Originea vieții este vastă problema stiintifica. În ultimii 10 ani, au existat o mulțime de date și cercetări noi disponibile. Astăzi, există încă întrebări nerezolvate, dar imaginea generală a modului în care viața ar fi putut apărea din materia neînsuflețită devine mai clară foarte repede. Dar, după cum știți, în știință, fiecare răspuns dă naștere la 10 întrebări noi.
Modele de evoluție treptată din Nu compuși organici la primele organisme sunt acum bine dezvoltate. Dar istoria acestui număr datează de la celebrul autor .
Naturalistul și cercetătorul englez nu a scris nimic despre asta în lucrările sale științifice și nu a studiat serios teoriile și ipotezele despre originea vieții. Acest subiect era dincolo de înțelegerea științei secolului al XIX-lea. Charles tocmai spunea cum toată acea diversitate a ieșit din primele organisme vii care existau deja. forme biologice că vedem.
Doar din scrisorile lui cel mai bun prietenștim că Darwin a încercat să se gândească la acest subiect, dar, desigur, la acel nivel de cunoștințe, el nu și-a putut asuma în mod specific nimic în afară de cel mai idei generale, că oarecum ar mai putea chimie anorganică, săruri de amoniu, fosfor, folosind electricitatea într-un mic iaz cald, se generează substanțe organice.
Dar trebuie remarcat faptul că chiar și în această scrisoare a ghicit multe foarte precis. De exemplu, chimiștii au descoperit o cale plauzibilă pentru sinteza abiogenă a nucleotidelor, blocurile de bază ale ARN-ului. S-a dovedit că aceste nucleotide pot fi sintetizate spontan în condiții similare cu cele ale unui mic iaz cald.
Au fost inventate un număr mare de versiuni ale originii întregii vieți de pe Pământ. Multe dintre ele au fost inventate de teoreticieni ai conspirației și de pseudo oameni de știință. Dar totuși, cea mai mare parte a teoriilor se bazează pe fapte realeși cercetare.
Principalele teorii ale originii vieții:
— creaționism;
- panspermie;
— teoria stării de echilibru;
- generare spontană;
- evoluţia biochimică.
Ipoteza creaționistă aderat de oameni care cred că viața a fost creată de un creator, Dumnezeu, mintea universală. Nu are dovezi, iar promovarea ei este realizată nu de oameni de știință, ci de jurnaliști, teologi și teologi. Lor li se alătură și oameni care vor să câștige bani în plus prin înșelăciune.
Acești creaționiști continuă să susțină că există un mister în problema originii oamenilor, deoarece arheologii nu pot găsi vreo verigă lipsă, adică o formă de tranziție din om străvechi Cro-Magnon la homo sapiens modern. Articole care sunt extrem de importante de înțeles:
» Origini 100% umane: teorii și ipoteze
Teoria stării de echilibru este că lucrurile vii, împreună cu universul și, în consecință, întreaga lume, au existat și vor exista întotdeauna, indiferent de timp. Odată cu aceasta, corpurile și formațiunile derivate din univers, cum ar fi stelele, sistemele planetare și organismele vii, sunt limitate în timp: se nasc și mor.
Pe în acest moment această ipoteză are doar semnificație istorică și nu a fost discutată în cercurile științifice de mult timp, deoarece a fost respinsă de știința modernă în punct cheie: Universul a luat ființă datorită Big Bang-ului și a expansiunii sale ulterioare. Un articol important pe această temă într-un limbaj simplu și ușor de înțeles: 100% Originea și evoluția universului.
Teoria panspermiei deja mai stiintifica. Presupune următoarele: organismele vii au adus corpuri cosmice precum meteoriți sau comete pe planeta noastră. Unii susținători deosebit de visători sunt siguri că OZN-urile și extratereștrii au făcut acest lucru în mod deliberat, urmărindu-și obiectivele.
În sistemul nostru solar, probabilitatea de a găsi organisme vii în altă parte este extrem de mică, dar viața ar fi putut zbura către noi dintr-un alt sistem stelar. Datele astronomice arată că, în funcție de compoziția biochimică a meteoriților, meteoriților și cometelor, compuși organici, de exemplu, aminoacizi, pot fi adesea găsiți în ei. Ei erau cei care puteau deveni semințe atunci când un corp cosmic a intrat în contact cu Pământul, la fel cum semințele de păpădie se împrăștie la sute de metri în jur.
Principala contrabalansare la afirmatiile panspermistelor este intrebarea logica de unde a venit viata de pe alte planete de pe care a zburat acelasi asteroid sau cometa. Astfel, ipoteza panspermică a originii extraterestre a organismelor vii nu poate decât să completeze versiunea principală - cea biochimică.
Teoria abiogenezei prin evolutie biochimica, studiaza si dovedeste cu succes formarea structurilor organice din materie anorganica, in afara organismului si fara utilizarea unor enzime speciale.
Sinteza celor mai simpli compuși organici din materie anorganică poate avea loc într-o mare varietate de condiții naturale: pe planetă sau în spațiu (de exemplu, într-un disc protoplanetar - proplyd). În 1953, a fost realizat celebrul experiment clasic Miller-Urey, dovedind că substanțele organice precum aminoacizii pot apărea într-un amestec de diferite gaze care ar imita compoziția atmosferică a planetei.
În natură, de-a lungul timpului, s-a format și a dobândit capacitatea de a (apropo, astăzi sinteza lui de către oameni este foarte dificilă). Dar acesta este blocul principal, iar răspunsul la întrebarea despre originea vieții pe Pământ constă tocmai în el.
Acum este absolut clar cum a apărut molecula de acid dezoxiribonucleic. La început, creaturile biologice se bazau pe o altă moleculă similară numită ARN. Pentru o lungă perioadă de timp a existat o altă lume vie în care organismele aveau informații ereditare sub forma unei molecule de acid ribonucleic care acționa ca proteine. Această moleculă este capabilă să stocheze informații ereditare precum ADN-ul și să performeze munca activă asemănătoare cu proteinele.
În celulele moderne, aceste funcții sunt separate - ADN-ul stochează informații ereditare, proteinele fac treaba, iar ARN-ul servește ca un fel de intermediar între ele. În primele organisme antice a existat doar ARN, care a făcut față ambelor sarcini de unul singur.
Un model interesant în problema originii tuturor viețuitoarelor este că, în ultimii ani, au apărut zeci de articole științifice noi care ne aduc cât mai aproape de rezolvarea misterului și nicio altă teorie sau ipoteză privind originea în prezent sunt necesare alte vieţi decât cea abiogenă.
Una dintre cele mai importante întrebări care a ocupat mintea oamenilor de știință și a oamenilor obișnuiți de mulți ani este problema apariției și dezvoltării diversității formelor de viață de pe planeta noastră.
În prezent, teoriile pot fi clasificate în una din cele 5 mari grupe:
- Creaționismul.
- Generare spontană a vieții.
- Ipoteza de stare de echilibru.
- Panspermie.
- Teoria evoluției.
Fiecare dintre concepte este interesant și neobișnuit în felul său, așa că cu siguranță ar trebui să vă familiarizați cu ele mai detaliat, deoarece originea vieții este o întrebare pe care toată lumea. om gânditor vrea să afle răspunsul.
Creaționismul se referă la credința tradițională că viața a fost creată de o ființă supremă - Dumnezeu. Potrivit acestei versiuni, dovada că toată viața de pe Pământ a fost creată de o minte superioară, indiferent cum se numește, este sufletul. Această ipoteză a apărut în vremuri foarte străvechi, chiar înainte de întemeierea religiilor lumii, dar știința încă neagă viabilitatea acestei teorii a originii vieții, deoarece prezența unui suflet în oameni este de nedemonstrat, iar acesta este principalul argument al creaționismului. apologeti.
Ipoteza originii spontane a vieții a apărut în Orient și a fost susținută de mulți filosofi și gânditori celebri. Grecia anticăși Roma. Conform acestei versiuni, viața poate, în anumite condiții, să aibă originea în substanțe anorganice și obiecte neînsuflețite. De exemplu, carnea putrezită poate adăposti larve de muște, iar noroiul umed poate adăposti mormoloci. De asemenea, această abordare nu rezistă criticilor din partea comunității științifice.
Ipoteza pare să fi apărut odată cu apariția oamenilor, deoarece sugerează că viața nu a avut originea - ea a existat întotdeauna aproximativ în aceeași stare în care se află acum.
