Историята на произхода на живота на земята за деца. Как се появи животът на Земята. Секретни материали на учени. Възникването на живота на Земята е невъзможно без метеорити и комети

Не е тайна, че вечният въпрос кога се е зародил животът на Земята винаги е вълнувал не само учените, но и всички хора. В тази статия ще се опитаме повърхностно да се запознаем с всички предполагаеми теории за произхода на целия живот на нашата планета. Ще се опитаме да сортираме етапите на неговото развитие и да опишем каква е била историята на развитието на живота на Земята.

Произходът на живота на Земята в науката

От научна гледна точка има няколко версии за произхода на живота. Помислете как се е появил животът на Земята според учени, които се борят с този мистериозен въпрос в продължение на много векове, излагайки нови хипотези.

• Според теорията животът се е зародил в парче лед. Доста нелепа идея, но всичко е възможно. Някои учени смятат, че въглеродният диоксид, присъстващ във въздуха, е осигурявал поддържането на парникови условия, други смятат, че по това време на земята е имало постоянен зимен сезон.
• Науката, която изучава произхода на живота на Земята, е биологията. Тя се придържа към теорията на Чарлз Дарвин. Той и неговите съвременници вярвали, че животът е започнал да се формира в резервоар. Тази теория се следва от повечето учени днес. Органичните вещества, доставени от вливащите се в него води, могат да се натрупват в необходимите количества в затворен и доста плитък резервоар. Освен това тези съединения са още по-концентрирани върху вътрешните повърхности на слоестите минерали. Те могат да бъдат катализатори за реакции.
• Водата е източник на живот на Земята за всички живи същества на Земята – хора, флора и фауна. Това е изключително важен и скъп ресурс на нашата планета. Всички води на земята са в непрекъсната връзка със скалите и атмосферата. Водата се самопречиства благодарение на непрекъснатия поток, който осигурява съществуването на нашата земя. Древният и универсален символ на плодородието на чистотата е водата. Човекът се състои от 80% вода, животните 75% и растенията 89-90% от общото телесно тегло. Водата е незаменим продукт, тъй като е основният строителен материал за човешкото тяло. Той е много по-ценен от желязото, газа, въглищата и нефта. Без водата животът на земята никога не би могъл да възникне, да се поддържа и изобщо не би могъл да съществува. Водата е самият живот.
• Ами ако животът се появи в зони на вулканична активност? Веднага след образуването си Земята е била огнедишаща топка от магма. С газове, отделяни от разтопена магма, различни химикали, необходими за синтеза на органични молекули, са изнесени на земната повърхност - това се случва по време на вулканични изригвания.

Произходът на живота на земята в религията

Помислете как се е зародил животът на земята от гледна точка на религията. Друга хипотеза за произхода на живота на земята намира обяснение в различни религии. Помислете за Кристиан:

Основната догма за сътворението на всички живи същества в християнството е фразата „сътворение от нищото“, в която Бог действа като Създател в своето волево действие. В същото време Господ се явява и първопричината на битието. В същото време Бог не е длъжен да създава света, тъй като Божествената същност не се определя от някаква „вътрешна нужда“. Това беше Негов свободен избор, дар за човечеството „от прекомерна любов“. Пътят и етапите на сътворението на света са описани в първите три глави на Битие.

Основните етапи от живота на Земята

Човек може да говори безкрайно за историята на развитието на живота на земята. Тази тема е доста обширна и необятна, ние изброяваме само основните етапи от произхода на живота:

• Животът се е зародил в моретата.
• Съществуването на най-простите морски организми.
• Многоклетъчните живи същества възникват в моретата
• В моретата се срещат множество безгръбначни. Сред безгръбначните откриваме предците на съвременните мекотели и членестоноги.
• Раждат се първите морски гръбначни бронирани съвременни риби. Животът се развива върху нововъзникващи земни площи. Първите заселници са: гъби, бактерии, мъхове и дребни безгръбначни, последвани от земноводни.
• Земята е покрита с мощни гори от папрати и други растения, които са изчезнали до наше време. Появяват се насекоми.
• Произходът на влечугите.
• Ерата на влечугите, животните също се разпространяват в моретата. Някои видове достигат значителни размери.
• Появяват се бозайници и птици. Разпространяват се първите цъфтящи растения. Появяват се първите покритосеменни растения.
• Динозаврите и другите големи влечуги измират.
• Бозайниците се разпространяват по цялата земя, измествайки влечугите, чийто брой бързо намалява.
• Раждат се различни видове бозайници: месоядни, прилепи и предците на днешните маймуни и хора. Раждат се тревопасни.
• Отделни бозайници обитават моретата. Например: китове.
• Има прародител на човека - австралопитека.
• Изчезват отделни големи бозайници. Човекът става абсолютен собственик на Земята.

Сега знаете как е изглеждала Земята в древността. Животът без хора беше много различен.

Трудно е да се намери човек, който да не се чуди как е възникнал животът на Земята. Има много идеи по този въпрос, от Библията и Дарвин до съвременната еволюционна теория, която непрекъснато претърпява промени в съответствие с най-новите открития на учените.

Разбира се, всички са чували за динозаврите, виждали са ги във филми и музеи и малцина оспорват историческото им съществуване.

Въпреки че до 1842 г. човечеството дори не осъзнава, че костите на гигантски животни, открити на различни места на планетата, принадлежат към един и същи тип, наричайки ги „дракони“ или приписвайки останките на титаните, които са се сражавали в Троянската война. Нужно е прозрението на учените, които сравняват данните и дават името на странните останки: динозаври. И днес знаем много добре как изглеждаха тези гигантски гущери, изчезнали преди милиони години, описаха много от техните видове и всяко дете знае кои са те.

Фактът, че тези гигантски влечуги са се появили на Земята преди 225-250 милиона години и са изчезнали напълно около 66 милиона години преди нашата ера, не шокира мнозинството от обикновените хора, които не се интересуват от подробностите на науката. Естествено, помним и родствените на динозаврите крокодили, възникнали като вид преди 83 милиона години и успяли да оцелеят от незапомнени времена. Но всички тези цифри рядко се свързват в съзнанието ни в мащаб.

На колко години е човечеството?

Малко хора знаят възрастта на съвременния вид Хомо Сапиенс, което означава разумен човек, която учените оценяват само на 200 хиляди години. Тоест възрастта на човечеството като вид е 1250 пъти по-малка от възрастта на класа влечуги, към който принадлежат динозаврите.

Необходимо е да се впишат в съзнанието и да се организират тези данни, ако искаме да разберем как първоначално се е появил животът на нашата планета. И откъде са дошли самите хора, които днес се опитват да разберат този живот?

Днес секретни материали на учени станаха публични. Шокиращата история на експерименти през последните години, които пренаписаха еволюционната теория и хвърлиха светлина върху това как е възникнал животът на нашата планета, взриви дългогодишни догми. Тайните на генетиката, обикновено достъпни само за тесен кръг от "посветени", дадоха недвусмислен отговор на предположението на Дарвин.

Умът на Хомо Сапиенс (разумният човек) е само на 200 хиляди години. А нашата планета е 4,5 милиарда!

Секретни материали

Само преди няколко века можеше да се очаква подобни идеи да бъдат екзекутирани на клада. Джордано Бруно е изгорен за ерес преди малко повече от 400 години, през февруари 1600 г. Но днес подземните изследвания на смелите пионери станаха обществено достояние.

Дори преди 50 години невежите бащи често отглеждаха децата на други мъже, дори самата майка не винаги знаеше истината. Днес установяването на бащинство е обикновен анализ. Всеки от нас може да си поръча ДНК тест и да разбере кои са неговите предци, чиято кръв тече във вените му. Следата на поколенията е запечатана завинаги в генетичния код.

Именно в този код се съдържа отговорът на най-наболелия въпрос, който занимава умовете на човечеството: как е започнал животът?

Тайните материали на учените разкриват историята на желанието да се намери единственият верен отговор. Това е история за упоритост, постоянство и удивителна креативност, обхващаща най-големите открития на съвременната наука.

В стремежа си да разберат как е започнал животът, хората отидоха да изследват най-отдалечените кътчета на планетата. По време на тези издирвания някои учени бяха заклеймени като "демони" заради своите експерименти, докато други трябваше да ги провеждат под контрола на тоталитарния режим.

Как е започнал животът на земята?

Може би това е най-трудният от всички съществуващи въпроси. В продължение на хиляди години огромното мнозинство от хората обясняваха това с една теза – „животът е създаден от боговете“. Други обяснения бяха просто немислими. Но с течение на времето ситуацията се промени. През целия минал век учените се опитват да разберат как точно се е зародил първият живот на планетата, пише Майкъл Маршал за BBC.

Повечето съвременни учени, изучаващи произхода на живота, са уверени, че се движат в правилната посока - и продължаващите експерименти само засилват тяхната увереност. Откритията на Нютон от генетиката пренаписват книгата на знанието от първата до последната страница.

• Не толкова отдавна учените откриха най-древния прародител на човека, живял на планетата преди около 540 милиона години. Изследователите казват, че от тази „зъба торба“ са произлезли всички гръбначни животни. Размерът на общия предшественик е бил само милиметър.
• Съвременните изследователи дори успяха да създадат първия полусинтетичен организъм с фундаментални промени в ДНК. Вече сме много близо до синтеза на нови протеини, тоест напълно изкуствен живот. Само за няколко века човечеството успя да овладее създаването на нов тип живи организми.
• Не само създаваме нови организми, но и редактираме уверено съществуващите. Учените дори са създали „софтуер“, който им позволява да редактират ДНК веригата с помощта на клетъчни инструменти. Между другото, само 1% от ДНК носи генетична информация, твърдят изследователите. За какво са останалите 99%?
• ДНК е толкова гъвкава, че може да съхранява информация като твърд диск. Те вече са записали филм върху ДНК и са успели да изтеглят обратно информацията без проблем, както преди са взимали файлове от флопи диск.

Смятате ли се за образован и модерен човек? Тогава просто трябва да знаете.

Въпреки че откриването на ДНК датира от 1869 г., едва през 1986 г. това знание е използвано за първи път в съдебната медицина.

Ето историята за произхода на живота на Земята

Животът е стар. Динозаврите са може би най-известните от всички изчезнали същества, но са се появили само преди 250 милиона години. Първият живот на планетата е възникнал много по-рано.

Най-старите вкаменелости се оценяват на около 3,5 милиарда години. С други думи, те са 14 пъти по-стари от първите динозаври!

Това обаче не е границата. Например през август 2016 г. бяха открити изкопаеми бактерии, които са на 3,7 милиарда години. Това е 15 хиляди пъти по-старо от динозаврите!

Самата Земя не е много по-стара от тези бактерии - нашата планета е окончателно формирана преди около 4,5 милиарда години. Тоест, първият живот на Земята е възникнал доста „бързо“, след около 800 милиона години на планетата са съществували бактерии - живи организми, които според учените са успели да станат по-сложни с течение на времето и да дадат началото на прости организми в океана на първо и накрая свършва и самата човешка раса.

Скорошен доклад от Канада потвърждава тези данни: възрастта на най-старата бактерия се оценява на 3,770 до 4,300 милиарда години. Тоест животът на нашата планета е възможно да се е зародил „около“ 200 милиона години след нейното формиране. Намерените микроорганизми са живели на желязо. Останките им са намерени в кварцови скали.

Ако приемем, че животът се е зародил на Земята - което звучи разумно, като се има предвид, че все още не сме го открили на други космически тела, нито на други планети, нито върху фрагменти от метеорити, донесени от космоса - тогава това трябва да се е случило в този период от време, който обхваща един милиард години между момента, когато планетата е окончателно формирана, и датата на появата на вкаменелостите, открити в наше време.

И така, след като стеснихме периода от време, който ни интересува, въз основа на скорошни изследвания, можем да предположим какъв точно е бил първият живот на Земята.

Учените пресъздадоха външния вид на праисторическите гиганти по откритите при разкопки скелети.

Всеки жив организъм е изграден от клетки (и вие също)

Още през 19-ти век биолозите установяват, че всички живи организми са изградени от „клетки“ – малки бучки органична материя с различни форми и размери.

Клетките са открити за първи път през 17-ти век - едновременно с изобретяването на сравнително мощни микроскопи, но само век и половина по-късно учените стигат до същото заключение: клетките са в основата на целия живот на планетата.

Разбира се, външно човек не прилича нито на риба, нито на динозаври, а просто погледнете през микроскоп, за да се уверите, че хората се състоят от почти същите клетки като представителите на животинския свят. Освен това същите клетки са в основата на растенията и гъбите.

Всички организми са изградени от клетки, включително и вие.

Най-многобройната форма на живот са едноклетъчните бактерии

Към днешна дата най-многобройните форми на живот могат безопасно да се нарекат микроорганизми, всеки от които се състои само от една клетка.

Най-известният тип такъв живот са бактериите, които живеят навсякъде по света.

През април 2016 г. учените представиха актуализирана версия на „дървото на живота“: вид родословно дърво за всеки вид живи организми. По-голямата част от "клоните" на това дърво са заети от бактерии. Освен това формата на дървото предполага, че прародителят на целия живот на Земята е бактерия. С други думи, цялото разнообразие от живи организми (включително и вас) идва от една единствена бактерия.

Така можем по-точно да подходим към въпроса за произхода на живота. За да се пресъздаде тази първа клетка, е необходимо да се пресъздадат възможно най-точно условията, които са преобладавали на планетата преди повече от 3,5 милиарда години.

И така, колко трудно е?

Едноклетъчните бактерии са най-често срещаната форма на живот на Земята.

Начало на експериментите

В продължение на много векове въпросът "как е започнал животът?" почти никога не се приема на сериозно. В крайна сметка, както вече си спомнихме в самото начало, отговорът беше известен: животът е създаден от Създателя.

До 19 век повечето хора са вярвали в "витализма". Това учение се основава на идеята, че всички живи същества са надарени със специална, свръхестествена сила, която ги отличава от неодушевените предмети.

Идеите на витализма често отразяват религиозни постулати. В Библията се казва, че Бог с помощта на "диханието на живота" съживява първите хора и че безсмъртната душа е едно от проявленията на витализма.

Но има един проблем. Идеите на витализма са коренно погрешни.

До началото на 19-ти век учените са открили няколко вещества, които се намират изключително в живите същества. Едно от тези вещества беше уреята, която се съдържа в урината и беше възможно да се получи през 1799 г.

Това откритие обаче не противоречи на концепцията за витализма. Уреята се появява само в живи организми, така че може би те са били надарени със специална жизненост, която ги е направила уникални.

Смърт на витализма

Но през 1828 г. немският химик Фридрих Вьолер успява да синтезира урея от неорганично съединение, амониев цианат, което няма нищо общо с живите същества. Други учени успяха да повторят неговия експеримент и скоро стана ясно, че всички органични съединения могат да бъдат получени от по-прости - неорганични.

Това бележи края на витализма като научна концепция.

Но за хората беше доста трудно да се отърват от своите вярвания. Фактът, че всъщност няма нищо особено в органичните съединения, които са характерни само за живите същества, за мнозина сякаш лиши живота от елемент на магия, превръщайки хората от божествени създания почти в машини. Разбира се, това беше в голямо противоречие с Библията.

Дори някои учени продължиха да се борят за жизненост. През 1913 г. английският биохимик Бенджамин Мур пламенно прокарва своята теория за „биотичната енергия“, която по същество е същият витализъм, но с друго покритие. Идеята за витализъм е намерила доста силни корени в човешката душа на емоционално ниво.

Днес неговите отражения могат да бъдат намерени на най-неочаквани места. Вземете, например, редица научнофантастични истории, в които "жизнената енергия" на героя може да бъде възстановена или източена. Помислете за "регенериращата енергия", използвана от расата Господар на времето от Доктор Кой. Тази енергия може да бъде възстановена, ако свърши. Въпреки че идеята изглежда футуристична, тя всъщност е отражение на остарели теории.

Така след 1828 г. учените най-накрая имаха основателна причина да потърсят ново обяснение за произхода на живота, като този път отхвърлиха спекулациите за божествена намеса.

Но те не започнаха да търсят. Изглежда, че темата за изследване се предлага сама, но всъщност мистерията за произхода на живота не се приближава в продължение на няколко десетилетия. Може би всички все още бяха твърде привързани към витализма, за да продължат напред.

Химикът Фридрих Вьолер успява да синтезира урея - органично съединение - от неорганични вещества.

Дарвин и теорията на еволюцията

Голям пробив в биологичните изследвания през 19 век е теорията за еволюцията, разработена от Чарлз Дарвин и продължена от други учени.

