Viața a apărut pe planeta noastră la aproximativ jumătate de miliard de ani de la apariția Pământului, adică acum aproximativ 4 miliarde de ani: atunci s-a născut primul strămoș comun al tuturor ființelor vii. Era o singură celulă, al cărei cod genetic includea câteva sute de gene. Această celulă avea tot ce era necesar pentru viață și dezvoltare ulterioară: mecanisme responsabile pentru sinteza proteinelor, reproducerea informațiilor ereditare și producerea de acid ribonucleic (ARN), care este, de asemenea, responsabil pentru codificarea datelor genetice.

Oamenii de știință au înțeles că primul strămoș comun al tuturor viețuitoarelor provine din așa-numita supă primordială - aminoacizi care au apărut din combinarea apei cu elemente chimice care au umplut rezervoarele tânărului Pământ.

Posibilitatea formării aminoacizilor dintr-un amestec de elemente chimice a fost dovedită în urma experimentului Miller-Urey, despre care Gazeta.Ru a relatat în urmă cu câțiva ani. În timpul experimentului, Stanley Miller a simulat în eprubete condițiile atmosferice ale Pământului în urmă cu aproximativ 4 miliarde de ani, umplându-le cu un amestec de gaze - metan, amoniac, carbon și monoxid de carbon - adăugând apă acolo și trecând prin eprubete. electricitate, care trebuia să producă efectul fulgerelor.

Ca urmare a interacțiunii substanțe chimice Miller a primit în eprubete cinci aminoacizi, blocurile de bază ale tuturor proteinelor.

O jumătate de secol mai târziu, în 2008, cercetătorii au reanalizat conținutul eprubetelor pe care Miller le păstrase intacte și au aflat că, de fapt, amestecul de produse conținea nu 5 aminoacizi deloc, ci 22, doar autorul experimentului. nu le-am putut identifica cu câteva decenii în urmă.

După aceea, oamenii de știință s-au confruntat cu întrebarea care dintre cele trei molecule de bază conținute în toate organismele vii (ADN, ARN sau proteine) a devenit următorul pas în formarea vieții. Complexitatea acestei probleme constă în faptul că procesul de formare a fiecăreia dintre cele trei molecule depinde de celelalte două și nu poate fi efectuat în absența acesteia.

Astfel, oamenii de știință au trebuit fie să recunoască posibilitatea formării a două clase de molecule simultan, ca urmare a unei combinații aleatorii de succes de aminoacizi, fie să fie de acord că structura relațiilor lor complexe s-a format spontan, după apariția tuturor celor trei clase. .

Problema a fost rezolvată în anii 1980, când Thomas Check și Sydney Altman au descoperit capacitatea ARN-ului de a exista complet autonom, acționând ca un accelerator al reacțiilor chimice și sintetizând noi ARN-uri similare cu el însuși. Această descoperire a condus la „Ipoteza mondială a ARN”, propusă pentru prima dată de microbiologul Carl Wese în 1968 și formulată în cele din urmă de biochimistul și laureatul Nobel pentru chimie Walter Gilbert în 1986. Esența acestei teorii constă în faptul că moleculele de acid ribonucleic sunt recunoscute ca bază a vieții, care, în procesul de auto-reproducere, ar putea acumula mutații. Aceste mutații au condus în cele din urmă la capacitatea acidului ribonucleic de a crea proteine. Compușii proteici sunt catalizatori mai eficienți decât ARN-ul și de aceea mutațiile care i-au creat au devenit fixate în procesul de selecție naturală.

În același timp, s-au format și „depozite” de informații genetice, ADN. Acizii ribonucleici au supraviețuit ca intermediari între ADN și proteine, îndeplinind multe funcții diferite:

ele stochează informații despre secvența de aminoacizi din proteine, transferă aminoacizi la locurile de sinteză a legăturilor peptidice și participă la reglarea gradului de activitate a anumitor gene.

În prezent, oamenii de știință nu au dovezi clare că o astfel de sinteză a ARN-ului ca rezultat al combinațiilor aleatorii de aminoacizi este posibilă, deși există unele dovezi pentru această teorie: de exemplu, în 1975, oamenii de știință Manfred Samper și Rudiger Lewis au demonstrat că, în anumite condiții, ARN-ul poate apărea spontan într-un amestec care conține doar nucleotide și replicază, iar în 2009, cercetătorii de la Universitatea din Manchester au demonstrat că uridina și citidina, constituenții acidului ribonucleic, ar putea fi sintetizate în condițiile Pământului timpuriu. Cu toate acestea, unii cercetători continuă să critice „Ipoteza mondială a ARN” din cauza probabilității extrem de scăzute de generare spontană a acidului ribonucleic catalitic.

Oamenii de știință Richard Wolfenden și Charles Carter de la Universitatea din Carolina de Nord au propus versiunea lor despre formarea vieții din „materialul de construcție” primar. Ei cred că aminoacizii, formați dintr-un set de elemente chimice care au existat pe Pământ, au devenit baza formării nu a acizilor ribonucleici, ci a altor, mai mult. substanțe simple- enzime proteice care au făcut posibilă apariția ARN-ului. Cercetătorii și-au publicat concluziile în jurnal PNAS .

Richard Wolfenden a analizat proprietățile fizice ale a 20 de aminoacizi și a ajuns la concluzia că aminoacizii ar putea asigura în mod independent procesul de formare a structurii unei proteine ​​complete. Aceste proteine, la rândul lor, erau enzime – molecule care accelerează reacțiile chimice din organism. Charles Carter și-a continuat munca colegului său arătând, folosind o enzimă numită aminoacil-ARNt sintetază, importanța enormă pe care enzimele o pot juca în dezvoltarea ulterioară a bazelor vieții: acestea

moleculele proteice sunt capabile să recunoască acizii ribonucleici de transport, asigurând corespondența acestora cu secțiunile codului genetic și, prin urmare, organizând transmiterea corectă a informațiilor genetice către generațiile ulterioare.

Potrivit autorilor studiului, ei au reușit să găsească chiar „veriga lipsă”, care a fost o etapă intermediară între formarea aminoacizilor din elementele chimice primare și plierea acizilor ribonucleici complexi din acestea. Procesul de formare a moleculelor de proteine ​​este destul de simplu în comparație cu formarea ARN-ului, iar realismul acestuia a fost dovedit de Wolfenden folosind exemplul studierii a 20 de aminoacizi.

Concluziile oamenilor de știință dau un răspuns la încă o întrebare care a îngrijorat cercetătorii de mult timp, și anume: când a avut loc „diviziunea muncii” între proteine ​​și acizi nucleici care includ ADN și ARN. Dacă teoria lui Wolfenden și Carter este corectă, atunci putem spune cu siguranță că proteinele și acizii nucleici „au împărțit” principalele funcții între ele în zorii vieții, și anume acum aproximativ 4 miliarde de ani.

Știința încă nu poate spune nici măcar aproximativ, chiar și cu o eroare de milioane de ani. Este doar indiscutabil faptul că materia vie s-a schimbat de-a lungul a sute de milioane de ani din viața Pământului, în funcție de condițiile de mediu, de condițiile de existență a organismelor.

Dezvoltarea organismelor vegetale și animale

Comparând organisme vegetale și animale, diferențe profunde pot fi găsite în ele. Dacă, totuși, trecem de la formele superioare la cele inferioare, de la cele mai puternic organizate la cele mai puțin organizate, aceste diferențe se netezesc treptat. Cei mai simpli reprezentanți ai animalelor și plantelor sunt atât de apropiați unul de celălalt încât împărțirea lor este condiționată și nu este posibil să se stabilească o graniță ascuțită aici. Acest lucru spune multe despre unitate a vieții. Viața s-a dezvoltat și s-a îmbunătățit treptat. Ca urmare a schimbărilor continue, au apărut noi organisme vegetale și animale care sunt mai bine adaptate noului mediu. Ne sunt cunoscute legume și lumea animală- doar una dintre etapele acelui proces grandios în timp al dezvoltării vieții, care a început cu foarte mult timp în urmă.

Istoria originii vieții pe Pământ în straturile scoarței terestre

Despre Trecutul Pământului vorbește elocvent straturi ale scoarței terestre cu rămășițele diverselor organisme păstrate în ele, rocile care alcătuiesc straturile, amplasarea acestora și alte caracteristici, (mai multe detalii:). Aceste straturi sunt ca paginile unei cărți speciale, o carte fascinantă despre viața Pământului. Trebuie doar să îi poți citi paginile dărăpănate, uneori prea împrăștiate. Straturi ale Pământului. Într-o râpă adâncă sau pe malul unui râu, puteți găsi scoici neobișnuite ca aspect și formă, amprente de plante și animale pe piatră, pietre care arată ca niște faguri sau coarne mici de berbec, precum și tuburi de piatră ascuțite pe unul. lateral, diferit ca marime si grosime. . Seamănă oarecum cu fragmente de degete de piatră. Pentru această asemănare, ele sunt denumite colocvial „la naiba degete”.
La naiba degetul. S-ar putea să ai și norocul să găsești dinți de o formă neobișnuită, oase și chiar schelete întregi, amprente, uneori uriașe, de animale nemaivăzute până acum.
descoperiri arheologice. Rocile care alcătuiesc straturile scoarței terestre nu sunt mai puțin remarcabile decât acele rămășițe fosile de organisme care se găsesc în ele. În unele locuri, argilele albastre, roșii și negre ne atrag atenția, în altele - gresii negre, roșii și verzi, nisipuri albe și verzi, calcare, uneori debordând cu rămășițele diferitelor organisme.
Calcarul este umplut cu resturile diferitelor organisme. Cercetătorii naturii au observat de mult timp că în diferite straturi există rămășițe ale diferitelor organisme. În unele straturi, de exemplu, lângă Sankt Petersburg, o abundență de scoici plate mici este izbitoare - „obolus”, aproximativ de dimensiunea unei monede de doi copeci („obolos” în greacă este o mică monedă de schimb - obol), în alte straturi, de exemplu, lângă Moscova, există o abundență de „degete naibii”.
O abundență de „la naiba degete” în straturi. Prin urmare, s-a tras concluzia că aceste straturi s-au format în momente geologice diferite, când aceste organisme au primit o distribuție semnificativă în rezervoarele marine. Obolus a locuit în vechea Marea Siluriană, care a apărut, după cum stabilesc geologii, cu aproximativ 360 de milioane de ani în urmă și a existat timp de 40 de milioane de ani. Această mare a ocupat o suprafață uriașă variind de la frontierele de est Europa de Vest până la Marea Aral în est și aproximativ de la latitudinea orașului Tula în nord până la Munții Caucaz în sud. Mările moderne, precum Marea Neagră, aruncă, de asemenea, mase uriașe de tot felul de scoici. Pe plaja „de aur” Evpatoria, vei fi uimit de abundența de scoici. Meșteșugarii locali își decorează cu pricepere suvenirurile fără pretenții - cutii, rame foto și diverse trăsături. Împreună cu scop artistic carcasa este bine folosită în locul nisipurilor de balast pentru șinele de cale ferată. Grosimile scoicii Mării Negre au servit drept material de pornire pentru formarea straturilor de rocă de coajă - un material de construcție excelent care poate fi prelucrat cu ușurință.
Roca coajă este un material de construcție excelent. „Degetul diavolului” are cel puțin interesanta poveste. Diavolul este amintit aici doar din ignoranță: acestea nu sunt altceva decât fragmente din învelișul interior al unei vechi moluște cefalopode belemnite care a trăit în îndepărtata era mezozoică, cu aproximativ 185 de milioane de ani în urmă. Numele animalului provine de la cuvântul grecesc antic „belemnon” - o săgeată, al cărei vârf, în general, arăta ca un „deget al diavolului”.

Descendenții Belemniților

Câțiva descendenți ai belemniților - sepie și monștri uriași - caracatițe, sau caracatițe, se găsesc în mările moderne, atât reci, cât și calde, atât în ​​apropierea coastei, cât și la adâncimi mari (până la 3500 de metri). Majoritatea cefalopodelor sunt prădători; uneori ajung la 17 metri, din care 6 metri cad pe corpul animalului, restul – pe tentacule – „picioare”, până la zece la număr.
Caracatiță uriașă. Cefalopodele înoată într-un mod special: prin contracția puternică a mușchilor corpului lor, ei aruncă un jet de apă din deschiderea gurii. Din această împingere, animalul se repezi rapid, ca o torpilă. Ai putea crede că plutește înapoi. În caz de pericol, unii cefalopode eliberează conținutul unei pungi speciale de cerneală și devin invizibile pentru inamic în spatele unui văl noroios. Celebra cerneală chinezească și vopsea maro sepia sunt făcute din conținutul pungii de cerneală. Multe cefalopode, în special sepie, sunt consumate (în China) atât proaspete, cât și uscate. Însuși „degetul diavolului” se afla în coada animalului și îi oferea prădătorului viteza de mișcare.

mări străvechi

Cefalopodele antice au fost găsite din abundență în Marea Cretacică, care în prima jumătate a Cretacicului a inundat o fâșie largă de-a lungul Uralului, mergând într-un golf adânc la vest până la meridianul Tver-Kaluga, iar în a doua jumătate a ocupat aproape toată jumătatea de sud a părții europene. a Rusiei până la granițele de sud cu Turcia și Iranul. În această regiune de sud a Mării Cretacice, lanțul principal caucazian a fost deja identificat ca o insulă stâncoasă.

Studiul formării straturilor Pământului

Dacă în straturi ale pământului zone îndepărtate unele de altele, de exemplu, lângă Moscova și lângă Ulyanovsk, se găsesc din abundență „degetele diavolului” sau orice alte resturi organice identice - acest lucru sugerează în mod convingător că aceste straturi s-au format în același timp geologic, altfel - în același timp geologic. perioadă, epocă, secol etc.

Studiul straturilor scoarței terestre în perioada cuaternară

Un material interesant ne poate oferi studiul straturilor scoarței terestre, formate în cel mai apropiat milion de ani de noi. Această perioadă geologică, care continuă până în prezent, se numește perioada cuaternară. În straturile superioare ale regiunilor Volga de Jos și Mijloc, de exemplu, în regiunile Astrakhan, Volgograd, Saratov și Kuibyshev, în special în regiunea Trans-Volga, se găsesc scoici similare cu cele care încă trăiesc în Marea Caspică.
Cochilie antică fosilă. Pe baza descoperirilor acestor scoici, a fost posibil să se stabilească limitele uriașei care exista odinioară. Aral-Marea Caspică. Volgograd și Saratov sunt acum situate pe malul său rădăcină. Cercetătorii pot chiar să stabilească cu exactitate că golful îngust nordic al mării trecea de-a lungul malului drept înalt al Kama, departe spre nord-est. Această mare era așa cu aproximativ 100 de mii de ani în urmă, când cea mai mare parte a teritoriului european al Rusiei se afla sub acoperirea marii glaciații și grosimea gheții a ajuns, după cum cred geologii, până la doi kilometri. În straturile mai adânci, în regiunea Volga, se găsesc oase de tauri, zimbri, cai sălbatici, cămile uriașe, un mamut, un cerb gigantic, un rinocer păros, un leu de peșteră și alte animale acum dispărute. Cu cât pătrundem mai adânc în straturi, cu atât se vor găsi mai des oasele animalelor, din ce în ce mai diferite de reprezentanții moderni ai lumii animale.
Rămășițe fosilizate de animale. Studiind rămășițele pietrificate ale vieții din epocile trecute, geologii par să răstoarne paginile de piatră ale marii cărți a naturii. Cu toate acestea, adesea nu oferă un răspuns exhaustiv: lipsesc multe pagini, deoarece nu toate organismele care au existat în epocile trecute ale vieții planetei noastre și-au imprimat amprenta pe piatră.
Amprenta unui vierme de piatră. De la lanțul lung al vieții, de la originea materiei vii până la formă perfectă- un om, s-au păstrat doar fragmente separate, lipsesc multe verigi ale acestui lanț. Cele mai vechi straturi ale scoarței terestre, foarte modificate în procesul de formare, aproape nu conțin semne de viață organică.

