаемым первобытным океаном и атмосферой, подал искру при помощи искусственных молний и собрал полученные соединения. Он обнаружил множество очень любопытных, включая несколько аминокислот. Химия Миллера-Юри стала условным обозначением в поисках источника жизни, в то время как ученики Миллера сами плодились и размножались. В сегодняшнем исследовании источника жизни, «супом» обозначают модели, в которых жизнь начинается на поверхности океана или неподалёку от него благодаря химии Миллера-Юри, в то время как молнии или другие источники энергии постоянно объединяют молекулы в состояния со всё возрастающей сложностью, до тех пор, пока не начинается дарвиновская эволюция. [Plaxco, K.W. & Gross, M. Astrobiology: A Brief Introduction Johns Hopkins University Press, Baltimore, MD (2006)]
Суп интуитивно привлекателен: из него можно вывести строительные кирпичики жизни. Но у него есть и фатальный недостаток: вне зависимости от того, что он производит, оно мертво. Молнии могут запускать биохимические реакции, но энергия быстро рассеивается и система возвращается к равновесию. Первичному бульону требуется эволюция, чтобы карабкаться вверх термодинамически, по направлению к увеличению порядка. Это похоже на гравитационные холмы, описаний которых полно в интернете, где машина будто сама катится в гору. От жары, камней и морской воды самозародились аминокислоты и нуклеотиды. Они организовались в ещё более упорядоченные молекулы, такие, как ферменты и белки. Из них эволюция построила первые клетки, и, в итоге, красное дерево и розы, пчёл и яблони, гиен и людей.
Но гравитационный холм – это обман перспективы. Строительный уровень раскрыл бы обман, но его редко увидишь в этих роликах с «волшебными» холмами. Законы физики никто не отменял. То же касается и зарождения жизни, как говорят специалисты по ГИ. Это только кажется, что эволюция движется к упорядочиванию; в общем и целом она всегда движется под гору. Модели ГИ говорят, что в начальных условиях появление жизни не было сродни чуду. Оно было неизбежно. [Martin, W. & Russell, M.J. On the origins of cells: A hypothesis for the evolutionary transitions from abiotic geochemistry to chemoautotrophic prokaryotes, and from prokaryotes to nucleated cells. Philosophical Transactions of the Royal Society of London B: Biological Sciences 358, 59-83 (2003) / Russell, M.J. & Martin, W. The rocky roots of the acetyl-CoA pathway. Trends in Biochemical Sciences 29, 358-363 (2004) / Martin, W. & Russell, M.J. On the origin of biochemistry at an alkaline hydrothermal vent. Philosophical Transactions of the Royal Society of London B: Biological Sciences 362, 1887-1925 (2007) / Martin, W., Baross, J., Kelley, D., & Russell, M.J. Hydrothermal vents and the origin of life. Nature Reviews Microbiology 6, 805-814 (2008)]
Подводный робот подробно изучает растущую в Затерянном Городе структуру
Океанографы впервые обнаружили ГИ в 1977 году в Галапагосской расселине на востоке Тихого океана. [Corliss, J.B., et al. Submarine thermal springs on the Galápagos rift. Science 203, 1073-1083 (1979)] Затем в 1979 году на гребне Восточно-Тихоокеанского поднятия на 21 градусе северной широты были обнаружены гигантские трубы, выплёвывающие черноватую и очень горячую кислоту в холодные тёмные глубины. Довольно точно, и чуть ли не поэтично, эти структуры были названы «чёрными курильщиками». Исследователи поразились тому, что пространство вблизи чёрных курильщиков кишело жизнью, начиная от рыб и заканчивая бессчётным количеством новых видов микробов. В 1981 году Джек Корлисс, один из океанографов экспедиции в Галапагосскую расселину, совместно с микробиологами Джоном Бароссом и Сарой Хоффман предположили, что подводные ГИ «предоставляют все необходимые условия для создания жизни на Земле». Не нужно было никакого света или молний. Не было никакого супа.
Последователи Миллера пошли в ответную атаку. ГИ были слишком горячи для поддержки жизни, писали Миллер и его прежний студент Джеффри Бада. Аминокислоты и нуклеиновые кислоты, даже если бы и появились, почти сразу разрушились бы. Сахара бы расплавились. Жизнь никак не могла начаться в таком враждебном окружении. Они писали: «источники были бы важным инструментом разрушения, а не синтеза органических компонентов в примитивных океанах». [Miller, S.L. & Bada, J.L. Submarine hot springs and the origin of life. Nature 334, 609-611 (1988)]
Рассел и его коллега Аллан Холл, сейчас работающий археологом в Университете в Глазго, подключились к спору. Они сказали, что Миллер, конечно, прав – чёрные курильщики слишком горячи и в них слишком много кислоты, чтобы там сформировалась жизнь. А вот рядом с ними, писали они, можно найти минеральные трубки, испускающие тепловатую щелочную жидкость. Это идеальные места для зарождения жизни. [Russell, M.J., Hall, A.J., & Turner, D. In vitro growth of iron sulfide chimneys: possible culture chambers for origin‐of‐life experiments. Terra Nova 1, 238-241 (1989)]
На камнях гидротермального поля Затерянного Города живёт широкий спектр глубоководных беспозвоночных, включая большое количество кораллов. Крабы также считают этот город своим домом.
И 4 декабря 2000 года, как предсказывал Рассел, такие трубки были найдены, пусть и случайно. Исследовательская команда под управлением Донны Блэкман из Института океанографии Скриппса, в которую входили Дебора Келли из Вашингтонского университета и Джеффри Карсон из Университета Дьюка, изучали Атлантический массив, 15-км возвышение, названное в честь мифического города, которое, если верить Платону, затонул на севере Атлантики после проигрыша Афинам. Ближе к концу месячной экспедиции подводный робот отклонился от назначенного курса, последовав за рыбой, будто бы специально кривлявшейся в камеру. Внезапно исследователи увидели на экране обширную систему жемчужно-белых структур, некоторые из которых были размером со здания: конусы, шпили, замёрзшие окна. Они не смогли удержаться оттого, чтобы назвать это место «Затерянным городом». [Earthguide: Mid-Atlantic Ridge, journal entry, Dec. 12, 2000]
При его изучении обнаружилось, что башни Затерянного Города испускают чистую, тёплую щелочную жидкость в немного кислый океан. Границы отделяли тёплую воду от холодной, концентрированную от разбавленной, низкий pH от высокого. Затерянный Город на ранней Земле появился бы в насыщенном углекислым газом, а, следовательно, кислотном океане. Его пористые стены из сульфидов и оксидов железа сделали бы первый Затерянный Город слабой, но огромной батареей. [Russell, M.J., Nitschke, W., & Branscomb, E. The inevitable journey to being. Philosophical Transactions of the Royal Society of London B: Biological Sciences 368 (2013). Retrieved from doi:10.1098/rstb.2012.0254] Живые клетки тоже окружены мембраной, разделяющей щелочные внутренности от слегка кислотной окружающей среды. «Последний всеобщий предок» жизни, как говорит Барж, «питался градиентами электронов и протонов, как и сегодняшняя жизнь». Будь то животное, растение, гриб или бактерия, все организмы повторяют химию окисления и восстановления, обнаруженную в тёплых щелочных источниках. Маленькая частичка того древнего Затерянного Города живёт внутри каждой клетки.
