والری اسپیریدونوف، اولین کاندید پیوند سر، برای ریانووستی

سال هاست که بشریت در تلاش است تا علت واقعی و تاریخچه پیدایش حیات در سیاره ما را کشف کند. درست بیش از صد سال پیش، تقریباً در همه کشورها، مردم حتی به این فکر نمی کردند که نظریه مداخله الهی و خلقت جهان توسط یک موجود روحانی عالی را زیر سوال ببرند.

وضعیت پس از انتشار بزرگترین اثر چارلز داروین در نوامبر 1859 تغییر کرد و اکنون بحث های زیادی پیرامون این موضوع وجود دارد. تعداد طرفداران نظریه تکامل داروین در اروپا و آسیا به بیش از 60-70٪، تقریباً 20٪ در ایالات متحده آمریکا و حدود 19٪ در روسیه بر اساس پایان دهه گذشته بالغ می شود.

امروزه در بسیاری از کشورها درخواست هایی برای حذف آثار داروین وجود دارد برنامه آموزشی مدرسهیا حداقل آن را همراه با دیگران مطالعه کنید نظریه های احتمالی. اگر در مورد نسخه مذهبی که اکثر جمعیت جهان به آن تمایل دارند صحبت نکنیم، امروزه چندین نظریه اساسی در مورد منشاء و تکامل زندگی وجود دارد که توسعه آن را در مراحل مختلف توصیف می کند.

پان اسپرمی

طرفداران ایده پانسپرمیا متقاعد شده اند که اولین میکروارگانیسم ها از فضا به زمین آورده شده اند. این نظر دایره‌المعارف مشهور آلمانی، هرمان هلمهولتز، فیزیکدان انگلیسی، کلوین، دانشمند روسی، ولادیمیر ورنادسکی و شیمی‌دان سوئدی سوانته آرنیوس بود که امروزه بنیان‌گذار این نظریه محسوب می‌شود.

از نظر علمی تأیید شده است که شهاب سنگ‌هایی از مریخ و سیارات دیگر، احتمالاً از دنباله‌دارهایی که حتی می‌توانند از منظومه‌های ستاره‌ای بیگانه آمده باشند، بارها بر روی زمین کشف شده‌اند. امروز هیچ کس در این شکی نیست، اما هنوز مشخص نیست که چگونه زندگی در جهان های دیگر به وجود آمده است. در اصل، معذرت خواهان برای پان اسپرمی "مسئولیت" آنچه را که در حال رخ دادن به تمدن های بیگانه است منتقل می کنند.

تئوری سوپ اولیه

تولد این فرضیه با آزمایش های هارولد اوری و استنلی میلر که در دهه 1950 انجام شد تسهیل شد. آنها توانستند تقریباً همان شرایطی را که قبل از پیدایش حیات در سطح سیاره ما وجود داشت، بازسازی کنند. از طریق مخلوطی از هیدروژن مولکولی، مونوکسید کربنو متان توسط تخلیه الکتریکی کوچک و نور ماوراء بنفش عبور داده شد.

در نتیجه، متان و سایر مولکول‌های اولیه به مواد آلی پیچیده، از جمله ده‌ها اسید آمینه، قند، لیپیدها و حتی آغازین اسیدهای نوکلئیک تبدیل شدند.

اخیراً، در مارس 2015، دانشمندان دانشگاه کمبریج به رهبری جان ساترلند، نشان دادند که همه انواع «مولکول‌های حیات» از جمله RNA، پروتئین‌ها، چربی‌ها و کربوهیدرات‌ها را می‌توان از طریق واکنش‌های مشابه، که شامل کربن غیرآلی ساده است، به دست آورد. ترکیبات، سولفید هیدروژن، نمک های فلزی و فسفات ها.

نفس سفالی زندگی

یکی از مشکلات اصلی نسخه قبلی تکامل حیات این است که بسیاری از مولکول‌های آلی، از جمله قندها، DNA و RNA، آنقدر شکننده هستند که نمی‌توانند به مقدار کافی در آب‌های اقیانوس اولیه زمین، جایی که قبلاً تصور می‌شد، تجمع کنند. تکامل گرایان، اولین موجودات زنده به وجود آمدند.

دانشمندان محیطی را کشف کرده اند که باستانی ترین اجداد مردم در آن زندگی می کردندحفاری‌های بزرگ در دره اولدووای به دیرینه‌شناسان کمک کرد تا دریابند که اجداد اولیه ما در نخلستان‌های نخل و اقاقیا زندگی می‌کردند که زیر سایه آن‌ها می‌توانستند لاشه زرافه‌ها، آنتلوپ‌ها و سایر ونگل‌های دشت‌های آفریقا را قصابی کنند.

شیمیدان بریتانیایی الکساندر کرنز اسمیت معتقد است که زندگی منشأ "خشت" دارد نه آب - محیط بهینه برای تجمع و عارضه پیچیده است. مولکول های آلیدر منافذ و کریستال‌های کانی‌های رسی، به جای «برکه اولیه» داروین یا اقیانوس نظریه‌های میلر-اوری یافت می‌شود.

در واقع، تکامل در سطح بلورها آغاز شد، و تنها پس از آن، زمانی که ترکیبات به اندازه کافی پیچیده و پایدار شدند، اولین موجودات زنده در یک "سفر باز" به سمت اقیانوس اصلی زمین حرکت کردند.

زندگی در ته اقیانوس

رقابت با این ایده، ایده رایج امروزی است که زندگی در سطح اقیانوس منشأ نمی گیرد، بلکه در عمیق ترین مناطق کف آن، در مجاورت «سیگاران سیاه»، آبفشان های زیر آب و دیگر منابع زمین گرمایی ایجاد شده است.

انتشار آنها سرشار از هیدروژن و سایر مواد است که به گفته دانشمندان، می تواند در دامنه های صخره انباشته شود و اولین زندگی را با تمام منابع غذایی لازم و کاتالیزورهای واکنش فراهم کند.

اثبات این امر را می توان در اکوسیستم های مدرنی که در مجاورت منابع مشابه در انتهای تمام اقیانوس های زمین وجود دارند تشخیص داد - آنها نه تنها میکروب ها، بلکه حتی موجودات زنده چند سلولی را نیز شامل می شوند.

جهان RNA

نظریه ماتریالیسم دیالکتیکی مبتنی بر وحدت همزمان و مبارزه بی پایان یک جفت اصل است. این در مورد استدر مورد اطلاعات وراثت و تغییرات بیوشیمیایی ساختاری نسخه ای از مبدأ حیات که RNA در آن نقش کلیدی ایفا می کند گذشته است مسافت طولانیبهبودهایی از زمان معرفی آن در دهه 1960 تا اواخر دهه 1980، زمانی که ویژگی های مدرن خود را به دست آورد.

از یک طرف، مولکول‌های RNA در ذخیره اطلاعات به اندازه DNA کارآمد نیستند، اما می‌توانند به طور همزمان شتاب دهند. واکنش های شیمیاییو نسخه های خود را جمع آوری کنید. باید درک کرد که دانشمندان هنوز نتوانسته اند نشان دهند که کل زنجیره تکامل حیات RNA چگونه کار می کرد و بنابراین این نظریه هنوز پذیرش جهانی را دریافت نکرده است.

پروتوسل ها

سوال مهم دیگر در تکامل حیات، معمای این است که چگونه مولکول‌های RNA یا DNA و پروتئین‌ها از آن جدا می‌شوند. دنیای بیرونو به اولین سلول های جدا شده تبدیل می شود که محتویات آنها توسط یک غشای انعطاف پذیر یا پوسته سخت نیمه تراوا محافظت می شود.

پیشگام در این زمینه، شیمیدان مشهور شوروی الکساندر اوپارین بود که نشان داد قطرات آب که توسط لایه ای دوگانه از مولکول های چربی احاطه شده اند، می توانند خواص مشابهی داشته باشند.

ایده های او توسط زیست شناسان کانادایی تحت رهبری جک شوستاک، برنده جایزه نوبل فیزیولوژی و پزشکی در سال 2009، زنده شد. تیم او توانست با افزودن یون‌های منیزیم و اسید سیتریک در اولین پروتوسل، مجموعه‌ای ساده از مولکول‌های RNA را که قابلیت تکثیر خود را دارند، در غشایی از مولکول‌های چربی «بسته‌بندی» کنند.

اندوسیمبیوز

یکی دیگر از معمای تکامل حیات این است که موجودات چند سلولی چگونه به وجود آمدند و چرا سلول های انسان، حیوانات و گیاهان شامل اجسام خاصی مانند میتوکندری و کلروپلاست هستند که ساختار غیرمعمول پیچیده ای دارند.