Formarea organismelor fosile

Urme mai distincte de organisme încep să apară în acele roci care s-au format din sedimentele rezervoarelor antice. Organismele și scheletele lor îngropate în aceste sedimente s-au transformat treptat în piatră în condiții favorabile, cu alte cuvinte, s-au mineralizat.
descoperiri mineralizate. Lor materie organică a fost înlocuit din soluții cu minerale, de exemplu var carbonic, silice și alte substanțe. Așa s-au format diverse scoici fosilizate, oase, bucăți de lemn și chiar trunchiuri întregi de copaci.
Lemn pietrificat. Dacă șlefuim o placă subțire transparentă (mai subțire decât o foaie de hârtie), așa-numita secțiune subțire, dintr-o bucată de lemn pietrificat, atunci la microscop vom vedea clar structura interna lemn vechi. Uneori nu se păstrează cojile în sine, părți ale plantei etc., ci doar amprentele lor, de exemplu, amprentele frunzelor plantelor.
Imprimare cu frunze. Există, de asemenea, turnate formate din materialul care a umplut carcasa și s-a întărit ulterior. Așa se obțin „nucleele interioare”, așa cum le numesc geologii. Ele seamănă cu piese turnate de metal într-o anumită formă. Când coaja în sine se dizolvă, se obține o turnare a formei sale exterioare, sau „miez exterior”. Mediul în care s-au păstrat rămășițele de animale a determinat siguranța acestora: în nisipurile cu granulație grosieră, rămășițele de animale erau dizolvate prin apele circulante, în argile erau zdrobite, iar în rocile metamorfice au dispărut complet. Doar sedimentele mâloase cu granulație fină, turba, asfaltul natural și mai ales rășina de conifere au determinat conservarea excepțională a resturilor organice. Insectele, de exemplu, și florile care au intrat în rășina lichidă de copac cu milioane de ani în urmă, au fost conservate în întregime fără nici cea mai mică schimbare, ca și cum ar fi vii. Cum poate fi explicat acest lucru? Faptul este că rășina s-a întărit treptat, s-a pietrificat, transformându-se în chihlimbar - o piatră aurie semiprețioasă, adesea complet transparentă. Din chihlimbar sunt fabricate margele, piese bucale, broșe etc.. În chihlimbar se găsesc adesea diverse insecte, în special furnicile.
Furnica în chihlimbar. Iată ce a scris Lomonosov despre aceste curiozități în urmă cu aproximativ 260 de ani:

Plimbându-se la umbra de plop, furnica S-a blocat cu piciorul în rășină lipicioasă. Deși a fost disprețuitor printre oamenii din viața lui: după moarte, au devenit prețioși în chihlimbar.

Nu întotdeauna, mai ales pe vremuri, descoperirile geologice au primit definiția și scopul corect. Au fost și curiozități de neuitat. Într-una, de exemplu, catedrala spaniolă din secolul al XVII-lea, dintele molar al unui mamut era venerat ca un dinte fără îndoială al unui sfânt. Cei care sufereau de dureri de dinți s-au aplicat la dintele lui Mammoth și, în general, dădeau un venit bun „sfinților părinți”. Rețineți că dimensiunile aproximative ale unui dinte de mamut sunt: ​​lungimea rădăcinii este de 12 centimetri, lungimea suprafeței de mestecat este de 14 centimetri, iar lățimea sa este de 7 centimetri. Fiecare persoană ar trebui să aibă treizeci și doi de dinți (cu un set complet). Ce mărime avea gura sfântului, judecând după datele incontestabile ale lăcașului însuși.
Săpături de animale antice. Trebuie remarcat faptul că legende despre uriași, de douăzeci de ori mai mari decât un om, au fost găsite și în tratatele antice, „științifice” ale acelei vremuri. Au fost și cazuri mai grave cu descoperiri geologice. Amprenta scheletului unei șopârle străvechi a fost recunoscută, de exemplu, cu binecuvântarea „învățăților” din primul sfert al secolului al XVIII-lea, pentru scheletul unui om care s-a înecat în timpul „Potopului”. Ceața misterului a dispărut treptat de la diverse descoperiri miraculoase, iar la sfârșitul aceluiași secol al XVIII-lea, oamenii de știință care au studiat cu atenție structura organismului animal au dezmințit „martorul Potopului”, descoperind în el o asemănare neîndoielnică cu o șopârlă. Pe lângă fosile și amprente, pe piatra vieții antice sau a fenomenelor naturale se găsesc adesea urme directe. Așa sunt, de exemplu, urmele membrelor celor mai vechi animale, urmele viermilor târâtori, amprentele picăturilor de ploaie, urmele tăiate de valuri etc.
Urme fosilizate ale animalelor antice. Inițial, au fost imprimate pe pământ moale, apoi treptat s-au întărit și împietrit.

Este dificil să găsești o persoană care să nu se întrebe cum a apărut viața pe Pământ. Există o mulțime de idei pe acest subiect, de la Biblie și Darwin până la teoria modernă a evoluției, care suferă constant schimbări în conformitate cu ultimele descoperiri ale oamenilor de știință.

Desigur, toată lumea a auzit despre dinozauri, i-a văzut în filme și muzee și puțini își contestă existența istorică.

Deși, până în 1842, omenirea nici măcar nu și-a dat seama că oasele animalelor gigantice găsite în diferite locuri de pe planetă aparțineau aceluiași tip, numindu-le „dragoni” sau atribuind rămășițele titanilor care au luptat în războiul troian. A fost nevoie de înțelegerea oamenilor de știință care au comparat datele și au dat numele rămășițelor ciudate: dinozauri. Și astăzi știm perfect cum arătau aceste șopârle gigantice, dispărute cu milioane de ani în urmă, au descris multe dintre speciile lor și fiecare copil știe cine sunt.

Faptul că aceste reptile uriașe au apărut pe Pământ în urmă cu 225-250 de milioane de ani și s-au stins complet cu aproximativ 66 de milioane de ani înaintea erei noastre nu șochează majoritatea oamenilor obișnuiți care nu sunt interesați de detaliile științei. Desigur, ne amintim și de crocodilii legați de dinozauri, care au apărut ca specie în urmă cu 83 de milioane de ani și au reușit să supraviețuiască din timpuri imemoriale. Dar toate aceste cifre sunt rareori corelate în mintea noastră la scară.

Câți ani are umanitatea?

Nu mulți oameni cunosc vârsta speciilor moderne Homo sapiens, ceea ce înseamnă Homo sapiens, despre care oamenii de știință îl estimează că are doar 200 de mii de ani. Adică, vârsta omenirii ca specie este de 1250 de ori mai mică decât vârsta clasei de reptile, căreia i-au aparținut dinozaurii.

Este necesar să ne încadrăm în conștiință și să organizăm aceste date dacă vrem să înțelegem cum a apărut inițial viața pe planeta noastră. Și de unde au venit oamenii înșiși, care astăzi încearcă să înțeleagă această viață?

Astăzi, materialele secrete ale oamenilor de știință au devenit publice. Povestea șocantă a experimentelor din ultimii ani care au rescris teoria evoluției și au aruncat lumină asupra modului în care a început viața pe planeta noastră a aruncat în aer dogme de lungă durată. Secretele geneticii, de obicei accesibile doar unui cerc restrâns de „inițiați”, au dat un răspuns fără echivoc presupunerii lui Darwin.

Mintea lui Homo Sapiens (om rezonabil) are doar 200 de mii de ani. Și planeta noastră are 4,5 miliarde!

Materiale secrete

Cu doar câteva secole în urmă, se putea aștepta ca astfel de idei să fie executate pe miză. Giordano Bruno a fost ars pentru erezie cu ceva peste 400 de ani în urmă, în februarie 1600. Dar astăzi, cercetarea subterană a pionierilor îndrăzneți a devenit cunoscută publică.

Chiar și acum 50 de ani, tații ignoranți creșteau adesea copiii altor bărbați, chiar și mama însăși nu știa întotdeauna adevărul. Astăzi, stabilirea paternității este o analiză obișnuită. Fiecare dintre noi poate comanda un test ADN și poate afla cine au fost strămoșii săi, al căror sânge curge în venele lui. Urma generațiilor este imprimată pentru totdeauna în codul genetic.

În acest cod este conținut răspunsul la cea mai arzătoare întrebare care ocupă mintea omenirii: cum a început viața?

Materialele secrete ale oamenilor de știință dezvăluie istoria dorinței de a găsi singurul răspuns adevărat. Aceasta este o poveste de tenacitate, perseverență și creativitate uimitoare, care acoperă cele mai mari descoperiri ale științei moderne.

În încercarea lor de a înțelege cum a început viața, oamenii au mers să exploreze cele mai îndepărtate colțuri ale planetei. În cursul acestor căutări, unii oameni de știință au primit marca de „dragi” pentru experimentele lor, în timp ce alții au fost nevoiți să le conducă sub controlul regimului totalitar.

Cum a început viața pe pământ?

Poate că aceasta este cea mai dificilă dintre toate întrebările existente. Timp de mii de ani, marea majoritate a oamenilor au explicat acest lucru printr-o singură teză - „viața a fost creată de zei”. Alte explicații erau pur și simplu de neconceput. Dar de-a lungul timpului, situația s-a schimbat. De-a lungul secolului trecut, oamenii de știință au încercat să descopere exact cum a apărut prima viață de pe planetă, scrie Michael Marshall pentru BBC.

Majoritatea oamenilor de știință moderni care studiază originea vieții sunt încrezători că se mișcă în direcția corectă - iar experimentele în desfășurare nu fac decât să le întărească încrederea. Descoperirile lui Newton din genetică rescriu cartea cunoașterii de la prima până la ultima pagină.

• Nu cu mult timp în urmă, oamenii de știință au descoperit cel mai vechi strămoș uman care a trăit pe planetă în urmă cu aproximativ 540 de milioane de ani. Din această „pungă cu dinți” au provenit toate vertebratele, spun cercetătorii. Dimensiunea strămoșului comun era de doar un milimetru.
• Cercetătorii moderni au reușit chiar să creeze primul organism semi-sintetic cu modificări fundamentale ale ADN-ului. Suntem deja foarte aproape de sinteza de noi proteine, adică de viață complet artificială. În doar câteva secole, omenirea a reușit să stăpânească crearea unui nou tip de organisme vii.
• Nu numai că creăm noi organisme, dar le edităm cu încredere și pe cele existente. Oamenii de știință au creat chiar „software” care le permite să editeze firul de ADN folosind instrumente celulare. Apropo, doar 1% din ADN poartă informații genetice, spun cercetătorii. Pentru ce este celălalt 99%?
• ADN-ul este atât de versatil încât poate stoca informații precum un hard disk. Au înregistrat deja un film pe DNA și au reușit să descarce informațiile înapoi fără probleme, deoarece obișnuiau să ia fișiere de pe o dischetă.

Consideră-te educat și omul modern? Atunci trebuie doar să știi.

Deși descoperirea ADN-ului datează din 1869, abia în 1986 aceste cunoștințe au fost folosite pentru prima dată în criminalistică.

Iată povestea originii vieții pe Pământ

Viața este veche. Dinozaurii sunt poate cele mai faimoase dintre toate creaturile dispărute, dar au apărut cu doar 250 de milioane de ani în urmă. Prima viață de pe planetă a apărut mult mai devreme.

Cele mai vechi fosile sunt estimate la aproximativ 3,5 miliarde de ani. Cu alte cuvinte, sunt de 14 ori mai vechi decât primii dinozauri!

Cu toate acestea, aceasta nu este limita. De exemplu, în august 2016, au fost găsite bacterii fosile care au 3,7 miliarde de ani. Acesta este de 15 mii de ori mai vechi decât dinozaurii!

Pământul în sine nu este cu mult mai vechi decât aceste bacterii - planeta noastră s-a format în sfârșit cu aproximativ 4,5 miliarde de ani în urmă. Adică, prima viață de pe Pământ a apărut destul de „repede”, după aproximativ 800 de milioane de ani, bacterii au existat pe planetă - organisme vii care, conform oamenilor de știință, au reușit să devină mai complexe în timp și să dea naștere unor organisme simple în ocean la mai întâi, și la sfârșit se termină și rasa umană însuși.

Un raport recent din Canada confirmă aceste date: vârsta celor mai vechi bacterii este estimată la 3.770 până la 4.300 miliarde de ani. Adică, viața de pe planeta noastră, foarte probabil, a apărut „aproximativ” la 200 de milioane de ani după formarea ei. Microorganismele găsite trăiau pe fier. Rămășițele lor au fost găsite în roci de cuarț.

Presupunând că viața își are originea pe Pământ - ceea ce sună rezonabil având în vedere celălalt corpuri spațiale nu l-am găsit încă, nici pe alte planete, nici pe fragmente de meteoriți aduse din spațiu, atunci asta ar fi trebuit să se întâmple în acel interval de timp care acoperă un miliard de ani între momentul în care planeta s-a format în sfârșit și data apariției lui. cele găsite în timpurile noastre fosile.

Deci, după ce am restrâns perioada de timp care ne interesează, pe baza cercetărilor recente, putem presupune cum a fost exact prima viață de pe Pământ.

Oamenii de știință au recreat aspectul giganților preistorici din scheletele găsite în timpul săpăturilor.

Fiecare organism viu este alcătuit din celule (la fel și tu)

În secolul al XIX-lea, biologii au stabilit că toate organismele vii sunt formate din „celule” – aglomerări minuscule de materie organică de diferite forme și dimensiuni.

Celulele au fost descoperite pentru prima dată în secolul al XVII-lea - concomitent cu inventarea microscoapelor relativ puternice, dar abia un secol și jumătate mai târziu, oamenii de știință au ajuns la aceeași concluzie: celulele sunt baza întregii vieți de pe planetă.

Desigur, în exterior, o persoană nu arată nici ca pește, nici ca dinozaur, ci doar priviți printr-un microscop pentru a vă asigura că oamenii constau din aproape aceleași celule ca reprezentanții lumii animale. Mai mult, aceleași celule stau la baza plantelor și ciupercilor.

Toate organismele sunt formate din celule, inclusiv tu.

Cea mai numeroasă formă de viață este bacteriile unicelulare

Până în prezent, cele mai numeroase forme de viață pot fi numite în siguranță microorganisme, fiecare dintre ele constând dintr-o singură celulă.

Cel mai cunoscut tip de astfel de viață sunt bacteriile care trăiesc oriunde în lume.

În aprilie 2016, oamenii de știință au prezentat o versiune actualizată a „pomului vieții”: un fel de arbore genealogic pentru fiecare tip de organism viu. Marea majoritate a „ramurilor” acestui arbore sunt ocupate de bacterii. Mai mult, forma copacului sugerează că strămoșul întregii vieți de pe Pământ a fost o bacterie. Cu alte cuvinte, toată diversitatea organismelor vii (inclusiv dumneavoastră) provine dintr-o singură bacterie.

Astfel, putem aborda mai precis problema originii vieții. Pentru a recrea acea primă celulă, este necesar să se recreeze cât mai precis posibil condițiile care predominau pe planetă în urmă cu mai bine de 3,5 miliarde de ani.

Deci cât de greu este?

Bacteriile unicelulare sunt cea mai comună formă de viață de pe Pământ.

Începutul experimentelor

Timp de multe secole, întrebarea „cum a început viața?” aproape niciodată luate în serios. La urma urmei, așa cum ne-am amintit deja la început, răspunsul era cunoscut: viața a fost creată de Creator.

Până în secolul al XIX-lea, majoritatea oamenilor credeau în „vitalism”. Această învățătură se bazează pe ideea că toate ființele vii sunt înzestrate cu o putere specială, supranaturală, care le deosebește de obiectele neînsuflețite.

Ideile vitalismului au reflectat adesea postulate religioase. Biblia spune că Dumnezeu, cu ajutorul „suflării vieții”, a reînviat primii oameni și că sufletul nemuritor este una dintre manifestările vitalismului.

Dar există o problemă. Ideile de vitalism sunt fundamental greșite.

Până la începutul secolului al XIX-lea, oamenii de știință au descoperit mai multe substanțe care se găseau exclusiv în viețuitoare. Una dintre aceste substanțe a fost ureea, care este conținută în urină, și a fost posibilă obținerea acesteia în 1799.

Această descoperire nu a contrazis însă conceptul de vitalism. Ureea a apărut doar în organismele vii, așa că poate că acestea erau înzestrate cu o vitalitate deosebită care le făcea unice.

Moartea vitalismului

Dar în 1828, chimistul german Friedrich Wöhler a reușit să sintetizeze uree dintr-un compus anorganic, cianatul de amoniu, care nu avea nimic de-a face cu ființele vii. Alți oameni de știință au reușit să repete experimentul său și în curând a devenit clar că toți compușii organici pot fi obținuți din cei mai simpli - anorganici.

Aceasta a marcat sfârșitul vitalismului ca concept științific.

Dar oamenilor le era destul de greu să scape de convingerile lor. Faptul că nu există cu adevărat nimic special în compușii organici care sunt specifici doar ființelor vii, pentru mulți, părea să fi privat viața de un element de magie, transformând oamenii din creaturi divine aproape în mașini. Desigur, acest lucru era foarte contrar Bibliei.

Chiar și unii oameni de știință au continuat să lupte pentru vitalism. În 1913, biochimistul englez Benjamin Moore își promova cu ardoare teoria „energiei biotice”, care era în esență același vitalism, dar cu o acoperire diferită. Ideea de vitalism și-a găsit rădăcini destul de puternice în suflet uman la nivel emotional.

Astăzi, reflexiile sale pot fi găsite în cele mai neașteptate locuri. Luați, de exemplu, o serie de povești științifico-fantastice în care „energia vitală” a unui personaj poate fi completată sau drenată. Gândiți-vă la „energia de regenerare” folosită de rasa Time Lord de la Doctor Who. Această energie ar putea fi completată dacă s-a încheiat. Deși ideea pare futuristă, este de fapt o reflectare a teoriilor de modă veche.

Astfel, după 1828, oamenii de știință au avut în sfârșit motive întemeiate să caute o nouă explicație pentru originea vieții, de data aceasta eliminând speculațiile despre intervenția divină.

Dar nu au început să caute. S-ar părea că tema cercetării s-a sugerat de la sine, dar, de fapt, misterul originii vieții nu a fost abordat timp de câteva decenii. Poate că toată lumea era încă prea atașată de vitalism pentru a merge mai departe.