Пока мы с Барж наблюдали эксперимент, трубы из сульфида железа начали формировать сложные структуры. Поднимающаяся жидкость построила свою выхлопную трубу. Кусочек кристалла блокировал поток; жидкость, поднимаясь, нашла новый путь; структура разветвилась. Результат удивительно напоминал растение. Древние алхимики создавали похожие «химические сады», а почти забытый биолог XIX века Стефан Лёдук [Stéphane Leduc] считал, что эти органические формы отражают принципы биологического роста. «Жизненная цепь, – писал Лёдук, – продолжается непрерывно, от минерала на одном конце до самого сложного организма на другом».
Современные модели ГИ предлагают объяснение создания этой цепи. Гигантская батарея раннего Затерянного Города поддерживает работу инструмента, порождающего сложные молекулы, в основном из углерода, водорода и кислорода. Сульфид железа, как и другие небольшие молекулы, встречающиеся в источниках, работают, как коферменты – каталитические нанодвигатели, продвигающие реакции, лежащие в самом сердце всего метаболизма. Трубы, проще говоря, обладают неким подобием метаболизма, получающего энергию от водорода, CO2 и других молекул, и использующего её для построения более сложных молекул, в основном из углерода, водорода и кислорода. Самые древние пути метаболизма в биологии повторяют химию раннего Затерянного Города.
Больше всего нашей интуиции противоречит то, что сложные структуры могут лучше рассеивать энергию, чем простые. [Mac McClellan, J. What Is the Most Fuel Efficient Airplane? Flyingmag.com (2008)] Катализаторы помогают вам взбираться на энергетический холм, чтобы с другой стороны вы могли свалиться ещё ниже. Если рассмотреть всю биологическую эволюцию, то каждый организм представляет собой такой энергетический холм. Он формируется только если в термодинамически благоприятных условиях – если затаскивая энергию на холм, мы сможем выпустить ещё больше энергии. На создание ящерицы требуется больше энергии, чем на создание некоего количества кишечной палочки такой же массы, но он и потребляет энергию быстрее. В мире, где есть и ящерицы, и бактерии, энергетически более благоприятен, чем мир, где есть только бактерии. Мир, где есть ещё и теплокровные коровы, жующие траву и испускающие тепло, метан и удобрение – улучшенная версия энтропийного двигателя; мир с тиграми – ещё лучше. Энергетически выгодно иметь экосистему: Земля с буйной растительностью и кишащей жизнью потребляет больше тепла из горячего центра планеты и Солнца, выпуская его в холодный, тёмный космос, чем, допустим, Марс. Наша биосфера – это очень сложный пузырь со льдом для Солнца.
Гигантский инструмент рассеивания появился вместе с Homo sapiens. Вся история технологии – это разработка всё более эффективных методов извлечения энергии из Земли и Солнца: огонь, готовка, сельское хозяйство, добыча ископаемых, выплавка, лесозаготовка, паровые двигатели. Как у сбегающей с холма струйки воды, точный путь эволюции и культуры не определён – только общий тренд. Поэтому ни искусство, ни войны, ни NASCAR, ни смартфоны не были неизбежными – всё это можно рассматривать как работу двигателя человеческой энтропии. В таком свете наши тенденции рассеивания – не отклонение, но термодинамическая необходимость.
Миниатюрная трубка сульфида железа 5 см высотой растёт в симуляции моря в Реактивной лаборатории. Она воспроизводит более крупные структуры, связываемые с ГИ, в каких на древней Земле могла зародиться жизнь
Если бы мы с Барж достаточно долго наблюдали за лабораторной моделью, выработала бы она при помощи эволюции метаболический путь? Ферменты? Гены? Возможно. Барж делает первые шаги в этом направлении, хотя и небольшие. Вместо того, чтобы строить трубу, она размещает сульфид железа и другие минералы на пористом диске из инертного материала. Диск может работать мембраной между, допустим, положительно заряженной и отрицательно заряженной жидкостью. Барж измеряет напряжение и разницу в pH с двух сторон мембраны – потом электронов и протонов. Эти токи поддерживают химические реакции, фундаментальные для жизни. Следующий шаг – заставить химические реакции выдать более сложные молекулы. «Можно также устроить эксперименты, – говорит она, – для проверки появляющейся обратной связи органики с минералами». Простые катализаторы могли бы предпочитать реакции, чьим результатом становились бы более сложные катализаторы, которые могли бы производить ещё более сложные катализаторы, и эта петля обратной связи приводила бы в итоге – через продолжительное время – к белкам и ДНК.
В одном из двух моих миров труба получилась с тонким стеблем и тяжёлым утолщением на конце. «Эта, скорее всего, сломается», – говорит Барж. И она ломается: тупик эволюции. Но труба в другой колбе вырастила очень толстое основание и построила коническую гору с серией пиков, которые казались бы величественными для водяной блохи. Лори осмотрела её и похвалила.
Натаниэль Комфорт – член астробиологического собрания им. Баруха Блумберга в Библиотеке Конгресса/НАСА и профессор по истории медицины в Университете им. Джона Хопкинса. Его недавняя книга – «Наука совершенствования человека» [The Science of Human Perfection]. Твиттер @nccomfort.
Автор: Вячеслав Голованов
Источник
www.pvsm.ru
Муха в первобытном супе | Нанотехнологии Nanonewsnet
Моделирование гидротермальных источников превращает эти источники жизни из маловероятных в практически неизбежные
Моделирование гидротермальных источников превращает эти источники жизни из маловероятных в практически неизбежные
Я прибыл на второй день творения. Лори Барж [Laurie Barge] пригласила меня провести один день в её лаборатории моделирования источников жизни. Она – исследователь в Реактивной лаборатории НАСА в Пасадене, и работает с коллегой, геологом Майклом Расселом, членом Института астробиологии НАСА. Задачей было создать миниатюрный гидротермальный источник в условиях, моделировавших первобытный океан 4 млрд лет назад. Такие источники находятся в центре научной истории создания жизни, истории слишком контринтуитивной, чтобы быть правдой, и всё же настолько логичной, что она просто обязана подтвердиться.
На первый день Барж с учениками создали океаны. Они начали с дистиллированной воды, и прокачали через неё азот, замещающий кислород, которого не было на ранней Земле. Две ранние Земли в мензурках поставили на стальных постаментах внутри вытяжки. Затем мы добавили в океаны хлорид железа, придавший воде цвет пива без газа [flat beer]. В дно каждого из сосудов я вставил кончик пипетки и добавил туда сульфид натрия, эмулируя горячую жидкость, поднимающуюся через разломы земной коры. Натрий прореагировал с хлоридом и создал солёную воду, а сера объединилась с железом и образовала сульфид железа, выпавшего в осадок в виде пустотелой трубы. Сходные трубы появлялись у гидротермальных источников (ГИ) в позднем Катархее 4 млрд лет назад, и всё ещё формируются как в бездонных морях, так и в лаборатории Барж.
Подводный город: это отложение в виде улья сформировалось на боку другой структуры в Затерянном Городе, большом подводном скоплении минеральных трубок, некоторые из которых достигают размером зданий, испускающих щелочную жидкость.
Идея зарождения жизни в ГИ борется с более старой, всем известной научной историей сотворения жизни, " первичным бульоном". В письме к Джозефу Хукеру в 1871 году Чарльз Дарвин рассматривал идею того, что жизнь зародилась «в каком-нибудь небольшом, тёплом пруду, где находились всякие соли аммиака и фосфора, где были свет, тепло, электричество и т.п.», в результате чего «химически сформировалось белковое соединение, готовое к ещё более сложным изменениям». В 1924 году русский учёный Александр Опарин выдвинул теорию о возникновении жизни на Земле через превращение, в ходе постепенной химической эволюции, молекул, содержащих углерод, в «первичный бульон». В 1925 году он представил эту идею на суд англоязычной общественности. В 1929 британский учёный Джон Бёрдон Сандерсон Холдейн опубликовал свою работу на тему зарождения жизни со схожими идеями. Он писал, как жизнь могла зародиться в древнем океане, обладавшем консистенцией «горячего, разбавленного супа». Так это название и прижилось.