رژیم غذایی اجداد انسان ها و شامپانزه ها 3 میلیون سال پیش "واگرا" شده است.دیرینه شناسان نسبت ایزوتوپ های کربن را در مینای دندان استرالوپیتکین ها مقایسه کردند و دریافتند که اجداد انسان ها و شامپانزه ها 3 میلیون سال پیش، 1.5 میلیون سال زودتر از آنچه قبلا تصور می شد، به رژیم های غذایی مختلف روی آوردند.

گیاه شناس آلمانی آندریاس شیمپر ابتدا به این مشکل فکر کرد و پیشنهاد کرد که کلروپلاست ها در گذشته ارگانیسم های مستقلی شبیه سیانوباکتری ها بودند که با سلول های اجداد گیاهان "دوست" شدند و در داخل آنها زندگی کردند.

این ایده بعداً توسط گیاه‌شناس روسی کنستانتین مرژکوفسکی و تکامل‌شناس آمریکایی لین مارگولیس ایجاد شد، که نشان دادند میتوکندری و احتمالاً سایر اندامک‌های پیچیده سلول‌های ما منشأ مشابهی دارند.
همانند نظریه‌های «دنیای RNA» و تکامل «سفالی» زندگی، ایده درون همزیستی در ابتدا انتقادات زیادی را از سوی اکثر دانشمندان برانگیخت، اما امروزه تقریباً همه تکامل‌گرایان در صحت آن تردید ندارند.

حق با کیست و باطل کیست؟

موارد زیادی به نفع فرضیه های داروینی یافت شده است. آثار علمیو تحقیقات تخصصی، به ویژه در زمینه "اشکال انتقالی". داروین تعداد مورد نیاز آثار باستان شناسی را برای پشتیبانی از آثار علمی خود نداشت، زیرا در بیشتر موارد او با حدس های شخصی هدایت می شد.

به عنوان مثال، تنها در ده سال گذشته، دانشمندان بقایای چندین «حلقه گمشده» تکاملی مشابه، مانند Tiktaalik و Indohyus را پیدا کرده‌اند که به ما اجازه می‌دهد بین حیوانات خشکی و ماهی‌ها، و نهنگ‌ها و اسب‌های آبی مرزی بکشیم.
از سوی دیگر، شکاکان اغلب استدلال می کنند که چنین گونه های جانوری اشکال انتقالی واقعی نیستند، که منجر به اختلافات بی پایان دائمی بین حامیان داروینیسم و ​​مخالفان آنها می شود.

از سوی دیگر، آزمایش‌ها بر روی E. coli معمولی و روی موجودات چند سلولی مختلف به وضوح نشان می‌دهد که تکامل واقعی است و حیوانات می‌توانند به سرعت خود را با شرایط جدید زندگی سازگار کنند و ویژگی‌های جدیدی به دست آورند که اجدادشان ۱۰۰ تا ۲۰۰ نسل پیش نداشتند.

با این حال، شایان ذکر است که بخش مهمی از آن جامعه مدرنهنوز تمایل به اعتقاد به وجود هوش الهی بالاتر یا تمدن های فرازمینیکه زندگی را بر روی زمین پایه گذاری کرد. تاکنون هیچ نظریه درستی وجود ندارد و بشریت هنوز در آینده به این سوال پاسخ نداده است.

حیات در زمین چگونه به وجود آمد؟ جزئیات برای بشریت ناشناخته است، اما اصول سنگ بنا مشخص شده است. دو نظریه اصلی و بسیاری جزئی وجود دارد. بنابراین، طبق نسخه اصلی، اجزای آلی از فضا به زمین آمدند، طبق دیگری - همه چیز روی زمین اتفاق افتاد. در اینجا تعدادی از محبوب ترین آموزش ها آورده شده است.

پان اسپرمی

زمین ما چگونه ظاهر شد؟ بیوگرافی این سیاره منحصر به فرد است و مردم به روش های مختلف سعی در کشف آن دارند. این فرضیه وجود دارد که حیات موجود در کیهان از طریق شهاب‌سنگ‌ها (اجرام آسمانی با اندازه متوسط ​​بین غبار بین سیاره‌ای و یک سیارک)، سیارک‌ها و سیارات گسترش می‌یابد. فرض بر این است که اشکال حیاتی وجود دارند که می توانند در برابر قرار گرفتن در معرض قرار بگیرند (تابش، خلاء، دمای پایینو غیره.). آنها اکسترموفیل (از جمله باکتری ها و میکروارگانیسم ها) نامیده می شوند.

آنها به زباله ها و گرد و غبار می افتند که پس از حفظ و در نتیجه حیات پس از مرگ اجسام کوچک به فضا پرتاب می شوند. منظومه شمسی. باکتری‌ها می‌توانند برای مدت طولانی در حالت غیرفعال حرکت کنند، قبل از اینکه با سیارات دیگر برخورد کنند.

آنها همچنین ممکن است با دیسک های پیش سیاره ای (ابر متراکم گاز در اطراف یک سیاره جوان) مخلوط شوند. اگر در مکانی جدید "سربازان ثابت قدم اما خواب آلود" خود را در شرایط مساعد بیابند، فعال می شوند. روند تکامل آغاز می شود. داستان با کمک کاوشگر آشکار می شود. داده‌های ابزارهایی که در داخل دنباله‌دارها قرار گرفته‌اند نشان می‌دهد: در اکثریت قریب به اتفاق موارد، این احتمال تایید می‌شود که همه ما «بیگانگان کوچک» هستیم، زیرا مهد حیات فضا است.

بیوپوزیس

در اینجا نظر دیگری در مورد چگونگی شروع زندگی وجود دارد. روی زمین موجودات زنده و غیر زنده وجود دارند. برخی از علوم از زیست زایی (biopoesis) استقبال می کنند، که توضیح می دهد که چگونه در جریان تبدیل طبیعی زندگی بیولوژیکیاز مواد معدنی پدید آمده است. اکثر اسیدهای آمینه (که بلوک های سازنده همه موجودات زنده نیز نامیده می شوند) می توانند با استفاده از واکنش های شیمیایی طبیعی که هیچ ارتباطی با زندگی ندارند، تشکیل شوند.

این توسط آزمایش مولر-یوری تأیید شده است. در سال 1953، دانشمندی الکتریسیته را از مخلوطی از گازها عبور داد و چندین اسید آمینه را در شرایط آزمایشگاهی با شبیه سازی شرایط بدست آورد. زمین اولیه. در تمام موجودات زنده، اسیدهای آمینه تحت تأثیر نگهدارنده های حافظه ژنتیکی، اسیدهای نوکلئیک، به پروتئین تبدیل می شوند.

دومی به طور مستقل به صورت بیوشیمیایی سنتز می شوند و پروتئین ها روند را تسریع می کنند (کاتالیز می کنند). کدام مولکول آلی اولین است؟ و نحوه تعامل آنها چگونه بود؟ Abiogenesis در حال یافتن پاسخ است.

روندهای کیهانی

این دکترین در فضا است. در زمینه خاص علم فضایی و نجوم، این اصطلاح به نظریه ایجاد (و مطالعه) منظومه شمسی اشاره دارد. تلاش برای جذب به سوی کیهان گرایی طبیعت گرایانه در برابر انتقاد نمی ایستد. اولاً، نظریه های علمی موجود نمی توانند چیز اصلی را توضیح دهند: خود جهان چگونه ظاهر شد؟

ثانیاً، هیچ مدل فیزیکی وجود ندارد که اولین لحظات وجود کیهان را توضیح دهد. نظریه مذکور حاوی مفهوم گرانش کوانتومی نیست. اگرچه نظریه پردازان ریسمان چنین می گویند ذرات بنیادیدر نتیجه ارتعاشات و فعل و انفعالات رشته های کوانتومی بوجود می آیند)، که منشاء و پیامدهای انفجار بزرگ (کیهان شناسی کوانتومی حلقه) را مطالعه می کنند، با این موافق نیستند. آنها معتقدند که فرمول هایی برای توصیف مدل از نظر معادلات میدان دارند.

مردم با کمک فرضیه های کیهانی، همگنی حرکت و ترکیب اجرام آسمانی را توضیح دادند. مدت ها قبل از ظهور حیات بر روی زمین، ماده تمام فضا را پر کرده و سپس تکامل یافته است.

