Pôvod života je obrovským vedeckým problémom. Za posledných 10 rokov došlo k množstvu nových údajov a výskumu. Dodnes zostávajú nevyriešené otázky, ale všeobecný obraz o tom, ako by mohol vzniknúť život z neživej hmoty, sa veľmi rýchlo stáva jasným. Ako však viete, vo vede vytvára každá odpoveď 10 nových otázok.
Modely postupného vývoja od anorganických zlúčenín k prvým organizmom sú dnes dobre vyvinuté. Ale história tohto čísla siaha až k slávnemu autorovi .
Anglický prírodovedec a výskumník o tom vo svojich vedeckých prácach nič nenapísal a vážne sa nevenoval teóriám a hypotézam o pôvode života. Táto téma bola mimo dosahu vedy 19. storočia. Charles iba povedal, ako sa všetka rozmanitosť biologických foriem, ktorú vidíme, získala z už existujúcich prvých živých organizmov.
Iba z listov jeho najlepšiemu priateľovi vieme, že sa Darwin pokúsil uvažovať o tejto téme, ale samozrejme na tejto úrovni vedomostí nemohol navrhnúť nič konkrétne, okrem najobecnejších myšlienok, ktoré akosi stále mohli z anorganickej chémie, amónnych solí, fosforu pomocou elektriny v malom teplom jazierku sa vytvárajú organické látky.
Je však potrebné poznamenať, že aj v tomto liste hádal veľa veľmi presne. Napríklad chemici objavili pravdepodobnú cestu pre abiogénnu syntézu nukleotidov, ktorých stavebné bloky tvoria RNA. Ukázalo sa, že tieto nukleotidy sa môžu spontánne syntetizovať za podmienok podobných podmienkam malého teplého zásobníka.
Bolo vynájdené obrovské množstvo verzií pôvodu všetkého života na Zemi. Mnohé z nich sú vymyslené konšpiračnými teoretikmi a pseudovedcami. Ale stále je väčšina teórií založená na skutočných faktoch a výskume.
Základné teórie vzniku života:
- kreacionizmus;
- panspermia;
- teória stacionárneho stavu;
- spontánne generovanie;
- biochemická evolúcia.
Kreacionistická hypotéza držať sa ľudí, ktorí veria, že život vytvoril tvorca, Boh, univerzálna myseľ. Nemá žiadne dôkazy a nepropagujú ho vedci, ale novinári, teológovia a teológovia. Pridávajú sa k nim aj ľudia, ktorí si chcú podvodom zarobiť peniaze navyše.
Tí istí kreacionisti naďalej tvrdia, že v otázke pôvodu ľudí existuje záhada, pretože archeológovia nemôžu nájsť nejaký chýbajúci článok, teda prechodnú formu od starodávneho kromaňonského človeka k modernému homo sapiens. Mimoriadne dôležité články, ktorým je potrebné porozumieť:
» 100% ľudský pôvod: teórie a hypotézy
Teória stacionárneho stavu spočíva v tom, že živý spolu s vesmírom a podľa toho aj s celým svetom existoval a bude existovať vždy, bez ohľadu na čas. Spolu s tým sú deriváty vesmíru, telies a útvarov, ako sú hviezdy, planetárne systémy, živé organizmy, časovo obmedzené: rodia sa a zomierajú.
V súčasnosti má táto hypotéza iba historický význam a vo vedeckých kruhoch sa o nej dlho nehovorilo, pretože ju v kľúčovom okamihu moderná veda vyvrátila: vesmír vznikol vďaka veľkému tresku a jeho následnej expanzii. Dôležitý článok na túto tému v jednoduchom a zrozumiteľnom jazyku: 100% Vznik a vývoj vesmíru.
Teória panspermie už vedeckejšie. Predpokladá nasledovné: živé organizmy priniesli na našu planétu kozmické telá ako meteority alebo kométy. Niektorí obzvlášť zasnívaní priaznivci sa domnievajú, že UFO a mimozemšťania to urobili úmyselne v snahe dosiahnuť svoje ciele.
V našej slnečnej sústave je pravdepodobnosť nájdenia živých organizmov inde extrémne nízka, ale život k nám mohol preletieť z inej hviezdnej sústavy. Astronomické údaje ukazujú, že podľa biochemického zloženia meteoritov, meteorov a komét sa v nich často nachádzajú organické zlúčeniny, napríklad aminokyseliny. Práve oni sa mohli stať semenami pri kontakte kozmického tela so Zemou, rovnako ako sa semená púpavy roztrúsili stovky metrov po okolí.
Hlavnou protiváhou tvrdení panspermistov je logická otázka, odkiaľ sa vzal život na iných planétach, z ktorých letel práve tento asteroid alebo kométa. Panspermická hypotéza o mimozemskom pôvode živých organizmov teda môže iba dopĺňať základnú verziu - biochemickú.
Teória abiogenézy prostredníctvom štúdií biochemickej evolúcie a úspešne dokazuje tvorbu organických štruktúr z anorganických látok a mimo tela a bez použitia špeciálnych enzýmov.
Syntéza najjednoduchších organických zlúčenín z anorganickej hmoty môže prebiehať v najrôznejších prírodných podmienkach: na planéte alebo vo vesmíre (napríklad na protoplanetárnom disku - proplid). V roku 1953 sa uskutočnil slávny klasický Miller-Ureyov experiment, ktorý dokázal, že také organické látky, ako sú aminokyseliny, majú schopnosť objavovať sa v zmesi rôznych plynov, ktoré by napodobňovali atmosférické zloženie planéty.
V prírode sa postupom času formovala a získala schopnosť (mimochodom, dnes je jeho syntéza človekom veľmi ťažká). Toto je ale hlavná tehla a odpoveď na otázku pôvodu života na Zemi spočíva práve v nej.
Teraz už presne vieme, ako molekula deoxyribonukleovej kyseliny vznikla. Spočiatku boli biologické bytosti založené na inej podobnej molekule nazývanej RNA. Po dlhú dobu existoval ďalší živý svet, v ktorom mali organizmy dedičnú informáciu vo forme molekuly kyseliny ribonukleovej, ktorá hrala úlohu proteínov. Táto molekula je schopná ukladať dedičné informácie, ako je DNA, a vykonávať aktívnu prácu ako proteíny.
V moderných bunkách sú tieto funkcie oddelené - DNA ukladá dedičné informácie, proteíny fungujú a RNA slúži ako akýsi prostredník medzi nimi. V úplne prvých starodávnych organizmoch bola iba RNA, ktorá si s oboma úlohami poradila sama.
Zaujímavým vzorom v otázke pôvodu všetkého živého je to, že za posledných pár rokov sa objavili desiatky nových vedeckých článkov, ktoré vedú čo najbližšie k riešeniu záhady a v súčasnosti nie sú potrebné žiadne ďalšie teórie a hypotézy o pôvode života okrem abiogénnych.
Jednou z najdôležitejších otázok, ktoré mnoho rokov zaujímajú vedci i obyčajní ľudia, je otázka vzniku a vývoja rozmanitosti foriem života na našej planéte.
V súčasnosti možno teórie rozdeliť do jednej z 5 veľkých skupín:
- Kreacionizmus.
- Spontánne generovanie života.
- Stacionárna hypotéza.
- Panspermie.
- Teória evolúcie.
Každý z konceptov je svojim spôsobom zaujímavý a neobvyklý, takže by ste sa s nimi mali určite podrobnejšie oboznámiť, pretože vznik života je otázka, na ktorú chce každý mysliaci človek vedieť odpoveď.
Kreacionizmus je tradičné presvedčenie, že život vytvoril nejaká najvyššia bytosť - Boh. Podľa tejto verzie je dôkazom toho, že všetok život na Zemi vytvoril najvyššia myseľ, nech sa už volá čokoľvek, je duša. Táto hypotéza vznikla vo veľmi dávnych dobách, ešte pred založením svetových náboženstiev, ale veda stále popiera životaschopnosť tejto teórie pôvodu života, pretože prítomnosť duše v človeku je nedokázateľná a to je hlavný argument apológov kreacionizmu.
Hypotéza o spontánnom vzniku života sa objavila na východe a podporili ju mnohí slávni filozofi a myslitelia starovekého Grécka a Ríma. Podľa tejto verzie môže život za určitých podmienok pochádzať z anorganických látok a neživých predmetov. Napríklad larvy múch sa môžu vyvinúť v hnijúcom mäse a pulce vo vlhkom bahne. Tento prístup neobstojí ani proti kritike zo strany vedeckej komunity.
Zdá sa, že sa hypotéza objavila spolu s výskytom ľudí, pretože hovorí, že život nevznikol - vždy existoval v približne rovnakom stave, v akom je teraz.
Túto teóriu v podstate podporuje výskum paleontológov, ktorí nachádzajú čoraz staršie dôkazy o existencii života na Zemi. Je pravda, že striktne povedané, táto hypotéza trochu vyčnieva z tejto klasifikácie, pretože sa vôbec nedotýka takej otázky ako pôvod života.
