РОЛЬ ГИДРОТЕРМАЛЬНОЙ ДИНАМИКИ В ЗАРОЖДЕНИИ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ

В.Н. Компаниченко

Аннотация


В рамках концепции термодинамической инверсии было обосновано еще одно необходимое условие возникновения жизни – многоуровневые колебания физико-химических параметров (в дополнение к трем общепринятым: наличие органического вещества, водной среды и источника энергии). Принимая во внимание это условие, гидротермальные системы были предпочтительной средой для зарождения жизни на ранней Земле по сравнению с океаном, в котором колебания физико-химических параметров проявляются в минимальной степени. Гидротермальные среды характеризуются чрезвычайно широким диапазоном градиентов температуры, давления, рН и концентраций компонентов. Наличие многоуровневых флуктуаций было подтверждено с помощью термодинамических оценок и прямых измерений давления и температуры в ходе мониторинга в некоторых гидротермальных системах полуострова Камчатка (например, в Мутновском и Паужетском термальных полях). Математическая обработка базы данных мониторинга выявляет по меньшей мере три уровня колебаний давления: 1) нерегулярные макрофлуктуации (с большими амплитудами, достигающими нескольких бар);
2) регулярные микроколебания (с меньшими амплитудами, порядка нескольких десятых бара, и периодами около 20 минут); 3) внезапные изменения давления и колебания с периодами менее 5 минут, а также мелкомасштабная вариативность с оптимальными амплитудами до 0.1 бара. Высокая корреляция между давлением, температурой и концентрациями химических компонентов также обнаружена в гидротермальных системах на Камчатке и в Словении. Множество данных о динамике термодинамических и физико-химических параметров гидротермального флюида, полученных многими исследователями в разных регионах мира, могут быть применимы для изучения процесса зарождения первичных форм жизни на ранней Земле.


Ключевые слова


гидротермальная система; происхождение жизни; флюид; термодинамика; флуктуация; температура; давление; гидрохимия

Полный текст:

PDF

Литература


ОБРАЗЕЦ ЦИТИРОВАНИЯ: Компаниченко В.Н. Роль гидротермальной динамики в зарождении жизни на Земле // Региональные проблемы. 2023. Т. 26, № 4. С. 9–11. DOI: 10.31433/2618-9593-2023-26-4-9-11.

Авченко О.В. Основы физико-химического моделирования минеральных систем / О.В. Авченко; К.В. Чудненко; И.А. Александров. М.: Наука; 2009. 229 с.

Авченко О.В.; Чудненко К.В.; Александров И.А.; Худоложкин В.О. Адаптация программного комплекса «Селектор-С» к решению проблем петрогенезиса метаморфических пород // Геохимия. 2011. № 2. С. 149–164.

Кирюхин А.В.; Лесных М.Д.; Поляков А.Ю. Естественный гидродинамический режим Мутновского геотермального резервуара и его связь с сейсмической активностью // Вулканология и Сейсмология. 2002. № 1. С. 51–60.

Компаниченко В.Н. Этапы перехода от доклеточных органических микросистем к первичным сообществам прокариот // Известия РАН. Серия биологическая. 2011. № 5. С. 630–640.

Компаниченко В.Н.; Авченко О.В. Термодинамические расчеты параметров состояния гидротермальной среды для моделирования процесса зарождения биосферы // Региональные проблемы. 2015. Т. 18; № 2. С. 5–13.

Компаниченко В.Н.; Шлюфман К.В. Амплитудно-частотная характеристика колебаний давления пароводяной смеси в Верхне-Мутновской гидротермальной системе // Вулканология и сейсмология. 2013. № 5. С. 51–58. DOI: 10.7868/S0203030613050027.

Чудненко К.В. Термодинамическое моделирование в геохимии: теория; алгоритмы; программное обеспечение; приложения. Новосибирск: Гео; 2010. 287 с.

Baaske P.; Weinert F.M.; Duhr S.; Lemke K.H.; Russell M.J.; Braun D. Extreme accumulation of nucleotides in simulated hydrothermal pore systems // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2007. Vol. 104; N 22. P. 9346–9351. DOI: 10.1073/pnas.0609592104.

Brown K.M.; Tryon M.D.; DeShon H.R.; Dorman L.M.; Schwartz S.Y. Correlated transient fluid pulsing and seismic tremor in the Costa Rica subduction zone // Earth and Planetary Science Letters. 2005. Vol. 238; N 1–2. P. 189–203.

Budin I.; Szostak J.W. Expanding roles for diverse physical phenomena during the origin of life // Annu Rev Biophys. 2010. Vol. 39. P. 245–263.

Corliss J.B.; Baross J.A.; Hoffman S.E. An hypothesis concerning the relationship between submarine hot springs and the origin of life on the Earth // Oceanological Acta. 1981. N 4. P. 59–69.

