ГИПОТЕЗА ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЖИВОЙ                    КЛЕТКИ        из неживой природы

 

Эволюционисты прошлого и настоящего высказываются о происхождении жизни:

«Гипотеза, что жизнь развилась  из неорганической материи, до сих пор является предметом веры (математик Д.У.Н. Салливен).

 

«Вероятность случайного возникновения жизни сравнима с вероятностью, что энциклопедический словарь является результатом взрыва в типографии»  (биолог Эдвин Конклин).

 

«Стоит только рассмотреть объем этой жизни, чтобы признать, что самозарождение  живого организма невозможно» (биохимик Джордж Уолд).

 

«Честный человек, вооруженный всеми доступными  нам сегодня познаниями, мог бы только установить, что в настоящее время происхождение жизни кажется почти чудом» (биолог Фрэнсис Крик).

 

«Это простое вычисление (математическая невероятность) показывает полную несостоятельность концепции (спонтанного) возникновения жизни на Земле, есть только социальное мировоззрение или научное образование не привели человека к предубеждению» (астрономы Фред Хойл и Н.Ч. Викремасингхе).

 

Приведенные высказывания известных людей –авторитетов говорят, что возникновение жизни из неживой природы невозможно или совсем невероятно.

 

Наша планета Земля является космическим оазисом (одним из редких оазисов), где по условиям колебаний  температуры, содержания воды, кислорода, азота может развиваться и существовать жизнь. Она может даже видоизменяться по пути эволюции или мутации. Ведутся только споры о возникновении жизни на Земле.  Нет главного ответа на вопрос: возникла ли она самостоятельно, создана Богом или была занесена извне.  

 

Так  и существуют две религии. Гипотеза Дарвина «Происхождение видов» и божественное происхождение видов. Эти две религии борются между собой за утверждение возникновения жизни по их правилам (объяснениям), исключая возможность возникновения жизни совершенно другим способом. Обе эти религии имеют свои изъяны: ученым нужны доказательства – ответы на их вопросы, как возникала жизнь. При этом, гипотеза Дарвина не захватывает самого начала возникновения жизни.

 

Если говорить о сотворении жизни, то это относится к бездоказательной вере. По всей видимости, жизнь на Землю могла быть занесенной извне более старыми космическими цивилизациями. Возникает вопрос: но когда и  где возникло начало жизни, которая могла расселяться по космосу. Как? Бог создал. Как возник Бог? Как видно, вопросы возникают и возникают.

 

Исходя из существования Вселенной можно считать доказанным что:

 

1.      материя вечна и она богата преобразованиями,

 

2.      постоянно идут изменения масс тел, газов, скоплений, накопления масс чередуются их взрывами – закон сохранения массо-энергий (здесь имеется ввиду возможность перехода энергии в массу и переход масс в энергию,

 

3.      постоянно меняются скорости движения масс, их энергии,

 

4.      постоянно переносятся частицы взрывов по всему космосу, что дает возможность и переноса особых форм жизни и зарождения ее на других планетах. Так, в настоящее время, на метеоритах состава углистых хондритов, обнаружены вирусы в возрасте 2,5 млрд лет, которые вполне жизнеспособны и могут размножаться в наших условиях.

 

Я не буду спорить, что жизнь могла быть занесена извне. Божественное зарождение я отвергаю полностью, так как это просто не могу представить на основе своих знаний и отсутствия ответов об этом механизме.

 

          В моей гипотезе я постараюсь «исследовать возможности перехода неживой природы в живую» и рассказать о действительно возможном варианте возникновения жизни из неживой природы. В чем сущность и различия живой и неживой природы?.

 

        Тема возникновения жизни на земле самая интересная и актуальная во все времена. Что же было первоначальным толчком к появлению жизни в неживой природе. Обратим внимание на то, что в неживой природе протекают самовольные  процессы «жизни»: 

 

1.                      Воздух  нагревается от солнечной энергии, он расширяется, начинает происходить перемещение воздушных масс.

 

2.                      Испаренная вода попадает в атмосферу и затем конденсируется в осадки, выпадает в различных зонах суши, которые в виде ручейков и рек стекают в водные бассейны.  Движение ручейков – это уже самостоятельная  видимая нам «жизнь»  неживой природы.

 

3.                      Медленно текущие реки несут с собой ил, который постепенно осаждаясь в русле и создает заторы и река меняет свое направление.