Hypotéza o panspermii je jednou z najzaujímavejších a najkontroverznejších. Podľa tohto konceptu v dôsledku toho, že sa napríklad na planétu nejakým spôsobom dostali mikroorganizmy. Najmä štúdie jedného vedca, ktorý študoval meteority Efremovka a Murchison, preukázali prítomnosť fosílnych zvyškov mikroorganizmov v ich látke. Podpora týchto štúdií však neexistuje.
Do tejto skupiny patrí aj teória paleokontaktu, ktorá hovorí, že faktorom, ktorý spustil vznik života a jeho vývoj, bola návšteva Zeme mimozemšťanmi, ktorí na planétu priniesli mikroorganizmy alebo ich dokonca špeciálne osídlili. Táto hypotéza je vo svete čoraz rozšírenejšia.
A nakoniec, jedno z najpopulárnejších vysvetlení pôvodu života je o evolučnom vzhľade a vývoji života na planéte. Tento proces stále pokračuje.
Toto sú hlavné hypotézy, ktoré sa snažia vysvetliť vznik života a jeho rozmanitosť. Žiadnu z nich zatiaľ nemožno jednoznačne prijať alebo odmietnuť. Ktovie, možno ľudia v budúcnosti túto hádanku ešte vyriešia?
Je známe, že vedecké časopisy sa snažia neprijímať na publikáciu články venované problémom, ktoré priťahujú pozornosť každého, ale nemajú jasné riešenie - seriózna fyzikálna publikácia nebude publikovať projekt stroja s permanentným pohybom. Takouto témou sa stal vznik života na Zemi. Otázka vzniku živej prírody, vzhľadu človeka, znepokojuje mysliacich ľudí po mnoho tisícročí a iba kreacionisti - podporovatelia božského pôvodu všetkých vecí - pre seba našli jednoznačnú odpoveď, táto teória však nie je vedecká, pretože nepodlieha overeniu.
Názory staroveku
Staroveké čínske a staroindické rukopisy hovoria o výskyte živých bytostí z vody a rozpadajúcich sa zvyškov, staroegyptské hieroglyfy a klinové písmo starovekého Babylonu hovoria o zrode obojživelných tvorov v bahnitých usadeninách veľkých riek. Hypotézy o pôvode života na Zemi prostredníctvom spontánneho generovania boli pre mudrcov z dávnej minulosti zrejmé.
Starovekí filozofi uvádzali aj príklady vzhľadu zvierat z neživej hmoty, ale ich teoretické základy boli inej povahy: materialistické a idealistické. Demokritus (460 - 370 pred n. L.) Našiel dôvod pre vznik života v špeciálnej interakcii najmenších, večných a nedeliteľných častíc - atómov. Platón (428 - 347 pred Kr.) A Aristoteles (384 - 322 pred Kr.) Vysvetlili vznik života na Zemi zázračným účinkom vyššieho princípu na neživú hmotu, ktorý vtláča dušu do objektov prírody.
Myšlienka existencie akejsi „životnej sily“, ktorá prispieva k vzniku živých vecí, sa ukázala ako veľmi pretrvávajúca. Formovala názory na vznik života na Zemi u mnohých vedcov, ktorí žili v stredoveku a neskôr, až do konca 19. storočia.
Teória spontánneho generovania
Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723) vďaka vynálezu mikroskopu urobil z ním objavených najmenších mikroorganizmov hlavný predmet sporu medzi vedcami, ktorí zdieľajú dve hlavné teórie pôvodu života na Zemi - biogenézu a abiogenézu. Prvý veril, že všetko živé môže byť produktom iba živých vecí, druhý veril, že je možná spontánna tvorba organickej hmoty v roztokoch umiestnených do zvláštnych podmienok. Podstata tohto sporu sa až doteraz nezmenila.
Pokusy niektorých prírodovedcov preukázali možnosť spontánneho vzniku najjednoduchších mikroorganizmov, priaznivci biogenézy túto možnosť úplne popreli. Louis Pasteur (1822-1895) pomocou prísne vedeckých metód a vysokej správnosti svojich experimentov preukázal absenciu mýtickej životnej sily prenášanej vzduchom a spôsobujúcej živé baktérie. Vo svojich dielach však pripúšťal možnosť spontánneho generovania v niektorých zvláštnych podmienkach, ktoré museli vedci budúcich generácií zistiť.
Teória evolúcie
Diela veľkého Charlesa Darwina (1809-1882) otriasli základmi mnohých prírodných vied. Vznik obrovskej škály biologických druhov od jedného spoločného predka, ktorý sám hlásal, urobil z pôvodu života na Zemi opäť najdôležitejšiu otázku vedy. Teória prírodného výberu si na začiatku ťažko hľadala svojich priaznivcov a teraz podstupuje kritické útoky, ktoré vyzerajú celkom rozumne, ale základom moderných prírodných vied je práve darvinizmus.
Po Darwinovi biológia nemohla brať do úvahy pôvod života na Zemi z jej bývalých polôh. Vedci mnohých odborov biologickej vedy boli presvedčení o pravdivosti evolučnej cesty vývoja organizmov. Nech sa moderné pohľady na spoločného predka, ktoré položil Darwin pri založení Stromu života, zmenili v mnohých ohľadoch, ale pravdivosť všeobecného pojmu je neotrasiteľná.
Teória stacionárneho stavu
Laboratórne vyvrátenie spontánneho spontánneho vytvárania baktérií a iných mikroorganizmov, vedomie zložitej biochemickej štruktúry bunky spolu s myšlienkami darvinizmu mali osobitný vplyv na vznik alternatívnych verzií teórie pôvodu života na Zemi. V roku 1880 navrhol jeden z nových rozsudkov William Preyer (1841-1897). Veril, že o zrode života na našej planéte nie je potrebné hovoriť, pretože existuje navždy a nemal začiatok ako taký, je nemenný a neustále pripravený na znovuzrodenie za akýchkoľvek vhodných podmienok.
Myšlienky Preyera a jeho nasledovníkov majú iba čisto historický a filozofický význam, pretože neskorší astronómovia a fyzici vypočítali podmienky konečnej existencie planetárnych systémov, zaznamenali stálu, ale stálu expanziu vesmíru, to znamená, že nikdy nebol večný ani konštantný.
Túžba pozerať sa na svet ako na jednu globálnu živú entitu odrážala názory veľkého ruského vedca a filozofa - Vladimíra Ivanoviča Vernadského (1863-1945), ktorý mal tiež svoju vlastnú predstavu o pôvode života na Zemi. Bolo založené na chápaní života ako integrálnej charakteristiky vesmíru, vesmíru. Podľa Vernadského skutočnosť, že veda nemohla nájsť vrstvy, ktoré by neobsahovali stopy organickej hmoty, hovorila o geologickej večnosti života. Jedným zo spôsobov, ako sa život objavil na mladej planéte, Vernadský nazval svoje kontakty s vesmírnymi objektmi - kométami, asteroidmi a meteoritmi. Tu sa jeho teória spojila s inou verziou, ktorá vysvetľovala vznik života na Zemi metódou panspermia.
Kolískou života je vesmír
Panspermia (grécky - „semenná zmes“, „semená sú všade“) považuje život za základnú vlastnosť hmoty a nevysvetľuje spôsoby jeho vzniku, ale vesmír nazýva zdrojom embryí života, ktoré dopadajú na nebeské telesá s podmienkami vhodnými na ich „klíčenie“.
Prvú zmienku o základných konceptoch panspermie možno nájsť v spisoch starogréckeho filozofa Anaxagorasa (500 - 428 pred n. L.), V 18. storočí o nich hovoril francúzsky diplomat a geológ Benoit de Maye (1656 - 1738). Tieto myšlienky oživili Svante August Arrhenius (1859-1927), lord Kelvin William Thomson (1824-1907) a Hermann von Helmholtz (1821-1894).
Štúdium krutého vplyvu kozmického žiarenia na živé organizmy a teplotné podmienky medziplanetárneho priestoru spôsobili, že také hypotézy o pôvode života na Zemi neboli veľmi relevantné, ale so začiatkom vesmírneho veku sa záujem o panspermiu zvýšil.
V roku 1973 laureát Nobelovej ceny Francis Crick (1916-2004) vyjadril myšlienku mimozemskej výroby molekulárnych živých systémov a ich dopadu na Zem meteoritmi a kométami. Šancu na abiogenézu na našej planéte navyše hodnotil ako veľmi nízku. Významný vedec nepovažoval vznik a vývoj života na Zemi metódou samostatného zhromažďovania organických látok na vysokej úrovni za realitu.
Fosilizované biologické štruktúry sa našli v meteoritoch po celej planéte, podobné stopy sa našli aj vo vzorkách pôdy dodávaných z Mesiaca a Marsu. Na druhej strane sa vykonáva veľa experimentov so spracovaním bioštruktúr vplyvmi, ktoré sú možné, keď sú vo vesmíre a pri prechode podobnou atmosférou ako Zem.
