Livet på jorden dukket opp for mer enn 3,5 milliarder år siden - det er vanskelig å kartlegge øyeblikket mer presist, om bare fordi det ikke er lett å trekke grensen mellom “nesten levende” og “virkelig levende”. Vi kan imidlertid si med sikkerhet at dette magiske øyeblikket strakk seg ut i mange, lange millioner av år. Likevel var det et virkelig mirakel.
For å sette pris på dette miraklet til dets sanne verdi, må du bli kjent med en rekke moderne teorier som beskriver ulike alternativer og stadier i livets fødsel. Fra et raskt, men livløst sett med enkle organiske forbindelser til protoorganismer som har kjent døden og inngått i et uendelig løp med biologisk variabilitet. Tross alt, er det ikke disse to begrepene - mutabilitet og død - som gir opphav til hele livssummen?..
1. Panspermia
Hypotesen om å bringe liv til jorden fra andre kosmiske kropper har mange autoritative forsvarere. Denne stillingen ble holdt av den store tyske forskeren Hermann Helmholtz og den svenske kjemikeren Svante Arrhenius, den russiske tenkeren Vladimir Vernadsky og den britiske lordfysikeren Kelvin. Imidlertid er vitenskap et rike av fakta, og etter oppdagelsen av kosmisk stråling og dens destruktive effekt på alle levende ting, så ut til at panspermia døde.
Men jo dypere forskere kaster seg ut i saken, jo flere nyanser dukker opp. Så nå - inkludert å utføre flere eksperimenter på romfartøy - tar vi mye mer alvorlig levende organismeres evne til å tolerere stråling og kulde, mangel på vann og andre "herligheter" ved å være i det ytre rom. Funnene av alle slags organiske forbindelser på asteroider og kometer, i fjerne gass- og støvklynger og protoplanetære skyer er mange og uten tvil. Men påstander om funnet i dem av spor av noe som mistenksomt ligner mikrober, er fortsatt ikke bevist.
Det er lett å se at teorien om panspermia for all sin fascinasjon bare overfører spørsmålet om livets opprinnelse til et annet sted og til en annen tid. Uansett hva som brakte de første organismene til Jorden - enten det var en tilfeldig meteoritt eller en utspekulert plan med høyt utviklede romvesener, måtte de fødes et eller annet sted. La ikke hit og mye lenger i fortiden - men livet måtte vokse ut av livløs materie. Spørsmålet "Hvordan?" rester.
Salgsfremmende video:
1. Uvitenskapelig: Spontan generasjon
Det spontane opphavet til høyt utviklet levende stoff fra ikke-levende stoff - som fremveksten av fluelarver i råtnet kjøtt - kan assosieres med Aristoteles, som generaliserte tankene til mange forgjengerne og dannet en helhetlig lære om spontan generasjon. Som andre elementer i Aristoteles filosofi, var spontan generasjon den dominerende læren i middelalderens Europa og nøt litt støtte til eksperimentene til Louis Pasteur, som avgjort viste at til og med fluelarver krever foreldre fluer for å vises. Ikke forveksle spontan generasjon med moderne teorier om livets abiogene opprinnelse: forskjellen mellom dem er grunnleggende.
2. Primær buljong
Dette konseptet er nært knyttet til de klassiske eksperimentene som hadde klart å skaffe seg status på 1950-tallet av Stanley Miller og Harold Urey. I laboratoriet modellerte forskere forholdene som kunne eksistere på overflaten av den unge jorda - en blanding av metan, karbonmonoksid og molekylært hydrogen, mange elektriske utladninger, ultrafiolett lys - og snart ble mer enn 10% av karbonet fra metan omdannet til form av visse organiske molekyler. Mer enn 20 aminosyrer, sukkerarter, lipider og nukleinsyreforløpere ble oppnådd i Miller-Urey-eksperimentene.
