Глава 2. МОЛЕКУЛЫ в ТЕЛЕ Гиганта.
Тот, кто ничего не понимает кроме химии,
и ее понимает недостаточно.
Г. Лихтенберг
Что такое молекула?
Молекула — микрочастица, образованная из атомов и способная к самостоятельному существованию. Число атомов в молекуле может быть различным: от двух, до сотен тысяч (например, в молекуле белков).
Аналогом таких образований в Космосе будут двойные, тройные и более кратные звезды (солнечные системы), а также звездные скопления и галактики.
Начнем с простых космических МОЛЕКУЛ.
Двойная звезда — система из двух гравитационно (ЭЛЕКТРОМАГНИТНО) связанных звезд, обращающихся по замкнутым орбитам вокруг общего центра масс. Двойные звёзды — явление весьма распространённое. Примерно половина всех звёзд нашей Галактики принадлежит к двойным системам. (
Википедия)
Кратная звезда состоит из трёх или более звёзд, связанных между собой.
Рисунок 2-1. Двойная и кратные звезды.
Источники:
1 -
http://astroinformer.com
2 - planetquest.jpl.nasa.gov
3 -
Википедия
Реальных фотографий таких систем не так много. Кратные звезды, в основном, составляют тесные группы, которые и в телескоп не разглядишь. Но, подавляющее число звезд относится именно к двойным и кратным системам. Наше Солнце исключение, - это какой-то радикал!
Некоторые звёздные системы:
• Солнечная система, с Солнцем в центре (одна звезда);
• Сириус (две звезды);
• α Центавра (три звезды);
• 4 Центавра (4 звезды);
• Мицар (пять звёзд);
• Кастор (шесть звёзд);
• ν Скорпиона (семь звёзд).
Если предположить, что вокруг всех звезд существуют кометные Облака Оорта, то картинки получаться как в школьном учебнике химии:
Рисунок 2-2. Молекулы и звездные системы.
У астрофизиков, до сих пор, нет полной ясности в вопросе о происхождении двойных и кратных звезд. Я уверен, что эта ясность появится, если астрономы попросят физиков, химиков и биологов разъяснить им процессы, происходящие на уровне атомов и молекул в живой клетке. Астрономы же, в свою очередь, смогут рассказать вышеуказанным специалистам много деталей, остающихся непознанными на молекулярном и атомном уровнях. Астрономы изучают АТОМЫ, МОЛЕКУЛЫ и КЛЕТКУ Гиганта, а физики, химики и биологи изучают наши атомы, молекулы и клетки.
В соединении атомов живой материи основную роль играют электростатические (ионные) и ковалентные связи. Ионная связь осуществляется кулоновскими силами без бурных взаимодействий между атомами. Такие связи, между звездами, мы видим на рис. 2-1 у Альбирео и HD 188753.
При ковалентной связи, общие электроны, с большой частотой переходят с одного атома на другой. Аналогом таких связей являются тесные двойные звездные системы, где между звездами происходит обмен веществом (ЭЛЕКТРОНАМИ). Астрофизики называют это аккрецией – истечением вещества с одной звезды на другую рис.2-3 .
Рисунок 2-3. Тесные двойные звездные системы.
Источники:
1-
www.computerra.ru
2 -
www.astrokaz.ru
3-
BioFile.ru
Предполагаемый сценарий, в процессе взаимодействия тесных систем, выглядит следующим образом (
http://skystars.pp.ru) :
1. В этой недавно возникшей двойной системе у желтой звезды, подобной нашему Солнцу, имеется партнер с массой, в 4 раза превосходящей массу Солнца, то есть вторая звезда является большей по размеру и более горячей.
2. Более массивная звезда расширяется, и материал стекает с нее, образуя аккреционный диск вокруг звезды-напарницы.
3. В дальнейшем обе звезды оказываются погребенными внутри одного громадного красного гиганта.