Теорията на Дарвин, изложена в За произхода на видовете през 1859 г., обяснява как цялото разнообразие на животинския свят се е появило от един единствен прародител.

Дарвин твърди, че Бог не е създал всеки вид живи същества поотделно, но всички тези видове са произлезли от примитивен организъм, появил се преди милиони години, който също се нарича последният универсален общ прародител.

Идеята се оказва изключително противоречива, отново защото опровергава библейските постулати. Теорията на Дарвин беше подложена на яростна критика, особено от възмутени християни.

Но теорията на еволюцията не каза нито дума за това как се е появил първият организъм.

Как се появи първият живот?

Дарвин разбира, че това е фундаментален въпрос, но (може би не искайки да влиза в нов конфликт с духовенството) той го засяга само в писмо от 1871 г. Емоционалният тон на писмото показва, че ученият е наясно с дълбокия смисъл на този въпрос:

„... Но ако сега [ах, какво голямо ако!]в някакъв топъл резервоар, съдържащ всички необходими соли на амония и фосфора и достъпен за светлина, топлина, електричество и т.н., химически се образува протеин, способен на по-нататъшни все по-сложни трансформации ... "

С други думи: представете си малко водно тяло, пълно с прости органични съединения и под слънцето. Някои от съединенията може да започнат да взаимодействат, създавайки по-сложни вещества, като протеин, който на свой ред също ще взаимодейства и ще се развива.

Идеята беше доста повърхностна. Но въпреки това тя е в основата на първите хипотези за произхода на живота.

Дарвин не само създава теорията за еволюцията, но и предполага, че животът се заражда в топла вода, наситена с необходимите неорганични съединения.

Революционните идеи на Александър Опарин

И първите стъпки в тази посока бяха направени съвсем не там, където бихте очаквали. Може би си мислите, че подобно изследване, което предполага свобода на мисълта, е трябвало да се проведе в Обединеното кралство или САЩ например. Но всъщност първите хипотези за произхода на живота бяха издигнати в родните простори на сталинисткия СССР от учен, чието име вероятно никога не сте чували.

Известно е, че Сталин закрива много изследвания в областта на генетиката. Вместо това той насърчава идеите на агронома Трофим Лисенко, които според него са по-подходящи за комунистическата идеология. Учените, които провеждаха изследвания в областта на генетиката, бяха длъжни публично да подкрепят идеите на Лисенко, в противен случай рискуваха да попаднат в лагерите.

Именно в такава напрегната атмосфера биохимикът Александър Иванович Опарин трябваше да проведе своите експерименти. Това беше възможно, защото той се доказа като надежден комунист: той подкрепяше идеите на Лисенко и дори получи орден Ленин, най-почетната награда от всички съществуващи по онова време.

Съветският биохимик Александър Опарин предполага, че първите живи организми са се образували като коацервати.

Нова теория за произхода на първия живот на земята

Опарин описва каква е била Земята в първите дни след нейното образуване. Планетата имаше изключително гореща повърхност и привличаше малки метеорити. Наоколо имаше само полуразтопени камъни, които съдържаха огромен набор от химикали, много от които базирани на въглерод.

В крайна сметка Земята се охлади достатъчно, че изпаренията се превърнаха в течна вода за първи път, създавайки по този начин първия дъжд. След известно време на планетата се появиха горещи океани, които бяха богати на въглеродни химикали. По-нататъшните събития могат да се развият по два сценария.

Първият предполага взаимодействие на вещества, при което ще се появят по-сложни съединения. Опарин предполага, че захарта и важните за живите организми аминокиселини може да са се образували във водния басейн на планетата.

Във втория сценарий някои вещества при взаимодействие започват да образуват микроскопични структури. Както знаете, много органични съединения не се разтварят във вода: например маслото образува слой на повърхността на водата. Но някои вещества, когато са в контакт с вода, образуват сферични глобули или "коацервати" с диаметър до 0,01 cm (или 0,004 инча).

Чрез наблюдение на коацервати под микроскоп може да се забележи тяхната прилика с живите клетки. Те растат, променят формата си и понякога се разделят на две. Те също взаимодействат с околните съединения, така че други вещества да могат да се концентрират в тях. Опарин предполага, че коацерватите са предците на съвременните клетки.

Първата теория за живота на Джон Холдейн

Пет години по-късно, през 1929 г., английският биолог Джон Бърдън Сандерсън Халдейн независимо излага своя теория с подобни идеи, която е публикувана в Rationalist Annual.

По това време Халдейн вече е направил огромен принос за развитието на теорията за еволюцията, допринасяйки за интегрирането на идеите на Дарвин в науката за генетиката.

И беше много запомняща се личност. Веднъж, по време на експеримент в декомпресионна камера, той преживява разкъсване на тъпанчето, за което по-късно пише следното: „Мембраната вече заздравява и дори ако в нея остане дупка, тогава въпреки глухотата ще бъде възможно замислено освобождаване на кръгове тютюнев дим оттам, което смятам за важно постижение."

Подобно на Опарин, Халдейн предложи точно как органичните съединения могат да взаимодействат във водата: "(по-рано) първите океани достигнаха консистенцията на горещ бульон." Това създава условия за появата на "първите живи или полуживи организми". При същите условия най-простите организми биха могли да бъдат вътре в "масления филм".

Джон Халдейн, независимо от Опарин, излага подобни идеи за произхода на първите организми.

Хипотезата на Опарин-Халдейн

Така първите биолози, изложили тази теория, са Опарин и Халдейн. Но идеята, че Бог или дори някаква абстрактна "жизнена сила" не е участвала във формирането на живите организми, е радикална. Подобно на теорията за еволюцията на Дарвин, тази мисъл беше шамар за християнството.

Властите на СССР бяха напълно доволни от този факт. По време на съветския режим в страната царува атеизъм и властите с радост подкрепят материалистичните обяснения на такива сложни явления като живота. Между другото, Халдейн също беше атеист и комунист.

„В онези дни тази идея се разглеждаше единствено през призмата на собствените им вярвания: религиозните хора я възприемаха враждебно, за разлика от привържениците на комунистическите идеи“, казва Армен Мулкиджанян, експерт по произхода на живота в университета в Оснабрюк в Германия. „В Съветския съюз тази идея беше приета с радост, защото те не се нуждаеха от Бог. А на Запад го споделяха все едни и същи поддръжници на леви възгледи, комунисти и т.н.

Концепцията, че животът се формира в "първоначална супа" от органични съединения, се нарича хипотезата на Опарин-Халдейн. Изглеждаше достатъчно убедително, но имаше един проблем. По това време нямаше нито един практически експеримент, който да докаже истинността на тази хипотеза.

Подобни експерименти започнаха едва след почти четвърт век.

Първите експерименти за създаване на живот "в епруветка"

Харолд Юри, известен учен, който вече е получил Нобелова награда за химия през 1934 г. и дори е участвал в създаването на атомната бомба, се интересува от въпроса за произхода на живота.

По време на Втората световна война Юри участва в проекта Манхатън, събирайки нестабилен уран-235, необходим за ядрото на бомбата. След края на войната Юри се застъпва за граждански контрол върху ядрените технологии.

Юри започва да се интересува от химични явления, случващи се в космоса. А най-голям интерес за него представляваха процесите, протекли при формирането на Слънчевата система. В една от своите лекции той посочи, че в ранните дни най-вероятно не е имало кислород на Земята. И тези условия са идеални за образуването на „първоначалната супа“, за която говорят Опарин и Халдейн, тъй като някои от необходимите вещества са толкова слаби, че се разтварят при контакт с кислород.

Лекцията беше посетена от докторант на име Стенли Милър, който се обърна към Юри с предложение да проведе експеримент въз основа на тази идея. Първоначално Юри беше скептичен, но по-късно Милър успя да го убеди.

През 1952 г. Милър провежда най-известния експеримент, за да обясни произхода на живота на Земята.

Експериментът на Стенли Милър стана най-известният в историята на изучаването на произхода на живите организми на нашата планета.

Най-известният експеримент за произхода на живота на Земята

Подготовката не отне много време. Милър свързва серия от стъклени колби, които циркулират 4 вещества, за които се предполага, че са съществували на ранната Земя: вряща вода, водород, амоняк и метан. Газовете са били подлагани на систематични искрови разряди - това е симулация на удари от мълния, които са били често срещано явление на ранната Земя.

Милър установява, че „водата в колбата става видимо розова след първия ден, а след първата седмица разтворът става мътен и тъмночервен“. Образуването на нови химични съединения беше очевидно.

Когато Милър анализира състава на разтвора, той открива, че той съдържа две аминокиселини: глицин и аланин. Както знаете, аминокиселините често се описват като градивните елементи на живота. Тези аминокиселини се използват при образуването на протеини, които контролират повечето от биохимичните процеси в нашето тяло. Милър буквално създава от нулата двата най-важни компонента на живия организъм.

През 1953 г. резултатите от експеримента са публикувани в престижното списание Science. Юри, в почтен, макар и нехарактерен за учен на неговата епоха, премахна името си от титлата, оставяйки цялата слава на Милър. Въпреки това изследването обикновено се нарича "Експериментът на Милър-Юри".

Значение на експеримента на Милър-Юри

„Стойността на експеримента Милър-Юри е, че той показва, че дори в проста атмосфера могат да се образуват много биологични молекули“, казва Джон Съдърланд, учен от Лабораторията по молекулярна биология в Кеймбридж.

Не всички подробности от експеримента са точни, както се оказа по-късно. Всъщност изследванията показват, че в ранната земна атмосфера е имало и други газове. Но това не омаловажава значението на експеримента.

„Това беше забележителен експеримент, който плени въображението на мнозина и затова все още се споменава до ден днешен“, казва Съдърланд.

В светлината на експеримента на Милър много учени започнаха да търсят начини за създаване на прости биологични молекули от нулата. Отговорът на въпроса „Как е започнал животът на Земята?“ изглеждаше много близо.

Но след това се оказа, че животът е много по-сложен, отколкото можете да си представите. Живите клетки, както се оказа, не са просто набор от химически съединения, а сложни малки механизми. Изведнъж създаването на живи клетки от нулата се превърна в много по-голям проблем, отколкото учените очакваха.

Изследване на гени и ДНК

В началото на 50-те години на 20-ти век учените вече са се отдалечили от идеята, че животът е дар от боговете.

Вместо това те започнаха да изучават възможността за спонтанен и естествен произход на живота на ранната Земя - и благодарение на забележителния експеримент на Стенли Милър започнаха да се появяват доказателства за тази идея.

Докато Милър се опитваше да създаде живот от нулата, други учени разбраха от какво са направени гените.

До този момент повечето биологични молекули вече са били проучени. Те включват захар, мазнини, протеини и нуклеинови киселини като „дезоксирибонуклеинова киселина“ – известна още като ДНК.

Днес всеки знае, че ДНК съдържа нашите гени, но за биолозите през 50-те години това е истински шок.

Протеините имат по-сложна структура, поради което учените смятат, че генната информация се съдържа в тях.

Теорията е развенчана през 1952 г. от учените от Института Карнеги Алфред Хърши и Марта Чейс. Те изследвали прости вируси, съставени от протеин и ДНК, които се възпроизвеждат чрез заразяване на други бактерии. Учените са открили, че вирусната ДНК, а не протеинът, прониква в бактериите. От това се заключава, че ДНК е генетичният материал.

Откритието на Хърши и Чейс беше началото на надпревара за изследване на структурата на ДНК и как тя работи.

Марта Чейс и Алфред Хърши откриха, че ДНК носи генетична информация.

Спиралната структура на ДНК е едно от най-важните открития на 20 век.

Франсис Крик и Джеймс Уотсън от университета в Кеймбридж бяха първите, които предложиха решение, не без подценяваната помощ на колегата им Розалинд Франклин. Това се случи година след експериментите на Хърши и Чейс.

Тяхното откритие се превърна в едно от най-важните през 20 век. Това откритие промени начина, по който гледаме на произхода на живота, разкривайки невероятно сложната структура на живите клетки.

Уотсън и Крик откриха, че ДНК е двойна спирала (двоен винт), която прилича на извита стълба. Всеки от двата „полюса“ на тази стълба е изграден от молекули, наречени нуклеотиди.

Тази структура изяснява как клетките копират своята ДНК. С други думи, става ясно как родителите предават копия на своите гени на децата.

Важно е да се разбере, че двойната спирала може да бъде "развързана". Това ще отвори достъп до генетичния код, който се състои от последователност от генетични бази (A, T, C и G), обикновено съдържащи се в "стъпалата" на ДНК стълбата. Всяка нишка след това се използва като шаблон за създаване на копие на другата.

Този механизъм позволява гените да се наследяват от самото начало на живота. Вашите собствени гени в крайна сметка идват от древна бактерия - и всеки от тях е предаден чрез същия механизъм, който Крик и Уотсън откриха.

За първи път една от най-тайните тайни на живота беше разкрита пред обществеността.

Структура на ДНК: 2 гръбнака (антипаралелни вериги) и двойки нуклеотиди.

ДНК предизвикателство

Както се оказа, ДНК има само една задача. Вашата ДНК казва на клетките в тялото ви как да произвеждат протеини (протеини), молекули, които изпълняват много важни задачи.

Без протеин не бихте могли да смилате храната си, сърцето ви ще спре да бие и дишането ви ще спре.

Но пресъздаването на процеса на образуване на протеини с ДНК всъщност се оказа трудна задача. Всеки, който се опитваше да обясни произхода на живота, просто не можеше да разбере как нещо толкова сложно може да се появи и развие от само себе си.

Всеки протеин по същество е дълга верига от аминокиселини, вплетени заедно в определен ред. Този ред определя триизмерната форма на протеина и оттам неговата цел.

Тази информация е кодирана в базовата последователност на ДНК. Така че, когато една клетка трябва да произведе определен протеин, тя чете съответния ген в ДНК, за да изгради дадената последователност от аминокиселини.

Какво е РНК?

Има едно предупреждение в процеса на използване на ДНК от клетките.

• ДНК е най-ценният ресурс на клетката. Следователно клетките предпочитат да не се позовават на ДНК при всяко действие.
• Вместо това клетките копират информация от ДНК в малки молекули на друго вещество, наречено РНК (рибонуклеинова киселина).
• РНК е подобна на ДНК, но има само една верига.

Ако направим аналогия между ДНК и библиотечна книга, тогава РНК тук ще изглежда като страница с резюме на книгата.

Процесът на преобразуване на информация чрез верига от РНК в протеин се извършва от много сложна молекула, наречена рибозома.

Този процес протича във всяка жива клетка, дори и в най-простите бактерии. То е толкова важно за живота, колкото храната и дишането.

По този начин всяко обяснение на появата на живота трябва да показва как се е появило сложното трио и как е започнало да работи, което включва ДНК, РНК и рибозоми.

Разлика между ДНК и РНК.

Всичко е много по-сложно

Теориите на Опарин и Халдейн сега изглеждаха наивни и прости, докато експериментът на Милър, който създаде няколко аминокиселини, необходими за образуването на протеин, изглеждаше аматьорски. По дългото пътуване към създаването на живота неговите изследвания, колкото и да са плодотворни, очевидно са само първата стъпка.

„ДНК кара РНК да произвежда протеини, всичко това в затворена торба с химикали“, казва Джон Съдърланд. „Гледаш го и се удивляваш колко е трудно. Какво можем да направим, за да намерим органично съединение, което ще направи всичко това наведнъж?“

Може би животът е започнал с РНК?

Първият, който отговори на този въпрос, беше британски химик на име Лесли Оргел. Той беше един от първите, които видяха модела на ДНК, създаден от Крик и Уотсън, а по-късно помогна на НАСА като част от програмата Viking, по време на която спускаемите апарати бяха изпратени на Марс.

Оргел възнамеряваше да опрости задачата. През 1968 г., подкрепен от Крик, той предполага, че първите живи клетки не съдържат нито протеини, нито ДНК. Напротив, те почти изцяло се състоят от РНК. В този случай първичните РНК молекули трябва да са били универсални. Например, те трябваше да направят копия на себе си, вероятно използвайки същия механизъм за сдвояване като ДНК.

Идеята, че животът започва с РНК, оказа невероятно влияние върху всички бъдещи изследвания. И стана причина за ожесточени дебати в научната общност, които не са стихнали и до днес.

Приемайки, че животът е започнал с РНК и някакъв друг елемент, Оргел предполага, че един от най-важните аспекти на живота - способността да се самовъзпроизвежда - се е появил по-рано от други. Можем да кажем, че той мислеше не само за това как се е появил животът, но говори за самата същност на живота.