Moderne varianter av disse klassiske eksperimentene bruker mye mer sofistikerte oppsett som bedre samsvarer med forholdene på den tidlige jorden. De simulerer virkningen av vulkaner med utslippene av hydrogensulfid og svoveldioksid, tilstedeværelsen av nitrogen, etc. På denne måten klarer forskere å få en enorm og mangfoldig mengde organisk materiale - potensielle byggesteiner til potensielt liv. Hovedproblemet med disse eksperimentene forblir racemat: isomerer av optisk aktive molekyler (som aminosyrer) dannes i en blanding i like store mengder, mens alt kjent liv (med noen få og rare unntak) bare inkluderer L-isomerer.
Imidlertid vil vi komme tilbake til dette problemet senere. Det bør også legges til her at nylig - i 2015 - viste Cambridge-professor John Sutherland og teamet hans muligheten for å danne alle de grunnleggende "livets molekyler", komponenter av DNA, RNA og proteiner fra et veldig enkelt sett med innledende komponenter. Hovedkarakterene i denne blandingen er hydrogensyanid og hydrogensulfid, som ikke er så sjeldne i verdensrommet. For dem gjenstår det å tilsette noen mineraler og metaller som er tilstede i tilstrekkelige mengder på jorden, som fosfater, kobber og jernsalter. Forskere har bygget et detaljert reaksjonsskjema som godt kunne skapt en rik "primordial suppe" for at polymerer skal vises i den og fullverdig kjemisk evolusjon kom inn i bildet.
Hypotesen om livets abiogene opprinnelse fra en "organisk buljong", som ble testet av eksperimentene til Miller og Urey, ble fremmet i 1924 av den sovjetiske biokjemikeren Alexander Oparin. Og selv om forskeren i de "mørke årene" av Lysenkoismens storhetstid tok siden av motstandere av vitenskapelig genetikk, er fordelene hans store. Som en anerkjennelse av rollen som en akademiker, bærer navnet hans hovedprisen som ble gitt ut av International Scientific Society for the Study of the Origin of Life (ISSOL) - Oparin-medaljen. Prisen deles ut hvert sjette år, og er til forskjellige tider blitt tildelt både Stanley Miller og den store kromosomforskeren, nobelprisvinneren Jack Shostak. I anerkjennelse av Harold Urey enorme bidrag, tildeler ISSOL Urey-medaljen mellom Oparin-medaljen (også hvert sjette år). Resultatet er en unik, ekte evolusjonspris - med et skiftbart navn.
3. Kjemisk evolusjon
Teorien prøver å beskrive transformasjonen av relativt enkle organiske stoffer til ganske komplekse kjemiske systemer, forgjengerne til selve livet, under påvirkning av eksterne faktorer, mekanismene for seleksjon og selvorganisering. Det grunnleggende konseptet for denne tilnærmingen er "vann-karbon-chauvinisme", som representerer disse to komponentene (vann og karbon - NS) som absolutt nødvendige og viktige for fremveksten og utviklingen av livet, enten det er på jorden eller et sted utenfor. Og hovedproblemet er fortsatt forholdene under hvilke "vann-karbon-chauvinisme" kan utvikle seg til veldig sofistikerte kjemiske komplekser som først og fremst er i stand til selvreplikasjon.
I følge en av hypotesene, kan den primære organisasjonen av molekyler forekomme i mikroporene til leirmineraler, som spilte en strukturell rolle. Den skotske kjemikeren Alexander Graham Cairns-Smith la frem denne ideen for noen år siden. Komplekse biomolekyler kan sette seg og polymerisere på deres indre overflate, som på en matrise: Israelske forskere har vist at slike forhold gjør det mulig å dyrke tilstrekkelig lange proteinkjeder. Her kan de nødvendige mengder metallsalter akkumuleres, som spiller en viktig rolle som katalysatorer for kjemiske reaksjoner. Lervegger kunne fungere som cellemembraner, og dele det "indre" rommet, der flere og mer komplekse kjemiske reaksjoner finner sted, og skille det fra det ytre kaoset.