اندوسیمبیونت

نسخه اندوسیمبیوتیک برای اولین بار توسط گیاه شناس روسی کنستانتین مرژکوفسکی در سال 1905 فرموله شد. او معتقد بود که برخی از اندامک ها به عنوان باکتری های آزاد به وجود می آیند و به عنوان درون همزیستی در سلول دیگری پذیرفته می شوند. میتوکندری از پروتئوباکتری ها (به ویژه Rickettsiales یا خویشاوندان نزدیک) و کلروپلاست ها از سیانوباکتری ها تکامل یافته است.

این نشان می دهد که اشکال جمعباکتری ها وارد همزیستی می شوند تا یک سلول یوکاریوتی را تشکیل دهند (یوکاریوت ها سلول های موجودات زنده حاوی یک هسته هستند). انتقال افقی ماده ژنتیکی بین باکتری ها نیز با روابط همزیستی تسهیل می شود.

ظهور تنوع در اشکال زندگی ممکن است توسط آخرین جد مشترک (LUA) موجودات مدرن پیش از این بوده باشد.

نسل خود به خود

تا اوایل قرن نوزدهم، مردم به طور کلی "ناگهانی" را به عنوان توضیحی برای چگونگی شروع زندگی بر روی زمین رد می کردند. تولید غیرمنتظره و غیرمنتظره اشکال خاصی از حیات از ماده بی جان برای آنها غیرقابل قبول به نظر می رسید. اما آنها به وجود هتروژنز (تغییر در روش تولید مثل) معتقد بودند، زمانی که یکی از اشکال حیات از گونه دیگری (مثلاً زنبورها از گلها) می آید. ایده های کلاسیک در مورد تولید خود به خود به موارد زیر خلاصه می شود: برخی از موجودات زنده پیچیده به دلیل تجزیه مواد آلی ظاهر شدند.

به گفته ارسطو، این حقیقتی بود که به راحتی قابل مشاهده بود: شته ها از شبنمی که روی گیاهان می ریزد به وجود می آیند. مگس ها - از مواد غذایی فاسد، موش ها - از یونجه کثیف، تمساح ها - از کنده های پوسیده در انتهای مخازن و غیره. نظریه تولید خود به خود (که توسط مسیحیت رد شد) قرن ها مخفیانه وجود داشت.

به طور کلی پذیرفته شده است که این نظریه سرانجام در قرن نوزدهم توسط آزمایشات لویی پاستور رد شد. این دانشمند منشا حیات را مطالعه نکرد، او پیدایش میکروب ها را مطالعه کرد تا بتواند با بیماری های عفونی مبارزه کند. با این حال، شواهد پاستور دیگر بحث برانگیز نبود، بلکه ماهیت کاملاً علمی داشت.

نظریه خاک رس و آفرینش متوالی

پیدایش حیات بر اساس خاک رس؟ آیا امکان دارد؟ یک شیمیدان اسکاتلندی به نام A. J. Kearns-Smith از دانشگاه گلاسکو در سال 1985 نویسنده چنین نظریه ای است. بر اساس فرضیات مشابه توسط دانشمندان دیگر، او استدلال کرد که ذرات آلی، زمانی که بین لایه‌های خاک رس قرار می‌گرفتند و با آنها برهم‌کنش می‌کردند، روشی را برای ذخیره اطلاعات و رشد در پیش گرفتند. بنابراین، دانشمند "ژن رس" را اولیه در نظر گرفت. در ابتدا، زندگی معدنی و نوپا با هم وجود داشت، و در ادامه در یک مرحله خاص"فرارکردن."

ایده تخریب (آشوب) در جهان نوظهور راه را برای نظریه فاجعه گرایی به عنوان یکی از پیشینیان نظریه تکامل هموار کرد. طرفداران آن بر این باورند که زمین در گذشته تحت تأثیر رویدادهای ناگهانی، کوتاه مدت و خشونت آمیز قرار گرفته است و زمان حال کلید گذشته است. هر فاجعه متوالی نابود شد زندگی موجود. خلقت بعدی آن را از قبل متفاوت از قبلی احیا کرد.

دکترین ماتریالیستی

و در اینجا یک نسخه دیگر در مورد چگونگی شروع زندگی در زمین وجود دارد. توسط ماتریالیست ها مطرح شد. آنها بر این باورند که حیات در نتیجه تحولات شیمیایی تدریجی گسترش یافته در طول زمان و مکان پدید آمده است، که به احتمال زیاد تقریباً 3.8 میلیارد سال پیش رخ داده است. این توسعه مولکولی نامیده می‌شود؛ روی ناحیه اسیدهای دی‌اکسی ریبونوکلئیک و ریبونوکلئیک و پروتئین‌ها (پروتئین‌ها) تأثیر می‌گذارد.

به عنوان یک جنبش علمی، این دکترین در دهه 1960 ظهور کرد، زمانی که تحقیقات فعالی بر روی زیست شناسی مولکولی و تکاملی و ژنتیک جمعیت انجام شد. سپس دانشمندان سعی کردند اکتشافات اخیر در مورد اسیدهای نوکلئیک و پروتئین ها را درک و تأیید کنند.

یکی از موضوعات کلیدی که توسعه این زمینه دانش را تحریک کرد، تکامل عملکرد آنزیمی، استفاده از واگرایی اسید نوکلئیک به عنوان "ساعت مولکولی" بود. افشای آن به مطالعه عمیق‌تر واگرایی (شاخه‌بندی) گونه‌ها کمک کرد.

منشا ارگانیک

حامیان این آموزه در مورد چگونگی ظهور حیات بر روی زمین به شرح زیر صحبت می کنند. شکل گیری گونه ها از مدت ها پیش آغاز شد - بیش از 3.5 میلیارد سال پیش (تعداد نشان دهنده دوره ای است که زندگی در آن وجود داشته است). احتمالاً ابتدا یک روند آهسته و تدریجی دگرگونی وجود داشت و سپس مرحله بهبود سریع (در کیهان) آغاز شد، انتقال از یک حالت ایستا به حالت دیگر تحت تأثیر شرایط موجود.

تکامل که به عنوان بیولوژیکی یا ارگانیک شناخته می شود، فرآیند تغییر در طول زمان در یک یا چند صفت ارثی است که در جمعیت موجودات یافت می شود. صفات ارثی ویژگی های متمایز خاصی از جمله تشریحی، بیوشیمیایی و رفتاری هستند که از نسلی به نسل دیگر منتقل می شوند.

تکامل منجر به تنوع و توسعه متنوعهمه موجودات زنده (تنوع). چارلز داروین دنیای رنگارنگ ما را "شکل های بی نهایت، زیباترین و شگفت انگیزترین" توصیف کرد. این تصور به وجود می آید که منشأ زندگی داستانی است بدون آغاز و پایان.

خلق خاص

بر اساس این نظریه، تمام اشکال حیاتی که امروزه در سیاره زمین وجود دارد توسط خداوند خلق شده است. آدم و حوا اولین مرد و زنی هستند که خداوند متعال خلق کرده است. به باور مسیحیان، مسلمانان و یهودیان، زندگی روی زمین با آنها آغاز شد. سه دین متفق القول بودند که خداوند جهان را در هفت روز آفرید و روز ششم را اوج کار خود قرار داد: او آدم را از خاک زمین و حوا را از دنده او آفرید.

روز هفتم خداوند استراحت کرد. سپس نفسی دمید و او را به باغی به نام عدن فرستاد. در مرکز درخت زندگی و درخت علم خیر رشد کرد. خداوند اجازه داد که از میوه‌های همه درختان باغ به جز درخت علم بخورند (زیرا در روزی که از آن بخورید خواهید مرد).

اما مردم نافرمانی کردند. قرآن می گوید که آدم پیشنهاد کرد سیب را امتحان کند. خداوند گناهکاران را آمرزید و هر دو را به عنوان نمایندگان خود به زمین فرستاد. و با این حال... حیات از کجا روی زمین آمده است؟ همانطور که می بینید، هیچ پاسخ روشنی وجود ندارد. اگرچه دانشمندان مدرن به طور فزاینده ای به نظریه زیست زا (غیر آلی) منشاء همه موجودات زنده تمایل دارند.

کوه های بی جان، صخره ها و آب، ماه بزرگ در آسمان و بمباران مداوم شهاب سنگ ها - محتمل ترین چشم انداز زمین در 4 میلیارد سال پیش

آیا حیات از مواد معدنی موجود در فضا سرچشمه گرفته است یا از زمین؟ این معضل ناگزیر محققی را که به مسئله منشأ حیات علاقه مند است مواجه می کند. تاکنون هیچ کس نتوانسته صحت هیچ یک از دو فرضیه فعلی را اثبات کند و همچنین امکان ارائه راه حل سوم وجود نداشته است.

