Valery Spiridonov, der erste Kandidat für eine Kopftransplantation, für RIA Novosti
Seit vielen Jahren versucht die Menschheit, die wahre Ursache und Geschichte der Entstehung des Lebens auf unserem Planeten zu enträtseln. Vor etwas mehr als hundert Jahren dachten die Menschen in fast allen Ländern nicht einmal daran, die Theorie des göttlichen Eingreifens und der Erschaffung der Welt durch ein höheres geistiges Wesen in Frage zu stellen.
Die Situation änderte sich nach der Veröffentlichung des größten Werkes von Charles Darwin im November 1859, und jetzt gibt es viele Kontroversen um dieses Thema. Die Zahl der Befürworter der darwinistischen Evolutionstheorie in Europa und Asien beträgt mehr als 60-70 %, in den USA etwa 20 % und in Russland etwa 19 %, laut Daten vom Ende des letzten Jahrzehnts.
In vielen Ländern wird heute gefordert, Darwins Werk davon auszuschließen Lehrplan oder studieren Sie es zumindest auf Augenhöhe mit anderen möglichen Theorien. Abgesehen von der religiösen Version, zu der die Mehrheit der Weltbevölkerung neigt, gibt es heute mehrere Haupttheorien über die Entstehung und Entwicklung des Lebens, die seine Entwicklung in verschiedenen Stadien beschreiben.
Panspermie
Befürworter der Idee der Panspermie sind davon überzeugt, dass die ersten Mikroorganismen aus dem Weltraum auf die Erde gebracht wurden. Dies war die Meinung des berühmten deutschen Wissenschaftler-Enzyklopädisten Hermann Helmholtz, des englischen Physikers Kelvin, des russischen Wissenschaftlers Vladimir Vernadsky und des schwedischen Chemikers Svante Arrhenius, der heute als Begründer dieser Theorie gilt.
Es ist wissenschaftlich bestätigt, dass auf der Erde immer wieder Meteoriten vom Mars und anderen Planeten gefunden wurden, möglicherweise von Kometen, die sogar von fremden Sternensystemen stammen könnten. Daran zweifelt heute niemand mehr, aber es ist noch nicht klar, wie Leben auf anderen Welten hätte entstehen können. Tatsächlich übertragen Panspermie-Apologeten die „Verantwortung“ für das, was passiert, auf außerirdische Zivilisationen.
Die Ursuppentheorie
Die Geburt dieser Hypothese wurde durch die Experimente von Harold Urey und Stanley Miller erleichtert, die in den 1950er Jahren durchgeführt wurden. Sie waren in der Lage, fast die gleichen Bedingungen wiederherzustellen, die auf der Oberfläche unseres Planeten vor der Entstehung des Lebens herrschten. Durch eine Mischung aus molekularem Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan wurden kleine elektrische Entladungen und ultraviolettes Licht geleitet.
Infolgedessen verwandelten sich Methan und andere primitive Moleküle in komplexe organische Substanzen, darunter Dutzende von Aminosäuren, Zucker, Lipiden und sogar die Rudimente von Nukleinsäuren.
Vor relativ kurzer Zeit, im März 2015, zeigten Wissenschaftler der University of Cambridge unter der Leitung von John Sutherland, dass alle Arten von "Lebensmolekülen", einschließlich RNA, Proteinen, Fetten und Kohlenhydraten, bei ähnlichen Reaktionen erhalten werden können, an denen einfacher anorganischer Kohlenstoff beteiligt sein wird Verbindungen, Schwefelwasserstoff, Metallsalze und Phosphate.
Lehm Atem des Lebens
Eines der Hauptprobleme der vorherigen Version der Evolution des Lebens ist, dass viele organische Moleküle, einschließlich Zucker, DNA und RNA, zu zerbrechlich sind, um sich in ausreichenden Mengen in den Gewässern des Urozeans der Erde anzusammeln, wo, wie bisher die meisten glaubten Evolutionisten entstanden die ersten Lebewesen.
Der britische Chemiker Alexander Cairns-Smith glaubt, dass das Leben aus „Ton“ und nicht aus Wasser stammt – die optimale Umgebung für die Ansammlung und Komplexität komplexer organischer Moleküle findet sich in den Poren und Kristallen von Tonmineralien und nicht in Darwins „Primärzelle“. Teich" oder der Ozean der Miller-Urey-Theorien.
Tatsächlich begann die Evolution auf der Ebene der Kristalle, und erst dann, als die Verbindungen ausreichend komplex und stabil wurden, gingen die ersten lebenden Organismen in den Primärozean der Erde „offen schwimmen“.
Leben auf dem Grund des Ozeans
Diese Vorstellung konkurriert mit der heute weit verbreiteten Vorstellung, dass das Leben nicht an der Meeresoberfläche, sondern in den tiefsten Regionen seines Grundes, in der Nähe von „Schwarzen Rauchern“, Unterwassergeysiren und anderen geothermischen Quellen entstanden ist.
Ihre Emissionen sind reich an Wasserstoff und anderen Substanzen, die sich laut Wissenschaftlern an den Hängen der Felsen ansammeln und dem ersten Leben alle notwendigen Nahrungsressourcen und Reaktionskatalysatoren geben könnten.
Beweise dafür sind moderne Ökosysteme, die in der Nähe solcher Quellen auf dem Grund aller Ozeane der Erde existieren - sie umfassen nicht nur Mikroben, sondern sogar vielzellige Lebewesen.
RNA-Universum
Die Theorie des dialektischen Materialismus basiert auf der gleichzeitigen Einheit und dem endlosen Kampf zweier Prinzipien. Wir sprechen über die Vererbung von Informationen und strukturellen biochemischen Veränderungen. Die Version vom Ursprung des Lebens, in der RNA eine Schlüsselrolle spielt, ist vorbei langer Weg Entwicklung von seinen Anfängen in den 1960er Jahren bis Ende der 1980er Jahre, als es seine modernen Merkmale erhielt.
Einerseits speichern RNA-Moleküle Informationen nicht so effizient wie DNA, können aber gleichzeitig beschleunigen chemische Reaktionen und sammeln Sie Ihre eigenen Exemplare. Gleichzeitig muss man verstehen, dass Wissenschaftler noch nicht zeigen konnten, wie die gesamte Evolutionskette des RNA-Lebens funktionierte, und daher diese Theorie noch keine allgemeine Anerkennung gefunden hat.
Protozellen
Eine weitere wichtige Frage in der Evolution des Lebens ist das Rätsel, wie solche RNA- oder DNA-Moleküle und Proteine von der Außenwelt "abgeschottet" und in die ersten isolierten Zellen verwandelt wurden, deren Inhalt durch eine flexible Membran oder halbdurchlässige Harte geschützt ist Hülse.
Ein bekannter sowjetischer Chemiker Alexander Oparin wurde ein Pionier auf diesem Gebiet, indem er zeigte, dass Wassertröpfchen, die von einer Doppelschicht aus Fettmolekülen umgeben sind, ähnliche Eigenschaften haben können.
Seine Ideen wurden von kanadischen Biologen unter der Leitung von Jack Szostak, Gewinner des Nobelpreises für Physiologie oder Medizin 2009, zum Leben erweckt. Sein Team war in der Lage, den einfachsten Satz selbstreplizierender RNA-Moleküle in eine Membran aus Fettmolekülen zu „packen“, indem er Magnesiumionen und Zitronensäure in die erste „Protozelle“ einfügte.
Endosymbiose
Ein weiteres Rätsel der Evolution des Lebens ist, wie Vielzeller entstanden sind und warum die Zellen von Menschen, Tieren und Pflanzen besondere Körper wie Mitochondrien und Chloroplasten enthalten, die eine ungewöhnlich komplexe Struktur haben.
Zum ersten Mal dachte der deutsche Botaniker Andreas Schimper über dieses Problem nach und schlug vor, dass Chloroplasten in der Vergangenheit unabhängige Organismen waren, ähnlich wie Cyanobakterien, die sich mit den Zellen pflanzlicher Vorfahren „anfreundeten“ und anfingen, in ihnen zu leben.
Diese Idee wurde später von dem russischen Botaniker Konstantin Merezhkovsky und der amerikanischen Evolutionistin Lynn Margulis entwickelt, die zeigten, dass Mitochondrien und möglicherweise alle anderen komplexen Organellen unserer Zellen einen ähnlichen Ursprung haben.
Wie im Fall der Theorien der „RNA-Welt“ und der „Ton“-Evolution des Lebens hat die Idee der Endosymbiose anfangs bei den meisten Wissenschaftlern viel Kritik hervorgerufen, aber heute zweifeln fast alle Evolutionisten nicht mehr an ihrer Richtigkeit.
Wer hat Recht und wer hat Unrecht?
Zu Gunsten der darwinistischen Hypothesen wurden viele wissenschaftliche Arbeiten und Fachstudien gefunden, insbesondere auf dem Gebiet der „Übergangsformen“. Darwin hatte nicht die notwendige Anzahl archäologischer Artefakte in seinen Händen, um wissenschaftliche Arbeiten zu bestätigen, da er sich größtenteils von persönlichen Vermutungen leiten ließ.
Beispielsweise haben Wissenschaftler in den letzten zehn Jahren die Überreste mehrerer solcher "verlorenen Glieder" der Evolution gefunden, wie Tiktaalik (Tiktaalik) und Indohyus (Indohyus), die es uns ermöglichen, eine Grenze zwischen Landtieren und Fischen zu ziehen. und Wale und Flusspferde.
Andererseits argumentieren Skeptiker oft, dass solche Tierarten keine echten Übergangsformen seien, was zu ständigen endlosen Streitigkeiten zwischen Anhängern des Darwinismus und ihren Gegnern führt.
Andererseits zeigen Experimente an gewöhnlichen Escherichia coli und an verschiedenen mehrzelligen Lebewesen deutlich, dass die Evolution real ist und dass sich Tiere schnell an neue Lebensbedingungen anpassen können und neue Merkmale erwerben, die ihre Vorfahren vor 100-200 Generationen nicht hatten.
Es sollte jedoch daran erinnert werden, dass ein großer Teil moderne Gesellschaft immer noch geneigt, an die Existenz eines höheren göttlichen Geistes zu glauben oder Außerirdische Zivilisationen der das Leben auf der Erde begründet hat. Bisher existiert die einzig wahre Theorie nicht, und die Menschheit muss diese Frage in Zukunft noch beantworten.
Wie ist das Leben auf der Erde entstanden? Die Details sind der Menschheit unbekannt, aber die Grundprinzipien wurden festgelegt. Es gibt zwei Haupttheorien und viele kleinere. Laut der Hauptversion kamen die organischen Komponenten also aus dem Weltraum auf die Erde, einer anderen zufolge geschah alles auf der Erde. Hier sind einige der beliebtesten Lehren.
Panspermie
Wie ist unsere Erde entstanden? Die Biographie des Planeten ist einzigartig, und die Menschen versuchen, sie auf unterschiedliche Weise zu enträtseln. Es gibt eine Hypothese, dass das Leben, das im Universum existiert, mit Hilfe von Meteoroiden (Himmelskörper von mittlerer Größe zwischen interplanetarem Staub und einem Asteroiden), Asteroiden und Planeten verteilt wird. Es wird angenommen, dass es Lebensformen gibt, die einer Exposition (Strahlung, Vakuum, niedrige Temperaturen usw.). Sie werden Extremophile genannt (einschließlich Bakterien und Mikroorganismen).
Sie geraten in Trümmer und Staub, die nach dem Tod kleiner Körper des Sonnensystems in den Weltraum geschleudert werden und so Leben retten. Bakterien können lange Zeit in Ruhe reisen, bevor sie erneut zufällig mit anderen Planeten kollidieren.
Sie können sich auch mit protoplanetaren Scheiben vermischen (dichte Gaswolke um einen jungen Planeten). Geraten „hartnäckige, aber schläfrige Soldaten“ an einem neuen Ort in günstige Verhältnisse, werden sie aktiv. Der Evolutionsprozess beginnt. Die Geschichte wird mit Hilfe von Sonden enträtselt. Daten von Instrumenten, die sich im Inneren von Kometen befunden haben, zeigen, dass in den allermeisten Fällen die Wahrscheinlichkeit bestätigt ist, dass wir alle „ein bisschen fremd“ sind, da die Wiege des Lebens der Weltraum ist.
Biopoese
Und hier ist eine andere Meinung darüber, wie das Leben entstanden ist. Auf der Erde gibt es Lebendes und Unbelebtes. Einige Wissenschaften begrüßen die Abiogenese (Biopoese), die erklärt, wie im Laufe der natürlichen Transformation aus anorganischer Materie biologisches Leben hervorgegangen ist. Die meisten Aminosäuren (auch als Bausteine aller lebenden Organismen bezeichnet) können durch natürliche chemische Reaktionen gebildet werden, die nichts mit dem Leben zu tun haben.
Dies wird durch das Müller-Urey-Experiment bestätigt. 1953 leitete ein Wissenschaftler Elektrizität durch ein Gasgemisch und produzierte mehrere Aminosäuren unter Laborbedingungen, die denen der frühen Erde nachempfunden waren. In allen Lebewesen werden Aminosäuren unter dem Einfluss von Nukleinsäuren, den Hütern des genetischen Gedächtnisses, in Proteine umgewandelt.
Letztere werden auf biochemischem Weg selbstständig synthetisiert, und Proteine beschleunigen (katalysieren) den Prozess. Welches der organischen Moleküle ist das erste? Und wie haben sie interagiert? Die Abiogenesis ist dabei, eine Antwort zu finden.