Overflatene på krystallinske mineraler kan tjene som "matriser" for vekst av polymermolekyler: den romlige strukturen til deres krystallgitter er i stand til å velge bare optiske isomerer av en type - for eksempel L-aminosyrer - som løser problemet vi snakket om ovenfor. Energi til den primære "metabolismen" kan tilføres ved uorganiske reaksjoner, for eksempel reduksjon av mineralpyritten (FeS2) med hydrogen (til jernsulfid og hydrogensulfid). I dette tilfellet er verken lyn eller ultrafiolett stråling nødvendig for utseendet til komplekse biomolekyler, som i Miller-Urey-eksperimentene. Dette betyr at vi kan bli kvitt de skadelige aspektene ved deres handling.
Young Earth var ikke beskyttet mot skadelige - og til og med dødelige - komponenter av solstråling. Selv moderne, evolusjonært testede organismer vil ikke kunne motstå denne harde ultrafiolette strålingen - til tross for at solen selv var mye yngre og ikke ga nok varme til planeten. Fra dette oppsto hypotesen om at i den tid da miraklet om livets opprinnelse skjedde, kunne hele jorden dekkes med et tykt islag - hundrevis av meter; og det er til det beste. Ved å gjemme seg under denne isplaten, kunne livet føles helt trygt mot ultrafiolett stråling og fra hyppige meteorittangrep som truet med å ødelegge det i knoppen. Det relativt kule miljøet kan også stabilisere strukturen til de første makromolekylene.
4. Svarte røykere
Faktisk, ultrafiolett stråling på den unge jorden, hvis atmosfære ennå ikke inneholdt oksygen og ikke hadde en så vidunderlig ting som ozonlaget, burde ha vært livsfarlig i noe begynnende liv. Fra dette oppsto antakelsen om at de skjøre forfedrene til levende organismer ble tvunget til å eksistere et sted, gjemte seg for den kontinuerlige strømmen av steriliserende stråler av alt. For eksempel dypt under vann - selvfølgelig, hvor det er nok mineraler, blanding, varme og energi til kjemiske reaksjoner. Og slike steder ble funnet.
Mot slutten av det tjuende århundre ble det klart at havbunnen på ingen måte kunne være et fristed for middelalderske monstre: forholdene her er for tøffe, temperaturen er lav, det er ingen stråling, og sjeldne organiske stoffer kan bare slå seg ned fra overflaten. Faktisk er dette enorme halvørkener - med noen bemerkelsesverdige unntak: akkurat der, dypt under vann, nær utsalgsstedene fra geotermiske kilder, er livet bokstavelig talt i full gang. Svart vann mettet med sulfider er varmt, blandet aktivt og inneholder mye mineraler.
Røykere fra Svartehavet er veldig rike og særegne økosystemer: bakteriene som lever av dem bruker jern-svovelreaksjonene, som vi allerede har diskutert. De er grunnlaget for et fullstendig blomstrende liv, inkludert en rekke unike ormer og reker. Kanskje var de grunnlaget for livets opprinnelse på planeten: i det minste teoretisk har slike systemer alt nødvendig for dette.
2. Uvitenskapelig: Ånder, guder, forfedre
Eventuelle kosmologiske myter om verdens opprinnelse er alltid kronet med antropogoniske - om menneskets opprinnelse. Og i disse fantasiene kan man bare misunne fantasien til gamle forfattere: på spørsmålet om hva, hvordan og hvorfor kosmos oppsto, hvor og hvordan livet - og mennesker - dukket opp, hørtes versjonene veldig forskjellige ut og nesten alltid vakre. Planter, fisk og dyr ble fanget fra havbunnen av en stor ravn, mennesker krøp ut av forfedrenes kropp Pangu som ormer, støpt av leire og aske, ble født fra ekteskap med guder og monstre. Alt dette er overraskende poetisk, men det har selvfølgelig ingenting med vitenskap å gjøre.
5. RNAs verden
I samsvar med prinsippene for dialektisk materialisme er livet en "enhet og kamp" av to prinsipper: å endre og arvet informasjon på den ene siden og biokjemiske, strukturelle funksjoner, på den andre. Det ene er umulig uten det andre - og spørsmålet om hvor livet begynte, med informasjon og nukleinsyrer eller med funksjoner og proteiner, er fortsatt et av de vanskeligste. Og en av de kjente løsningene på dette paradoksale problemet er RNA-verdenshypotesen, som dukket opp på slutten av 1960-tallet og til slutt tok form på slutten av 1980-tallet.