Chimistul Friedrich Wöhler a reușit să sintetizeze ureea - un compus organic - din substanțe anorganice.

Darwin și teoria evoluției

O descoperire majoră în cercetarea biologică în secolul al XIX-lea a fost teoria evoluției dezvoltată de Charles Darwin și continuată de alți oameni de știință.

Teoria lui Darwin, prezentată în Originea speciilor în 1859, a explicat modul în care întreaga diversitate a lumii animale a apărut dintr-un singur strămoș.

Darwin a susținut că Dumnezeu nu a creat fiecare specie de ființe vii separat, dar toate aceste specii descind dintr-un organism primitiv care a apărut cu milioane de ani în urmă, care este numit și ultimul strămoș comun universal.

Ideea s-a dovedit a fi extrem de controversată, din nou pentru că a infirmat postulatele biblice. Teoria lui Darwin a fost supusă unor critici acerbe, în special din partea creștinilor jigniți.

Dar teoria evoluției nu a spus un cuvânt despre cum a apărut primul organism.

Cum a apărut prima viață?

Darwin a înțeles că aceasta era o problemă fundamentală, dar (poate că nu dorind să intre într-un alt conflict cu clerul) a atins-o doar într-o scrisoare din 1871. Tonul emoționant al scrisorii arăta că omul de știință era conștient de toată semnificația profundă această problemă:

„... Dar dacă acum [ah, ce mare dacă!]într-un corp cald de apă, care conținea toate sărurile necesare de amoniu și fosfor și accesibilă luminii, căldurii, electricității etc., s-a format chimic o proteină, capabilă de transformări din ce în ce mai complexe..."

Cu alte cuvinte: imaginați-vă un mic corp de apă umplut cu compuși organici simpli și sub soare. Unele dintre conexiuni pot începe să interacționeze, creând mai multe substanțe complexe, ca o proteină, care, la rândul ei, va interacționa și se va dezvolta.

Ideea era destul de superficială. Dar, cu toate acestea, a stat la baza primelor ipoteze despre originea vieții.

Darwin nu numai că a creat teoria evoluției, dar a sugerat și că viața își are originea în apă caldă, saturată cu compușii anorganici necesari.

Ideile revoluționare ale lui Alexandru Oparin

Iar primii pași în această direcție nu au fost făcuți deloc acolo unde v-ați putea aștepta. S-ar putea să credeți că o astfel de cercetare, care implică libertate de gândire, ar fi trebuit să fie efectuată în Marea Britanie sau în SUA, de exemplu. Dar, de fapt, primele ipoteze despre originea vieții au fost înaintate în întinderile native ale URSS staliniste, de un om de știință al cărui nume probabil nu l-ai auzit niciodată.

Se știe că Stalin a închis multe studii în domeniul geneticii. În schimb, el a promovat ideile agronomului Trofim Lysenko, pe care le considera mai potrivite ideologiei comuniste. Oamenii de știință care au efectuat cercetări în domeniul geneticii au fost obligați să susțină public ideile lui Lysenko, altfel riscau să ajungă în lagăre.

Într-o atmosferă atât de tensionată, biochimistul Alexander Ivanovici Oparin a trebuit să-și conducă experimentele. Acest lucru a fost posibil pentru că s-a dovedit a fi un comunist de încredere: a susținut ideile lui Lysenko și chiar a primit Ordinul lui Lenin, cel mai onorabil premiu dintre toate cele care existau la acea vreme.

Biochimistul sovietic Alexander Oparin a sugerat că primele organisme vii s-au format ca coacervate.

O nouă teorie a originii primei vieți pe pământ

Oparin a descris cum a fost Pământul în primele zile după formarea sa. Planeta avea o suprafață îngrozitor de fierbinte și a atras meteoriți mici. În jur erau doar pietre pe jumătate topite, care conțineau o gamă uriașă de substanțe chimice, multe dintre ele bazate pe carbon.

În cele din urmă, Pământul s-a răcit suficient încât vaporii s-au transformat pentru prima dată în apă lichidă, creând astfel prima ploaie. După ceva timp, pe planetă au apărut oceane fierbinți, care erau bogate în substanțe chimice pe bază de carbon. Alte evenimente s-ar putea dezvolta în funcție de două scenarii.

Primul a implicat interacțiunea substanțelor, în care ar apărea compuși mai complecși. Oparin a sugerat că zahărul și aminoacizii importanți pentru organismele vii s-ar fi putut forma în bazinul acvatic al planetei.

În al doilea scenariu, unele substanțe, la interacțiune, au început să formeze structuri microscopice. După cum știți, mulți compuși organici nu se dizolvă în apă: de exemplu, uleiul formează un strat la suprafața apei. Dar unele substanțe, atunci când sunt în contact cu apa, formează globule sferice, sau „coacervate”, cu diametrul de până la 0,01 cm (sau 0,004 inci).

Observând coacervatele la microscop, se poate observa asemănarea lor cu celulele vii. Ele cresc, își schimbă forma și uneori se împart în două. De asemenea, ele interacționează cu compușii din jur, astfel încât alte substanțe să poată fi concentrate în ei. Oparin a sugerat că coacervatele erau strămoșii celulelor moderne.

Prima teorie a vieții a lui John Haldane

Cinci ani mai târziu, în 1929, biologul englez John Burdon Sanderson Haldane și-a prezentat în mod independent teoria cu idei similare, care a fost publicată în Rationalist Annual.

Până atunci, Haldane a adus deja o contribuție uriașă la dezvoltarea teoriei evoluției, contribuind la integrarea ideilor lui Darwin în știința geneticii.

Și a fost o persoană foarte memorabilă. Odată, în timpul unui experiment într-o cameră de decompresie, a experimentat o ruptură a timpanului, despre care a scris mai târziu următoarele: „Membrana se vindecă deja și chiar dacă rămâne o gaură în ea, atunci, în ciuda surdității, va fi posibil să eliberăm cu grijă inelele de fum de tutun de acolo, ceea ce cred că este o realizare importantă.”

La fel ca Oparin, Haldane a sugerat exact modul în care compușii organici ar putea interacționa în apă: „(mai devreme) primele oceane au atins consistența unui bulion fierbinte”. Acest lucru a creat condițiile pentru apariția „primelor organisme vii sau semivii”. În aceleași condiții, cele mai simple organisme ar putea fi în interiorul „filmului de ulei”.

John Haldane, independent de Oparin, a prezentat idei similare despre originea primelor organisme.

Ipoteza Oparin-Haldane

Astfel, primii biologi care au prezentat această teorie au fost Oparin și Haldane. Dar ideea că Dumnezeu sau chiar o „forță vitală” abstractă nu a participat la formarea organismelor vii a fost radicală. Ca și teoria evoluției a lui Darwin, acest gând a fost o palmă pentru creștinism.

Autoritățile URSS au fost complet mulțumite de acest fapt. Sub regimul sovietic, în țară a domnit ateismul, iar autoritățile au susținut cu bucurie explicațiile materialiste pentru fenomene atât de complexe precum viața. Apropo, Haldane era și ateu și comunist.

„În acele vremuri, această idee era privită doar prin prisma propriilor credințe: oamenii religioși o percepeau cu ostilitate, spre deosebire de susținătorii ideilor comuniste”, spune Armen Mulkidzhanyan, expert în originea vieții la Universitatea din Osnabrück în Germania. „În Uniunea Sovietică, această idee a fost acceptată cu bucurie, pentru că nu aveau nevoie de Dumnezeu. Și în Occident, aceasta a fost împărtășită de toți aceiași susținători ai vederilor de stânga, comuniști etc.”

Se numește conceptul că viața s-a format într-o „supă primordială” de compuși organici ipoteza Oparin-Haldane. Părea destul de convingătoare, dar era o problemă. La acel moment, nu exista un singur experiment practic care să dovedească veridicitatea acestei ipoteze.

Astfel de experimente au început abia după aproape un sfert de secol.

Primele experimente pentru a crea viață „în eprubetă”

Harold Urey, un om de știință celebru care primise deja Premiul Nobel pentru Chimie în 1934 și chiar a luat parte la crearea bombei atomice, a devenit interesat de problema originii vieții.

În timpul celui de-al Doilea Război Mondial, Urey a participat la Proiectul Manhattan, colectând uraniu-235 instabil necesar pentru un miez de bombe. După sfârșitul războiului, Urey a susținut controlul civil al tehnologiei nucleare.

Urey a devenit interesat de fenomenele chimice care au loc în spatiu deschis. Iar cel mai mare interes pentru el au fost procesele care au avut loc în timpul formării sistemului solar. Într-una dintre prelegerile sale, el a subliniat că, în primele zile, cel mai probabil nu exista oxigen pe Pământ. Și aceste condiții erau ideale pentru formarea „supei primordiale” despre care vorbeau Oparin și Haldane, deoarece unele dintre substanțele necesare erau atât de slabe încât s-ar dizolva la contactul cu oxigenul.

La prelegere a participat un doctorand pe nume Stanley Miller, care l-a abordat pe Urey cu o propunere de a realiza un experiment bazat pe această idee. Yuuri a fost sceptic la început, dar Miller a reușit ulterior să-l convingă.

În 1952, Miller a efectuat cel mai faimos experiment care a explicat vreodată originea vieții pe Pământ.

Experimentul lui Stanley Miller a devenit cel mai faimos din istoria studierii originii organismelor vii de pe planeta noastră.

Cel mai faimos experiment despre originea vieții pe Pământ

Pregătirea nu a durat mult. Miller a conectat o serie de baloane de sticlă care au circulat 4 substanțe care se presupune că au existat pe Pământul timpuriu: apă clocotită, hidrogen, amoniac și metan. Gazele au fost supuse unor descărcări sistematice de scântei - aceasta a fost o simulare a loviturilor de fulgere, care au fost o întâmplare comună pe Pământul timpuriu.

Miller a descoperit că „apa din balon a devenit vizibil roz după prima zi, iar după prima săptămână soluția a devenit tulbure și roșu închis”. A fost formarea noului compuși chimici.

Când Miller a analizat compoziția soluției, a descoperit că aceasta conținea doi aminoacizi: glicină și alanină. După cum știți, aminoacizii sunt adesea descriși ca elementele de bază ale vieții. Acești aminoacizi sunt utilizați în formarea proteinelor care controlează cele mai multe procese biochimiceîn corpul nostru. Miller a creat literalmente de la zero cele mai importante două componente ale unui organism viu.

În 1953, rezultatele experimentului au fost publicate în prestigioasa revistă Science. Yuuri, într-un mod onorabil, chiar dacă necaracteristic unui om de știință de vârsta lui, și-a îndepărtat numele din titlu, lăsând toată gloria lui Miller. În ciuda acestui fapt, studiul este denumit în mod obișnuit „Experimentul Miller-Urey”.

Semnificația experimentului Miller-Urey

„Valoarea experimentului Miller-Urey este că arată că, chiar și într-o atmosferă simplă, se pot forma multe molecule biologice”, spune John Sutherland, om de știință la Laboratorul de biologie moleculară din Cambridge.

Nu toate detaliile experimentului au fost exacte, așa cum sa dovedit mai târziu. De fapt, cercetările au arătat că au existat alte gaze în atmosfera timpurie a Pământului. Dar acest lucru nu reduce semnificația experimentului.

„A fost un experiment emblematic care a captat imaginația multora și de aceea se face referire la el și astăzi”, spune Sutherland.

În lumina experimentului lui Miller, mulți oameni de știință au început să caute modalități de a crea molecule biologice simple de la zero. Răspunsul la întrebarea „Cum a început viața pe Pământ?” părea să fie foarte aproape.

Dar apoi s-a dovedit că viața este mult mai complicată decât ți-ai putea imagina. Celulele vii, după cum sa dovedit, nu sunt doar un set de compuși chimici, ci mici mecanisme complexe. Dintr-o dată, crearea de celule vii de la zero a devenit mult mai mult problema serioasa decât se așteptau oamenii de știință.

Studiul genelor și ADN-ului

La începutul anilor 50 ai secolului XX, oamenii de știință s-au îndepărtat deja de ideea că viața este un dar de la zei.

În schimb, au început să studieze posibilitatea unei origini spontane și naturale a vieții pe Pământul timpuriu - și, datorită experimentului de reper al lui Stanley Miller, au început să apară dovezi pentru această idee.

În timp ce Miller încerca să creeze viață de la zero, alți oameni de știință își dădeau seama din ce sunt făcute genele.

Până în acest moment, majoritatea moleculelor biologice fuseseră deja studiate. Acestea includ zahăr, grăsimi, proteine ​​și acizi nucleici cum ar fi „acidul dezoxiribonucleic” – alias ADN.

Astăzi, toată lumea știe că ADN-ul conține genele noastre, dar pentru biologii din anii 1950, acesta a fost un adevărat șoc.

Proteinele aveau o structură mai complexă, motiv pentru care oamenii de știință credeau că informațiile despre gene sunt conținute în ele.

Teoria a fost dezmințită în 1952 de oamenii de știință de la Carnegie Institution, Alfred Hershey și Martha Chase. Ei au studiat viruși simpli, formați din proteine ​​și ADN, care s-au reprodus prin infectarea altor bacterii. Oamenii de știință au descoperit că ADN-ul viral, nu proteinele, pătrunde în bacterii. Din aceasta s-a concluzionat că ADN-ul este materialul genetic.

Descoperirea lui Hershey și Chase a fost începutul unei curse pentru a studia structura ADN-ului și modul în care funcționează.

Martha Chase și Alfred Hershey au descoperit că ADN-ul poartă informații genetice.

Structura elicoidală a ADN-ului este una dintre cele mai importante descoperiri ale secolului al XX-lea.

Francis Crick și James Watson de la Universitatea din Cambridge au fost primii care au venit cu o soluție, nu fără ajutorul subestimat al colegei lor, Rosalind Franklin. Acest lucru s-a întâmplat la un an după experimentele lui Hershey și Chase.

Descoperirea lor a devenit una dintre cele mai importante din secolul al XX-lea. Această descoperire a schimbat modul în care privim originile vieții, dezvăluind structura incredibil de complexă a celulelor vii.

Watson și Crick au descoperit că ADN-ul este un dublu helix (dublu șurub) care arată ca o scară curbată. Fiecare dintre cei doi „poli” ai acestei scări este alcătuit din molecule numite nucleotide.

Această structură arată clar modul în care celulele își copiază ADN-ul. Cu alte cuvinte, devine clar cum părinții transmit copii ale genelor lor copiilor.

Este important de înțeles că dublu helix poate fi „dezlegat”. Acest lucru va deschide accesul la codul genetic, care constă dintr-o secvență de baze genetice (A, T, C și G), de obicei conținute în „treptele” scării ADN. Fiecare fir este apoi folosit ca șablon pentru a crea o copie a celuilalt.

Acest mecanism permite ca genele să fie moștenite încă de la începutul vieții. Proprii tale gene ajung să provină dintr-o bacterie străveche – și fiecare dintre ele a fost transmisă folosind același mecanism pe care l-au descoperit Crick și Watson.

Pentru prima dată, unul dintre cele mai secrete secrete ale vieții a fost dezvăluit publicului.

Structura ADN: 2 vertebrate (lanțuri antiparalele) și perechi de nucleotide.

Provocarea ADN-ului

După cum sa dovedit, DNA are o singură sarcină. ADN-ul tău spune celulelor din corpul tău cum să producă proteine ​​(proteine), molecule care îndeplinesc multe sarcini importante.

Fără proteine, nu ți-ai putea digera mâncarea, inima ta s-ar opri să mai bată, iar respirația s-ar opri.

Dar recrearea procesului de formare a proteinelor cu ADN-ul sa dovedit de fapt a fi o sarcină descurajantă. Toți cei care au încercat să explice originea vieții pur și simplu nu au putut înțelege cum ceva atât de complex a putut să apară și să se dezvolte singur.

Fiecare proteină este în esență un lanț lung de aminoacizi țesute împreună într-o anumită ordine. Această ordine determină forma tridimensională a proteinei și, prin urmare, scopul acesteia.

Această informație este codificată în secvența de baze ADN. Deci, atunci când o celulă trebuie să producă o anumită proteină, citește gena corespunzătoare din ADN pentru a construi secvența dată de aminoacizi.

Ce este ARN-ul?

Există o avertizare în procesul de utilizare a ADN-ului de către celule.

• ADN-ul este cea mai prețioasă resursă a celulei. Prin urmare, celulele preferă să nu se refere la ADN cu fiecare acțiune.
• În schimb, celulele copiază informațiile din ADN în molecule mici ale unei alte substanțe numite ARN (acid ribonucleic).
• ARN-ul este similar cu ADN-ul, dar are o singură catenă.

Dacă facem o analogie între ADN și o carte de bibliotecă, atunci ARN-ul de aici va arăta ca o pagină cu un rezumat al cărții.

Procesul de conversie a informațiilor printr-o catenă de ARN în proteină este finalizat de o moleculă foarte complexă numită ribozom.

Acest proces are loc în fiecare celulă vie, chiar și în cele mai simple bacterii. Este la fel de important pentru viață ca mâncarea și respirația.

Astfel, orice explicație a apariției vieții trebuie să arate cum a apărut trio-ul complex și cum a început să funcționeze, care include ADN, ARN și ribozomi.