Kosmogonische Trends
Das ist die Lehre vom Raum. In einem bestimmten Kontext der Weltraumwissenschaft und Astronomie bezieht sich der Begriff auf die Theorie der Entstehung (und Erforschung) des Sonnensystems. Versuche, sich einer naturalistischen Kosmogonie zuzuwenden, halten einer Überprüfung nicht stand. Erstens das Bestehende Wissenschaftliche Theorien kann die Hauptsache nicht erklären: Wie ist das Universum selbst erschienen?
Zweitens gibt es kein physikalisches Modell, das die frühesten Momente der Existenz des Universums erklärt. In der erwähnten Theorie gibt es kein Konzept der Quantengravitation. Obwohl Stringtheoretiker das sagen Elementarteilchen entstehen durch Schwingungen und Wechselwirkungen von Quantenstrings), die den Ursprung und die Folgen des Urknalls untersuchen (Loop-Quantenkosmologie), stimmen dem nicht zu. Sie glauben, dass sie Formeln haben, um das Modell in Form von Feldgleichungen zu beschreiben.
Mit Hilfe kosmogonischer Hypothesen erklärten die Menschen die Gleichmäßigkeit der Bewegung und Zusammensetzung von Himmelskörpern. Lange bevor das Leben auf der Erde erschien, füllte Materie den gesamten Raum und entwickelte sich dann.
Endosymbiont
Die endosymbiotische Version wurde erstmals 1905 vom russischen Botaniker Konstantin Merezhkovsky formuliert. Er glaubte, dass einige Organellen als frei lebende Bakterien entstanden und als Endosymbionten in eine andere Zelle aufgenommen wurden. Mitochondrien entwickelten sich aus Proteobakterien (insbesondere Rickettsiales oder nahe Verwandte) und Chloroplasten aus Cyanobakterien.
Das lässt uns davon ausgehen Plural Formen Bakterien gingen mit der Bildung einer eukaryotischen Zelle eine Symbiose ein (Eukaryoten sind Zellen lebender Organismen, die einen Zellkern enthalten). Die horizontale Übertragung von genetischem Material zwischen Bakterien wird auch durch symbiotische Beziehungen erleichtert.
Der Entstehung einer Vielzahl von Lebensformen könnte der letzte gemeinsame Vorfahre (LUA) moderner Organismen vorausgegangen sein.
Spontane Geburt
Bis zum Beginn des 19. Jahrhunderts lehnten die Menschen „Plötzlichkeit“ im Allgemeinen als Erklärung dafür ab, wie das Leben auf der Erde begann. Die unerwartete spontane Entstehung bestimmter Lebensformen aus unbelebter Materie erschien ihnen unglaubwürdig. Sie glaubten jedoch an die Existenz von Heterogenese (eine Änderung der Fortpflanzungsmethode), wenn eine der Lebensformen von einer anderen Art stammt (z. B. Bienen von Blumen). Klassische Ideen zur spontanen Erzeugung laufen auf Folgendes hinaus: Einige komplexe lebende Organismen entstanden durch die Zersetzung organischer Substanzen.
Laut Aristoteles war dies eine leicht zu beobachtende Wahrheit: Blattläuse entstehen aus Tau, der auf Pflanzen fällt; Fliegen - von verdorbenem Essen, Mäuse - von schmutzigem Heu, Krokodile - von verrottenden Baumstämmen am Boden von Stauseen und so weiter. Die Theorie der spontanen Zeugung (vom Christentum widerlegt) existierte heimlich seit Jahrhunderten.
Es ist allgemein anerkannt, dass die Theorie im 19. Jahrhundert durch die Experimente von Louis Pasteur endgültig widerlegt wurde. Der Wissenschaftler untersuchte nicht den Ursprung des Lebens, sondern das Auftreten von Mikroben, um Infektionskrankheiten bekämpfen zu können. Pasteurs Beweise waren jedoch nicht mehr umstritten, sondern streng wissenschaftlich.
Tontheorie und sequentielle Erstellung
Die Entstehung des Lebens auf der Grundlage von Ton? Ist das möglich? Ein schottischer Chemiker namens A.J. Kearns-Smith von der University of Glasgow im Jahr 1985 ist der Autor einer solchen Theorie. Basierend auf ähnlichen Annahmen anderer Wissenschaftler argumentierte er, dass organische Partikel, die sich zwischen den Tonschichten befinden und mit ihnen interagieren, die Art und Weise der Speicherung von Informationen und des Wachstums übernommen haben. Daher hielt der Wissenschaftler das „Ton-Gen“ für primär. Anfangs existierten das Mineral und das entstehende Leben zusammen und so weiter bestimmten Stufe"rannte weg".
Die Idee der Zerstörung (Chaos) in den Schwellenländern ebnete den Weg für die Katastrophentheorie als einen der Vorläufer der Evolutionstheorie. Ihre Befürworter glauben, dass die Erde in der Vergangenheit von plötzlichen, kurzlebigen, turbulenten Ereignissen betroffen war und dass die Gegenwart der Schlüssel zur Vergangenheit ist. Jede nächste Katastrophe zerstörte das bestehende Leben. Die nachfolgende Schöpfung belebte es bereits anders als das vorherige.
materialistische Lehre
Und hier ist eine andere Version davon, wie das Leben auf der Erde entstand. Es wurde von den Materialisten vorgeschlagen. Sie glauben, dass das Leben als Ergebnis allmählicher chemischer Transformationen entstand, die sich über Zeit und Raum erstreckten und aller Wahrscheinlichkeit nach vor fast 3,8 Milliarden Jahren stattfanden. Diese Entwicklung nennt man molekular, sie betrifft den Bereich der Desoxyribonukleinsäuren und Ribonukleinsäuren und Proteine (Eiweiße).
Als wissenschaftlicher Trend entstand die Doktrin in den 1960er Jahren, als aktive Forschung betrieben wurde, die die Molekular- und Evolutionsbiologie und die Populationsgenetik betraf. Die Wissenschaftler versuchten dann, die jüngsten Entdeckungen in Bezug auf Nukleinsäuren und Proteine zu verstehen und zu validieren.
Eines der Schlüsselthemen, das die Entwicklung dieses Wissensgebiets anregte, war die Evolution der enzymatischen Funktion, die Nutzung der Nukleinsäuredivergenz als "molekulare Uhr". Seine Offenlegung trug zu einer tieferen Untersuchung der Divergenz (Verzweigung) von Arten bei.
organischen Ursprungs
Über das Erscheinen des Lebens auf der Erde argumentieren Befürworter dieser Doktrin wie folgt. Die Artenbildung begann vor langer Zeit - vor mehr als 3,5 Milliarden Jahren (die Zahl gibt den Zeitraum an, in dem Leben existiert). Wahrscheinlich gab es zunächst einen langsamen und allmählichen Transformationsprozess, und dann begann eine schnelle (innerhalb des Universums) Verbesserungsphase, ein Übergang von einem statischen Zustand in einen anderen unter dem Einfluss bestehender Bedingungen.
Evolution, bekannt als biologisch oder organisch, ist der Prozess der Veränderung eines oder mehrerer vererbter Merkmale, die in Populationen von Organismen gefunden werden. Erbliche Merkmale sind besondere Unterscheidungsmerkmale, einschließlich anatomischer, biochemischer und verhaltensbezogener Merkmale, die von einer Generation zur nächsten weitergegeben werden.
Die Evolution hat zu Vielfalt geführt und abwechslungsreiche Entwicklung alle lebenden Organismen (Diversifikation). Unsere bunte Welt wurde von Charles Darwin als „endlose Formen, die schönsten und wunderbarsten“ beschrieben. Man bekommt den Eindruck, dass der Ursprung des Lebens eine Geschichte ohne Anfang und Ende ist.
besondere Kreation
Nach dieser Theorie sind alle Lebensformen, die heute auf dem Planeten Erde existieren, von Gott geschaffen. Adam und Eva sind der erste Mann und die erste Frau, die vom Allmächtigen geschaffen wurden. Mit ihnen hat das Leben auf der Erde begonnen, glauben Christen, Muslime und Juden. Drei Religionen waren sich einig, dass Gott das Universum innerhalb von sieben Tagen erschuf und den sechsten Tag zum Höhepunkt der Arbeit machte: Er schuf Adam aus dem Staub der Erde und Eva aus seiner Rippe.
Am siebten Tag ruhte Gott. Dann atmete er ein und schickte los, um sich um den Garten namens Eden zu kümmern. In der Mitte wuchsen der Baum des Lebens und der Baum der Erkenntnis des Guten. Gott hat erlaubt, dass die Früchte aller Bäume im Garten gegessen werden, mit Ausnahme des Baums der Erkenntnis („denn an dem Tag, an dem du sie isst, wirst du sterben“).
Aber die Leute waren ungehorsam. Der Koran sagt, dass Adam angeboten hat, den Apfel zu probieren. Gott vergab den Sündern und sandte sie beide als seine Stellvertreter auf die Erde. Und doch... Woher kam das Leben auf der Erde? Wie Sie sehen können, gibt es keine einzige Antwort. Obwohl moderne Wissenschaftler zunehmend der abiogenen (anorganischen) Theorie des Ursprungs aller Lebewesen zuneigen.
Leblose Berge, Felsen und Wasser, ein riesiger Mond am Himmel und ein ständiger Meteoritenbeschuss - die wahrscheinlichste Landschaft der Erde vor 4 Milliarden Jahren
Entstand das Leben aus anorganischer Materie im Weltraum oder entstand es auf der Erde? Vor diesem Dilemma steht zwangsläufig der Forscher, der sich für das Problem der Entstehung des Lebens interessiert. Bisher konnte niemand die Richtigkeit einer der beiden derzeit existierenden Hypothesen beweisen, ebenso wenig wie es jedoch gelang, einen dritten Lösungsweg zu finden.
Die erste Hypothese über den Ursprung des Lebens auf der Erde ist alt, sie hat solide Persönlichkeiten der europäischen Wissenschaft in ihrem Vermögen: G. Helmholtz, L. Pasteur, S. Arrhenius, V. Vernadsky, F. Crick. Die Komplexität lebender Materie, die geringe Wahrscheinlichkeit ihrer spontanen Entstehung auf dem Planeten sowie das Versagen von Experimentatoren, lebende Materie aus nicht lebender Materie zu synthetisieren, führen Wissenschaftler in das Lager der Anhänger dieses Ansatzes. Es gibt zahlreiche Variationen darüber, wie genau das Leben auf die Erde kam, von denen die berühmteste die Panspermie-Theorie ist. Ihrer Meinung nach ist das Leben im interstellaren Raum weit verbreitet, aber da es keine Bedingungen für die Entwicklung gibt, verwandelt sich lebende Materie in Spermien oder Sporen und bewegt sich so durch den Weltraum. Vor Milliarden von Jahren brachten Kometen Spermien auf die Erde, wo eine für ihre Freisetzung günstige Umgebung entstand.
Spermien sind kleine Embryonen, die großen Temperaturschwankungen, kosmischer Strahlung und anderen für Lebewesen schädlichen Umweltfaktoren standhalten können. Wie der englische Astronom F. Hoyle vorgeschlagen hat, eignen sich interstellare Staubpartikel, unter denen sich möglicherweise Bakterien in einer Graphithülle befinden, für die Rolle von Spermien. Bis heute wurde kein Sperma im Weltraum gefunden. Aber selbst wenn sie gefunden wurden, so erstaunliche Entdeckung würde das Problem der Entstehung des Lebens nur von unserem Planeten an einen anderen Ort verlagern. Und wir wären der Frage nicht ausgewichen, woher die Spermien auf der Erde gekommen sind und wie sie entstanden sind. Der zweite Teil des Dilemmas – wie Leben aus anorganischer Materie entstand – ist nicht so romantisch, da er auf den Gesetzen der Physik und Chemie beruht. Dieser enge, mechanistische Ansatz, der als Theorie der Abiogenese bezeichnet wird, beinhaltet die Bemühungen vieler Spezialisten. Vielleicht wegen seiner Spezifität hat sich dieser Ansatz als fruchtbar erwiesen und im Laufe eines halben Jahrhunderts ganze Bereiche der Biochemie, Evolutionsbiologie und Kosmologie vorangebracht.Laut Wissenschaftlern ist die Synthese einer lebenden Zelle nicht mehr weit, es ist eine Frage der Technologie und eine Frage der Zeit. Aber wird eine im Reagenzglas geborene Zelle die Antwort auf die Frage sein, wie das Leben auf der Erde begann? Kaum. Die synthetische Zelle wird nur beweisen, dass Abiogenese irgendwie möglich ist. Aber vor 4 Milliarden Jahren auf der Erde hätte es anders kommen können. Zum Beispiel ja. Vor 4,5 Milliarden Jahren kühlte die Erdoberfläche ab. Die Atmosphäre war dünn und Kometen bombardierten aktiv die Erde und lieferten organische Stoffe in Hülle und Fülle. Außerirdische Materie siedelte sich in flachen, warmen, von Vulkanen erhitzten Stauseen an: Lava ergoss sich am Boden, Inseln wuchsen, heiße Quellen - Fumarolen - schlugen. Die Kontinente waren damals nicht so stark und groß wie heute, sie bewegten sich leicht entlang der Erdkruste, verbunden und zerfallen.