RNA - makromolekyler, i lagring og overføring av informasjon er ikke så effektive som DNA, og i å utføre enzymatiske funksjoner - ikke så imponerende som proteiner. Men RNA-molekyler er i stand til begge deler, og inntil nå fungerer de som en overføringslenke i informasjonsutvekslingen av cellen, og katalyserer et antall reaksjoner i den. Proteiner er ikke i stand til å replikere uten DNA-informasjon, og DNA er ikke i stand til dette uten proteinkunnskaper. RNA kan derimot være fullstendig autonom: den er i stand til å katalysere sin egen "reproduksjon" - og dette er nok for en start.
Studier innenfor rammen av RNA-verdenshypotesen har vist at disse makromolekylene er i stand til fullverdig kjemisk evolusjon. Ta for eksempel et illustrerende eksempel demonstrert av biofysikere i California ledet av Lesley Orgel: hvis etidiumbromid tilsettes en løsning av RNA som er i stand til selvreplikasjon, som fungerer som en gift for dette systemet, blokkerer RNA-syntese, så litt etter litt, med en endring i generasjoner av makromolekyler, i blandingen RNA-er vises som er resistente selv for veldig høye konsentrasjoner av toksinet. Noe som dette, under utvikling, de første RNA-molekylene kunne finne en måte å syntetisere de første verktøy-proteiner, og deretter - i kombinasjon med dem - "oppdage" for seg den doble heliksen av DNA, den ideelle bæreren av arvelig informasjon.
3. Uvitenskapelig: Uforanderlighet
Ikke mer vitenskapelig enn historiene om de første forfedrene kan kalles visningene som bærer det høye navnet Theory of a Stationary State. Ifølge hennes støttespillere har det aldri oppstått noe liv i det hele tatt - akkurat som Jorden ikke ble født, og heller ikke kosmos dukket opp: De var ganske enkelt alltid, alltid og vil forbli. Alt dette er ikke mer rettferdiggjort enn Pangu-ormene: for å ta en slik "teori" på alvor, må man glemme de utallige funnene fra paleontologi, geologi og astronomi. Og faktisk å forlate hele den grandiose bygningen av moderne vitenskap - men da er det sannsynligvis verdt å gi fra seg alt som skyldes innbyggerne, inkludert datamaskiner og smertefri tannbehandling.
6. Protokoller
Enkel replikering er imidlertid ikke nok for "normalt liv": noe liv er for det første et romlig isolert område av miljøet som skiller metabolske prosesser, letter forløpet av noen reaksjoner og tillater å ekskludere andre. Med andre ord er livet en celle avgrenset av en semipermeabel membran sammensatt av lipider. Og "protokoller" skal ha dukket opp allerede i de tidligste stadiene av livet på jorden - den første hypotesen om deres opprinnelse ble uttrykt av Alexander Oparin, som er godt kjent for oss. Etter hans mening kan dråper hydrofobe lipider som ligner gule dråper olje som flyter i vann tjene som "protomembraner".
Generelt blir forskerens ideer akseptert av moderne vitenskap, og Jack Shostak, som fikk Oparin-medaljen for sitt arbeid, var også involvert i dette emnet. Sammen med Katarzyna Adamala klarte han å lage en slags "protocell" -modell, hvis analog av membranen ikke besto av moderne lipider, men av enda enklere organiske molekyler, fettsyrer, som godt kunne ha samlet seg på opprinnelsesstedene til de første protoorganismene. Shostak og Adamala klarte til og med å "gjenopplive" strukturer ved å tilsette magnesiumioner (stimulere arbeidet til RNA-polymeraser) og sitronsyre (stabilisere strukturen til fete membraner) til mediet.