Diferența dintre ADN și ARN.

Totul este mult mai complicat

Teoriile lui Oparin și Haldane păreau acum naive și simple, în timp ce experimentul lui Miller, care a creat câțiva aminoacizi necesari pentru a forma o proteină, părea amator. Pe lunga călătorie către crearea vieții, cercetările sale, oricât de fructuoase, au fost în mod clar doar primul pas.

„ADN-ul face ca ARN-ul să producă proteine, toate într-un sac închis de substanțe chimice”, spune John Sutherland. „Te uiți la asta și ești uimit de cât de greu este. Ce putem face pentru a găsi un compus organic care va face toate acestea dintr-o singură mișcare?”

Poate că viața a început cu ARN?

Primul care a răspuns la această întrebare a fost un chimist britanic pe nume Leslie Orgel. El a fost unul dintre primii care a văzut modelul ADN creat de Crick și Watson, iar mai târziu a ajutat NASA cu programul Viking, în timpul căruia aterizatoarele au fost trimise pe Marte.

Orgel intenționa să simplifice sarcina. În 1968, susținut de Crick, el a propus că primele celule vii nu conțineau nici proteine, nici ADN. Dimpotrivă, ele constau aproape în întregime din ARN. În acest caz, moleculele primare de ARN trebuie să fi fost universale. De exemplu, trebuiau să facă copii ale lor, probabil folosind același mecanism de împerechere ca ADN-ul.

Ideea că viața a început cu ARN a avut un impact incredibil asupra tuturor cercetărilor viitoare. Și a devenit cauza unei dezbateri aprinse în comunitatea științifică, care nu s-a potolit până în prezent.

Presupunând că viața a început cu ARN și alt element, Orgel a sugerat că unul dintre cele mai importante aspecte ale vieții - capacitatea de a se reproduce - a apărut mai devreme decât altele. Putem spune că se gândea nu numai la cum a apărut viața pentru prima dată, ci a vorbit despre însăși esența vieții.

Mulți biologi au fost de acord cu ideea lui Orgel că „reproducția a fost prima”. În teoria evoluției a lui Darwin, capacitatea de a procrea este în prim-plan: aceasta este singura modalitate prin care un organism poate „câștiga” această cursă – adică să lase în urmă numeroși copii.

Leslie Orgel a prezentat ideea că primele celule au funcționat pe baza ARN-ului.

Împărțire în 3 tabere

Dar viața este caracterizată și de alte trăsături care sunt la fel de importante.

Cel mai evident dintre acestea este metabolismul: capacitatea de a absorbi energia mediului și de a o folosi pentru supraviețuire.

Pentru mulți biologi, metabolismul este caracteristica definitorie a vieții, capacitatea de reproducere este pe locul doi.

Așadar, începând cu anii 1960, oamenii de știință care se luptau cu misterul originii vieții au început să se împartă în 2 tabere.

„Primul a susținut că metabolismul a venit înaintea geneticii, al doilea a fost de părere opusă”, explică Sutherland.

A existat un al treilea grup, care a susținut că mai întâi trebuie să existe un recipient pentru moleculele cheie care să nu le permită să se descompună.

„Compartimentarea trebuia să vină pe primul loc, pentru că fără ea, metabolismul celular ar fi lipsit de sens”, explică Sutherland.

Cu alte cuvinte, o celulă trebuie să fi fost la originea vieții, așa cum au subliniat deja Oparin și Haldane cu câteva decenii în urmă, și poate că această celulă trebuie să fi fost acoperită cu grăsimi și lipide simple.

Fiecare dintre cele trei idei și-a dobândit susținători și a supraviețuit până în zilele noastre. Oamenii de știință au uitat uneori de profesionalismul cu sânge rece și au susținut orbește una dintre cele trei idei.

Ca urmare, conferințe științifice pe această problemă au fost adesea însoțite de scandaluri, iar jurnaliștii care au acoperit aceste evenimente au auzit adesea comentarii imparțiale de la oamenii de știință dintr-o tabără despre munca colegilor lor din celelalte două.

Datorită lui Orgel, ideea că viața a început cu ARN a adus publicul cu un pas mai aproape de puzzle.

Și în anii 1980, a avut loc o descoperire uluitoare care a confirmat de fapt ipoteza lui Orgel.

Ce a fost mai întâi: container, metabolism sau genetică?

Așadar, la sfârșitul anilor 1960, în căutarea unui răspuns la misterul originii vieții pe planetă, oamenii de știință au fost împărțiți în 3 tabere.

1. Primii erau siguri că viața a început cu formarea versiunilor primitive de celule biologice.
2. Al doilea credea că primul și pasul cheie a fost sistemul metabolic.
3. Alții s-au concentrat pe importanța geneticii și a reproducerii (replicare).

Această a treia tabără încerca să-și dea seama cum ar fi putut arăta primul replicator, ținând cont de ideea că replicatorul trebuie să fie făcut din ARN.

Multe fețe ale ARN-ului

Până în anii 1960, oamenii de știință aveau motive ample să creadă că ARN-ul era sursa întregii vieți.

Aceste motive includ faptul că ARN-ul ar putea face lucruri pe care ADN-ul nu le-ar putea face.

Fiind o moleculă monocatenară, ARN-ul s-ar putea îndoi în diferite forme, ceea ce nu era posibil cu ADN-ul dublu catenar rigid.

ARN-ul, care s-a pliat ca origami, semăna puternic cu proteinele în comportamentul său. La urma urmei, proteinele sunt în esență aceleași lanțuri lungi, dar constând din aminoacizi, nu nucleotide, ceea ce le permite să creeze structuri mai complexe.

Aceasta este cheia pentru cea mai uimitoare capacitate a proteinelor. Unele proteine ​​pot accelera sau „cataliza” reacțiile chimice. Aceste proteine ​​se numesc enzime.

De exemplu, intestinele umane conțin multe enzime care descompun moleculele alimentare complexe în molecule simple (cum ar fi zahărul) - adică acelea care sunt folosite în continuare de celulele noastre. Ar fi pur și simplu imposibil să trăiești fără enzime. De exemplu, moartea recentă a fratelui vitreg al liderului coreean pe aeroportul din Malaezia s-a datorat faptului că o enzimă (enzimă) a încetat să mai funcționeze în corpul său, acțiunea căreia suprimă reactivul nervos VX - ca urmare, sistemul respirator este paralizat și o persoană moare în câteva minute. Enzimele sunt atât de importante pentru funcționarea corpului nostru.

Leslie Orgel și Francis Crick au avansat o altă ipoteză. Dacă ARN-ul s-ar putea plia la fel ca proteinele, ar putea forma și enzime?

Dacă acesta s-a dovedit a fi cazul, atunci ARN-ul ar putea fi molecula vie originală – și extrem de versatilă – care stochează informații (cum face ADN-ul) și catalizează reacțiile, așa cum fac unele proteine.

Ideea a fost interesantă, dar în următorii 10 ani nu au fost găsite dovezi care să o susțină.

enzime ARN

Thomas Check s-a născut și a crescut în Iowa. Chiar și în copilărie, pasiunea lui erau pietrele și mineralele. Și deja în liceu, a fost un invitat obișnuit la geologii universității locale, care i-au arătat modele de structuri minerale. În cele din urmă, a devenit biochimist, concentrându-se pe studiul ARN-ului.

La începutul anilor 1980, Chek și colegii de la Universitatea din Colorado din Boulder studiau un organism unicelular numit Tetrahymena thermophile. O parte a acestui organism celular includea catene de ARN. Check a observat că unul dintre segmentele de ARN s-a separat uneori de celelalte, ca și cum ar fi fost separat cu foarfece.

Când echipa sa a eliminat toate enzimele și alte molecule care puteau acționa ca foarfece moleculare, ARN-ul a continuat să izoleze acest segment. În același timp, a fost descoperită prima enzimă ARN: un segment mic de ARN care se poate separa independent de lanțul mare de care a fost atașat.

Deoarece cele două enzime ARN au fost găsite relativ repede, oamenii de știință au speculat că ar putea fi de fapt multe altele. Acum din ce în ce mai multe dovezi erau în favoarea faptului că viața a început cu ARN.

Thomas Check a găsit prima enzimă ARN.

Lumea ARN

Walter Gilbert a fost primul care a dat un nume acestui concept.

Ca fizician care a devenit brusc interesat de biologia moleculară, Gilbert a fost unul dintre primii care au apărat teoria secvențierii genomului uman.

Într-un articol din 1986 din Nature, Gilbert a sugerat că viața a început în așa-numita „Lumea ARN”.

Prima etapă a evoluției, conform lui Gilbert, a constat într-un „proces în care moleculele de ARN au acționat ca catalizatori, adunându-se într-o supă de nucleotide”.

Prin copierea și lipirea diferitelor fragmente de ARN într-un lanț comun, moleculele de ARN au creat lanțuri mai utile pe baza celor existente. În cele din urmă, a venit momentul în care au învățat cum să creeze proteine ​​și enzime proteice care s-au dovedit a fi mult mai utile decât versiunile de ARN, înlocuindu-le în mare măsură și dând naștere vieții pe care o vedem astăzi.

ARN World este o modalitate destul de ingenioasă de a crea organisme vii complexe de la zero.

În acest concept, nu trebuie să se bazeze pe formarea simultană a zeci de molecule biologice în „supa primordială”, va fi suficient pentru o singură moleculă cu care totul a început.

Dovada de

În 2000, ipoteza „Lumea ARN” a obținut dovezi solide.

Thomas Steitz a petrecut 30 de ani studiind structurile moleculelor din celulele vii. În anii 1990, s-a angajat în principalul studiu al vieții sale: studiul structurii ribozomului.

Fiecare celulă vie are un ribozom. Această moleculă mare citește instrucțiunile de la ARN și pune împreună aminoacizii pentru a face proteine. Ribozomii din celulele umane căptuiesc aproape fiecare parte a corpului.

Până atunci, se știa deja că ribozomul conține ARN. Dar în 2000, echipa lui Steitz a prezentat un model detaliat al structurii ribozomului, în care ARN-ul a apărut ca nucleu catalitic al ribozomului.

Această descoperire a fost serioasă, mai ales având în vedere cât de vechi și fundamental pentru viață a fost considerat ribozomul. Faptul că un mecanism atât de important se baza pe ARN a făcut ca teoria „Lumea ARN” să fie mult mai plauzibilă în cercurile științifice. Susținătorii conceptului RNA World s-au bucurat cel mai mult, iar Steitz a primit Premiul Nobel în 2009.

Dar după aceea, oamenii de știință au început să aibă îndoieli.

Probleme ale teoriei „Lumii ARN”.

Teoria ARN World a avut inițial două probleme.

În primul rând, ar putea ARN-ul să îndeplinească de fapt toate funcțiile vitale? Și s-ar fi putut forma în condițiile Pământului timpuriu?

Au trecut 30 de ani de când Gilbert a creat teoria „Lumea ARN” și încă nu avem dovezi concludente că ARN-ul este cu adevărat capabil de tot ceea ce este descris în teorie. Da, este uimitor moleculă funcțională, dar este suficient un ARN pentru toate funcțiile care îi sunt atribuite?

O inconsecvență mi-a atras atenția. Dacă viața a început cu o moleculă de ARN, atunci ARN-ul poate crea copii ale lui însuși sau replici.

Dar niciunul dintre toate ARN-urile cunoscute nu are această capacitate. Pentru a crea o copie exactă a unui fragment de ARN sau ADN, sunt necesare multe enzime și alte molecule.

Prin urmare, la sfârșitul anilor 80, un grup de biologi a început cercetări destul de disperate. Ei și-au propus să creeze ARN capabil de auto-replicare.

Încercările de a crea ARN cu auto-replicare

Jack Szostak de la Harvard scoala medicala a fost primul dintre acești exploratori. Încă din copilărie, a fost atât de pasionat de chimie încât și-a transformat chiar subsolul într-un laborator. Și-a tratat siguranța cu dispreț, ceea ce a dus cândva la o explozie care a țintuit un bec de sticlă în tavan.

La începutul anilor 1980, Shostak a demonstrat cum genele umane se protejează de procesul de îmbătrânire. Aceste cercetări timpurii l-au condus mai târziu la Premiul Nobel.

Dar el a devenit curând îndrăgostit de cercetările lui Chek asupra enzimelor ARN. „Cred că este o muncă incredibilă”, spune Shostak. „În principiu, este foarte probabil ca ARN-ul să servească drept catalizator pentru a face copii ale lui însuși.”

În 1988, Chek a descoperit o enzimă ARN capabilă să formeze o moleculă mică de ARN lungă de 10 nucleotide.

Shostak a decis să meargă mai departe și să creeze noi enzime ARN în laborator. Echipa sa a creat un set de secvențe aleatorii și a testat-o ​​pe fiecare pentru a găsi cel puțin una care avea capacitatea unui catalizator. Apoi secvențele s-au schimbat, iar testul a continuat.

După 10 încercări, Shostak a reușit să creeze enzima ARN, care, în rol de catalizator, a accelerat reacția de 7 milioane de ori mai rapid decât se întâmplă în mediul natural.

Echipa lui Shostak a demonstrat că enzimele ARN pot fi extrem de puternice. Dar enzima lor nu și-a putut crea propriile replici. A fost o fundătură pentru Shostak.

Enzima R18

În 2001, următoarea descoperire a fost făcută de un fost student al Shostak, David Barthel de la Massachusetts Institute of Technology din Cambridge.

Bartel a creat o enzimă ARN numită R18 care ar putea adăuga noi nucleotide la un lanț de ARN pe baza celor existente.

Cu alte cuvinte, enzima nu a adăugat doar nucleotide aleatorii, ci a copiat exact secvența.

Moleculele cu auto-reproducere erau încă departe, dar direcția a fost corectă.

Enzima R18 a constat dintr-un lanț care includea 189 de nucleotide și i-ar putea adăuga încă 11 - adică 6% din lungimea sa. Cercetătorii au sperat că după câteva experimente, acești 6% ar putea fi transformați în 100%.

Cel mai de succes în acest domeniu a fost Philip Holliger de la Laboratorul de Biologie Moleculară din Cambridge. În 2011, echipa sa a modificat enzima R18, creând enzima tC19Z, care ar putea copia o secvență de până la 95 de nucleotide. Aceasta a fost 48% din lungimea sa - mai mult de R18, dar în mod clar nu 100% necesar.

Gerald Joyce și Tracey Lincoln de la Institutul de Cercetare Scripps din La Jolla au prezentat o abordare alternativă a problemei. În 2009, au creat o enzimă ARN care își creează indirect propria replică.

Enzima lor combină două bucăți scurte de ARN și creează o altă enzimă. Aceasta, la rândul său, combină alte două fragmente de ARN pentru a recrea enzima originală.

Având în vedere materiile prime, acest ciclu simplu poate continua la nesfârșit. Însă enzimele funcționează corect numai dacă ramurile de ARN potrivite, create de Joyce și Lincoln, sunt la locul lor.

Pentru mulți oameni de știință care sunt sceptici cu privire la ideea „Lumea ARN”, lipsa replicării independente a ARN-ului este principalul motiv al scepticismului. ARN-ul pur și simplu nu este în măsură să fie creatorul întregii vieți.

Nu adăugați optimism și eșecul chimiștilor de a crea ARN de la zero. Și deși ARN-ul este o moleculă mult mai simplă decât ADN-ul, crearea acesteia s-a dovedit a fi o provocare incredibilă.

Primele celule cel mai probabil s-au înmulțit prin diviziune.

Problema este zahărul

Totul este despre zahărul prezent în fiecare nucleotidă și coloana vertebrală a nucleotidei. Este posibil să le creați separat, dar nu este posibil să le legați între ele.

La începutul anilor 1990, această problemă era deja evidentă. Ea a convins mulți biologi că ipoteza ARN World, oricât de atractivă ar părea, rămâne totuși doar o ipoteză.

• Poate că o altă moleculă a existat inițial pe Pământul timpuriu: mai simplă decât ARN-ul și capabilă să se asambleze din „supa primordială”, iar mai târziu să înceapă să se reproducă.
• Poate că această moleculă a fost prima, iar după ea au apărut ARN, ADN și altele.

Acid nucleic poliamidic (PNA)

În 1991, Peter Nielsen de la Universitatea din Copenhaga din Danemarca părea să fi găsit un candidat potrivit pentru rolul de replicator primar.

De fapt, a fost o versiune semnificativ îmbunătățită a ADN-ului. Nielsen a lăsat baza neschimbată - standardele A, T, C și G - dar în loc de molecule de zahăr, a folosit molecule numite poliamide.

El a numit molecula rezultată acid nucleic poliamidă sau PNA. Cu toate acestea, de-a lungul timpului, decodificarea abrevierei din anumite motive s-a transformat într-un „acid nucleic peptidic”.

PNA nu apare în natură. Dar comportamentul său seamănă foarte mult cu cel al ADN-ului. O catenă PNA poate înlocui chiar și o catenă dintr-o moleculă de ADN, iar bazele se împerechează ca de obicei. Mai mult, PNA poate dubla helix ca ADN-ul.

Stanley Miller a fost intrigat. Cu scepticism profund cu privire la conceptul de „Lumea ARN”, el credea că PNA se potrivește mai bine cu rolul primului material genetic.