4. В конечном счете, наружный покров сбрасывается в виде огромной газовой оболочки. Маленькое пятнышко в центре — это обе звезды вместе, они расположены так близко друг к другу, что в данном масштабе невозможно различить их по отдельности.
5. Остатки звездной пары — белый карлик и красный карлик. Красный карлик постепенно разогревается до сверхвысоких температур под действием излучения, идущего от его еще более горячего компаньона.
6. Материал от красного карлика устремляется па белый карлик, образуя мост и аккреционный диск.
7. Белый карлик больше не может принимать вещество, и происходит ядерный взрыв колоссальной силы. Мы наблюдаем подобные явления в виде вспышек новых (рис.2-4).
Рисунок 2-4. Сценарий взаимодействия в тесной двойной системе.
Пойдем дальше. Что собой представляют молекулы органического вещества? Такие молекулы могут быть самых разнообразных форм: нитевидные, винтовые, спиральные, шарообразные, эллипсовидные и т. д., а размеры их меняются в очень широком интервале. Количество уже известных науке видов органических молекул исчисляется миллионами!
«Подлинным царством ПРИРОДНЫХ ВИНТОВ является мир «живых молекул» — молекул, играющих принципиально важную роль в жизненных процессах. К таким молекулам относятся, прежде всего, молекулы белков — самые сложные и наиболее многочисленные из всех углеродных соединений, В человеческом теле насчитывается до 100 000 ТИПОВ белков. Число атомов в одной молекуле может достигать нескольких миллионов».
На роль Космических МОЛЕКУЛ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА, конечно же, претендуют звездные скопления и галактики. Галактики — это гигантские звездные системы; к ним относится, в частности, наша Галактика, содержащая 150-200 млрд. звезд.
Формы и размеры галактик (так же как формы и размеры молекул) чрезвычайно многообразны (рис.2-6).
Рисунок 2-6. Схемы некоторых галактик
Сравнивать миллионы молекул с миллионами галактик – дело неблагодарное. Но, начинать с чего-то нужно. Начнем с нашей галактики и ее окружения.
Наша галактика, Млечный путь, входит в Местное семейство галактик, которое включает в себя две подгруппы:
1. Подгруппу Туманности Андромеды (слева) и
2. Подгруппу Млечного пути (справа) (Рис. 2-7).
Рисунок 2-7. Местное семейство галактик.
В Местном семействе обнаружено более пятидесяти объектов. Это число постоянно увеличивается, по мере обнаружения новых галактик.
Из этих пятидесяти – три (скорее всего четыре) спиральные:
1. Млечный путь;
2. Галактика Андромеды, М31;
3. Галактика Треугольника, М33;
4. Есть предположение, что четвертая спиральная галактика скрывается «
за пылевой завесой центра нашего Млечного пути».
Рисунок 2-8. Спиральные галактики Местного семейства.
Источники:
1-
Википедия
2 -
Википедия
3 -
Википедия
Самой большой является Галактика Андромеды. Масса Млечного пути примерно в полтора раза меньше. Галактика Треугольника - в три с лишним раза легче Млечного пути.
Остальные члены нашего семейства гораздо менее массивны и имеют уникальные сфероидальные, эллиптические и неправильные формы (рис. 2-9). Все изображения взяты с сайта
http://ru.wikipedia.org
Рисунок 2-9. Некоторые галактики Местного семейства.
Это небольшая часть галактик нашего Семейства. Фотографий всех галактик нет. На данном этапе они нам и не нужны. Нужно понять главное – все они разные и имеют неповторяющиеся формы!
И еще один немаловажный факт: подгруппа Андромеды в полтора-два раза больше подгруппы Млечного пути.
Подведем итог.
Наше Семейство галактик состоит из двух неравных частей связанных между собой. Подгруппа Туманности Адромеды более массивна подгруппы Млечного пути. В состав семейства входят:
1. Три (скорее всего четыре) спиральные галактики.