В 1953 Стэнли Миллер, аспирант, обучавшийся у нобелевского лауреата Гарольда Юри, успешно создал суп в лаборатории. Он расставил колбы с предполагаемым первобытным океаном и атмосферой, подал искру при помощи искусственных молний и собрал полученные соединения. Он обнаружил множество очень любопытных, включая несколько аминокислот. Химия Миллера-Юри стала условным обозначением в поисках источника жизни, в то время как ученики Миллера сами плодились и размножались. В сегодняшнем исследовании источника жизни, «супом» обозначают модели, в которых жизнь начинается на поверхности океана или неподалёку от него благодаря химии Миллера-Юри, в то время как молнии или другие источники энергии постоянно объединяют молекулы в состояния со всё возрастающей сложностью, до тех пор, пока не начинается дарвиновская эволюция. [Plaxco, K.W. & Gross, M. Astrobiology: A Brief Introduction Johns Hopkins University Press, Baltimore, MD (2006)]
Суп интуитивно привлекателен: из него можно вывести строительные кирпичики жизни. Но у него есть и фатальный недостаток: вне зависимости от того, что он производит, оно мертво. Молнии могут запускать биохимические реакции, но энергия быстро рассеивается и система возвращается к равновесию. Первичному бульону требуется эволюция, чтобы карабкаться вверх термодинамически, по направлению к увеличению порядка. Это похоже на гравитационные холмы, описаний которых полно в интернете, где машина будто сама катится в гору. От жары, камней и морской воды самозародились аминокислоты и нуклеотиды. Они организовались в ещё более упорядоченные молекулы, такие, как ферменты и белки. Из них эволюция построила первые клетки, и, в итоге, красное дерево и розы, пчёл и яблони, гиен и людей.
Но гравитационный холм – это обман перспективы. Строительный уровень раскрыл бы обман, но его редко увидишь в этих роликах с «волшебными» холмами. Законы физики никто не отменял. То же касается и зарождения жизни, как говорят специалисты по ГИ. Это только кажется, что эволюция движется к упорядочиванию; в общем и целом она всегда движется под гору. Модели ГИ говорят, что в начальных условиях появление жизни не было сродни чуду. Оно было неизбежно. [Martin, W. & Russell, M.J. On the origins of cells: A hypothesis for the evolutionary transitions from abiotic geochemistry to chemoautotrophic prokaryotes, and from prokaryotes to nucleated cells. Philosophical Transactions of the Royal Society of London B: Biological Sciences 358, 59–83 (2003) / Russell, M.J. & Martin, W. The rocky roots of the acetyl-CoA pathway. Trends in Biochemical Sciences 29, 358–363 (2004) / Martin, W. & Russell, M.J. On the origin of biochemistry at an alkaline hydrothermal vent. Philosophical Transactions of the Royal Society of London B: Biological Sciences 362, 1887–1925 (2007) / Martin, W., Baross, J., Kelley, D., & Russell, M.J. Hydrothermal vents and the origin of life. Nature Reviews Microbiology 6, 805–814 (2008)]
Подводный робот подробно изучает растущую в Затерянном Городе структуру
Океанографы впервые обнаружили ГИ в 1977 году в Галапагосской расселине на востоке Тихого океана. [Corliss, J.B., et al. Submarine thermal springs on the Galápagos rift. Science 203, 1073–1083 (1979)] Затем в 1979 году на гребне Восточно-Тихоокеанского поднятия на 21 градусе северной широты были обнаружены гигантские трубы, выплёвывающие черноватую и очень горячую кислоту в холодные тёмные глубины. Довольно точно, и чуть ли не поэтично, эти структуры были названы «чёрными курильщиками». Исследователи поразились тому, что пространство вблизи чёрных курильщиков кишело жизнью, начиная от рыб и заканчивая бессчётным количеством новых видов микробов. В 1981 году Джек Корлисс, один из океанографов экспедиции в Галапагосскую расселину, совместно с микробиологами Джоном Бароссом и Сарой Хоффман предположили, что подводные ГИ «предоставляют все необходимые условия для создания жизни на Земле». Не нужно было никакого света или молний. Не было никакого супа.
Последователи Миллера пошли в ответную атаку. ГИ были слишком горячи для поддержки жизни, писали Миллер и его прежний студент Джеффри Бада. Аминокислоты и нуклеиновые кислоты, даже если бы и появились, почти сразу разрушились бы. Сахара бы расплавились. Жизнь никак не могла начаться в таком враждебном окружении. Они писали: «источники были бы важным инструментом разрушения, а не синтеза органических компонентов в примитивных океанах». [Miller, S.L. & Bada, J.L. Submarine hot springs and the origin of life. Nature 334, 609–611 (1988)]
Рассел и его коллега Аллан Холл, сейчас работающий археологом в Университете в Глазго, подключились к спору. Они сказали, что Миллер, конечно, прав – чёрные курильщики слишком горячи и в них слишком много кислоты, чтобы там сформировалась жизнь. А вот рядом с ними, писали они, можно найти минеральные трубки, испускающие тепловатую щелочную жидкость. Это идеальные места для зарождения жизни. [Russell, M.J., Hall, A.J., & Turner, D. In vitro growth of iron sulfide chimneys: possible culture chambers for origin‐of‐life experiments. Terra Nova 1, 238–241 (1989)]
На камнях гидротермального поля Затерянного Города живёт широкий спектр глубоководных беспозвоночных, включая большое количество кораллов. Крабы также считают этот город своим домом.
И 4 декабря 2000 года, как предсказывал Рассел, такие трубки были найдены, пусть и случайно. Исследовательская команда под управлением Донны Блэкман из Института океанографии Скриппса, в которую входили Дебора Келли из Вашингтонского университета и Джеффри Карсон из Университета Дьюка, изучали Атлантический массив, 15-км возвышение, названное в честь мифического города, которое, если верить Платону, затонул на севере Атлантики после проигрыша Афинам. Ближе к концу месячной экспедиции подводный робот отклонился от назначенного курса, последовав за рыбой, будто бы специально кривлявшейся в камеру. Внезапно исследователи увидели на экране обширную систему жемчужно-белых структур, некоторые из которых были размером со здания: конусы, шпили, замёрзшие окна. Они не смогли удержаться оттого, чтобы назвать это место «Затерянным городом». [Earthguide: Mid-Atlantic Ridge, journal entry, Dec. 12, 2000]
При его изучении обнаружилось, что башни Затерянного Города испускают чистую, тёплую щелочную жидкость в немного кислый океан. Границы отделяли тёплую воду от холодной, концентрированную от разбавленной, низкий pH от высокого. Затерянный Город на ранней Земле появился бы в насыщенном углекислым газом, а, следовательно, кислотном океане. Его пористые стены из сульфидов и оксидов железа сделали бы первый Затерянный Город слабой, но огромной батареей. [Russell, M.J., Nitschke, W., & Branscomb, E. The inevitable journey to being. Philosophical Transactions of the Royal Society of London B: Biological Sciences 368 (2013). Retrieved from doi:10.1098/rstb.2012.0254] Живые клетки тоже окружены мембраной, разделяющей щелочные внутренности от слегка кислотной окружающей среды. «Последний всеобщий предок» жизни, как говорит Барж, «питался градиентами электронов и протонов, как и сегодняшняя жизнь». Будь то животное, растение, гриб или бактерия, все организмы повторяют химию окисления и восстановления, обнаруженную в тёплых щелочных источниках. Маленькая частичка того древнего Затерянного Города живёт внутри каждой клетки.
