Нереальная реальность. Вся трилогия в одной книге

Для установления возраста опытного образца исследуют содержащиеся в нём изотопы, в частности, радиоуглерод-14. Он отличается от обычного углерода тем, что в нём 8 нейтронов и 6 протонов, тогда как нормальное соотношение 6 к 6. Поэтому химики обозначают обычный – углерод-12, а радиоактивный – углерод-14.

Изотоп углерода-14 образуется не на Земле, а в верхних слоях атмосферы при столкновении космических лучей с ядрами азота. И только затем, смешиваясь с воздухом, он опускается вниз и поглощается растениями в процессе фотосинтеза. Затем углерод-14 попадает в ткань всех живых существ, которые употребляют растения в пищу.

В нашем организме доминирует обычный углерод. Радиоуглерода ничтожно мало. На один атом углерода-14 приходится целый миллион атомов углерода-12. Но важно то, что это соотношение остаётся постоянным всю жизнь.

Однако, ситуация меняется со смертью организма. Умерев, живое существо перестаёт употреблять растительную пищу. Углерод-14 больше не попадает внутрь организма из внешней среды. А количество углерода-12 в останках остаётся прежним.

Постепенно углерод-14 начинает распадаться со строго определённой скоростью. Этот физический процесс хорошо изучен, период полураспада углерода-14 составляет 5 600 лет. Поэтому если измерить соотношение обычного и радиоактивного углерода в исследуемом объекте и сравнить с их соотношением в атмосфере, можно точно установить, как долго образец был мёртвым.

Однако, после восьми периодов полураспада, следов радиоуглерода в умершем организме практически не остаётся. Поэтому, таким способом можно достоверно установить возраст объекта, если он не превышает 40 тыс. лет.

Для определения возраста более древних образцов используются иные методы. Прежде всего, калий-аргоновый способ радиометрического датирования.

Калий входит в состав большинства минералов. При распаде изотопа калия-40 образуется химически пассивный газ аргон-40, не способный покинуть твёрдый объект. Газ оказывается буквально на века замурованным, например, в горную породу. Период полураспада калия-40 огромный и составляет 1.25 млрд. лет. Для определения возраста образца достаточно его раскрошить и установить количество «запертого» в кристаллической решетке аргона-40.

Для ещё более древних объектов применяются аналогичные методы, основанные на распаде урана-238, период полураспада которого – 4.5 млрд. лет, или даже рубидия-87, чей период полураспада составляет космологические 49 млрд. лет. Таким способом можно установить возраст космических тел, например, планет Солнечной системы или очень древних метеоритов.

Все эти методы проверены и перепроверены многократно. Конечно, привередливый эксперт может спорить о точности тех или иных цифр. Но совершенно очевидно, что жизнь возникла на Земле не тысячи, не миллионы, а именно миллиарды лет назад. Иные утверждения – это просто сказки.

Глава 23.Молекулы

Мы все состоим из огромного числа разнообразных молекул. Каждая из них представляет собой конструкцию атомов. В молекуле воды Н2О всего три атома – два водорода и один кислорода. Зато в молекуле гемоглобина их около 5 000.

Наш мир – молекулярный. Случайно ли Природа предпочла именно такой выбор?

Видимо, нет. В самой структуре нашего организма заложен огромный смысл.

Любая достаточно сложная молекула проявляется огромным разнообразием форм, это настоящая кладезь всех мыслимых возможностей, заключённых в мельчайшей частичке материи. При этом, у всех них разные химические свойства.

Общее количество молекул исчисляется десятками миллионов. Они разные, но координированно взаимодействуют друг с другом. Под влиянием внешнего воздействия возможен переход из одной молекулярной структуры в другую, что принципиально важно. Реагируя на наружные раздражения, молекулы способны преобразовываться. Это ключевой момент, так как жизнь не может быть статичной.

Организм постоянно потребляет энергию и выделяет отходы в окружающую среду. Мы находимся в непрерывном взаимодействии с природой. Кроме того, живое существо всё время получает и обрабатывает информацию из внешних источников. Поступающие данные надо быстро и адекватно интерпретировать. Видимо, именно эти факты позволяют дать ответ на главный вопрос: почему наш мир молекулярный?

Он таков потому, что Природа смогла обеспечить для жизни практически бесконечное многообразие вариантов реакций на внешние воздействия. И реализовала данный план через молекулярную структуру организма.

Имея такую базу, можно очень высоко подняться по эволюционной лестнице. Мы с вами являемся наглядным тому подтверждением. Главное – реализовать изначально заложенный в живом существе потенциал развития. И тогда рано или поздно возникнет разум.

Наша молекулярная структура по умолчанию способствует реализации такого сценария. Весьма любопытно, почему из огромного числа возможностей, Природа выбрала именно «наш» вариант строения живого организма. Не исключено, что при другом раскладе, эволюция разума, подобного человеческому, просто невозможна в принципе.

Однажды появившись, молекула сразу гармонично вписывается в окружающий мир Земли. Она всегда отреагирует на внешнее воздействие, которое, в свою очередь, обязательно случится. Будь то сигнал, энергия, повреждение или информация – живой организм по факту настроен на взаимодействие с внешней средой.

Я практически уверен, что если мы встретимся с представителями внеземного разума, то их строение будет молекулярным. Во всяком случае, мне очень сложно представить себе живое существо, например, с кристаллической структурой организма.