În 2000, și-a susținut opinia cu dovezi. Până atunci, avea deja 70 de ani și suferise mai multe accidente vasculare cerebrale, după care ar fi putut ajunge într-un azil de bătrâni, dar nu avea de gând să renunțe.

Miller și-a repetat experimentul clasic descris mai devreme, de data aceasta folosind metan, azot, amoniac și apă și a ajuns să obțină o coloană vertebrală poliamidă a PNA.

De aici a rezultat că pe Pământul timpuriu ar fi putut exista condiții pentru apariția PNA, spre deosebire de ARN.

PNA se comportă ca ADN-ul.

Acidul nucleic treoză (TNA)

Între timp, alți chimiști și-au creat proprii acizi nucleici.

În 2000, Albert Eschenmoser a creat acidul nucleic treoză (TNA).

De fapt, era același ADN, dar cu un alt tip de zahăr la bază. Lanțurile de TNC ar putea forma o dublă helix, iar informațiile ar putea fi transferate de la ARN la TNC și invers.

Mai mult, TNA ar putea forma și forme complexe, inclusiv forma unei proteine. Acest lucru a sugerat că TNA ar putea acționa ca o enzimă, la fel ca ARN.

Acid nucleic glicol (GNA)

În 2005, Eric Meggers a creat un acid nucleic glicol care poate forma și o spirală.

Fiecare dintre acești acizi nucleici și-a avut susținătorii săi: de obicei creatorii acizilor înșiși.

Dar nu există nicio urmă de astfel de acizi nucleici în natură, așa că chiar dacă presupunem că au fost folosiți de prima viață, atunci la un moment dat a trebuit să-i abandoneze în favoarea ARN-ului și ADN-ului.

Sună plauzibil, dar nu este susținut de dovezi.

Conceptul a fost bun, dar...

Astfel, pe la mijlocul primului deceniu al secolului XXI, susținătorii conceptului „Lumea ARN” s-au găsit într-o poziție dificilă.

Pe de o parte, enzimele ARN au existat în natură și au inclus unul dintre cele mai importante fragmente de mecanisme biologice - ribozomul. Nu este rău.

Dar, pe de altă parte, nu s-a găsit ARN-ul auto-replicator în natură și nimeni nu a putut explica exact cum s-a format ARN-ul în „supa primordială”. Acestea din urmă ar putea fi explicate prin acizi nucleici alternativi, dar ei au existat deja (sau niciodată) în natură. Asta e rău.

Verdictul asupra întregului concept RNA World a fost clar: conceptul este bun, dar nu exhaustiv.

Între timp, de la mijlocul anilor 1980, o altă teorie s-a dezvoltat încet. Susținătorii săi au susținut că viața nu a început cu ARN, ADN sau orice altă substanță genetică. Potrivit acestora, viața a apărut ca un mecanism de utilizare a energiei.

Mai întâi energia?

Deci, de-a lungul anilor, oamenii de știință care se ocupă de originea vieții s-au împărțit în 3 tabere.

Reprezentanții primului au fost convinși că viața începe cu o moleculă de ARN, dar nu au putut să-și dea seama cum moleculele de ARN sau moleculele asemănătoare ARN-ului au reușit să apară spontan pe Pământul timpuriu și să înceapă să se reproducă. Succesele oamenilor de știință au fost la început admirate, dar în cele din urmă, cercetătorii au ajuns într-un impas. Cu toate acestea, chiar și atunci când aceste studii erau în plină desfășurare, existau deja cei care erau siguri că viața își are originea cu totul diferit.

Teoria ARN World se bazează pe o idee simplă: cea mai importantă funcție a unui organism este capacitatea de a procrea. Majoritatea biologilor sunt de acord cu acest lucru. Toate ființele vii, de la bacterii la balene albastre, se străduiesc să se reproducă.

Cu toate acestea, mulți cercetători ai acestei probleme nu sunt de acord că funcția de reproducere este pe primul loc. Ei spun că organismul trebuie să devină autosuficient înainte de a începe reproducerea. Trebuie să fie capabil să se mențină în viață. La urma urmei, nu poți avea copii dacă mori primul.

Sustinem viata cu alimente, in timp ce plantele absorb energia din lumina soarelui.

Da, tipul care mănâncă fericit o cotlet suculent nu este în mod clar ca un stejar vechi de un secol, dar, de fapt, ambii absorb energie.

Absorbția energiei este baza vieții.

Metabolism

Vorbind despre energia ființelor vii, avem de-a face cu metabolismul.

1. Prima etapă este obținerea energiei, de exemplu, din substanțe bogate în energie (de exemplu, zahăr).
2. Al doilea este utilizarea energiei pentru a construi celule utile în organism.

Procesul de utilizare a energiei este extrem de important, iar mulți cercetători cred că el a fost cel care a devenit începutul vieții.

Dar cum ar putea arăta organismele cu o singură funcție metabolică?

Prima și cea mai influentă sugestie a fost făcută de Günter Wachtershauser la sfârșitul anilor 1980. Era avocat de brevete de profesie, dar avea cunoștințe decente de chimie.

Wachtershauser a sugerat că primele organisme „au fost izbitor de diferite de tot ceea ce știm”. Nu erau formate din celule. Nu aveau enzime, ADN sau ARN.

Pentru claritate, Wachtershauser a descris fluxul de apă fierbinte care curge din vulcan. Apa era saturată cu gaze vulcanice precum amoniacul și conținea particule de minerale din centrul vulcanului.

În locurile în care pârâul curgea peste stânci, au început reacții chimice. Metalele conținute în apă au contribuit la crearea de compuși organici mari din cei mai simpli.

ciclu metabolic

Punctul de cotitură a fost crearea primului ciclu metabolic.

În cursul acestui proces, o substanță chimică este transformată în alte câteva și așa mai departe, până când în final totul se reduce la recrearea primei substanțe.

În timpul procesului, întregul sistem implicat în metabolism acumulează energie care poate fi folosită pentru a reporni ciclul sau a începe un proces nou.

Orice altceva cu care sunt înzestrate organismele moderne (ADN, celule, creier) a apărut mai târziu, de altfel, pe baza acestor cicluri chimice.

Ciclurile metabolice nu sunt foarte asemănătoare cu viața. Prin urmare, Wachtershauser a numit invențiile sale „organisme precursoare” și a scris că „cu greu pot fi numite vii”.

Dar ciclurile metabolice descrise de Wachtershauser sunt întotdeauna în centrul oricărui organism viu.

Celulele tale sunt de fapt fabrici microscopice, care descompun constant o substanță în alta.

Ciclurile metabolice, deși mecanice, sunt fundamentale pentru viață.

Ultimele două decenii ale secolului al XX-lea Wachtershauser s-a dedicat teoriei sale, elaborând-o în detaliu. El a descris care minerale ar fi cele mai potrivite și ce cicluri chimice ar putea avea loc. Argumentele lui au început să câștige susținători.

Confirmare experimentală

În 1977, echipa lui Jack Corliss de la Universitatea din Oregon a făcut o scufundare în apele Oceanului Pacific de Est la o adâncime de 2,5 kilometri (1,5 mile). Oamenii de știință au studiat izvorul termal Galapagos într-un loc în care crestele s-au ridicat din partea de jos stânci. Se știa că zonele erau inițial active din punct de vedere vulcanic.

Corliss a descoperit că crestele erau practic punctate cu izvoare termale. Apa fierbinte și încărcată cu chimicale se ridica de sub fundul mării și curgea prin găurile din stânci.

În mod uimitor, aceste „orificii hidrotermale” erau dens populate cu creaturi ciudate. Acestea erau moluște uriașe de mai multe feluri, midii și anelide.

Apa era și ea plină de bacterii. Toate aceste organisme trăiau din energia din gurile hidrotermale.

Descoperirea gurilor hidrotermale i-a dat lui Corliss o reputație excelentă. L-a pus și pe gânduri.

Gurile hidrotermale din ocean oferă viață organismelor de astăzi. Poate că au devenit sursa sa principală?

gurile hidrotermale

În 1981, Jack Corliss a sugerat că astfel de orificii de aerisire au existat pe Pământ în urmă cu 4 miliarde de ani și în jurul lor a apărut viața. Și-a dedicat întreaga carieră dezvoltării acestei idei.

Corliss a sugerat că gurile hidrotermale ar putea crea un amestec de substanțe chimice. Fiecare aerisire, a argumentat el, era un fel de atomizor al „supei primordiale”.

• Pe măsură ce apa fierbinte curgea prin roci, căldura și presiunea au forțat cei mai simpli compuși organici în alții mai complecși, cum ar fi aminoacizii, nucleotidele și zahărul.
• Mai aproape de ieșirea în ocean, unde apa nu mai era atât de fierbinte, au început să formeze lanțuri, formând carbohidrați, proteine ​​și nucleotide precum ADN-ul.
• Apoi, deja în ocean însuși, unde apa s-a răcit semnificativ, aceste molecule s-au asamblat în celule simple.

Teoria a sunat rezonabil și a atras atenția.

Dar Stanley Miller, al cărui experiment a fost discutat mai devreme, nu a împărtășit entuziasmul. În 1988, el a scris că orificiile de ventilație erau prea fierbinți pentru ca viața să se formeze în ele.

Teoria lui Corliss a fost că temperaturile extreme ar putea declanșa formarea unor substanțe precum aminoacizii, dar experimentele lui Miller au arătat că și acestea le pot distruge.

Compușii cheie, cum ar fi zahărul, ar putea dura cel mult câteva secunde.

Mai mult, aceste molecule simple cu greu ar fi capabile să formeze lanțuri, deoarece apa din jur le-ar rupe aproape instantaneu.

Cald, si mai cald...

În acest moment, geologul Mike Russell a intrat în discuție. El credea că teoria ventilației se potrivește perfect cu ipotezele lui Wachtershauser despre organismele precursoare. Aceste gânduri l-au determinat să creeze una dintre cele mai populare teorii despre originea vieții.

Tinerețea lui Russell a fost petrecută creând aspirina și studiind mineralele valoroase. Și în timpul posibilă erupție vulcan în anii 60, a coordonat cu succes un plan de răspuns fără nicio experiență în spate. Dar era interesat să studieze modul în care suprafața Pământului s-a schimbat în diferite ere. Oportunitatea de a privi istoria din perspectiva unui geolog și și-a format teoria despre originea vieții.

În anii 1980, el a găsit fosile care arătau că în cele mai vechi timpuri existau orificii hidrotermale unde temperatura nu depășea 150 de grade Celsius. Aceste temperaturi moderate, a susținut el, ar putea permite moleculelor să dureze mult mai mult decât credea Miller.

În plus, există ceva curios în fosilele acestor orificii mai puțin fierbinți. Un mineral numit pirită, format din fier și sulf, sub formă de tuburi lungi de 1 milimetru.

În laboratorul său, Russell a descoperit că pirita poate forma și picături sferice. El a sugerat că primele molecule organice complexe s-au format tocmai în interiorul structurilor piritei.

Cam în aceeași perioadă, Wachtershauser a început să-și publice teoriile, bazate pe faptul că un flux de apă bogat în substanțe chimice a interacționat cu un fel de mineral. El chiar a sugerat că acest mineral ar putea fi pirita.

2+2=?

Russell a trebuit să adauge doar 2 și 2.

El a sugerat că organismele precursoare ale lui Wachtershauser s-au format în gurile hidrotermale calde din adâncul mării, unde s-ar fi putut forma structuri de pirit. Dacă Russell nu s-a înșelat, atunci viața și-a luat naștere în adâncurile mării, iar metabolismul a apărut pentru prima dată.

Toate acestea au fost prezentate într-o lucrare a lui Russell publicată în 1993, la 40 de ani după experimentul clasic al lui Miller.

Rezonanța în presă a apărut mult mai puțin, dar acest lucru nu scade importanța descoperirii. Russell a combinat două idei diferite (ciclurile metabolice Wachtershauser și gurile hidrotermale Corliss) într-un singur concept destul de convingător.

Conceptul a devenit și mai impresionant atunci când Russell și-a împărtășit ideile despre modul în care primele organisme au absorbit energie. Cu alte cuvinte, el a explicat cum ar fi putut funcționa metabolismul lor. Ideea lui s-a bazat pe opera unuia dintre geniile uitate ale științei moderne.

Experimentele „ridicole” ale lui Mitchell

În anii 60, biochimistul Peter Mitchell a fost forțat să părăsească Universitatea din Edinburgh din cauza unei boli.

A transformat un conac din Cornwall într-un laborator personal. Despărțit de comunitatea științifică, și-a finanțat munca prin vânzarea laptelui de la vacile sale domestice. Mulți biochimiști, inclusiv Leslie Orgel, ale cărui cercetări asupra ARN-ului au fost discutate mai devreme, au considerat că munca lui Mitchell este ridicolă la extrem.

Aproape două decenii mai târziu, Mitchell a triumfat cu Premiul Nobel pentru Chimie în 1978. Nu a devenit niciodată celebru, dar ideile sale pot fi urmărite în orice manual de biologie.

Mitchell și-a dedicat viața studierii modului în care organismele folosesc energia pe care o primesc din alimente. Cu alte cuvinte, era interesat de modul în care rămânem în viață din secundă în secundă.

Biochimistul britanic Peter Mitchell a primit Premiul Nobel pentru Chimie pentru munca sa asupra mecanismului sintezei ATP.

Cum stochează corpul energie

Mitchell știa că toate celulele stochează energie într-o moleculă specifică, adenozin trifosfat (ATP). Important este că un lanț de trei fosfați este atașat de adenozină. Este nevoie de multă energie pentru a atașa al treilea fosfat, care mai târziu este stocat în ATP.

Când o celulă are nevoie de energie (de exemplu, în timpul contracției musculare), oprește cel de-al treilea fosfat din ATP. Aceasta transformă ATP în adenozid difosfat (ADP) și eliberează energia stocată.

Mitchell a vrut să înțeleagă cum au reușit celulele să creeze ATP în primul rând. Cum au concentrat suficientă energie în ADP pentru ca un al treilea fosfat să fie atașat?

Mitchell știa că enzima care produce ATP se află pe membrană. El a concluzionat că celula pompează particule încărcate numite protoni peste membrană și, prin urmare, mulți protoni pot fi văzuți pe o parte, în timp ce aproape niciunul pe cealaltă parte.

Protonii încearcă apoi să intre înapoi în membrană pentru a menține echilibrul pe fiecare parte, dar pot ajunge doar la enzimă. Fluxul de protoni care se scurg este ceea ce oferă enzimei energia de care are nevoie pentru a crea ATP.

Mitchell a venit pentru prima dată cu această idee în 1961. În următorii 15 ani, el și-a apărat teoria de atac, în ciuda dovezilor copleșitoare.

Astăzi se știe că procesul descris de Mitchell este caracteristic oricărei ființe vii de pe planetă. Se întâmplă în celulele tale chiar acum. La fel ca ADN-ul, este o parte fundamentală a vieții așa cum o cunoaștem.

Viața avea nevoie de separarea naturală a protonilor

Construindu-și teoria vieții, Russell a atras atenția asupra diviziunii protonilor arătată de Mitchell: mulți protoni pe o parte a membranei și doar câțiva pe cealaltă.

Toate celulele au nevoie de această separare a protonilor pentru a stoca energie.

Celulele moderne creează acest tip de diviziune prin pomparea protonii din membrană, dar sunt implicate mecanici moleculare complexe care nu s-ar putea întâmpla peste noapte.

Așa că Russell a făcut o altă concluzie logică: viața s-a format acolo unde există o separare naturală a protonilor.

Undeva lângă gurile hidrotermale. Dar ventilația trebuie să fie de un anumit tip.

Pământul timpuriu avea mări acide, iar apa acidă este doar saturată cu protoni. Pentru a separa protonii, apa din gurile hidrotermale trebuie să fie săracă în protoni: cu alte cuvinte, trebuie să fie alcalină.

Gurile hidrotermale Corliss nu se potriveau în această condiție. Nu numai că erau prea fierbinți, ci și prea saturati de acizi.

Dar în anul 2000, Deborah Kelly de la Universitatea din Washington a descoperit primele orificii hidrotermale alcaline.

Dr. Deborah Kelly.

Gurile hidrotermale alcaline și reci

Kelly a reușit cu mare dificultate să devină om de știință. Tatăl ei a murit când ea era la liceu, iar ea a trebuit să lucreze după cursuri pentru a-și plăti studiile universitare.

Dar ea a reușit și mai târziu s-a entuziasmat de ideea de a studia vulcanii subacvatici și gurile hidrotermale fierbinți. Pasiunea pentru studiul vulcanilor și al orificiilor de aer cald subacvatice a condus-o la inimă Oceanul Atlantic. Aici, în adâncuri, era un lanț de munți maiestuos care se ridica de pe fundul oceanului.

Pe această creastă, Kelly a descoperit o rețea de orificii hidrotermale, pe care a numit-o „Orașul pierdut”. Nu erau ca cele pe care le găsise Corliss.

Apa curgea din ele la o temperatura de 40-75 de grade Celsius si cu o cantitate mica de alcali. Mineralele carbonatate din astfel de apă formau coloane albe abrupte, asemănătoare stâlpilor de fum și care se ridicau din fund ca țevile de orgă. În ciuda aspectului lor înfricoșător și „fantomatic”, acești stâlpi găzduiau de fapt colonii de microbi de apă caldă.