Пока мы с Барж наблюдали эксперимент, трубы из сульфида железа начали формировать сложные структуры. Поднимающаяся жидкость построила свою выхлопную трубу. Кусочек кристалла блокировал поток; жидкость, поднимаясь, нашла новый путь; структура разветвилась. Результат удивительно напоминал растение. Древние алхимики создавали похожие «химические сады», а почти забытый биолог XIX века Стефан Лёдук [Stéphane Leduc] считал, что эти органические формы отражают принципы биологического роста. «Жизненная цепь, – писал Лёдук, – продолжается непрерывно, от минерала на одном конце до самого сложного организма на другом».
Современные модели ГИ предлагают объяснение создания этой цепи. Гигантская батарея раннего Затерянного Города поддерживает работу инструмента, порождающего сложные молекулы, в основном из углерода, водорода и кислорода. Сульфид железа, как и другие небольшие молекулы, встречающиеся в источниках, работают, как коферменты – каталитические нанодвигатели, продвигающие реакции, лежащие в самом сердце всего метаболизма. Трубы, проще говоря, обладают неким подобием метаболизма, получающего энергию от водорода, CO2 и других молекул, и использующего её для построения более сложных молекул, в основном из углерода, водорода и кислорода. Самые древние пути метаболизма в биологии повторяют химию раннего Затерянного Города.
Больше всего нашей интуиции противоречит то, что сложные структуры могут лучше рассеивать энергию, чем простые. [Mac McClellan, J. What Is the Most Fuel Efficient Airplane? Flyingmag.com (2008)] Катализаторы помогают вам взбираться на энергетический холм, чтобы с другой стороны вы могли свалиться ещё ниже. Если рассмотреть всю биологическую эволюцию, то каждый организм представляет собой такой энергетический холм. Он формируется только если в термодинамически благоприятных условиях – если затаскивая энергию на холм, мы сможем выпустить ещё больше энергии. На создание ящерицы требуется больше энергии, чем на создание некоего количества кишечной палочки такой же массы, но он и потребляет энергию быстрее. В мире, где есть и ящерицы, и бактерии, энергетически более благоприятен, чем мир, где есть только бактерии. Мир, где есть ещё и теплокровные коровы, жующие траву и испускающие тепло, метан и удобрение – улучшенная версия энтропийного двигателя; мир с тиграми – ещё лучше. Энергетически выгодно иметь экосистему: Земля с буйной растительностью и кишащей жизнью потребляет больше тепла из горячего центра планеты и Солнца, выпуская его в холодный, тёмный космос, чем, допустим, Марс. Наша биосфера – это очень сложный пузырь со льдом для Солнца.
Гигантский инструмент рассеивания появился вместе с Homo sapiens. Вся история технологии – это разработка всё более эффективных методов извлечения энергии из Земли и Солнца: огонь, готовка, сельское хозяйство, добыча ископаемых, выплавка, лесозаготовка, паровые двигатели. Как у сбегающей с холма струйки воды, точный путь эволюции и культуры не определён – только общий тренд. Поэтому ни искусство, ни войны, ни NASCAR, ни смартфоны не были неизбежными – всё это можно рассматривать как работу двигателя человеческой энтропии. В таком свете наши тенденции рассеивания – не отклонение, но термодинамическая необходимость.
Миниатюрная трубка сульфида железа 5 см высотой растёт в симуляции моря в Реактивной лаборатории. Она воспроизводит более крупные структуры, связываемые с ГИ, в каких на древней Земле могла зародиться жизнь
Если бы мы с Барж достаточно долго наблюдали за лабораторной моделью, выработала бы она при помощи эволюции метаболический путь? Ферменты? Гены? Возможно. Барж делает первые шаги в этом направлении, хотя и небольшие. Вместо того, чтобы строить трубу, она размещает сульфид железа и другие минералы на пористом диске из инертного материала. Диск может работать мембраной между, допустим, положительно заряженной и отрицательно заряженной жидкостью. Барж измеряет напряжение и разницу в pH с двух сторон мембраны – потом электронов и протонов. Эти токи поддерживают химические реакции, фундаментальные для жизни. Следующий шаг – заставить химические реакции выдать более сложные молекулы. «Можно также устроить эксперименты, – говорит она, – для проверки появляющейся обратной связи органики с минералами». Простые катализаторы могли бы предпочитать реакции, чьим результатом становились бы более сложные катализаторы, которые могли бы производить ещё более сложные катализаторы, и эта петля обратной связи приводила бы в итоге – через продолжительное время – к белкам и ДНК.
В одном из двух моих миров труба получилась с тонким стеблем и тяжёлым утолщением на конце. «Эта, скорее всего, сломается», – говорит Барж. И она ломается: тупик эволюции. Но труба в другой колбе вырастила очень толстое основание и построила коническую гору с серией пиков, которые казались бы величественными для водяной блохи. Лори осмотрела её и похвалила.
Натаниэль Комфорт – член астробиологического собрания им. Баруха Блумберга в Библиотеке Конгресса/НАСА и профессор по истории медицины в Университете им. Джона Хопкинса. Его недавняя книга – «Наука совершенствования человека» [The Science of Human Perfection]. Твиттер @nccomfort.
www.nanonewsnet.ru
первые блюда, история создания
Ну кто же на помнит мамины причитания на тему о том, что сухомятка вредна и первое непременно надо скушать… Под первым имелся в виду, конечно же суп. Именно это вкусное и полезное блюдо ассоциируется у большинства людей с домашним обедом, а дома, как известно, нет супа – нет обеда. По статистике в ресторане это блюдо заказывают лишь 4% населения нашей родины. Итак, первое – главное блюдо!
Теперь попробуем проследить, когда же сей продукт вошёл в рацион человечества.Некоторые полагают, что супы, как таковые появились лишь после изобретения огнеупорной посуды, но есть мнение, что это блюдо начали готовить ещё в каменном веке. Якобы их не варили, а делали похлёбки из растёртых кореньев и злаков. Это был своего рода фастфуд каменного века: растер быстренько, в воде разболтал и выхлебал, поскольку похлёбочка долго не хранилась. Ну а потом уже предполагается, что первобытные люди приспособились варить мясо в кожаных бурдюках и естественных каменных углублениях, опуская туда раскаленные камни. Поначалу использовали лишь отварное мясо, а отходы ( это бульон – то) выливали…..В общем версий много, но незыблемо одно: в настоящее время первое заняло своё почётное место во главе семейного обеда.
Многие народы приложили свою руку к совершенствованию блюда. Первые рецепты есть у римлян. Они впервые ввели в рецептуру супов овощи, оливковое масло, вино, мясной фарш и соусы. Бытовали тогда также тюри: размоченный в ароматных отварах хлеб, кстати от позднелатинского suppa (тюря) и пошло название суп. И каких только супов не придумали люди?! В 15 веке во Франции насчитывалось более 70 разновидностей супа. Но самым знаменитым, наверное, является луковый суп. Испания подарила миру пикантный гаспаччо, итальянцы – лёгкий овощной минестроне, японцы – мисо из соевых бобов, венгры – густой гуляш, грузины — жгучий харчо, русские – наваристые щи, армяне хаш…. Перечислять можно долго, во всём разнообразии каждый может выбрать блюдо по себе.