Dôležitý experiment sa uskutočnil v roku 2006 v rámci misie Deep Impact. Tempelovu kométu vrazila špeciálna sonda nárazového telesa, ktorú vypustilo automatizované vozidlo. Analýza kometárnej hmoty, ktorá sa uvoľnila v dôsledku nárazu, preukázala prítomnosť vody a rôznych organických zlúčenín v nej.
Záver: Od svojho vzniku sa teória panspermie výrazne zmenila. Moderná veda interpretuje iným spôsobom tie primárne prvky života, ktoré by mohli na našu mladú planétu dodať vesmírne objekty. Výskum a experimenty dokazujú životaschopnosť živých buniek v podmienkach medziplanetárneho cestovania. To všetko robí myšlienku mimozemského pôvodu pozemského života relevantnou. Hlavnými konceptmi vzniku života na Zemi sú teórie, v ktorých je panspermia zahrnutá buď ako hlavná časť, alebo ako spôsob dodania komponentov na Zem, aby vytvorili živú hmotu.
Oparin-Haldanova teória biochemickej evolúcie
Myšlienka spontánneho generovania živých organizmov z anorganických látok zostala vždy takmer jedinou alternatívou kreacionizmu a v roku 1924 vyšla 70-stranová monografia, ktorá tejto myšlienke dodávala silu rozvinutej a podloženej teórie. Táto práca mala názov „Pôvod života“, jej autorom bol ruský vedec - Alexander Ivanovič Oparin (1894-1980). V roku 1929, keď Oparinove diela ešte neboli preložené do angličtiny, vyjadril podobné koncepcie pôvodu života na Zemi anglický biológ John Haldane (1860-1936).
Oparin predpokladal, že ak by primitívna atmosféra mladej planéty Zem bola reduktívna (to znamená, že neobsahuje kyslík), silný výbuch energie (napríklad blesk alebo ultrafialové žiarenie) by mohol uľahčiť syntézu organických zlúčenín z anorganických látok. V budúcnosti by také molekuly mohli vytvárať zrazeniny a zhluky - koacervovať kvapky, čo sú protoorganizmy, okolo ktorých sa vytvárajú vodné plášte - základy škrupiny-membrány, dochádza k stratifikácii, čo vedie k rozdielom v nábojoch, čo znamená, že pohyb je začiatkom metabolizmu, základy metabolizmu atď. Koacerváty sa považovali za základ pre začiatok evolučných procesov, ktoré viedli k vytvoreniu prvých foriem života.
Haldane predstavil koncept „prvotnej polievky“ - počiatočného pozemského oceánu, z ktorého sa stalo obrovské chemické laboratórium napojené na silný zdroj energie - slnečné svetlo. Kombinácia oxidu uhličitého, amoniaku a ultrafialového žiarenia vyústila do koncentrovanej populácie organických monomérov a polymérov. Následne sa takéto formácie spojili s výskytom lipidovej membrány okolo nich a ich vývoj viedol k vytvoreniu živej bunky.
Hlavné etapy pôvodu života na Zemi (podľa Oparin-Haldane)
Podľa teórie vzniku vesmíru z hromady energie došlo k Veľkému tresku asi pred 14 miliardami rokov a asi pred 4,6 miliardami rokov bolo dokončené vytváranie planét slnečnej sústavy.
Mladá Zem, ktorá sa postupne ochladzovala, získala tvrdú škrupinu, okolo ktorej sa formovala atmosféra. Primárna atmosféra obsahovala vodné pary a plyny, ktoré neskôr slúžili ako suroviny na organickú syntézu: oxid uhoľnatý a oxid uhličitý, sírovodík, metán, amoniak, kyanidové zlúčeniny.
Bombardovanie vesmírnych objektov obsahujúcich vodu v zamrznutom stave a kondenzácia vodných pár v atmosfére viedli k vzniku Svetového oceánu, v ktorom boli rozpustené rôzne chemické zlúčeniny. Silné búrky sprevádzali vznik atmosféry, cez ktorú prenikalo silné ultrafialové žiarenie. Za takýchto podmienok prebiehala syntéza aminokyselín, cukrov a ďalších jednoduchých organických látok.
Na konci prvej miliardy rokov existencie Zeme začal proces polymerizácie najjednoduchších monomérov vo vode na proteíny (polypeptidy) a nukleové kyseliny (polynukleotidy). Začali vytvárať prebiologické zlúčeniny - koacerváty (so základmi jadra, metabolizmu a membrány).
3,5 - 3 miliardy rokov pred naším letopočtom - štádium tvorby protobiontov, ktoré majú vlastnú reprodukciu, regulovaný metabolizmus, membránu s premenlivou priepustnosťou.
3 miliardy rokov pred naším letopočtom e. - vznik bunkových organizmov, nukleových kyselín, primárnych baktérií, začiatok biologickej evolúcie.
Experimentálne dôkazy pre domnienku Oparin-Haldane
Mnoho vedcov pozitívne hodnotilo základné koncepty vzniku života na Zemi na základe abiogenézy, hoci od samého začiatku našli v teórii Oparin-Haldane úzke miesta a nejasnosti. V rôznych krajinách sa začali práce na uskutočňovaní testovacích štúdií hypotézy, z ktorých najznámejší je klasický experiment, ktorý v roku 1953 uskutočnili americkí vedci Stanley Miller (1930-2007) a Harold Urey (1893-1981).
Podstatou experimentu bolo simulovať v laboratóriu podmienky ranej Zeme, v ktorých mohla prebiehať syntéza najjednoduchších organických zlúčenín. V prístroji cirkulovala zmes plynov, podobného zloženia ako atmosféra primárnej Zeme. Konštrukcia zariadenia poskytovala imitáciu sopečnej činnosti a elektrické výboje prechádzajúce cez zmes vytvárali efekt blesku.
Po týždni cirkulácie zmesi cez systém bol zaznamenaný prechod desatiny uhlíka na organické zlúčeniny, boli nájdené aminokyseliny, cukry, lipidy a zlúčeniny predchádzajúce aminokyselinám. Opakované a modifikované experimenty plne potvrdili možnosť abiogenézy v simulovaných podmienkach ranej Zeme. V nasledujúcich rokoch sa opakované experimenty uskutočňovali v iných laboratóriách. K zloženiu plynnej zmesi sa pridal sírovodík ako možná zložka sopečných emisií a zaviedli sa ďalšie nekardinálne zmeny. Vo väčšine prípadov boli skúsenosti so syntetizáciou organických zlúčenín úspešné, hoci pokusy ísť ďalej a získať zložitejšie prvky s kompozíciou približujúcou sa k živej bunke neboli korunované úspechom.
Svet RNA
Na konci 20. storočia sa u mnohých vedcov, ktorí sa neprestali zaujímať o problém pôvodu života na Zemi, ukázalo, že pri všetkej harmónii teoretických konštrukcií a jasného experimentálneho potvrdenia má teória Oparin-Haldane zjavné, možno neprekonateľné chyby. Tou hlavnou bola nemožnosť vysvetliť, ako sa u protobiontov objavujú vlastnosti, ktoré sú rozhodujúce pre živý organizmus - množiť sa pri zachovaní dedičných vlastností. S objavom genetických bunkových štruktúr, s určením funkcie a štruktúry DNA, s rozvojom mikrobiológie sa objavil nový kandidát na úlohu molekuly pravekého života.
Bola to molekula ribonukleovej kyseliny - RNA. Táto makromolekula, ktorá je súčasťou všetkých živých buniek, je reťazcom nukleotidov - najjednoduchších organických jednotiek pozostávajúcich z atómov dusíka, monosacharidu - ribózy a fosfátovej skupiny. Práve sekvencia nukleotidov je kódom dedičnej informácie a vo vírusoch hrá napríklad RNA úlohu, ktorú hrá DNA v zložitých bunkových štruktúrach.
Vedci navyše objavili jedinečnú schopnosť niektorých molekúl RNA vytvárať zlomy v iných reťazcoch alebo lepiť jednotlivé prvky RNA dohromady a niektoré hrajú úlohu autokatalyzátorov - to znamená, že prispievajú k rýchlej sebareprodukcii. Relatívne malá veľkosť makromolekuly RNA a jej zjednodušená štruktúra (v jednom vlákne) v porovnaní s DNA robili ribonukleovú kyselinu hlavným kandidátom na úlohu hlavného prvku prebiologických systémov.
A konečne, novú teóriu pôvodu živej hmoty na planéte sformuloval v roku 1986 Walter Gilbert (nar. 1932), americký fyzik, mikrobiológ a biochemik. Nie všetci odborníci súhlasili s týmto pohľadom na pôvod života na Zemi. V skratke „RNA World“ nemôže teória štruktúry prebiologického sveta našej planéty odpovedať na jednoduchú otázku, ako sa objavila prvá molekula RNA s požadovanými vlastnosťami, aj keď existovalo obrovské množstvo „stavebného materiálu“ vo forme nukleotidov atď.