Много биолози се съгласиха с идеята на Оргел, че "възпроизвеждането е първото". В еволюционната теория на Дарвин способността за размножаване е на преден план: това е единственият начин организмът да „спечели“ тази надпревара – тоест да остави след себе си много деца.

Лесли Оргел излага идеята, че първите клетки са функционирали на базата на РНК.

Разделяне на 3 лагера

Но животът се характеризира и с други характеристики, които са също толкова важни.

Най-очевидният от тях е метаболизмът: способността да се абсорбира енергия от околната среда и да се използва за оцеляване.

За много биолози метаболизмът е определящата характеристика на живота, а способността за възпроизвеждане е на второ място.

И така, от 60-те години на миналия век учените, борещи се с мистерията за произхода на живота, започнаха да се разделят на 2 лагера.

„Първият твърдеше, че метаболизмът идва преди генетиката, вторият беше на противоположното мнение“, обяснява Съдърланд.

Имаше и трета група, която твърдеше, че първо трябва да има контейнер за ключови молекули, който да не им позволи да се разпаднат.

„Разпределението трябва да е на първо място, защото без него клетъчният метаболизъм би бил безсмислен“, обяснява Съдърланд.

С други думи, една клетка трябва да е била в началото на живота, както вече бяха подчертали Опарин и Халдейн няколко десетилетия по-рано, и може би тази клетка трябва да е била покрита с прости мазнини и липиди.

Всяка една от трите идеи придоби своите привърженици и оцеля до днес. Учените понякога забравяха за хладнокръвния професионализъм и сляпо подкрепяха една от трите идеи.

В резултат на това научните конференции по този въпрос често бяха придружени от скандали, а журналистите, отразяващи тези събития, често чуваха жестоки отзиви на учени от един лагер за работата на колегите си от другите два.

Благодарение на Оргел, идеята, че животът е започнал с РНК, доближи обществеността една стъпка по-близо до пъзела.

И през 80-те години на миналия век се случи зашеметяващо откритие, което всъщност потвърди хипотезата на Оргел.

Какво дойде първо: контейнер, метаболизъм или генетика?

И така, в края на 60-те години на миналия век, в търсене на отговор на мистерията за произхода на живота на планетата, учените бяха разделени на 3 лагера.

1. Първите бяха сигурни, че животът започва с образуването на примитивни версии на биологични клетки.
2. Вторият смята, че първата и ключова стъпка е метаболитната система.
3. Трети пък се фокусират върху важността на генетиката и репродукцията (репликацията).

Този трети лагер се опитваше да разбере как може да е изглеждал първият репликатор, имайки предвид идеята, че репликаторът трябва да е направен от РНК.

Много лица на РНК

До 60-те години на миналия век учените имаха достатъчно основания да вярват, че РНК е източникът на целия живот.

Тези причини включват факта, че РНК може да прави неща, които ДНК не може.

Тъй като е едноверижна молекула, РНК може да се огъва в различни форми, което не е възможно с твърдата двойноверижна ДНК.

РНК, която се сгъваше като оригами, силно приличаше на протеини в поведението си. В крайна сметка протеините са по същество същите дълги вериги, но състоящи се от аминокиселини, а не от нуклеотиди, което им позволява да създават по-сложни структури.

Това е ключът към най-удивителната способност на протеините. Някои протеини могат да ускорят или "катализират" химични реакции. Тези протеини се наричат ​​ензими.

Например, човешките черва съдържат много ензими, които разграждат сложните хранителни молекули на прости (като захар) - тоест тези, които се използват допълнително от нашите клетки. Би било просто невъзможно да живеем без ензими. Например неотдавнашната смърт на полубрата на корейския лидер на малайзийското летище се дължи на факта, че в тялото му е спрял да функционира ензим (ензим), чието действие потиска нервния реагент VX - в резултат на това, дихателната система е парализирана и човек умира в рамките на няколко минути. Ензимите са толкова важни за функционирането на нашето тяло.

Лесли Оргел и Франсис Крик излагат друга хипотеза. Ако РНК можеше да се сгъва като протеините, можеше ли да образува и ензими?

Ако това се окаже така, тогава РНК може да бъде оригиналната и много гъвкава жива молекула, която съхранява информация (както прави ДНК) и катализира реакции, както правят някои протеини.

Идеята беше интересна, но през следващите 10 години доказателства в нейна подкрепа така и не бяха намерени.

РНК ензими

Томас Чек е роден и израснал в Айова. Още като дете неговата страст са били камъните и минералите. И още в гимназията той беше редовен гост на местните геолози от университета, които му показаха модели на минерални структури. В крайна сметка той става биохимик, фокусирайки се върху изучаването на РНК.

В началото на 80-те години Чек и колеги от Университета на Колорадо в Боулдър изучават едноклетъчен организъм, наречен Tetrahymena thermophile. Част от този клетъчен организъм включваше нишки от РНК. Чек забеляза, че понякога един от сегментите на РНК се отделя от другите, сякаш е бил разделен с ножица.

Когато екипът му елиминира всички ензими и други молекули, които биха могли да действат като молекулярни ножици, РНК продължава да изолира този сегмент. По същото време е открит първият РНК ензим: малък сегмент от РНК, който може независимо да се отдели от голямата верига, към която е бил прикрепен.

Тъй като двата РНК ензима бяха открити сравнително бързо, учените предположиха, че всъщност може да има много повече. Сега все повече и повече доказателства са в полза на факта, че животът е започнал с РНК.

Томас Чек открива първия РНК ензим.

РНК свят

Уолтър Гилбърт е първият, който дава име на тази концепция.

Като физик, внезапно проявяващ интерес към молекулярната биология, Гилбърт е един от първите, които защитават теорията за секвенирането на човешкия геном.

В статия от 1986 г. в Nature, Гилбърт предполага, че животът е започнал в така наречения "РНК свят".

Първият етап от еволюцията, според Гилбърт, се състои от "процес, в който молекулите на РНК действат като катализатори, сглобявайки се в супа от нуклеотиди."

Чрез копиране и поставяне на различни РНК фрагменти в обща верига, РНК молекулите създават по-полезни вериги на базата на съществуващите. В крайна сметка дойде моментът, когато се научиха как да създават протеини и протеинови ензими, които се оказаха много по-полезни от РНК версиите, до голяма степен ги заместиха и дадоха началото на живота, който виждаме днес.

RNA World е доста изящен начин за създаване на сложни живи организми от нулата.

В тази концепция не е необходимо да се разчита на едновременното образуване на десетки биологични молекули в „първоначалната супа“, достатъчно е само една молекула, с която всичко започна.

Доказателство

През 2000 г. хипотезата за "РНК света" получи солидни доказателства.

Томас Щайц прекарва 30 години в изучаване на структурите на молекулите в живите клетки. През 90-те години той се заема с основното изследване на живота си: изследване на структурата на рибозомата.

Всяка жива клетка има рибозома. Тази голяма молекула чете инструкции от РНК и събира аминокиселини, за да направи протеини. Рибозомите в човешките клетки покриват почти всяка част от тялото.

По това време вече е известно, че рибозомата съдържа РНК. Но през 2000 г. екипът на Steitz представи подробен модел на структурата на рибозомата, в който РНК се появява като каталитично ядро ​​на рибозомата.

Това откритие беше сериозно, особено като се има предвид колко древна и фундаментално важна за живота се смяташе рибозомата. Фактът, че такъв важен механизъм се основава на РНК, прави теорията за "РНК света" много по-правдоподобна в научните среди. Поддръжниците на концепцията за света на РНК се зарадваха най-много и Щайц получи Нобелова награда през 2009 г.

Но след това учените започнаха да се съмняват.

Проблеми на теорията за “РНК света”.

Теорията за света на РНК първоначално имаше два проблема.

Първо, може ли РНК действително да изпълнява всички жизненоважни функции? И може ли да се е образувал в условията на ранната Земя?

Изминаха 30 години, откакто Гилбърт създаде теорията за "РНК света" и все още нямаме убедителни доказателства, че РНК наистина е способна на всичко, което е описано в теорията. Да, това е невероятно функционална молекула, но дали една РНК е достатъчна за всички функции, които й се приписват?

Едно несъответствие привлече вниманието ми. Ако животът е започнал с РНК молекула, тогава РНК може да създава свои копия или реплики.

Но нито една от всички известни РНК няма тази способност. За да се създаде точно копие на РНК или ДНК фрагмент, са необходими много ензими и други молекули.

Затова в края на 80-те години група биолози започнаха доста отчаяни изследвания. Те се заели да създадат РНК, способна да се самовъзпроизвежда.

Опит за създаване на самовъзпроизвеждаща се РНК

Джак Шостак от медицинското училище в Харвард беше първият от тези изследователи. От ранна детска възраст той беше толкова запален по химията, че дори превърна мазето си в лаборатория. Той се отнасяше с пренебрежение към безопасността си, което веднъж доведе до експлозия, която прикова стъклена крушка към тавана.

В началото на 80-те години Шостак демонстрира как човешките гени се предпазват от процеса на стареене. Това ранно изследване по-късно ще го доведе до Нобелова награда.

Но скоро се влюбва в изследванията на Чек върху РНК ензимите. „Мисля, че това е невероятна работа“, казва Шостак. „По принцип е много вероятно РНК да служи като катализатор за създаване на копия на себе си.“

През 1988 г. Чек открива РНК ензим, способен да образува малка РНК молекула с дължина 10 нуклеотида.

Шостак решава да отиде по-далеч и да създаде нови РНК ензими в лабораторията. Неговият екип създаде набор от произволни последователности и тества всяка от тях, за да намери поне една, която има способността на катализатор. След това последователностите се промениха и тестът продължи.

След 10 опита Шостак успява да създаде ензима РНК, който в ролята на катализатор ускорява реакцията 7 милиона пъти по-бързо, отколкото това се случва в естествена среда.

Екипът на Шостак доказа, че РНК ензимите могат да бъдат изключително мощни. Но техният ензим не можеше да създаде свои собствени реплики. Това беше задънена улица за Шостак.

Ензим R18

През 2001 г. следващият пробив е направен от бивш студент на Шостак, Дейвид Бартел от Масачузетския технологичен институт в Кеймбридж.

Бартел създаде РНК ензим, наречен R18, който може да добави нови нуклеотиди към РНК верига въз основа на съществуващи.

С други думи, ензимът не просто добавя произволни нуклеотиди, но точно копира последователността.

Самовъзпроизвеждащите се молекули бяха все още далече, но посоката беше правилна.

Ензимът R18 се състои от верига, която включва 189 нуклеотида и може да добави още 11 към нея - тоест 6% от дължината си. Изследователите се надяват, че след още няколко експеримента тези 6% могат да бъдат превърнати в 100%.

Най-успешен в тази област е Филип Холигер от Лабораторията по молекулярна биология в Кеймбридж. През 2011 г. неговият екип модифицира ензима R18, създавайки ензима tC19Z, който може да копира последователност от до 95 нуклеотида. Това беше 48% от дължината му - повече от R18, но очевидно не необходимите 100%.

Джералд Джойс и Трейси Линкълн от изследователския институт Scripps в La Jolla представиха алтернативен подход към проблема. През 2009 г. те създадоха РНК ензим, който създава своя собствена реплика индиректно.

Техният ензим комбинира две къси части от РНК и създава друг ензим. Това от своя страна комбинира два други РНК фрагмента, за да пресъздаде оригиналния ензим.

Като се имат предвид суровините, този прост цикъл може да продължи безкрайно дълго. Но ензимите работят правилно само ако правилните нишки на РНК, създадени от Джойс и Линкълн, са на мястото си.

За много учени, които са скептични относно идеята за "РНК свят", липсата на независима репликация на РНК е основната причина за скептицизъм. РНК просто не се справя със задачата да бъде създател на целия живот.

Не добавяйте оптимизъм и неуспехът на химиците да създадат РНК от нулата. И въпреки че РНК е много по-проста молекула от ДНК, създаването й се оказа невероятно предизвикателство.

Първите клетки най-вероятно са се умножили чрез делене.

Проблемът е захарта

Всичко е свързано със захарта, присъстваща във всеки нуклеотид и гръбнака на нуклеотида. Възможно е да ги създадете отделно, но не е възможно да ги свържете заедно.

В началото на 90-те години този проблем вече е очевиден. Тя убеди много биолози, че хипотезата за света на РНК, колкото и привлекателна да изглежда, все още остава само хипотеза.

• Може би друга молекула първоначално е съществувала на ранната Земя: по-проста от РНК и способна да се сглоби от „първоначалната супа“ и по-късно да започне да се самовъзпроизвежда.
• Може би тази молекула е първата, а след нея се появяват РНК, ДНК и други.

Полиамидна нуклеинова киселина (PNA)

През 1991 г. Питър Нилсен от университета в Копенхаген в Дания изглежда е намерил подходящ кандидат за ролята на първичен репликатор.

Всъщност това беше значително подобрена версия на ДНК. Нилсен остави основата непроменена - стандартните A, T, C и G - но вместо захарни молекули той използва молекули, наречени полиамиди.

Той нарече получената молекула полиамидна нуклеинова киселина или PNA. С течение на времето обаче декодирането на съкращението по някаква причина се превърна в „пептидна нуклеинова киселина“.

PNA не се среща в природата. Но поведението му силно наподобява това на ДНК. PNA верига може дори да замести верига в ДНК молекула и базите се сдвояват както обикновено. Освен това PNA може да има двойна спирала като ДНК.

Стенли Милър беше заинтригуван. С дълбок скептицизъм по отношение на концепцията за "РНК свят", той вярва, че PNA е по-подходяща за ролята на първия генетичен материал.

През 2000 г. той подкрепи мнението си с доказателства. По това време той вече беше на 70 години и имаше няколко инсулта, след които можеше да попадне в старчески дом, но нямаше да се откаже.

Милър повтори класическия си експеримент, описан по-рано, този път използвайки метан, азот, амоняк и вода, и завърши с полиамидна основа на PNA.

От това следва, че на ранната Земя е възможно да е имало условия за появата на PNA, за разлика от RNA.

PNA се държи като ДНК.

Нуклеинова киселина треоза (TNA)

Междувременно други химици са създали свои собствени нуклеинови киселини.

През 2000 г. Алберт Ешенмозер създава нуклеиновата киселина треоза (TNA).

Всъщност това беше същата ДНК, но с различен тип захар в основата. Веригите на TNC могат да образуват двойна спирала и информацията може да се прехвърля от РНК към TNC и обратно.

Освен това, TNA може също да образува сложни форми, включително формата на протеин. Това намекна, че TNA може да действа като ензим, точно като РНК.

Гликолова нуклеинова киселина (GNA)

През 2005 г. Ерик Мегерс създаде гликолова нуклеинова киселина, която също може да образува спирала.

Всяка от тези нуклеинови киселини имаше своите поддръжници: обикновено създателите на самите киселини.

Но в природата няма следа от такива нуклеинови киселини, така че дори да приемем, че те са били използвани от първия живот, тогава на някакъв етап е трябвало да ги изостави в полза на РНК и ДНК.

Звучи правдоподобно, но не е подкрепено с доказателства.

Идеята беше добра, но...

Така до средата на първото десетилетие на 21 век привържениците на концепцията за "РНК света" се оказаха в трудна позиция.

От една страна, РНК ензимите съществуват в природата и включват един от най-важните фрагменти на биологичните механизми - рибозомата. Това не е зле.

Но, от друга страна, в природата не е открита самовъзпроизвеждаща се РНК и никой не е успял да обясни как точно се е образувала РНК в „първоначалната супа“. Последното може да се обясни с алтернативни нуклеинови киселини, но те вече (или никога) не са съществували в природата. Това е лошо.

Присъдата за цялата концепция на RNA World беше ясна: концепцията е добра, но не е изчерпателна.

Междувременно, от средата на 80-те години, бавно се развива друга теория. Поддръжниците му твърдяха, че животът не започва с РНК, ДНК или друга генетична субстанция. Според тях животът е възникнал като механизъм за използване на енергия.

Енергията на първо място?

И така, през годините учените, занимаващи се с произхода на живота, са се разделили на 3 лагера.

Представителите на първия са били убедени, че животът е започнал с молекула РНК, но не са успели да разберат как молекули РНК или подобни на РНК са успели спонтанно да се появят на ранната Земя и да започнат да се възпроизвеждат. Успехите на учените отначало се възхищаваха, но в крайна сметка изследователите стигнаха до застой. Въпреки това, дори когато тези изследвания бяха в разгара си, вече имаше хора, които бяха сигурни, че животът е възникнал съвсем различно.

Теорията за света на РНК се основава на проста идея: най-важната функция на един организъм е способността за размножаване. Повечето биолози са съгласни с това. Всички живи същества, от бактерии до сини китове, се стремят да се размножават.