 

4.                      Изменение климата на планете приводит к переносу климатических зон, к миграции животного и растительного мира.

 

5.                      Наклон земной оси создает климатические зоны , суточные и сезонные колебания притока солнечной энергии и соответственно температур.

 

6.                      Меняется состав воздуха –  меняются условия дыхания растительного и животного мира.

 

7.                      Вода , двигаясь по суши, вымывает минеральные вещества и становится минерализованной. Попадая в низиные ловушки она создает озера, которые при определенных условиях испарения воды накапливают солевые отложения, где образуются кристаллы этих солей: галлит, мирабилит, эпсомит, гипс.

 

 Как видно, протекающие в природе процессы не так уж и хаотичные, и очень сходны с процессами жизненными, но они не относятся к жизненным, закономерным, так как жизнь представляет собой процесс наследственный. Т.е. жизнь возникает от родителей и повторяет их по основным признакам, являясь их копиями. Почему это так происходит? Родители имеют код-программу ДНК, которая передается зародышу и по которому происходит развитие их дитя. Но может быть и в неживой природе имеются такие подобия ДНК?

 

КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ

 

В неорганической химии все химические реакции объяснены взаимосвязью основных и кислотных молекул. Это химическая закономерность. Все химические реакции протекают по определенной зависимости – программе. Для каждой реакции – отдельная программа. Для реакций гидролиза свои законы – программы.

  

Хочу обратить внимание на очень интересное явление именуемое кристаллизацией.

 

 Природные кристаллы всегда возбуждали любопытство у людей. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и жилище. С давних пор с кристаллами были связаны суеверия; как амулеты, они должны были не только ограждать своих владельцев от злых духов, но и наделять их сверхъестественными способностями. Позднее, когда те же самые минералы стали разрезать и полировать, как драгоценные камни, многие суеверия сохранились в талисманах «на счастье» и «своих камнях», соответствующих месяцу рождения. Все драгоценные природные камни, кроме опала, являются кристаллическими, и многие из них, такие, как алмаз, рубин, сапфир и изумруд, попадаются в виде прекрасно ограненных кристаллов. Украшения из кристаллов сейчас столь же популярны, как и во время неолита.

 

Рассмотрим кристаллизацию из раствора.

 

В определенном объёме той или иной жидкости при постоянной температуре и давлении может раствориться не больше определённого количества того или иного кристаллического вещества. Полученный при этом раствор называют насыщенным. Кристалл, помещённый в насыщенный раствор, не будет ни расти, ни растворяться в нём. Если повысить температуру жидкости, то растворимость её повышается, поэтому имеющееся количество растворённого вещества уже не будет насыщать раствор. Кристалл, помещённый в ненасыщенный раствор, начнёт в нём растворяться. Если насыщенный раствор охладить, он станет пересыщенным. Пересыщенные растворы могут сохраняться в замкнутых сосудах долгое время, не кристаллизуясь. Однако достаточно попасть в раствор малейшей частицы кристалла, как раствор немедленно начнёт кристаллизоваться.

 

Таким образом, пересыщение раствора является необходимым и достаточным условием для кристаллизации. Чтобы кристаллизация началась, нужно внести в раствор затравку - небольшой кристалл растворённого вещества.

 

Из раствора кристалл выращивают обычно таким образом. Вначале в воде растворяют достаточное количество кристаллического вещества. При этом раствор подогревают до тех пор, пока вещество полностью не растворится. Затем раствор медленно охлаждают, переводя его тем самым в пересыщенное состояние. В пересыщенный раствор подмешивают затравку.

 

Если, в течение всего времени кристаллизации, поддерживать температуру и плотность раствора одинаковыми во всём объёме, то в процессе роста кристалл примет правильную форму.

 

Проведем опыт: вскипятим 400г.  воды и растворим в ней 400г.  медного купороса. Горячий раствор отфильтровываем через ватку. И раствор остывает до комнатной температуры. В это время на проволоку наматываем нитку и приклеиваем маленький кристаллик. И опускаем нашу фигурку в пересыщенный раствор. Через сутки мы видим, что наша фигурка облеплена кристалликами.

 

На форму кристалла, получаемого из раствора, влияют многие факторы: конвекционные потоки жидкости, степень пресыщения жидкости, наличие примесей и т.д.

 

Степень переохлаждения раствора значительно изменяет форму кристаллов. В сильно переохлаждённых жидкостях кристаллы растут всегда в виде причудливой совокупности длинных игл.