Svet PAH
Odpoveď hľadal v máji 2004 Simon Nicholas Platts a v roku 2006 skupina vedcov pod vedením Pascala Ehrenfreunda. Polyaromatické uhľovodíky boli navrhnuté ako východiskový materiál pre RNA s katalytickými vlastnosťami.
Svet PAU bol založený na vysokej prevalencii týchto zlúčenín vo viditeľnom priestore (boli pravdepodobne prítomné v „prvotnej polievke“ mladej Zeme) a zvláštnostiach ich prstencovej štruktúry, ktorá podporuje rýchle spojenie s dusíkatými bázami - kľúčovými zložkami RNA. Teória PAH opäť hovorí o aktuálnosti niektorých ustanovení panspermie.
Jedinečný život na jedinečnej planéte
Kým nebudú mať vedci možnosť vrátiť sa späť pred 3 miliardami rokov, tajomstvo pôvodu života na našej planéte nebude odhalené - k tomuto záveru dospeje mnoho z tých, ktorí sa týmto problémom zaoberali. Hlavné pojmy vzniku života na Zemi sú: teória abiogenézy a teória panspermie. Môžu sa pretínať mnohými spôsobmi, ale s najväčšou pravdepodobnosťou nebudú vedieť odpovedať: ako sa medzi obrovským priestorom objavil úžasne presne vyvážený systém Zeme a jej satelitu - Mesiaca, ako sa na ňom zrodil život ...
Otázka, kedy sa život objavil na Zemi, sa vždy obávala nielen vedcov, ale aj všetkých ľudí. Odpovede na ňu
takmer všetky náboženstvá. Aj keď na ňu stále neexistuje presná vedecká odpoveď, niektoré fakty umožňujú uviesť viac či menej podložené hypotézy. V Grónsku našli vedci vzorku horniny
s malým prskaním uhlíka. Vzorka má viac ako 3,8 miliardy rokov. Zdrojom uhlíka bol s najväčšou pravdepodobnosťou nejaký druh organickej hmoty - počas tejto doby úplne stratil svoju štruktúru. Vedci sa domnievajú, že táto uhlíková hrudka môže byť najstaršou stopou života na Zemi.
Ako vyzerala praveká Zem?
Rýchly posun vpred pred 4 miliardami rokov. Atmosféra neobsahuje voľný kyslík, nachádza sa iba v zložení oxidov. Takmer žiadne zvuky, až na pískanie vetra, syčanie vody vyrážajúcej lávou a dopad meteoritov na povrch Zeme. Žiadne rastliny, žiadne zvieratá, žiadne baktérie. Možno takto vyzerala Zem, keď sa na nej objavil život? Aj keď tento problém už dlho znepokojuje mnohých výskumníkov, ich názory na túto vec sa veľmi líšia. O vtedajších pomeroch na Zemi mohli svedčiť skaly, tie však boli zničené už dávno v dôsledku geologických procesov a pohybov zemskej kôry.
V tomto článku budeme stručne diskutovať o niekoľkých hypotézach o pôvode života, odrážajúcich moderné vedecké myšlienky. Podľa známeho odborníka v oblasti problematiky pôvodu života, Stanleyho Millera, môžeme hovoriť o pôvode života a začiatku jeho vývoja od okamihu, keď sa organické molekuly organizujú do štruktúr, ktoré sa dokážu reprodukovať. To však vyvoláva ďalšie otázky: ako tieto molekuly vznikli; prečo sa mohli replikovať samy a zostavovať do štruktúr, ktoré dali vznik živým organizmom; aké podmienky sú na to potrebné?
Podľa jednej hypotézy sa život začal v kúsku ľadu. Zatiaľ čo mnohí vedci veria, že oxid uhličitý prítomný v atmosfére udržiaval skleníkové podmienky, iní sa domnievajú, že na Zemi vládla zima. Pri nízkych teplotách sú všetky chemické zlúčeniny stabilnejšie, a preto sa môžu hromadiť vo väčšom množstve ako pri vysokých teplotách. Trosky meteoritu prenášané z vesmíru, emisie z hydrotermálnych prieduchov a chemické reakcie prebiehajúce pri elektrických výbojoch v atmosfére boli zdrojmi amoniaku a organických zlúčenín, ako sú formaldehyd a kyanid. Keď sa dostali do vody Svetového oceánu, spolu s ňou zamrzli. V ľadovej hmote sa molekuly organických látok tesne priblížili a vstúpili do interakcií, ktoré viedli k tvorbe glycínu a ďalších aminokyselín. Oceán bol pokrytý ľadom, ktorý chránil novo vzniknuté zlúčeniny pred zničením ultrafialovým žiarením. Tento ľadový svet by sa mohol roztopiť napríklad pri dopade obrovského meteoritu na planétu (obr. 1).
Charles Darwin a jeho súčasníci verili, že život môže vzniknúť vo vodnej ploche. Mnoho vedcov stále zastáva tento názor. V uzavretej a relatívne malej nádrži sa organické látky privedené vodami, ktoré do nej prúdia, mohli hromadiť v potrebných množstvách. Tieto zlúčeniny sa potom ešte viac koncentrovali na vnútorných povrchoch vrstvených minerálov, ktoré by mohli byť katalyzátormi reakcií. Napríklad dve molekuly fosfataldehydu, ktoré sa stretli na povrchu minerálu, navzájom reagovali za vzniku fosforylovanej molekuly uhľohydrátu, možného prekurzora kyseliny ribonukleovej (obr. 2).
Alebo možno život pochádzal z oblastí sopečnej činnosti? Ihneď po vzniku bola Zem magmatickou guľou dýchajúcou oheň. Počas sopečných erupcií a s plynmi uvoľnenými z roztavenej magmy sa na zemský povrch prenášali rôzne chemikálie potrebné na syntézu organických molekúl. Molekuly oxidu uhoľnatého na povrchu minerálu pyritu s katalytickými vlastnosťami teda mohli reagovať so zlúčeninami, ktoré mali metylové skupiny a vytvorili kyselinu octovú, z ktorej sa potom syntetizovali ďalšie organické zlúčeniny (obr. 3).
Americkému vedcovi Stanleymu Millerovi sa po prvýkrát podarilo získať organické molekuly - aminokyseliny - v laboratórnych podmienkach simulujúcich tie, ktoré boli na primitívnej Zemi, v roku 1952. Tieto experimenty sa potom stali senzáciou a ich autor získal svetovú slávu. V súčasnosti pokračuje na výskume v oblasti prebiotickej chémie (pre-life) na Kalifornskej univerzite. Inštaláciou, na ktorej sa uskutočnil prvý experiment, bol systém baniek, v jednej z ktorých bolo možné získať silný elektrický výboj pri napätí 100 000 V.
Miller naplnil túto banku prírodnými plynmi - metánom, vodíkom a amoniakom, ktoré boli prítomné v atmosfére primitívnej Zeme. V dolnej banke bolo malé množstvo vody napodobňujúce oceán. Elektrický výboj sa svojou silou blížil blesku a Miller očakával, že pri jeho pôsobení vzniknú chemické zlúčeniny, ktoré po vstupe do vody budú navzájom reagovať a vytvárať zložitejšie molekuly.
Výsledok prekročil všetky očakávania. Večer vypol jednotku a vrátil sa ďalšie ráno. Miller zistil, že voda v banke získala žltkastú farbu. Ukázalo sa, že to, čo sa formovalo, je vývar z aminokyselín - stavebných prvkov bielkovín. Tento experiment teda ukázal, ako ľahko sa dajú pripraviť primárne zložky živých vecí. Potrebovali len zmes plynov, malý oceán a malý blesk.
Iní vedci sa prikláňajú k názoru, že starodávna atmosféra Zeme bola iná ako atmosféra, ktorú Miller modeloval, a pozostávala s najväčšou pravdepodobnosťou z oxidu uhličitého a dusíka. Pomocou tejto plynovej zmesi a Millerovho experimentálneho nastavenia sa chemici pokúsili vyrobiť organické zlúčeniny. Ich koncentrácia vo vode bola však zanedbateľná, akoby sa v bazéne rozpustila kvapka potravinárskej farby. Prirodzene, je ťažké si predstaviť, ako by v takomto zriedenom roztoku mohol vzniknúť život.
Ak bol príspevok suchozemských procesov k vytváraniu rezerv primárnej organickej hmoty skutočne taký nepodstatný, odkiaľ sa vzal? Možno z vesmíru? Asteroidy, kométy, meteority a dokonca aj častice medziplanetárneho prachu môžu niesť organické zlúčeniny vrátane aminokyselín. Tieto mimozemské objekty mohli poskytnúť dostatok organických zlúčenín na vstup do primárneho oceánu alebo do malého vodného toku.