فرضیه اول در مورد منشاء حیات در زمین قدیمی است، شامل چهره های محترم علم اروپایی است: G. Helmholtz، L. Pasteur، S. Arrhenius، V. Vernadsky، F. Crick. پیچیدگی ماده زنده، احتمال کم تولید خود به خودی آن در این سیاره، و همچنین شکست آزمایشگران در سنتز زنده از موجودات غیر زنده، دانشمندان را به اردوگاه طرفداران این رویکرد سوق می دهد. تغییرات زیادی در مورد چگونگی ورود حیات به زمین وجود دارد و مشهورترین آنها نظریه پانسپرمیا است. بر اساس آن، حیات در فضای بین ستاره ای گسترده است، اما از آنجایی که هیچ شرایطی برای توسعه در آنجا وجود ندارد، ماده زندهبه اسپرم یا هاگ تبدیل می شود و بنابراین در فضا حرکت می کند. میلیاردها سال پیش، دنباله دارها اسپرم را به زمین آوردند، جایی که محیطی مساعد برای رشد آنها ایجاد شد.

اسپرم ها جنین های کوچکی هستند که می توانند تغییرات دمایی زیاد، تشعشعات کیهانی و سایر عوامل محیطی مخرب موجودات زنده را تحمل کنند. همانطور که ستاره شناس انگلیسی F. Hoyle پیشنهاد کرد، ذرات غبار بین ستاره ای، که ممکن است شامل باکتری در پوسته گرافیت باشد، برای نقش اسپرم مناسب هستند. تا به امروز هیچ اسپرمی در فضا پیدا نشده است. اما حتی اگر آنها پیدا شوند، بنابراین کشف شگفت انگیزاین فقط مشکل منشا حیات را از سیاره ما به مکان دیگری منتقل می کند. و ما نمی‌خواهیم بپرسیم اسپرم‌ها از کجا به زمین آمده و چگونه متولد شده‌اند. بخش دوم معضل - چگونه زندگی از مواد معدنی به وجود آمد - چندان عاشقانه نیست، زیرا بر اساس قوانین فیزیک و شیمی است. این رویکرد محدود و مکانیکی که نظریه زیست‌زایی نامیده می‌شود، تلاش‌های بسیاری از متخصصان را در بر می‌گیرد. شاید به دلیل ویژگی آن، این رویکرد مثمر ثمر واقع شد و در طول نیم قرن، کل شاخه‌های بیوشیمی، زیست‌شناسی تکاملی و کیهان‌شناسی را ارتقا داد.

به گفته دانشمندان، سنتز یک سلول زنده در گوشه و کنار است؛ این یک موضوع فناوری و زمان است. اما آیا سلولی که در یک لوله آزمایش متولد می شود، پاسخی به این سوال خواهد بود که حیات در زمین چگونه به وجود آمده است؟ به ندرت. سلول مصنوعی فقط ثابت می کند که ابیوژنز به نحوی ممکن است. اما 4 میلیارد سال پیش روی زمین، همه چیز می توانست به گونه ای دیگر اتفاق بیفتد. مثلا اینجوری سطح زمین 4.5 میلیارد سال پیش سرد شد. جو نازک بود و دنباله دارها به طور فعال زمین را بمباران کردند و مواد آلی را به وفور تحویل دادند. مواد فرازمینی در مخازن گرم کم عمقی که توسط آتشفشان ها گرم می شوند مستقر می شوند: گدازه در ته آن جاری می شود، جزایر رشد می کند و چشمه های آب گرم فومار می کند - فومارول ها. قاره ها در آن زمان به اندازه اکنون قوی و بزرگ نبودند؛ آنها به راحتی در امتداد پوسته زمین حرکت کردند، به هم متصل شدند و از هم پاشیدند.

ماه نزدیک‌تر بود، زمین سریع‌تر می‌چرخید، روزها کوتاه‌تر، امواج جزر و مد بلندتر، و طوفان‌ها شدیدتر بودند. بالای همه آن آسمان های فولادی تاریک کشیده شده بود طوفان های گرد و غبار، ابرهایی از خاکستر آتشفشانی و قطعات سنگی که در اثر برخورد شهاب سنگ از بین رفته است. جوی سرشار از نیتروژن، دی اکسید کربن و بخار آب به تدریج ایجاد شد. فراوانی گازهای گلخانه ایباعث گرم شدن کره زمین شد در چنین شرایط شدید، سنتز ماده زنده اتفاق افتاد. آیا این یک معجزه بود، تصادفی که برخلاف تکامل کیهان رخ داد، یا این تنها راهی است که زندگی می تواند ظاهر شود؟ قبلاً در مراحل اولیه یکی از ویژگی های اصلی ماده زنده ظاهر شد - سازگاری با شرایط محیطی. جو اولیه حاوی اکسیژن آزاد کمی بود، ازن کمبود داشت و زمین در اشعه ماوراء بنفش غرق شده بود که برای موجودات زنده کشنده بود. اگر سلول‌ها مکانیسمی برای محافظت در برابر اشعه ماوراء بنفش اختراع نمی‌کردند، این سیاره خالی از سکنه می‌ماند. این سناریو برای پیدایش حیات به طور کلی با آنچه داروین پیشنهاد کرده بود تفاوتی ندارد. جزئیات جدیدی اضافه شد - ما با مطالعه سنگ های باستانی و آزمایش چیزی یاد گرفتیم و چیزی را حدس زدیم. در حالی که این سناریو منطقی ترین است، اما بحث برانگیزترین سناریو نیز هست. دانشمندان با هر نقطه ای مبارزه می کنند و جایگزین های متعددی ارائه می دهند. تردیدها از همان ابتدا بوجود می آیند: ماده آلی اولیه از کجا آمده است، آیا در زمین سنتز شده است یا از آسمان سقوط کرده است؟

ایده انقلابی

پایه های علمی زیست زایی یا منشأ موجودات زنده از موجودات غیر زنده توسط بیوشیمیدان روسی A.I. اوپارین. در سال 1924، به عنوان یک دانشمند 30 ساله، اوپارین مقاله ای با عنوان "منشاء زندگی" منتشر کرد، که به گفته همکارانش، "حاوی بذرهای یک انقلاب فکری" بود. انتشار کتاب اوپارین به زبان انگلیسی در سال 1938 هیجان انگیز شد و منابع فکری مهم غربی را به مسئله زندگی جذب کرد. در سال 1953، اس. میلر، دانشجوی کارشناسی ارشد در دانشگاه شیکاگو، آزمایش موفقیت آمیزی را در سنتز زیست زایی انجام داد. او شرایط زمین اولیه را در یک لوله آزمایش آزمایشگاهی ایجاد کرد و در نتیجه یک واکنش شیمیایی، مجموعه ای از اسیدهای آمینه به دست آورد. بنابراین، نظریه Oparin شروع به تأیید تجربی کرد.

اوپارین و کشیش

با توجه به خاطرات همکاران، آکادمیسین A.I. اوپارین یک ماتریالیست متقاعد و ملحد بود. این را نظریه ابیوژنز او تأیید می کند، که به نظر می رسد هیچ امیدی برای توضیح ماوراء طبیعی اسرار زندگی باقی نمی گذارد. با این وجود، دیدگاه ها و شخصیت این دانشمند، افراد با جهان بینی کاملاً متضاد را به سمت او جذب کرد. با اشتغال به کارهای علمی و آموزشی، شرکت در جنبش صلح طلبی، سفرهای زیادی به خارج از کشور داشت. یک بار، جایی در دهه 1950، اوپارین در ایتالیا در مورد مشکل منشأ زندگی سخنرانی کرد. پس از گزارش، به او گفته شد که کسی جز رئیس آکادمی علوم پاپی از واتیکان نمی خواهد با او ملاقات کند. الکساندر ایوانوویچ، بودن مرد شورویو با آگاهی کامل از نگرش مغرضانه روشنفکران خارجی نسبت به اتحاد جماهیر شوروی، هیچ چیز خوبی از نماینده کلیسای کاتولیک انتظار نداشتم، احتمالاً نوعی تحریک. با این وجود، آشنایی صورت گرفت. کشیش سینور دست اوپارین را فشرد، از او برای سخنرانی تشکر کرد و فریاد زد: "پروفسور، من خوشحالم که مشیت خدا را چقدر زیبا آشکار کردید!"