 

Кристаллы образуются также непосредственно из пара или газа. При охлаждении газа электрические силы притяжения объединяют атомы или молекулы в кристаллическое твердое вещество. Так образуются снежинки; воздух, содержащий влагу, охлаждается, и прямо из него вырастают снежинки очень большого множества форм. Каждой форме снежинки соответствует своя закономерность – программа построения .

 

Идеальная форма кристаллов

  

Форму, которую принимает монокристалл тогда, когда при его росте устранены все случайные факторы, называют идеальной.

 

Идеальная форма кристалла имеет вид многогранника. Такой кристалл ограничен плоскими гранями, прямыми рёбрами и обладает симметрией. Как и всякий многогранник, кристалл имеет некоторое число граней р, рёбер r, вершин е, причём эти числа связаны между собой соотношением р+е=r+2. В форме правильных многогранников кристаллизуется сравнительно небольшое число кристаллов. В форме куба кристаллизуется поваренная соль, сернистый цинк, в форме октаэдров – алмаз, в форме ромбического додекаэдра – гранат.

 

А что происходит с загрязненными кристаллами? Условия меняются – вид кристалла может измениться.

 

 Пространственная решётка

 

Симметрия, закон постоянства углов и ряд других свойств кристаллов привели кристаллографов к догадке о закономерном расположении частиц, составляющих кристалл. Они стали представлять, что частицы в кристалле расположены так, что центры тяжести их образуют правильную пространственную решётку. Например, кристалл поваренной соли NaCl состоит из совокупности большого числа ионов Na+ и Cl- , определённым (свойственным только данному соединению) образом расположенных друг относительно друга. Если изобразить каждый из ионов точкой и соединить их между собой, то можно получить геометрический образ, рисующий внутреннюю структуру идеального кристалла поверенной соли, его пространственную решётку (рис.1). Пространственные решётки различных кристаллов различны.

 

 

 

 

 В.И.Вернадский считал, что кристалл – это особая активная среда, особая форма пространства. Кристалл – одно из состояний, для которого характерна неоднородность физических свойств в разных направлениях.

 

 

 Полиморфизм

 

Ни у кого не вызывает удивления тот факт, что разные вещества, имея одинаковый химический состав, обладают весьма отличными друг от друга свойствами. Гораздо удивительнее то, что некоторые вещества, обладая, весьма различными свойствами, имеют одинаковый химический состав. Возьмём, например, олово. Это металл с характерным блеском, белого цвета, ковкий, обладающий, как и все металлы, хорошей электропроводностью и теплопроводностью. И рядом какое-то порошкообразное вещество серого цвета. Кажется, что между ними общего? А между тем химический анализ показывает, что этот порошок тоже олово.

 

Или алмаз - одно из самых твёрдых веществ, диэлектрик. Искусные руки ювелира превращают его в бриллиант, сверкающий драгоценный камень, играющий всеми своими гранями. Что общего у него с графитом - черным, легко расслаивающимся, электропроводным? А между тем химический анализ показывает, что графит, как и алмаз, представляет собой углерод в чистом виде.

 

Отличие алмаза от графита, серого олова от белого объясняется различием их кристаллических структур. У алмаза пространственная решётка объёмная, у графита - плоская, слоистая. Т.е. они созданы по различным закономерностям – природным программам, в различных условиях. Рис.2.

  

 

                     Алмаз                                                       графит

  

Свойства веществ иметь две различных кристаллические структуры называются полиморфизмом.

Полиморфизм присущ практически всем веществам. При одних условиях (температура и давления) энергетически выгодны одни структуры, при других - другие. Так, например, белое олово при низких температурах превращается в серое. Полиморфные превращения некоторых веществ возможны лишь при очень высоких давлениях.

 

 Поверхностная энергия кристалла

 

Частицы кристалла, находящиеся на его поверхности, обладают избыточной потенциальной энергией подобно тому, как ею обладают молекулы, находящиеся в поверхностном слое жидкости.

 

Избыток потенциальной энергии, которой обладают частицы поверхностного слоя кристалла, называют поверхностной энергией кристалла.

 

Коэффициент поверхностного натяжения кристаллов, имея величину порядка 10-5 дж/см2, оказывается различным не только для разных кристаллов, но и для разных граней одного и того же кристалла.