Въпреки това, много изследователи на този въпрос не са съгласни, че репродуктивната функция е на първо място. Казват, че организмът трябва да стане самодостатъчен, преди да започне възпроизводството. Трябва да може да се запази жив. В крайна сметка не можете да имате деца, ако умрете първи.

Ние поддържаме живота с храна, докато растенията абсорбират енергия от слънчевата светлина.

Да, човекът, който с удоволствие яде сочен котлет, очевидно не е като вековен дъб, но всъщност и двамата абсорбират енергия.

Усвояването на енергия е в основата на живота.

Метаболизъм

Говорейки за енергията на живите същества, имаме работа с метаболизма.

1. Първият етап е получаване на енергия, например от богати на енергия вещества (например захар).
2. Второто е използването на енергия за изграждане на полезни клетки в тялото.

Процесът на използване на енергията е изключително важен и много изследователи смятат, че именно той е станал началото на живота.

Но как биха могли да изглеждат организмите само с една метаболитна функция?

Първото и най-влиятелно предложение е направено от Гюнтер Вахтерсхаузер в края на 80-те години. По професия той беше патентен адвокат, но имаше прилични познания по химия.

Вахтерсхаузер предположи, че първите организми "са били поразително различни от всичко, което познаваме". Те не са били съставени от клетки. Те не са имали ензими, ДНК или РНК.

За по-голяма яснота Вахтерсхаузер описва потока от гореща вода, изтичаща от вулкана. Водата е наситена с вулканични газове като амоняк и съдържа частици от минерали от центъра на вулкана.

На местата, където потокът течеше през скалите, започнаха химически реакции. Съдържащите се във водата метали допринесоха за създаването на големи органични съединения от по-прости.

метаболитен цикъл

Повратната точка е създаването на първия метаболитен цикъл.

В хода на този процес едно химично вещество се превръща в няколко други и така нататък, докато накрая всичко се свежда до пресъздаване на първото вещество.

По време на процеса цялата система, участваща в метаболизма, натрупва енергия, която може да се използва за рестартиране на цикъла или за стартиране на нов процес.

Всичко останало, с което са надарени съвременните организми (ДНК, клетки, мозък), се е появило по-късно, освен това на базата на тези химични цикли.

Метаболитните цикли не са много подобни на живота. Затова Вахтерсхаузер нарече своите изобретения „организми-предшественици“ и написа, че те „едва ли могат да се нарекат живи“.

Но метаболитните цикли, описани от Wachtershauser, винаги са в центъра на всеки жив организъм.

Вашите клетки всъщност са микроскопични фабрики, които непрекъснато разграждат едно вещество в друго.

Метаболитните цикли, макар и механични, са основни за живота.

Последните две десетилетия на 20 век Вахтерсхаузер посвещава на своята теория, разработвайки я в детайли. Той описа кои минерали биха били най-подходящи и какви химически цикли могат да се осъществят. Аргументите му започнаха да печелят поддръжници.

Експериментално потвърждение

През 1977 г. екипът на Джак Корлис от Университета на Орегон направи гмуркане във водите на източния Тихи океан на дълбочина 2,5 километра (1,5 мили). Учените изследвали горещия извор на Галапагос на място, където скални хребети се издигат от дъното. Известно е, че хребетите първоначално са били вулканично активни.

Корлис установи, че хребетите са практически осеяни с горещи извори. Гореща и натоварена с химикали вода се издигаше изпод морското дъно и изтичаше през дупки в скалите.

Удивително е, че тези „хидротермални отвори“ са били гъсто населени със странни същества. Това бяха огромни мекотели от няколко вида, миди и пръстеновидни.

Водата също беше пълна с бактерии. Всички тези организми са живели с енергия от хидротермални извори.

Откриването на хидротермални извори даде на Корлис отлична репутация. Това също го накара да се замисли.

Хидротермалните отвори в океана осигуряват живот на днешните организми. Може би те са станали неговият основен източник?

хидротермални отвори

През 1981 г. Джак Корлис предположи, че такива отвори са съществували на Земята преди 4 милиарда години и около тях е възникнал животът. Той посвети цялата си кариера на развитието на тази идея.

Корлис предположи, че хидротермалните отвори могат да създадат смес от химикали. Всеки отдушник, твърди той, е един вид пулверизатор на „първична супа“.

• Докато горещата вода течеше през скалите, топлината и налягането принудиха най-простите органични съединения да се превърнат в по-сложни, като аминокиселини, нуклеотиди и захар.
• По-близо до изхода към океана, където водата вече не беше толкова гореща, те започнаха да образуват вериги, образувайки въглехидрати, протеини и нуклеотиди като ДНК.
• След това, вече в самия океан, където водата се охлади значително, тези молекули се събраха в прости клетки.

Теорията звучеше разумно и привлече вниманието.

Но Стенли Милър, чийто експеримент беше обсъден по-рано, не сподели ентусиазма. През 1988 г. той пише, че отворите са твърде горещи, за да се образува живот в тях.

Теорията на Корлис беше, че екстремните температури могат да предизвикат образуването на вещества като аминокиселини, но експериментите на Милър показаха, че те също могат да ги унищожат.

Ключови съединения като захарта могат да издържат най-много само няколко секунди.

Освен това тези прости молекули едва ли биха могли да образуват вериги, тъй като заобикалящата ги вода би ги разкъсала почти моментално.

Топло, още по-топло...

В този момент в дискусията се включи геологът Майк Ръсел. Той вярваше, че теорията за отдушниците пасва идеално на предположенията на Вахтерсхаузер за организмите-предшественици. Тези мисли го карат да създаде една от най-популярните теории за произхода на живота.

Младостта на Ръсел преминава в създаване на аспирин и изучаване на ценни минерали. И по време на възможно вулканично изригване през 60-те години той успешно координира план за реакция без опит зад гърба си. Но той се интересуваше от изучаването на промените на повърхността на Земята през различните епохи. Възможността да погледнете историята от гледна точка на геолог и формира своята теория за произхода на живота.

През 80-те години на миналия век той открива вкаменелости, показващи, че в древността е имало хидротермални извори, където температурата не е надвишавала 150 градуса по Целзий. Тези умерени температури, твърди той, могат да позволят на молекулите да издържат много по-дълго, отколкото Милър смяташе.

Нещо повече, има нещо любопитно във вкаменелостите на тези по-малко горещи отвори. Минерал, наречен пирит, състоящ се от желязо и сяра, под формата на тръби с дължина 1 милиметър.

В своята лаборатория Ръсел открива, че пиритът може да образува и сферични капчици. Той предполага, че първите сложни органични молекули са се образували именно в структурите на пирита.

Горе-долу по същото време Вахтерсхаузер започва да публикува своите теории, основани на факта, че водният поток, богат на химикали, взаимодейства с някакъв минерал. Той дори предположи, че този минерал може да бъде пирит.

2+2=?

Ръсел трябваше само да събере 2 и 2.

Той предположи, че организмите-предшественици на Wachtershauser са се образували в топли хидротермални отвори в дълбокото море, където може да са се образували пиритни структури. Ако Ръсел не греши, животът се заражда в морските дълбини и първо се появява метаболизмът.

Всичко това е изложено в статия на Ръсел, публикувана през 1993 г., 40 години след класическия експеримент на Милър.

Резонансът в пресата възникна много по-малко, но това не омаловажава значението на откритието. Ръсел комбинира две различни идеи (метаболитни цикли на Wachtershauser и хидротермални отвори на Corliss) в една доста завладяваща концепция.

Концепцията става още по-впечатляваща, когато Ръсел споделя идеите си за това как първите организми са усвоявали енергия. С други думи, той обясни как може да е работил техният метаболизъм. Неговата идея се основава на работата на един от забравените гении на съвременната наука.

„Нелепите“ експерименти на Мичъл

През 60-те години биохимикът Питър Мичъл е принуден да напусне университета в Единбург поради заболяване.

Той превърна имение в Корнуол в лична лаборатория. Откъснат от научната общност, той финансира работата си, като продава мляко от домашните си крави. Много биохимици, включително Лесли Оргел, чиито изследвания върху РНК бяха обсъдени по-рано, смятат работата на Мичъл за нелепа до крайност.

Близо две десетилетия по-късно Мичъл триумфира с Нобеловата награда за химия през 1978 г. Той никога не става известен, но идеите му могат да бъдат проследени във всеки учебник по биология.

Мичъл посвети живота си на изучаване как организмите използват енергията, която получават от храната. С други думи, интересуваше се как оставаме живи от секунда на секунда.

Британският биохимик Питър Мичъл получи Нобелова награда за химия за работата си върху механизма на синтеза на АТФ.

Как тялото съхранява енергия

Мичъл знаеше, че всички клетки съхраняват енергия в специфична молекула, аденозин трифосфат (АТФ). Важното е, че към аденозина е прикрепена верига от три фосфата. Необходима е много енергия, за да се прикрепи третият фосфат, който по-късно се съхранява в АТФ.

Когато една клетка се нуждае от енергия (например по време на мускулна контракция), тя отрязва третия фосфат от АТФ. Това превръща АТФ в аденозид дифосфат (ADP) и освобождава съхранената енергия.

Мичъл искаше да разбере как клетките успяха да създадат АТФ на първо място. Как са концентрирали достатъчно енергия в ADP, за да бъде прикрепен трети фосфат?

Мичъл знаеше, че ензимът, който произвежда АТФ, се намира върху мембраната. Той заключи, че клетката изпомпва заредени частици, наречени протони през мембраната, и следователно много протони могат да се видят от едната страна, докато почти няма от другата страна.

След това протоните се опитват да се върнат обратно в мембраната, за да запазят баланса от всяка страна, но те могат да стигнат само до ензима. Потокът от бързащи протони е това, което дава на ензима енергията, от която се нуждае, за да създаде АТФ.

Мичъл за първи път излезе с тази идея през 1961 г. През следващите 15 години той защитава теорията си от нападки, въпреки неопровержимите доказателства.

Днес е известно, че процесът, описан от Мичъл, е характерен за всяко живо същество на планетата. Това се случва във вашите клетки в момента. Подобно на ДНК, това е основна част от живота, какъвто го познаваме.

Животът се нуждаеше от естественото разделяне на протоните

Изграждайки своята теория за живота, Ръсел обръща внимание на разделението на протоните, показано от Мичъл: много протони от едната страна на мембраната и само няколко от другата.

Всички клетки се нуждаят от това разделяне на протони, за да съхраняват енергия.

Съвременните клетки създават това разделение чрез изпомпване на протони от мембраната, но има включена сложна молекулярна механика, която не може да се случи просто за една нощ.

Така че Ръсел направи друго логично заключение: животът се формира там, където има естествено разделяне на протоните.

Някъде близо до хидротермалните извори. Но отдушникът трябва да е от определен тип.

Ранната Земя е имала кисели морета, а киселата вода е просто наситена с протони. За да се разделят протоните, водата в хидротермалните извори трябва да е бедна на протони: с други думи, трябва да е алкална.

Хидротермалните отвори на Corliss не отговарят на това условие. Бяха не само твърде горещи, но и прекалено наситени с киселини.

Но през 2000 г. Дебора Кели от Вашингтонския университет откри първите алкални хидротермални отвори.

Д-р Дебора Кели.

Алкални и хладни хидротермални отвори

Кели с голяма трудност успя да стане учен. Баща й почина, когато тя беше в гимназията и тя трябваше да работи след лекции, за да плати за университетското си образование.

Но тя успя и по-късно се запали по идеята да изучава подводни вулкани и горещи хидротермални отвори. Страстта й към изучаването на вулкани и подводни горещи отвори я отвежда в сърцето на Атлантическия океан. Именно тук в дълбините имаше величествена планинска верига, издигаща се от океанското дъно.

На този хребет Кели откри мрежа от хидротермални отвори, които нарече „Изгубеният град“. Те не бяха като тези, които Корлис беше намерил.

От тях тече вода с температура 40-75 градуса по Целзий и с малко количество алкали. Карбонатните минерали от такава вода образуват стръмни бели колони, подобни на стълбове дим и издигащи се от дъното като органни тръби. Въпреки призрачния си и "призрачен" вид, тези стълбове всъщност са били дом на колонии от топли водни микроби.

Тези алкални отвори отговарят перфектно на теорията на Ръсел. Беше сигурен, че животът започва в отвори, подобни на тези в Изгубения град.

Но имаше един проблем. Като геолог Ръсел не е знаел достатъчно за биологичните клетки, за да направи теорията си възможно най-убедителна.

Най-изчерпателната теория за произхода на живота на Земята

За да преодолее проблемите на ограничените си познания, Ръсел се обедини с американския биолог Уилям Мартин. Противоречивият Мартин прекара по-голямата част от кариерата си в Германия.

През 2003 г. те представиха подобрена версия на ранната концепция на Russell. И може би тази теория за произхода на живота на Земята може да се нарече най-изчерпателната от всички съществуващи.

Благодарение на Кели те знаеха, че скалите на алкалните отвори са порести: те бяха осеяни с малки дупки, пълни с вода. Учените предполагат, че тези дупки са играли ролята на "клетки". Всеки от тях съдържа важни вещества, като минерали като пирит. Добавете естественото делене на протоните, осигурено от вентилационните отвори, и имате идеалното място да започнете метаболизма си.

Веднага след като животът започна да използва химическата енергия на водата от отворите, предположиха Ръсел и Мартин, той започна да създава молекули като РНК. В крайна сметка тя създаде своя собствена мембрана, превръщайки се в истинска клетка, и напусна порестата скала, отправяйки се към открити води.

Днес това е една от водещите хипотези за произхода на живота.

Последни открития

Тази теория получи силна подкрепа през юли 2016 г., когато Мартин публикува проучвания, които реконструират някои от характеристиките на „последния универсален общ предшественик“ (LCU). Това е условното име на организъм, съществувал преди милиарди години, който е дал началото на цялото разнообразие на съвременния живот.

Може вече да не можем да намерим вкаменелости от този организъм, но въз основа на всички налични данни можем да предположим как е изглеждал и какви характеристики е имал чрез изучаване на съвременни микроорганизми.

Точно това направи Мартин. Той изучава ДНК на 1930 съвременни микроорганизми и идентифицира 355 гена, които присъстват в почти всеки един от тях.

Може да се предположи, че тези 355 гена са били предавани от поколение на поколение, тъй като всички тези 1930 микроба са имали общ предшественик - вероятно от времето, когато PUOP все още е съществувал.

Сред тези гени имаше такива, които бяха отговорни за използването на разделянето на протоните, но не бяха отговорни за създаването на това разделение - точно както в теорията на Ръсел и Мартин.

Освен това изглежда, че PUOP може да се адаптира към вещества като метан, което предполага наличието на вулканично активна среда наоколо. Тоест хидротермален отвор.

Не толкова просто

Поддръжниците на идеята за света на РНК обаче откриха два проблема с концепцията на Ръсел-Мартин. Единият все още може потенциално да бъде коригиран, но другият може да означава крах на цялата теория.

Първият проблем е липсата на експериментални доказателства, че описаните от Ръсел и Мартин процеси наистина са се случили.

Да, учените са изградили теорията стъпка по стъпка, но нито една от стъпките все още не е възпроизведена в лабораторията.

„Привържениците на идеята за първичния външен вид репликацияредовно предоставят резултати от тестове“, казва Армен Мулкиджанян, експерт по произхода на живота. „Поддръжници на идеята за първичния външен вид метаболизъмте не го правят."

Но това може скоро да се промени благодарение на колегата на Мартин, Ник Лейн от Лондонския университетски колеж. Лейн проектира "реактор за произхода на живота", който ще симулира условията в алкален отвор. Той се надява да пресъздаде метаболитни цикли и може би дори РНК. Но е рано да се говори за това.

Вторият проблем е, че отворите са разположени дълбоко под водата. Както Милър посочи през 1988 г., молекули с дълга верига като РНК и протеини не могат да се образуват във вода без ензими, които да ги предпазят от разграждане.

За много изследователи този аргумент се превърна в решаващ.

„С опит в химията не можете да повярвате в теорията за дълбоководните отвори, защото познавате химията и разбирате, че всички тези молекули са несъвместими с водата“, казва Мулкиджанян.

Въпреки това Ръсел и неговите поддръжници не бързат да се откажат от идеите си.

Но през последното десетилетие на преден план излезе трети подход, придружен от поредица от изключително любопитни експерименти.

За разлика от теориите за "РНК света" и хидротермалните отвори, този подход, ако беше успешен, обещаваше немислимото - създаването на жива клетка от нулата.

Как да създадете клетка?