Această teorie este susținută în principal de cercetările paleontologilor care găsesc dovezi din ce în ce mai vechi ale prezenței vieții pe Pământ. Adevărat, strict vorbind, această ipoteză iese oarecum în evidență din această clasificare, deoarece nu atinge deloc o astfel de întrebare precum originea vieții.
Ipoteza panspermiei este una dintre cele mai interesante și controversate. Conform acestui concept, ca urmare a faptului că, de exemplu, microorganismele au fost oarecum introduse pe planetă. În special, cercetările unui om de știință care a studiat meteoriții Efremovka și Murchisonsky au arătat prezența rămășițelor fosilizate de microorganisme în substanța lor. Cu toate acestea, confirmarea acestor studii nu există.
Din această grupă aparține și teoria paleocontactului, care afirmă că factorul care a declanșat originea și dezvoltarea ei a fost o vizită pe Pământ a extratereștrilor care au adus microorganisme pe planetă sau chiar au populat-o în mod specific. Această ipoteză devine din ce în ce mai răspândită în întreaga lume.
În cele din urmă, una dintre cele mai populare explicații ale originii vieții este despre aspectul evolutiv și dezvoltarea vieții pe planetă. Acest proces este încă în desfășurare.
Acestea sunt principalele ipoteze care încearcă să explice originea vieții și diversitatea ei. Niciuna dintre ele nu poate fi încă acceptată sau respinsă fără echivoc. Cine știe, poate că în viitor oamenii vor mai rezolva această ghicitoare?
Se stie ca reviste științifice ei încearcă să nu accepte spre publicare articole dedicate problemelor care atrag atenția generală, dar nu au o soluție clară - o publicație serioasă de fizică nu va publica un proiect de mișcare perpetuă. Acest subiect a fost originea vieții pe Pământ. Întrebarea apariției naturii vii, apariția omului a îngrijorat oamenii gânditori timp de multe milenii și numai creaționiștii - susținătorii originii divine a tuturor lucrurilor - au găsit un răspuns cert, dar această teorie nu este științifică, deoarece nu poate fi. verificat.
Vederi ale anticilor
Manuscrisele antice chineze și indiene antice povestesc despre apariția unor creaturi vii din apă și rămășițele putrezite, nașterea unor creaturi amfibie în sedimentele noroioase ale râurilor mari este scrisă în hieroglifele egiptene antice și în scrierea cuneiformă a Babilonului antic. Ipotezele originii vieții pe Pământ prin generare spontană au fost evidente pentru înțelepții trecutului îndepărtat.
Filosofii antici au dat, de asemenea, exemple de apariție a animalelor din materia neînsuflețită, dar lor justificări teoretice avea naturi diferite: materialist şi idealist. Democrit (460-370 î.Hr.) a găsit cauza vieții în interacțiune specială cele mai mici, eterne și indivizibile particule - atomii. Platon (428-347 î.Hr.) și Aristotel (384-322 î.Hr.) au explicat originea vieții pe Pământ prin influența miraculoasă a unui principiu superior asupra materiei fără viață, infuzând sufletele în obiectele naturale.
Ideea existenței unora vitalitate„, care favorizează apariția ființelor vii, s-a dovedit a fi foarte persistentă. Ea a modelat opiniile despre originea vieții pe Pământ în rândul multor oameni de știință care au trăit în Evul Mediu și mai târziu, până la sfârșitul secolului al XIX-lea.
Teoria generației spontane
Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723), odată cu invenția microscopului, a făcut din cele mai mici microorganisme pe care le-a descoperit principalul subiect de dispută între oamenii de știință care împărtășeau două teorii principale despre originea vieții pe Pământ - biogeneza și abiogeneza. Primul credea că toate viețuitoarele pot fi produsul numai al viețuitoarelor, al doilea credea că generarea spontană a materiei organice în soluții puse în condiții speciale este posibilă. Esența acestei dispute nu s-a schimbat până în prezent.
Experimentele unor naturaliști au dovedit posibilitatea apariției spontane a celor mai simple microorganisme, susținătorii biogenezei au negat complet această posibilitate. Louis Pasteur (1822-1895) strict metode științifice, cu marea corectitudine a experimentelor sale, a dovedit absența unei forțe vitale mitice transmise prin aer și generatoare de bacterii vii. Cu toate acestea, în lucrările sale el a admis posibilitatea generației spontane la unii conditii speciale, pe care oamenii de știință din generațiile viitoare au trebuit să-l afle.
Teoria evoluției
Lucrările marelui Charles Darwin (1809-1882) au zguduit temeliile multor stiintele naturii. Apariția unei uriașe diversități de specii biologice dintr-un strămoș comun, proclamat de el, a făcut din nou originea vieții pe Pământ cea mai importantă întrebare a științei. Teoria selecției naturale a avut dificultăți în a-și găsi susținători la început și acum este supusă unor atacuri critice care par destul de rezonabile, dar darwinismul este cel care stă la baza științelor naturale moderne.
După Darwin, biologia nu a putut lua în considerare originea vieții pe Pământ din pozițiile sale anterioare. Oamenii de știință din multe ramuri ale științei biologice au fost convinși de adevărul căii evolutive de dezvoltare a organismelor. Lasă-i să se schimbe în multe feluri vederi moderne asupra strămoșului comun pus de Darwin la baza Arborului Vieții, dar adevărul conceptului general este de neclintit.
Teoria stării de echilibru
Infirmarea de laborator a generării spontane de bacterii și alte microorganisme, conștientizarea structurii biochimice complexe a celulei, împreună cu ideile darwinismului, au avut o influență deosebită asupra apariției. opțiuni alternative teorii despre originea vieții pe Pământ. În 1880, una dintre noile hotărâri a fost propusă de William Preyer (1841-1897). El credea că nu este nevoie să vorbim despre nașterea vieții pe planeta noastră, deoarece ea există pentru totdeauna și nu a avut un început ca atare, este neschimbată și gata constant pentru renaștere în orice condiții adecvate.
Ideile lui Preyer și ale adepților săi sunt de interes pur istoric și filozofic, deoarece astronomii și fizicienii de mai târziu au calculat momentul existenței finale a sistemelor planetare, au înregistrat expansiunea constantă, dar constantă a Universului, adică nu a fost niciodată etern sau constant.
Dorința de a vedea lumea ca o singură entitate vie globală a reflectat opiniile marelui om de știință și filozof din Rusia, Vladimir Ivanovici Vernadsky (1863-1945), care a avut și propria sa idee despre originea vieții pe Pământ. S-a bazat pe înțelegerea vieții ca o caracteristică integrală a Universului, a cosmosului. Potrivit lui Vernadsky, faptul că știința nu a putut găsi straturi care să nu conțină urme de substanțe organice vorbea despre eternitatea geologică a vieții. Unul dintre modurile în care a apărut viața pe tânăra planetă, Vernadsky a numit contactele sale cu obiectele spațiale - comete, asteroizi și meteoriți. Aici teoria sa a fuzionat cu o altă versiune, care a explicat originea vieții pe Pământ prin metoda panspermiei.
Leagănul vieții este spațiul
Panspermia (greacă - „amestec de semințe”, „semințe de pretutindeni”) consideră viața ca fiind o proprietate fundamentală a materiei și nu explică căile de origine a acesteia, ci numește cosmosul sursa germenilor vieții care cad pe corpurile cerești cu condiţii potrivite pentru „germinarea” lor.
Prima mențiune a conceptelor de bază ale panspermiei se regăsește în scrierile filosofului grec antic Anaxagoras (500-428 î.Hr.), iar în secolul al XVIII-lea a vorbit despre aceasta diplomatul și geologul francez Benoit de Maillet (1656-1738). Aceste idei au fost reînviate de Svante August Arrhenius (1859-1927), Lord Kelvin William Thomson (1824-1907) și Hermann von Helmholtz (1821-1894).
Studiul influenței crude a radiațiilor cosmice și a condițiilor de temperatură ale spațiului interplanetar asupra organismelor vii a făcut ca astfel de ipoteze despre originea vieții pe Pământ să nu fie foarte relevante, dar odată cu începutul erei spațiale, interesul pentru panspermie a crescut.
În 1973 laureat Nobel Francis Crick (1916-2004) a exprimat ideea producției extraterestre a sistemelor vii moleculare și a sosirii lor pe Pământ cu meteoriți și comete. În același timp, el a evaluat șansele de abiogeneză pe planeta noastră ca fiind foarte scăzute. Originea și dezvoltarea vieții pe Pământ prin metoda autoasamblarii materiei organice nivel înalt proeminentul om de știință nu a considerat-o o realitate.