 

Поверхностная энергия граней оказывает существенное влияние на форму, которую будет иметь кристалл при естественном своём образовании. Кристалл при своём росте принимает такую форму, при которой его поверхностная энергия имеет наименьшее назначение. Вследствие этого скорости роста граней пропорциональны поверхностным энергиям этих граней. Быстрорастущие грани кристалла в процессе роста постепенно исчезают (рис.3). В результате, кристалл всегда оказывается ограниченным гранями с малой поверхностной энергией.

 

Этим и объясняется так называемой явление регенерации кристаллов. Если спилить вершины кристалла, а затем погрузить его в пересыщенный раствор, то кристалл будет расти так, что его искусственно созданные грани с большим значением коэффициентом поверхностного натяжения начнут расти быстрее других, и будут уничтожаться. В результате кристалл «восстановит» свою форму.

 

Это уже похоже на действие «ДНК», которое позволяет регенерировать свои части. В биологии это называется клонированием.

 

 

ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ

 

Удивительный мир жидких кристаллов открылся глазами ученых сравнительно давно. Но за последние 15-20 лет произошёл огромный скачок в понимании природы жидкокристаллического состояния физических свойств этих веществ, их роли в современной науке и технике. И сейчас уже нет сомнений в том, что без этих материалов, разнообразных по своим свойствам, высокоэкономичных, сравнительно простых в изготовлении и применении, дальнейший научно-технический прогресс не может обойтись.

 

Самые первые сведения о таких веществах были сообщены в 1888 году австрийским ботаником Ф.Рейницером, который синтезировал необычные кристаллы. При их нагревании получалась жидкость, которая в зависимости от температуры была то мутной, то прозрачной, то приобретала синеватый цвет. Немецкий физик О.Леман начал систематическое изучение таких веществ и установил, что открыто особое состояние, присущее многим органическим соединениям. Жидкие кристаллы делятся на нематическую жидкость, холестерическую и смектическую жидкость.

 

7.1.Нематическая жидкость.

 

Жидкости сильно отличаются от газов и твёрдых кристаллов. Атомы или молекулы, из которых состоит жидкость, не могут разойтись на сколь угодно большое расстояние друг от друга. Это означает, что в жидкости очень важны силы притяжения между атомами или молекулами. То же самое можно сказать и о твёрдом кристалле, но в кристалле эти силы настолько велики, что атомы вынуждены занимать в нём определённые места, образуя трёхмерную кристаллическую решётку. В такой решётке всегда имеются выделенные направления, называемые осями кристалла. Вдоль этих направлений атомы располагаются в строго периодическом порядке. В обычной жидкости нет никаких выделенных направлений, она не обладает собственной формой, потому что молекулы жидкости не столь прочно связаны друг с другом и могут перемещаться в пространстве – перескакивать с места на место.

 

Таким образом, в текучей жидкости молекулы только в среднем находятся на некотором характерном расстоянии друг от друга. Ответ на вопрос, как взаимодействуют между собой молекулы и чему равно среднее расстояние а между ними, дает квантовая механика. Оказывается, что на больших расстояниях между молекулами их взаимодействие определяется силами притяжения, а на очень малых расстояниях – силами отталкивания

 

Следовательно, молекулы не могут сблизиться на сколь угодно малое расстояние из-за очень больших сил отталкивания - в этом случае говорят, что молекулы не могут проникать друг в друга.

 

На расстоянии а, примерно равном размеру молекул, сила, взаимодействующая между молекулами, становится равной нулю.

 

Так устроена обычная жидкость, состоящая из относительно простых молекул или атомов. Однако нас поджидает замечательное открытие, если молекулы имеют ярко выраженную анизотропную форму, то есть если у молекул можно четко выделить какие-нибудь характерные оси.

 

 

рис.4.

 

Такие молекулы схематически изображены на рис.4. В них атомы располагаются не, как попало, а выстроены вдоль определённой линии (рис.4,а) или лежат в выделенной плоскости (рис.4,б).

 

Взаимодействие молекул такой формы приводит к тому, что в жидком состоянии они не только удерживаются на некотором среднем расстоянии друг от друга, но могут сохранять определённый порядок в своём относительном расположении – длинные оси молекул (рис.5,а) или плоскости молекул (рис.5,б)

 

 

 

рис. 5

 

оказываются параллельными друг другу. В такой необычной жидкости появляется особое направление, как в твёрдом кристалле, вдоль которого ориентируются выделенные оси молекул. Это сходство между кристаллом и описанной удивительной жидкостью и провело к соединению двух понятий в одно новое – «жидкий кристалл». А жидкое состояние (рис.54) называют нематическим жидким кристаллом. Название «нематичекий» образовано от греческого слова νήμά - нить. В жидких кристаллах под микроскопом видны тонкие подвижные нити, которые представляют собой дефекты структуры. В идеальном жидком кристалле таких нитей нет.