Der Mond war näher, die Erde drehte sich schneller, die Tage waren kürzer, die Gezeiten höher und die Stürme heftiger. Darüber erstreckte sich ein stahlfarbener Himmel, verdunkelt Sandstürme, Wolken aus Vulkanasche und durch Meteoriteneinschläge herausgeschleuderte Gesteinsfragmente. Allmählich entwickelte sich eine stickstoff-, kohlendioxid- und wasserdampfreiche Atmosphäre. Fülle Treibhausgase globale Erwärmung verursacht. Unter solch extremen Bedingungen fand die Synthese lebender Materie statt. War es ein Wunder, ein Unfall, der sich trotz der Entwicklung des Universums ereignete, oder ist dies die einzige Möglichkeit, wie Leben entstehen kann? Bereits in frühen Stadien manifestierte sich eines der Hauptmerkmale lebender Materie - die Anpassungsfähigkeit an Umweltbedingungen. Die frühe Atmosphäre enthielt wenig freien Sauerstoff, Ozon war mangelhaft und die Erde wurde in ultraviolette Strahlen getaucht, die für das Leben tödlich sind. Der Planet wäre also unbewohnt geblieben, wenn die Zellen nicht einen Mechanismus zum Schutz vor ultravioletter Strahlung erfunden hätten. Dieses Szenario für die Entstehung des Lebens insgesamt unterscheidet sich nicht von dem von Darwin vorgeschlagenen. Neue Details wurden hinzugefügt - sie lernten etwas, indem sie die ältesten Felsen studierten und experimentierten, sie errieten etwas. Dieses Szenario ist zwar das vernünftigste, aber auch das umstrittenste. Wissenschaftler kämpfen um jeden Punkt und bieten zahlreiche Alternativen an. Zweifel kommen von Anfang an auf: Woher kam die organische Primärsubstanz, wurde sie auf der Erde synthetisiert oder fiel sie vom Himmel?
revolutionäre Idee
Die wissenschaftlichen Grundlagen der Abiogenese, also der Entstehung von Lebewesen aus Nichtlebewesen, wurden von dem russischen Biochemiker A.I. Oparin. 1924 veröffentlichte Oparin als 30-jähriger Wissenschaftler den Artikel "Der Ursprung des Lebens", der nach Ansicht seiner Kollegen "den Keim einer intellektuellen Revolution enthielt". Die Veröffentlichung von Oparins Buch in englischer Sprache im Jahr 1938 wurde zu einer Sensation und zog bedeutende westliche intellektuelle Ressourcen für das Problem des Lebens an. 1953 führte S. Miller, ein Doktorand an der University of Chicago, ein erfolgreiches Experiment zur abiogenen Synthese durch. Er schuf die Bedingungen der frühen Erde in einem Laborreagenzglas und erhielt als Ergebnis einer chemischen Reaktion eine Reihe von Aminosäuren. So begann Oparins Theorie, experimentelle Bestätigung zu erhalten.
Oparin und der Priester
Nach den Erinnerungen von Kollegen, Akademiker A.I. Oparin war überzeugter Materialist und Atheist. Dies wird durch seine Theorie der Abiogenese bestätigt, die anscheinend keine Hoffnung auf eine übernatürliche Erklärung der Mysterien des Lebens lässt. Trotzdem zogen die Ansichten und die Persönlichkeit des Wissenschaftlers Menschen mit völlig entgegengesetzten Weltanschauungen an. Er beschäftigte sich mit wissenschaftlicher und pädagogischer Arbeit, nahm an der pazifistischen Bewegung teil und reiste viel ins Ausland. Einmal, irgendwann in den 1950er Jahren, hielt Oparin in Italien einen Vortrag über das Problem der Entstehung des Lebens. Nach dem Bericht wurde ihm mitgeteilt, dass niemand Geringeres als der Präsident der Päpstlichen Akademie der Wissenschaften aus dem Vatikan ihn treffen wolle. Alexander Iwanowitsch, Sein Sowjetischer Mann und da er die voreingenommene Haltung der ausländischen Intelligenz gegenüber der UdSSR sehr gut kannte, erwartete er von dem Vertreter der katholischen Kirche nichts Gutes, wahrscheinlich eine Art Provokation. Trotzdem kam die Bekanntschaft zustande. Reverend Signor schüttelte Oparin die Hand, dankte ihm für den Vortrag und rief aus: „Professor, ich freue mich, wie schön Sie die Vorsehung Gottes offenbart haben!“
Wahrscheinlichkeit des Lebens
Die Theorie der Abiogenese legt nahe, dass das Leben zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Entwicklung der Materie entstand. Seit der Entstehung des Universums und den ersten Teilchen hat sich die Materie auf einen Weg ständiger Veränderung begeben. Zuerst entstanden Atome und Moleküle, dann erschienen Sterne und Staub, daraus entstanden Planeten und auf den Planeten wurde Leben geboren. Das Lebendige entsteht aus dem Unbelebten und gehorcht einem höheren Gesetz, dessen Wesen uns noch unbekannt ist. Auf der Erde hätte kein Leben entstehen können, wo es geeignete Bedingungen gegeben hätte. Natürlich ist es unmöglich, diese metaphysische Verallgemeinerung zu widerlegen, aber die Saat des Zweifels ist aufgegangen. Tatsache ist, dass die für die Synthese des Lebens notwendigen Bedingungen sehr zahlreich sind und oft den Tatsachen und einander widersprechen. Zum Beispiel gibt es keine Beweise dafür, dass die frühe Erde eine reduzierende Atmosphäre hatte. Wie der genetische Code entstanden ist, ist unklar. Überrascht mit seiner Komplexität die Struktur einer lebenden Zelle und ihre Funktionen. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit für die Entstehung des Lebens? Hier sind einige Beispiele.
Proteine bestehen nur aus sogenannten "linken" Aminosäuren, also asymmetrischen Molekülen, die die Polarisation des durch sie hindurchtretenden Lichts nach links drehen. Warum beim Proteinaufbau nur linkshändige Aminosäuren verwendet werden, ist unbekannt. Vielleicht ist es zufällig passiert und irgendwo im Universum gibt es Lebewesen, die aus den richtigen Aminosäuren bestehen. Höchstwahrscheinlich gab es in der Primärbrühe, wo die Synthese der anfänglichen Proteine stattfand, gleichermaßen linke und rechte Aminosäuren. Und erst das Auftreten einer wirklich lebendigen "linken" Struktur brach diese Symmetrie und die biogene Synthese von Aminosäuren ging den "linken" Weg.Die Rechnung, die Fred Hoyle in seinem Buch „Evolution from Space“ angibt, ist beeindruckend. Die Wahrscheinlichkeit, zufällig 2.000 Zellenzyme mit je 200 Aminosäuren zu erzeugen, beträgt 10 – 4.000 – eine absurd kleine Zahl, selbst wenn der gesamte Kosmos organische Suppe wäre.
Die Wahrscheinlichkeit, ein aus 300 Aminosäuren bestehendes Protein zu synthetisieren, ist eins zu 2×10 390 . Wieder sehr wenig. Wenn wir die Anzahl der Aminosäuren in einem Protein auf 20 reduzieren, dann beträgt die Anzahl der möglichen Kombinationen für die Synthese eines solchen Proteins 1018, was nur eine Größenordnung größer ist als die Anzahl der Sekunden in 4,5 Milliarden Jahren. Es ist leicht zu erkennen, dass die Evolution einfach keine Zeit hatte, alle Optionen zu sortieren und die beste auszuwählen. Wenn wir berücksichtigen, dass die Aminosäuren in Proteinen in bestimmten Sequenzen und nicht zufällig verbunden sind, ist die Wahrscheinlichkeit, ein Proteinmolekül zu synthetisieren, dieselbe, als ob ein Affe zufällig eine von Shakespeares Tragödien gedruckt hätte, also fast null.
Wissenschaftler berechneten, dass das DNA-Molekül, das am einfachsten Proteincodierungszyklus beteiligt ist, aus 600 Nukleotiden in einer bestimmten Sequenz hätte bestehen müssen. Die Wahrscheinlichkeit einer zufälligen Synthese einer solchen DNA beträgt 10 – 400, mit anderen Worten, dies erfordert 10.400 Versuche.
Nicht alle Wissenschaftler sind mit solchen Wahrscheinlichkeitsrechnungen einverstanden. Sie weisen darauf hin, dass es falsch ist, die Chancen der Proteinsynthese durch zufällige Auswahl von Kombinationen zu berechnen, da Moleküle Präferenzen haben und einige chemische Bindungen immer wahrscheinlicher sind als andere. Laut dem australischen Biochemiker Ian Musgrave ist es im Allgemeinen sinnlos, die Wahrscheinlichkeit der Abiogenese zu berechnen. Erstens ist die Bildung von Polymeren aus Monomeren kein Zufall, sondern gehorcht den Gesetzen der Physik und Chemie. Zweitens ist es falsch, die Bildung moderner Protein-, DNA- oder RNA-Moleküle zu berechnen, weil sie nicht Teil der ersten lebenden Systeme waren. Vielleicht ist in der Struktur der heute existierenden Organismen nichts von vergangenen Zeiten übriggeblieben. Heute nimmt man an, dass die ersten Organismen sehr einfache Systeme aus kurzen Molekülen waren, die nur aus 30-40 Monomeren bestanden. Das Leben begann mit sehr einfachen Organismen, was das Design allmählich verkomplizierte. Die Natur hat nicht einmal versucht, gleich eine Boeing 747 zu bauen. Drittens haben Sie keine Angst vor geringer Wahrscheinlichkeit. Eine Chance zu einer Million Millionen? Und was solls, denn es kann beim ersten Versuch herausfallen.
Was ist Leben
Philosophen sind bei der Suche nach einer Definition des Lebens nicht allein. Eine solche Definition ist für Biochemiker notwendig, um zu verstehen: Was geschah in einem Reagenzglas – lebend oder nicht lebend? Paläontologen, die die ältesten Gesteine auf der Suche nach dem Beginn des Lebens untersuchen. Exobiologen auf der Suche nach Organismen außerirdischen Ursprungs. Es ist nicht einfach, das Leben zu definieren. Große Worte Sowjetische Enzyklopädie, "stößt eine streng wissenschaftliche Unterscheidung zwischen lebenden und nicht lebenden Objekten auf gewisse Schwierigkeiten." Was ist in der Tat nur für einen lebenden Organismus charakteristisch? Vielleicht ein Satz Äußere Zeichen? Etwas Weißes, Weiches, sich Bewegendes, Geräusche machendes. Pflanzen, Mikroben und viele andere Organismen fallen nicht unter diese primitive Definition, weil sie schweigen und sich nicht bewegen. Aus chemischer Sicht kann man Leben als Materie betrachten, die aus komplexen organischen Verbindungen besteht: Aminosäuren, Proteine, Fette. Aber dann sollte eine einfache mechanische Mischung dieser Verbindungen als lebendig angesehen werden, was nicht stimmt. Eine bessere Definition, über die ein breiter wissenschaftlicher Konsens besteht, bezieht sich auf die einzigartigen Funktionen lebender Systeme.
Die Fähigkeit zur Reproduktion, wenn eine exakte Kopie der Erbinformationen an die Nachkommen weitergegeben wird, ist allem irdischen Leben und sogar seinem kleinsten Teilchen - einer Zelle - innewohnend. Deshalb wird die Zelle als Maßeinheit des Lebens genommen. Die Bestandteile der Zellen: Proteine, Aminosäuren, Enzyme - getrennt genommen, werden nicht am Leben sein. Dies führt zu der wichtigen Schlussfolgerung, dass erfolgreiche Experimente zur Synthese dieser Substanzen nicht als Antwort auf die Frage nach dem Ursprung des Lebens angesehen werden können. Eine Revolution auf diesem Gebiet wird es erst geben, wenn klar wird, wie die ganze Zelle entstanden ist. Ohne Zweifel werden die Entdecker des Mysteriums mit dem Nobelpreis ausgezeichnet. Neben der Reproduktionsfunktion gibt es eine Reihe notwendiger, aber unzureichender Eigenschaften des Systems, um als lebendig bezeichnet zu werden. Ein lebender Organismus kann sich auf genetischer Ebene an Umweltveränderungen anpassen. Dies ist sehr wichtig für das Überleben. Dank der Variabilität überlebte das Leben auf der frühen Erde, während Katastrophen und während schwerer Eiszeiten.
Eine wichtige Eigenschaft eines lebenden Systems ist die katalytische Aktivität, also die Fähigkeit, nur bestimmte Reaktionen durchzuführen. Der Stoffwechsel basiert auf dieser Eigenschaft - der Auswahl der notwendigen Substanzen aus der Umwelt, ihrer Verarbeitung und der Gewinnung der für das weitere Leben notwendigen Energie. Das Stoffwechselschema, das nichts weiter als ein Überlebensalgorithmus ist, ist im genetischen Code der Zelle fest verdrahtet und wird durch den Vererbungsmechanismus an die Nachkommen weitergegeben. Chemiker kennen viele Systeme mit katalytischer Aktivität, die sich jedoch nicht vermehren können und daher nicht als lebendig gelten können.
Entscheidendes Experiment
Es besteht keine Hoffnung, dass sich die Zelle eines Tages von selbst aus den Atomen chemischer Elemente entwickelt. Dies ist eine unglaubliche Option. Eine einfache Bakterienzelle enthält Hunderte von Genen, Tausende von Proteinen und verschiedene Moleküle. Fred Hoyle scherzte, dass die Synthese einer Zelle so unglaublich sei wie die Montage einer Boeing in einem Hurrikan, der über einen Schrottplatz fegte. Und doch existiert die Boeing, was bedeutet, dass sie irgendwie „zusammengebaut“ oder besser gesagt „selbst zusammengebaut“ wurde. Nach heutigen Vorstellungen begann die „Selbstorganisation“ der Boeing vor 4,5 Milliarden Jahren, der Prozess verlief schrittweise und wurde zeitlich um eine Milliarde Jahre verlängert. Vor mindestens 3,5 Milliarden Jahren existierte bereits eine lebende Zelle auf der Erde.