احتمال زندگی

نظریه ابیوژنز پیشنهاد می کند که حیات در مرحله خاصی از رشد ماده بوجود آمده است. از زمان شکل گیری کیهان و اولین ذرات، ماده در مسیر تغییر دائمی قدم گذاشته است. ابتدا اتم ها و مولکول ها به وجود آمدند، سپس ستارگان و غبار ظاهر شدند، از آن - سیارات، و زندگی در سیارات پدید آمد. موجودات زنده از موجودات غیر زنده به وجود می آیند که از قانون بالاتری پیروی می کنند که ماهیت آن هنوز برای ما ناشناخته است. زندگی نمی توانست در زمین، جایی که شرایط مناسبی وجود داشت، به وجود نیاید. البته نمی توان این تعمیم متافیزیکی را رد کرد، اما بذرهای شک جوانه زده است. واقعیت این است که شرایط لازم برای سنتز زندگی بسیار زیاد است و اغلب با واقعیت ها و یکدیگر در تضاد است. به عنوان مثال، هیچ مدرکی مبنی بر اینکه زمین اولیه دارای جو کاهنده بوده است وجود ندارد. مشخص نیست که کد ژنتیکی چگونه منشا گرفته است. ساختار یک سلول زنده و عملکردهای آن از نظر پیچیدگی شگفت انگیز است. احتمال کلی پیدایش حیات چقدر است؟ در اینجا چند نمونه آورده شده است.

پروتئین ها فقط از اسیدهای آمینه به اصطلاح "چپ دست" تشکیل شده اند، یعنی مولکول های نامتقارن که قطبش نور عبوری از آنها را به سمت چپ می چرخانند. اینکه چرا فقط از آمینو اسیدهای چپ دست در ساخت پروتئین استفاده می شود ناشناخته است. شاید این اتفاق به طور تصادفی رخ داده باشد و در جایی در جهان موجودات زنده ای متشکل از آمینو اسیدهای راست دست باشند. به احتمال زیاد، در آبگوشت اولیه، جایی که سنتز پروتئین های اصلی انجام می شد، مقدار مساوی آمینو اسیدهای چپ و راست وجود داشت. و فقط ظاهر یک ساختار "چپ دست" واقعاً زنده این تقارن را شکست و سنتز بیوژنیک اسیدهای آمینه مسیر "چپ دست" را دنبال کرد.

محاسباتی که فرد هویل در کتاب خود "تکامل از فضا" ارائه می دهد، قابل توجه است. احتمال به دست آوردن تصادفی 2000 آنزیم سلولی متشکل از 200 اسید آمینه هر کدام 10-4000 - پوچ است. ارزش کوچکحتی اگر کل کیهان یک سوپ ارگانیک باشد.

احتمال سنتز یک پروتئین متشکل از 300 اسید آمینه یک شانس در 2x10390 است. باز هم ناچیز. اجازه دهید تعداد اسیدهای آمینه موجود در یک پروتئین را به 20 کاهش دهیم، سپس تعداد ترکیبات ممکن برای سنتز چنین پروتئینی 1018 خواهد بود - فقط یک مرتبه بزرگتر از تعداد ثانیه ها در 4.5 میلیارد سال. دیدن این که تکامل به سادگی وقت نداشت همه گزینه ها را مرتب کند و بهترین را انتخاب کند دشوار نیست. اگر در نظر بگیریم که آمینو اسیدهای موجود در پروتئین ها در توالی های خاصی و نه تصادفی به هم متصل می شوند، احتمال سنتز یک مولکول پروتئین همان خواهد بود که اگر یک میمون به طور تصادفی یکی از تراژدی های شکسپیر را چاپ کند، یعنی تقریباً صفر.

دانشمندان محاسبه کردند که مولکول DNA درگیر در ساده ترین چرخه کدگذاری پروتئین باید از 600 نوکلئوتید در یک توالی خاص تشکیل شده باشد. احتمال سنتز تصادفی چنین DNA 10-400 است، به عبارت دیگر، این به 10400 تلاش نیاز دارد.

همه دانشمندان با این محاسبات احتمال موافق نیستند. آنها اشاره می کنند که محاسبه شانس سنتز پروتئین با آزمایش تصادفی ترکیبات نادرست است، زیرا مولکول ها ترجیحاتی دارند و برخی پیوندهای شیمیایی همیشه بیشتر از سایرین محتمل هستند. به گفته یان ماسگریو، بیوشیمیدان استرالیایی، محاسبه احتمال ابیوژنز به طور کلی بی معنی است. اولاً، تشکیل پلیمرها از مونومرها تصادفی نیست، بلکه از قوانین فیزیک و شیمی پیروی می کند. ثانیاً، محاسبه تشکیل مولکول های پروتئین مدرن، DNA یا RNA نادرست است زیرا آنها بخشی از اولین سیستم های زنده نبودند. شاید در ساختار موجودات امروزی چیزی از زمان های گذشته باقی نمانده باشد. اکنون اعتقاد بر این است که اولین موجودات سیستم های بسیار ساده ای از مولکول های کوتاه بودند که فقط از 30-40 مونومر تشکیل شده بودند. زندگی با موجودات بسیار ساده آغاز شد و به تدریج بر پیچیدگی آن افزوده شد. طبیعت حتی سعی نکرد فوراً یک بوئینگ 747 بسازد. ثالثاً نیازی به ترس از احتمال کم نیست. یک شانس در میلیون میلیون؟ و خب چه، ممکن است در اولین تلاش از بین برود.

زندگی چیست

نه تنها فیلسوفان در جستجوی تعریفی از زندگی هستند. این تعریف برای بیوشیمی دانان لازم است تا بفهمند: در لوله آزمایش چه اتفاقی افتاده است - زنده یا غیر زنده؟ دیرینه شناسان در حال مطالعه صخره های باستانی در جستجوی آغاز زندگی هستند. اگزوبیولوژیست ها در جستجوی موجوداتی با منشا فرازمینی هستند. تعریف زندگی آسان نیست. به قول بیگ دایره المعارف شوروی، "تمایز دقیق علمی بین اشیاء زنده و غیر زنده با مشکلات خاصی روبرو می شود." به راستی، تنها ویژگی یک موجود زنده چیست؟ شاید یک مجموعه نشانه های خارجی? چیزی سفید، نرم، حرکت می کند، صدا می دهد. این تعریف اولیه شامل گیاهان، میکروب ها و بسیاری از موجودات دیگر نمی شود، زیرا آنها ساکت هستند و حرکت نمی کنند. ما می توانیم زندگی را از دیدگاه شیمیایی به عنوان ماده ای متشکل از پیچیده در نظر بگیریم ترکیبات آلی: اسیدهای آمینه، پروتئین ها، چربی ها. اما پس از آن باید یک مخلوط مکانیکی ساده از این ترکیبات را زنده در نظر گرفت که نادرست است. یک تعریف بهتر، که در مورد آن اتفاق نظر علمی کلی وجود دارد، به کارکردهای منحصر به فرد سیستم های زنده مربوط می شود.

توانایی تولید مثل، زمانی که یک نسخه دقیق از اطلاعات ارثی به فرزندان منتقل می شود، در تمام زندگی زمینی، حتی در کوچکترین ذره آن - یک سلول، ذاتی است. به همین دلیل است که سلول به عنوان واحد اندازه گیری زندگی در نظر گرفته می شود. اجزای سلول ها: پروتئین ها، اسیدهای آمینه، آنزیم ها که به طور جداگانه گرفته می شوند، زنده نخواهند بود. این منجر به این نتیجه مهم می شود که آزمایش های موفقیت آمیز در مورد سنتز این مواد را نمی توان پاسخی برای سوال منشاء حیات دانست. تنها زمانی انقلابی در این زمینه رخ خواهد داد که مشخص شود چگونه کل سلول به وجود آمده است. بدون شک به کاشفان اسرار داده خواهد شد جایزه نوبل. علاوه بر عملکرد بازتولید، تعدادی ویژگی ضروری اما ناکافی یک سیستم وجود دارد تا بتوان آن را زنده نامید. یک موجود زنده می تواند با تغییرات سازگار شود محیطدر سطح ژنتیکی این برای بقا بسیار مهم است. تغییرپذیری باعث شد تا حیات در زمین اولیه از طریق فجایع و عصرهای یخبندان شدید زنده بماند.