До началото на 21 век съществуват две водещи концепции за произхода на живота.

1. Поддръжници "РНК свят"твърди, че животът е започнал със самовъзпроизвеждаща се молекула.
2. Привържениците на същата теория за " първичен метаболизъм"създаде подробно разбиране за това как животът може да е възникнал в дълбоководни хидротермални отвори.

На преден план обаче излезе трета теория.

Всяко живо същество на Земята е изградено от клетки. Всяка клетка по същество е мека топка с твърда стена или „мембрана“.

Задачата на клетката е да съдържа всички жизненоважни елементи вътре. Ако външната стена е разкъсана, тогава вътрешностите ще се излеят и клетката наистина ще умре - като изкормен човек.

Външната стена на клетката е толкова важна, че някои учени смятат, че тя е трябвало да се появи първа. Те са сигурни, че теорията за "първичната генетика" и теорията за "първичния метаболизъм" са фундаментално погрешни.

Тяхната алтернатива, "първично разделяне", разчита предимно на работата на Пиер Луиджи Луизи от университета Roma Tre в Рим.

Протоклетъчната теория

Аргументите на Луизи са прости и убедителни. Как можете да си представите процес на метаболизъм или самовъзпроизвеждаща се РНК, където имате нужда от много вещества на едно място, ако все още няма контейнер, където молекулите да са безопасни?

Изводът от това е следният: има само една версия за произхода на живота.

По някакъв начин, в разгара на горещината и бурите на ранната Земя, някои суровини са образували примитивни клетки или „протоклетки“.

За да се докаже тази теория, е необходимо да се проведат експерименти в лабораторията - да се опитаме да създадем проста жива клетка.

Корените на идеите на Луизи се връщат към трудовете на съветския учен Александър Опарин, за който стана дума по-рано. Опарин подчерта, че някои вещества образуват мехурчета, т.нар коацервати, които могат да задържат други вещества в центъра си.

Луизи предполага, че тези коацервати са първите протоклетки.

Коацерватите може да са били първите протоклетки.

свят на липидите

Всяко мазно или маслено вещество образува мехурчета или филм върху водата. Тази група вещества се нарича липиди, а теорията, че те са дали началото на живота, се нарича „Липиден свят“.

Но само образуването на мехурчета не е достатъчно. Те трябва да са стабилни, да могат да се делят, за да създадат „дъщерни“ мехурчета, и да имат поне някакъв контрол върху потока на веществата в и от тях – всичко това без протеините, които отговарят за тези функции в съвременните клетки.

Така че беше необходимо да се създадат протоклетки от правилните материали. Точно това прави Луизи в продължение на няколко десетилетия, но не представя нищо убедително.

Протоклетка с РНК

Тогава през 1994 г. Луизи направи смело предложение. Според него първите протоклетки трябва да са съдържали РНК. Освен това, тази РНК трябваше да може да се възпроизвежда вътре в протоклетката.

Това предположение означаваше отхвърляне на чистото „първично разделяне“, но Луизи имаше добра причина да го направи.

Клетка с външна стена, но без гени вътре, беше лишена от много функции. Тя трябваше да може да се дели на дъщерни клетки, но не можеше да прехвърли информация за себе си на своето потомство. Една клетка може да започне да се развива и да стане по-сложна само ако има поне няколко гена.

Теорията скоро спечели солиден поддръжник в Джак Шостак, чиято работа върху хипотезата за света на РНК беше обсъдена по-рано. В продължение на много години тези учени бяха от различни страни на научната общност - Луизи подкрепяше идеята за "първична компартментализация", а Шостак - "първична генетика".

„На конференции за произхода на живота винаги влизахме в дълги дебати за това кое е по-важно и кое е на първо място“, спомня си Шостак. „В крайна сметка разбрахме, че клетките се нуждаят и от двете. Стигнахме до извода, че без компартментализацията и генетичната система, първият живот не би могъл да се формира.

През 2001 г. Шостак и Луизи обединяват усилията си и продължават изследванията си. В статия в списание Nature те твърдят, че за да се създаде жива клетка от нулата, е необходимо да се постави самовъзпроизвеждаща се РНК в обикновена капка мазнина.

Идеята беше смела и скоро Шостак се посвети изцяло на нейното изпълнение. Правилно отсъждайки, че „е невъзможно да се нарисува теория без практически доказателства“, той решава да започне експерименти с протоклетки.

Везикули

Две години по-късно Шостак и двама колеги обявиха голям научен пробив.

Експериментите са проведени върху везикули: сферични капки с два слоя мастни киселини отвън и течно ядро ​​вътре.

В опит да ускорят създаването на везикули, учените добавиха частици от глинен минерал, наречен монтморилонит. Това ускорява образуването на везикули 100 пъти. Повърхността на глината служи като катализатор, като по същество изпълнява задачата на ензима.

Освен това везикулите могат да абсорбират както частици монтморилонит, така и вериги на РНК от повърхността на глината.

Чрез простото добавяне на глина, протоклетките в крайна сметка съдържат както гените, така и катализатора.

Решението да се добави монтморилонит не беше без причина. Десетилетия изследвания показват, че монтморилонитът и други глинести минерали са били много важни за произхода на живота.

Монтморилонитът е обикновена глина. Сега той се използва широко в ежедневието, например като пълнител за котешка тоалетна. Образува се от разцепването на вулканична пепел под въздействието на климатичните условия. Тъй като на ранната Земя е имало много вулкани, логично е да се предположи, че монтморилонитът е бил в изобилие.

През 1986 г. химикът Джеймс Ферис доказа, че монтморилонитът е катализатор, който насърчава образуването на органични молекули. По-късно той също открива, че този минерал ускорява образуването на малки РНК.

Това накара Ферис да повярва, че невзрачната глина някога е била родното място на живота. Шостак подхвана тази идея и използва монтморилонит, за да създаде протоклетки.

Образуването на везикули с участието на глина се случи стотици пъти по-бързо.

Развитие и делене на протоклетките

Година по-късно екипът на Szostak откри, че техните протоклетки растат сами.

Тъй като нови РНК молекули бяха добавени към протоклетката, външната стена увисна под нарастващия натиск. Изглеждаше така, сякаш протоклетката е напълнила стомаха си и е на път да се пръсне.

За да компенсират налягането, протоклетките избраха най-много мастни киселини и ги вградиха в стената, така че да могат безопасно да продължат да се надуват до големи размери.

Но важното е, че мастните киселини са взети от други протоклетки с по-малко съдържание на РНК, което ги е накарало да се свият. Това означава, че протоклетките се състезават и тези, които съдържат повече РНК, печелят.

Това доведе до впечатляващи заключения. Ако протоклетките можеха да растат, биха ли могли да се делят? Ще успее ли Шостак да принуди протоклетките да се възпроизвеждат сами?

Първите експерименти на Шостак показаха един от начините за разделяне на протоклетките. Когато протоклетките бяха избутани през малки дупки, те се свиха във формата на тубули, които след това се разделиха на "дъщерни" протоклетки.

Това беше готино, защото в процеса не участваха клетъчни механизми, а само обикновен механичен натиск.

Но имаше и недостатъци, тъй като в хода на експеримента протоклетките загубиха част от съдържанието си. Оказа се също, че първите клетки могат да се делят само под натиска на външни сили, които биха ги избутали през тесни дупки.

Има много начини да принудите везикулите да се разделят, като например добавяне на мощна струя вода. Но беше необходимо да се намери начин, по който протоклетките да се делят, без да загубят съдържанието си.

Принцип на крушка

През 2009 г. Шостак и неговият ученик Тин Джу намират решение. Те създадоха малко по-сложни протоклетки с множество стени, малко като слоевете на лук. Въпреки очевидната сложност, беше доста лесно да се създадат такива протоклетки.

Докато Джу ги хранеше с мастни киселини, протоклетките нарастваха и променяха формата си, удължавайки се и придобивайки нишковидна форма. Когато една протоклетка стане достатъчно голяма, е необходима само малка сила, за да се разгради на малки дъщерни протоклетки.

Всяка дъщерна протоклетка съдържа РНК от родителската протоклетка и практически нищо от РНК не е загубено. Освен това, протоклетките могат да продължат този цикъл по-нататък - дъщерните протоклетки растат и се разделят сами.

В хода на по-нататъшни експерименти Джу и Шостак откриха начин да принудят протоклетките да се делят. Изглежда една част от проблема е решен.

Необходимостта от самовъзпроизвеждаща се РНК

Въпреки това, протоклетките все още не функционират правилно. Луизи видя протоклетките като носители на самовъзпроизвеждащи се РНК, но досега РНК бяха просто вътре и не повлияха на нищо.

За да демонстрира, че протоклетките наистина са били първият живот на Земята, Шостак трябваше да накара РНК да направи копия на себе си.

Задачата не беше лесна, тъй като десетилетията експерименти на учените, за които писахме по-рано, не доведоха до създаването на самовъзпроизвеждаща се РНК.

Самият Шостак се сблъсква със същия проблем в хода на ранната си работа върху теорията за света на РНК. Оттогава изглежда никой не го е разрешил.

Оргел прекарва 70-те и 80-те години в изучаване на принципа на копиране на РНК вериги.

Същността му е проста. Трябва да вземете една верига РНК и да я поставите в контейнер с нуклеотиди. След това използвайте тези нуклеотиди, за да създадете втора РНК верига, която ще допълни първата.

Например, РНК веригата на модела "CGC" ще образува допълнителна верига на модела "GCG". Следващото копие ще пресъздаде оригиналната верига "CGC".

Оргел забеляза, че при определени условия нишките на РНК се копират по този начин без помощта на ензими. Възможно е първият живот да е копирал гените си по този начин.

До 1987 г. Orgel може да създаде допълнителни 14 нуклеотидни вериги в РНК вериги, които също са с дължина 14 нуклеотида.

Липсващ елемент

Адамала и Шостак установиха, че за реакцията е необходим магнезий. Това беше проблематично, защото магнезият разрушаваше протоклетките. Но имаше изход: използвайте цитрат, който е почти идентичен с лимонената киселина, открита в лимоните и портокалите, и която присъства във всяка жива клетка.

В статия, публикувана през 2013 г., Адамала и Шостак описват проучване, в което цитратът е добавен към протоклетките, припокривайки се с магнезий и защитавайки протоклетките, без да пречи на верижното копиране.

С други думи, те постигнаха това, за което Луизи говори през 1994 г. „Задействахме самовъзпроизвеждането на РНК във везикулите на мастни киселини“, казва Шостак.

Само за десет години изследвания екипът на Шостак постигна невероятни резултати.

• Учените са създали протоклетки, които запазват своите гени, докато абсорбират полезни молекули от околната среда.
• Протоклетките могат да растат и да се делят и дори да се конкурират помежду си.
• Те съдържат РНК, които се репликират.
• Във всички отношения създадените в лаборатория протоклетки удивително приличат на живота.

Те също бяха издръжливи. През 2008 г. екипът на Szostak откри, че протоклетките могат да оцелеят при температури до 100 градуса по Целзий, температурата, при която повечето съвременни клетки умират. Това само засили убеждението, че протоклетките са подобни на първия живот, който трябваше по някакъв начин да оцелее в условията на постоянни метеорни дъждове.

„Успехите на Шостак са впечатляващи“, казва Армен Мулкиджанян.

На пръв поглед обаче подходът на Шостак е много различен от други изследвания за произхода на живота, които се провеждат през последните 40 години. Вместо да се фокусира върху „първично самовъзпроизвеждане“ или „първично разделяне“, той намери начин да комбинира тези теории.

Това беше причината за създаването на нов единен подход към изследването на въпроса за произхода на живота на Земята.

Този подход предполага, че първият живот не е имал характеристика, която се е появила преди другите. Идеята за „първичен набор от характеристики“ вече има много практически доказателства и може хипотетично да реши всички проблеми на съществуващите теории.

велико обединение

В търсене на отговор на въпроса за произхода на живота учените от 20 век са разделени на 3 лагера. Всеки се придържаше към собствените си хипотези и се изказа високо за работата на другите двама. Този подход със сигурност беше ефективен, но всеки от лагерите в крайна сметка се сблъска с неразрешими проблеми. Ето защо в наши дни няколко учени решиха да опитат единен подход към този проблем.

Идеята за обединение има своите корени в скорошно откритие, което доказва традиционната теория за „първичното самовъзпроизвеждане“ на „РНК света“, но само на пръв поглед.

През 2009 г. привържениците на теорията за "РНК света" се сблъскаха с голям проблем. Те не са могли да създадат нуклеотиди, градивните елементи на РНК, по начин, по който биха могли да се самосъздадат в ранните земни условия.

Както видяхме по-рано, това кара много изследователи да вярват, че първият живот изобщо не е базиран на РНК.

Джон Съдърланд мисли за това от 80-те години на миналия век. „Би било чудесно, ако някой може да демонстрира как РНК се сглобява сама“, казва той.

За щастие на Съдърланд, той работеше в Лабораторията по молекулярна биология в Кеймбридж (LMB). Повечето изследователски институти ангажират служителите си в очакване на нови открития, но LMB позволи на служителите сериозно да работят по проблема. Така Съдърланд успя да помисли спокойно защо е толкова трудно да се създадат РНК нуклеотиди и в течение на няколко години той разработи алтернативен подход.

В резултат на това Съдърланд стигна до напълно нов възглед за произхода на живота, който се състоеше във факта, че всички ключови компоненти на живота можеха да се образуват по едно и също време.

Скромната сграда на Кеймбриджката лаборатория по молекулярна биология.

Щастливо стечение на молекули и обстоятелства

„Няколко ключови аспекта на химията на РНК не проработиха наведнъж“, обяснява Съдърланд. Всеки РНК нуклеотид е изграден от захар, основа и фосфат. Но на практика беше невъзможно да се принуди захарта и основата да взаимодействат. Молекулите просто не бяха с правилната форма.

Така Съдърланд започва да експериментира с други вещества. В резултат екипът му създава 5 прости молекули, състоящи се от различен вид захар и цианамид, който, както подсказва името, е свързан с цианида. Тези вещества преминават през поредица от химични реакции, които в крайна сметка водят до създаването на два от четирите нуклеотида.

Несъмнено това беше успех, който моментално повиши репутацията на Съдърланд.

На много наблюдатели изглеждаше, че това е още едно доказателство в полза на теорията за "РНК света". Но самият Съдърланд го виждаше по различен начин.

„Класическата“ хипотеза за „света на РНК“ се фокусира върху факта, че в първите организми РНК е отговорна за всички жизнени функции. Но Съдърланд нарича твърдението „безнадеждно оптимистично“. Той смята, че РНК е участвала в тях, но не е била единственият важен за жизнеспособността компонент.

Съдърланд е вдъхновен от най-новата работа на Джак Шостак, който съчетава концепцията за „първично самовъзпроизвеждане“ на „РНК света“ с идеите на Пиер Луиджи Луизи за „първична компартментализация“.

Как да създадем жива клетка от нулата

Вниманието на Съдърланд е привлечено от любопитна подробност в синтеза на нуклеотиди, която първоначално изглежда случайна.

Последната стъпка в експериментите на Съдърланд винаги е била добавянето на фосфати към нуклеотида. Но по-късно разбра, че трябва да се добави от самото началотъй като фосфатът ускорява реакциите в ранните етапи.

Първоначалното добавяне на фосфат изглежда само увеличава случайността на реакцията, но Съдърланд успя да разбере, че тази случайност е от полза.

Това го накара да мисли така смесванията трябва да са произволни. На ранната Земя, най-вероятно, много химикали са плували в една локва. Разбира се, смесите не трябва да приличат на блатни води, защото трябва да намерите оптималното ниво на произволност.

Създадени през 1950 г., смесите на Стенли Милър, които бяха споменати по-рано, бяха много по-хаотични от сместа на Съдърланд. Те съдържаха биологични молекули, но, както казва Съдърланд, „имаше малко от тях и бяха придружени от много по-голям брой небиологични съединения“.

Съдърланд смята, че условията на експеримента на Милър не са достатъчно чисти. Сместа беше твърде хаотична, поради което необходимите вещества просто бяха загубени в нея.

Така че Съдърланд решава да намери "химия на Златокоска": не толкова претоварена с различни вещества, че да стане безполезна, но и не толкова проста, че да е ограничена във възможностите си.

Беше необходимо да се създаде сложна смес, в която всички компоненти на живота могат едновременно да се образуват и след това да се обединят.

Първоначално езерце и образуването на живот за няколко минути

Просто казано, представете си, че преди 4 милиарда години на Земята е имало малко езерце. В продължение на много години в него се образуваха необходимите вещества, докато сместа придоби химическия състав, който е необходим за стартиране на процеса. И тогава се образува първата клетка, може би само за няколко минути.