Deamer D.W. Combinatorial chemistry in the prebiotic environment // Journal of Biomolecular Structure and Dynamics. 2013. N 31; Suppl. 1. P. 9. DOI: 10.1080/07391102.2013.786323.

Deamer D.W. First Life: Discovering the Connections between Stars; Cells; and How Life Began. Berkeley (California): University of California Press; 2011. 272 p.

Ebeling W. Physik der Evolutionsprozesse / W. Ebeling; A. Engel; R. Feistel. Berlin: Akademie-Verlag; 1990. 371 p.

Feistel R. Physics of Self-Organization and Evolution / R. Feistel; W. Ebeling. Weinheim; Germany: Wiley-VCH Verlag & Co. KGaA; 2011. 576 p.

Haken H. Synergetics. An Introduction Nonequilibrium Phase Transitions and Self-Organization in Physics; Chemistry and Biology. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag; 1978. 358 p. DOI: 10.1007/978-3-642-96469-5.

Holland T.J.B.; Powell R. An internally consistent thermodynamic data set for phases of petrological interest // Journal of Metamorphic Geology. 1998. Vol. 16; N 3. P. 309–343. DOI: 10.1111/j.1525-1314.1998.00140.x.

Holm N.G.; Andersson E. Hydrothermal simulation experiments as a tool for studies for the origin of life on Earth and other terrestrial planets: a review // Astrobiology. 2005. Vol. 5; N 4. P. 444–460. DOI: 10.1089/ast.2005.5.444.

Knauth L.P.; Lowe D.R. High Archaean climatic temperature inferred from oxygen isotope geochemistry of cherts in the 3.5 Ga Swaziland Supergroup; South Africa // Geological Society America Bulletin. 2003. Vol. 115; N 5. P. 566–580. DOI: 10.1130/0016-7606(2003)115<0566:HACTIF>2.0.CO;2.

Kompanichenko V.; Kotsyurbenko O. Role of Stress in the Origin of Life // Life. 2022. Vol. 12; N 11. 1930. DOI: 10.3390/life12111930.

Kompanichenko V.N.; Poturay V.A.; Shlufman K.V. Hydrothermal systems of Kamchatka are Models of the Prebiotic Environment // Origin of Life and Evolution of Biospheres. 2015. Vol. 45; N 1–2. P. 93–103. DOI: 10.1007/s11084-015-9429-2.

Kompanichenko V.N. Inversion Concept of the Origin of Life // Origins of Life and Evolution of Biospheres. 2012. Vol. 42. P. 153–178.

Kompanichenko V.N. Thermodynamic Inversion: Origin of Living Systems. Cham (Switzerland): Springer International Publishing; 2017. 275 p. DOI: 10.1007/978-3-319-53512-8.

Kralj P. Das Thermalwasser-System des Mur-Beckens in Nordost-Slowenien // Mitteilungen zur Ingenieurgeologie und Hydrogeologie. 2001. Vol. 81. P. 1–82.

Kralj Pt.; Kralj P. Thermal and mineral waters in north-eastern Slovenia // Environmental Earth Sciences. 2000. Vol. 39; N 5. P. 488–500. DOI: 10.1007/s002540050455.

Mulkidjanian A.Y.; Bychkov A.Yu.; Dibrova D.V.; Galperin M.Y.; Koonin E.V. Origin of first cells at terrestrial; anoxic geothermal fields // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2012. Vol. 109 (14). P. E821–E830. DOI: 10.1073/pnas.1117774109.

Nicolis G. Self-organization in Nonequilibrium Systems: From Dissipative Structures to Order through Fluctuations; 1st Edition / G. Nicolis; I. Prigogine. New York: Wiley; 1977. 512 p.

Onsager L. Reciprocal relations in irreversible processes. II // Physical Review. 1931. Vol. 38 (12). P. 2265–2279. DOI: 10.1103/physrev.38.2265.

Pace N.R. Origin of life - facing up to the physical setting // Cell. 1991. Vol. 65 (4). P. 531–533. DOI: 10.1016/0092-8674(91)90082-a.

Prigogine I. Order out of chaos: Man’s New Dialogue with Nature / I. Prigogine; I. Stengers. Toronto; New York; London; Sydney: Bantam Books; 1984. 349 p.

Russell M.J.; Hall A.J.; Boyce A.J.; Fallick A.E. 100th anniversary special paper: > on hydrothermal convection and the emergence of life // Economic Geology. 2005. Vol. 100; N 3. P. 419–438. DOI: 10.2113/gsecongeo.100.3.419.

Stefansson V. The Krafla geothermal field; North-East Iceland // Geothermal Systems: Principles and Case Histories. New York: Wiley and Sons; 1981. P. 273–294.

Washington J. The Possible Role of Volcanic Aquifers in Prebiotic Genesis of Organic Compounds and RNA // Origins of life and evolution of the biosphere. 2000. Vol. 30 (1). P. 53–79. DOI: 10.1023/A:1006692606492.


Ссылки

  • Ссылки не определены.