Für die Synthese von Lebewesen aus nicht lebenden Dingen müssen in der Anfangsphase einfache organische und anorganische Verbindungen in der Atmosphäre und den Gewässern des Planeten vorhanden sein: C, C 2 , C 3 , CH, CN, CO, CS , HCN, CH 3 CH, NH, O, OH, H 2 O, S. Stanley Miller, mischte in seinen berühmten Experimenten zur abiogenen Synthese Wasserstoff, Methan, Ammoniak und Wasserdampf, leitete dann die erhitzte Mischung durch elektrische Entladungen und kühlte sie ab es. Eine Woche später bildete sich in der Flasche eine braune Flüssigkeit, die sieben Aminosäuren enthielt, darunter Glycin, Alanin und Asparaginsäure, die Teil von Zellproteinen sind. Millers Experiment zeigte, wie präbiologische Organika gebildet werden könnten – Substanzen, die an der Synthese komplexerer Zellbestandteile beteiligt sind. Seitdem betrachten Biologen dieses Problem trotz des schwerwiegenden Problems als gelöst. Tatsache ist, dass die abiogene Synthese von Aminosäuren nur unter reduzierenden Bedingungen stattfindet, weshalb Oparin die Atmosphäre der frühen Erde für Methan-Ammoniak hielt. Aber Geologen stimmen dieser Schlussfolgerung nicht zu.
Frühes Atmosphärenproblem
Methan und Ammoniak können auf der Erde nirgendwo in großen Mengen herkommen, sagen Experten. Darüber hinaus sind diese Verbindungen sehr instabil und werden durch Sonnenlicht zerstört, eine Methan-Ammoniak-Atmosphäre könnte nicht existieren, selbst wenn diese Gase aus den Eingeweiden des Planeten freigesetzt würden. Geologen zufolge wurde die Erdatmosphäre vor 4,5 Milliarden Jahren von Kohlendioxid und Stickstoff dominiert, was chemisch eine neutrale Umgebung schafft. Davon zeugt die Zusammensetzung der ältesten Gesteine, die damals aus dem Erdmantel erschmolzen wurden. Die ältesten Gesteine der Erde, 3,9 Milliarden Jahre alt, wurden in Grönland gefunden. Dies sind die sogenannten grauen Gneise - stark alterierte Eruptivgesteine mittlerer Zusammensetzung. Die Veränderung dieser Gesteine dauerte Millionen von Jahren unter dem Einfluss von Kohlendioxidflüssigkeiten des Mantels, die gleichzeitig die Atmosphäre sättigten. Unter solchen Bedingungen ist eine abiogene Synthese unmöglich.
Akademiker E. M. Galimov, Direktor des Instituts für Geochemie und analytische Chemie Sie. IN UND. Wernadski RAS. Er berechnete, dass die Erdkruste sehr früh, in den ersten 50-100 Millionen Jahren nach der Entstehung des Planeten, entstand und überwiegend metallisch war. In einem solchen Fall muss der Mantel tatsächlich Methan und Ammoniak in ausreichender Menge freigesetzt haben, um reduzierende Bedingungen zu schaffen. Die amerikanischen Wissenschaftler K. Sagan und K. Chaiba schlugen einen Mechanismus zum Selbstschutz der Methanatmosphäre vor Zerstörung vor. Nach ihrem Schema könnte die Zersetzung von Methan unter Einwirkung von ultravioletter Strahlung zur Bildung eines Aerosols aus organischen Partikeln in der oberen Atmosphäre führen. Diese Partikel absorbierten die Sonnenstrahlung und schützten die sich reduzierende Umgebung des Planeten. Dieser Mechanismus wurde zwar für den Mars entwickelt, ist aber auf die frühe Erde anwendbar.
Geeignete Bedingungen für die Bildung präbiologischer organischer Stoffe hielten auf der Erde nicht lange an. In den nächsten 200-300 Millionen Jahren begann der Mantel zu oxidieren, was zur Freisetzung von Kohlendioxid und einer Veränderung der Zusammensetzung der Atmosphäre führte. Aber zu diesem Zeitpunkt war die Umgebung für die Entstehung des Lebens bereits vorbereitet.
Am Boden des Meeres
Ursprüngliches Leben könnte um Vulkane herum entstanden sein. Stellen Sie sich zahlreiche Verwerfungen und Risse auf dem immer noch fragilen Grund der Ozeane vor, aus denen Magma und brodelnde Gase sickern. In solchen mit Schwefelwasserstoffdampf gesättigten Zonen bilden sich Ablagerungen von Metallsulfiden: Eisen, Zink, Kupfer. Was wäre, wenn die Synthese von primären organischen Stoffen direkt auf der Oberfläche von Eisen-Schwefel-Mineralien durch die Reaktion von Kohlendioxid und Wasserstoff stattfinden würde? Glücklicherweise gibt es viel von beidem: Kohlendioxid und Monoxid werden aus Magma freigesetzt, und Wasserstoff wird aus Wasser bei seiner chemischen Wechselwirkung mit heißem Magma freigesetzt. Es gibt auch einen Energiezufluss, der für die Synthese notwendig ist.
Diese Hypothese stimmt mit geologischen Daten überein und basiert auf der Annahme, dass frühe Organismen wie moderne chemosynthetische Bakterien unter extremen Bedingungen lebten. In den 60er Jahren des 20. Jahrhunderts entdeckten Forscher Unterwasservulkane am Grund des Pazifischen Ozeans - schwarze Raucher. Dort in den Clubs giftige Gase, ohne Zugang zu Sonnenlicht und Sauerstoff, bei einer Temperatur von +120 ° gibt es Kolonien von Mikroorganismen. Ähnliche Bedingungen wie Schwarze Raucher gab es bereits vor 2,5 Milliarden Jahren auf der Erde, wie die Schichten von Stromatolithen belegen – Spuren der lebenswichtigen Aktivität von Blaualgen. Formen, die diesen Mikroben ähnlich sind, gehören zu den Überresten der ältesten Organismen, die 3,5 Milliarden Jahre alt sind.
Um die vulkanische Hypothese zu bestätigen, ist ein Experiment erforderlich, das zeigt, dass eine abiogene Synthese unter den gegebenen Bedingungen möglich ist. Arbeiten in dieser Richtung werden von Gruppen von Biochemikern aus den USA, Deutschland, England und Russland durchgeführt, bisher jedoch ohne Erfolg. Ermutigende Ergebnisse wurden 2003 von einem jungen Forscher Mikhail Vladimirov aus dem Labor für Evolutionsbiochemie des Instituts für Biochemie erzielt. EIN. Bach RAS. Er stellte im Labor einen künstlichen schwarzen Raucher her: Eine Scheibe aus Pyrit (FeS 2) wurde in einen mit Salzlösung gefüllten Autoklaven gelegt, der als Kathode diente; Kohlendioxid und elektrischer Strom wurden durch das System geleitet. Einen Tag später erschien im Autoklaven Ameisensäure - die einfachste organische Substanz, die am Stoffwechsel lebender Zellen beteiligt ist und als Material für die abiogene Synthese komplexerer biologischer Substanzen dient.
 Cyanobakterien, die Luftstickstoff binden können |
Bewohnbare Planetenjäger
Beide Theorien zur Entstehung des Lebens, Panspermie und Abiogenese, gehen davon aus, dass das Leben kein einzigartiges Phänomen im Universum ist, sondern auf anderen Planeten sein muss. Aber wie findet man es? Lange Zeit gab es die einzige Methode zur Suche nach Leben, die noch keine positiven Ergebnisse erbrachte - durch Funksignale von Außerirdischen. Ende des 20. Jahrhunderts entstand eine neue Idee – mit Teleskopen nach Planeten außerhalb des Sonnensystems zu suchen. Die Jagd nach Exoplaneten hat begonnen. 1995 wurde das erste Exemplar gefangen: ein Planet mit einer Masse von der Hälfte des Jupiters, der schnell den 51. Stern im Sternbild Pegasus umkreist. Als Ergebnis von fast 10 Jahren Suche wurden 118 Planetensysteme mit 141 Planeten entdeckt. Keines dieser Systeme ähnelt der Sonne, keiner der Planeten - der Erde. Die gefundenen Exoplaneten haben eine ähnliche Masse wie Jupiter, das heißt, sie sind viel mehr Erde. Entfernte Riesen sind aufgrund der Besonderheiten ihrer Umlaufbahnen unbewohnbar. Einige von ihnen rotieren sehr nahe an ihrem Stern, was bedeutet, dass ihre Oberflächen heiß sind und nicht flüssiges Wasser in dem sich das Leben entwickelt. Der Rest der Planeten – ihre Minderheit – bewegt sich auf einer langgestreckten elliptischen Umlaufbahn, was sich dramatisch auf das Klima auswirkt: Der Wechsel der Jahreszeiten muss dort sehr scharf sein, und das ist schädlich für Organismen.
Beide Theorien zur Entstehung des Lebens, Panspermie und Abiogenese, gehen davon aus, dass das Leben kein einzigartiges Phänomen im Universum ist, sondern auf anderen Planeten sein muss. Aber wie findet man es? Lange Zeit gab es die einzige Methode zur Suche nach Leben, die noch keine positiven Ergebnisse erbrachte - durch Funksignale von Außerirdischen. Ende des 20. Jahrhunderts entstand eine neue Idee – mit Teleskopen nach Planeten außerhalb des Sonnensystems zu suchen. Die Jagd nach Exoplaneten hat begonnen. 1995 wurde das erste Exemplar gefangen: ein Planet mit einer Masse von der Hälfte des Jupiters, der schnell den 51. Stern im Sternbild Pegasus umkreist. Als Ergebnis von fast 10 Jahren Suche wurden 118 Planetensysteme mit 141 Planeten entdeckt. Keines dieser Systeme ähnelt der Sonne, keiner der Planeten - der Erde. Die gefundenen Exoplaneten haben eine ähnliche Masse wie Jupiter, das heißt, sie sind viel größer als die Erde. Entfernte Riesen sind aufgrund der Besonderheiten ihrer Umlaufbahnen unbewohnbar. Einige von ihnen rotieren sehr nahe an ihrem Stern, was bedeutet, dass ihre Oberflächen heiß sind und es kein flüssiges Wasser gibt, in dem sich Leben entwickelt. Der Rest der Planeten – ihre Minderheit – bewegt sich auf einer langgestreckten elliptischen Umlaufbahn, was sich dramatisch auf das Klima auswirkt: Der Wechsel der Jahreszeiten muss dort sehr scharf sein, und das ist schädlich für Organismen.
Die Tatsache, dass kein sonnenartiges Planetensystem entdeckt wurde, hat bei einigen Wissenschaftlern zu pessimistischen Aussagen geführt. Vielleicht sind kleine Steinplaneten im Universum sehr selten, oder unsere Erde ist im Allgemeinen die einzige ihrer Art, oder vielleicht fehlt uns einfach die Genauigkeit der Messungen. Aber die Hoffnung stirbt zuletzt, und Astronomen feilen weiter an ihren Methoden. Jetzt suchen sie Planeten nicht durch direkte Beobachtung, sondern durch indirekte Zeichen, weil die Auflösung von Teleskopen nicht ausreicht. So wird die Position jupiterähnlicher Riesen aus der Gravitationsstörung berechnet, die sie auf die Bahnen ihrer Sterne ausüben. Im Jahr 2006 wird die Europäische Weltraumorganisation den Korot-Satelliten starten, der nach Planeten mit erdähnlicher Masse suchen wird, indem er einen Stern dimmt, während er seine Scheibe passiert. Die gleiche Art, Planeten zu jagen, wäre NASA-Satellit Kepler seit 2007. In weiteren 2 Jahren wird die NASA eine Weltraum-Interferometrie-Mission organisieren - eine sehr empfindliche Methode zur Erkennung kleiner Planeten durch ihren Aufprall auf Körper mit größerer Masse. Erst 2015 werden Wissenschaftler Geräte zur direkten Beobachtung bauen - es wird eine ganze Flotte von Weltraumteleskopen namens "Erdähnlicher Planetenjäger" sein, die gleichzeitig nach Lebenszeichen suchen können.
Wenn Planeten wie die Erde entdeckt werden, beginnt eine neue Ära in der Wissenschaft, und die Wissenschaftler bereiten sich jetzt auf dieses Ereignis vor. Aus großer Entfernung muss man in der Atmosphäre des Planeten Spuren von Leben erkennen können, selbst wenn es sich um seine primitivsten Formen handelt - Bakterien oder die einfachsten vielzelligen Organismen. Die Wahrscheinlichkeit, primitives Leben im Universum zu entdecken, ist höher als Kontakt mit grünen Männern, da das Leben auf der Erde seit mehr als 4 Milliarden Jahren existiert, davon fortgeschrittene Zivilisation dauert nur ein Jahrhundert. Vor dem Aufkommen von künstlichen Signalen war es möglich, etwas über unsere Existenz nur durch das Vorhandensein spezieller Verbindungen in der Atmosphäre zu erfahren - Biomarker. Der wichtigste Biomarker ist Ozon, das auf das Vorhandensein von Sauerstoff hinweist. Wasserdampf bedeutet das Vorhandensein von flüssigem Wasser. Kohlendioxid und Methan werden von einigen Arten von Organismen freigesetzt. Die Suche nach Biomarkern auf fernen Planeten wird der Darwin-Mission anvertraut, die europäische Wissenschaftler 2015 starten werden. Sechs Infrarotteleskope werden 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt umkreisen und mehrere tausend nahegelegene Planetensysteme vermessen. Anhand der Sauerstoffmenge in der Atmosphäre kann das Darwin-Projekt sehr junges Leben bestimmen, das mehrere hundert Millionen Jahre alt ist.