Това може да звучи фантастично, като твърденията на средновековните алхимици. Но Съдърланд започна да разполага с доказателства.

От 2009 г. той демонстрира, че същите вещества, от които са образувани първите му два РНК нуклеотида, могат да бъдат използвани за създаване на други молекули, които са важни за всеки жив организъм.

Очевидната следваща стъпка беше създаването на други РНК нуклеотиди. С това Съдърланд все още не се е справил, но през 2010 г. той демонстрира близки до това молекули, които потенциално могат да се превърнат в нуклеотиди.

И през 2013 г. той събра прекурсори на аминокиселини. Този път той добави меден цианид, за да създаде необходимата реакция.

Вещества на базата на цианиди присъстваха в много от експериментите и през 2015 г. Съдърланд ги използва отново. Той показа, че със същия набор от вещества е възможно да се създадат липидни прекурсори - молекулите, които изграждат клетъчните стени. Реакцията протича под въздействието на ултравиолетова светлина, а в нея участват сяра и мед, които спомагат за ускоряване на процеса.

„Всички градивни елементи [формирани] от общо ядро ​​от химични реакции“, обяснява Шостак.

Ако Съдърланд е прав, тогава нашият възглед за произхода на живота е фундаментално погрешен през последните 40 години.

От момента, в който учените видяха колко сложна е конструкцията на една клетка, всички бяха фокусирани върху идеята, че първите клетки са били сглобени заедно. постепенно, елемент по елемент.

Откакто Лесли Оргел излезе с идеята, че РНК е на първо място, изследователите се „опитват да започнат с един елемент и след това да го накарат да създаде останалите“, казва Съдърланд. Самият той смята, че е необходимо да се създава всичко наведнъж.

Хаосът е необходимо условие за живот

„Оспорихме идеята, че клетката е твърде сложна, за да се появи наведнъж“, казва Съдърланд. „Както можете да видите, можете да създавате градивни елементи за всички системи едновременно.“

Шостак дори подозира, че повечето опити за създаване на молекулите на живота и сглобяването им в живи клетки са се провалили поради същата причина: твърде стерилни експериментални условия.

Учените взеха необходимите вещества и напълно забравиха за тези, които може да са съществували и на ранната Земя. Но работата на Съдърланд показва, че добавянето на нови вещества към смес създава по-сложни съединения.

Самият Шостак се сблъсква с това през 2005 г., когато се опитва да въведе ензима РНК в своите протоклетки. Ензимът се нуждаеше от магнезий, който разрушава мембраната на протоклетките.

Решението беше елегантно. Вместо да създавате везикули само от една мастна киселина, създайте ги от смес от две киселини. Получените везикули могат да се справят с магнезия, което означава, че могат да служат като "носители" на РНК ензими.

Нещо повече, Szostak казва, че първите гени вероятно са били по своята същност случайни.

Съвременните организми използват чиста ДНК, за да предават гени, но е вероятно чистата ДНК да не е съществувала в началото. На негово място може да има смес от РНК нуклеотиди и ДНК нуклеотиди.

През 2012 г. Szostak показа, че такава смес може да се сглоби в "мозаечни" молекули, които изглеждат и се държат като чиста РНК. И това доказва, че теорията за смесените РНК и ДНК молекули има право на съществуване.

Тези експерименти говорят за следното - няма значение дали първите организми са могли да имат чиста РНК или чиста ДНК.

„Всъщност се върнах към идеята, че първият полимер е подобен на РНК, но изглеждаше малко по-хаотичен“, казва Шостак.

РНК алтернативи

Възможно е сега да има повече алтернативи на РНК, в допълнение към вече съществуващите TNC и PNA, които бяха обсъдени по-рано. Не знаем дали са съществували на ранната Земя, но дори и да са съществували, първите организми може би са ги използвали заедно с РНК.

Това вече не беше "Светът на РНК", а "Светът на нещо-само-не-е-не".

От всичко това може да се извлече следната поука - самосъздаването на първата жива клетка изобщо не е било толкова трудно, колкото ни е изглеждало преди. Да, клетките са сложни машини. Но, както се оказа, те ще работят, макар и не перфектно, дори ако са „заслепени на случаен принцип“ от импровизирани материали.

След като се появиха, толкова груби по отношение на структурата на клетката, изглежда, че те са имали малък шанс да оцелеят на ранната Земя. От друга страна, те не са имали конкуренция, не са били застрашени от никакви хищници, така че в много отношения животът на първичната Земя е бил по-лесен, отколкото е сега.

Но има едно "Но"

Но има един проблем, който нито Съдърланд, нито Шостак могат да решат, и той е доста сериозен.

Първият организъм трябва да е имал някаква форма на метаболизъм. От самото начало животът трябваше да има способността да получава енергия, в противен случай този живот щеше да загине.

В този момент Съдърланд се съгласи с идеите на Майк Ръсел, Бил Мартин и други привърженици на „първичния метаболизъм“.

„Привържениците на теориите за „света на РНК“ и „първичния метаболизъм“ напразно спореха помежду си. И двете страни имаха добри аргументи“, обяснява Съдърланд.

„Метаболизмът по някакъв начин започна някъде“, пише Шостак. „Но какво се е превърнало в източник на химическа енергия е голям въпрос.“

Дори ако Мартин и Ръсел грешат, че животът е започнал в дълбоки морски отвори, много части от тяхната теория са близо до истината. Първият е важната роля на металите в произхода на живота.

Много ензими в природата имат метален атом в ядрото си. Това обикновено е "активната" част от ензима, докато останалата част от молекулата е поддържащата структура.

В първия живот не може да присъстват сложни ензими, така че най-вероятно са използвани "голи" метали като катализатори.

Катализатори и ензими

Гюнтер Вахтенсхаузер също говори за същото, когато предполага, че животът се е образувал върху железен пирит. Ръсел също подчертава, че водата в хидротермалните извори е богата на метали, които могат да бъдат катализатори, а изследването на Мартин върху последния универсален общ прародител в съвременните бактерии показва наличието на много ензими на основата на желязо в него.

Всичко това предполага, че много от химичните реакции на Съдърланд са протичали успешно само за сметка на мед (и сяра, както подчертава Вахтерсхаузер) и че РНК в протоклетките на Шостак се нуждае от магнезий.

Може да се окаже, че хидротермалните отвори също са важни за създаването на живот.

„Ако погледнете съвременния метаболизъм, можете да видите елементи, които говорят сами за себе си, като клъстери от желязо и сяра“, обяснява Шостак. „Това се вписва в идеята, че животът е възникнал в или близо до отвор, където водата е наситена с желязо и сяра.“

С това казано, има само едно нещо, което да добавим. Ако Съдърланд и Шостак са на прав път, тогава един аспект от теорията за отдушника определено е подвеждащ: животът не може да е започнал в морските дълбини.

„Химическите процеси, които открихме, са силно зависими от ултравиолетовото лъчение“, казва Съдърланд.

Единственият източник на такава радиация е Слънцето, така че реакциите трябва да протичат директно под неговите лъчи. Това зачерква версията с дълбоководни отвори.

Шостак е съгласен, че морските дълбини не могат да се считат за люлка на живота. „Най-лошото е, че те са изолирани от взаимодействие с атмосферата, която е източник на богати на енергия изходни материали като цианид.“

Но всички тези проблеми не правят теорията за хидротермалните отвори безполезна. Може би тези отвори са били разположени в плитка вода, където са имали достъп до слънчева светлина и цианид.

Животът не е възникнал в океана, а на сушата

Армен Мулкиджанян предложи алтернатива. Ами ако животът се е зародил във водата, но не в океана, а на сушата? А именно – във вулканично езерце.

Мулкиджанян обърна внимание на химичния състав на клетките: по-специално кои вещества приемат и кои отхвърлят. Оказа се, че клетките на всеки организъм съдържат много фосфат, калий и други метали, с изключение на натрия.

Съвременните клетки поддържат баланса на металите, като ги изпомпват от околната среда, но първите клетки не са имали такава възможност - механизмът за изпомпване все още не е бил разработен. Затова Мулкиджанян предполага, че първите клетки са се появили там, където е имало приблизителен набор от вещества, които изграждат днешните клетки.

Това веднага пресича океана от списъка с потенциални люлки на живота. Живите клетки имат много повече калий и фосфат и много по-малко натрий, отколкото океанът съдържа.

Според тази теория геотермалните източници в близост до вулкани са по-подходящи. Тези езера съдържат същата смес от метали като клетките.

Шостак горещо подкрепя идеята. „Струва ми се, че идеалното място за всички условия би било плитко езеро или езерце в геотермално активна зона“, потвърждава той. „Имаме нужда от хидротермални отвори, но не дълбоки води, а по-скоро подобни на тези, открити във вулканично активни зони като Йелоустоун.“

Химическите реакции на Съдърланд биха могли да протичат на такова място. Изворите имат необходимия набор от вещества, нивото на водата се колебае, така че някои райони пресъхват от време на време и няма недостиг на слънчеви ултравиолетови лъчи.

Освен това Шостак казва, че такива езера са чудесни за неговите протоклетки.

„Протоклетките обикновено поддържат ниска температура, което е добре за копиране на РНК и други видове прост метаболизъм“, казва Шостак. „Но от време на време те се нагряват за кратко, което помага за разделянето на нишките на РНК и ги подготвя за по-нататъшно самовъзпроизвеждане.“ Потоците от студена или гореща вода също могат да помогнат на протоклетките да се делят.

Геотермалните извори в близост до вулкани могат да се превърнат в родното място на живота.

Метеоритите могат да помогнат на живота

Въз основа на всички съществуващи аргументи Съдърланд предлага и трети вариант - мястото, където е паднал метеоритът.

Земята е била редовно подложена на метеорни потоци през първите 500 милиона години от съществуването си - те падат и до днес, но много по-рядко. Едно място за удар на метеорит с прилични размери би могло да създаде същите условия като езерата, за които Мулкиджанян говори.

Първо, метеоритите са направени предимно от метал. А местата, където падат, често са богати на метали като желязо и сяра. И най-важното е, че на местата, където пада метеоритът, земната кора се притиска, което води до геотермална активност и появата на гореща вода.

Съдърланд описва малки реки и потоци, течащи по страните на новообразувани кратери, които извличат вещества на основата на цианид от скалите, всички под въздействието на ултравиолетови лъчи. Всяка рекичка носи малко по-различна смес от вещества, така че в крайна сметка възникват различни реакции и се произвежда цял набор от органични вещества.

В крайна сметка потоците се обединяват във вулканично езерце на дъното на кратера. Може би в такова езерце всички необходими вещества са били събрани наведнъж, от които са се образували първите протоклетки.

„Това е много специфичен ход на събитията“, съгласява се Съдърланд. Но той клони към него въз основа на откритите химични реакции: „Това е единственият ход на събитията, при който могат да се случат всички реакции, показани в моите експерименти.“

Шостак все още не е напълно сигурен в това, но е съгласен, че идеите на Съдърланд заслужават внимателно внимание: „Струва ми се, че тези събития могат да се случат на мястото на падане на метеорит. Но също така харесвам идеята за вулканичните системи. Има сериозни аргументи и в полза на двете версии.

Кога ще получим отговор на въпроса: как е възникнал животът?

Дебатът, изглежда, няма да спре скоро и учените няма да стигнат до общо мнение веднага. Решението ще бъде взето на базата на експерименти с химични реакции и протоклетки. Ако се окаже, че в един от вариантите липсва ключово вещество или се използва вещество, което унищожава протоклетките, тогава той се признава за неправилен.

Това означава, че за първи път в историята сме на прага на най-пълното обяснение за това как е възникнал животът.

„Целите вече не изглеждат невъзможни“, казва оптимистично Съдърланд.

Засега подходът „всичко наведнъж“ от Шостак и Съдърланд е само груба скица. Но всеки от аргументите на този подход е доказан от десетилетия експерименти.

Тази концепция се основава на всички подходи, които са съществували преди. Той съчетава всички успешни разработки, като в същото време решава индивидуалните проблеми на всеки подход.

Например, той не опровергава теорията на Ръсел за хидротермалните отвори, но използва нейните най-успешни елементи.

Какво се е случило преди 4 милиарда години

Не знаем със сигурност какво се е случило преди 4 милиарда години.

„Дори да създадете реактор, от който E. coli ще изскочи... не можете да кажете, че това е възпроизвеждане на този първи живот“, казва Мартин.

Най-доброто, което можем да направим, е да си представим хода на събитията, подкрепяйки нашата визия с доказателства: експерименти в химията, всички знания за ранната Земя и всичко, което биологията казва за ранните форми на живот.

В крайна сметка, след векове на интензивни усилия, ще видим как историята за истинския ход на събитията започва да се появява.

Това означава, че се приближаваме до най-голямото разделение в историята на човечеството: разделението на тези, които знаят историята на произхода на живота, и тези, които не са доживели до този момент и следователно никога няма да могат да го знаят.

Всички онези, които не доживяха да видят публикуването на книгата на Дарвин „За произхода на видовете“ през 1859 г., умряха без ни най-малка представа за произхода на човека, защото не знаеха нищо за еволюцията. Но днес всеки, с изключение на няколко изолирани общности, може да научи истината за нашите отношения с други представители на животинския свят.

По същия начин всички, които са родени след влизането на Юрий Гагарин в орбитата на Земята, стават членове на общество, способно да пътува до други светове. И въпреки че не всеки жител на планетата е посещавал, пътуването в космоса вече се е превърнало в съвременна реалност.

нова реалност

Тези факти неусетно променят представата ни за света. Правят ни по-мъдри. Еволюцията ни учи да ценим всяко живо същество, тъй като всички можем да се считаме за роднини, макар и далечни. Пътуването в космоса ни учи да погледнем родната си планета отвън, за да разберем колко уникална и крехка е тя.

Някои от хората, които живеят сега, скоро ще бъдат първите в историята, които могат да разкажат за своя произход. Те ще знаят за техния общ прародител и къде е живял.

Това знание ще ни промени. От чисто научна гледна точка ще ни даде представа какви са шансовете за възникване на живота във Вселената и къде да го търсим. Ще ни разкрие и същността на живота.

Но можем само да гадаем каква мъдрост ще се появи пред нас в момента, когато ще бъде разкрита тайната за произхода на живота. С всеки месец и година сме все по-близо до разгадаването на голямата мистерия за произхода на живота на нашата планета. Нови открития се правят точно сега, докато четете тези редове.

Прочетете също:

Споделете тази статия

МИНИСТЕРСТВО НА ОБРАЗОВАНИЕТО НА РЕПУБЛИКА БЕЛАРУС

БГПУ ИМ. М. ТАНКА

ФАКУЛТЕТ ПО СПЕЦИАЛНА ПЕДАГОГИКА

КАТЕДРА ПО ОСНОВИ НА ДЕФЕКТОЛОГИЯТА

абстрактно

по дисциплина "Природни науки"

по темата:

„Основни хипотези за произхода на живота на Земята”.

Изпълнено:

Студент 1-ва година от група 101

кореспондентски отдел (бюджет

форма на обучение)

……… Ирина Анатолиевна

ВЪВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..….1

1. КРЕАЦИОНИЗЪМ……………………………………………………….…….1

2. ТЕОРИЯ ЗА СЪСТОЯНИЕТО НА СТАНЦИЯТА…………..……………….….2

3. ТЕОРИЯТА ЗА СПОНТАННОТО ЗАРАЖДАНЕ…………..…3

4. ТЕОРИЯТА ЗА ПАНСПЕРМИЯТА……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………..

5. ТЕОРИЯ НА А. И. ОПАРИН…………………………………………………..……10

6. СЪВРЕМЕННИ ВЪЗГЛЕДИ ЗА ПРОИЗХОДА НА ЖИВОТА НА ЗЕМЯТА……………………………………………………………………………...12

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………...……..14

ЛИТЕРАТУРА ……………………………………………………………………...15

ВЪВЕДЕНИЕ

Проблемът за произхода на живота на Земята и възможността за съществуването му в други области на Вселената отдавна привлича вниманието както на учени и философи, така и на обикновени хора. През последните години интересът към този „вечен проблем“ се увеличи значително.

Това се дължи на две обстоятелства: първо, значителен напредък в лабораторното моделиране на някои етапи от еволюцията на материята, довели до възникването на живота, и второ, бързото развитие на космическите изследвания, което прави все по-възможно директното търсене на всякакви форми на живот на планетите от слънчевата система и в бъдещето и отвъд.