Sekvencia a časový interval udalostí, počnúc od vzniku primárnej organickej hmoty a končiaci vznikom života ako takého, zostáva a pravdepodobne zostane navždy záhadou, ktorá znepokojuje mnohých vedcov, ako aj otázkou, čo. v skutočnosti zvážte život.
V súčasnosti existuje niekoľko vedeckých definícií života, všetky sú však nepresné. Niektoré z nich sú také široké, že pod ne padajú neživé predmety ako oheň alebo kryštály minerálov. Iné sú príliš úzke a podľa nich sa medzky, ktoré nedávajú potomkom, nepovažujú za živé.
Jeden z najúspešnejších definuje život ako sebestačný chemický systém schopný správať sa v súlade so zákonmi darvinovskej evolúcie. To znamená, že po prvé, skupina žijúcich jednotlivcov musí vyprodukovať potomstvo podobné sebe, ktoré dedí po svojich rodičoch. Po druhé, v generáciách potomkov by sa mali prejaviť dôsledky mutácií - genetické zmeny, ktoré sú zdedené nasledujúcimi generáciami a spôsobujú variabilitu populácie. A po tretie, je potrebné, aby fungoval systém prirodzeného výberu, v dôsledku čoho niektorí jednotlivci získajú výhodu nad ostatnými a prežijú v zmenených podmienkach, čím budú mať potomstvo.
Aké prvky systému boli potrebné na to, aby mal vlastnosti živého organizmu? Veľké množstvo biochemikov a molekulárnych biológov verí, že molekuly RNA majú potrebné vlastnosti. RNA - ribonukleové kyseliny sú špeciálne molekuly. Niektoré z nich sa môžu replikovať, mutovať, a tak prenášať informácie, a preto sa môžu podieľať na prirodzenom výbere. Je pravda, že sami nie sú schopní katalyzovať proces replikácie, aj keď vedci dúfajú, že sa v blízkej budúcnosti nájde fragment RNA s takouto funkciou. Iné molekuly RNA sú zapojené do „čítania“ genetických informácií a ich prenosu do ribozómov, kde sú syntetizované proteínové molekuly, na ktorých sa zúčastňujú molekuly RNA tretieho typu.
Teda najprimitívnejší živý systém by mohol byť predstavovaný zdvojnásobením molekúl RNA, podrobením mutáciám a prírodnému výberu. V priebehu evolúcie na základe RNA vznikli špecializované molekuly DNA - správcovia genetickej informácie - a nemenej špecializované molekuly proteínov, ktoré prevzali funkcie katalyzátorov pre syntézu všetkých v súčasnosti známych biologických molekúl.
V určitom okamihu „živý systém“ DNA, RNA a bielkovín nachádzal útočisko vo vaku vytvorenom lipidovou membránou a táto štruktúra, viac chránená pred vonkajšími vplyvmi, slúžila ako prototyp prvých buniek, ktoré vyvolali vznik troch hlavných vetiev života, ktoré v modernom svete predstavujú baktérie. , archaea a eukaryoty. Pokiaľ ide o dátum a postupnosť výskytu takýchto primárnych buniek, zostáva to záhadou. Podľa jednoduchých pravdepodobnostných odhadov navyše nie je dostatok času na evolučný prechod z organických molekúl na prvé organizmy - prvé prvoky sa objavili príliš náhle.
Vedci dlhé roky verili, že život mohol ťažko vzniknúť a vyvinúť sa v období, keď bola Zem neustále vystavená zrážkam s veľkými kometami a meteoritmi, a toto obdobie sa skončilo asi pred 3,8 miliardami rokov. Nedávno sa však v najstarších sedimentárnych horninách na Zemi nachádzajúcom sa v juhozápadnom Grónsku našli stopy komplexných bunkových štruktúr, ktoré majú najmenej 3,86 miliardy rokov. To znamená, že prvé formy života sa mohli objaviť milióny rokov predtým, ako sa zastavilo bombardovanie našej planéty veľkými kozmickými telami. Potom je však možný aj úplne iný scenár (obr. 4).
Vesmírne objekty padajúce na Zem by mohli hrať ústrednú úlohu pri vzniku života na našej planéte, pretože podľa mnohých vedcov by bunky podobné baktériám mohli vzniknúť na inej planéte a potom by sa spolu s asteroidmi dostali na Zem. Jeden dôkaz podporujúci teóriu mimozemského života sa našiel vo vnútri zemiakového meteoritu s názvom ALH84001. Pôvodne bol tento meteorit kúskom marťanskej kôry, ktorá bola následne vyvrhnutá do vesmíru v dôsledku výbuchu počas zrážky obrovského asteroidu s povrchom Marsu, ku ktorej došlo pred asi 16 miliónmi rokov. A pred 13 tisíc rokmi, po dlhej ceste v slnečnej sústave, tento fragment marťanskej skaly v podobe meteoritu pristál v Antarktíde, kde bol nedávno objavený. Podrobná štúdia meteoritu vo vnútri odhalila tyčinkovité štruktúry pripomínajúce skamenelé baktérie, ktoré viedli k búrlivým vedeckým debatám o možnosti života hlboko v marťanskej kôre. Tieto spory sa nevyriešia až v roku 2005, keď americká národná správa letectva a vesmíru uskutoční misiu medziplanetárnej kozmickej lode na Mars s cieľom odobrať vzorky marťanskej kôry a dodať vzorky na Zem. A ak sa vedcom podarí dokázať, že mikroorganizmy kedysi obývali Mars, bude možné hovoriť s väčšou mierou dôvery o mimozemský pôvod života a možnosť priniesť život z vesmíru (obr. 5).
Obrázok: 5. Náš pôvod je z mikróbov.
Čo sme zdedili zo starodávnych foriem života? Nasledujúce porovnanie jednobunkových organizmov s ľudskými bunkami odhaľuje mnoho podobností.
 1. Sexuálna reprodukcia |
 2. Cilia |
 3. Zachytávanie ďalších buniek |
 4. Mitochondria |
 5. Bičíky |
Vývoj života na Zemi: od jednoduchého po zložitý
V súčasnosti a pravdepodobne ani v budúcnosti nebude veda schopná odpovedať na otázku, ako vyzeral vôbec prvý organizmus, ktorý sa objavil na Zemi - predok, z ktorého pochádzajú tri hlavné vetvy stromu života. Jednou z vetiev sú eukaryoty, ktorých bunky majú vytvorené jadro obsahujúce genetický materiál, a špecializované organely: mitochondrie, ktoré generujú energiu, vakuoly atď. Medzi eukaryotické organizmy patria riasy, huby, rastliny, zvieratá a ľudia.
Druhou vetvou sú baktérie - prokaryotické (prenuclear) jednobunkové organizmy, ktoré nemajú výrazné jadro a organely. A nakoniec tretia vetva - jednobunkové organizmy nazývané archea alebo archea, ktorých bunky majú rovnakú štruktúru ako prokaryoty, ale úplne inú chemickú štruktúru lipidov.
Mnoho archebaktérií je schopných prežiť v mimoriadne nepriaznivých podmienkach prostredia. Niektoré z nich sú teplomilné a žijú iba v horúcich prameňoch s teplotou 90 ° C alebo dokonca vyššou, kde by iné organizmy jednoducho zomreli. Tieto jednobunkové organizmy, ktoré sa v týchto podmienkach cítia vynikajúco, konzumujú železo a látky obsahujúce síru, ako aj množstvo chemických zlúčenín, ktoré sú toxické pre iné formy života. Podľa vedcov sú nájdené teplomilné archebaktérie mimoriadne primitívne organizmy a z evolučného hľadiska sú blízkymi príbuznými najstarších foriem života na Zemi.
Je zaujímavé, že moderní predstavitelia všetkých troch odvetví života, najpodobnejší svojim predkom, stále žijú na miestach s vysokými teplotami. Na základe toho niektorí vedci majú tendenciu veriť, že život pravdepodobne vznikol asi pred 4 miliardami rokov na dne oceánu v blízkosti horúcich prameňov, ktoré vyplavujú prúdy bohaté na kovy a vysoko energetické látky. Vzájomné pôsobenie medzi sebou navzájom a s vodou vtedajšieho sterilného oceánu, vstupujúce do rôznych chemických reakcií, viedlo k vzniku zásadne nových molekúl. Desať miliónov rokov sa teda v tejto „chemickej kuchyni“ pripravovalo najväčšie jedlo - život. A asi pred 4,5 miliardami rokov sa na Zemi objavili jednobunkové organizmy, ktorých osamelá existencia pokračovala počas predkambrického obdobia.
Výbuch evolúcie, ktorý spôsobil vznik mnohobunkových organizmov, nastal oveľa neskôr, pred niečo viac ako pol miliardou rokov. Aj keď sú mikroorganizmy také malé, že sa do jednej kvapky vody zmestia miliardy, rozsah ich práce je obrovský.