2. Более пятидесяти мелких галактик неповторяющейся формы.
Если «перевести» это описание на молекулярный уровень, то получим определение, очень напоминающее рибосому. Сравним!
Рибосома – самый маленький и менее всего изученный внутриклеточный органоид. Состоит из двух неравных частей. Является внутриклеточной «фабрикой» по производству белка.
Большая частица (субъединица) включает в себя 2 или 3 молекулы рРНК и 49-50 молекул неповторяющихся белков. Одна из молекул рРНК большая, другие маленькие.
Меньшая частица состоит из одной молекулы рРНК (большой) и 33 молекул неповторяющихся белков (рис. 2-10).
Рисунок 2-10. Строение рибосомы (Местного Семейства галактик).
(Числа с буквой S пропорциональны массам объектов. Красным шрифтом – аналог в Космосе).
В Местном семействе открыто более 50 галактик. Если ЕГО и наша рибосомы устроены по одной схеме, то нам предстоит:
1. Открыть еще около 30 галактик (МОЛЕКУЛ БЕЛКА), входящих в Местное семейство;
2. Открыть четвертую спиральную галактику (рРНК), которая должна принадлежать к подгруппе Андромеды и по массе отличаться от Галактики Треугольника на 15-16%.
Еще раз посмотрим на нашу и ЕГО рибосомы (рис. 2-11):
Рисунок 2-11. Рибосомы.
Изображения молекул и галактик несколько отличаются. Но это и не удивительно. Астрономы наблюдают объекты, не нарушая их целостности. У биологов такой возможности нет. Поэтому «живых» фотографий молекул, входящих в состав рибосомы, мы не увидим. Есть фотографии мумий молекул (рис. 2-12). Современные инструменты науки не позволяют наблюдать молекулярный уровень внутри наших тел, не нарушая их жизнедеятельности.
Для выделения органоидов, клетки сначала измельчают. Потом, помещают в центрифугу и раскручивают ее. Чем легче органоид, тем выше на стенке центрифуги он оседает. После этого со стенок центрифуги соскабливают одинаковые органоиды. Их, как и клетки, разрезают и снова помещают в центрифугу. Затем соскабливают одинаковые молекулы и обрабатывают различными способами. Читаем:
«Для выделения, очистки, анализа и идентификации органических соединений используются химические и физические методы: экстракция, перекристаллизация, перегонка, хроматография, электрофорез; различные спектральные методы, в результате которых происходит поглощение молекулой определенного количества энергии. При этом молекула переходит из одного энергетического состояния в другое».
Не буду продолжать столь «увлекательное» повествование. Ученые и сами знают о своих методах, а человеку, далекому от науки, перечисление этих экзекуций над живой материей ничего не даст. Поясню своими словами, коротко: ученые берут кусок колбасы, приготовленный из промытого и вываренного мяса, сдабривают его различными химическими «специями», поджаривают на электрофорезе, освещают этот кусок ультрафиолетовыми, инфракрасными или рентгеновскими лучами, наводят на него электронный микроскоп и пытаются по форме тени от этого куска понять: как же устроена корова? Все это происходит из-за того, что у электронного микроскопа есть свои минусы: главный из них заключается в том, что исследуемый материал должен быть абсолютно высушенным и должен находиться в очень высоком вакууме. При таких условиях говорить о сохранении «живой материи» не приходится. Поэтому некоторое различие в рисунках вполне объяснимо.
Вот как «видит» молекулу рРНК электронный микроскоп:
Рисунок 2-12. Электронные микрофотографии молекул рРНК.
На основании этих фотографий строятся различные модели:
Рисунок 2-13. Модели РНК.
РНК в разных клетках выглядят по-разному и могут менять свою форму при изменении окружающих условий. Только видов тРНК более пятидесяти.
Центральным процессом в живой клетке является синтез белка. Рассмотрим его (рис. 2-14).