Structuri biologice fosilizate au fost găsite în meteoriți de pe toată planeta și au fost găsite urme similare în probele de sol aduse înapoi de pe Lună și Marte. Pe de altă parte, se desfășoară numeroase experimente privind tratarea structurilor biologice cu influențe care sunt posibile atunci când se află în spațiul cosmic și când trec printr-o atmosferă similară cu cea a pământului.
Un experiment important a fost realizat în 2006, ca parte a misiunii Deep Impact. Cometa Tempel a fost izbită de o sondă specială de impact lansată de un dispozitiv automat. Analiza substanței cometare care a fost eliberată în urma impactului a arătat prezența apei și a diferiților compuși organici în ea.
Concluzie: De la începuturi, teoria panspermiei s-a schimbat semnificativ. Știința modernă interpretează diferit acele elemente primare ale vieții care ar fi putut fi livrate tinerei noastre planete de obiectele spațiale. Cercetările și experimentele demonstrează viabilitatea celulelor vii în timpul călătoriilor interplanetare. Toate acestea fac ca ideea originii extraterestre a vieții pământești să fie relevantă. Principalele concepte ale originii vieții pe Pământ sunt teorii care includ panspermia fie ca parte principală, fie ca metodă de livrare a componentelor pe Pământ pentru a crea materie vie.
Teoria Oparin-Haldane a evoluției biochimice
Ideea generării spontane de organisme vii din substanțe anorganice a rămas întotdeauna aproape singura alternativă la creaționism, iar în 1924 a fost publicată o monografie de 70 de pagini, dând acestei idei forța unei teorii bine dezvoltate și bine întemeiate. Această lucrare a fost numită „Originea vieții”, autorul ei a fost un om de știință rus - Alexander Ivanovich Oparin (1894-1980). În 1929, când lucrările lui Oparin nu fuseseră încă traduse în Limba engleză, concepte similare despre originea vieții pe Pământ au fost exprimate de biologul englez John Haldane (1860-1936).
Oparin a propus că, dacă atmosfera primitivă a tinerei planete Pământ se reduce (adică nu conține oxigen), o explozie puternică de energie (cum ar fi fulgerul sau radiații ultraviolete) ar putea contribui la sinteza compușilor organici din Nu materie organică. Ulterior, astfel de molecule ar putea forma cheaguri și aglomerări - picături coacervate, care sunt proto-organisme, în jurul cărora se formează cămăși de apă - rudimentele unei membrane-cochilie, are loc stratificarea, generând o diferență de sarcină, ceea ce înseamnă mișcare - începutul metabolismului , rudimentele metabolismului etc. Coacervatele au fost considerate a fi baza pentru începutul proceselor evolutive care au dus la crearea primelor forme de viață.
Haldane a introdus conceptul de „supă primordială” - oceanul inițial al pământului, care a devenit un imens laborator chimic conectat la o sursă puternică de energie - lumina soarelui. Combinația de dioxid de carbon, amoniac și radiații ultraviolete a dus la o populație concentrată de monomeri și polimeri organici. Ulterior, astfel de formațiuni au fost combinate cu apariția unei membrane lipidice în jurul lor, iar dezvoltarea lor a dus la formarea unei celule vii.
Principalele etape ale originii vieții pe Pământ (conform lui Oparin-Haldane)
Conform teoriei apariției Universului dintr-un cheag de energie, Big bang a avut loc în urmă cu aproximativ 14 miliarde de ani, iar în urmă cu aproximativ 4,6 miliarde de ani, crearea planetelor a fost finalizată sistem solar.
Pământul tânăr, răcindu-se treptat, a câștigat coajă tare, în jurul căruia a avut loc formarea atmosferei. Atmosfera primară conținea vapori de apă și gaze, care mai târziu au servit drept materii prime pentru sinteza organică: monoxid și dioxid de carbon, hidrogen sulfurat, metan, amoniac și compuși cu cianuri.
Bombardarea obiectelor spațiale care conțineau apă înghețată și condensarea vaporilor de apă în atmosferă a dus la formarea Oceanului Mondial, în care s-au dizolvat diverși compuși chimici. Furtuni puternice au însoțit formarea unei atmosfere prin care au pătruns puternice radiații ultraviolete. În astfel de condiții, a avut loc sinteza aminoacizilor, zaharurilor și a altor materii organice simple.
La sfârșitul primului miliard de ani de existență a Pământului a început procesul de polimerizare în apă a celor mai simpli monomeri în proteine (polipeptide) și acizi nucleici (polinucleotide). Au început să formeze compuși prebiologici - coacervate (cu rudimentele nucleului, metabolismului și membranei).
3,5-3 miliarde de ani î.Hr. - etapa de formare a protobionților cu auto-reproducere, schimb reglementat substanțe, o membrană cu permeabilitate variabilă.
3 miliarde de ani î.Hr e. - aspectul organisme celulare, acizi nucleici, bacterii primare, începutul evoluției biologice.
Dovezi experimentale pentru ipoteza Oparin-Haldane
Mulți oameni de știință au evaluat pozitiv conceptele de bază ale originii vieții pe Pământ pe baza abiogenezei, deși de la bun început au găsit blocaje și inconsecvențe în teoria Oparin-Haldane. ÎN diferite țări Au început lucrările la efectuarea de studii de testare a ipotezei, dintre care cel mai faimos este experimentul clasic realizat în 1953 de oamenii de știință americani Stanley Miller (1930-2007) și Harold Urey (1893-1981).
Esența experimentului a fost simularea în laborator a condițiilor Pământului timpuriu, în care ar putea avea loc sinteza celor mai simpli compuși organici. Un amestec de gaz asemănător ca compoziție cu atmosfera terestră primară a circulat în dispozitiv. Designul dispozitivului a oferit o imitație a activității vulcanice, iar descărcările electrice trecute prin amestec au creat efectul fulgerului.
După circularea amestecului prin sistem timp de o săptămână, s-a observat trecerea unei zecimi de carbon în compuși organici, s-au descoperit aminoacizi, zaharuri, lipide și compuși precedați aminoacizilor. Experimentele repetate și modificate au confirmat pe deplin posibilitatea abiogenezei în condiții simulate ale Pământului timpuriu. În anii următori, au fost efectuate experimente repetate în alte laboratoare. S-a adăugat hidrogen sulfurat în compoziția amestecului de gaze ca o posibilă componentă a emisiilor vulcanice și au fost făcute alte modificări nedrastice. În cele mai multe cazuri, experiența de sinteză a compușilor organici a avut succes, deși încercările de a merge mai departe și de a obține elemente mai complexe care se apropie de compoziția unei celule vii au fost fără succes.
Lumea ARN
Până la sfârșitul secolului al XX-lea, mulți oameni de știință care nu au încetat să fie interesați de problema originii vieții pe Pământ, a devenit clar că, în ciuda întregii armonii a construcțiilor teoretice și a unei confirmări experimentale clare, teoria Oparin-Haldane a defecte evidente, poate insurmontabile. Principala a fost imposibilitatea de a explica apariția în protobionti a proprietăților care definesc un organism viu - de a se reproduce păstrând în același timp caracteristicile ereditare. Odată cu descoperirea geneticii structuri celulare, odată cu determinarea funcției și structurii ADN-ului, odată cu dezvoltarea microbiologiei, a apărut un nou candidat pentru rolul moleculei primordiale de viață.
A devenit o moleculă de acid ribonucleic - ARN. Această macromoleculă, care face parte din toate celulele vii, este un lanț de nucleotide - cele mai simple unități organice constând din atomi de azot, o monozaharidă - riboză și o grupare fosfat. Secvența de nucleotide este codul pentru informații ereditare, iar în viruși, de exemplu, ARN-ul joacă rolul pe care îl joacă ADN-ul în structurile celulare complexe.
În plus, oamenii de știință au descoperit abilitate unică Unele molecule de ARN introduc rupturi în alte lanțuri sau lipesc elemente individuale de ARN împreună, iar unele joacă rolul de autocatalizatori - adică contribuie la auto-reproducția rapidă. Dimensiunea relativ mică a macromoleculei de ARN și structura sa simplificată în comparație cu ADN-ul (o catenă) au făcut din acidul ribonucleic principalul candidat pentru rolul principalului element al sistemelor prebiologice.
In sfarsit noua teorie apariția materiei vii pe planetă a fost formulată în 1986 de Walter Gilbert (născut în 1932), un fizician, microbiolog și biochimist american. Nu toți experții au fost de acord cu această viziune asupra originii vieții pe Pământ. Numită pe scurt „Lumea ARN”, teoria structurii lumii prebiologice a planetei noastre nu poate răspunde la întrebarea simplă cum a apărut prima moleculă de ARN cu proprietățile date, chiar dacă o cantitate imensă de „material de construcție” a fost prezentă în formă de nucleotide etc.