Wenn in der Strahlung der Atmosphäre des Planeten Spektrallinien von drei Substanzen - Ozon, Wasserdampf und Methan - vorhanden sind, ist dies ein zusätzlicher Beweis für das Vorhandensein von Leben. Der nächste Schritt besteht darin, Art und Grad der Entwicklung festzustellen. Zum Beispiel würde das Vorhandensein von Chlorophyllmolekülen bedeuten, dass es auf dem Planeten Bakterien und Pflanzen gibt, die die Photosynthese zur Energiegewinnung nutzen. Die Entwicklung von Biomarkern der nächsten Generation ist eine vielversprechende Aufgabe, aber noch eine ferne Zukunft.
organische Quelle
Wenn es auf der Erde keine Bedingungen für die Synthese präbiologischer organischer Stoffe gäbe, könnten sie sich im Weltraum befinden. Bereits 1961 veröffentlichte der amerikanische Biochemiker John Oro einen Artikel über den kometenartigen Ursprung organischer Moleküle. Die junge Erde, die nicht durch eine dichte Atmosphäre geschützt ist, wurde einem massiven Beschuss durch Kometen ausgesetzt, die hauptsächlich aus Eis bestehen, aber auch Ammoniak, Formaldehyd, Blausäure, Cyanoacetylen, Adenin und andere Verbindungen enthalten, die für die abiogene Synthese von Aminosäuren notwendig sind. Nuklein und Fettsäuren sind die Hauptbestandteile der Zelle. Astronomen zufolge fielen 1.021 kg Kometenmaterie auf die Erdoberfläche. Das Wasser der Kometen formte die Ozeane, in denen Hunderte von Millionen Jahren später das Leben blühte.
Beobachtungen bestätigen, dass es in kosmischen Körpern und interstellaren Staubwolken einfache organische Stoffe und sogar Aminosäuren gibt. Die Spektralanalyse zeigte das Vorhandensein von Adenin und Purin im Schweif des Haley-Bopp-Kometen, und Pyrimidin wurde im Murchison-Meteoriten gefunden. Die Bildung dieser Verbindungen im Weltraum widerspricht nicht den Gesetzen der Physik und Chemie.
Die Kometenhypothese ist auch unter Kosmologen beliebt, weil sie das Auftreten von Leben auf der Erde nach der Entstehung des Mondes erklärt. Wie allgemein angenommen wird, kollidierte die Erde vor etwa 4,5 Milliarden Jahren mit einem riesigen kosmischen Körper. Seine Oberfläche schmolz, ein Teil der Substanz spritzte in die Umlaufbahn, wo daraus ein kleiner Satellit, der Mond, entstand. Nach einer solchen Katastrophe hätten keine organischen Stoffe und kein Wasser auf dem Planeten zurückbleiben dürfen. Wo kommst du her? Kometen brachten sie zurück.
Das Problem der Polymere
Zelluläre Proteine, DNA, RNA sind alles Polymere, sehr lange Moleküle, wie Fäden. Die Struktur von Polymeren ist ziemlich einfach, sie bestehen aus Teilen, die sich in einer bestimmten Reihenfolge wiederholen. Beispielsweise ist Zellulose das weltweit am häufigsten vorkommende Molekül, das Bestandteil von Pflanzen ist. Ein Zellulosemolekül besteht aus Zehntausenden von Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Sauerstoffatomen, ist aber gleichzeitig nichts anderes als eine mehrfache Wiederholung kürzerer Glukosemoleküle, die wie an einer Halskette aneinandergereiht sind. Proteine sind eine Kette von Aminosäuren. DNA und RNA - eine Sequenz von Nukleotiden. Und das sind insgesamt sehr lange Sequenzen. Somit besteht das entschlüsselte menschliche Genom aus 3 Milliarden Nukleotidpaaren.
In der Zelle werden ständig Polymere durch komplexe matrixchemische Reaktionen produziert. Um ein Protein zu erhalten, muss eine Aminosäure die Hydroxylgruppe OH von einem Ende und das Wasserstoffatom von dem anderen lösen und erst danach die nächste Aminosäure „ankleben“. Es ist leicht zu erkennen, dass bei diesem Vorgang immer wieder Wasser entsteht. Die Freisetzung von Wasser, die Austrocknung, ist ein sehr alter Prozess, der Schlüssel zur Entstehung des Lebens. Wie kam es dazu, dass es noch keine Zelle mit ihrer Eiweißfabrik gab? Es gibt auch ein Problem mit einem warmen flachen Teich - der Wiege lebender Systeme. Tatsächlich muss während der Polymerisation Wasser entfernt werden, aber das ist unmöglich, wenn viel davon vorhanden ist.
Ton-Gen
Es musste etwas in der Ursuppe sein, das dem lebenden System half, geboren zu werden, den Prozess beschleunigte und Energie lieferte. In den 1950er Jahren schlug der englische Kristallograph John Bernal vor, dass gewöhnlicher Ton, der reichlich mit dem Boden jedes Reservoirs bedeckt ist, als solcher Assistent dienen könnte. Tonmineralien trugen zur Bildung von Biopolymeren und zur Entstehung des Vererbungsmechanismus bei. Bernals Hypothese ist im Laufe der Jahre immer stärker geworden und hat viele Anhänger angezogen. Es stellte sich heraus, dass ultraviolett bestrahlte Tonpartikel die entstehende Energiereserve speichern, die für die Aufbaureaktion des Biopolymers aufgewendet wird. In Gegenwart von Ton fügen sich die Monomere zu selbstreplizierenden Molekülen zusammen, ähnlich wie RNA.
Die meisten Tonminerale sind Polymeren strukturell ähnlich. Sie bestehen aus einer Vielzahl von Schichten, die durch schwache chemische Bindungen miteinander verbunden sind. Ein solches Mineralband wächst von selbst, jede nächste Schicht wiederholt die vorherige, und manchmal treten Defekte auf - Mutationen, wie bei echten Genen. Der schottische Chemiker A.J. Kearns-Smith behauptete, das Tongen sei der erste Organismus auf der Erde. Organische Moleküle, die zwischen die Schichten von Tonpartikeln gelangten, interagierten mit ihnen, nahmen die Art der Speicherung von Informationen und Wachstum an, man könnte sagen, sie lernten. Eine Zeit lang existierten Mineralien und Proto-Leben friedlich nebeneinander, aber bald gab es laut Kearns-Smith eine Pause oder genetische Übernahme, wonach das Leben die mineralische Heimat verließ und seine eigene Entwicklung begann.
Die ältesten Mikroben
Die 3,5 Milliarden Jahre alten Schwarzschiefer von Westaustralien enthalten die Überreste der ältesten Organismen, die jemals auf der Erde entdeckt wurden. Nur unter dem Mikroskop sichtbar, gehören die Kugeln und Fasern zu Prokaryoten – Mikroben, in deren Zelle noch kein Zellkern vorhanden ist und die DNA-Helix direkt im Zytoplasma verlegt ist. Die ältesten Fossilien wurden 1993 vom amerikanischen Paläobiologen William Schopf entdeckt. Die Vulkan- und Sedimentgesteine des Pilbara-Komplexes westlich der Great Sandy Desert in Australien gehören zu den ältesten Gesteinen der Erde. Durch einen glücklichen Zufall haben sich diese Formationen unter dem Einfluss starker geologischer Prozesse nicht so sehr verändert und die Überreste früher Lebewesen in den Zwischenschichten bewahrt.
Es stellte sich als schwierig heraus, in der Vergangenheit sicherzustellen, dass winzige Kugeln und Fasern lebende Organismen waren. Eine Reihe kleiner Perlen in einem Stein kann alles sein: Mineralien, nicht-biologische organische Stoffe, eine optische Täuschung. Insgesamt zählte Schopf 11 Arten von Fossilien, die mit Prokaryoten verwandt sind. 6 davon sind laut dem Wissenschaftler Cyanobakterien oder Blaualgen. Ähnliche Arten gibt es noch immer auf der Erde in Süßwasser und Ozeanen, in heißen Quellen und in der Nähe von Vulkanen. Schopf zählte sechs Anzeichen auf, anhand derer verdächtige Objekte in Schwarzschiefer als lebendig angesehen werden sollten.
Das sind die Zeichen:
1.
Fossilien bestehen aus organischem Material
2.
Bei ihnen Komplexe Struktur- Fasern bestehen aus Zellen verschiedener Formen: Zylinder, Kästen, Scheiben
3.
Es gibt viele Objekte - nur 200 Fossilien enthalten 1.900 Zellen
4.
Objekte sind einander ähnlich, wie moderne Vertreter derselben Population
5.
Dies waren Organismen, die gut an die Bedingungen der frühen Erde angepasst waren. Sie lebten auf dem Meeresgrund, geschützt vor ultravioletter Strahlung durch eine dicke Wasser- und Schleimschicht.
6.
Die Objekte vermehrten sich wie moderne Bakterien, wie die Funde von Zellen im Teilungsstadium belegen.
Die Entdeckung solch alter Cyanobakterien bedeutet, dass es vor fast 3,5 Milliarden Jahren Organismen gab, die Kohlendioxid verbrauchten und Sauerstoff produzierten, sich vor Sonneneinstrahlung verstecken und sich von Verletzungen erholen konnten, wie es moderne Arten tun. Die Biosphäre nimmt bereits Gestalt an. Für die Wissenschaft ist dies ein pikanter Moment. Wie William Schopf zugibt, würde er in solch respektablen Rassen lieber primitivere Kreaturen finden. Schließlich verschiebt die Entdeckung der ältesten Cyanobakterien den Beginn des Lebens um einen Zeitraum, der für immer aus der Erdgeschichte gelöscht wurde, und es ist unwahrscheinlich, dass Geologen sie jemals entdecken und lesen können. Je älter die Felsen, desto länger waren sie unter Druck, Temperatur, Verwitterung. Neben Westaustralien gibt es nur einen Ort auf dem Planeten mit sehr alten Gesteinen, an denen Fossilien gefunden werden können - im Osten Südafrika im Königreich Swasiland. Aber afrikanische Rassen haben sich über Milliarden von Jahren dramatisch verändert, und Spuren alter Organismen sind verloren gegangen.
Derzeit haben Geologen den Beginn des Lebens in den Gesteinen der Erde nicht gefunden. Genau genommen können sie die Zeitspanne, in der es überhaupt keine lebenden Organismen gab, nicht benennen. Sie können auch nicht die frühen Stadien der Evolution der Lebewesen – bis vor 3,5 Milliarden Jahren – verfolgen. Vor allem aufgrund des Mangels an geologischen Beweisen bleibt das Geheimnis des Ursprungs des Lebens ungelöst.
Realist und Surrealist
Die erste Konferenz der International Society for the Study of the Origin of Life (ISSOL) fand 1973 in Barcelona statt. Das Emblem für diese Konferenz wurde von Salvador Dali gezeichnet. Hier ist, wie es war. John Oro, ein amerikanischer Biochemiker, war mit dem Künstler befreundet. 1973 trafen sie sich in Paris, aßen bei Maxim und besuchten einen Vortrag über Holographie. Nach dem Vortrag lud Dali den Wissenschaftler unerwartet ein, am nächsten Tag in sein Hotel zu kommen. Oro kam und Dali überreichte ihm eine Zeichnung, die das Problem der Chiralität in lebenden Systemen symbolisierte. Aus der sickernden Pfütze wachsen zwei Kristalle in einem umgekehrten Sanduhrmuster, was auf die Endzeit der Evolution hinweist. Links sitzt eine weibliche Figur, rechts steht ein Mann und hält einen Schmetterlingsflügel, zwischen den Kristallen windet sich ein DNA-Wurm. Die in der Abbildung gezeigten linken und rechten Quarzkristalle stammen aus Oparins Buch The Origin of Life on Earth von 1957. Zur Überraschung des Wissenschaftlers bewahrte Dali dieses Buch in seinem Zimmer auf! Nach der Konferenz besuchten die Oparins Dali an der Küste Kataloniens. Beide Berühmtheiten starben vor Verlangen nach Kommunikation. Zwischen dem Realisten und dem Surrealisten entspann sich ein langes Gespräch, belebt durch die Sprache der Mimik und Gestik – schließlich sprach Oparin nur Russisch.
RNA-Welt
In der Theorie der Abiogenese führt die Suche nach dem Ursprung des Lebens zu der Vorstellung eines Systems, das einfacher ist als eine Zelle. Die moderne Zelle ist außerordentlich komplex, ihre Arbeit ruht auf drei Säulen: DNA, RNA und Proteinen. DNA-Speicher erbliche Informationen, Proteine führen chemische Reaktionen nach dem in der DNA festgelegten Schema durch, Informationen von DNA zu Proteinen werden durch RNA übertragen. Was kann in ein vereinfachtes System aufgenommen werden? Einer der Bestandteile der Zelle, der sich zumindest selbst reproduzieren und den Stoffwechsel regulieren kann.