Predpokladá sa, že spočiatku v zemskej atmosfére a oceánoch nebol voľný kyslík a za týchto podmienok žili a vyvíjali sa iba anaeróbne mikroorganizmy. Špeciálnym krokom v evolúcii živých tvorov bol vznik fotosyntetických baktérií, ktoré pomocou energie svetla premieňali oxid uhličitý na sacharidové zlúčeniny, ktoré slúžia ako potrava pre ďalšie mikroorganizmy. Ak prvé fotosyntetiká emitujú metán alebo sírovodík, potom mutanty, ktoré sa objavili, začali počas fotosyntézy vytvárať kyslík. Keď sa kyslík hromadí v atmosfére a vo vodách, obsadili anaeróbne baktérie, pre ktoré je kyslík škodlivý, anoxické výklenky.
V prastarých fosílnych pozostatkoch nájdených v Austrálii, ktoré sa odhadujú na 3,46 miliardy rokov, sa našli štruktúry, ktoré sa považujú za zvyšky cyanobaktérií - prvé fotosyntetické mikroorganizmy. Doterajšiu dominanciu anaeróbnych mikroorganizmov a siníc dokazujú stromatolity vyskytujúce sa v plytkých pobrežných vodách neznečistených útvarov slanej vody. Tvarom pripomínajú veľké balvany a predstavujú zaujímavé spoločenstvo mikroorganizmov žijúcich vo vápencových alebo dolomitových horninách, ktoré vznikli v dôsledku ich životne dôležitej činnosti. V hĺbke niekoľkých centimetrov od povrchu sú stromatolity nasýtené mikroorganizmami: v najvyššej vrstve žijú fotosyntetické sinice produkujúce kyslík; Zistili sa hlbšie baktérie, ktoré sú do istej miery tolerantné voči kyslíku a nepotrebujú svetlo; spodná vrstva obsahuje baktérie, ktoré môžu žiť iba v neprítomnosti kyslíka. Tieto mikroorganizmy umiestnené v rôznych vrstvách tvoria systém zjednotený zložitými vzťahmi medzi nimi vrátane potravy. Za mikrobiálnym filmom sa nachádza hornina, ktorá sa vytvára v dôsledku interakcie zvyškov mŕtvych mikroorganizmov s uhličitanom vápenatým rozpusteným vo vode. Vedci sa domnievajú, že keď na primitívnej Zemi neexistovali žiadne kontinenty a nad hladinou oceánu sa týčili iba súostrovia sopiek, plytká voda prekypovala stromatolitmi.
V dôsledku vitálnej aktivity fotosyntetických siníc sa v oceáne objavil kyslík a asi 1 miliardu rokov potom sa začal hromadiť v atmosfére. Najskôr vzniknutý kyslík interagoval s železom rozpusteným vo vode, čo viedlo k vzniku oxidov železa, ktoré sa postupne usadzovali na dne. Tak za milióny rokov za účasti mikroorganizmov vznikli obrovské ložiská železnej rudy, z ktorých sa dnes taví oceľ.
Potom, keď hlavné množstvo železa v oceánoch prešlo oxidáciou a nemohlo ďalej viazať kyslík, uniklo do atmosféry v plynnej forme.
Keď fotosyntetické cyanobaktérie vytvorili určitý zdroj energeticky bohatej organickej hmoty z oxidu uhličitého a obohatili atmosféru Zeme kyslíkom, vznikli nové baktérie - aeróby, ktoré môžu existovať iba v prítomnosti kyslíka. Potrebujú kyslík na oxidáciu (spaľovanie) organických zlúčenín a významná časť výslednej energie sa premieňa na biologicky dostupnú formu - adenozíntrifosfát (ATP). Tento proces je energeticky veľmi prospešný: anaeróbne baktérie pri rozklade jednej molekuly glukózy prijímajú iba 2 molekuly ATP a aeróbne baktérie používajú molekuly kyslíka - 36 ATP.
S príchodom dostatku kyslíka pre aeróbny životný štýl debutovali aj eukaryotické bunky, ktoré majú na rozdiel od baktérií jadro a organely ako mitochondrie, lyzozómy a v riasach a vyšších rastlinách chloroplasty, kde prebiehajú fotosyntetické reakcie. Existuje zaujímavá a fundovaná hypotéza o vzniku a vývoji eukaryotov, ktorú pred takmer 30 rokmi predložil americký výskumník L. Margulis. Podľa tejto hypotézy sú mitochondrie, ktoré fungujú ako energetické továrne v eukaryotických bunkách, aeróbne baktérie a chloroplasty rastlinných buniek, v ktorých prebieha fotosyntéza, sú sinice, ktoré pravdepodobne pred asi 2 miliardami rokov absorbovali primitívne améby. V dôsledku vzájomne prospešných interakcií sa absorbované baktérie stali vnútornými symbiontmi a vytvorili stabilný systém s bunkou, ktorá ich absorbovala - eukaryotickou bunkou.
Štúdie fosílnych pozostatkov organizmov v horninách rôzneho geologického veku ukázali, že stovky miliónov rokov po vzniku boli eukaryotické formy života zastúpené mikroskopickými globulárnymi jednobunkovými organizmami, ako sú napríklad kvasinky, a ich vývojový vývoj prebiehal veľmi pomaly. Pred niekoľkými miliardami rokov sa však objavilo mnoho nových druhov eukaryot, ktoré znamenali výrazný skok vo vývoji života.
Bolo to predovšetkým kvôli výskytu sexuálnej reprodukcie. A ak sa množia baktérie a jednobunkové eukaryoty, pričom produkujú geneticky identické kópie samy o sebe a nevyžadujú si sexuálneho partnera, potom dôjde k sexuálnej reprodukcii vo vysoko organizovaných eukaryotických organizmoch nasledovne. Dve haploidné pohlavné bunky rodičov, ktoré majú jednu sadu chromozómov, sa zlúčia a vytvoria zygotu, ktorá má dvojitú sadu chromozómov s génmi oboch partnerov, čo vytvára príležitosti pre nové kombinácie génov. Výskyt sexuálnej reprodukcie viedol k vzniku nových organizmov, ktoré vstúpili do arény evolúcie.
Tri štvrtiny celého života na Zemi ju predstavovali výlučne mikroorganizmy, až kým nenastal kvalitatívny skok v evolúcii, ktorý viedol k vzniku vysoko organizovaných organizmov vrátane človeka. Poďme vystopovať hlavné míľniky v histórii života na Zemi pozdĺž zostupnej čiary.
Pred 1,2 miliardami rokov došlo k explózii evolúcie spôsobenej vznikom pohlavného rozmnožovania a poznačenému vznikom vysoko organizovaných foriem života - rastlín a živočíchov.
Tvorba nových variácií zmiešaného genotypu, ktorá vzniká pri pohlavnom rozmnožovaní, sa prejavila vo forme biodiverzity nových foriem života.
Komplexne organizované eukaryotické bunky sa objavili pred 2 miliardami rokov, keď jednobunkové organizmy komplikovali svoju štruktúru absorpciou ďalších prokaryotických buniek. Jeden z nich - aeróbne baktérie - sa zmenil na mitochondrie - energetické stanice na dýchanie kyslíkom. Iné - fotosyntetické baktérie - začali fotosyntézu vnútri hostiteľskej bunky a stali sa chloroplastmi v bunkách rias a rastlín. Eukaryotické bunky s týmito organelami a jasne oddeleným jadrom, ktoré obsahuje genetický materiál, tvoria všetky moderné zložité formy života - od plesní po človeka.
Pred 3,9 miliardami rokov sa objavili jednobunkové organizmy, ktoré pravdepodobne vyzerali ako moderné baktérie a archaea. Staroveké aj moderné prokaryotické bunky majú pomerne jednoduchú štruktúru: nemajú vytvorené jadro a špecializované organely, ich rôsolovitá cytoplazma obsahuje DNA makromolekuly - nosiče genetickej informácie a ribozómy, na ktorých dochádza k syntéze bielkovín, a energia sa vytvára na okolí cytoplazmatickej membrány klietka.
Pred 4 miliardami rokov sa záhadne objavila RNA. Je možné, že bola vytvorená z jednoduchších organických molekúl, ktoré sa objavili na primitívnej zemi. Predpokladá sa, že starodávne molekuly RNA mali funkcie nosičov genetickej informácie a proteínových katalyzátorov, boli schopné replikácie (samoduplikácie), mutovali a podstúpili prirodzený výber. V moderných bunkách RNA tieto vlastnosti nemá alebo ich nevykazuje, ale hrá veľmi dôležitú úlohu ako sprostredkovateľ pri prenose genetickej informácie z DNA do ribozómov, v ktorých sa syntetizujú proteíny.