Читайте рецепты первых блюд на сайте «Готовим вкусно каждый день!»
Если вам понравилась статья, поделитесь ссылкой с друзьями в соцсетях, кликнув на кнопке ниже.
vkusnodlyavseh.ru
Его величество Суп! — Kak-Sama.ru
Прародителем супа еще в далекой древности была похлебка, которую не варили. Она состояла из истолченных злаковых зёрен, которых предварительно запекли на раскалённых камнях. Само слово «суп» — произошло от германского «suppa», что в переводе означает — «хлеб, размоченный в отваре».
Существует несколько гипотез возникновения первого и самого что ни на есть настоящего сваренного супа. Одни ученые утверждают, что первый рецепт появился, когда люди впервые стали обжигать глиняные горшки, другие же утверждают, что суп возник, когда первобытный человек раздобыл огонь и научился кипятить воду.
Те, кто этой версии придерживается, считают, что первый суп получился случайно при отваривании мяса в шкуре животного, подвешенной над огнем в виде завязанного сверху мешка. Суп, а это был просто бульон, как правило, подавали в мисках. Но тут нужно уточнить, что для бедных бульон был основной пищей, а для богатых этот так называемый суп служил подливой к тем продуктам, которые варились в нём. Иногда их подавали вместе, а иногда и раздельно. Мясо в таком случае было порезано на кусочки.
В настоящее время суп является весьма популярным блюдом и встречается по всему миру. У каждой страны имеется свой фирменный рецепт.
Франция знаменита своим луковым супом, который появился благодаря прихоти французского короля Людовика XV. Как-то поздней ночью монарх попросил повара приготовить ему что-нибудь. В охотничьем домике повар нашел только лук, масло и шампанское, из чего и создал легендарное блюдо.
Фирменной фишкой Испании стал, конечно, гаспаччо. Он был придуман погонщиками мулов. Популярность сего кулинарного шедевра очень быстро перешагнула пределы Испании и охватила весь мир.
Такая же судьба оказалась у буйабеса — коронного блюда Прованса. Этот суп изобрели рыбаки в Марселе, а теперь буйабес — это изысканное блюдо французской кухни.
Германские изыски в области первых блюд нашли свое выражение в серии густых супов «айнтопфов». В основных ингредиентах этих супов-пюре значатся овощи, колбаски, сардельки, фасоль и другие продукты, «завалявшиеся» у хозяйки в кладовых.
Английские хозяйки славятся супом из коровьих хвостов. США отличилось супом из морских даров — мидий. Италия гордится своим минестроне, Венгрия — гуляшом.
Изначально на Руси не было такого блюда как «суп». Жидкое варево русских крестьян называлось баландой, похлебкой или запросто «хлебово». Видимо, известное русское выражение «пошли щи хлебать» пошло именно оттуда.
Спарта кормила своих воинов «черным бульоном»: блюдо варилось из мяса свиньи и ее крови, с добавлением уксуса. Блюдо имело не очень приятный вкус, но зато считалось особенно полезным для воинов.
Средневековые солдаты в военных походах макали в вино ломти сухого хлеба и именовали такое кушанье супом.
Существует даже день супа. Во всех странах он проходит примерно одинаково: люди готовят вкусные и наваристые супы, ходят друг к другу в гости, а столичные рестораны устраивают гастрономические недели и дегустации. К сожалению, какой-то особой помпезности празднования ожидать не стоит, возможно, это связано с тем, что к этому блюду уже относятся не так, как раньше, а как к совершенно обыденной еде.
Как сварить вкусный суп: десять секретов
1. Овощи нужно класть исключительно в воду, которая уже закипела. Такое условие связано с наличием в холодной воде ферментов, окисляющих различные вещества, такие, как витамин С и другие. Именно по этой причине заливать холодной водой овощи не стоит.
2. Не кладите сразу все овощные ингредиенты в кастрюлю, так как каждый продукт имеет свое время варки. В итоге вы можете получить суп с переваренными, либо недоваренными овощами.
3. Чтобы правильно приготовить суп, важно соблюдать последовательность загрузки продуктов. В первую очередь отправляем в воду картофель и варим около четверти часа, затем закладываем капусту. Вопреки сложившемуся мнению о длительной варке капусты, варить ее следует минут пять, после чего добавить пассированные овощи. Как только все продукты очутились в супе, дожидаемся закипания и выключаем огонь.
4. Пассировка томатов и овощей производится в толстостенной посуде, при постоянном помешивании деревянной ложкой или лопаточкой. Каротин, который выделяется из томатов и моркови полезен для человека и, к тому же, красно-оранжевые продукты придают супу притягательный цвет.
5. Секрет яркого борща прост! Перед закладкой в суп свеклу потушить немного на сковороде, добавив немного воды, жира, уксуса. Именно последний компонент сохраняет свекольный краситель и позволяет достичь красивого цвета борща.
6. Когда вы готовите русские щи, то капусту нужно предварительно потушить на сковороде с добавлением воды и жира и только уже достаточно смягченной добавлять ее в суп. К слову, это усиливает аромат капусты.
7. Не дожидаясь, пока картофель полностью сварится, добавляйте продукты, содержащие кислые вещества (свекла с уксусом, кислая капуста, соленья и т.д.). Соленые огурцы закладывают в суп, предварительно очищенные от кожуры и семечек.
8. Пассированные овощи следует класть в суп только в конце варки, вместе с чёрным перцем и лавровым листом. В ином случае соблазнительный аромат добавленных ингредиентов будет безвозвратно утрачен.
9. Все продукты и овощи для супа правильнее нарезать в одинаковых форме и размере.
10. Если суп планируется засыпать вермишелью, то овощи нужно нарезать соломкой, а если вы будет добавлять макароны, то овощи нарезаются брусочками. В случае, когда макаронные изделия представлены в виде фигур, то и овощная составляющая должна быть нарезана в виде кружочков.
Задержитесь на минутку:
kak-sama.ru
Как появился суп
Как появился супСуп - это жидкая смесь, состоящая из различной комбинации овощей, круп добротно приправленная начинкой из грибов, рыбы или мяса, является одной из разновидностью первых блюд. В каждом государстве суп готовится исходя из национальных кулинарных предпочтений.
Своё начало история супа берёт с древних времён, когда люди овладели огнём. Согласно древним наскальным летописям охотники снимали шкуры с убитых животных, обрабатывали их и затем использовали в качестве посуды для варки. Они наполняли такие сосуды водой и мясом, подвешивали при помощи специальных крепежей высоко над огнём и варили жидкую похлёбку.
С веками люди стали готовить густую похлёбку используя воду и разнообразные запечённые злаковые зёрна. С появлением глиняной посуды популярность супов только росла. Блюдо становилось всё более изысканным, благодаря расширению ингредиентов применяемых при его приготовлении.
Очень популярны были бульоны из бобовых ингредиентов в Древней Греции. Такой суп продавали торговцы на улицах для быстрого перекуса, что то сродни современным фастфудам. При Римской империи значительно возросло количество сортов супов, так как с ростом самой империи росла и захваченная территория, а как следствие – это новые компоненты и рецепты для данного блюда. С падением империи римлян в рецептуре супов появились азиатские и арабские веяния.