Lumea PAH
Simon Nicholas Platts a încercat să găsească răspunsul în mai 2004, iar în 2006 un grup de oameni de știință condus de Pascale Ehrenfreund. Hidrocarburile poliaromatice au fost propuse ca materii prime pentru ARN cu proprietăți catalitice.
Lumea HAP a fost fondată pe abundența mare a acestor compuși în spațiu vizibil(au fost probabil prezente în „supa primordială” a tânărului Pământ) și caracteristicile structurii lor în formă de inel, care facilitează conectarea rapidă cu bazele azotate - componentele cheie ale ARN-ului. Teoria HAP vorbește încă o dată despre relevanța unor prevederi de panspermie.
Viață unică pe o planetă unică
Până când oamenii de știință vor avea ocazia să se întoarcă în urmă cu 3 miliarde de ani, misterul originii vieții pe planeta noastră nu va fi dezvăluit - aceasta este concluzia la care au ajuns mulți dintre cei care au studiat această problemă. Principalele concepte ale originii vieții pe Pământ sunt: teoria abiogenezei și teoria panspermiei. Se pot suprapune în multe feluri, dar, cel mai probabil, nu vor putea răspunde: cum în mijlocul vastului cosmos a apărut surprinzător de exact sistem echilibrat de la Pământ și satelitul său - Luna, cum a apărut viața pe ea...
Întrebarea când a apărut viața pe Pământ a îngrijorat întotdeauna nu numai oamenii de știință, ci toți oamenii. Răspunsuri la asta
aproape toate religiile. Deși nu există încă un răspuns științific exact la această întrebare, unele fapte ne permit să facem ipoteze mai mult sau mai puțin rezonabile. Cercetătorii au găsit o probă de rocă în Groenlanda
cu un strop minuscul de carbon. Vârsta eșantionului este de peste 3,8 miliarde de ani. Sursa de carbon a fost cel mai probabil un fel de materie organică - în acest timp și-a pierdut complet structura. Oamenii de știință cred că acest bulgăre de carbon ar putea fi cea mai veche urmă de viață de pe Pământ.
Cum arăta Pământul primitiv?
Să avansăm rapid până acum 4 miliarde de ani. Atmosfera nu conține oxigen liber se găsește doar în oxizi. Aproape niciun sunet în afară de fluierul vântului, șuieratul apei care erupe cu lavă și impactul meteoriților pe suprafața Pământului. Fara plante, fara animale, fara bacterii. Poate așa arăta Pământul când a apărut viața pe el? Deși această problemă a fost de multă vreme preocupare pentru mulți cercetători, opiniile lor cu privire la această problemă variază foarte mult. Rocile ar putea indica condițiile de pe Pământ la acel moment, dar au fost distruse cu mult timp în urmă ca urmare a proceselor geologice și a mișcărilor scoarței terestre.
În acest articol vom vorbi pe scurt despre mai multe ipoteze pentru originea vieții care reflectă modernul idei științifice. Potrivit lui Stanley Miller, un cunoscut expert în domeniul originii vieții, putem vorbi despre originea vieții și începutul evoluției ei din momentul în care moleculele organice s-au autoorganizat în structuri care au fost capabile să se reproducă. Dar acest lucru ridică alte întrebări: cum au apărut aceste molecule; de ce s-au putut reproduce și să se adune în acele structuri care au dat naștere organismelor vii; ce conditii sunt necesare pentru asta?
Potrivit unei ipoteze, viața a început într-o bucată de gheață. Deși mulți oameni de știință cred că dioxidul de carbon prezent în atmosferă a asigurat întreținerea condiţiile de seră, alții cred că iarna a domnit pe Pământ. La temperaturi scăzute, toți compușii chimici sunt mai stabili și, prin urmare, se pot acumula în cantități mai mari decât la temperaturi ridicate. Fragmente de meteorit aduse din spațiu, emisii din gurile hidrotermale și reactii chimice, care au loc în timpul descărcărilor electrice în atmosferă, au fost surse de amoniac și compuși organici precum formaldehida și cianura. Intrând în apa Oceanului Mondial, au înghețat odată cu el. În coloana de gheață, moleculele de substanțe organice s-au apropiat și au intrat în interacțiuni care au dus la formarea glicinei și a altor aminoacizi. Oceanul a fost acoperit cu gheață, care a protejat compușii nou formați de distrugerea de către radiațiile ultraviolete. Această lume înghețată s-ar putea topi, de exemplu, dacă un meteorit uriaș ar cădea pe planetă (Fig. 1).
Charles Darwin și contemporanii săi credeau că viața ar fi putut apărea într-un corp de apă. Mulți oameni de știință încă aderă la acest punct de vedere. Într-un rezervor închis și relativ mic, substanțele organice aduse de apele care se varsă în el s-ar putea acumula în cantitățile necesare. Acești compuși au fost apoi concentrați în continuare pe suprafețele interioare ale mineralelor stratificate, care ar putea cataliza reacțiile. De exemplu, două molecule de fosaldehidă care s-au întâlnit la suprafața unui mineral au reacționat între ele pentru a forma o moleculă de carbohidrat fosforilat, un posibil precursor al acidului ribonucleic (Fig. 2).
Sau poate viața a apărut în zone cu activitate vulcanică? Imediat după formarea sa, Pământul era o minge de magmă care suflă foc. În timpul erupțiilor vulcanice și cu gaze eliberate din magma topită, suprafata pamantului diverse chimicale, necesar pentru sinteza moleculelor organice. Da, molecule monoxid de carbon, odată ajuns la suprafața mineralului pirita, care are proprietăți catalitice, ar putea reacționa cu compuși care aveau grupări metil și formează acid acetic, din care au fost apoi sintetizați alți compuși organici (Fig. 3).
Pentru prima dată, omul de știință american Stanley Miller a reușit să obțină molecule organice - aminoacizi - în condiții de laborator simulând pe cele care se aflau pe Pământul primitiv în 1952. Atunci aceste experimente au devenit o senzație, iar autorul lor a câștigat faima mondială. În prezent, el continuă să efectueze cercetări în domeniul chimiei prebiotice (înainte de viață) la Universitatea din California. Instalația pe care s-a efectuat primul experiment a fost un sistem de baloane, într-unul dintre care s-a putut obține o descărcare electrică puternică la o tensiune de 100.000 V.
Miller a umplut acest balon cu gaze naturale - metan, hidrogen și amoniac, care erau prezente în atmosfera Pământului primitiv. Balonul de dedesubt conținea o cantitate mică de apă, simulând oceanul. Descărcarea electrică era aproape de puterea fulgerului, iar Miller se aștepta ca sub acțiunea sa să se formeze compuși chimici care, atunci când ajung în apă, vor reacționa între ei și vor forma molecule mai complexe.
Rezultatul a depășit toate așteptările. După ce a oprit instalația seara și s-a întors în dimineața următoare, Miller a descoperit că apa din balon căpătase o culoare gălbuie. Ceea ce a apărut a fost o supă de aminoacizi, elementele de bază ale proteinelor. Astfel, acest experiment a arătat cât de ușor se pot forma ingredientele primare ale vieții. Tot ce era nevoie era un amestec de gaze, mic oceanși un fermoar mic.
Alți oameni de știință sunt înclinați să creadă că atmosfera antică a Pământului era diferită de cea pe care a modelat-o Miller și, cel mai probabil, a constat din dioxid de carbonși azot. Folosind acest amestec de gaze și configurația experimentală a lui Miller, chimiștii au încercat să producă compuși organici. Cu toate acestea, concentrația lor în apă era la fel de nesemnificativă ca și cum o picătură de colorant alimentar ar fi dizolvată într-o piscină. Desigur, este dificil de imaginat cum ar putea apărea viața într-o soluție atât de diluată.
Dacă într-adevăr contribuția proceselor pământești la crearea rezervelor de materie organică primară a fost atât de nesemnificativă, atunci de unde a venit? Poate din spațiu? Asteroizii, cometele, meteoriții și chiar particulele de praf interplanetar ar putea transporta compuși organici, inclusiv aminoacizi. Aceste obiecte extraterestre ar putea furniza cantități suficiente de compuși organici pentru ca originea vieții să intre în oceanul primordial sau în corpul mic de apă.