Die Suche nach dem ältesten Molekül, mit dem eigentlich das Leben begann, dauert fast ein Jahrhundert an. Wie Geologen die Erdgeschichte aus Gesteinsschichten rekonstruieren, entdecken Biologen die Evolution des Lebens anhand der Struktur der Zelle. Eine Reihe von Entdeckungen im 20. Jahrhundert führte zu der Hypothese eines spontan geborenen Gens, das zum Vorläufer des Lebens wurde. Es liegt auf der Hand, dass das DNA-Molekül ein solches primäres Gen sein könnte, weil es Informationen über seine Struktur und Änderungen darin speichert. Nach und nach fanden sie heraus, dass die DNA selbst keine Informationen an andere Generationen weitergeben kann, dafür braucht sie Helfer – RNA und Proteine. Als in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts neue Eigenschaften der RNA entdeckt wurden, stellte sich heraus, dass dieses Molekül besser für die Hauptrolle im Stück um die Entstehung des Lebens geeignet war.
Das RNA-Molekül ist einfacher aufgebaut als DNA. Es ist kürzer und besteht aus einem Faden. Dieses Molekül kann als Katalysator dienen, also gezielt chemische Reaktionen durchführen, beispielsweise Aminosäuren miteinander verbinden, und insbesondere seine eigene Replikation, also Reproduktion, durchführen. Wie bekannt ist, ist die selektive katalytische Aktivität eine der Haupteigenschaften, die lebenden Systemen innewohnt. In modernen Zellen übernehmen nur Proteine diese Funktion. Vielleicht ging diese Fähigkeit im Laufe der Zeit auf sie über, und einmal wurde dies von RNA erledigt.
Um herauszufinden, wozu RNA sonst noch fähig ist, begannen Wissenschaftler, sie künstlich zu züchten. In einer mit RNA-Molekülen gesättigten Lösung kocht sein eigenes Leben. Die Bewohner tauschen Teile aus und reproduzieren sich, dh Informationen werden an Nachkommen weitergegeben. Die spontane Selektion von Molekülen in einer solchen Kolonie ähnelt der natürlichen Selektion, ist also kontrollierbar. Als Züchter neue Tierrassen züchteten, begannen sie auch, RNA mit gewünschten Eigenschaften zu züchten. Zum Beispiel Moleküle, die dabei helfen, Nukleotide zu langen Ketten zusammenzufügen; Hochtemperaturmoleküle und so weiter.
Kolonien von Molekülen in Petrischalen - das ist die Welt der RNA, nur künstlich. Die natürliche Welt der RNA könnte vor 4 Milliarden Jahren in warmen Pfützen und kleinen Seen entstanden sein, wo eine spontane Vermehrung von Molekülen stattfand. Allmählich begannen sich die Moleküle in Gemeinschaften zu versammeln und miteinander um einen Platz unter der Sonne zu konkurrieren, der Stärkste überlebte. Die Informationsübertragung in solchen Kolonien ist zwar ungenau und die neu erworbenen Merkmale eines einzelnen "Individuums" können verloren gehen, aber dieser Mangel wird durch eine große Anzahl von Kombinationen gedeckt. Die Selektion der RNA ging sehr schnell, und in einer halben Milliarde Jahren hätte eine Zelle entstehen können. Die Welt der RNA, die der Entstehung des Lebens Impulse gab, verschwand nicht, sie existiert weiterhin in allen Organismen auf der Erde.
Die Welt der RNA ist fast lebendig, ihr bleibt nur noch ein Schritt zur vollständigen Wiederbelebung – die Produktion einer Zelle. Die Zelle ist durch eine starke Membran von der Umgebung getrennt, was bedeutet, dass die nächste Stufe in der Evolution der RNA-Welt der Abschluss von Kolonien, in denen die Moleküle miteinander verwandt sind, zu einer Fettmembran ist. Eine solche Protozelle könnte zufällig entstanden sein, aber um eine vollwertige lebende Zelle zu werden, musste die Membran von Generation zu Generation reproduziert werden. Mit Hilfe künstlicher Selektion in der Kolonie ist es möglich, die RNA zu entfernen, die für das Wachstum der Membran verantwortlich ist, aber ist das wirklich passiert? Die Autoren der Experimente vom Massachusetts Institute of Technology USA betonen, dass die im Labor erzielten Ergebnisse nicht unbedingt dem realen Zusammenbau einer lebenden Zelle ähneln und möglicherweise weit von der Wahrheit entfernt sind. Es ist jedoch noch nicht gelungen, eine lebende Zelle in einem Reagenzglas zu erzeugen. Die Welt der RNA hat ihre Geheimnisse noch nicht vollständig preisgegeben.
Die Frage, wann das Leben auf der Erde aufgetaucht ist, beschäftigt nicht nur Wissenschaftler, sondern alle Menschen. Antworten darauf
fast alle Religionen. Obwohl es noch keine exakte wissenschaftliche Antwort darauf gibt, erlauben uns einige Fakten, mehr oder weniger fundierte Hypothesen aufzustellen. In Grönland haben Forscher eine Gesteinsprobe gefunden
mit winzigen Kohlenstoffeinschlüssen. Das Alter der Probe beträgt mehr als 3,8 Milliarden Jahre. Die Kohlenstoffquelle war höchstwahrscheinlich eine Art organisches Material - während einer solchen Zeit verlor es vollständig seine Struktur. Wissenschaftler glauben, dass dieser Kohlenstoffklumpen die älteste Spur von Leben auf der Erde sein könnte.
Wie sah die Urerde aus?
Schneller Vorlauf bis vor 4 Milliarden Jahren. Die Atmosphäre enthält keinen freien Sauerstoff, es ist nur in der Zusammensetzung von Oxiden. Fast keine Geräusche, außer dem Pfeifen des Windes, dem Zischen von Wasser, das mit Lava ausbricht, und dem Einschlag von Meteoriten auf der Erdoberfläche. Keine Pflanzen, keine Tiere, keine Bakterien. Vielleicht sah die Erde so aus, als das Leben auf ihr erschien? Obwohl dieses Problem viele Forscher seit langem beschäftigt, gehen ihre Meinungen zu diesem Thema stark auseinander. Die damaligen Verhältnisse auf der Erde ließen sich durch Gesteine nachweisen, die jedoch durch geologische Prozesse und Bewegungen längst zerstört wurden. Erdkruste.
In diesem Artikel werden wir kurz über mehrere Hypothesen für den Ursprung des Lebens sprechen, die moderne wissenschaftliche Ideen widerspiegeln. Laut Stanley Miller, einem bekannten Spezialisten auf dem Gebiet der Entstehung des Lebens, kann man vom Ursprung des Lebens und dem Beginn seiner Evolution ab dem Moment sprechen, als organische Moleküle sich selbst zu Strukturen organisierten, die sich selbst reproduzieren konnten. Aber das wirft andere Fragen auf: Wie sind diese Moleküle entstanden? warum sie sich reproduzieren und zu jenen Strukturen zusammenfügen konnten, die lebende Organismen hervorbrachten; welche Voraussetzungen gibt es dafür?
Einer Hypothese zufolge begann das Leben in einem Stück Eis. Obwohl viele Wissenschaftler glauben, dass das Vorhandensein von Kohlendioxid in der Atmosphäre die Treibhausbedingungen aufrechterhielt, glauben andere, dass der Winter die Erde beherrschte. Bei niedrigen Temperaturen sind alle chemischen Verbindungen stabiler und können sich daher in größeren Mengen anreichern als bei hohen Temperaturen. Im Weltraum befindliche Fragmente von Meteoriten, Emissionen aus hydrothermalen Quellen und chemische Reaktionen, die bei elektrischen Entladungen in der Atmosphäre auftreten, waren Quellen von Ammoniak und organischen Verbindungen wie Formaldehyd und Zyanid. Als sie ins Wasser der Ozeane kamen, erstarrten sie mit. In der Eisschicht näherten sich die Moleküle organischer Substanzen eng aneinander und gingen Wechselwirkungen ein, die zur Bildung von Glycin und anderen Aminosäuren führten. Der Ozean war mit Eis bedeckt, das die neu gebildeten Verbindungen vor der Zerstörung durch ultraviolette Strahlung schützte. Diese Eiswelt könnte zum Beispiel schmelzen, wenn ein riesiger Meteorit auf den Planeten einschlug (Abb. 1).
Charles Darwin und seine Zeitgenossen glaubten, dass das Leben in einem Gewässer entstanden sein könnte. Dieser Standpunkt wird noch immer von vielen Gelehrten vertreten. In einem geschlossenen und relativ kleinen Gewässer könnten sich organische Stoffe, die von den zufließenden Gewässern eingebracht werden, in den erforderlichen Mengen ansammeln. Dann wurden diese Verbindungen weiter auf den inneren Oberflächen von Schichtmineralien konzentriert, die Katalysatoren für Reaktionen sein könnten. Beispielsweise reagierten zwei Moleküle Phosphaldehyd, die sich auf der Oberfläche eines Minerals trafen, miteinander und bildeten ein phosphoryliertes Kohlenhydratmolekül, eine mögliche Vorstufe der Ribonukleinsäure (Abb. 2).
Oder ist vielleicht Leben in Gebieten mit vulkanischer Aktivität entstanden? Unmittelbar nach ihrer Entstehung war die Erde ein feuerspeiender Magmaball. Während Vulkanausbrüchen und mit Gasen, die aus geschmolzenem Magma freigesetzt werden, können verschiedene Chemikalien notwendig für die Synthese organischer Moleküle. So konnten Kohlenmonoxidmoleküle auf der Oberfläche des Pyritminerals mit katalytischen Eigenschaften mit Verbindungen reagieren, die Methylgruppen aufwiesen, und Essigsäure bilden, aus der dann andere organische Verbindungen synthetisiert wurden (Abb. 3).
Dem amerikanischen Wissenschaftler Stanley Miller gelang es zum ersten Mal, organische Moleküle - Aminosäuren - unter Laborbedingungen zu gewinnen, die diejenigen simulierten, die sich 1952 auf der primitiven Erde befanden. Dann wurden diese Experimente zu einer Sensation und ihr Autor erlangte weltweiten Ruhm. Derzeit forscht er weiterhin an der University of California in präbiotischer (vorlebender) Chemie. Die Anlage, an der das erste Experiment durchgeführt wurde, war ein Kolbensystem, in einem davon war es möglich, eine starke elektrische Entladung mit einer Spannung von 100.000 V zu erhalten.
Miller füllte diesen Kolben mit natürlichen Gasen - Methan, Wasserstoff und Ammoniak, die in der Atmosphäre der Urerde vorhanden waren. Die Flasche darunter enthielt eine kleine Menge Wasser und simulierte den Ozean. elektrische Entladung Seine Stärke war blitzschnell, und Miller erwartete, dass unter seiner Wirkung chemische Verbindungen gebildet würden, die dann ins Wasser fallen würden, miteinander reagieren und komplexere Moleküle bilden würden.
Das Ergebnis übertraf alle Erwartungen. Als Miller die Anlage abends ausschaltete und am nächsten Morgen zurückkehrte, stellte er fest, dass das Wasser in der Flasche eine gelbliche Farbe angenommen hatte. Was sich bildete, war eine Brühe aus Aminosäuren, den Bausteinen von Proteinen. So zeigte dieses Experiment, wie leicht die Urbestandteile des Lebendigen gebildet werden konnten. Alles, was benötigt wurde, war ein Gasgemisch, ein kleiner Ozean und ein kleiner Blitz.
Andere Wissenschaftler neigen dazu zu glauben, dass die alte Erdatmosphäre anders war als die, die Miller modellierte, und höchstwahrscheinlich aus Kohlendioxid und Stickstoff bestand. Mit diesem Gasgemisch und Millers Versuchsanordnung versuchten Chemiker, organische Verbindungen herzustellen. Ihre Konzentration im Wasser war jedoch so vernachlässigbar, als wäre ein Tropfen Lebensmittelfarbe in einem Schwimmbecken aufgelöst worden. Natürlich ist es schwer vorstellbar, wie in einer so verdünnten Lösung Leben entstehen konnte.
Wenn der Beitrag terrestrischer Prozesse zur Bildung von Reserven an primärer organischer Substanz tatsächlich so unbedeutend war, woher kam er dann? Vielleicht aus dem Weltall? Asteroiden, Kometen, Meteoriten und sogar interplanetare Staubpartikel könnten organische Verbindungen, einschließlich Aminosäuren, transportieren. Diese außerirdischen Objekte könnten genügend organische Verbindungen liefern, um in den Primärozean oder ein kleines Gewässer für den Ursprung des Lebens einzudringen.
Die Abfolge und zeitliche Abfolge der Ereignisse, beginnend mit der Bildung primärer organischer Materie und endend mit der Entstehung des Lebens als solchem, bleibt und wird wahrscheinlich für immer ein Rätsel bleiben, das viele Forscher beschäftigt, ebenso wie die Frage, was. Betrachten Sie tatsächlich das Leben.
Derzeit gibt es mehrere wissenschaftliche Definitionen des Lebens, aber sie sind nicht alle genau. Einige von ihnen sind so breit, dass unbelebte Gegenstände wie Feuer oder Mineralkristalle darunter fallen. Andere sind zu schmal, und ihnen zufolge gelten Maultiere, die keine Nachkommen zeugen, als nicht lebend.