یکی از ویژگی های مهم یک سیستم زنده، فعالیت کاتالیزوری است، یعنی توانایی انجام تنها واکنش های خاص. متابولیسم بر اساس این ویژگی است - انتخاب مواد لازم از محیط، پردازش آنها و تولید انرژی لازم برای فعالیت بیشتر زندگی. مدار متابولیک، که چیزی بیش از یک الگوریتم بقا نیست، به سختی به آن متصل شده است کد ژنتیکیسلول ها و از طریق مکانیسم وراثت به فرزندان منتقل می شود. شیمیدانان بسیاری از سیستم‌های دارای فعالیت کاتالیزوری را می‌شناسند، اما نمی‌توانند تولید مثل کنند و بنابراین نمی‌توان آنها را زنده در نظر گرفت.

آزمایش تعیین کننده

هیچ امیدی وجود ندارد که روزی یک سلول به خودی خود از اتم های عناصر شیمیایی پدید آید. این یک گزینه باور نکردنی است. سلول سادهباکتری حاوی صدها ژن، هزاران پروتئین و مولکول های مختلف است. فرد هویل به شوخی گفت که سنتز سلولی به اندازه مونتاژ کردن یک بوئینگ مانند طوفانی که از زباله‌دان قطعات عبور می‌کند باورنکردنی است. و با این حال بوئینگ وجود دارد، به این معنی که به نوعی "مونتاژ"، یا بهتر بگوییم "خود مونتاژ شده" بوده است. بر اساس ایده های فعلی، "خود مونتاژ" بوئینگ 4.5 میلیارد سال پیش آغاز شد، این روند به تدریج پیش رفت و بیش از یک میلیارد سال گسترش یافت. حداقل 3.5 میلیارد سال پیش، سلول های زنده قبلاً روی زمین وجود داشتند.

برای سنتز موجودات زنده از موجودات غیر زنده، در مرحله اولیه، ترکیبات آلی و معدنی ساده باید در جو و آب های سیاره وجود داشته باشند: C، C 2، C 3، CH، CN، CO، CS. , HCN, CH 3 CH, NH, O, OH, H 2 O, S. Stanley Miller در آزمایشات معروف خود در مورد سنتز زیست زایی، هیدروژن، متان، آمونیاک و بخار آب را مخلوط کرد، سپس مخلوط گرم شده را از طریق تخلیه الکتریکی عبور داد و خنک شد. آی تی. پس از یک هفته، مایع قهوه ای رنگ حاوی هفت اسید آمینه شامل گلیسین، آلانین و اسید آسپارتیک که بخشی از پروتئین های سلولی هستند، در فلاسک تشکیل می شود. آزمایش میلر نشان داد که چگونه ماده آلی پیش بیولوژیکی می تواند تشکیل شود - موادی که در سنتز اجزای سلولی پیچیده تر نقش دارند. از آن زمان به بعد زیست شناسان علیرغم وجود مشکل جدی این موضوع را حل شده می دانند. واقعیت این است که سنتز بیوژنیک اسیدهای آمینه فقط در شرایط کاهشی اتفاق می افتد، به همین دلیل است که Oparin معتقد بود که جو زمین اولیه متان-آمونیاک است. اما زمین شناسان با این نتیجه گیری موافق نیستند.

مشکل جو اولیه

کارشناسان می گویند که متان و آمونیاک به مقدار زیاد در کره زمین جایی ندارند. علاوه بر این، این ترکیبات بسیار ناپایدار هستند و تحت تأثیر نور خورشید از بین می روند؛ حتی اگر این گازها از روده های سیاره آزاد شوند، جو متان-آمونیاک نمی تواند وجود داشته باشد. به گفته زمین شناسان، جو زمین 4.5 میلیارد سال پیش تحت سیطره دی اکسید کربن و نیتروژن بود که یک محیط شیمیایی خنثی ایجاد می کند. این را ترکیب قدیمی ترین سنگ هایی که در آن زمان از گوشته ذوب می کردند، نشان می دهد. قدیمی ترین سنگ های این سیاره با 3.9 میلیارد سال قدمت در گرینلند کشف شد. اینها به اصطلاح گنیس های خاکستری هستند - سنگ های آذرین بسیار تغییر یافته با ترکیب متوسط. این سنگ ها طی میلیون ها سال تحت تأثیر سیالات دی اکسید کربن در گوشته تغییر کردند که به طور همزمان جو را اشباع کردند. در چنین شرایطی، سنتز زیست زایی غیرممکن است.

آکادمیک E.M در تلاش است تا مشکل جو اولیه زمین را حل کند. گالیموف، مدیر موسسه ژئوشیمی و شیمی تجزیهآنها در و. Vernadsky RAS. او محاسبه کرد که پوسته زمین خیلی زود، در 50 تا 100 میلیون سال اول پس از تشکیل سیاره، پدید آمد و عمدتاً فلزی بود. در این حالت، گوشته واقعاً باید متان و آمونیاک را به مقدار کافی برای ایجاد شرایط کاهشی آزاد می کرد. دانشمندان آمریکایی K. Sagan و K. Chaiba مکانیزمی را برای محافظت خود از جو متان در برابر تخریب پیشنهاد کردند. بر اساس طرح آنها، تجزیه متان تحت تأثیر اشعه ماوراء بنفش می تواند منجر به ایجاد یک آئروسل از ذرات آلی در لایه های بالایی جو شود. این ذرات تابش خورشید را جذب کرده و محافظت می‌کنند محیط ترمیمیسیارات درست است، این مکانیسم برای مریخ ایجاد شده است، اما در زمین اولیه نیز کاربرد دارد.

شرایط مناسب برای تشکیل مواد آلی پیش بیولوژیکی مدت زیادی روی زمین دوام نیاورد. طی 200 تا 300 میلیون سال بعد، گوشته شروع به اکسید شدن کرد که منجر به آزاد شدن دی اکسید کربنو تغییر در ترکیب اتمسفر. اما در آن زمان محیط برای منشاء حیات از قبل آماده شده بود.

در ته دریا

اولین زندگی ممکن است در اطراف آتشفشان ها بوجود آمده باشد. تصور کنید در کف هنوز شکننده اقیانوس‌ها گسل‌ها و شکاف‌های متعددی را تصور کنید که ماگما می‌ریزد و گازها حباب می‌کنند. در چنین مناطقی که با بخار سولفید هیدروژن اشباع شده اند، رسوبات سولفیدهای فلزی تشکیل می شود: آهن، روی، مس. اگر سنتز مواد آلی اولیه مستقیماً روی سطح مواد معدنی آهن-گوگرد با استفاده از واکنش دی اکسید کربن و هیدروژن صورت می گرفت چه؟ خوشبختانه، هر دوی آن‌ها زیاد است: دی‌اکسید کربن و مونوکسید از ماگما آزاد می‌شوند، و هیدروژن از آب در طول آن آزاد می‌شود. فعل و انفعالات شیمیاییبا ماگمای داغ همچنین هجوم انرژی لازم برای سنتز وجود دارد.

این فرضیه با داده‌های زمین‌شناسی مغایرتی ندارد و بر این فرض استوار است که موجودات اولیه در شرایط شدید مانند باکتری‌های شیمیایی مدرن زندگی می‌کردند. در دهه 60 قرن بیستم، محققان آتشفشان های زیر آب - سیگاری های سیاه - را در انتهای اقیانوس آرام کشف کردند. اونجا تو باشگاه ها گازهای سمیبدون دسترسی به نور خورشید و اکسیژن، در دمای +120 درجه، کلنی هایی از میکروارگانیسم ها وجود دارد. شرایطی شبیه به سیگاری‌های سیاه در 2.5 میلیارد سال پیش روی زمین وجود داشته است، همانطور که لایه‌های استروماتولیت‌ها - آثاری از فعالیت جلبک‌های سبز آبی - نشان می‌دهند. اشکال مشابه این میکروب ها نیز در میان بقایای باستانی ترین موجودات با قدمت 3.5 میلیارد سال یافت می شود.

برای تایید فرضیه آتشفشانی، آزمایشی لازم است که نشان دهد سنتز زیست زایی در این شرایط امکان پذیر است. گروه‌هایی از بیوشیمیست‌ها از ایالات متحده آمریکا، آلمان، انگلیس و روسیه در این راستا کار می‌کنند، اما تاکنون موفقیت‌آمیز نبوده است. نتایج دلگرم کننده ای در سال 2003 توسط یک محقق جوان میخائیل ولادیمیروف از آزمایشگاه بیوشیمی تکاملی موسسه بیوشیمی به دست آمد. A.N. باخ RAS. او یک سیگارکش سیاه مصنوعی در آزمایشگاه ایجاد کرد: یک دیسک پیریت (FeS 2) در اتوکلاو پر از محلول نمک قرار داده شد و به عنوان کاتد عمل می کرد. دی اکسید کربن از سیستم عبور کرد و برق. یک روز بعد، اسید فرمیک در اتوکلاو ظاهر شد - ساده ترین ماده آلی که در متابولیسم سلول های زنده شرکت می کند و به عنوان ماده ای برای سنتز بیوژنیک مواد بیولوژیکی پیچیده تر عمل می کند.