Secvența și intervalul de timp al evenimentelor, începând de la formarea materiei organice primare și terminând cu apariția vieții ca atare, rămâne și, probabil, va rămâne pentru totdeauna un mister care îngrijorează mulți cercetători, precum și întrebarea ce. de fapt, consideră-l viață.
În prezent, există mai multe definiții științifice ale vieții, dar toate nu sunt exacte. Unele dintre ele sunt atât de largi încât obiecte neînsuflețite precum focul sau cristalele minerale cad sub ele. Alții sunt prea îngusti și, potrivit acestora, catârii care nu dau naștere la urmași nu sunt recunoscuți ca vii.
Una dintre cele mai de succes definește viața ca un sistem chimic auto-susținut capabil să se comporte în conformitate cu legile evoluției darwiniene. Aceasta înseamnă că, în primul rând, un grup de indivizi vii trebuie să producă descendenți asemănători lor, care moștenesc caracteristicile părinților lor. În al doilea rând, în generațiile de descendenți trebuie să se manifeste consecințele mutațiilor - modificări genetice care sunt moștenite de generațiile ulterioare și provoacă variabilitatea populației. Și în al treilea rând, este necesar să funcționeze un sistem de selecție naturală, în urma căruia unii indivizi câștigă un avantaj față de alții și supraviețuiesc în condiții schimbate, producând urmași.
Ce elemente ale sistemului au fost necesare pentru ca acesta să aibă caracteristicile unui organism viu? Număr mare biochimiștii și biologii moleculari cred că moleculele de ARN aveau proprietățile necesare. ARN - acizii ribonucleici - sunt molecule speciale. Unii dintre ei se pot replica, muta, transmite astfel informații și, prin urmare, ar putea participa la selecția naturală. Adevărat, ei nu sunt capabili să catalizeze singuri procesul de replicare, deși oamenii de știință speră că în viitorul apropiat va fi găsit un fragment de ARN cu o astfel de funcție. Alte molecule de ARN sunt implicate în „citirea” informațiilor genetice și transferarea acesteia la ribozomi, unde are loc sinteza moleculelor de proteine, la care participă al treilea tip de molecule de ARN.
Astfel cel mai primitiv sistem viu ar putea fi reprezentată prin dublarea moleculelor de ARN, suferind mutații și supuse selecției naturale. În cursul evoluției, pe baza ARN-ului, au apărut molecule specializate de ADN – custode ai informațiilor genetice – și molecule proteice nu mai puțin specializate, care au preluat funcțiile de catalizatori pentru sinteza tuturor moleculelor biologice cunoscute în prezent.
La un moment dat, un „sistem viu” de ADN, ARN și proteine și-a găsit adăpost într-un sac format dintr-o membrană lipidică, iar această structură, mai protejată de influențele externe, a servit drept prototipul primelor celule care au dat naștere. la cele trei ramuri principale ale vieții, care sunt reprezentate în lumea modernă de bacterii, arhee și eucariote. În ceea ce privește data și secvența apariției unor astfel de celule primare, acesta rămâne un mister. În plus, conform unor estimări probabilistice simple, nu există timp suficient pentru tranziția evolutivă de la molecule organice la primele organisme - primele organisme cele mai simple au apărut prea brusc.
Timp de mulți ani, oamenii de știință au crezut că este puțin probabil ca viața să fi putut apărea și să se fi dezvoltat în perioada în care Pământul a fost supus constant coliziunilor cu comete mari și meteoriți, perioadă care s-a încheiat cu aproximativ 3,8 miliarde de ani în urmă. Cu toate acestea, recent, în cele mai vechi roci sedimentare de pe Pământ, găsite în sud-vestul Groenlandei, au fost descoperite urme de structuri celulare complexe datând de cel puțin 3,86 miliarde de ani. Aceasta înseamnă că primele forme de viață ar fi putut apărea cu milioane de ani înainte ca bombardamentul planetei noastre de către corpuri cosmice mari să înceteze. Dar atunci este posibil un scenariu complet diferit (Fig. 4).
Obiectele spațiale care cădeau pe Pământ ar fi putut juca un rol central în apariția vieții pe planeta noastră, deoarece, potrivit unui număr de cercetători, celulele asemănătoare bacteriilor ar fi putut să apară pe o altă planetă și să fi ajuns apoi pe Pământ împreună cu asteroizii. O dovadă care susține teoria originilor extraterestre a vieții a fost găsită în interiorul unui meteorit în formă de cartof și numit ALH84001. Acest meteorit a fost inițial o bucată de crustă marțiană, care a fost apoi aruncată în spațiu ca urmare a unei explozii când un asteroid uriaș s-a ciocnit cu suprafața lui Marte, care a avut loc acum aproximativ 16 milioane de ani. Și acum 13 mii de ani, după o lungă călătorie în sistemul solar, acest fragment de rocă marțiană sub formă de meteorit a aterizat în Antarctica, unde a fost descoperit recent. Un studiu detaliat al meteoritului a dezvăluit structuri în formă de tijă asemănătoare bacteriilor fosilizate în interiorul acestuia, ceea ce a dat naștere la dezbateri științifice aprinse despre posibilitatea vieții adânci în scoarța marțiană. Va fi posibil să se rezolve aceste dispute nu mai devreme de 2005, când Administrația Națională pentru Aeronautică și Spațiu din SUA va implementa un program de zbor cu o navă spațială interplanetară către Marte pentru a preleva mostre din crusta marțiană și a livra mostre pe Pământ. Și dacă oamenii de știință reușesc să demonstreze că microorganismele au locuit cândva pe Marte, atunci putem vorbi cu un grad mai mare de încredere despre originea extraterestră a vieții și despre posibilitatea ca viața să fie adusă din spațiul cosmic (Fig. 5).
Orez. 5. Originea noastră este de la microbi.
Ce am moștenit din formele de viață antice? Comparația de mai jos a organismelor unicelulare cu celulele umane dezvăluie multe asemănări.
 1. Reproducerea sexuală |
 2. Gene |
 3. Capturați alte celule |
 4. Mitocondriile |
 5. Flagelii |
Bacteriile și eucariotele simple au și flageli cu o structură internă similară. Este format dintr-o pereche de microtubuli înconjurați de alți nouă.
Evoluția vieții pe Pământ: de la simplu la complex
În prezent, și probabil în viitor, știința nu va putea răspunde la întrebarea cum arăta primul organism care a apărut pe Pământ - strămoșul din care provin cele trei ramuri principale ale arborelui vieții. Una dintre ramuri este eucariote, ale căror celule au un nucleu format care conține material genetic și organite specializate: mitocondrii producătoare de energie, vacuole etc. Organismele eucariote includ alge, ciuperci, plante, animale și oameni. A doua ramură este bacteriile - procariote (prenucleare) organisme unicelulare
Multe arheobacterii sunt capabile să supraviețuiască în condiții de mediu extrem de nefavorabile. Unii dintre ei sunt termofili și trăiesc doar în izvoare termale cu temperaturi de 90 ° C sau chiar mai mari, unde alte organisme ar muri pur și simplu. Simțindu-se grozav în astfel de condiții, aceste organisme unicelulare consumă fier și substanțe care conțin sulf, precum și o serie de compuși chimici care sunt toxici pentru alte forme de viață. Potrivit oamenilor de știință, arhebacteriile termofile găsite sunt organisme extrem de primitive și, din punct de vedere evolutiv, rude apropiate ale celor mai vechi forme de viață de pe Pământ.
Este interesant faptul că reprezentanții moderni ai tuturor celor trei ramuri ale vieții, cei mai asemănători cu strămoșii lor, trăiesc și astăzi în locuri cu temperatură ridicată. Pe baza acestui fapt, unii oameni de știință sunt înclinați să creadă că, cel mai probabil, viața a apărut cu aproximativ 4 miliarde de ani în urmă pe fundul oceanului, lângă izvoarele termale, erupând fluxuri bogate în metale și substanțe cu energie ridicată. Interacționând între ei și cu apa oceanului steril de atunci, intrând într-o mare varietate de reacții chimice, acești compuși au dat naștere la molecule fundamental noi. Deci, timp de zeci de milioane de ani, cel mai mare fel de mâncare - viața - a fost pregătit în această „bucătărie chimică”. Și în urmă cu aproximativ 4,5 miliarde de ani, pe Pământ au apărut organisme unicelulare, a căror existență singuratică a continuat pe tot parcursul perioadei precambriene.
Explozia de evoluție care a dat naștere organismelor multicelulare a avut loc mult mai târziu, cu puțin peste jumătate de miliard de ani în urmă. Deși microorganismele sunt atât de mici încât o singură picătură de apă poate conține miliarde, amploarea activității lor este enormă.