Eine der erfolgreichsten definiert das Leben als ein sich selbst erhaltendes chemisches System, das in der Lage ist, sich in Übereinstimmung mit den Gesetzen der darwinistischen Evolution zu verhalten. Das bedeutet, dass erstens eine Gruppe lebender Individuen ihnen ähnliche Nachkommen hervorbringen muss, die die Eigenschaften ihrer Eltern erben. Zweitens sollten in den Generationen der Nachkommen die Folgen von Mutationen auftreten - genetische Veränderungen, die an nachfolgende Generationen vererbt werden und Populationsvariabilität verursachen. Und drittens ist es notwendig, dass das System natürliche Selektion, wodurch einige Individuen einen Vorteil gegenüber anderen erlangen und unter veränderten Bedingungen überleben und Nachkommen zeugen.
Welche Elemente des Systems waren notwendig, damit es die Eigenschaften eines lebenden Organismus hatte? Große Nummer Biochemiker und Molekularbiologen glauben, dass RNA-Moleküle die notwendigen Eigenschaften besitzen. RNA - Ribonukleinsäuren - sind spezielle Moleküle. Einige von ihnen können sich replizieren, mutieren und so Informationen übermitteln, und könnten daher an der natürlichen Selektion teilnehmen. Sie sind zwar nicht in der Lage, den Replikationsprozess selbst zu katalysieren, obwohl Wissenschaftler hoffen, dass in naher Zukunft ein RNA-Fragment mit einer solchen Funktion gefunden wird. Andere RNA-Moleküle sind daran beteiligt, genetische Informationen zu „lesen“ und an Ribosomen zu übertragen, wo die Synthese von Proteinmolekülen stattfindet, an der RNA-Moleküle des dritten Typs beteiligt sind.
Somit könnte das primitivste lebende System durch RNA-Moleküle repräsentiert werden, die sich verdoppelten, mutierten und der natürlichen Selektion unterworfen waren. Im Laufe der Evolution entstanden auf Basis der RNA spezialisierte DNA-Moleküle – die Bewahrer der Erbinformation – und nicht minder spezialisierte Proteinmoleküle, die die Funktion von Katalysatoren für die Synthese aller derzeit bekannten biologischen Moleküle übernahmen.
Irgendwann fand ein „lebendes System“ aus DNA, RNA und Protein Schutz in einem von einer Lipidmembran gebildeten Sack, und diese Struktur, die besser vor äußeren Einflüssen geschützt war, diente als Prototyp für die allerersten Zellen, die entstanden zu den drei Hauptzweigen des Lebens, die in der modernen Welt durch Bakterien, Archaeen und Eukaryoten repräsentiert werden. Was das Datum und die Reihenfolge des Auftretens solcher Primärzellen betrifft, bleibt dies ein Rätsel. Hinzu kommt, dass nach einfachen Wahrscheinlichkeitsschätzungen die Zeit für den evolutionären Übergang von organischen Molekülen zu den ersten Organismen nicht ausreicht – die ersten einfachen Organismen tauchten zu plötzlich auf.
Viele Jahre lang glaubten Wissenschaftler, dass das Leben in der Zeit, in der die Erde ständig Zusammenstößen mit großen Kometen und Meteoriten ausgesetzt war, kaum entstanden und entwickelt sein konnte, und diese Zeit endete vor etwa 3,8 Milliarden Jahren. Vor kurzem wurden jedoch im ältesten Sedimentgestein der Erde im Südwesten Grönlands Spuren komplexer Zellstrukturen gefunden, die mindestens 3,86 Milliarden Jahre zurückreichen. Das bedeutet, dass die ersten Lebensformen Millionen von Jahren entstanden sein könnten, bevor die Bombardierung unseres Planeten durch große kosmische Körper aufhörte. Aber dann ist ein ganz anderes Szenario möglich (Abb. 4).
Auf die Erde gefallene Weltraumobjekte könnten eine zentrale Rolle bei der Entstehung von Leben auf unserem Planeten spielen, da nach Ansicht einiger Forscher Zellen wie Bakterien von einem anderen Planeten stammen und dann zusammen mit Asteroiden auf die Erde fallen könnten. Ein Beweis für den außerirdischen Ursprung des Lebens wurde in einem kartoffelförmigen Meteoriten namens ALH84001 gefunden. Ursprünglich war dieser Meteorit ein Stück der Marskruste, das dann durch eine Explosion ins All geschleudert wurde, als ein riesiger Asteroid mit der Marsoberfläche kollidierte, was vor etwa 16 Millionen Jahren geschah. Und vor 13.000 Jahren landete dieses Fragment des Marsgesteins in Form eines Meteoriten nach einer langen Reise innerhalb des Sonnensystems in der Antarktis, wo es kürzlich entdeckt wurde. Eine detaillierte Untersuchung des darin befindlichen Meteoriten enthüllte stabförmige Strukturen, die in ihrer Form fossilen Bakterien ähneln, was zu einer hitzigen wissenschaftlichen Debatte über die Möglichkeit von Leben in den Tiefen der Marskruste führte. Es wird nicht möglich sein, diese Streitigkeiten vor 2005 beizulegen, wenn die US-amerikanische National Aeronautics and Space Administration eine interplanetare Raumfahrzeugmission zum Mars durchführen wird, um Proben der Marskruste zu entnehmen und Proben zur Erde zu liefern. Und wenn es Wissenschaftlern gelingt nachzuweisen, dass Mikroorganismen einst den Mars bewohnt haben, dann lässt sich mit größerer Sicherheit über den außerirdischen Ursprung des Lebens und die Möglichkeit, Leben aus dem All zu holen, sprechen (Abb. 5).
Reis. 5. Unser Ursprung liegt in Mikroben.
Was haben wir von alten Lebensformen geerbt? Der folgende Vergleich von Einzellern mit menschlichen Zellen zeigt viele Gemeinsamkeiten.
 1. Sexuelle Fortpflanzung |
 2. Wimpern |
 3. Erfassen anderer Zellen |
 4. Mitochondrien |
 5. Geißeln |
Die Evolution des Lebens auf der Erde: von einfach zu komplex
Gegenwärtig und wahrscheinlich auch in Zukunft wird die Wissenschaft die Frage nicht beantworten können, wie der allererste Organismus aussah, der auf der Erde erschien - der Vorfahre, von dem die drei Hauptzweige des Baums des Lebens abstammen. Einer der Zweige sind Eukaryoten, deren Zellen einen geformten Zellkern haben, der genetisches Material enthält, und spezialisierte Organellen: Mitochondrien, die Energie produzieren, Vakuolen usw. Zu eukaryotischen Organismen gehören Algen, Pilze, Pflanzen, Tiere und Menschen.
Der zweite Zweig sind Bakterien - prokaryotische (vornukleare) einzellige Organismen, die keinen ausgeprägten Kern und Organellen haben. Und der dritte Zweig schließlich sind einzellige Organismen namens Archaea oder Archaebakterien, deren Zellen die gleiche Struktur wie die von Prokaryoten haben, aber eine völlig andere chemische Struktur von Lipiden.
Viele Archaebakterien sind in der Lage, unter extrem ungünstigen Umweltbedingungen zu überleben. Einige von ihnen sind thermophil und leben nur in heißen Quellen mit einer Temperatur von 90 ° C und noch höher, wo andere Organismen einfach sterben würden. Diese einzelligen Organismen fühlen sich unter solchen Bedingungen großartig und verbrauchen eisen- und schwefelhaltige Substanzen sowie eine Reihe von Chemische Komponenten giftig für andere Lebensformen. Die gefundenen thermophilen Archaebakterien sind Wissenschaftlern zufolge extrem primitive Organismen und evolutionär eng mit den ältesten Lebensformen auf der Erde verwandt.
Interessanterweise leben moderne Vertreter aller drei Lebenszweige, die ihren Vorfahren am ähnlichsten sind, immer noch an Orten mit hohen Temperaturen. Auf dieser Grundlage neigen einige Wissenschaftler zu der Annahme, dass das Leben höchstwahrscheinlich vor etwa 4 Milliarden Jahren auf dem Grund des Ozeans in der Nähe heißer Quellen entstand und Ströme speite, die reich an Metallen und hochenergetischen Substanzen waren. Diese Verbindungen, die miteinander und mit dem Wasser des damals sterilen Ozeans interagierten und eine Vielzahl chemischer Reaktionen eingingen, führten zu grundlegend neuen Molekülen. So wurde in dieser „chemischen Küche“ zig Millionen Jahre lang das größte Gericht zubereitet – das Leben. Und vor etwa 4,5 Milliarden Jahren tauchten auf der Erde einzellige Organismen auf, deren einsames Dasein während des gesamten Präkambriums andauerte.
Der Evolutionsschub, der zu vielzelligen Organismen führte, fand viel später statt, vor etwas mehr als einer halben Milliarde Jahren. Obwohl die Größe von Mikroorganismen so klein ist, dass Milliarden in einen Wassertropfen passen, ist der Umfang ihrer Arbeit enorm.
Es wird angenommen, dass es anfangs keinen freien Sauerstoff in der Erdatmosphäre und im Weltmeer gab und unter diesen Bedingungen nur anaerobe Mikroorganismen lebten und sich entwickelten. Ein besonderer Schritt in der Evolution der Lebewesen war die Entstehung photosynthetischer Bakterien, die Kohlendioxid mithilfe von Lichtenergie in Kohlenhydratverbindungen umwandelten, die anderen Mikroorganismen als Nahrung dienen. Wenn die ersten Photosyntheseprodukte Methan oder Schwefelwasserstoff emittiert haben, dann haben die Mutanten, die einst auftauchten, begonnen, im Prozess der Photosynthese Sauerstoff zu produzieren. Mit der Ansammlung von Sauerstoff in der Atmosphäre und im Wasser besetzten anaerobe Bakterien, für die es zerstörerisch ist, anoxische Nischen.
In 3,46 Milliarden Jahre alten Fossilien aus Australien wurden Strukturen entdeckt, von denen angenommen wird, dass sie die Überreste von Cyanobakterien sind – den ersten photosynthetischen Mikroorganismen. Die frühere Dominanz anaerober Mikroorganismen und Cyanobakterien wird durch Stromatolithen belegt, die in flachen Küstengewässern von unverschmutzten Salzwasserkörpern gefunden wurden. Sie ähneln in ihrer Form großen Felsbrocken und stellen eine interessante Gemeinschaft von Mikroorganismen dar, die in Kalk- oder Dolomitgestein leben und sich durch ihre vitale Aktivität gebildet haben. Bis zu einer Tiefe von mehreren Zentimetern unter der Oberfläche sind Stromatolithen mit Mikroorganismen gesättigt: In der obersten Schicht leben photosynthetische Cyanobakterien, die Sauerstoff produzieren; tiefer liegen Bakterien, die bedingt sauerstofftolerant sind und kein Licht benötigen; Die unterste Schicht enthält Bakterien, die nur in Abwesenheit von Sauerstoff leben können. Diese Mikroorganismen, die sich in verschiedenen Schichten befinden, bilden ein System, das durch komplexe Beziehungen zwischen ihnen, einschließlich der Lebensmittelbeziehungen, verbunden ist. Hinter dem mikrobiellen Film befindet sich ein Gestein, das durch die Wechselwirkung der Überreste toter Mikroorganismen mit in Wasser gelöstem Calciumcarbonat entsteht. Wissenschaftler glauben, dass, als es auf der primitiven Erde keine Kontinente gab und sich nur Archipele von Vulkanen über die Meeresoberfläche erhoben, Flachwasser voller Stromatolithen war.
Als Ergebnis der lebenswichtigen Aktivität photosynthetischer Cyanobakterien erschien Sauerstoff im Ozean und etwa 1 Milliarde Jahre später begann er sich in der Atmosphäre anzusammeln. Erstens interagierte der gebildete Sauerstoff mit im Wasser gelöstem Eisen, was zum Auftreten von Eisenoxiden führte, die sich allmählich am Boden absetzten. So entstanden im Laufe von Jahrmillionen unter Beteiligung von Mikroorganismen riesige Eisenerzvorkommen, aus denen heute Stahl verhüttet wird.
Als dann die Hauptmenge des Eisens in den Ozeanen oxidiert war und keinen Sauerstoff mehr binden konnte, entwich es gasförmig in die Atmosphäre.
Nachdem photosynthetische Cyanobakterien aus Kohlendioxid einen gewissen Vorrat an energiereicher organischer Substanz geschaffen und die Erdatmosphäre mit Sauerstoff angereichert haben, entstanden neue Bakterien – Aerobier, die nur in Gegenwart von Sauerstoff existieren können. Sie benötigen Sauerstoff für die Oxidation (Verbrennung) organischer Verbindungen, und ein erheblicher Teil der dabei aufgenommenen Energie wird in eine biologisch verfügbare Form umgewandelt - Adenosintriphosphat (ATP). Dieser Prozess ist energetisch sehr günstig: Anaerobe Bakterien erhalten beim Abbau eines Glucosemoleküls nur 2 ATP-Moleküle, und aerobe Bakterien mit Sauerstoff - 36 ATP-Moleküle.