Som et resultat endte de opp med et helt enkelt, men noe levende system; i alle fall var det en normal protocelle som inneholdt et membranbeskyttet miljø for RNA-reproduksjon. Fra dette øyeblikket kan du lukke det siste kapittelet i livets forhistorie - og begynne de første kapitlene i dets historie. Imidlertid er dette et helt annet tema, så vi vil snakke om bare ett, men ekstremt viktig konsept relatert til de første trinnene i livets utvikling og fremveksten av et stort utvalg av organismer.
4. Uvitenskapelig: Evig retur
En "bedrift" representasjon av indisk filosofi, i vestlig filosofi assosiert med verkene til Immanuel Kant, Friedrich Nietzsche og Mircea Eliade. Et poetisk bilde av den evige vandring av hver levende sjel gjennom et uendelig sett med verdener og deres innbyggere, dets transformasjon til et ubetydelig insekt, deretter til en opphøyet poet, eller til og med til et vesen ukjent for oss, en demon eller en gud. Til tross for mangelen på ideer om reinkarnasjon, er Nietzsche virkelig nær denne ideen: evigheten er evig, noe som betyr at enhver hendelse i den kan - og bør gjentas igjen. Og hver skapning kretser uendelig om denne karusellen om universell retur, slik at bare hodet snurrer, og selve problemet med primær opprinnelse forsvinner et sted i et kaleidoskop av utallige repetisjoner.
7. Endosymbiose
Ta en titt på deg selv i speilet, kikk inn i øynene: skapningen som du ser på hverandre med er en kompleks hybrid som har oppstått i uminnelige tider. Tilbake på slutten av 1800-tallet la den tysk-engelske naturforskeren Andreas Schimper merke til at kloroplastene, plantecelleorganellene som er ansvarlige for fotosyntesen, replikerer separat fra selve cellen. Snart kom det en hypotese om at kloroplastene er symbionter, celler av fotosyntetiske bakterier, som en gang ble slukt av verten - og overlatt til å bo her for alltid.
Vi har selvfølgelig ikke kloroplast, ellers kan vi livnære oss av sollys, slik noen pseudo-religiøse sekter antyder. Imidlertid ble endosymbiosehypotesen på 1920-tallet utvidet til å omfatte mitokondrier, organeller som forbruker oksygen og forsyner energi til alle cellene våre. Til dags dato har denne hypotesen fått status som en fullverdig, gjentatte ganger bevist teori - nok til å si at mitokondrier og plastider har sitt eget genom, mer eller mindre celledelingsmekanismer, og sine egne proteinsyntesesystemer.
I naturen er det også funnet andre endosymbioner som ikke har milliarder av års evolusjon av ledd bak seg og ligger på et mindre dypt integrasjonsnivå i cellen. Noen amøber har for eksempel ikke egne mitokondrier, men det er bakterier inkludert inne og som utfører sin rolle. Det er hypoteser om den endosymbiotiske opprinnelsen til andre organeller - inkludert flagella og cilia, og til og med cellekjernen: ifølge noen forskere er alle oss eukaryoter resultatet av en enestående fusjon mellom bakterier og archaea. Disse versjonene har ennå ikke funnet streng bekreftelse, men en ting er tydelig: så snart det dukket opp, begynte livet å absorbere naboene - og samhandle med dem og føde nytt liv.
5. Uvitenskapelig: Kreasjonisme
Selve konseptet med kreasjonisme oppsto på 1800-tallet, da dette ordet begynte å bli kalt tilhengere av forskjellige versjoner av verdens og livets utseende, foreslått av forfatterne av Toraen, Bibelen og andre hellige bøker om monoteistiske religioner. Imidlertid tilbød kreasjonister ikke noe nytt i forhold til disse bøkene, om og om igjen og prøvde å tilbakevise de strenge og grunnleggende funnene av vitenskapen - og faktisk, om og om igjen, ved å miste den ene posisjonen etter den andre. Dessverre er ideene til moderne pseudovitenskapsmenn-kreasjonister mye lettere å forstå: det krever mye arbeid å forstå teoriene om ekte vitenskap.
Sergey Vasiliev