Se crede că inițial nu exista oxigen liber în atmosfera pământului și oceane și doar microorganismele anaerobe au trăit și s-au dezvoltat în aceste condiții. Un pas special în evoluția viețuitoarelor a fost apariția bacteriilor fotosintetice, care, folosind energia luminoasă, au transformat dioxidul de carbon în compuși de carbohidrați care serveau drept hrană altor microorganisme. Dacă primele fotosintetice au produs metan sau hidrogen sulfurat, atunci mutanții care au apărut cândva au început să producă oxigen în timpul fotosintezei. Pe măsură ce oxigenul acumulat în atmosferă și ape, bacteriile anaerobe, pentru care este distructivă, au ocupat nișe lipsite de oxigen.
Fosile antice găsite în Australia, datând de 3,46 miliarde de ani, au scos la iveală structuri despre care se crede că sunt rămășițele cianobacteriilor, primele microorganisme fotosintetice. Dominanța anterioară a microorganismelor anaerobe și a cianobacteriilor este evidențiată de stromatoliții găsiți în apele de coastă puțin adânci ale corpurilor de apă sărată nepoluate. Ca formă, seamănă cu bolovani mari și reprezintă o comunitate interesantă de microorganisme care trăiesc în rocile de calcar sau dolomit formate ca urmare a activității lor de viață. La o adâncime de câțiva centimetri de la suprafață, stromatoliții sunt saturati cu microorganisme: cianobacteriile fotosintetice care produc oxigen trăiesc în stratul superior; se găsesc bacterii mai profunde care sunt într-o anumită măsură tolerante la oxigen și nu necesită lumină; în stratul inferior există bacterii care pot trăi doar în absența oxigenului. Situate în straturi diferite, aceste microorganisme formează un sistem unit prin relații complexe între ele, inclusiv relații alimentare. În spatele peliculei microbiene se află o rocă formată ca urmare a interacțiunii rămășițelor de microorganisme moarte cu carbonatul de calciu dizolvat în apă. Oamenii de știință cred că atunci când pământ primordial Nu existau încă continente și doar arhipelaguri de vulcani se ridicau deasupra suprafeței oceanului, apele puțin adânci erau pline de stromatoliți.
Ca urmare a activității cianobacteriilor fotosintetice, oxigenul a apărut în ocean și, la aproximativ 1 miliard de ani după aceea, a început să se acumuleze în atmosferă. În primul rând, oxigenul rezultat a interacționat cu fierul dizolvat în apă, ceea ce a dus la apariția oxizilor de fier, care au precipitat treptat în partea de jos. Astfel, de-a lungul a milioane de ani, cu participarea microorganismelor, au apărut zăcăminte uriașe de minereu de fier, din care astăzi se topește oțelul.
Apoi, când cea mai mare parte a fierului din oceane a fost oxidată și nu a mai putut lega oxigenul, acesta a scăpat în atmosferă sub formă gazoasă.
După ce cianobacteriile fotosintetice au creat un anumit aport de materie organică bogată în energie din dioxid de carbon și au îmbogățit atmosfera pământului cu oxigen, au apărut noi bacterii - aerobe, care pot exista numai în prezența oxigenului. Au nevoie de oxigen pentru oxidarea (combustia) compușilor organici, iar o parte semnificativă din energia rezultată este transformată într-o formă disponibilă biologic - adenozin trifosfat (ATP). Acest proces este foarte favorabil din punct de vedere energetic: bacteriile anaerobe, atunci când descompun o moleculă de glucoză, primesc doar 2 molecule de ATP, iar bacteriile aerobe care folosesc oxigen primesc 36 de molecule de ATP.
Odată cu apariția oxigenului suficient pentru un stil de viață aerob, au debutat și celulele eucariote care, spre deosebire de bacterii, au nucleu și organele precum mitocondriile, lizozomii, iar în alge și plantele superioare - cloroplastele, unde au loc reacții fotosintetice. Exista o ipoteza interesanta si bine intemeiata cu privire la aparitia si dezvoltarea eucariotelor, exprimata in urma cu aproape 30 de ani de cercetatorul american L. Margulis. Conform acestei ipoteze, mitocondriile, care funcționează ca fabrici de energie într-o celulă eucariotă, sunt bacterii aerobe și cloroplaste. celule vegetale, în care are loc fotosinteza, sunt cianobacteriile, absorbite probabil cu aproximativ 2 miliarde de ani în urmă de către amibe primitive. Ca urmare a interacțiunilor reciproc avantajoase, bacteriile absorbite au devenit simbioți interni și au format un sistem stabil cu celula care le-a absorbit - o celulă eucariotă.
Studiile asupra resturilor fosile de organisme din roci de diferite vârste geologice au arătat că timp de sute de milioane de ani de la origine, formele de viață eucariote au fost reprezentate de organisme unicelulare sferice microscopice, cum ar fi drojdia, iar dezvoltarea lor evolutivă a decurs foarte lent. ritm. Dar cu puțin peste 1 miliard de ani în urmă, au apărut multe specii noi de eucariote, marcând un salt dramatic în evoluția vieții.
În primul rând, acest lucru s-a datorat apariției reproducerii sexuale. Și dacă bacteriile și eucariotele unicelulare s-au reprodus prin producerea de copii identice genetic ale lor și fără a fi nevoie de un partener sexual, atunci reproducerea sexuală în organisme eucariote mai înalt organizate are loc după cum urmează. Două celule sexuale haploide ale părinților, având un singur set de cromozomi, fuzionează pentru a forma un zigot care are un set dublu de cromozomi cu genele ambilor parteneri, ceea ce creează oportunități pentru noi combinații de gene. Apariția reproducerii sexuale a dus la apariția unor noi organisme, care au intrat în arena evoluției.
Trei sferturi din întreaga existență a vieții pe Pământ a fost reprezentată exclusiv de microorganisme, până când s-a produs un salt calitativ în evoluție, care a dus la apariția unor organisme extrem de organizate, inclusiv a omului. Să urmărim principalele repere din istoria vieții pe Pământ într-o linie descendentă.
Acum 1,2 miliarde de ani a avut loc o explozie a evoluției, cauzată de apariția reproducerii sexuale și marcată de apariția unor forme de viață extrem de organizate – plante și animale.
Formarea de noi variații în genotipul mixt care apare în timpul reproducerii sexuale s-a manifestat sub forma biodiversității de noi forme de viață.
Acum 2 miliarde de ani, celulele eucariote complexe au apărut când organismele unicelulare și-au complicat structura prin absorbția altor celule procariote. Unele dintre ele - bacterii aerobe - s-au transformat în mitocondrii - stații energetice pentru respirația oxigenului. Altele - bacteriile fotosintetice - au început să efectueze fotosinteza în interiorul celulei gazdă și au devenit cloroplaste în celulele de alge și plante. Celulele eucariote, care au aceste organite și un nucleu clar distinct care conține material genetic, alcătuiesc toate formele moderne de viață complexe - de la mucegaiuri la oameni.
În urmă cu 3,9 miliarde de ani, au apărut organisme unicelulare care probabil arătau ca bacteriile și arheobacterii moderne. Atât celulele procariote antice, cât și cele moderne au o structură relativ simplă: nu au un nucleu format și organele specializate, citoplasma lor asemănătoare jeleului conține macromolecule de ADN - purtători de informații genetice și ribozomi pe care are loc sinteza proteinelor, iar energia este produsă pe membrana citoplasmatică din jurul celulei.
Acum 4 miliarde de ani, ARN-ul a apărut în mod misterios. Este posibil să fi fost format din molecule organice mai simple care au apărut pe pământul primitiv. Se crede că moleculele antice de ARN aveau funcții de purtători de informații genetice și catalizatori proteici, erau capabile de replicare (auto-duplicare), mutau și erau supuse selecției naturale. În celulele moderne, ARN-ul nu are sau nu prezintă aceste proprietăți, dar joacă un rol foarte important ca intermediar în transferul informațiilor genetice de la ADN la ribozomi, în care are loc sinteza proteinelor.
A.L. Prohorov
Bazat pe un articol de Richard Monasterski
în revista National Geographic, 1998 Nr. 3
Se știe că revistele științifice încearcă să nu accepte spre publicare articole dedicate problemelor care atrag atenția generală, dar nu au o soluție clară - o publicație serioasă despre fizică nu va publica un proiect pentru o mașină cu mișcare perpetuă. Acest subiect a fost originea vieții pe Pământ. Întrebarea apariției naturii vii, apariția omului a îngrijorat oamenii gânditori timp de multe milenii și numai creaționiștii - susținătorii originii divine a tuturor lucrurilor - au găsit un răspuns cert, dar această teorie nu este științifică, deoarece nu poate fi. verificat.