Произходът на живота е един от най-мистериозните въпроси, чийто изчерпателен отговор едва ли някога ще бъде получен. Много хипотези и дори теории за произхода на живота, обясняващи различни аспекти на това явление, все още не могат да преодолеят основното обстоятелство - експериментално да потвърдят факта на появата на живота. Съвременната наука не разполага с преки доказателства за това как и къде е възникнал животът. Има само логически конструкции и косвени доказателства, получени чрез моделни експерименти, както и данни в областта на палеонтологията, геологията, астрономията и др.

Теориите относно произхода на живота на Земята са разнообразни и далеч от надеждни. Най-често срещаните теории за произхода на живота на Земята са следните:

1. Животът е създаден от свръхестествено същество (Създател) в определено време (креационизъм).

2. Живот винаги е съществувал (теорията за стационарното състояние).

3. Животът възниква многократно от нежива материя (спонтанно генериране).

4. Животът се внася на нашата планета отвън (панспермия).

5. Животът е възникнал в резултат на процеси, които се подчиняват на химични и физични закони (биохимична еволюция).

1. Креационизъм.

Креационизмът (от лат. creaсio - творение) е философско-методологическа концепция, в рамките на която цялото многообразие на органичния свят, човечеството, планетата Земя, както и светът като цяло, се разглеждат като съзнателно създадени от някакво свръхсъщество (Създател ) или божество. Няма научно потвърждение на тази гледна точка: в религията истината се разбира чрез божествено откровение и вяра. Процесът на създаване на света се възприема като извършен само веднъж и следователно недостъпен за наблюдение.

Последователите на почти всички най-разпространени религиозни учения се придържат към теориите на креационизма (особено християни, мюсюлмани, евреи). Според тази теория произходът на живота се отнася до някакво специфично свръхестествено събитие в миналото, което може да бъде изчислено. През 1650 г. архиепископ Ашър от Арма, Ирландия, изчислява, че Бог е създал света през октомври 4004 г. пр.н.е. д. и завърши работата си на 23 октомври в 9 часа сутринта, създавайки човека. Ашер получава тази дата, като събира възрастта на всички хора, споменати в библейската генеалогия, от Адам до Христос („кой кого е родил“). От гледна точка на аритметиката това има смисъл, но се оказва, че Адам е живял във време, когато, както показват археологическите находки, в Близкия изток вече е съществувала добре развита градска цивилизация.

Традиционната юдео-християнска идея за сътворението на света, изложена в Книгата на Битие, предизвика и продължава да предизвиква противоречия. Съществуващите противоречия обаче не опровергават концепцията за сътворението. Хипотезата за сътворението не може нито да бъде доказана, нито опровергана и винаги ще съществува заедно с научните хипотези за произхода на живота.

Креационизмът се смята за Божието творение. В момента обаче някои го смятат за резултат от дейността на високоразвита цивилизация, която създава различни форми на живот и следи тяхното развитие.

2. ТЕОРИЯ ЗА СТАЦИОНАРНО СЪСТОЯНИЕ.

Според тази теория Земята никога не е възниквала, а е съществувала вечно; то винаги е било в състояние да поддържа живота и ако се е променило, то се е променило много малко. Според тази версия видовете също никога не са възниквали, те винаги са съществували и всеки вид има само две възможности - или промяна в числеността, или изчезване.

Според съвременни оценки, базирани на скоростта на радиоактивен разпад, възрастта на Земята се оценява на 4,6 милиарда години. Подобрените методи за датиране дават все по-високи оценки за възрастта на Земята, което позволява на привържениците на теорията за стационарното състояние да вярват, че Земята винаги е съществувала.

Привържениците на тази теория не признават, че наличието или отсъствието на определени фосилни останки може да показва времето на появата или изчезването на определен вид и цитират като пример представител на рибите с кръстосани перки - целакант (целакант). Смятало се, че рибата с четкови перки (целакант) е преходна форма от риба към земноводни и е измряла преди 60-90 милиона години (в края на периода Креда). Това заключение обаче трябваше да бъде преразгледано, когато през 1939 г. край бреговете на около. Мадагаскар, беше уловен първият жив целакант, а след това и други екземпляри. Така челакантът не е преходна форма.

Бяха открити много други животни, които се смятаха за изчезнали, например лингула - малко морско животно, за което се твърди, че е изчезнало преди 500 милиона години, все още е живо днес и подобно на други "живи вкаменелости": солендон - земеровки, туатара - гущер. В продължение на милиони години те не са претърпели никакви еволюционни промени.

Друг пример за заблуда е археоптериксът - създание, което връзва птици и влечуги, преходна форма по пътя към превръщането на влечугите в птици. Но през 1977 г. в Колорадо са открити фосили на птици, чиято възраст е съизмерима и дори надвишава възрастта на останките на археоптерикса, т.е. не е преходна форма.

Привържениците на теорията за стационарното състояние твърдят, че само чрез изучаване на живи видове и сравняването им с останки от вкаменелости може да се направи заключение за изчезване и в този случай е много вероятно това да се окаже погрешно. Използвайки палеонтологични данни в подкрепа на теорията за стационарното състояние, нейните поддръжници интерпретират появата на вкаменелости в екологичен смисъл.

Така например внезапната поява на изкопаем вид в определен слой се обяснява с увеличаване на популацията му или преместването му на места, благоприятни за запазване на останки.

Голяма част от аргументите в полза на тази теория са свързани с неясни аспекти на еволюцията, като значението на пропуските във вкаменелостите, и тя е най-сложна в тази посока.

Хипотезата за стационарно състояние понякога се нарича хипотеза на етернизма (от латински eternus - вечен). Хипотезата за етернизма е изложена от немския учен В. Прейер през 1880 г.

Възгледите на Прейер бяха подкрепени от академик Владимир Иванович Вернадски (1864 - 1945), автор на учението за биосферата. Вернадски вярва, че животът е същата вечна основа на космоса, която са материята и енергията. „Ние знаем и знаем това научно“, повтори той, „че Космосът не може да съществува без материя, без енергия. А има ли достатъчно материя и без разкриване на живота – за да изгради Космоса, онази Вселена, която е достъпна за човешкия ум? Той отговори отрицателно на този въпрос, позовавайки се именно на научни факти, а не на лични симпатии, философски или религиозни убеждения. „... Може да се говори за вечността на живота и проявите на неговите организми, както може да се говори за вечността на материалния субстрат на небесните тела, техните топлинни, електрически, магнитни свойства и техните проявления. От тази гледна точка въпросът за началото на живота ще бъде също толкова далеч от научните изследвания, колкото въпросът за началото на материята, топлината, електричеството, магнетизма, движението.

Изхождайки от концепцията за биосферата като земен, но в същото време и космически механизъм, Вернадски свързва нейното формиране и еволюция с организацията на Космоса. „Става ни ясно“, пише той, „че животът е космическо явление, а не чисто земно“. Вернадски многократно повтаря тази мисъл: „... в Космоса, който наблюдаваме, не е имало начало на живот, тъй като не е имало начало на този Космос. Животът е вечен, защото вечният Космос.

3. ТЕОРИЯ ЗА СПОНТАННОТО ЗАРАЖДАНЕ.

Тази теория е била разпространена в древен Китай, Вавилон и Египет като алтернатива на креационизма, с който е съжителствала. Религиозните учения на всички времена и всички народи обикновено приписват появата на живот на един или друг творчески акт на божеството. Много наивно решават този въпрос и първите изследователи на природата. Аристотел (384-322 пр. н. е.), често приветстван като основател на биологията, се придържа към теорията за спонтанното зараждане на живот. Дори за такъв изключителен ум на древността като Аристотел не е било трудно да приеме идеята, че животните - червеи, насекоми и дори риби - могат да възникнат от кал. Напротив, този философ твърди, че всяко сухо тяло, като стане мокро, и, обратно, всяко мокро тяло, като стане сухо, ражда животни.

Земята се е образувала вероятно преди 4,5-5 милиарда години от гигантски облак космически прах. частици от които се компресират в гореща топка. Водните пари се отделят от него в атмосферата и водата пада от атмосферата върху бавно охлаждащата се Земя в продължение на милиони години под формата на дъжд. В дълбините на земната повърхност се е образувал праисторическият океан. В него преди около 3,8 милиарда години се заражда първоначалният живот.

Има няколко теории за произхода на живота на Земята. Например, една от дългогодишните хипотези казва, че е донесен на Земята от космоса, но няма убедителни доказателства за това. Освен това животът, който познаваме, е изненадващо адаптиран да съществува точно в земни условия, следователно, ако е възникнал извън Земята, то на планета от земен тип. Повечето съвременни учени смятат, че животът се е зародил на Земята, в нейните морета. Но как се е появила самата планета и как са се появили моретата на нея?

Има една широко приета теория за това. В съответствие с него Земята се е образувала от облаци космически прах, съдържащи всички известни в природата химически елементи, които са били свити на топка. Горещи водни пари излизаха от повърхността на тази нажежена топка, обгръщайки я в непрекъсната облачна покривка.Водната пара в облаците бавно се охлаждаше и се превръщаше във вода, която падаше под формата на обилни продължителни дъждове върху все още горещия, горящ Земята. На повърхността си той отново се превръща във водна пара и се връща в атмосферата. В продължение на милиони години Земята постепенно губи толкова много топлина, че течната й повърхност започва да се втвърдява, докато се охлажда. Така се е образувала земната кора.

Минаха милиони години и температурата на земната повърхност се понижи още повече. Дъждовната вода спря да се изпарява и започна да тече в огромни локви. Така започва въздействието на водата върху земната повърхност. И тогава заради падането на температурата настана истински потоп. Водата, която преди това се е изпарила в атмосферата и се е превърнала в нейната съставна част, непрекъснато се втурна към Земята, мощни дъждове паднаха от облаците с гръмотевици и светкавици. Малко по малко в най-дълбоките падини на земната повърхност се натрупа вода, която вече нямаше време да се изпари напълно. Имаше толкова много от него, че постепенно на планетата се образува праисторически океан. Мълния проряза небето. Но никой не го видя. Все още не е имало живот на Земята. Продължителният дъжд започна да отмива планините. Водата течеше от тях в шумни потоци и бурни реки. В продължение на милиони години водните потоци са корозирали дълбоко земната повърхност и на места са се появили долини. Съдържанието на вода в атмосферата намалява и все повече се натрупва на повърхността на планетата. Постоянната облачна покривка изтънява, докато един ден първият слънчев лъч докосва Земята. Продължителният дъжд свърши. По-голямата част от земята е била покрита от праисторическия океан. От горните му слоеве водата изми огромно количество разтворими минерали и соли, които паднаха в морето. Водата от него непрекъснато се изпарява, образувайки облаци, а солите се утаяват и с течение на времето настъпва постепенно засоляване на морската вода. Очевидно при някакви условия, съществували в древността, са се образували вещества, от които са възникнали специални кристални форми. Те растяха, както всички кристали, и даваха началото на нови кристали, които прикрепяха все повече и повече нови вещества към себе си. Слънчевата светлина и вероятно много силните електрически разряди са служили като източник на енергия в този процес. Може би от такива елементи са се родили първите жители на Земята - прокариоти, организми без оформено ядро, подобни на съвременните бактерии. Те бяха анаероби, тоест не използваха свободен кислород за дишане, който по това време все още не беше в атмосферата. Източникът на храна за тях бяха органични съединения, възникнали на все още безжизнената Земя в резултат на излагане на ултравиолетова радиация от Слънцето, мълнии и топлина, генерирана по време на вулканични изригвания. Тогава животът е съществувал в тънък бактериален филм на дъното на резервоари и на влажни места. Тази ера от развитието на живота се нарича архейска. От бактерии, а може би и по напълно независим път, са възникнали и миниатюрни едноклетъчни организми - най-старите протозои.

Те все още формират основата на живота в моретата и сладководните резервоари. Те са толкова малки, че могат да се видят само с микроскоп. В капка вода от малко езерце има хиляди и хиляди от тях. С тези най-прости едноклетъчни организми започва развитието на целия животински свят. В края на протерозоя, следващата ера след архея, преди 1000 - 600 милиона години, вече е съществувала доста богата фауна: медузи, полипи, плоски червеи, мекотели и бодлокожи.

Картината показва примитивни същества, живели преди приблизително 600 - 570 милиона години в геоложкия период камбрий, първият период от палеозойската ера. За първи път разбрахме за тях благодарение на вкаменелости, открити от геолози, които са изучавали камбрийските планини в Обединеното кралство. Оттук и името на геоложкия период от историята.

От по-простите животни и растения, обитавали морето в края на протерозоя, не са запазени следи. Може само да се предположи, че това са организми, състоящи се само от меки тъкани, които бързо напълно се разлагат след смъртта. През камбрия все още не е имало истински риби, но вече са живели кишечнополостни, гъби, вече изчезнали археоциати, плоски и полихетни червеи, охлюви, сепии, раци и трилобити. Последните приличаха на раци с дължина до 10 см. За онова време те бяха истински гиганти, по-големи от всички други същества. (По това време все още не е имало живот на сушата.) В края на камбрия първите хордови, подобни на съвременните ланцетници, очевидно вече са се появили. През следващите милиони години животните постепенно се променят и в следващия геоложки период - Силур, който започва преди 500 - 400 милиона години, в допълнение към многобройните трилобити, на морското дъно се появяват нови обитатели - морски скорпиони.

Едноклетъчни организми и медузи се носеха пасивно във водния стълб на Силурийско море. А ракообразни и трилобити, червеи и животни, защитени от черупки, като двучерупчести и охлюви, пълзяха по морското дъно. Много малко от тях можеха да плуват. Дори първите гръбначни животни, които вече приличат на риба, са живели на морското дъно. През силура в моретата и сладките води се появяват странни "риби" - без челюсти и чифтни перки. Техните роднини, мигли и миноги, са оцелели и до днес. През Силурския период вече се появяват първите истински риби. Тези акулоподобни плувци имаха опростено тяло с черупки, перки и уста с подвижна челюст, подобна на клюн, облицована с остри зъби. Преди около 450 милиона години, през силура, се появяват първите гръбначни животни - рибите. Тялото на един от най-старите - цефаласпис - беше покрито с бронирани люспи, а главата беше покрита с костна черупка. Очевидно цефаласписът е бил лош плувец. В продължение на милиони години в един и същи геоложки период са се развили два големи класа риби - хрущялни и костни (дробноперки, лобопери и лъчеперки). А хрущялните, тоест имащи хрущялен скелет, включват акули и лъчи. За разлика от тях, скелетът на костните риби е частично или изцяло съставен от костна тъкан. Почти всички търговски риби, които са ни добре познати, принадлежат към костните риби: херинга, писия, треска и скумрия, шаран, щука и много други. Общо днес на Земята има 20 хиляди вида риби и те обитават не само моретата, но и други водоеми.

Преди 400 милиона години силурът отстъпи място на девонския геоложки период, който продължи около 60 милиона години. Тогава на сушата се появиха първите растения - лишеи, които обрасли навлажнените брегове на резервоари. През девона от тях произлизат и други форми, включително първите висши растения - папрати и хвощове. Освен това, ако преди всички животни са дишали само кислород, разтворен във вода, сега някои от тях са се научили да го извличат от въздуха. Тези първи сухоземни животни - многоножки, скорпиони и безкрили примитивни насекоми, вероятно са живели близо до водата. Прародителят на всички сухоземни гръбначни животни е риба с лопатови перки с подобни на лапи гръдни и коремни перки. Постепенно рибите с лобови перки развиха истински горни и долни крайници и с течение на времето се появиха земноводни (амфибии) и влечуги (влечуги).

Как да разберем как са изглеждали древните животни?

Всички тези промени, които Земята е претърпяла от образуването на нейната кора, се изучават от историческата геология. Учените определят възрастта на геоложките слоеве по вкаменелости - останки от древни животни и растения, тъй като всяка епоха е имала свои характерни представители на флората и фауната. Палеонтологията е наука за вкаменелости. Палеонтолозите изучават фосилни останки от древни организми и възстановяват външния вид на изчезнали животни. Когато живите организми умират в праисторическия океан, те потъват на дъното, където се покриват с тиня или пясък, донесени от реките. В продължение на милиони години тинестите почви, заедно с останките, погребани под тях, се уплътняват, превръщайки се в камък. Меките тъкани на животните са напълно разложени, но отпечатъкът е останал. Твърдите черупки на мекотели или черупки на ракообразни често се запазват непокътнати. По време на историческото развитие на Земята, под въздействието на мощни сили и разтопените недра на планетата, морското дъно многократно се изтласква на голяма височина и става част от сушата. Останките и отпечатъците на древни животни, разпръснати в скалата, се откриват от изследователи и се използват за изследване на геоложки процеси. Скалните слоеве за учените са като страниците на книга с много рисунки и просто трябва да дешифрирате правилно „текста“, за да разберете как се е развил животът на планетата. Слоеве пясък и тиня с вкаменелости са се отлагали един върху друг в продължение на милиони години. Така че те са били компресирани: по-старите слоеве са по-ниски, по-късните са по-високи. Натрупвайки информация за това кои слоеве са доминирани от определени видове вкаменелости, учените се научиха да определят към кое геоложко време принадлежат. След това вече е доста лесно да се определи възрастта на геоложката скала, в която са открити, от намерените вкаменелости.