A. L. Prochorov
Upravené z článku Richarda Monasterskiho
v časopise National Geographic, 1998 č. 3
Je známe, že vedecké časopisy sa snažia neprijímať na publikáciu články venované problémom, ktoré priťahujú pozornosť každého, ale nemajú jasné riešenie - seriózna fyzikálna publikácia nebude publikovať projekt stroja s permanentným pohybom. Takouto témou sa stal vznik života na Zemi. Otázka vzniku živej prírody, vzhľadu človeka, znepokojuje mysliacich ľudí po mnoho tisícročí a iba kreacionisti - podporovatelia božského pôvodu všetkých vecí - pre seba našli jednoznačnú odpoveď, táto teória však nie je vedecká, pretože nepodlieha overeniu.
Názory staroveku
Staroveké čínske a staroindické rukopisy hovoria o výskyte živých bytostí z vody a rozpadajúcich sa zvyškov, staroegyptské hieroglyfy a klinové písmo starovekého Babylonu hovoria o zrode obojživelných tvorov v bahnitých usadeninách veľkých riek. Hypotézy o pôvode života na Zemi prostredníctvom spontánneho generovania boli pre mudrcov z dávnej minulosti zrejmé.
Starovekí filozofi uvádzali aj príklady vzhľadu zvierat z neživej hmoty, ale ich teoretické základy boli inej povahy: materialistické a idealistické. Demokritus (460 - 370 pred n. L.) Našiel dôvod pre vznik života v špeciálnej interakcii najmenších, večných a nedeliteľných častíc - atómov. Platón (428 - 347 pred Kr.) A Aristoteles (384 - 322 pred Kr.) Vysvetlili vznik života na Zemi zázračným účinkom vyššieho princípu na neživú hmotu, ktorý vtláča dušu do objektov prírody.
Myšlienka existencie akejsi „životnej sily“, ktorá prispieva k vzniku živých vecí, sa ukázala ako veľmi pretrvávajúca. Formovala názory na vznik života na Zemi u mnohých vedcov, ktorí žili v stredoveku a neskôr, až do konca 19. storočia.
Teória spontánneho generovania
Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723) vďaka vynálezu mikroskopu urobil z ním objavených najmenších mikroorganizmov hlavný predmet sporu medzi vedcami, ktorí zdieľajú dve hlavné teórie pôvodu života na Zemi - biogenézu a abiogenézu. Prvý veril, že všetko živé môže byť produktom iba živých vecí, druhý veril, že je možná spontánna tvorba organickej hmoty v roztokoch umiestnených do zvláštnych podmienok. Podstata tohto sporu sa až doteraz nezmenila.
Pokusy niektorých prírodovedcov preukázali možnosť spontánneho vzniku najjednoduchších mikroorganizmov, priaznivci biogenézy túto možnosť úplne popreli. Louis Pasteur (1822-1895) pomocou prísne vedeckých metód a vysokej správnosti svojich experimentov preukázal absenciu mýtickej životnej sily prenášanej vzduchom a spôsobujúcej živé baktérie. Vo svojich dielach však pripúšťal možnosť spontánneho generovania v niektorých zvláštnych podmienkach, ktoré museli vedci budúcich generácií zistiť.
Teória evolúcie
Diela veľkého Charlesa Darwina (1809-1882) otriasli základmi mnohých prírodných vied. Vznik obrovskej škály biologických druhov od jedného spoločného predka, ktorý sám hlásal, urobil z pôvodu života na Zemi opäť najdôležitejšiu otázku vedy. Teória prírodného výberu si na začiatku ťažko hľadala svojich priaznivcov a teraz podstupuje kritické útoky, ktoré vyzerajú celkom rozumne, ale základom moderných prírodných vied je práve darvinizmus.
Po Darwinovi biológia nemohla brať do úvahy pôvod života na Zemi z jej bývalých polôh. Vedci mnohých odborov biologickej vedy boli presvedčení o pravdivosti evolučnej cesty vývoja organizmov. Nech sa moderné pohľady na spoločného predka, ktoré položil Darwin pri založení Stromu života, zmenili v mnohých ohľadoch, ale pravdivosť všeobecného pojmu je neotrasiteľná.
Teória stacionárneho stavu
Laboratórne vyvrátenie spontánneho spontánneho vytvárania baktérií a iných mikroorganizmov, vedomie zložitej biochemickej štruktúry bunky spolu s myšlienkami darvinizmu mali osobitný vplyv na vznik alternatívnych verzií teórie pôvodu života na Zemi. V roku 1880 navrhol jeden z nových rozsudkov William Preyer (1841-1897). Veril, že o zrode života na našej planéte nie je potrebné hovoriť, pretože existuje navždy a nemal začiatok ako taký, je nemenný a neustále pripravený na znovuzrodenie za akýchkoľvek vhodných podmienok.
Myšlienky Preyera a jeho nasledovníkov majú iba čisto historický a filozofický význam, pretože neskorší astronómovia a fyzici vypočítali podmienky konečnej existencie planetárnych systémov, zaznamenali stálu, ale stálu expanziu vesmíru, to znamená, že nikdy nebol večný ani konštantný.
Túžba pozerať sa na svet ako na jednu globálnu živú entitu odrážala názory veľkého ruského vedca a filozofa - Vladimíra Ivanoviča Vernadského (1863-1945), ktorý mal tiež svoju vlastnú predstavu o pôvode života na Zemi. Bolo založené na chápaní života ako integrálnej charakteristiky vesmíru, vesmíru. Podľa Vernadského skutočnosť, že veda nemohla nájsť vrstvy, ktoré by neobsahovali stopy organickej hmoty, hovorila o geologickej večnosti života. Jedným zo spôsobov, ako sa život objavil na mladej planéte, Vernadský nazval svoje kontakty s vesmírnymi objektmi - kométami, asteroidmi a meteoritmi. Tu sa jeho teória spojila s inou verziou, ktorá vysvetľovala vznik života na Zemi metódou panspermia.
Kolískou života je vesmír
Panspermia (grécky - „semenná zmes“, „semená sú všade“) považuje život za základnú vlastnosť hmoty a nevysvetľuje spôsoby jeho vzniku, ale vesmír nazýva zdrojom embryí života, ktoré dopadajú na nebeské telesá s podmienkami vhodnými na ich „klíčenie“.
Prvú zmienku o základných konceptoch panspermie možno nájsť v spisoch starogréckeho filozofa Anaxagorasa (500 - 428 pred n. L.), V 18. storočí o nich hovoril francúzsky diplomat a geológ Benoit de Maye (1656 - 1738). Tieto myšlienky oživili Svante August Arrhenius (1859-1927), lord Kelvin William Thomson (1824-1907) a Hermann von Helmholtz (1821-1894).
Štúdium krutého vplyvu kozmického žiarenia na živé organizmy a teplotné podmienky medziplanetárneho priestoru spôsobili, že také hypotézy o pôvode života na Zemi neboli veľmi relevantné, ale so začiatkom vesmírneho veku sa záujem o panspermiu zvýšil.
V roku 1973 laureát Nobelovej ceny Francis Crick (1916-2004) vyjadril myšlienku mimozemskej výroby molekulárnych živých systémov a ich dopadu na Zem meteoritmi a kométami. Šancu na abiogenézu na našej planéte navyše hodnotil ako veľmi nízku. Významný vedec nepovažoval vznik a vývoj života na Zemi metódou samostatného zhromažďovania organických látok na vysokej úrovni za realitu.
Fosilizované biologické štruktúry sa našli v meteoritoch po celej planéte, podobné stopy sa našli aj vo vzorkách pôdy dodávaných z Mesiaca a Marsu. Na druhej strane sa vykonáva veľa experimentov so spracovaním bioštruktúr vplyvmi, ktoré sú možné, keď sú vo vesmíre a pri prechode podobnou atmosférou ako Zem.
Dôležitý experiment sa uskutočnil v roku 2006 v rámci misie Deep Impact. Tempelovu kométu vrazila špeciálna sonda nárazového telesa, ktorú vypustilo automatizované vozidlo. Analýza kometárnej hmoty, ktorá sa uvoľnila v dôsledku nárazu, preukázala prítomnosť vody a rôznych organických zlúčenín v nej.
Záver: Od svojho vzniku sa teória panspermie výrazne zmenila. Moderná veda interpretuje iným spôsobom tie primárne prvky života, ktoré by mohli na našu mladú planétu dodať vesmírne objekty. Výskum a experimenty dokazujú životaschopnosť živých buniek v podmienkach medziplanetárneho cestovania. To všetko robí myšlienku mimozemského pôvodu pozemského života relevantnou. Hlavnými konceptmi vzniku života na Zemi sú teórie, v ktorých je panspermia zahrnutá buď ako hlavná časť, alebo ako spôsob dodania komponentov na Zem, aby vytvorili živú hmotu.
Oparin-Haldanova teória biochemickej evolúcie
Myšlienka spontánneho generovania živých organizmov z anorganických látok zostala vždy takmer jedinou alternatívou kreacionizmu a v roku 1924 vyšla 70-stranová monografia, ktorá tejto myšlienke dodávala silu rozvinutej a podloženej teórie. Táto práca mala názov „Pôvod života“, jej autorom bol ruský vedec - Alexander Ivanovič Oparin (1894-1980). V roku 1929, keď Oparinove diela ešte neboli preložené do angličtiny, vyjadril podobné koncepcie pôvodu života na Zemi anglický biológ John Haldane (1860-1936).