Vederi ale anticilor
Manuscrisele antice chineze și indiene antice povestesc despre apariția unor creaturi vii din apă și rămășițele putrezite, nașterea unor creaturi amfibie în sedimentele noroioase ale râurilor mari este scrisă în hieroglifele egiptene antice și în scrierea cuneiformă a Babilonului antic. Ipotezele originii vieții pe Pământ prin generare spontană au fost evidente pentru înțelepții trecutului îndepărtat.
Filosofii antici au oferit și exemple de apariție a animalelor din materia neînsuflețită, dar justificările lor teoretice erau de altă natură: materialiste și idealiste. Democrit (460-370 î.Hr.) a găsit motivul apariției vieții în interacțiunea specială a celor mai mici, eterne și indivizibile particule - atomii. Platon (428-347 î.Hr.) și Aristotel (384-322 î.Hr.) au explicat originea vieții pe Pământ prin influența miraculoasă a unui principiu superior asupra materiei fără viață, infuzând sufletele în obiectele naturale.
Ideea existenței unui fel de „forță vitală” care contribuie la apariția ființelor vii s-a dovedit a fi foarte persistentă. Ea a modelat opiniile despre originea vieții pe Pământ în rândul multor oameni de știință care au trăit în Evul Mediu și mai târziu, până la sfârșitul secolului al XIX-lea.
Teoria generației spontane
Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723), odată cu invenția microscopului, a făcut din cele mai mici microorganisme pe care le-a descoperit principalul subiect de dispută între oamenii de știință care împărtășeau două teorii principale despre originea vieții pe Pământ - biogeneza și abiogeneza. Primul credea că toate viețuitoarele pot fi produsul numai al viețuitoarelor, al doilea credea că generarea spontană a materiei organice în soluții puse în condiții speciale este posibilă. Esența acestei dispute nu s-a schimbat până în prezent.
Experimentele unor naturaliști au dovedit posibilitatea apariției spontane a celor mai simple microorganisme, susținătorii biogenezei au negat complet această posibilitate. Louis Pasteur (1822-1895), folosind metode strict științifice și marea corectitudine a experimentelor sale, a dovedit absența unei forțe vitale mitice transmise prin aer și generatoare de bacterii vii. Cu toate acestea, în lucrările sale, el a permis posibilitatea generării spontane în anumite condiții speciale, pe care oamenii de știință din generațiile viitoare trebuiau să le afle.
Teoria evoluției
Lucrările marelui Charles Darwin (1809-1882) au zguduit bazele multor științe ale naturii. Apariția unei uriașe diversități de specii biologice dintr-un strămoș comun, proclamat de el, a făcut din nou originea vieții pe Pământ cea mai importantă întrebare a științei. Teoria selecției naturale a avut dificultăți în a-și găsi susținători la început și acum este supusă unor atacuri critice care par destul de rezonabile, dar darwinismul este cel care stă la baza științelor naturale moderne.
După Darwin, biologia nu a putut lua în considerare originea vieții pe Pământ din pozițiile sale anterioare. Oamenii de știință din multe ramuri ale științei biologice au fost convinși de adevărul căii evolutive de dezvoltare a organismelor. Deși opiniile moderne despre strămoșul comun pus de Darwin la baza Arborului Vieții s-au schimbat în multe feluri, adevărul conceptului general este de neclintit.
Teoria stării de echilibru
Infirmarea de laborator a generării spontane de bacterii și alte microorganisme, conștientizarea structurii biochimice complexe a celulei, împreună cu ideile darwinismului, au avut o influență deosebită asupra apariției versiunilor alternative ale teoriei originii vieții pe Pământ. În 1880, una dintre noile hotărâri a fost propusă de William Preyer (1841-1897). El credea că nu este nevoie să vorbim despre nașterea vieții pe planeta noastră, deoarece ea există pentru totdeauna și nu a avut un început ca atare, este neschimbată și gata constant pentru renaștere în orice condiții adecvate.
Ideile lui Preyer și ale adepților săi sunt de interes pur istoric și filozofic, deoarece astronomii și fizicienii de mai târziu au calculat momentul existenței finale a sistemelor planetare, au înregistrat expansiunea constantă, dar constantă a Universului, adică nu a fost niciodată etern sau constant.
Dorința de a vedea lumea ca o singură entitate vie globală a reflectat opiniile marelui om de știință și filozof din Rusia, Vladimir Ivanovici Vernadsky (1863-1945), care a avut și propria sa idee despre originea vieții pe Pământ. S-a bazat pe înțelegerea vieții ca o caracteristică integrală a Universului, a cosmosului. Potrivit lui Vernadsky, faptul că știința nu a putut găsi straturi care să nu conțină urme de substanțe organice vorbea despre eternitatea geologică a vieții. Unul dintre modurile în care a apărut viața pe tânăra planetă, Vernadsky a numit contactele sale cu obiectele spațiale - comete, asteroizi și meteoriți. Aici teoria sa a fuzionat cu o altă versiune, care a explicat originea vieții pe Pământ prin metoda panspermiei.
Leagănul vieții este spațiul
Panspermia (greacă - „amestec de semințe”, „semințe de pretutindeni”) consideră viața ca fiind o proprietate fundamentală a materiei și nu explică căile de origine a acesteia, ci numește cosmosul sursa germenilor vieții care cad pe corpurile cerești cu condiţii potrivite pentru „germinarea” lor.
Prima mențiune a conceptelor de bază ale panspermiei se regăsește în scrierile filosofului grec antic Anaxagoras (500-428 î.Hr.), iar în secolul al XVIII-lea a vorbit despre aceasta diplomatul și geologul francez Benoit de Maillet (1656-1738). Aceste idei au fost reînviate de Svante August Arrhenius (1859-1927), Lord Kelvin William Thomson (1824-1907) și Hermann von Helmholtz (1821-1894).
Studiul influenței crude a radiațiilor cosmice și a condițiilor de temperatură ale spațiului interplanetar asupra organismelor vii a făcut ca astfel de ipoteze despre originea vieții pe Pământ să nu fie foarte relevante, dar odată cu începutul erei spațiale, interesul pentru panspermie a crescut.
În 1973, laureatul Nobel Francis Crick (1916-2004) a exprimat ideea producției extraterestre a sistemelor vii moleculare și a sosirii lor pe Pământ cu meteoriți și comete. În același timp, el a evaluat șansele de abiogeneză pe planeta noastră ca fiind foarte scăzute. Eminentul om de știință nu a considerat originea și dezvoltarea vieții pe Pământ prin metoda auto-asamblarii materiei organice de nivel înalt ca fiind o realitate.
Structuri biologice fosilizate au fost găsite în meteoriți de pe toată planeta și au fost găsite urme similare în probele de sol aduse înapoi de pe Lună și Marte. Pe de altă parte, se desfășoară numeroase experimente privind tratarea structurilor biologice cu influențe care sunt posibile atunci când se află în spațiul cosmic și când trec printr-o atmosferă similară cu cea a pământului.
Un experiment important a fost realizat în 2006, ca parte a misiunii Deep Impact. Cometa Tempel a fost izbită de o sondă specială de impact lansată de un dispozitiv automat. Analiza substanței cometare care a fost eliberată în urma impactului a arătat prezența apei și a diferiților compuși organici în ea.
Concluzie: De la începuturi, teoria panspermiei s-a schimbat semnificativ. Știința modernă interpretează diferit acele elemente primare ale vieții care ar fi putut fi livrate tinerei noastre planete de obiectele spațiale. Cercetările și experimentele demonstrează viabilitatea celulelor vii în timpul călătoriilor interplanetare. Toate acestea fac ca ideea originii extraterestre a vieții pământești să fie relevantă. Principalele concepte ale originii vieții pe Pământ sunt teorii care includ panspermia fie ca parte principală, fie ca metodă de livrare a componentelor pe Pământ pentru a crea materie vie.
Teoria Oparin-Haldane a evoluției biochimice
Ideea generării spontane de organisme vii din substanțe anorganice a rămas întotdeauna aproape singura alternativă la creaționism, iar în 1924 a fost publicată o monografie de 70 de pagini, dând acestei idei forța unei teorii bine dezvoltate și bine întemeiate. Această lucrare a fost numită „Originea vieții”, autorul ei a fost un om de știință rus - Alexander Ivanovich Oparin (1894-1980). În 1929, când lucrările lui Oparin nu fuseseră încă traduse în engleză, concepte similare despre originea vieții pe Pământ au fost exprimate de biologul englez John Haldane (1860-1936).