Aceste orificii alcaline se potrivesc perfect teoriei lui Russell. Era sigur că viața începea în orificii asemănătoare cu cele din Orașul Pierdut.

Dar a fost o problemă. Ca geolog, Russell nu știa suficient despre celulele biologice pentru a-și face teoria cât mai convingătoare.

Cea mai cuprinzătoare teorie a originii vieții pe Pământ

Pentru a depăși problemele cunoștințelor sale limitate, Russell a făcut echipă cu biologul american William Martin. Controversatul Martin și-a petrecut cea mai mare parte a carierei în Germania.

În 2003, au introdus o versiune îmbunătățită a conceptului timpuriu al lui Russell. Și, poate, această teorie despre originea vieții pe Pământ poate fi numită cea mai cuprinzătoare dintre toate cele existente.

Datorită lui Kelly, ei știau că rocile din gurile de ventilație alcaline erau poroase: erau punctate cu găuri mici umplute cu apă. Oamenii de știință au sugerat că aceste găuri au jucat rolul de „celule”. Fiecare dintre ele conținea substanțe importante, precum minerale precum pirita. Introduceți fisiunea naturală a protonilor furnizată de orificii de ventilație și aveți locul perfect pentru a vă începe metabolismul.

De îndată ce viața a început să folosească energia chimică a apei din orificii, au sugerat Russell și Martin, a început să creeze molecule precum ARN-ul. În cele din urmă, ea și-a creat propria membrană, devenind o adevărată celulă, și a părăsit roca poroasă, îndreptându-se spre ape deschise.

Astăzi este una dintre principalele ipoteze privind originea vieții.

Descoperiri recente

Această teorie a primit un sprijin puternic în iulie 2016, când Martin a publicat studii care au reconstruit unele dintre trăsăturile „ultimului strămoș comun universal” (LCU). Acesta este numele condiționat al unui organism care a existat cu miliarde de ani în urmă, care a dat naștere întregii diversități a vieții moderne.

Este posibil să nu mai putem găsi fosile ale acestui organism, dar pe baza tuturor datelor disponibile, putem ghici cum arăta și ce caracteristici avea studiind microorganismele moderne.

Exact asta a făcut Martin. El a studiat ADN-ul microorganismelor moderne din 1930 și a identificat 355 de gene care erau prezente în aproape fiecare dintre ele.

Se poate presupune că aceste 355 de gene s-au transmis din generație în generație, deoarece toți acești microbi din 1930 aveau un strămoș comun - probabil de pe vremea când PUOP încă exista.

Printre aceste gene s-au numărat cele care au fost responsabile pentru utilizarea diviziunii protonilor, dar nu au fost responsabile pentru crearea acestei diviziuni - la fel ca în teoria lui Russell și Martin.

Mai mult, PUOP părea să fie capabil să se adapteze la substanțe precum metanul, ceea ce presupunea prezența unui agent vulcanic activ. mediu inconjuratorîn jurul. Adică un aerisire hidrotermală.

Nu atât de simplu

Cu toate acestea, susținătorii ideii ARN World au găsit două probleme cu conceptul Russell-Martin. Unul ar putea fi în continuare corectat, dar celălalt ar putea însemna prăbușirea întregii teorii.

Prima problemă este lipsa dovezilor experimentale că procesele descrise de Russell și Martin au avut de fapt loc.

Da, oamenii de știință au construit teoria pas cu pas, dar niciunul dintre pași nu a fost încă reprodus în laborator.

„Susținătorii ideii de aspect primar replicare furnizează în mod regulat rezultatele testelor”, spune Armen Mulkidzhanian, expert în originea vieții. „Susținătorii ideii de aspect primar metabolism ei nu o fac”.

Dar asta se poate schimba în curând datorită colegului lui Martin, Nick Lane de la University College London. Lane a proiectat un „reactor de origine a vieții” care ar simula condițiile din interiorul unui orificiu alcalin. El speră să recreeze ciclurile metabolice și poate chiar ARN-ul. Dar este prea devreme să vorbim despre asta.

A doua problemă este că orificiile de ventilație sunt situate adânc sub apă. După cum a subliniat Miller în 1988, moleculele cu lanț lung precum ARN-ul și proteinele nu se pot forma în apă fără enzime care să le împiedice să se descompună.

Pentru mulți cercetători, acest argument a devenit decisiv.

„Cu o experiență în chimie, nu veți putea crede în teoria ventilației de adâncime, pentru că știți chimia și înțelegeți că toate aceste molecule sunt incompatibile cu apa”, spune Mulkidzhanian.

Cu toate acestea, Russell și susținătorii săi nu se grăbesc să renunțe la ideile lor.

Dar în ultimul deceniu, o a treia abordare a ieșit în prim-plan, însoțită de o serie de experimente extrem de curioase.

Spre deosebire de teoriile „ARN World” și gurile hidrotermale, această abordare, dacă a avut succes, promitea de neconceput - crearea unei celule vii de la zero.

Cum se creează o celulă?

Până la începutul secolului al XXI-lea, existau două concepte principale ale originii vieții.

1. Suporteri „Lumea ARN” a susținut că viața a început cu o moleculă care se auto-replica.
2. Susținătorii aceleiași teorii despre „ metabolismul primar" a creat o înțelegere detaliată a modului în care viața ar fi putut avea originea în gurile hidrotermale de adâncime.

Cu toate acestea, o a treia teorie a ieșit în prim-plan.

Fiecare ființă vie de pe Pământ este alcătuită din celule. Fiecare celulă este în esență o minge moale cu un perete rigid, sau „membrană”.

Sarcina celulei este să conțină toate elementele vitale elemente importante interior. Dacă peretele exterior este rupt, atunci interiorul se va revărsa, iar celula va muri de fapt - ca o persoană dezmembrată.

Peretele exterior al celulei este atât de important încât unii oameni de știință cred că ar fi trebuit să apară primul. Ei sunt siguri că teoria „geneticii primare” și teoria „metabolismului primar” sunt fundamental greșite.

Alternativa lor, „compartimentarea primară”, se bazează în primul rând pe munca lui Pier Luigi Luisi de la Universitatea Roma Tre din Roma.

Teoria protocelulei

Argumentele lui Luisi sunt simple și convingătoare. Cum îți poți imagina un proces de metabolism sau ARN auto-replicator, în care ai nevoie de o mulțime de substanțe într-un singur loc, dacă nu există încă un recipient în care moleculele sunt sigure?

Concluzia de aici este următoarea: există o singură versiune a originii vieții.

Cumva, în mijlocul căldurii și furtunilor de pe Pământul timpuriu, unele materii prime au format celule primitive, sau „protocelule”.

Pentru a demonstra această teorie, este necesar să se efectueze experimente în laborator - încercați să creați un simplu celula vie.

Rădăcinile ideilor lui Louisi s-au întors la lucrările omului de știință sovietic Alexander Oparin, despre care a fost discutat mai devreme. Oparin a subliniat că unele substanțe formează bule numite coacervează, care pot reține alte substanțe în centrul lor.

Louisi a sugerat că aceste coacervate au fost primele protocelule.

Este posibil ca coacervatele să fi fost primele protocelule.

lumea lipidelor

Orice substanță grasă sau uleioasă formează bule sau o peliculă pe apă. Acest grup de substanțe se numește lipide, iar teoria conform căreia ele au dat naștere vieții se numește „Lumea lipidelor”.

Dar formarea de bule nu este suficientă. Ele trebuie să fie stabile, capabile să se divizeze pentru a crea bule „fiice” și să aibă cel puțin un anumit control asupra fluxului de substanțe în și din ele - toate fără proteinele care sunt responsabile pentru aceste funcții în celulele moderne.

Deci, a fost necesar să se creeze protocelule din materialele potrivite. Exact asta a făcut Louisi timp de câteva decenii, dar nu a prezentat nimic convingător.

Protocelulă cu ARN

Apoi, în 1994, Louisi a făcut o sugestie îndrăzneață. În opinia sa, primele protocelule trebuie să fi conținut ARN. Mai mult, acest ARN trebuia să se poată reproduce singur în interiorul protocelulei.

Această presupunere a însemnat o respingere a „compartimentării primare” pură, dar Luisi avea motive întemeiate să facă acest lucru.

O celulă cu un perete exterior, dar fără gene în interior, era lipsită de multe funcții. Trebuia să se poată împărți în celule fiice, dar nu a putut transfera informații despre ea către urmașii ei. O celulă ar putea începe să se dezvolte și să devină mai complexă doar dacă ar exista cel puțin câteva gene.

Teoria a câștigat în curând un susținător solid în Jack Szostak, a cărui activitate asupra ipotezei ARN World a fost discutată mai devreme. Timp de mulți ani, acești oameni de știință au fost în diferite părți ale comunității științifice - Luisi a susținut ideea „compartimentării primare”, iar Shostak - „genetică primară”.

„La conferințele despre originea vieții, am intrat mereu în lungi dezbateri despre ce era mai important și ce a fost mai întâi”, își amintește Shostak. „În cele din urmă, ne-am dat seama că celulele au nevoie de ambele. Am ajuns la concluzia că fără compartimentare și sistemul genetic, prima viață nu s-ar fi putut forma.”

În 2001, Shostak și Louisi și-au unit forțele și și-au continuat cercetările. Într-un articol din revista Nature, ei au susținut că, pentru a crea o celulă vie de la zero, este necesar să se plaseze ARN-ul auto-replicator într-o simplă picătură de grăsime.

Ideea a fost îndrăzneață și în curând Shostak s-a dedicat în întregime implementării ei. Judecând pe bună dreptate că „este imposibil să pictezi o teorie fără dovezi practice”, a decis să înceapă experimente cu protocelule.

vezicule

Doi ani mai târziu, Shostak și doi colegi au anunțat o descoperire științifică majoră.

Experimentele au fost efectuate pe vezicule: picături sferice cu două straturi de acizi grași la exterior și un miez lichid în interior.

În încercarea de a accelera crearea veziculelor, oamenii de știință au adăugat particule dintr-un mineral argilos numit montmorillonit. Acest lucru a accelerat formarea veziculelor de 100 de ori. Suprafața argilei a servit drept catalizator, îndeplinind în esență sarcina enzimei.

Mai mult, veziculele ar putea absorbi atât particulele de montmorillonit, cât și lanțurile de ARN de pe suprafața argilei.

Prin simpla adăugare de argilă, protocelulele au ajuns să conțină atât genele, cât și catalizatorul.

Decizia de a adăuga montmorillonit nu a fost lipsită de motiv. Decenii de cercetări au arătat că montmorillonitul și alte minerale argiloase au fost foarte importante în originea vieții.

Montmorillonitul este o argilă comună. Acum este utilizat pe scară largă în viața de zi cu zi, de exemplu, ca umplutură pentru așternutul pentru pisici. Se formează în timpul scindării cenușii vulcanice sub influența conditiile meteo. Deoarece au existat mulți vulcani pe Pământul timpuriu, este logic să presupunem că montmorillonitul era din abundență.

În 1986, chimistul James Ferris a demonstrat că montmorillonitul este un catalizator care promovează formarea de molecule organice. Mai târziu, el a mai descoperit că acest mineral accelerează formarea ARN-urilor mici.

Acest lucru l-a făcut pe Ferris să creadă că lutul neprevăzut a fost cândva locul de naștere al vieții. Shostak a preluat această idee și a folosit montmorillonitul pentru a crea protocelule.

Formarea veziculelor cu participarea argilei a avut loc de sute de ori mai repede.

Dezvoltarea și divizarea protocelulelor

Un an mai târziu, echipa lui Szostak a descoperit că protocelulele lor cresc de la sine.

Pe măsură ce noi molecule de ARN au fost adăugate la protocelulă, peretele exterior sa lăsat sub presiunea crescândă. Părea de parcă protocelula și-ar fi umplut stomacul și era pe cale să izbucnească.

Pentru a compensa presiunea, protocelulele au ales cei mai mulți acizi grași și i-au construit în perete, astfel încât să poată continua să se umfle în siguranță la dimensiuni mari.

Dar lucrul important este că acizii grași au fost prelevați de la alte protocelule cu un conținut mai mic de ARN, ceea ce le-a făcut să se micșoreze. Aceasta a însemnat că protocelulele au concurat, iar cele care au conținut mai mult ARN au câștigat.

Acest lucru a dus la concluzii impresionante. Dacă protocelulele ar putea crește, s-ar putea diviza? Va putea Shostak să forțeze protocelulele să se reproducă singure?

Primele experimente ale lui Shostak au arătat una dintre modalitățile de împărțire a protocelulelor. Când protocelulele au fost împinse prin găuri mici, acestea s-au contractat sub formă de tubuli, care apoi s-au împărțit în protocelule „fiice”.

Acesta a fost misto, pentru că nu au fost implicate mecanisme celulare în proces, ci doar presiune mecanică obișnuită.

Dar au existat și dezavantaje, deoarece în cursul experimentului protocelulele au pierdut o parte din conținutul lor. De asemenea, s-a dovedit că primele celule se puteau diviza numai sub presiunea forțelor externe care le-ar împinge prin găuri înguste.

Există multe modalități de a forța veziculele să se dividă, cum ar fi adăugarea unui curent puternic de apă. Dar a fost necesar să se găsească o modalitate prin care protocelulele să se împartă fără a-și pierde conținutul.

Principiul becului

În 2009, Shostak și studentul său Tin Zhu au găsit o soluție. Au creat protocelule ceva mai complexe cu pereți multipli, un pic ca straturile unei cepe. În ciuda complexității aparente, a fost destul de simplu să se creeze astfel de protocelule.

Pe măsură ce Zhu le hrănea cu acizi grași, protocelulele au crescut și și-au schimbat forma, alungindu-se și dobândind o formă filamentoasă. Când o protocelulă a devenit suficient de mare, a fost nevoie doar de o cantitate mică de forță pentru a o descompune în protocelule mici.

Fiecare protocelulă fiică conținea ARN din protocelula părinte și practic niciunul din ARN nu s-a pierdut. În plus, protocelulele ar putea continua acest ciclu în continuare - protocelulele fiice au crescut și s-au împărțit singure.

În cursul experimentelor ulterioare, Zhu și Shostak au găsit o modalitate de a forța protocelulele să se dividă. Se pare că o parte a problemei a fost rezolvată.

Nevoia de ARN auto-replicabil

Cu toate acestea, protocelulele încă nu au funcționat corect. Louisi a văzut protocelulele ca purtători de ARN-uri cu auto-replicare, dar până acum ARN-urile erau doar în interior și nu au afectat nimic.

Pentru a demonstra că protocelulele au fost într-adevăr prima viață de pe Pământ, Shostak a trebuit să obțină ARN-ul pentru a-și face copii.

Sarcina nu a fost ușoară, deoarece deceniile de experimente ale oamenilor de știință, despre care am scris mai devreme, nu au condus la crearea ARN-ului cu auto-replicare.

Shostak însuși a întâmpinat aceeași problemă în cursul lucrărilor sale timpurii asupra teoriei lumii ARN. De atunci, nimeni nu pare să fi rezolvat.

Orgel și-a petrecut anii 70 și 80 studiind principiul copierii catenelor de ARN.

Esența sa este simplă. Trebuie să luați o catenă de ARN și să o puneți într-un recipient cu nucleotide. Apoi utilizați aceste nucleotide pentru a crea oa doua catenă de ARN care o va completa pe prima.

De exemplu, catena de ARN a modelului "CGC" va forma o catenă suplimentară a modelului "GCG". Următoarea copie va recrea circuitul original „CGC”.

Orgel a observat că, în anumite condiții, catenele de ARN sunt copiate în acest fel fără ajutorul enzimelor. Este posibil ca prima viață să-și fi copiat genele în acest fel.

Până în 1987, Orgel a putut crea 14 catene de nucleotide suplimentare în catenele de ARN, care aveau, de asemenea, 14 nucleotide lungime.

Element lipsă

Adamala și Szostak au descoperit că magneziul este necesar pentru reacție. Acest lucru a fost problematic deoarece magneziul a distrus protocelulele. Dar a existat o cale de ieșire: folosiți citrat, care este aproape identic cu acidul citric găsit în lămâi și portocale și care este prezent în orice celulă vie.

Într-o lucrare publicată în 2013, Adamala și Szostak au descris un studiu în care citratul a fost adăugat la protocelule, suprapunându-se cu magneziu și protejând protocelulele fără a interfera cu copierea în lanț.

Cu alte cuvinte, au realizat ceea ce a vorbit Louisi în 1994. „Am declanșat auto-replicarea ARN-ului în interiorul veziculelor de acizi grași”, spune Szostak.

În doar zece ani de cercetare, echipa lui Shostak a obținut rezultate incredibile.

• Oamenii de știință au creat protocelule care își păstrează genele în timp ce absorb moleculele benefice din mediu.
• Protocelulele pot crește și diviza și chiar pot concura între ele.
• Ele conțin ARN care se replică.
• În toate privințele, protocelulele create în laborator seamănă remarcabil cu viața.