 

Рассмотрим теперь силы, действующие в нематической жидкости. Эти силы - электрического происхождения. Интересно, что сила притяжения возникает между двумя атомами или молекулами, которые сами по себе являются электрически нейтральными. Посмотрим, как это получается.

 

Представим себе, что по какой-то причине в атоме произошло смещение отрицательно заряжённого электронного облака относительно положительно заряжённого ядра. Такой атом можно рассматривать как совокупность двух разноименных точечных зарядов, одинаковых по абсолютной величине, находящихся на некотором расстоянии друг от друга (рис.6,а). Подобную систему зарядов называют электрическим диполем. В окрестности атома-диполя возникает электрическое поле. Напряжённость этого поля быстро убывает при удалении от атома, но вблизи атома поле достаточно велико. Если в окрестности атома I попадает нейтральный атом II (рис.6,б), то электрическое поле атома I должно сместить заряды электронов и ядра атома II (рис.6,б). Такое относительное смещение зарядов в атоме II должно в свою очередь, создавать электрическое поле, поддерживающее разделение зарядов в атоме I. Из рис. 6,б видим, что разноименно заряжённые частицы атомов должны притягивать друг друга. При сближении атомов между ними начинают действовать силы отталкивания. На расстоянии, примерно равном размеру атомов, силы взаимодействия между атомами равны нулю. Точно такое же рассуждение мы можем провести и в отношении двух молекул, состоящих из нескольких десятков атомов. Нейтральные молекулы должны притягивать друг друга за счёт образования электрических диполей-атомов.

 

 

 

Рис. 6

 

Действительно, молекулы должны притягиваться. Но как? Ясно, что по описанным выше причинам большая часть атомов молекулы стремится оказаться вблизи атомов другой молекулы, так как только в этом случае силы взаимодействия между молекулами обращаются в нуль. Но такая ситуация возможна только тогда, когда длинные оси молекул параллельны друг другу. Таким образом, возникает определённый порядок в ориентации молекул и появляется выделенное направление. Это направление можно характеризовать единичным вектором (рис.4,5).

 

Разумеется, такое параллельное расположение выделенных осей молекул возможно только при достаточно низкой температуре, когда тепловые толчки не настолько сильны, чтобы разрушить ориентационный порядок в системе молекул. При повышении температуры обязательно наступает момент, когда хаотическое тепловое движение молекул становится преобладающим и нематический порядок разрушается.

 

Таким образом, система таких особых молекул может иметь два состояния: обычное (изотропное) жидкое - при высоких температурах и анизотропное жидкое – при низких температурах. Подчеркнём, что нематический жидкий кристалл может быть действительно жидким, как вода, то есть центры масс молекул не образует в данном случае какую-то правильную решётку, как в кристалле, а располагаются хаотично в пространстве и могут в нём свободно перемещаться. В то же время ориентация молекул в этой жидкости подчиняется строгому порядку. Интересно, что нематическая жидкость, образуемая молекулами вытянутой формы известна уже много десятков лет, в то время как нематическая жидкость из дискообразных молекул открыта только в 1979-1980 года.

 

Холестерическая жидкость.

  Рис.7.

 

Структура холестерической жидкости во многом сходна с нематической, но имеет одно существенное отличие. Можно сказать, что холестерик обладает нематическим состоянием послойно, то есть состоит из стопки нематических слоёв (рис.7,а). но оси этих параллельных друг другу слоёв развёрнуты на некоторый угол, причём для двух соседних слоёв этот угол составляет малую величину α=0,5°. Расстояние между соседними слоями примерно равно поперечному размеру молекулы а. если двигаться вдоль оси Z, перпендикулярной плоскости слоёв, то через число слоёв N=π/а ориентация молекул станет такой же, как и в самом первом слое. Расстояние h=а*2π/а, через которое повторяется ориентация молекул в пространстве, представляет собой удвоенный период своеобразной решётки (рис.7,б). Величину h принято называть шагом спирали, которую образуют в пространстве концы молекул, лежащих в последовательных слоях.