Oparin a propus că, dacă atmosfera primitivă a tinerei planete Pământ se reduce (adică nu conține oxigen), o explozie puternică de energie (cum ar fi fulgerul sau radiația ultravioletă) ar putea promova sinteza compușilor organici din materia anorganică. Ulterior, astfel de molecule ar putea forma cheaguri și aglomerări - picături coacervate, care sunt proto-organisme, în jurul cărora se formează cămăși de apă - rudimentele unei membrane-cochilie, are loc stratificarea, generând o diferență de sarcină, ceea ce înseamnă mișcare - începutul metabolismului , rudimentele metabolismului etc. Coacervatele au fost considerate a fi baza pentru începutul proceselor evolutive care au dus la crearea primelor forme de viață.
Haldane a introdus conceptul de „supă primordială” - oceanul inițial al pământului, care a devenit un imens laborator chimic conectat la o sursă puternică de energie - lumina soarelui. Combinația de dioxid de carbon, amoniac și radiații ultraviolete a dus la o populație concentrată de monomeri și polimeri organici. Ulterior, astfel de formațiuni au fost combinate cu apariția unei membrane lipidice în jurul lor, iar dezvoltarea lor a dus la formarea unei celule vii.
Principalele etape ale originii vieții pe Pământ (conform lui Oparin-Haldane)
Conform teoriei apariției Universului dintr-un cheag de energie, Big Bang-ul a avut loc acum aproximativ 14 miliarde de ani, iar în urmă cu aproximativ 4,6 miliarde de ani s-a încheiat crearea planetelor sistemului solar.
Pământul tânăr, răcindu-se treptat, a căpătat o înveliș solidă în jurul căreia s-a format o atmosferă. Atmosfera primară conținea vapori de apă și gaze, care mai târziu au servit drept materii prime pentru sinteza organică: monoxid și dioxid de carbon, hidrogen sulfurat, metan, amoniac și compuși cu cianuri.
Bombardarea obiectelor spațiale care conțineau apă înghețată și condensarea vaporilor de apă în atmosferă a dus la formarea Oceanului Mondial, în care s-au dizolvat diverși compuși chimici. Furtuni puternice au însoțit formarea unei atmosfere prin care au pătruns puternice radiații ultraviolete. În astfel de condiții, a avut loc sinteza aminoacizilor, zaharurilor și a altor materii organice simple.
La sfârșitul primului miliard de ani de existență a Pământului a început procesul de polimerizare în apă a celor mai simpli monomeri în proteine (polipeptide) și acizi nucleici (polinucleotide). Au început să formeze compuși prebiologici - coacervate (cu rudimentele nucleului, metabolismului și membranei).
3,5-3 miliarde de ani î.Hr. - stadiul de formare a protobionților cu auto-reproducere, metabolism reglat și o membrană cu permeabilitate variabilă.
3 miliarde de ani î.Hr e. - aparitia organismelor celulare, acizilor nucleici, bacteriilor primare, inceputul evolutiei biologice.
Dovezi experimentale pentru ipoteza Oparin-Haldane
Mulți oameni de știință au evaluat pozitiv conceptele de bază ale originii vieții pe Pământ pe baza abiogenezei, deși de la bun început au găsit blocaje și inconsecvențe în teoria Oparin-Haldane. În diferite țări, s-au început lucrările privind efectuarea de studii de testare a ipotezei, dintre care cel mai faimos este experimentul clasic realizat în 1953 de oamenii de știință americani Stanley Miller (1930-2007) și Harold Urey (1893-1981).
Esența experimentului a fost simularea în laborator a condițiilor Pământului timpuriu, în care ar putea avea loc sinteza celor mai simpli compuși organici. Un amestec de gaz asemănător ca compoziție cu atmosfera terestră primară a circulat în dispozitiv. Designul dispozitivului a oferit o imitație a activității vulcanice, iar descărcările electrice trecute prin amestec au creat efectul fulgerului.
După circularea amestecului prin sistem timp de o săptămână, s-a observat trecerea unei zecimi de carbon în compuși organici, s-au descoperit aminoacizi, zaharuri, lipide și compuși precedați aminoacizilor. Experimentele repetate și modificate au confirmat pe deplin posibilitatea abiogenezei în condiții simulate ale Pământului timpuriu. În anii următori, au fost efectuate experimente repetate în alte laboratoare. S-a adăugat hidrogen sulfurat în compoziția amestecului de gaze ca o posibilă componentă a emisiilor vulcanice și au fost făcute alte modificări nedrastice. În cele mai multe cazuri, experiența de sinteză a compușilor organici a avut succes, deși încercările de a merge mai departe și de a obține elemente mai complexe care se apropie de compoziția unei celule vii au fost fără succes.
Lumea ARN
Până la sfârșitul secolului al XX-lea, mulți oameni de știință care nu au încetat să fie interesați de problema originii vieții pe Pământ, a devenit clar că, în ciuda întregii armonii a construcțiilor teoretice și a unei confirmări experimentale clare, teoria Oparin-Haldane a defecte evidente, poate insurmontabile. Principala a fost imposibilitatea de a explica apariția în protobionti a proprietăților care definesc un organism viu - de a se reproduce păstrând în același timp caracteristicile ereditare. Odată cu descoperirea structurilor genetice celulare, odată cu determinarea funcției și structurii ADN-ului, odată cu dezvoltarea microbiologiei, a apărut un nou candidat pentru rolul moleculei vieții primordiale.
A devenit o moleculă de acid ribonucleic - ARN. Această macromoleculă, care face parte din toate celulele vii, este un lanț de nucleotide - cele mai simple unități organice constând din atomi de azot, o monozaharidă - riboză și o grupare fosfat. Secvența de nucleotide este codul pentru informații ereditare, iar în viruși, de exemplu, ARN-ul joacă rolul pe care îl joacă ADN-ul în structurile celulare complexe.
În plus, oamenii de știință au descoperit capacitatea unică a unor molecule de ARN de a introduce rupturi în alte lanțuri sau de a lipi elemente individuale de ARN, iar unele joacă rolul de autocatalizatori - adică contribuie la auto-reproducere rapidă. Dimensiunea relativ mică a macromoleculei de ARN și structura sa simplificată în comparație cu ADN-ul (o catenă) au făcut din acidul ribonucleic principalul candidat pentru rolul principalului element al sistemelor prebiologice.
Noua teorie a apariției materiei vii pe planetă a fost formulată în cele din urmă în 1986 de Walter Gilbert (născut în 1932), un fizician, microbiolog și biochimist american. Nu toți experții au fost de acord cu această viziune asupra originii vieții pe Pământ. Numită pe scurt „Lumea ARN”, teoria structurii lumii prebiologice a planetei noastre nu poate răspunde la întrebarea simplă cum a apărut prima moleculă de ARN cu proprietățile date, chiar dacă o cantitate imensă de „material de construcție” a fost prezentă în formă de nucleotide etc.
Lumea PAH
Simon Nicholas Platts a încercat să găsească răspunsul în mai 2004, iar în 2006 un grup de oameni de știință condus de Pascale Ehrenfreund. Hidrocarburile poliaromatice au fost propuse ca materii prime pentru ARN cu proprietăți catalitice.
Lumea HAP s-a bazat pe abundența mare a acestor compuși în spațiul vizibil (au fost probabil prezenți în „supa primordială” a tânărului Pământ) și pe particularitățile structurii lor în formă de inel, care facilitează combinarea rapidă cu bazele azotate - componentele cheie ale ARN-ului. Teoria HAP vorbește încă o dată despre relevanța unor prevederi de panspermie.
Viață unică pe o planetă unică
Până când oamenii de știință vor avea ocazia să se întoarcă în urmă cu 3 miliarde de ani, misterul originii vieții pe planeta noastră nu va fi dezvăluit - aceasta este concluzia la care au ajuns mulți dintre cei care au studiat această problemă. Principalele concepte ale originii vieții pe Pământ sunt: teoria abiogenezei și teoria panspermiei. Ele se pot suprapune în multe feluri, dar cel mai probabil nu vor putea răspunde: cum, în mijlocul vastului cosmos, a apărut un sistem uimitor de precis echilibrat al Pământului și satelitul său, Luna, cum a apărut viața pe el. ...