очень популярны были бульоны из бобовых ингредиентов в древней Греции
Наибольшую популярность в Европе супы получили благодаря французам. В переводе с французского языка, слово суп означает жидкое блюдо. До конца 15 века во Франции насчитывалось более 70 видов супов. Они настолько стали популярны, что превратились в основное блюдо для бедных слоёв населения. С появлением столовых приборов (15-16 века), а именно ложок и их массовое производство (17-18 века), произошла суповая революция, которая полностью популяризовала данное блюдо. В России рецептура супов стала популярной благодаря Петру Первому, который «открыл» европейскую кухню вначале русской знати, а затем и всему населению государства.
Современные супы – это целый раздел кулинарии, включающий в себя как диетические супы на овощах и грибах, например: суп с брокколи и цветной капусты, морковный или бобовые супы, так и мясные бульоны, отваренные на курице, говядине или индюке. Сюда также входят щи, борщи, уха, окрошка, рассольник и так далее.
современные супы включают как овощные так и мясные бульоны, отваренные на курице, говядине или индюке
Рецептура супов совершенствуется и по сегодняшний день. Наиболее популярные рецепты пользующиеся большой славой у людей, можно считать: суп гаспачо, луковый суп, суп харчо, французский Буйабес, Консоме. Важно отметить, что многие из этих популярных рецептов были созданы людьми из бедных кварталов, а далее были просто отточены до совершенства кулинарами со всего мира.
наиболее популярные рецепты пользующиеся большой славой у людей, можно считать: суп Гаспачо, луковый суп, суп харчо, французский Буйабес, Консоме
Рынки и прилавки магазинов переполнены овощами. И если всевозможные салаты, рагу и запеканки вами уже перепробованы, то самое время приготовить полезный и простой суп пюре.
Основы супа-пюре из овощей
Для приготовления супа-пюре из овощей подойдут такие овощи и зелень как, например, брокколи, тыква, картофель, морковь, зеленый горошек, сельдерей, шпинат, цветная капуста, помидоры, чеснок, лук. Вы можете приготовить блюдо как из одного вида овощей, так и смешав несколько, сочетающихся по вкусовым качествам. Суп заправляют сливками, сливочным маслом, оливковым маслом.
Чтобы приготовить суп пюре из овощей вам понадобится блендер с насадкой для приготовления пюре или же пестик. Овощи давят после того, как они были сварены, в небольшом количестве овощного бульона, часть из которого предварительно сливают в другую посуду, а затем добавляют в готовое пюре до доведения его до нужной-консистенции. Суп пюре должен быть достаточно жидким для того, чтобы его можно было есть как жидкую пищу, но и достаточно густым, чтобы не потерялись его вкусовые качества.
Приготовление: нарезанный кубиками сладкий перец и одну измельченную луковицу пассируйте на растительном масле, добавьте нарезанную морковь, капусту, немного обжарьте, добавьте воды и варите до готовности, незадолго до окончания варки добавьте соль и перец. Обжарьте вторую луковицу, нарезанную кольцами, во фритюре. Взбейте суп с помощью блендера, разлейте по порциям, сверху украсьте луком-фри и опустите в тарелку чесночные хлебцы.
Приготовление: мелко нарежьте морковь, репу и белые стебли лука-порея, добавьте масло и тушите в течение 10 минут, добавьте 4 стакана воды, картофель, рис, накройте крышкой и варите в течение получаса на медленном огне. Взбейте овощи вместе с бульоном блендером или протрите через сито, добавьте горячее молоко, соль, масло. Разлейте суп по тарелками, украсьте зеленым горошком, подайте к блюду гренки.
Приготовление: промойте и очистите белые стебли сельдерея, нарежьте, добавьте 2ст.л. масла, 1 стакан воды и тушите в течение 20 минут, затем добавьте еще 5 стаканов воды, нарезанный ломтиками картофель и варите еще 20 минут на слабом огне. Взбейте овощи блендером или протрите через сито, добавьте горячее молоко, соль, заправьте маслом, подайте к супу гренки. Картофель можно заменить рисом.
Приготовление: в кастрюле с разогретым маслом обжарьте сначала мелко нарезанный лук, затем чеснок, добавьте к ним сахар, уксус и прогрейте в течение 2 минут. Добавьте раздавленные вилкой томаты, овощной бульон, специи, доведите до кипения и измельчите суп блендером, затем снова дайте ему закипеть, добавьте пасту, маслины, варите еще 5 минут. При подаче на стол суп украсьте листьями базилика.
При подаче на стол суп-пюре из овощей можно сервировать листьями зелени (например, базилика), заправить соком лимона, посыпать тертым сыром, а также подать к нему гренки, сухари, хлебцы или хлебные палочки.
paleo-dieta.info
[Перевод] Муха в первобытном супе
Моделирование гидротермальных источников превращает эти источники жизни из маловероятных в практически неизбежных
Я прибыл на второй день творения. Лори Барж [Laurie Barge] пригласила меня провести один день в её лаборатории моделирования источников жизни. Она — исследователь в Реактивной лаборатории НАСА в Пасадене, и работает с коллегой, геологом Майклом Расселом, членом Института астробиологии НАСА. Задачей было создать миниатюрный гидротермальный источник в условиях, моделировавших первобытный океан 4 млрд лет назад. Такие источники находятся в центре научной истории создания жизни, истории слишком контринтуитивной, чтобы быть правдой, и всё же настолько логичной, что она просто обязана подтвердиться.
На первый день Барж с учениками создали океаны. Они начали с дистиллированной воды, и прокачали через неё азот, замещающий кислород, которого не было на ранней Земле. Две ранние Земли в мензурках поставили на стальных постаментах внутри вытяжки. Затем мы добавили в океаны хлорид железа, придавший воде цвет пива без газа [flat beer]. В дно каждого из сосудов я вставил кончик пипетки и добавил туда сульфид натрия, эмулируя горячую жидкость, поднимающуюся через разломы земной коры. Натрий прореагировал с хлоридом и создал солёную воду, а сера объединилась с железом и образовала сульфид железа, выпавшего в осадок в виде пустотелой трубы. Сходные трубы появлялись у гидротермальных источников (ГИ) в позднем Катархее 4 млрд лет назад, и всё ещё формируются как в бездонных морях, так и в лаборатории Барж.Подводный город: это отложение в виде улья сформировалось на боку другой структуры в Затерянном Городе, большом подводном скоплении минеральных трубок, некоторые из которых достигают размером зданий, испускающих щелочную жидкость.
Идея зарождения жизни в ГИ борется с более старой, всем известной научной историей сотворения жизни, «первичным бульоном». В письме к Джозефу Хукеру в 1871 году Чарльз Дарвин рассматривал идею того, что жизнь зародилась «в каком-нибудь небольшом, тёплом пруду, где находились всякие соли аммиака и фосфора, где были свет, тепло, электричество и т.п.», в результате чего «химически сформировалось белковое соединение, готовое к ещё более сложным изменениям». В 1924 году русский учёный Александр Опарин выдвинул теорию о возникновении жизни на Земле через превращение, в ходе постепенной химической эволюции, молекул, содержащих углерод, в «первичный бульон». В 1925 году он представил эту идею на суд англоязычной общественности. В 1929 британский учёный Джон Бёрдон Сандерсон Холдейн опубликовал свою работу на тему зарождения жизни со схожими идеями. Он писал, как жизнь могла зародиться в древнем океане, обладавшем консистенцией «горячего, разбавленного супа». Так это название и прижилось.