 

Описанная периодическая решётка – её называют холестерической спиралью - удивительна тем, что чёткая периодичность в ней касается только ориентации молекул. В то же время в каждом нематическом слое молекулы могут свободно перемещаться, меняться местами; словом, холестерическая жидкость свободно течёт вдоль таких плоскостей, но спираль при этом почти не нарушается.

 

 

 

рис. 8

 

Молекулы могут перемещаться и из слоя в слой, поворачиваясь при этом на угол α, но это даётся им не так легко. Всё это и определяет особые свойства холестерической жидкости, схожие за свойствами твёрдого кристалла. Особенности структуры холестерической жидкости наиболее сильно проявляются при изменении температуры вещества, и при различных внешних воздействиях. Холестерическая спираль обладает яркими оптическими свойствами, чувствительна к малейшим повреждениям столь своеобразной решётки. Всё это вызвало громадный интерес к изучению и применению холестерических жидких кристаллов. Чем вызвана такая структура холестерика?

 

Объяснения заключается в особенности строения молекул, из которых состоят эти вещества. Молекулы холестерика - почти такие же, как в нематической жидкости, но имеют на своём конце небольшой отросток (рис.8,а). Этот отросток образуется обычно одним или несколькими атомами, которые выступают из основной плоскости, содержащей подавляющее большинство атомов молекулы. Симметрия молекулы нарушается из-за отростка и напоминает симметрию руки, которая бывает только правой и только левой.

 

Как сказывается такая форма молекул на ориентационном порядке жидкости? Подобные молекулы можно расположить параллельно друг другу в определённой плоскости, например в плоскости, в которой лежат сами молекулы. Именно эти плоскости и образуют отдельные слои холестерика (рис.8,б). А как могут быть «пристроены» друг к другу эти слои? Очевидно, что молекулы слоя 2 могут быть параллельны молекулам слоя 1, если слои расположены друг от друга на расстоянии, примерно равном высоте отростков. В этом случае отростки не мешают молекулам оставаться параллельными.

  

Если расстояние между слоями меньше высоты отростков, то векторы n1 и n2 не могут быть строго параллельны – мешают отростки. Поэтому между векторами n1 и n2 имеется малый угол α.

 

Таким образом, мы приходим к выводу, что несимметричные молекулы должны образовывать стопку нематических слоёв, причём от слоя к слою молекулы должны поворачиваться на определённый угол α. В зависимости от того, как изогнуты отростки отдельных молекул, холестерические спирали могут быть либо правыми, либо левыми.

 

Жидкие кристаллы-растворы.

 

Жидкокристаллическое состояние можно получить и при растворении подходящих веществ в растворителе, например в воде, который сам по себе не образует жидкий кристалл. При этом получается самые разные жидкие кристаллы. Если молекулы растворяемого вещества имеют форму стержня – получается нематическая жидкость; если у стержнеобразных молекул имеются отростки - холестерическая жидкость. Можно получить и более сложные состояния.

 

В таких жидких кристаллах важную роль играют не только силы притяжения между молекулами, но и силы отталкивания молекул на близких расстояниях. Роль сил отталкивания можно наглядно представить себе следующим образом. В большом объёме при высокой температуре молекулы, например стержнеобразные, не подчиняются никакому ориентационному порядку, то есть поворачиваются в пространстве как угодно. Но чтобы при всевозможных поворотах молекулы не мешали друг другу, надо каждой молекуле отвести в жидкости определённый объём. Этот объём представляет собой кубик с размером ребра, примерно равным длине молекулы l; в пределах такого кубика с объёмом l3 молекула действительно может быть ориентирована как угодно.

 

Поместим теперь тоже число молекул при той же температуре в меньший объём, то есть повысим плотность системы. В результате на каждую молекулу станет приходиться объём, меньший, чем l3. Как будут размещаться молекулы в этом случае? Естественно, они смогут разместиться в меньшем объёме, если не будут поворачиваться как угодно, задевая друг друга, а займут более или менее параллельные положения. Если размер поперечного сечения молекул а заметно меньше l и на каждую молекулу приходится объём ~а2l, то все молекулы должны быть ориентированы одинаково, так как только в этом случае они не задевают друг друга. Но это может лишь произойти в случае очень высокой плотности. При средней плотности, когда на каждую молекулу приходится объём, меньший, чем l3, но больший чем а2l, ориентационный порядок будет неполным, но заметным. И связан этот порядок с тем, что молекулы не могут из-за сильного отталкивания проникать друг в друга.