سیانوباکتری هایی که قادر به جذب نیتروژن اتمسفر هستند

شکارچیان سیارات قابل سکونت

هر دو نظریه منشا حیات، پانسپرمیا و ابیوژنز، اذعان دارند که حیات یک پدیده منحصر به فرد در جهان نیست، باید در سیارات دیگر وجود داشته باشد. اما چگونه می توان آن را تشخیص داد؟ برای مدت طولانی، تنها یک روش برای جستجوی حیات وجود داشت که هنوز نتایج مثبتی به همراه نداشته است - با استفاده از سیگنال های رادیویی از بیگانگان. در پایان قرن بیستم بوجود آمد ایده ی جدید- از تلسکوپ برای جستجوی سیارات خارج از منظومه شمسی استفاده کنید. شکار سیارات فراخورشیدی آغاز شده است. در سال 1995، اولین نمونه گرفتار شد: سیاره ای به جرم نیمی از مشتری، که به سرعت به دور ستاره پنجاه و یکم صورت فلکی پگاسوس می چرخد. در نتیجه تقریباً 10 سال جستجو، 118 منظومه سیاره ای حاوی 141 سیاره کشف شد. هیچ یک از این منظومه ها شبیه منظومه شمسی نیستند، هیچ یک از سیارات شبیه زمین نیستند. سیارات فراخورشیدی یافت شده از نظر جرم نزدیک به مشتری هستند، یعنی بسیار زیاد هستند بیشتر از زمین. غول های دور به دلیل ویژگی های مدارشان برای زندگی نامناسب هستند. برخی از آنها بسیار نزدیک به ستاره خود می چرخند، به این معنی که سطوح آنها گرم است و نه آب مایعکه در آن زندگی توسعه می یابد. سیارات باقی مانده - اقلیت آنها - در امتداد یک دراز حرکت می کنند مدار بیضی شکل، که به طور چشمگیری بر آب و هوا تأثیر می گذارد: تغییر فصول در آنجا باید بسیار ناگهانی باشد و این برای موجودات مضر است.

هر دو نظریه منشا حیات، پانسپرمیا و ابیوژنز، اذعان دارند که حیات یک پدیده منحصر به فرد در جهان نیست، باید در سیارات دیگر وجود داشته باشد. اما چگونه می توان آن را تشخیص داد؟ برای مدت طولانی، تنها یک روش برای جستجوی حیات وجود داشت که هنوز نتایج مثبتی به همراه نداشته است - با استفاده از سیگنال های رادیویی از بیگانگان. در پایان قرن بیستم، ایده جدیدی مطرح شد - استفاده از تلسکوپ برای جستجوی سیارات خارج از منظومه شمسی. شکار سیارات فراخورشیدی آغاز شده است. در سال 1995، اولین نمونه گرفتار شد: سیاره ای به جرم نیمی از مشتری، که به سرعت به دور ستاره پنجاه و یکم صورت فلکی پگاسوس می چرخد. در نتیجه تقریباً 10 سال جستجو، 118 منظومه سیاره ای حاوی 141 سیاره کشف شد. هیچ یک از این منظومه ها شبیه منظومه شمسی نیستند، هیچ یک از سیارات شبیه زمین نیستند. سیارات فراخورشیدی یافت شده از نظر جرم نزدیک به مشتری هستند، یعنی بسیار بزرگتر از زمین هستند. غول های دور به دلیل ویژگی های مدارشان برای زندگی نامناسب هستند. برخی از آنها بسیار نزدیک به ستاره خود می چرخند، به این معنی که سطوح آنها گرم است و هیچ آب مایعی وجود ندارد که در آن زندگی ایجاد شود. سیارات باقی مانده - اقلیت آنها - در امتداد یک مدار بیضی شکل دراز حرکت می کنند که به طور چشمگیری بر آب و هوا تأثیر می گذارد: تغییر فصل در آنجا باید بسیار شدید باشد و این برای موجودات مضر است.

این واقعیت که حتی یک منظومه سیاره ای از نوع خورشیدی کشف نشده است، منجر به اظهارات بدبینانه برخی از دانشمندان شده است. شاید سیارات سنگی کوچک در کیهان بسیار نادر باشند، یا زمین ما به طور کلی تنها سیاره در نوع خود باشد، یا شاید ما به سادگی دقت اندازه گیری ها را نداریم. اما امید آخرین بار می‌میرد و ستاره‌شناسان به پیشرفت روش‌های خود ادامه می‌دهند. اکنون سیارات را نه با رصد مستقیم، بلکه با علائم غیرمستقیم جستجو می کنند، زیرا قدرت تفکیک تلسکوپ ها کافی نیست. بنابراین، موقعیت غول های مشتری مانند از اختلال گرانشی که آنها در مدار ستارگان خود اعمال می کنند محاسبه می شود. در سال 2006، آژانس فضایی اروپا ماهواره Korot را به فضا پرتاب خواهد کرد که با کاهش درخشندگی یک ستاره در هنگام عبور از روی صفحه، سیاراتی به جرم زمین را جستجو می کند. همین روش برای شکار سیارات خواهد بود ماهواره ناساکپلر از سال 2007. در 2 سال دیگر، ناسا یک مأموریت تداخل سنجی فضایی را سازماندهی خواهد کرد - روشی بسیار حساس برای شناسایی سیارات کوچک از طریق برخورد آنها بر اجسام با جرم بزرگتر. تنها تا سال 2015 دانشمندان ابزارهایی برای رصد مستقیم خواهند ساخت - این یک ناوگان کامل از تلسکوپ های فضایی به نام "شکارچی سیاره ای از نوع زمین" خواهد بود که قادر به جستجوی همزمان نشانه های حیات است.

زمانی که سیارات مشابه زمین کشف شوند، دوران جدیدی در علم آغاز خواهد شد و دانشمندان هم اکنون خود را برای این رویداد آماده می کنند. از فاصله دور، باید بتوانید آثار حیات را در جو سیاره تشخیص دهید، حتی بدوی ترین اشکال آن - باکتری ها یا موجودات چند سلولی تک یاخته ای. احتمال کشف حیات بدوی در کیهان بیشتر از تماس با انسان‌های کوچک سبز است، زیرا بیش از 4 میلیارد سال است که حیات روی زمین وجود داشته است. تمدن پیشرفتهتنها یک قرن را شامل می شود. قبل از ظهور سیگنال های ساخته شده توسط انسان، فقط با وجود ترکیبات ویژه در جو - نشانگرهای زیستی - امکان یافتن وجود ما وجود داشت. بیومارکر اصلی ازن است که نشان دهنده وجود اکسیژن است. بخار آب نشان دهنده وجود آب مایع است. دی اکسید کربن و متان توسط برخی از گونه های موجودات زنده آزاد می شود. ماموریت داروین که دانشمندان اروپایی آن را در سال 2015 راه اندازی خواهند کرد، وظیفه جست و جوی نشانگرهای زیستی در سیارات دور را خواهد داشت. شش تلسکوپ فروسرخ در 1.5 میلیون کیلومتری زمین می چرخند و چندین هزار منظومه سیاره ای مجاور را بررسی می کنند. بر اساس میزان اکسیژن موجود در جو، پروژه داروین قادر به تعیین زندگی بسیار جوان، چند صد میلیون ساله است.

اگر تابش جو سیاره حاوی خطوط طیفی از سه ماده - ازن، بخار آب و متان باشد - این شواهد اضافی به نفع حضور حیات است. قدم بعدی تعیین نوع و درجه توسعه آن است. به عنوان مثال، وجود مولکول‌های کلروفیل به این معنی است که باکتری‌ها و گیاهانی در این سیاره وجود دارند که از فتوسنتز برای تولید انرژی استفاده می‌کنند. توسعه نسل بعدی نشانگرهای زیستی بسیار امیدوارکننده است، اما هنوز راه زیادی باقی مانده است.