Големият каньон на река Колорадо в американския щат Аризона е едно от малкото места, където е запазена огромна, лесна за четене каменна хроника на живота на планетата. Тук реката прорязва дебелината на седиментни скали - варовик, пясъчник и шисти - до дълбочина 1800 м. Реката образува каньон, тоест дълбока долина с много стръмни склонове и тясно дъно, отмиваща дъното на древното море. Стана много бавно и равномерно. Планинското строителство, което винаги е придружено от гигантски промени и разломи на скалите, не е било тук. Следователно последователността на възникване на геоложките скали не се е променила много. Изучавайки вкаменелостите на слоевете на стръмен склон, човек може да проследи всички промени, настъпили с животинския свят на древното море в продължение на стотици милиони години.

Материалът е подготвен с помощта на книгата "Риби" издателство Slovo

Известно е, че научните списания се опитват да не приемат за публикуване статии, посветени на проблеми, които привличат вниманието на всички, но нямат ясно решение - сериозно издание по физика няма да публикува проект за вечен двигател. Тази тема беше произходът на живота на Земята. Въпросът за произхода на живата природа, появата на човека тревожи мислещите хора от много хилядолетия и само креационистите, привържениците на божествения произход на всички неща, са намерили недвусмислен отговор за себе си, но тази теория не е научна, тъй като не подлежи на проверка.

Възгледи на древните

Древните китайски и индийски ръкописи разказват за появата на живи същества от вода и гниещи останки, раждането на земноводни същества в калните отлагания на големи реки е написано с древноегипетски йероглифи и клинопис на древен Вавилон. Хипотезите за произхода на живота на Земята чрез спонтанно зараждане са били очевидни за мъдреците от далечното минало.

Древните философи също дават примери за появата на животни от неживата материя, но техните теоретични обосновки са от различен характер: материалистични и идеалистични. Демокрит (460-370 г. пр. н. е.) намира причината за възникването на живота в особеното взаимодействие на най-малките, вечни и неделими частици – атомите. Платон (428-347 г. пр. н. е.) и Аристотел (384-322 г. пр. н. е.) обясняват произхода на живота на Земята с чудодейното въздействие върху безжизнената материя на по-висш принцип, който внушава душата в обектите на природата.

Идеята за съществуването на някаква "жизнена сила", която допринася за появата на живи същества, се оказа много упорита. Той формира възгледите за произхода на живота на Земята сред много учени, живели през Средновековието и по-късно, до края на 19 век.

Теория на спонтанното зараждане

Антъни ван Льовенхук (1632-1723) с изобретяването на микроскопа превръща откритите от него най-малки микроорганизми в основен предмет на спор между учени, които споделят две основни теории за произхода на живота на Земята – биогенезата и абиогенезата. Първият вярваше, че всички живи същества могат да бъдат продукт само на живи същества, вторият вярваше, че е възможно спонтанно генериране на органична материя в разтвори, поставени при специални условия. Същността на този спор не се е променила досега.

Експериментите на някои натуралисти доказаха възможността за спонтанно възникване на най-простите микроорганизми, привържениците на биогенезата напълно отрекоха такава възможност. Луи Пастьор (1822-1895) със строго научни методи, чрез високата коректност на своите експерименти, доказва липсата на митична жизнена сила, която се предава по въздуха и генерира живи бактерии. Въпреки това, в своите трудове той допуска възможността за спонтанно зараждане при някои специални условия, които учените от бъдещите поколения трябваше да открият.

Теория на еволюцията

Трудовете на великия Чарлз Дарвин (1809-1882) разклащат основите на много природни науки. Появата на огромно разнообразие от биологични видове от един общ прародител, провъзгласена от него, отново превърна произхода на живота на Земята в най-важния въпрос на науката. Теорията за естествения подбор първоначално трудно намираше своите поддръжници и сега е подложена на критични атаки, които изглеждат доста разумни, но дарвинизмът е този, който е в основата на съвременните естествени науки.

След Дарвин биологията не може да разглежда произхода на живота на Земята от същите позиции. Учени от много клонове на биологичната наука бяха убедени в истинността на еволюционния път на развитие на организмите. Въпреки че съвременните възгледи за общия прародител, поставен от Дарвин в основата на Дървото на живота, са се променили в много отношения, истината на общата концепция е непоклатима.

Теория на стационарното състояние

Лабораторното опровергаване на спонтанното спонтанно генериране на бактерии и други микроорганизми, осъзнаването на сложната биохимична структура на клетката, заедно с идеите на дарвинизма, оказаха особено влияние върху появата на алтернативни версии на теорията за произхода на живота на Земята. През 1880 г. едно от новите решения е предложено от Уилям Прейер (1841-1897). Той вярваше, че няма нужда да се говори за раждането на живота на нашата планета, тъй като той съществува вечно и няма начало като такъв, той е непроменлив и постоянно готов за прераждане при всякакви подходящи условия.

Идеите на Прейер и неговите последователи са само от чисто исторически и философски интерес, тъй като в бъдеще астрономите и физиците изчислиха условията за крайното съществуване на планетарните системи, фиксираха постоянно, но стабилно разширяване на Вселената, т.е. никога не е било вечен или постоянен.

Желанието да се разглежда светът като единно глобално живо същество отразява възгледите на великия учен и философ от Русия - Владимир Иванович Вернадски (1863-1945), който също има своя собствена представа за произхода на живота на Земята. Тя се основава на разбирането за живота като неразделна характеристика на Вселената, Космоса. Според Вернадски фактът, че науката не може да открие слоеве, които не съдържат следи от органични вещества, говори за геологичната вечност на живота. Един от начините, по които животът се появява на млада планета, Вернадски нарича контактите й с космически обекти - комети, астероиди и метеорити. Тук неговата теория се слива с друга версия, която обяснява произхода на живота на Земята по метода на панспермията.

Люлката на живота е космосът

Панспермията (на гръцки - "смес от семена", "семена навсякъде") счита живота за основно свойство на материята и не обяснява начините на неговото възникване, но нарича пространството източник на жизнени зародиши, които попадат върху небесните тела с условия, подходящи за тяхното " покълване".

Първото споменаване на основните понятия за панспермия може да се намери в писанията на древногръцкия философ Анаксагор (500-428 г. пр. н. е.), а през 18 век френският дипломат и геолог Беноа дьо Майлет (1656-1738) говори за това. Тези идеи са съживени от Сванте Август Арениус (1859-1927), лорд Келвин Уилям Томсън (1824-1907) и Херман фон Хелмхолц (1821-1894).

Изследването на жестокото влияние върху живите организми на космическото лъчение и температурните условия на междупланетното пространство направи подобни хипотези за произхода на живота на Земята не особено подходящи, но с началото на космическата ера интересът към панспермията се увеличи.

През 1973 г. Нобеловият лауреат Франсис Крик (1916-2004) предполага извънземното производство на молекулярни живи системи и тяхното навлизане на Земята с метеорити и комети. В същото време той оцени шансовете за абиогенеза на нашата планета като много ниски. Изтъкнатият учен не смяташе за реалност възникването и развитието на живота на Земята по метода на самосглобяване на органична материя от високо ниво.

Фосилизирани биологични структури са открити в метеорити по цялата планета, подобни следи са открити в проби от почва, донесени от Луната и Марс. От друга страна, многобройни експерименти се извършват върху обработката на биоструктури чрез въздействия, които са възможни, когато са в открития космос и когато преминават през атмосфера, подобна на земната.

Важен експеримент беше проведен през 2006 г. като част от мисията Deep Impact. Кометата Темпел беше ударена от специална сонда-импактор, пусната от автоматично устройство. Анализът на кометното вещество, което се отделя в резултат на удара, показва наличието на вода и различни органични съединения в него.

Заключение: От създаването си теорията за панспермията се е променила значително. Съвременната наука интерпретира по различен начин тези първични елементи на живота, които могат да бъдат доставени на нашата млада планета от космически обекти. Изследванията и експериментите доказват жизнеспособността на живите клетки в условията на междупланетно пътуване. Всичко това прави идеята за извънземен произход на земния живот актуална. Основните концепции за произхода на живота на Земята са теории, в които панспермията е включена или като основна част, или като метод за доставяне на компоненти на Земята за създаване на жива материя.

Теорията на Опарин-Халдейн за биохимичната еволюция

Идеята за спонтанно генериране на живи организми от неорганични вещества винаги е оставала почти единствената алтернатива на креационизма, а през 1924 г. е публикувана монография от 70 страници, която придава на тази идея силата на добре развита и обоснована теория. Тази работа се нарича "Произходът на живота", нейният автор е руски учен - Александър Иванович Опарин (1894-1980). През 1929 г., когато произведенията на Опарин все още не са преведени на английски, подобни концепции за произхода на живота на Земята са изразени от английския биолог Джон Халдейн (1860-1936).

Опарин предположи, че ако примитивната атмосфера на младата планета Земя се редуцира (т.е. не съдържа кислород), мощен изблик на енергия (като светкавица или ултравиолетова радиация) може да насърчи синтеза на органични съединения от неорганична материя. В бъдеще такива молекули могат да образуват съсиреци и клъстери - коацерватни капки, които са протоорганизми, около които се образуват водни ризи - зачатъци на мембрана-обвивка, настъпва стратификация, генерирайки разлика в заряда, което означава, че движението е началото на обмяната на веществата, зачатъците на обмяната на веществата и т.н. Коацерватите се считат за основа за започване на еволюционните процеси, довели до създаването на първите форми на живот.

Халдейн въвежда концепцията за "първоначалната супа" - първоначалният земен океан, който се превръща в огромна химическа лаборатория, свързана с мощен източник на енергия - слънчева светлина. Комбинацията от въглероден диоксид, амоняк и ултравиолетова радиация доведе до концентрирана популация от органични мономери и полимери. Впоследствие такива образувания се свързват с появата на липидна мембрана около тях и тяхното развитие води до образуването на жива клетка.

Основните етапи от възникването на живота на Земята (според Опарин-Халдейн)

Според теорията за възникването на Вселената от куп енергия, Големият взрив е настъпил преди около 14 милиарда години, а преди около 4,6 милиарда години е завършено създаването на планетите от Слънчевата система.

Младата Земя, постепенно охлаждаща се, придоби твърда обвивка, около която се образуваше атмосферата. Първичната атмосфера съдържаше водни пари и газове, които по-късно послужиха като суровини за органичен синтез: въглероден оксид и диоксид, сероводород, метан, амоняк и цианидни съединения.

Бомбардирането от космически обекти, съдържащи замръзнала вода и кондензация на водни пари в атмосферата, доведе до образуването на Световния океан, в който бяха разтворени различни химични съединения. Мощни гръмотевични бури съпътстваха образуването на атмосфера, през която проникна силно ултравиолетово лъчение. При такива условия протича синтезът на аминокиселини, захари и други прости органични вещества.

В края на първия милиард години от съществуването на Земята започва процесът на полимеризация във водата на най-простите мономери в протеини (полипептиди) и нуклеинови киселини (полинуклеотиди). Те започнаха да образуват предбиологични съединения - коацервати (с рудимента на ядрото, метаболизма и мембраната).

3,5-3 милиарда години пр. н. е. - етапът на образуване на протобионти със самовъзпроизвеждане, регулиран метаболизъм, мембрана с променлива пропускливост.

3 милиарда години пр.н.е д. - появата на клетъчни организми, нуклеинови киселини, първични бактерии, началото на биологичната еволюция.

Експериментални доказателства за хипотезата на Опарин-Халдейн

Много учени оцениха положително основните концепции за произхода на живота на Земята, основани на абиогенезата, въпреки че от самото начало откриха тесни места и несъответствия в теорията на Опарин-Халдейн. В различни страни започна работа по провеждане на тестови изследвания на хипотезата, от които най-известният е класическият експеримент, проведен през 1953 г. от американските учени Стенли Милър (1930-2007) и Харолд Юри (1893-1981).

Същността на експеримента беше да се симулират в лабораторията условията на ранната Земя, в които може да се случи синтезът на най-простите органични съединения. Газова смес, циркулираща в инструмента, беше подобна по състав на първичната земна атмосфера. Дизайнът на устройството осигуряваше имитация на вулканична дейност, а електрическите разряди, преминаващи през сместа, създаваха ефекта на мълния.

След една седмица циркулация на сместа през системата беше отбелязан преходът на една десета от въглерода към органични съединения, открити бяха аминокиселини, захари, липиди и съединения, предхождащи аминокиселините. Повтарящите се и модифицирани експерименти напълно потвърждават възможността за абиогенеза при симулирани условия на ранната Земя. През следващите години бяха проведени повторни експерименти в други лаборатории. В състава на газовата смес беше добавен сероводород като възможен компонент на вулканични изхвърляния и бяха направени други недрастични промени. В повечето случаи експериментът за синтез на органични съединения беше успешен, въпреки че опитите да се отиде по-далеч и да се получат по-сложни елементи, доближаващи се до състава на жива клетка, бяха неуспешни.

РНК свят

До края на 20-ти век много учени, които никога не са преставали да се интересуват от проблема за произхода на живота на Земята, става ясно, че въпреки цялата хармония на теоретичните конструкции и ясното експериментално потвърждение, теорията на Опарин-Халдейн има очевидно , може би непреодолими недостатъци. Основната от тях беше невъзможността да се обясни появата в протобионтите на свойствата, определящи живия организъм - да се размножава със запазване на наследствените черти. С откриването на генетичните клетъчни структури, с определянето на функцията и структурата на ДНК, с развитието на микробиологията се появи нов кандидат за ролята на първичната молекула на живота.

Те се превърнаха в молекула рибонуклеинова киселина - РНК. Тази макромолекула, която е част от всички живи клетки, е верига от нуклеотиди - най-простите органични връзки, състоящи се от азотни атоми, монозахарид - рибоза и фосфатна група. Именно последователността от нуклеотиди е кодът за наследствената информация, а при вирусите например РНК играе ролята, която играе ДНК в сложните клетъчни структури.

Освен това учените са открили уникалната способност на някои РНК молекули да разкъсват други вериги или да слепват отделни РНК елементи, а някои играят ролята на автокатализатори - тоест допринасят за бързото самовъзпроизвеждане. Сравнително малкият размер на макромолекулата на РНК и нейната опростена в сравнение с ДНК структура (в една верига) направиха рибонуклеиновата киселина основният кандидат за ролята на основния елемент на пребиологичните системи.

Окончателната нова теория за произхода на живата материя на планетата е формулирана през 1986 г. от Уолтър Гилбърт (роден през 1932 г.), американски физик, микробиолог и биохимик. Не всички експерти са съгласни с тази гледна точка за произхода на живота на Земята. Наричана накратко „Светът на РНК“, теорията за структурата на предбиологичния свят на нашата планета не може да отговори на простия въпрос как се е появила първата молекула на РНК с желани свойства, дори ако в нея е имало огромно количество „строителен материал“. форма на нуклеотиди и др.

PAH свят

Саймън Никълъс Платс се опита да намери отговора през май 2004 г., а през 2006 г. група учени, ръководени от Паскал Еренфройнд. Полиароматните въглеводороди са предложени като изходен материал за РНК с каталитични свойства.

Светът на PAH се основава на голямото изобилие на тези съединения във видимото пространство (те вероятно са присъствали в "първоначалната супа" на младата Земя) и характеристиките на тяхната пръстеновидна структура, която допринася за бързото свързване с азота бази - ключови компоненти на РНК. Теорията на PAH отново говори за актуалността на някои разпоредби на панспермията.

Уникален живот на уникална планета

Докато учените нямат възможност да се върнат 3 милиарда години назад, мистерията за произхода на живота на нашата планета няма да бъде разкрита - до този извод стигат много от тези, които са се занимавали с този проблем. Основните концепции за произхода на живота на Земята са: теорията за абиогенезата и теорията за панспермията. Те могат да се припокриват по много начини, но най-вероятно няма да могат да отговорят: как изненадващо точно балансирана система от Земята и нейния спътник Луната се е появила в необятния космос, как е възникнал животът в нея ...