В 1953 Стэнли Миллер, аспирант, обучавшийся у нобелевского лауреата Гарольда Юри, успешно создал суп в лаборатории. Он расставил колбы с предполагаемым первобытным океаном и атмосферой, подал искру при помощи искусственных молний и собрал полученные соединения. Он обнаружил множество очень любопытных, включая несколько аминокислот. Химия Миллера-Юри стала условным обозначением в поисках источника жизни, в то время как ученики Миллера сами плодились и размножались. В сегодняшнем исследовании источника жизни, «супом» обозначают модели, в которых жизнь начинается на поверхности океана или неподалёку от него благодаря химии Миллера-Юри, в то время как молнии или другие источники энергии постоянно объединяют молекулы в состояния со всё возрастающей сложностью, до тех пор, пока не начинается дарвиновская эволюция. [Plaxco, K.W. & Gross, M. Astrobiology: A Brief Introduction Johns Hopkins University Press, Baltimore, MD (2006)]
Суп интуитивно привлекателен: из него можно вывести строительные кирпичики жизни. Но у него есть и фатальный недостаток: вне зависимости от того, что он производит, оно мертво. Молнии могут запускать биохимические реакции, но энергия быстро рассеивается и система возвращается к равновесию. Первичному бульону требуется эволюция, чтобы карабкаться вверх термодинамически, по направлению к увеличению порядка. Это похоже на гравитационные холмы, описаний которых полно в интернете, где машина будто сама катится в гору. От жары, камней и морской воды самозародились аминокислоты и нуклеотиды. Они организовались в ещё более упорядоченные молекулы, такие, как ферменты и белки. Из них эволюция построила первые клетки, и, в итоге, красное дерево и розы, пчёл и яблони, гиен и людей.
Но гравитационный холм — это обман перспективы. Строительный уровень раскрыл бы обман, но его редко увидишь в этих роликах с «волшебными» холмами. Законы физики никто не отменял. То же касается и зарождения жизни, как говорят специалисты по ГИ. Это только кажется, что эволюция движется к упорядочиванию; в общем и целом она всегда движется под гору. Модели ГИ говорят, что в начальных условиях появление жизни не было сродни чуду. Оно было неизбежно. [Martin, W. & Russell, M.J. On the origins of cells: A hypothesis for the evolutionary transitions from abiotic geochemistry to chemoautotrophic prokaryotes, and from prokaryotes to nucleated cells. Philosophical Transactions of the Royal Society of London B: Biological Sciences 358, 59–83 (2003) / Russell, M.J. & Martin, W. The rocky roots of the acetyl-CoA pathway. Trends in Biochemical Sciences 29, 358–363 (2004) / Martin, W. & Russell, M.J. On the origin of biochemistry at an alkaline hydrothermal vent. Philosophical Transactions of the Royal Society of London B: Biological Sciences 362, 1887–1925 (2007) / Martin, W., Baross, J., Kelley, D., & Russell, M.J. Hydrothermal vents and the origin of life. Nature Reviews Microbiology 6, 805–814 (2008)]
Подводный робот подробно изучает растущую в Затерянном Городе структуру
Океанографы впервые обнаружили ГИ в 1977 году в Галапагосской расселине на востоке Тихого океана. [Corliss, J.B., et al. Submarine thermal springs on the Galápagos rift. Science 203, 1073–1083 (1979)] Затем в 1979 году на гребне Восточно-Тихоокеанского поднятия на 21 градусе северной широты были обнаружены гигантские трубы, выплёвывающие черноватую и очень горячую кислоту в холодные тёмные глубины. Довольно точно, и чуть ли не поэтично, эти структуры были названы «чёрными курильщиками». Исследователи поразились тому, что пространство вблизи чёрных курильщиков кишело жизнью, начиная от рыб и заканчивая бессчётным количеством новых видов микробов. В 1981 году Джек Корлисс, один из океанографов экспедиции в Галапагосскую расселину, совместно с микробиологами Джоном Бароссом и Сарой Хоффман предположили, что подводные ГИ «предоставляют все необходимые условия для создания жизни на Земле». Не нужно было никакого света или молний. Не было никакого супа.
Последователи Миллера пошли в ответную атаку. ГИ были слишком горячи для поддержки жизни, писали Миллер и его прежний студент Джеффри Бада. Аминокислоты и нуклеиновые кислоты, даже если бы и появились, почти сразу разрушились бы. Сахара бы расплавились. Жизнь никак не могла начаться в таком враждебном окружении. Они писали: «источники были бы важным инструментом разрушения, а не синтеза органических компонентов в примитивных океанах». [Miller, S.L. & Bada, J.L. Submarine hot springs and the origin of life. Nature 334, 609–611 (1988)]
Рассел и его коллега Аллан Холл, сейчас работающий археологом в Университете в Глазго, подключились к спору. Они сказали, что Миллер, конечно, прав — чёрные курильщики слишком горячи и в них слишком много кислоты, чтобы там сформировалась жизнь. А вот рядом с ними, писали они, можно найти минеральные трубки, испускающие тепловатую щелочную жидкость. Это идеальные места для зарождения жизни. [Russell, M.J., Hall, A.J., & Turner, D. In vitro growth of iron sulfide chimneys: possible culture chambers for origin‐of‐life experiments. Terra Nova 1, 238–241 (1989)]
На камнях гидротермального поля Затерянного Города живёт широкий спектр глубоководных беспозвоночных, включая большое количество кораллов. Крабы также считают этот город своим домом.
И 4 декабря 2000 года, как предсказывал Рассел, такие трубки были найдены, пусть и случайно. Исследовательская команда под управлением Донны Блэкман из Института океанографии Скриппса, в которую входили Дебора Келли из Вашингтонского университета и Джеффри Карсон из Университета Дьюка, изучали Атлантический массив, 15-км возвышение, названное в честь мифического города, которое, если верить Платону, затонул на севере Атлантики после проигрыша Афинам. Ближе к концу месячной экспедиции подводный робот отклонился от назначенного курса, последовав за рыбой, будто бы специально кривлявшейся в камеру. Внезапно исследователи увидели на экране обширную систему жемчужно-белых структур, некоторые из которых были размером со здания: конусы, шпили, замёрзшие окна. Они не смогли удержаться оттого, чтобы назвать это место «Затерянным городом». [Earthguide: Mid-Atlantic Ridge, journal entry, Dec. 12, 2000]
При его изучении обнаружилось, что башни Затерянного Города испускают чистую, тёплую щелочную жидкость в немного кислый океан. Границы отделяли тёплую воду от холодной, концентрированную от разбавленной, низкий pH от высокого. Затерянный Город на ранней Земле появился бы в насыщенном углекислым газом, а, следовательно, кислотном океане. Его пористые стены из сульфидов и оксидов железа сделали бы первый Затерянный Город слабой, но огромной батареей. [Russell, M.J., Nitschke, W., & Branscomb, E. The inevitable journey to being. Philosophical Transactions of the Royal Society of London B: Biological Sciences 368 (2013). Retrieved from doi:10.1098/rstb.2012.0254] Живые клетки тоже окружены мембраной, разделяющей щелочные внутренности от слегка кислотной окружающей среды. «Последний всеобщий предок» жизни, как говорит Барж, «питался градиентами электронов и протонов, как и сегодняшняя жизнь». Будь то животное, растение, гриб или бактерия, все организмы повторяют химию окисления и восстановления, обнаруженную в тёплых щелочных источниках. Маленькая частичка того древнего Затерянного Города живёт внутри каждой клетки.