 

Плотность стержнеобразных молекул можно изменять без заметного изменения общего объёма жидкости, когда такие молекулы растворяются в каком-нибудь обычном растворителе, например в воде. Повышая содержание воды в соответствующем растворе, мы получаем обычную неориентированную жидкость. При очень малом же содержании растворителя образуется нематическая или холестерическая жидкость, в зависимости от деталей структуры молекул. Растворы полимерных молекул являются как раз нематическими жидкими кристаллами.

 

Работу клеток живого организма во многом определяют жидкие кристаллы-растворы, которые образуются из специальных молекул. Эти молекулы устроены более сложно. Их взаимодействие друг с другом и с молекулами растворителя характеризуются силами отталкивания и силами электростатического притяжения. Она состоит из небольшой головки (рис.9,а), представляющей собой электрический диполь, и длинного незаряжённого хвоста.

 

 

 

рис.9.

 

Напомним, что молекулы воды - тоже электрические диполи. Противоположно заряжённые концы диполей притягиваются друг к другу, и поэтому молекулярные головки притягивают воду. В тоже время хвосты молекул химически устроены так, что они отталкивают воду, как молекулы жиров или воска.

 

 

 

 Смектическая жидкость.

 

Строение особых молекул, описанных выше, объясняет большое разнообразие структуры жидких кристаллов-растворов. Например, при определённой концентрации таких молекул в воде могут получаться жидкие кристаллы, в которых молекулы не только одинаково ориентируется, но и образуют жесткую кристаллическую решетку. Только эта решетка лишь отчасти похожа на обычную решётку твёрдого тела, периодическую в трёх взаимно перпендикулярных направлениях. Таких направлений в особых жидких кристаллах может быть только два или даже одно.

 

На рис. 9,б изображена стопка слоёв, образующихся при не очень малой концентрации молекул в воде. Хвосты молекул как бы «прячутся» от воды за оболочками из дипольных головок. Вода является прослойкой между двойными слоями молекул. Стопка таких слоёв образует кристаллическую решётку, периодическую только в одном направлении - вдоль оси Z. В этом направлении жесткость решётки почти такая же, как в твёрдом теле, в то время как в поперечных направлениях слои могут свободно скользить, то есть вдоль слоёв система ведёт себя как жидкость. Такая структура сродни мылу, поэтому такие жидкие кристаллы называются смектическими. Они похожи на холестерики своей слоистостью, но периоды решёток в этих двух случаях различны. В холестериках период составляет несколько тысяч ангстрем, а в смектиках - несколько десятков ангстрем (что соответствует длине молекулы).

 

При определенной концентрации раствора возникает кристаллическая решётка, периодическая в двух направлениях. При этом дипольные молекулы собираются в жидкие столбики или «нити», которые и образуют такую решётку, похожую на стопку карандашей (рис.10,а). Подобные отчасти твёрдые кристаллы существуют не только в растворах. Ими могут быть и отдельные вещества, изменяющие своё состояние при изменении температуры. При этом обычно с понижением температуры состояния меняются в такой последовательности: обыкновенная жидкость – нематическая жидкость или холестерик - смектик - твёрдый кристалл. Долгое время не находили жидкокристаллических веществ с решётками, периодическими в двух направлениях, но недавно были обнаружены и они.

 

На рис.10,б такая решётка, образованная жидкими столбиками дискообразных молекул. Интересно, что в последнем случае существует и ориентационный порядок: плоскости дисков в столбике параллельны друг другу, хотя центры дисков располагаются хаотически вдоль оси жидкого столбика.

 

 

 

рис. 10

 

Заключение.

 

Основой возникновения клетки является молекула ДНК, которая является программой наследственности и размножения.

 

Молекула ДНК могла возникнуть в условиях границы действия черных курильщиков - геотермальных источников, находящихся на дне океанов. Гидротермальные океанические источники выносят растворённые элементы из океанической коры в океаны в виде высокоминерализованной горячей (350 °C) воды, которая вносит  весьма значительный вклад в химический состав океанов . 

 

Вблизи черных курильщиков создается конвекционная зона, аналогичная той, что возникает в комнате с натопленной печью, где воздух, нагреваясь от печи, поднимается вверх перемещается по потолку к окнам, где охлаждаясь, опускается до пола и перемещается к печи.