Oparin predpokladal, že ak by primitívna atmosféra mladej planéty Zem bola reduktívna (to znamená, že neobsahuje kyslík), silný výbuch energie (napríklad blesk alebo ultrafialové žiarenie) by mohol uľahčiť syntézu organických zlúčenín z anorganických látok. V budúcnosti by také molekuly mohli vytvárať zrazeniny a zhluky - koacervovať kvapky, čo sú protoorganizmy, okolo ktorých sa vytvárajú vodné plášte - základy škrupiny-membrány, dochádza k stratifikácii, čo vedie k rozdielom v nábojoch, čo znamená, že pohyb je začiatkom metabolizmu, základy metabolizmu atď. Koacerváty sa považovali za základ pre začiatok evolučných procesov, ktoré viedli k vytvoreniu prvých foriem života.
Haldane predstavil koncept „prvotnej polievky“ - počiatočného pozemského oceánu, z ktorého sa stalo obrovské chemické laboratórium napojené na silný zdroj energie - slnečné svetlo. Kombinácia oxidu uhličitého, amoniaku a ultrafialového žiarenia vyústila do koncentrovanej populácie organických monomérov a polymérov. Následne sa takéto formácie spojili s výskytom lipidovej membrány okolo nich a ich vývoj viedol k vytvoreniu živej bunky.
Hlavné etapy pôvodu života na Zemi (podľa Oparin-Haldane)
Podľa teórie vzniku vesmíru z hromady energie došlo k Veľkému tresku asi pred 14 miliardami rokov a asi pred 4,6 miliardami rokov bolo dokončené vytváranie planét slnečnej sústavy.
Mladá Zem, ktorá sa postupne ochladzovala, získala tvrdú škrupinu, okolo ktorej sa formovala atmosféra. Primárna atmosféra obsahovala vodné pary a plyny, ktoré neskôr slúžili ako suroviny na organickú syntézu: oxid uhoľnatý a oxid uhličitý, sírovodík, metán, amoniak, kyanidové zlúčeniny.
Bombardovanie vesmírnych objektov obsahujúcich vodu v zamrznutom stave a kondenzácia vodných pár v atmosfére viedli k vzniku Svetového oceánu, v ktorom boli rozpustené rôzne chemické zlúčeniny. Silné búrky sprevádzali vznik atmosféry, cez ktorú prenikalo silné ultrafialové žiarenie. Za takýchto podmienok prebiehala syntéza aminokyselín, cukrov a ďalších jednoduchých organických látok.
Na konci prvej miliardy rokov existencie Zeme začal proces polymerizácie najjednoduchších monomérov vo vode na proteíny (polypeptidy) a nukleové kyseliny (polynukleotidy). Začali vytvárať prebiologické zlúčeniny - koacerváty (so základmi jadra, metabolizmu a membrány).
3,5 - 3 miliardy rokov pred naším letopočtom - štádium tvorby protobiontov, ktoré majú vlastnú reprodukciu, regulovaný metabolizmus, membránu s premenlivou priepustnosťou.
3 miliardy rokov pred naším letopočtom e. - vznik bunkových organizmov, nukleových kyselín, primárnych baktérií, začiatok biologickej evolúcie.
Experimentálne dôkazy pre domnienku Oparin-Haldane
Mnoho vedcov pozitívne hodnotilo základné koncepty vzniku života na Zemi na základe abiogenézy, hoci od samého začiatku našli v teórii Oparin-Haldane úzke miesta a nejasnosti. V rôznych krajinách sa začali práce na uskutočňovaní testovacích štúdií hypotézy, z ktorých najznámejší je klasický experiment, ktorý v roku 1953 uskutočnili americkí vedci Stanley Miller (1930-2007) a Harold Urey (1893-1981).
Podstatou experimentu bolo simulovať v laboratóriu podmienky ranej Zeme, v ktorých mohla prebiehať syntéza najjednoduchších organických zlúčenín. V prístroji cirkulovala zmes plynov, podobného zloženia ako atmosféra primárnej Zeme. Konštrukcia zariadenia poskytovala imitáciu sopečnej činnosti a elektrické výboje prechádzajúce cez zmes vytvárali efekt blesku.
Po týždni cirkulácie zmesi cez systém bol zaznamenaný prechod desatiny uhlíka na organické zlúčeniny, boli nájdené aminokyseliny, cukry, lipidy a zlúčeniny predchádzajúce aminokyselinám. Opakované a modifikované experimenty plne potvrdili možnosť abiogenézy v simulovaných podmienkach ranej Zeme. V nasledujúcich rokoch sa opakované experimenty uskutočňovali v iných laboratóriách. K zloženiu plynnej zmesi sa pridal sírovodík ako možná zložka sopečných emisií a zaviedli sa ďalšie nekardinálne zmeny. Vo väčšine prípadov boli skúsenosti so syntetizáciou organických zlúčenín úspešné, hoci pokusy ísť ďalej a získať zložitejšie prvky s kompozíciou približujúcou sa k živej bunke neboli korunované úspechom.
Svet RNA
Na konci 20. storočia sa u mnohých vedcov, ktorí sa neprestali zaujímať o problém pôvodu života na Zemi, ukázalo, že pri všetkej harmónii teoretických konštrukcií a jasného experimentálneho potvrdenia má teória Oparin-Haldane zjavné, možno neprekonateľné chyby. Tou hlavnou bola nemožnosť vysvetliť, ako sa u protobiontov objavujú vlastnosti, ktoré sú rozhodujúce pre živý organizmus - množiť sa pri zachovaní dedičných vlastností. S objavom genetických bunkových štruktúr, s určením funkcie a štruktúry DNA, s rozvojom mikrobiológie sa objavil nový kandidát na úlohu molekuly pravekého života.
Bola to molekula ribonukleovej kyseliny - RNA. Táto makromolekula, ktorá je súčasťou všetkých živých buniek, je reťazcom nukleotidov - najjednoduchších organických jednotiek pozostávajúcich z atómov dusíka, monosacharidu - ribózy a fosfátovej skupiny. Práve sekvencia nukleotidov je kódom dedičnej informácie a vo vírusoch hrá napríklad RNA úlohu, ktorú hrá DNA v zložitých bunkových štruktúrach.
Vedci navyše objavili jedinečnú schopnosť niektorých molekúl RNA vytvárať zlomy v iných reťazcoch alebo lepiť jednotlivé prvky RNA dohromady a niektoré hrajú úlohu autokatalyzátorov - to znamená, že prispievajú k rýchlej sebareprodukcii. Relatívne malá veľkosť makromolekuly RNA a jej zjednodušená štruktúra (v jednom vlákne) v porovnaní s DNA robili ribonukleovú kyselinu hlavným kandidátom na úlohu hlavného prvku prebiologických systémov.
A konečne, novú teóriu pôvodu živej hmoty na planéte sformuloval v roku 1986 Walter Gilbert (nar. 1932), americký fyzik, mikrobiológ a biochemik. Nie všetci odborníci súhlasili s týmto pohľadom na pôvod života na Zemi. V skratke „RNA World“ nemôže teória štruktúry prebiologického sveta našej planéty odpovedať na jednoduchú otázku, ako sa objavila prvá molekula RNA s požadovanými vlastnosťami, aj keď existovalo obrovské množstvo „stavebného materiálu“ vo forme nukleotidov atď.
Svet PAH
Odpoveď hľadal v máji 2004 Simon Nicholas Platts a v roku 2006 skupina vedcov pod vedením Pascala Ehrenfreunda. Polyaromatické uhľovodíky boli navrhnuté ako východiskový materiál pre RNA s katalytickými vlastnosťami.
Svet PAU bol založený na vysokej prevalencii týchto zlúčenín vo viditeľnom priestore (boli pravdepodobne prítomné v „prvotnej polievke“ mladej Zeme) a zvláštnostiach ich prstencovej štruktúry, ktorá podporuje rýchle spojenie s dusíkatými bázami - kľúčovými zložkami RNA. Teória PAH opäť hovorí o aktuálnosti niektorých ustanovení panspermie.
Jedinečný život na jedinečnej planéte
Kým nebudú mať vedci možnosť vrátiť sa späť pred 3 miliardami rokov, tajomstvo pôvodu života na našej planéte nebude odhalené - k tomuto záveru dospeje mnoho z tých, ktorí sa týmto problémom zaoberali. Hlavné pojmy vzniku života na Zemi sú: teória abiogenézy a teória panspermie. Môžu sa pretínať mnohými spôsobmi, ale s najväčšou pravdepodobnosťou nebudú vedieť odpovedať: ako sa medzi obrovským priestorom objavil úžasne presne vyvážený systém Zeme a jej satelitu - Mesiaca, ako sa na ňom zrodil život ...