Au fost și rezistenți. În 2008, echipa lui Szostak a descoperit că protocelulele pot supraviețui la temperaturi de până la 100 de grade Celsius, temperatura la care mor majoritatea celulelor moderne. Acest lucru nu a făcut decât să întărească credința că protocelulele sunt similare cu prima viață, care trebuia să supraviețuiască cumva în condițiile ploilor constante de meteoriți.

„Succesele lui Shostak sunt impresionante”, spune Armen Mulkidzhanyan.

Cu toate acestea, la prima vedere, abordarea lui Shostak este foarte diferită de alte studii despre originea vieții care au avut loc în ultimii 40 de ani. În loc să se concentreze pe „autoreproducția primară” sau „compartimentarea primară”, el a găsit o modalitate de a combina aceste teorii.

Acesta a fost motivul creării unei noi abordări unificate a studiului problemei originii vieții pe Pământ.

Această abordare presupune că prima viață nu a avut o caracteristică care a apărut înaintea celorlalte. Ideea unui „set primar de caracteristici” are deja o mulțime de dovezi practice și poate rezolva ipotetic toate problemele teoriilor existente.

marea unire

În căutarea unui răspuns la întrebarea despre originea vieții, oamenii de știință din secolul al XX-lea au fost împărțiți în 3 tabere. Fiecare s-a menținut la propriile ipoteze și a vorbit laudat despre munca celorlalți doi. Această abordare a fost cu siguranță eficientă, dar fiecare dintre tabere s-a confruntat în cele din urmă cu probleme insolubile. Prin urmare, în zilele noastre, mai mulți oameni de știință au decis să încerce o abordare unificată a acestei probleme.

Ideea unificării își are rădăcinile într-o descoperire recentă care dovedește teoria tradițională a „auto-replicarii primare” a „Lumii ARN”, dar numai la prima vedere.

În 2009, susținătorii teoriei „Lumea ARN” s-au confruntat cu o provocare majoră. Ei nu au putut crea nucleotide, blocurile de construcție ale ARN-ului, într-un mod în care s-ar fi putut crea singuri în condițiile timpurii ale Pământului.

După cum am văzut mai devreme, acest lucru i-a determinat pe mulți cercetători să creadă că prima viață nu s-a bazat deloc pe ARN.

John Sutherland se gândește la asta încă din anii 1980. „Ar fi grozav dacă cineva ar putea demonstra modul în care ARN-ul este asamblat singur”, spune el.

Din fericire pentru Sutherland, a lucrat la Laboratorul de Biologie Moleculară din Cambridge (LMB). Majoritate institute de cercetare hărțuindu-și în mod constant angajații în așteptarea noilor descoperiri, dar LMB le-a permis angajaților să lucreze serios la problemă. Așa că Sutherland a putut să se gândească calm la motivul pentru care a fost atât de dificil să creeze nucleotide ARN și, de-a lungul mai multor ani, a dezvoltat o abordare alternativă.

Ca urmare, Sutherland a ajuns la o viziune complet nouă asupra originii vieții, care a constat în faptul că toate componentele cheie ale vieții s-ar fi putut forma în același timp.

Clădirea modestă a Laboratorului Cambridge de Biologie Moleculară.

Fericită coincidență de molecule și circumstanțe

„Câteva aspecte cheie ale chimiei ARN nu au funcționat deodată”, explică Sutherland. Fiecare nucleotidă de ARN este alcătuită dintr-un zahăr, o bază și un fosfat. Dar, în practică, a fost imposibil să forțezi zahărul și baza să interacționeze. Moleculele pur și simplu nu aveau forma potrivită.

Așa că Sutherland a început să experimenteze cu alte substanțe. Drept urmare, echipa sa a creat 5 molecule simple, constând dintr-un tip diferit de zahăr și cianamidă, care, după cum sugerează și numele, este legată de cianura. Aceste substanțe au fost trecute printr-o serie de reacții chimice, care au dus în cele din urmă la crearea a două dintre cele patru nucleotide.

Fără îndoială, a fost un succes care a ridicat instantaneu reputația lui Sutherland.

Mulți observatori li s-a părut că aceasta este încă o dovadă în favoarea teoriei „Lumea ARN”. Dar Sutherland însuși a văzut-o altfel.

Ipoteza „clasică” a „Lumii ARN” s-a concentrat pe faptul că în primele organisme ARN-ul era responsabil pentru toate funcțiile vieții. Dar Sutherland numește afirmația „optimist fără speranță”. El crede că ARN a luat parte la ele, dar nu a fost singura componentă importantă pentru viabilitate.

Sutherland a fost inspirat de cea mai recentă lucrare a lui Jack Szostak, care a combinat conceptul de „auto-replicare primară” al „Lumea ARN” cu ideile lui Pier Luigi Luisi de „compartimentare primară”.

Cum să creezi o celulă vie de la zero

Atenția lui Sutherland a fost atrasă de un detaliu curios în sinteza nucleotidelor, care la început părea întâmplător.

Ultimul pas în experimentele lui Sutherland a fost întotdeauna adăugarea de fosfați la nucleotidă. Dar mai târziu și-a dat seama că ar trebui adăugat de la bun început deoarece fosfatul accelerează reacțiile în stadiile incipiente.

Adăugarea inițială de fosfat părea să crească doar aleatorietatea reacției, dar Sutherland a putut înțelege că această aleatorie este benefică.

Asta l-a făcut să creadă că amestecurile ar trebui să fie aleatorii. Pe Pământul timpuriu, cel mai probabil, o mulțime de substanțe chimice au plutit într-o băltoacă. Desigur, amestecurile nu ar trebui să semene cu apele de mlaștină, deoarece trebuie să găsiți nivelul optim de aleatorie.

Create în 1950, amestecurile lui Stanley Miller, care au fost menționate mai devreme, erau mult mai haotice decât amestecul lui Sutherland. Ele conțineau molecule biologice, dar, așa cum spune Sutherland, „au fost puține și erau însoțite de un număr mult mai mare de compuși non-biologici”.

Sutherland a considerat că condițiile experimentului lui Miller nu erau suficient de curate. Amestecul era prea haotic, din cauza căreia substanțele necesare s-au pierdut pur și simplu în el.

Așa că Sutherland s-a hotărât să preia „chimia bucăților de aur”: nu atât de supraîncărcat cu diverse substanțe încât să devină inutile, dar nici atât de simplu încât să fie limitat în posibilitățile sale.

A fost necesar să se creeze un amestec complicat în care toate componentele vieții să se poată forma și apoi să se unească simultan.

Iaz primordial și formarea vieții în câteva minute

Mai simplu spus, imaginați-vă că acum 4 miliarde de ani era un mic iaz pe Pământ. Timp de mulți ani, în ea s-au format substanțele necesare, până când amestecul a dobândit compoziție chimică, care este necesar pentru a începe procesul. Și apoi s-a format prima celulă, poate în doar câteva minute.

Acest lucru poate suna fantastic, precum afirmațiile alchimiștilor medievali. Dar Sutherland a început să aibă dovezi.

Din 2009, el a demonstrat că aceleași substanțe din care s-au format primele două nucleotide de ARN pot fi folosite pentru a crea alte molecule care sunt importante pentru orice organism viu.

Următorul pas evident a fost crearea altor nucleotide ARN. Cu aceasta, Sutherland încă nu a făcut față, dar în 2010 a demonstrat molecule apropiate de aceasta, care s-ar putea transforma în nucleotide.

Și în 2013, a colectat precursori de aminoacizi. De data aceasta, a adăugat cianura de cupru pentru a crea reacția necesară.

Substanțele pe bază de cianuri au fost prezente în multe dintre experimente, iar în 2015 Sutherland le-a folosit din nou. El a arătat că cu același set de substanțe este posibil să se creeze precursori lipidici - moleculele care alcătuiesc pereții celulari. Reacția a avut loc sub influența luminii ultraviolete, iar sulful și cuprul au participat la ea, ajutând la accelerarea procesului.

„Toate elementele de bază [formate] dintr-un nucleu comun de reacții chimice”, explică Szostak.

Dacă Sutherland are dreptate, atunci viziunea noastră despre originea vieții a fost fundamental greșită în ultimii 40 de ani.

Din momentul în care oamenii de știință au văzut cât de complexă este construcția unei celule, toată lumea s-a concentrat pe ideea că primele celule au fost asamblate împreună. treptat, element cu element.

De când Leslie Orgel a venit cu ideea că ARN-ul a fost pe primul loc, cercetătorii „încearcă să ia un element și apoi să-l pună să creeze restul”, spune Sutherland. El însuși crede că este necesar să se creeze dintr-o dată.

Haosul este o condiție necesară pentru viață

„Am contestat ideea că o celulă este prea complexă pentru a apărea dintr-o dată”, spune Sutherland. „După cum puteți vedea, puteți crea blocuri pentru toate sistemele în același timp.”

Shostak chiar bănuiește că majoritatea încercărilor de a crea moleculele vieții și de a le asambla în celule vii au eșuat din același motiv: condiții experimentale prea sterile.

Oamenii de știință au luat substanțele necesare și au uitat complet de cele care ar putea fi existat și pe Pământul timpuriu. Dar munca lui Sutherland arată că adăugarea de noi substanțe într-un amestec creează compuși mai complecși.

Shostak însuși a întâlnit acest lucru în 2005, când a încercat să introducă enzima ARN în protocelulele sale. Enzima avea nevoie de magneziu, care a distrus membrana protocelulelor.

Soluția a fost elegantă. În loc să creați vezicule dintr-un singur acid gras, creați-le dintr-un amestec de doi acizi. Veziculele rezultate ar putea face față magneziului, ceea ce înseamnă că ar putea servi drept „purtători” pentru enzimele ARN.

Mai mult, Szostak spune că primele gene au fost probabil aleatorii în mod inerent.

Organismele moderne folosesc ADN pur pentru a transmite gene, dar este probabil ca ADN-ul pur să nu fi existat la început. În locul său ar putea fi un amestec de nucleotide ARN și nucleotide ADN.

În 2012, Szostak a arătat că un astfel de amestec s-ar putea asambla în molecule „mozaice” care arată și se comportă ca ARN pur. Și asta dovedește că teoria moleculelor mixte de ARN și ADN are dreptul să existe.

Aceste experimente au vorbit despre următoarele - nu contează dacă primele organisme ar putea avea ARN pur sau ADN pur.

„De fapt, m-am întors la ideea că primul polimer era similar cu ARN-ul, dar părea puțin mai haotic”, spune Szostak.

alternative de ARN

Este posibil ca acum să existe mai multe alternative la ARN, pe lângă TNC-urile și PNA-urile deja existente, care au fost discutate mai devreme. Nu știm dacă au existat pe Pământul timpuriu, dar chiar dacă ar fi existat, primele organisme ar fi putut să le fi folosit împreună cu ARN.

Nu mai era „Lumea ARN-ului”, ci „Lumea a ceva-doar-nu-este”.

Din toate acestea se poate desprinde următoarea lecție - auto-crearea primei celule vii nu a fost deloc atât de dificilă pe cât ni se părea înainte. Da, celulele sunt mașini complexe. Dar, după cum s-a dovedit, vor funcționa, deși nu perfect, chiar dacă sunt „orbiti la întâmplare” din materiale improvizate.

După ce au apărut atât de aspre în ceea ce privește structura celulei, s-ar părea că au puține șanse să supraviețuiască pe Pământul timpuriu. Pe de altă parte, nu aveau concurență, nu erau amenințați de niciun prădător, așa că în multe privințe viața pe Pământul primordial a fost mai ușoară decât este acum.

Dar există un „dar”

Dar există o problemă pe care nici Sutherland, nici Shostak nu au putut-o rezolva și este destul de gravă.

Primul organism trebuie să fi avut o formă de metabolism. De la bun început, viața trebuia să aibă capacitatea de a primi energie, altfel această viață ar fi pierit.

În acest moment, Sutherland a fost de acord cu ideile lui Mike Russell, Bill Martin și alți susținători ai „metabolismului primar”.

„Suportatorii teoriilor despre „lumea ARN” și „metabolismul primar” s-au certat între ei în zadar. Ambele părți au avut argumente bune”, explică Sutherland.

„Metabolismul a început cumva de undeva”, scrie Shostak. „Dar aceasta este ceea ce a devenit sursa energie chimica este o mare întrebare.”

Chiar dacă Martin și Russell greșesc că viața a început în gurile de adâncime, multe părți ale teoriei lor sunt aproape de adevăr. Primul este rolul important al metalelor în originea vieții.

Multe enzime din natură au un atom de metal în nucleul lor. Aceasta este de obicei partea „activă” a enzimei, în timp ce restul moleculei este structura de susținere.

În prima viață, enzimele complexe nu puteau fi prezente, așa că cel mai probabil a folosit metale „goale” ca catalizatori.

Catalizatori și enzime

Günther Wachtenshauser a vorbit și el despre același lucru când a sugerat că viața s-a format pe pirita de fier. Russell subliniază, de asemenea, că apa din gurile hidrotermale este bogată în metale care pot fi catalizatori, iar cercetările lui Martin privind ultimul strămoș comun universal în bacteriile moderne indică prezența multor enzime pe bază de fier în ea.

Toate acestea sugerează că multe dintre reacțiile chimice ale lui Sutherland s-au desfășurat cu succes doar în detrimentul cuprului (și sulfului, după cum a subliniat Wachtershauser) și că ARN-ul din protocelulele lui Shostak are nevoie de magneziu.

Se poate dovedi că gurile hidrotermale sunt, de asemenea, importante pentru crearea vieții.

„Dacă te uiți la metabolismul modern, poți vedea elemente care vorbesc de la sine, cum ar fi grupuri de fier și sulf”, explică Shostak. „Acest lucru se potrivește cu ideea că viața își are originea în sau în apropierea unui orificiu în care apa este saturată cu fier și sulf.”

Acestea fiind spuse, există un singur lucru de adăugat. Dacă Sutherland și Shostak sunt pe drumul cel bun, atunci un aspect al teoriei ventilației este cu siguranță înșelător: viața nu ar fi putut începe în adâncurile mării.

„Deschis de noi procese chimice foarte dependent de radiațiile ultraviolete ”, spune Sutherland.

Singura sursă de astfel de radiații este Soarele, așa că reacțiile trebuie să aibă loc direct sub razele sale. Acest lucru elimină versiunea cu orificii de ventilație la adâncime.

Shostak este de acord că adâncurile mării nu pot fi considerate leagănul vieții. „Cel mai rău este că sunt izolați de interacțiunea cu atmosfera, care este o sursă de materiale bogate în energie, cum ar fi cianura”.

Dar toate aceste probleme nu fac inutilă teoria gurilor hidrotermale. Poate că aceste orificii de ventilație erau situate în ape puțin adânci, unde aveau acces la lumina soarelui și cianura.

Viața nu își are originea în ocean, ci pe uscat

Armen Mulkidzhanyan a sugerat o alternativă. Și dacă viața își are originea în apă, dar nu în ocean, ci pe uscat? Și anume - într-un iaz vulcanic.

Mulkidzhanian a atras atenția asupra compoziției chimice a celulelor: în special, ce substanțe acceptă și pe care le resping. S-a dovedit că celulele oricărui organism conțin o mulțime de fosfat, potasiu și alte metale, cu excepția sodiului.

Celulele moderne mențin echilibrul metalelor prin pomparea lor din mediu, dar primele celule nu au avut o astfel de oportunitate - mecanismul de pompare nu fusese încă dezvoltat. Prin urmare, Mulkidzhanian a sugerat că primele celule au apărut acolo unde a existat un set aproximativ de substanțe care alcătuiesc celulele de astăzi.

Acest lucru trece imediat oceanul de pe lista potențialelor leagăne ale vieții. Celulele vii au mult mai mult potasiu și fosfat și mult mai puțin sodiu decât oceanul.

Conform acestei teorii, sursele geotermale din apropierea vulcanilor sunt mai potrivite. Aceste iazuri conțin același amestec de metale ca și cuștile.

Shostak susține cu căldură ideea. „Mi se pare că locul ideal pentru toate condițiile ar fi un lac sau un iaz de mică adâncime într-o zonă activă din punct de vedere geotermic”, confirmă el. „Avem nevoie de orificii de aerisire hidrotermale, dar nu de apă adâncă, ci mai degrabă asemănătoare cu cele găsite în zone vulcanic active precum Yellowstone.”

Reacțiile chimice ale lui Sutherland ar putea avea loc într-un astfel de loc. Izvoarele au setul necesar de substante, nivelul apei fluctueaza astfel incat unele zone se usuca din cand in cand, iar razele ultraviolete solare nu lipsesc.

Mai mult, Shostak spune că astfel de iazuri sunt grozave pentru protocelulele sale.

„Protocelulele păstrează în general o temperatură scăzută, ceea ce este bun pentru copierea ARN-ului și alte tipuri de metabolism simplu”, spune Szostak. „Dar din când în când se încălzesc pentru scurt timp, ceea ce ajută la separarea catenelor de ARN și le pregătește pentru auto-replicare ulterioară.” Fluxurile de apă rece sau fierbinte pot ajuta, de asemenea, să se dividă protocelulele.

Izvoarele geotermale din apropierea vulcanilor ar putea deveni locul de naștere al vieții.

Meteoriții ar putea ajuta viața

Pe baza tuturor argumentelor existente, Sutherland oferă și o a treia opțiune - locul unde a căzut meteoritul.