Mit dem Aufkommen von Sauerstoff, der für einen aeroben Lebensstil ausreicht, debütierten auch eukaryotische Zellen, die im Gegensatz zu Bakterien einen Zellkern und Organellen wie Mitochondrien, Lysosomen und in Algen und höheren Pflanzen Chloroplasten haben, in denen photosynthetische Reaktionen stattfinden. Zur Entstehung und Entwicklung von Eukaryoten gibt es eine interessante und fundierte Hypothese, die vor fast 30 Jahren von dem amerikanischen Forscher L. Margulis aufgestellt wurde. Nach dieser Hypothese sind die Mitochondrien, die als Energiefabriken in der eukaryotischen Zelle fungieren, aerobe Bakterien, und die Chloroplasten der Pflanzenzellen, in denen die Photosynthese stattfindet, sind Cyanobakterien, die wahrscheinlich vor etwa 2 Milliarden Jahren von primitiven Amöben aufgenommen wurden. Als Ergebnis gegenseitig vorteilhafter Wechselwirkungen wurden die absorbierten Bakterien zu internen Symbionten und bildeten mit der Zelle, die sie absorbierte, ein stabiles System, die eukaryontische Zelle.
Untersuchungen fossiler Überreste von Organismen in Gesteinen unterschiedlichen geologischen Alters haben gezeigt, dass nach der Entstehung eukaryotischer Lebensformen Hunderte von Millionen Jahren lang mikroskopisch kleine kugelförmige Einzeller wie Hefen vertreten waren und ihre evolutionäre Entwicklung sehr langsam verlief . Aber vor etwas mehr als 1 Milliarde Jahren entstanden viele neue eukaryotische Arten, die einen scharfen Sprung in der Evolution des Lebens markierten.
Dies war vor allem auf das Auftreten der sexuellen Fortpflanzung zurückzuführen. Und wenn sich Bakterien und einzellige Eukaryoten reproduzieren, genetisch identische Kopien von sich selbst produzieren und keinen Sexualpartner benötigen, dann erfolgt die sexuelle Reproduktion in höher organisierten eukaryotischen Organismen wie folgt. Zwei haploide elterliche Keimzellen mit einfachem Chromosomensatz verschmelzen zu einer Zygote mit doppeltem Chromosomensatz mit den Genen beider Partner, was Möglichkeiten für neue Genkombinationen schafft. Die Entstehung der sexuellen Fortpflanzung führte zur Entstehung neuer Organismen, die in die Arena der Evolution eintraten.
Drei Viertel der gesamten Existenz des Lebens auf der Erde war es ausschließlich durch Mikroorganismen vertreten, bis ein qualitativer Evolutionssprung stattfand, der zur Entstehung hochorganisierter Organismen, einschließlich des Menschen, führte. Lassen Sie uns die wichtigsten Meilensteine in der Geschichte des Lebens auf der Erde in einer absteigenden Linie verfolgen.
Vor 1,2 Milliarden Jahren gab es eine Explosion der Evolution aufgrund des Auftretens der sexuellen Fortpflanzung und gekennzeichnet durch die Entstehung hochorganisierter Lebensformen - Pflanzen und Tiere.
Die Bildung neuer Variationen des gemischten Genotyps, die während der sexuellen Fortpflanzung auftritt, manifestierte sich in Form einer Artenvielfalt neuer Lebensformen.
Komplex organisierte eukaryotische Zellen erschienen vor 2 Milliarden Jahren, als einzellige Organismen ihre Struktur komplizierten, indem sie andere prokaryotische Zellen absorbierten. Einige von ihnen - aerobe Bakterien - wurden zu Mitochondrien - Energiestationen der Sauerstoffatmung. Andere – photosynthetische Bakterien – begannen mit der Photosynthese innerhalb der Wirtszelle und wurden zu Chloroplasten in den Zellen von Algen und Pflanzen. Eukaryotische Zellen mit diesen Organellen und einem wohldefinierten Zellkern, einschließlich Erbmaterial, bilden alle modernen komplexen Lebensformen – vom Schimmelpilz bis zum Menschen.
Vor 3,9 Milliarden Jahren erschienen einzellige Organismen, die wahrscheinlich wie moderne Bakterien aussahen, und Archaebakterien. Sowohl alte als auch moderne prokaryotische Zellen sind relativ einfach aufgebaut: Sie haben keinen geformten Kern und keine spezialisierten Organellen, ihr gelartiges Zytoplasma enthält DNA-Makromoleküle - Träger genetischer Informationen und Ribosomen, an denen die Proteinsynthese stattfindet und Energie produziert wird die Zytoplasmamembran, die die Zelle umgibt.
Vor 4 Milliarden Jahren entstand RNA auf mysteriöse Weise. Es ist möglich, dass es aus einfacheren organischen Molekülen gebildet wurde, die auf der Urerde auftauchten. Es wird angenommen, dass alte RNA-Moleküle die Funktionen von Trägern genetischer Informationen und katalytischer Proteine hatten, sie waren replikationsfähig (Selbstverdopplung), mutierten und wurden der natürlichen Selektion unterzogen. In modernen Zellen hat oder weist RNA diese Eigenschaften nicht auf, spielt aber eine sehr wichtige Rolle als Vermittler bei der Übertragung genetischer Informationen von DNA zu Ribosomen, in denen die Proteinsynthese stattfindet.
A. L. Prochorow
Basierend auf einem Artikel von Richard Monasterski
im National Geographic Magazine 1998 Nr. 3
Das moderne Konzept der Entstehung des Lebens auf der Erde ist das Ergebnis einer breiten Synthese Naturwissenschaften, viele Theorien und Hypothesen, die von Forschern verschiedener Fachrichtungen aufgestellt wurden.
Für die Entstehung des Lebens auf der Erde ist die Primäratmosphäre (des Planeten) wichtig.
Die Primäratmosphäre der Erde enthielt Methan, Ammoniak, Wasserdampf und Wasserstoff. Indem sie auf eine Mischung dieser Gase mit elektrischen Ladungen und ultravioletter Strahlung einwirkten, gelang es den Wissenschaftlern, komplexe organische Substanzen zu erhalten, aus denen lebende Proteine bestehen. Die elementaren „Bausteine“ der Lebewesen sind chemische Elemente wie Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff.
In einer lebenden Zelle enthält es nach Gewicht 70 % Sauerstoff, 17 % Kohlenstoff, 10 % Wasserstoff, 3 % Stickstoff, gefolgt von Phosphor, Kalium, Chlor, Calcium, Natrium, Magnesium und Eisen.
Der erste Schritt auf dem Weg zur Entstehung des Lebens ist also die Bildung organischer Substanzen aus anorganischen. Es ist mit dem Vorhandensein chemischer "Rohstoffe" verbunden, deren Synthese unter bestimmter Strahlung, Druck, Temperatur und Feuchtigkeit erfolgen kann.
Der Entstehung der einfachsten Lebewesen ging eine lange chemische Evolution voraus. Aus wenigen Verbindungen (durch natürliche Auslese) entstanden Substanzen mit lebenstauglichen Eigenschaften. Verbindungen, die auf Basis von Kohlenstoff entstanden sind, bildeten die „Ursuppe“ der Hydrosphäre. Stickstoff- und kohlenstoffhaltige Substanzen entstanden in den geschmolzenen Tiefen der Erde und wurden während der vulkanischen Aktivität an die Oberfläche gebracht.
Der zweite Schritt bei der Entstehung von Verbindungen ist mit der Entstehung von Biopolymeren im Primärozean der Erde verbunden: Nukleinsäuren, Proteine. Wenn wir davon ausgehen, dass sich während dieser Zeit alle organischen Verbindungen im Urozean der Erde befanden, dann könnten sich komplexe organische Verbindungen in Form eines dünnen Films und in von der Sonne erhitztem Flachwasser auf der Meeresoberfläche bilden. Die anaerobe Umgebung erleichtert die Synthese von Polymeren aus Anorganische Verbindungen. Einfache organische Verbindungen begannen sich zu großen biologischen Molekülen zu verbinden.
Enzyme wurden gebildet - Eiweißstoffe - Katalysatoren, die zur Bildung oder Auflösung von Molekülen beitragen. Als Ergebnis der Aktivität von Enzymen entstanden die "Primärelemente" des Lebens - Nukleinsäuren, komplexe polymere Substanzen, die aus Monomeren bestehen.
Monomere in Nukleinsäuren sind so angeordnet, dass sie bestimmte Informationen, einen Code,
bestehend aus der Tatsache, dass jede im Protein enthaltene Aminosäure einem bestimmten Protein von 3 Nukleotiden (Triplett) entspricht. Auf der Basis von Nukleinsäuren können Proteine aufgebaut werden und es kann ein Stoff- und Energieaustausch mit der äußeren Umgebung stattfinden.
Die Symbiose von Nukleinsäuren bildete „molekulargenetische Kontrollsysteme“.
In diesem Stadium erlangten Nukleinsäuremoleküle die Eigenschaften der Selbstreproduktion ihrer eigenen Art und begannen, den Prozess der Bildung von Proteinsubstanzen zu kontrollieren.
Die Ursprünge aller Lebewesen waren die Revertase- und Matrixsynthese von DNA zu RNA, die Evolution des r-RNA-Molekülsystems zu DNA-Nova. So entstand das „Genom der Biosphäre“.
Hitze und Kälte, Blitz, UV-Reaktion, atmosphärisch elektrische Aufladungen, Windböen und Wasserstrahlen - all dies sorgte für den Beginn oder die Abschwächung biochemischer Reaktionen, die Art ihres Verlaufs, Gen-"Bursts".
Am Ende der biochemischen Phase erschienen solche strukturellen Formationen wie Membranen, die die Mischung organischer Substanzen aus der äußeren Umgebung begrenzten.
Membranen haben eine wichtige Rolle beim Aufbau aller lebenden Zellen gespielt. Die Körper aller Pflanzen und Tiere bestehen aus Zellen.
Moderne Wissenschaftler sind zu dem Schluss gekommen, dass die ersten Organismen auf der Erde einzellige Prokaryoten waren. In ihrer Struktur ähnelten sie Bakterien oder Blaualgen, die es heute gibt.
Für die Existenz der ersten „lebenden Moleküle“, Prokaryoten, ist, wie für alle Lebewesen, eine Energiezufuhr von außen notwendig. Jede Zelle ist eine kleine „Energiestation“. ATP und andere phosphorhaltige Verbindungen dienen den Zellen als direkte Energiequelle. Zellen erhalten Energie aus der Nahrung, sie können Energie nicht nur verbrauchen, sondern auch speichern.
Wissenschaftler vermuten, dass viele der ersten Klumpen lebenden Protoplasmas auf der Erde entstanden sind. Vor etwa 2 Milliarden Jahren erschien ein Zellkern in lebenden Zellen. Eukaryoten haben sich aus Prokaryoten entwickelt. Es gibt 25-30 Arten von ihnen auf der Erde. Die einfachsten von ihnen sind Amöben. Bei Eukaryoten befindet sich in der Zelle ein dekorierter Zellkern mit einer Substanz, die den Code für die Proteinsynthese enthält.
Zu diesem Zeitpunkt gab es eine „Wahl“ zwischen einer pflanzlichen oder tierischen Lebensweise. Der Unterschied zwischen diesen Lebensstilen hängt mit der Art der Ernährung und dem Auftreten der Photosynthese zusammen, die in der Erzeugung organischer Substanzen (z. B. Zucker aus Kohlendioxid und Wasser unter Verwendung von Lichtenergie) besteht.
Dank der Photosynthese produzieren Pflanzen organisches Material, wodurch die Masse der Pflanzen zunimmt, und produzieren eine große Menge organisches Material.
Mit dem Aufkommen der Photosynthese begann Sauerstoff in die Erdatmosphäre einzudringen, und es bildete sich eine sekundäre Erdatmosphäre mit hohem Sauerstoffgehalt.
Das Auftreten von Sauerstoff und die intensive Entwicklung von Landpflanzen ist die größte Stufe in der Entwicklung des Lebens auf der Erde. Von diesem Moment an begann eine allmähliche Veränderung und Entwicklung der Lebensformen.
Das Leben mit all seinen Erscheinungsformen hat tiefgreifende Veränderungen in der Entwicklung unseres Planeten bewirkt. Durch die Verbesserung des Evolutionsprozesses breiten sich lebende Organismen immer weiter auf dem Planeten aus und nehmen einen großen Anteil an der Umverteilung von Energie und Substanzen in der Erdkruste sowie in den Luft- und Wasserhüllen der Erde.
Die Entstehung und Ausbreitung der Vegetation führte zu einer grundlegenden Veränderung der Zusammensetzung der Atmosphäre, die zunächst sehr wenig freien Sauerstoff enthielt und hauptsächlich aus Kohlendioxid und wahrscheinlich Methan und Ammoniak bestand.
Pflanzen, die Kohlenstoff aus Kohlendioxid assimilieren, haben eine Atmosphäre geschaffen, die freien Sauerstoff und nur Spuren von Kohlendioxid enthält. Freier Sauerstoff in der Zusammensetzung der Atmosphäre diente nicht nur als chemischer Wirkstoff, sondern auch als Ozonquelle, die den Weg kurzer ultravioletter Strahlen zur Erdoberfläche blockierte (Ozonschutz).
Gleichzeitig bildete der über Jahrhunderte in Pflanzenresten angesammelte Kohlenstoff Energiereserven in Form von Ablagerungen organischer Verbindungen (Kohle, Torf) in der Erdkruste.
Die Entwicklung des Lebens in den Ozeanen führte zur Entstehung von Sedimentgesteinen, die aus Skeletten und anderen Überresten von Meeresorganismen bestehen.
Diese Ablagerungen, ihr mechanischer Druck, ihre chemischen und physikalischen Umwandlungen haben die Oberfläche der Erdkruste verändert. All dies zeugte von der Existenz einer Biosphäre auf der Erde, in der sich Lebensphänomene entfalteten und bis heute andauern.