Пока мы с Барж наблюдали эксперимент, трубы из сульфида железа начали формировать сложные структуры. Поднимающаяся жидкость построила свою выхлопную трубу. Кусочек кристалла блокировал поток; жидкость, поднимаясь, нашла новый путь; структура разветвилась. Результат удивительно напоминал растение. Древние алхимики создавали похожие «химические сады», а почти забытый биолог XIX века Стефан Лёдук [Stéphane Leduc] считал, что эти органические формы отражают принципы биологического роста. «Жизненная цепь, — писал Лёдук, — продолжается непрерывно, от минерала на одном конце до самого сложного организма на другом».
Современные модели ГИ предлагают объяснение создания этой цепи. Гигантская батарея раннего Затерянного Города поддерживает работу инструмента, порождающего сложные молекулы, в основном из углерода, водорода и кислорода. Сульфид железа, как и другие небольшие молекулы, встречающиеся в источниках, работают, как коферменты — каталитические нанодвигатели, продвигающие реакции, лежащие в самом сердце всего метаболизма. Трубы, проще говоря, обладают неким подобием метаболизма, получающего энергию от водорода, CO2 и других молекул, и использующего её для построения более сложных молекул, в основном из углерода, водорода и кислорода. Самые древние пути метаболизма в биологии повторяют химию раннего Затерянного Города.
Больше всего нашей интуиции противоречит то, что сложные структуры могут лучше рассеивать энергию, чем простые. [Mac McClellan, J. What Is the Most Fuel Efficient Airplane? Flyingmag.com (2008)] Катализаторы помогают вам взбираться на энергетический холм, чтобы с другой стороны вы могли свалиться ещё ниже. Если рассмотреть всю биологическую эволюцию, то каждый организм представляет собой такой энергетический холм. Он формируется только если в термодинамически благоприятных условиях — если затаскивая энергию на холм, мы сможем выпустить ещё больше энергии. На создание ящерицы требуется больше энергии, чем на создание некоего количества кишечной палочки такой же массы, но он и потребляет энергию быстрее. В мире, где есть и ящерицы, и бактерии, энергетически более благоприятен, чем мир, где есть только бактерии. Мир, где есть ещё и теплокровные коровы, жующие траву и испускающие тепло, метан и удобрение — улучшенная версия энтропийного двигателя; мир с тиграми — ещё лучше. Энергетически выгодно иметь экосистему: Земля с буйной растительностью и кишащей жизнью потребляет больше тепла из горячего центра планеты и Солнца, выпуская его в холодный, тёмный космос, чем, допустим, Марс. Наша биосфера — это очень сложный пузырь со льдом для Солнца.
Гигантский инструмент рассеивания появился вместе с Homo sapiens. Вся история технологии — это разработка всё более эффективных методов извлечения энергии изЗемли и Солнца: огонь, готовка, сельское хозяйство, добыча ископаемых, выплавка, лесозаготовка, паровые двигатели. Как у сбегающей с холма струйки воды, точный путь эволюции и культуры не определён — только общий тренд. Поэтому ни искусство, ни войны, ни NASCAR, ни смартфоны не были неизбежными — всё это можно рассматривать как работу двигателя человеческой энтропии. В таком свете наши тенденции рассеивания — не отклонение, но термодинамическая необходимость.
Миниатюрная трубка сульфида железа 5 см высотой растёт в симуляции моря в Реактивной лаборатории. Она воспроизводит более крупные структуры, связываемые с ГИ, в каких на древней Земле могла зародиться жизнь
Если бы мы с Барж достаточно долго наблюдали за лабораторной моделью, выработала бы она при помощи эволюции метаболический путь? Ферменты? Гены? Возможно. Барж делает первые шаги в этом направлении, хотя и небольшие. Вместо того, чтобы строить трубу, она размещает сульфид железа и другие минералы на пористом диске из инертного материала. Диск может работать мембраной между, допустим, положительно заряженной и отрицательно заряженной жидкостью. Барж измеряет напряжение и разницу в pH с двух сторон мембраны — потом электронов и протонов. Эти токи поддерживают химические реакции, фундаментальные для жизни. Следующий шаг — заставить химические реакции выдать более сложные молекулы. «Можно также устроить эксперименты, — говорит она, — для проверки появляющейся обратной связи органики с минералами». Простые катализаторы могли бы предпочитать реакции, чьим результатом становились бы более сложные катализаторы, которые могли бы производить ещё более сложные катализаторы, и эта петля обратной связи приводила бы в итоге — через продолжительное время — к белкам и ДНК.
В одном из двух моих миров труба получилась с тонким стеблем и тяжёлым утолщением на конце. «Эта, скорее всего, сломается», — говорит Барж. И она ломается: тупик эволюции. Но труба в другой колбе вырастила очень толстое основание и построила коническую гору с серией пиков, которые казались бы величественными для водяной блохи. Лори осмотрела её и похвалила.
Натаниэль Комфорт — член астробиологического собрания им. Баруха Блумберга в Библиотеке Конгресса/НАСА и профессор по истории медицины в Университете им. Джона Хопкинса. Его недавняя книга — «Наука совершенствования человека» [The Science of Human Perfection]. Твиттер @nccomfort.
Подводный робот подробно изучает растущую в Затерянном Городе структуру
На камнях гидротермального поля Затерянного Города живёт широкий спектр глубоководных беспозвоночных, включая большое количество кораллов. Крабы также считают этот город своим домом.
Миниатюрная трубка сульфида железа 5 см высотой растёт в симуляции моря в Реактивной лаборатории. Она воспроизводит более крупные структуры, связываемые с ГИ, в каких на древней Земле могла зародиться жизнь
Подводный город: это отложение в виде улья сформировалось на боку другой структуры в Затерянном Городе, большом подводном скоплении минеральных трубок, некоторые из которых достигают размером зданий, испускающих щелочную жидкость.
Подводный робот подробно изучает растущую в Затерянном Городе структуру
На камнях гидротермального поля Затерянного Города живёт широкий спектр глубоководных беспозвоночных, включая большое количество кораллов. Крабы также считают этот город своим домом.
Миниатюрная трубка сульфида железа 5 см высотой растёт в симуляции моря в Реактивной лаборатории. Она воспроизводит более крупные структуры, связываемые с ГИ, в каких на древней Земле могла зародиться жизнь
Ну кто же на помнит мамины причитания на тему о том, что сухомятка вредна и первое непременно надо скушать… Под первым имелся в виду, конечно же суп. Именно это вкусное и полезное блюдо ассоциируется у большинства людей с домашним обедом, а дома, как известно, нет супа – нет обеда. По статистике в ресторане это блюдо заказывают лишь 4% населения нашей родины. Итак, первое – главное блюдо!
Как появился супСуп - это жидкая смесь, состоящая из различной комбинации овощей, круп добротно приправленная начинкой из грибов, рыбы или мяса, является одной из разновидностью первых блюд. В каждом государстве суп готовится исходя из национальных кулинарных предпочтений.
очень популярны были бульоны из бобовых ингредиентов в древней Греции
современные супы включают как овощные так и мясные бульоны, отваренные на курице, говядине или индюке
наиболее популярные рецепты пользующиеся большой славой у людей, можно считать: суп Гаспачо, луковый суп, суп харчо, французский Буйабес, Консоме
Подводный город: это отложение в виде улья сформировалось на боку другой структуры в Затерянном Городе, большом подводном скоплении минеральных трубок, некоторые из которых достигают размером зданий, испускающих щелочную жидкость.
Подводный робот подробно изучает растущую в Затерянном Городе структуру
Миниатюрная трубка сульфида железа 5 см высотой растёт в симуляции моря в Реактивной лаборатории. Она воспроизводит более крупные структуры, связываемые с ГИ, в каких на древней Земле могла зародиться жизнь