Pământul a fost supus în mod regulat ploilor de meteori în primii 500 de milioane de ani de existență - acestea cad până în prezent, dar mult mai rar. Un loc de impact de meteorit de dimensiuni decente ar putea crea aceleași condiții ca și iazurile despre care a vorbit Mulkidzhanian.

În primul rând, meteoriții sunt fabricați în mare parte din metal. Iar locurile în care cad sunt adesea bogate în metale precum fier și sulf. Și, cel mai important, în locurile în care cade un meteorit, scoarța terestră este presată, ceea ce duce la activitate geotermală și apariția apei fierbinți.

Sutherland descrie mici râuri și pâraie care curg pe malurile craterelor nou formate care atrag substanțe pe bază de cianuri din roci, toate sub influența razelor ultraviolete. Fiecare pârâu poartă un amestec ușor diferit de substanțe, astfel încât în ​​cele din urmă apar reacții diferite și se produc o serie de substanțe organice.

În cele din urmă, fluxurile sunt combinate într-un iaz vulcanic la fundul craterului. Poate că într-un astfel de iaz au fost colectate simultan toate substanțele necesare, din care s-au format primele protocelule.

„Este un curs foarte specific al evenimentelor”, este de acord Sutherland. Dar el se înclină spre ea pe baza reacțiilor chimice găsite: „Acesta este singurul curs al evenimentelor în care ar putea avea loc toate reacțiile arătate în experimentele mele”.

Shostak încă nu este complet sigur de acest lucru, dar este de acord că ideile lui Sutherland merită o atenție deosebită: „Mi se pare că aceste evenimente ar putea avea loc la locul căderii unui meteorit. Dar îmi place și ideea sistemelor vulcanice. Există argumente puternice în favoarea ambelor versiuni.

Când vom primi un răspuns la întrebarea: cum a apărut viața?

Dezbaterea, se pare, nu se va opri curând, iar oamenii de știință nu vor ajunge imediat la o opinie comună. Decizia va fi luată pe baza experimentelor cu reacții chimice și protocelule. Dacă se dovedește că uneia dintre opțiuni îi lipsește o substanță cheie sau se folosește o substanță care distruge protocelulele, atunci este recunoscută ca fiind incorectă.

Aceasta înseamnă că, pentru prima dată în istorie, suntem în pragul celei mai complete explicații despre cum a început viața.

„Țintele nu mai par imposibile”, spune Sutherland optimist.

Până acum, abordarea „tot o dată” a lui Shostak și Sutherland este doar o schiță grosieră. Dar fiecare dintre argumentele acestei abordări a fost dovedit de zeci de ani de experimente.

Acest concept se bazează pe toate abordările care au existat înainte. Combină toate evoluțiile de succes, rezolvând în același timp problemele individuale ale fiecărei abordări.

De exemplu, nu respinge teoria lui Russell despre gurile hidrotermale, ci folosește elementele sale cele mai de succes.

Ce s-a întâmplat acum 4 miliarde de ani

Nu știm sigur ce s-a întâmplat acum 4 miliarde de ani.

„Chiar dacă creezi un reactor din care va ieși E. coli... nu poți spune că aceasta este o reproducere a primei vieți”, spune Martin.

Cel mai bine putem face este să ne imaginăm cursul evenimentelor, susținându-ne viziunea cu dovezi: experimente în chimie, toate cunoștințele despre Pământul timpuriu și tot ceea ce spune biologia despre formele timpurii de viață.

În cele din urmă, după secole de efort intens, vom vedea cum începe să iasă la iveală povestea cursului real al evenimentelor.

Aceasta înseamnă că ne apropiem de cea mai mare dezbinare din istoria omenirii: împărțirea în cei care cunosc istoria originii vieții și cei care nu au trăit până în acest moment și, prin urmare, nu o vor putea cunoaște niciodată.

Toți cei care nu au trăit pentru a vedea publicarea lui Darwin despre originea speciilor în 1859 au murit fără nici cea mai mică idee despre originea omului, pentru că nu știau nimic despre evoluție. Dar astăzi toată lumea, cu excepția câtorva comunități izolate, poate afla adevărul despre relația noastră cu alți reprezentanți ai lumii animale.

În același mod, toți cei care s-au născut după ce Yuri Gagarin a intrat pe orbita Pământului au devenit membri ai unei societăți care este capabilă să călătorească în alte lumi. Și chiar dacă nu toți locuitorii planetei au vizitat, călătoriile în spațiu au devenit deja o realitate modernă.

noua realitate

Aceste fapte ne schimbă imperceptibil percepția despre lume. Ne fac mai înțelepți. Evoluția ne învață să apreciem orice ființă vie, întrucât toți putem fi considerați rude, deși îndepărtate. Călătoriile în spațiu ne învață să privim planeta noastră natală din exterior pentru a înțelege cât de unică și fragilă este aceasta.

Unii dintre oamenii care trăiesc acum vor fi în curând primii din istorie care vor putea spune despre originea lor. Ei vor ști despre strămoșul lor comun și unde a trăit.

Această cunoaștere ne va schimba. Din punct de vedere pur științific, ne va da o idee despre șansele originii vieții în univers și unde să o căutăm. De asemenea, ne va dezvălui esența vieții.

Dar putem doar ghici ce înțelepciune va apărea în fața noastră în momentul în care secretul originii vieții va fi dezvăluit. Cu fiecare lună și an ne apropiem de soluție mare mister originea vieții pe planeta noastră. Noi descoperiri se fac chiar acum pe măsură ce citiți aceste rânduri.

Citeste si:

Distribuie acest articol

Teoria general acceptată este că întregul univers a fost comprimat la dimensiunea unui proton, dar după o explozie puternică, s-a extins la infinit. Acest eveniment a avut loc acum aproximativ 10 miliarde de ani și, ca urmare, universul rezultat a fost umplut cu praf cosmic, din care au început să se formeze stelele și planetele din jurul lor. Pământul, conform standardelor spațiale, este o planetă foarte tânără, s-a format acum aproximativ cinci miliarde de ani, dar cum a apărut viața pe ea? Oamenii de știință încă nu pot găsi un răspuns cert la această întrebare.

Conform teoriei lui Darwin, viața pe Pământ a apărut de îndată ce s-au stabilit condițiile potrivite, adică a apărut o atmosferă, o temperatură care a asigurat curgerea proceselor vieții și a apei. Potrivit omului de știință, primele cele mai simple organisme unicelulare au apărut tocmai sub influența Soarelui asupra apei. Mai târziu, au evoluat spre alge brune și alte specii de plante. Astfel, dacă respectați această regulă, toate speciile pluricelulare de pe planetă au evoluat din plante. Răspunsul la cea mai importantă întrebare nu a fost încă primit: „Cum poate să apară viața din nimic, chiar dacă sub influența Soarelui?”. Este suficient să efectuați un experiment simplu - turnați apă bine într-un borcan, apoi închideți-l ermetic și puneți-l în lumina soarelui. În orice caz, lichidul va rămâne același ca a fost, pot exista modificări microscopice în compoziția sa, dar microorganismele nu vor apărea acolo. Dacă facem același experiment cu borcan deschis, apoi în câteva zile se va putea observa cum pereții încep să se acopere cu un strat de alge unicelulare.

Pe baza acestui fapt, putem spune că pentru originea vieții și chiar și pentru formele sale cele mai simple, este necesară interferența exterioară. Desigur, versiunea despre originea independentă a speciilor este foarte tentantă pentru că dovedește presupusa independență a umanității, care nu este datoare lui Dumnezeu sau extratereștrilor de pe alte planete.

Recent, există tot mai mulți susținători de origine cosmică, atât ai omului, cât și ai întregii biosfere. Destul de ciudat, totuși, cercetătorii în cercetările lor combină nu numai apelul la artefactele găsite sau aflate deja, ci și la Biblie. Dacă interpretăm ceea ce s-a scris acolo, în limbajul obișnuit, atunci putem trage analogii nu cu miracole, ci cu fenomene fizice destul de explicabile. Pe baza acestui material, există o anumită minte superioară, care a populat planeta cu ființe vii, precum și rasa umană. Cartea spune că Dumnezeu l-a creat pe om după chipul și asemănarea Sa, adică este posibil ca noi să fim o copie, în orice caz, în exterior ne repetăm ​​creatorul nostru.

Omul este un biorobot - adică un organism creat artificial cu inteligență, cu o oportunitate încorporată de auto-îmbunătățire. Este posibil ca momentul așezării umane a planetei să fie descris doar în episodul în care Adam și Eva au fost expulzați din Grădina Edenului pe Pământ, unde au fost nevoiți să se adapteze independent la condițiile dure de viață. Este posibil ca Grădina Edenului să însemne locul în care bioroboții realizati de creator au fost testați în condiții de seră și, după verificarea performanței acestora, au fost eliberați în realitate dură.

Desigur, întrebarea rămâne: „Dar diversitatea speciilor de animale în acest caz? La urma urmei, creatorul nu a putut crea specii, subspecii și ordine, până la creaturi unicelulare? Se presupune că evoluția a mai avut loc aici, dar mai accelerată și desfășurându-se sub controlul creatorilor. Este imposibil să nu negi faptul că în fiecare dintre speciile de animale, există încă semne ale unei specii premergătoare scării evolutive. Păsările sunt foarte asemănătoare cu reptilele, mai ales în forma alungită a ciocului și a pielii labelor lor. Contururile reptilelor, la rândul lor, seamănă puternic cu peștii, dar multe mamifere au absorbit semnele mai multor specii anterioare deodată. Privind la o pisică, puteți ghici cu ușurință semnele atât ale reptilelor, cât și ale amfibienilor. Dragostea pentru un loc cald, cel mai probabil transmisă pisicilor în gene și, în ciuda faptului că sunt cu sânge cald, preferă întotdeauna să trăiască acolo unde există o sursă de căldură. Aceeași caracteristică este caracteristică animalelor cu sânge rece care nu sunt capabile să genereze căldură singure. Studiind cu atenție ochiul pisicii, puteți observa că este foarte asemănător cu ochii unui crocodil, iar forma capului, cu ușoare modificări, seamănă cu cea a unui șarpe. Uneori, avem impresia că cineva a lucrat la crearea vederilor, la fel ca, de exemplu, designerii unui producător auto, luând ca bază șasiul mașinii anterioare și adăugând câteva modificări.

Dacă acesta este cazul, atunci nu este surprinzător că unele dintre speciile de animale sunt pur și simplu năucitoare, asociate cu situația în care ansamblul nu are piese și folosește ceea ce este disponibil. Există mai ales multe exemple de astfel de animale în Australia. Pe lângă cangur, care aparține rozătoarelor, dar are un sistem musculo-scheletic puternic ca un cal, există și alte specii interesante, precum ornitorincul. Acest animal aparține mamiferelor, dar se reproduce ca păsările - depune ouă și are ciocul de os asemănător unei gâște. Structura corpului său este foarte asemănătoare cu cea a unui castor, iar puii născuți se hrănesc cu lapte nu prin sfarcurile mamei, ci lingând lichidul care iese din suprafața burtei. Indiferent dacă creatorii înșiși au efectuat o astfel de muncă minuțioasă sau dacă au stabilit doar direcția de bază în dezvoltare, iar formarea subspeciilor individuale a avut loc deja independent - astăzi această întrebare rămâne deschisă.

Variantele evoluției pot fi considerate din unghiuri diferite, dar majoritatea cercetătorilor sunt încă de acord că evoluția în sine, dacă a avut loc, este doar o consecință, dar cauza rămâne de clarificat. Nu mai puțin populară este opinia că cauza apariției vieții pe Pământ a fost căderea unui meteorit, pe care cele mai simple organisme unicelulare se aflau în stare înghețată. Întrucât până atunci se stabilise deja un climat cald pe planetă, iar oceanul lumii antice ocupa cea mai mare parte a suprafeței, toate condițiile au fost create pentru dezvoltarea ulterioară a vieții. Există, de asemenea, o versiune conform căreia meteoritul a fost trimis de fapt de ființe inteligente tocmai în scopul populării planetei, care, de asemenea, nu este lipsită de dreptul de a exista.

În loc de meteorit, ar putea exista doar un fascicul de informații optice, de exemplu, trimis dintr-un alt univers sau chiar dintr-o altă dimensiune. Într-adevăr, de ce ființe atât de dezvoltate ar trimite ceva material peste miliarde de ani lumină? Cu nivelul lor de dezvoltare, ei au reușit de mult să descopere posibilitățile de teleportare și să opereze liber în spațiu și timp, apărând exact acolo unde este nevoie. Informațiile transmise cu ajutorul fasciculului s-au materializat aici pe pământ în aceleași organisme și, astfel, s-a declanșat procesul de evoluție.

Desigur, viața nu ar putea fi provocată doar de un meteorit zburat accidental, versiunea conform căreia Marte ar putea deveni donator își găsește și mulți susținători. Misterul acestei planete încă nu poate fi rezolvat. Tot ce au oamenii de știință în mâinile lor sunt imagini ale unei suprafețe roșii subțiate de depresiuni adânci, o față misterioasă, cel mai probabil o caracteristică a reliefului și mostre minore de sol. S-au cheltuit miliarde de dolari pentru proiectarea și lansarea vehiculelor, dar majoritatea acestor încercări nu au dat rezultate. Se pare că unele forțe de pe această planetă refuză cu încăpățânare să aibă contact cu pământenii.

Se presupune că odată Marte a fost locuit și bogat resurse naturale, ca Pământul, dar ulterior, câmpul său magnetic s-a slăbit. Acest lucru a condus la faptul că cea mai mare parte a atmosferei și a umidității au scăpat în spațiu, drept urmare, corpul planetei a rămas fără protecție împotriva radiațiilor ultraviolete dure. Este posibil ca locuitorii de pe Marte să fi avut cunoștințele necesare și să fi putut muta unele specii de animale pe o planetă vecină, să se mute sau să trimită o capsulă cu microorganisme.

Căutarea sursei inițiale a vieții va continua foarte mult timp, deoarece cu fiecare nouă descoperire în știință și în special în genetică, nu este posibil decât să ridicăm puțin vălul misterului despre originea omenirii, care, la rândul său, duce la aparitia unor noi ipoteze. Cu toate acestea, indiferent de răspunsul la această întrebare, este puțin probabil să fie destinat să fie cunoscut până când o persoană învață să se simtă responsabilă pentru planeta sa unică pe care a avut norocul să trăiască.

Nu s-au găsit linkuri înrudite



Este atât de plăcut să știi că planeta Pământ s-a dovedit a fi cea mai potrivită pentru diferite forme de viață. Există condiții ideale de temperatură, suficient aer, oxigen și lumină sigură. E greu de crezut că asta nu s-a întâmplat niciodată. Sau aproape nimic altceva decât o masă cosmică topită de formă nedeterminată, plutind în gravitație zero. Dar mai întâi lucrurile.

Explozie la scară globală

Teoriile timpurii ale originii universului

Oamenii de știință au înaintat diverse ipoteze pentru a explica nașterea Pământului. În secolul al XVIII-lea, francezii susțineau că cauza a fost o catastrofă cosmică rezultată din ciocnirea Soarelui cu o cometă. Britanicii au susținut că un asteroid care zbura pe lângă stele a tăiat o parte din ea, din care au apărut ulterior o serie de corpuri cerești.

Mințile germane au mers mai departe. Prototipul formării planetelor sistemului solar, ei au considerat un nor de praf rece de dimensiuni incredibile. Mai târziu s-a hotărât că praful era încins. Un lucru este clar: formarea Pământului este indisolubil legată de formarea tuturor planetelor și stelelor care alcătuiesc sistemul solar.

Materiale conexe:

Ce este o gaură neagră și de ce atrage ea?

Astăzi, astronomii și fizicienii sunt unanimi în opinia lor că universul s-a format după Big Bang. În urmă cu miliarde de ani, o minge de foc uriașă a explodat în bucăți în spațiul cosmic. Acest lucru a provocat o ejecție gigantică de materie, ale cărei particule posedau energie colosală. Puterea acestuia din urmă a împiedicat elementele să creeze atomi, forțându-le să se respingă reciproc. La aceasta a contribuit și temperatura ridicată (aproximativ un miliard de grade). Dar după un milion de ani, spațiul s-a răcit la aproximativ 4000º. Din acel moment a început atragerea și formarea atomilor de substanțe gazoase ușoare (hidrogen și heliu).

De-a lungul timpului, s-au grupat în grupuri numite nebuloase. Acestea au fost prototipurile viitoarelor corpuri cerești. Treptat, particulele din interior s-au rotit din ce în ce mai repede, crescând temperatura și energie, făcând nebuloasa să se contracte. Ajuns la punctul critic, la un moment dat, a fost lansată o reacție termonucleară, contribuind la formarea nucleului. Astfel s-a născut soarele strălucitor.

Materiale conexe:

Cel mai planete majore Univers

Apariția Pământului - de la gaz la solid

Tânărul luminare poseda forțe gravitaționale puternice. Influența lor a determinat formarea altor planete la distanțe diferite de acumulări de praf și gaze cosmice, inclusiv Pământul. Dacă comparăm compoziţia diferitelor corpuri cereşti sistem solar, devine clar că nu sunt la fel.