 

В конвекционном круговороте черных курильщиков среда меняет температуру, концентрацию  раствора. Изменение колебаний температуры, давления, вибрации  струйного потока и изменение  концентрации  раствора создают условия перехода кристалла в жидкость, жидкости в кристалл, соударение, соединения и разъединения кристаллов, изменения шага спирали жидкого кристалла. Так возникают условия возникновения жидкокристаллической цепи - молекулы спирали ДНК. Вибрации и изменение давления воздействуют на жидкокристаллическую цепь, создавая первые условия внешнего воздействия для возникновения внешнего  механизма деления  и роста  жидкокристаллической цепи, а затем и клетки.

 

          Нам не известен первоначальный химический состав как океанической воды, так и самих черных курильщиков, в которой возникли  первичные спирали ДНК и первая клетка. Можно предположить, что сначала возникла молекула ДНК, которая была самой короткой, примитивной и совсем не похожей на современную. Далее, вокруг нее стало возникать тело клетки за счет использования находящихся рядом материалов (химических соединений). Так начался образовываться первоначальный белок.

 

Какая клетка могла возникнуть при этих условиях? Можно предположить, первой  возникла клетка  примитивной одноклеточной безъядерной водоросли или бактерии, которая после размножения в привычной среде, стала распространяться и видоизменяться, видоизменяться и распространяться. Бактерии – это группа микроскопических, преимущественно одноклеточных организмов, обладающих клеточной стенкой, но не имеющих оформленного ядра (роль его выполняет молекула ДНК), размножающихся делением. Найдено множество видов бактерий,  которые обнаружены в глубоководных горячих колодцах, в которых существуют  высокое  давление и температура свыше 200°C, что не противоречит возможности возникновения первой клетки в зоне действия черных курильщиков.

 

Можно предположить, что состав минерализованных гидротермальных вод различных черных курильщиков не был везде одинаков, поэтому около каждого черного курильщика могла появиться своя оригинальная клетка, отличающаяся от клеток других черных курильщиков.

 

Дальнейший путь первичных клеток мог эволюционировать и подвергаться мутации. Возникли новые виды одноклеточных водорослей и бактерий. Следующим  ходом было объединение одноклеточных  в многоклеточные колонии, в которых клетки стали видоизменяться в зависимости от их места нахождения в колонии. Так стали появляться новые виды клеток с функциональными свойствами, поддерживающими жизнь колонии – это были первые намеки на возникновение органов. Через некоторое время появились простейшие многоклеточные организмы. Первичное объединение клеток в колонии может представляться слизью - это основа построения более фундаментального: органа и организма.

 

 Можно предположить, что именно некоторые разновидности жидких кристаллов дают возможность возникновения длинных спиральных цепей жидких кристаллов, которые приняли на себя роль строителя спиральной молекулы ДНК – основного признака наследственности и жизни.

 

Вот так или приблизительно так: ИЗ НЕЖИВОЙ ПРИРОДЫ ПОЯВИЛАСЬ ПЕРВАЯ ЖИЗНЬ!!! В основном, Чарльз  Дарвин был прав. Частные случаи, которые не объясняются его теорией сейчас, не могут быть причиной для  категоричного отвержения его теории. Нужно ждать и работать в этом направлении, уточнять факты, экспериментировать. Впрочем, если к эволюции добавить всевозможные мутации от природных катастроф и влияние прилетевших из космоса некоторых  одноклеточных вирусов, то, в совокупности фактов,  вся картина сложится так, как все было на самом деле. К примеру, в свое время, у человечества были данные о многих химических элементах,  и только Д.И.Менделеев сложил их в полную гармоничную периодическую систему, которая дала возможность предсказать о существовании не открытых элементов.  В теории возникновения и развития жизни на Земле больше неизвестных факторов, чем элементов в периодической системе Д.И.Менделеева. Так что, время новых открытий в этом направлении еще не подошло.

Возникновение клетки - это начало жизни. Далее - переход на высшую ступень развития, которая приводит к появлению видов простейших организмов, из них более сложных - видов. Далее эволюция, мутация, которые приводят к разнообразию подвидов. Выживаемость организмов заключается в их приспособляемости. Здесь идет сортировка на выбывание. Сильные остаются и совершенствуются, чтобы выжить.... Для этого, для будущего поколения закладывается программа жизни - ДНК, которая говорит, как нужно развиваться, чтобы выжить в данной среде.

 

 

.

Вернуться на главную страницу!