Глава 24.Белки

В основе жизнедеятельности лежат достаточно простые химические процессы. Совокупность тысяч однотипных реакций, каждую секунду происходящих внутри вас, определяет вашу индивидуальность. Однако, для образования устойчивых химических связей только лишь самой способности молекул к взаимодействию недостаточно. Здесь на арену выходят белки.

Белки имеют различные размеры и формы. Каждый из них выполняет в организме строго регламентированную задачу.

Белок строится из аминокислот. Молекула аминокислоты представляет собой цепочку атомов. На одном её конце находится положительно заряженный ион водорода, на другом – отрицательно заряженная гидроксильная группа, состоящая из кислорода и водорода. От основной цепочки ответвляются боковые группы, отличные для разных типов аминокислот.

Всего в организме насчитывается двадцать одна аминокислота.

Когда две аминокислоты сближаются друг с другом, ион водорода одной соединяется с гидроксильной группой другой. Две аминокислоты связываются между собой, а образовавшаяся вода высвобождается. Процесс напоминает нанизывание бусинок на нить.

Последовательность аминокислот в «бусах» называется первичной структурой белка.

«Бусиной» может быть каждая из двадцати одной аминокислоты. Возможны самые различные их сочетания, поэтому существуют триллионы способов сборки белка. Теоретически по первичной структуре можно просчитать, какую форму примет молекула, и предсказать химическую реакцию, в которой будет участвовать белок. Но пока что не создан столь мощный компьютер, который был бы способен провести такое вычисление.

После определения первичной структуры под действием электростатических взаимодействий между различными группами аминокислот и окружающей их водой, белок сворачивается в сложную трёхмерную сферическую форму. Это принципиально важно для химических процессов, происходящих в живом организме. Две молекулы должны сблизиться таким образом, чтобы их атомы могли состыковаться. Для этого процесса витое трёхмерное строение является оптимальным.

Молекулы располагаются не случайным образом, а так, чтобы стало возможным их взаимодействие. На помощь приходят особые белки, называемые ферментами.

Фермент притягивает молекулы к себе и организует их взаимодействие. После того, как оно произошло, фермент, выполнивший свою работу, высвобождается. В дальнейшем он повторяет эту операцию со следующей парой молекул.

Глава 25. Клетки

Клетка является основной структурной и функциональной ячейкой органического мира.

Жизнь каждого из нас начинается всего с одной оплодотворённой клетки. По мере развития организма число клеток возрастает за счёт деления. Каждая из них получает свою специализацию.

Во взрослом теле содержится примерно 50 млрд. клеток двухсот пятидесяти различных типов. Все вместе они образуют сложную систему тканей и органов.

Продолжительность жизни у разных клеток своя – от нескольких часов до нескольких лет. Ежедневно человеческий организм теряет их около миллиарда. Но благодаря стволовым клеткам, которые образуются в спинном мозге, наш клеточный материал постоянно возобновляется. К сожалению, в пожилом возрасте запас стволовых клеток практически исчерпывается.

Клетка заполнена цитоплазмой и триллионами различных молекул и отделена от внешнего мира мембраной. Снаружи через неё проникают питательные вещества и отфильтровываются вредные примеси, а изнутри выпускаются молекулы отходов.

Клетки являются строительным материалом для структур, обеспечивающих цепочки биохимических реакций.

Все живые организмы разделены на два вида. Первый из них, прокариоты, состоят всего из одной клетки, которая не имеет внутреннего ядра. Многоклеточные организмы называются эукариотами. Мы относимся именно к ним.

Есть ещё особая разновидность клеток – археи. Это самые древние клетки, предшественники прокариот и эукариот. У архей нет ядра, но есть собственный, присущий только им генетический материал.

Главная внутренняя часть клетки эукариот – ядро. Оно содержит хромосомы и несёт в себе программу развития клетки. У каждого человека 23 пары хромосом.

Ядро является своеобразным координационным центром управления и включает в себя молекулы ДНК, на которых записана вся генетическая информация организма.

Внутри клеточного мира происходит зарождение новой жизни. Половое размножение – уникальное изобретение Природы, один из самых сложных процессов на планете. Тайна наследственности раскрылась учёным, когда они выяснили, что представляют собой митоз и мейоз.

Митозом называется процесс деления клеток. 90% времени своей жизни клетка посвящает приготовлению веществ, необходимых для копирования. В это время все 23 пары наших хромосом вытянуты и распределены по ядру клетки.

Когда процесс деления стартует, хромосомы образуют спирали, начинают двигаться в разных направлениях и напоминают вытянутую букву Х. Правильнее сказать, что в этот момент хромосомы состоят из двух одинаковых хроматид.

Постепенно оболочка ядра клетки расходится, хроматиды разделяются в стороны. Вокруг каждой из копий образуется новая ядерная мембрана. Спирали хромосом разворачиваются, и на месте одной появляются две клетки.

Особый вид редукционного деления, приводящий к образованию половых клеток, называется мейозом.

В начале этого процесса две отцовских и две материнских хроматиды начинают совместное сближение. Они формируют объект, напоминающий застёжку-молнию. Пока две удвоенные хромосомы располагаются вместе, отцовское вещество в хроматиде заменяется на материнское и наоборот. То есть, пары сопряжённых хроматид обмениваются генетическим материалом.