منبع ارگانیک

اگر هیچ شرایطی بر روی زمین برای سنتز مواد آلی پیش بیولوژیکی وجود نداشت، آنها می توانستند در فضا باشند. در سال 1961، جان اورو، بیوشیمیدان آمریکایی مقاله ای در مورد منشاء دنباله دار مولکول های آلی منتشر کرد. زمین جوان که توسط اتمسفر متراکم محافظت نشده بود، مورد بمباران گسترده دنباله دارها قرار گرفت که عمدتاً از یخ تشکیل شده بودند، اما همچنین حاوی آمونیاک، فرمالدئید، هیدروژن سیانید، سیانواستیلن، آدنین و سایر ترکیبات لازم برای سنتز بیوژنیک اسیدهای آمینه هستند. اسیدهای نوکلئیک و اسیدهای چرب- اجزای اصلی سلول. به گفته ستاره شناسان، 1021 کیلوگرم ماده دنباله دار بر روی سطح زمین سقوط کرد. آب دنباله دارها اقیانوس هایی را تشکیل می دهد که زندگی پس از صدها میلیون سال در آن شکوفا شده است.

مشاهدات تأیید می کند که اجرام کیهانی و ابرهای غبار بین ستاره ای حاوی مواد آلی ساده و حتی اسیدهای آمینه هستند. تحلیل طیفیوجود آدنین و پورین را در دم دنباله دار هیلی باپ نشان داد و پیریمیدین در شهاب سنگ مورچیسون یافت شد. تشکیل این ترکیبات در فضا منافاتی با قوانین فیزیک و شیمی ندارد.

فرضیه دنباله دار در میان کیهان شناسان نیز محبوبیت دارد زیرا ظاهر حیات روی زمین را پس از شکل گیری ماه توضیح می دهد. به طور کلی پذیرفته شده است که تقریباً 4.5 میلیارد سال پیش زمین با یک جسم کیهانی عظیم برخورد کرد. سطح آن ذوب شد، بخشی از ماده به مدار پاشید، جایی که یک ماهواره کوچک - ماه را تشکیل داد. پس از چنین فاجعه ای، نباید هیچ ماده آلی یا آب روی این سیاره باقی می ماند. آنها از کجا آمده اند؟ ستاره های دنباله دار دوباره آنها را آوردند.

مشکل پلیمر

پروتئین های سلولی، DNA، RNA همگی پلیمرها هستند، مولکول های بسیار طولانی، مانند رشته ها. ساختار پلیمرها بسیار ساده است؛ آنها از قطعاتی تشکیل شده اند که به ترتیب خاصی تکرار می شوند. به عنوان مثال، سلولز رایج ترین مولکول در جهان است که در گیاهان یافت می شود. یک مولکول سلولز از ده‌ها هزار اتم کربن، هیدروژن و اکسیژن تشکیل شده است، اما در عین حال چیزی بیش از تکرارهای متعدد مولکول‌های گلوکز کوتاه‌تر است که به هم متصل شده‌اند، مانند یک گردنبند. پروتئین ها زنجیره ای از اسیدهای آمینه هستند. DNA و RNA دنباله ای از نوکلئوتیدها هستند. علاوه بر این، در مجموع اینها سکانس های بسیار طولانی هستند. بنابراین، ژنوم کشف شده انسان از 3 میلیارد جفت نوکلئوتید تشکیل شده است.

در داخل سلول، پلیمرها به طور مداوم از طریق واکنش های شیمیایی ماتریس پیچیده تولید می شوند. برای به دست آوردن پروتئین، باید گروه هیدروکسیل OH را از یک اسید آمینه از یک طرف و اتم هیدروژن را از طرف دیگر جدا کنید و تنها پس از آن اسید آمینه بعدی را "چسب" کنید. به راحتی می توان فهمید که آب در این فرآیند بارها و بارها تشکیل می شود. رهایی از آب، کم آبی، فرآیندی بسیار قدیمی است که کلید منشأ حیات است. چگونه این اتفاق افتاد وقتی که هیچ سلولی با کارخانه تولید پروتئین آن وجود نداشت؟ مشکلی نیز با یک حوض کم عمق گرم - مهد سیستم های زنده - ایجاد می شود. از این گذشته ، در حین پلیمریزاسیون ، آب باید حذف شود ، اما اگر مقدار زیادی از آن در اطراف باشد این غیرممکن است.

ژن خاک رس

باید چیزی در آبگوشت اولیه وجود داشته باشد که به تولد سیستم زنده کمک کرد، روند را تسریع کرد و انرژی را تأمین کرد. کریستالوگراف انگلیسی جان برنال در دهه 50 قرن بیستم پیشنهاد کرد که خاک رس معمولی که به وفور در کف هر آب پوشیده شده است، می تواند به عنوان یک دستیار عمل کند. مواد معدنی رسی به تشکیل پلیمرهای زیستی و پیدایش مکانیسم وراثت کمک کردند. فرضیه برنال در طول سال‌ها قوی‌تر شده و پیروان بسیاری را جذب کرده است. معلوم شد که ذرات خاک رس تابیده شده با انرژی ماوراء بنفش، ذخیره انرژی حاصل را ذخیره می کنند که صرف واکنش مونتاژ بیوپلیمر می شود. در حضور خاک رس، مونومرها به مولکول های خود-تکثیر شونده، چیزی شبیه RNA، جمع می شوند.

بیشتر کانی های رسی از نظر ساختار شبیه به پلیمرها هستند. آنها از تعداد زیادی لایه تشکیل شده اند که توسط ضعیف به یکدیگر متصل شده اند پیوندهای شیمیایی. چنین روبان معدنی به خودی خود رشد می کند، هر لایه بعدی لایه قبلی را تکرار می کند و گاهی اوقات نقص هایی رخ می دهد - جهش، مانند ژن های واقعی. شیمیدان اسکاتلندی A.J. کرنز اسمیت استدلال کرد که اولین موجود روی زمین دقیقاً "ژن رس" بود. با قرار گرفتن بین لایه‌های ذرات خاک رس، مولکول‌های آلی با آنها تعامل کردند، روش ذخیره‌سازی اطلاعات و رشد را، شاید بتوان گفت، آموختند. برای مدتی، مواد معدنی و حیات اولیه به طور مسالمت آمیز همزیستی داشتند، اما به گفته کرنز اسمیت، به زودی یک گسست یا تسلط ژنتیکی رخ داد، پس از آن زندگی خانه معدنی را ترک کرد و توسعه خود را آغاز کرد.

قدیمی ترین میکروب ها

شیل های سیاه 3.5 میلیارد ساله استرالیای غربی حاوی بقایای قدیمی ترین موجودات کشف شده روی زمین هستند. توپ ها و الیاف قابل مشاهده فقط در زیر میکروسکوپ متعلق به پروکاریوت ها هستند - میکروب هایی که سلول های آنها هنوز هسته ندارند و مارپیچ DNA مستقیماً در سیتوپلاسم قرار می گیرد. قدیمی ترین فسیل ها در سال 1993 توسط دیرینه زیست شناس آمریکایی ویلیام شوپ کشف شد. سنگ های آتشفشانی و رسوبی مجموعه پیلبارا، در غرب صحرای شنی بزرگ استرالیا، از قدیمی ترین سنگ های روی زمین هستند. در یک تصادف خوش شانس، این سازندها تحت تأثیر فرآیندهای زمین شناسی قدرتمند تغییر چندانی نداشتند و بقایای موجودات اولیه را در لایه های میانی حفظ کردند.

تأیید اینکه توپ‌ها و رشته‌های کوچک موجودات زنده در گذشته بودند دشوار بوده است. مجموعه ای از دانه های کوچک در یک سنگ می تواند هر چیزی باشد: مواد معدنی، مواد آلی غیر بیولوژیکی، یک توهم نوری. در مجموع، شوف 11 نوع فسیل مربوط به پروکاریوت ها را برشمرده است. به گفته این دانشمند، 6 مورد از آنها سیانوباکتری ها یا جلبک های سبز آبی هستند. گونه های مشابه هنوز روی زمین در آب های شیرین و اقیانوس ها، در چشمه های آب گرم و نزدیک آتشفشان ها وجود دارند. Schopf شش نشانه را برشمرده است که توسط آنها باید اشیاء مشکوک در شیل های سیاه را زنده در نظر گرفت.

این نشانه هاست:
1. فسیل ها از مواد آلی تشکیل شده اند
2. آنها دارند ساختار پیچیده- فیبرها از سلول تشکیل شده اند اشکال مختلف: سیلندر، جعبه، دیسک
3. اشیاء زیادی وجود دارد - در مجموع 200 فسیل شامل 1900 سلول است
4. اشیاء شبیه به یکدیگر هستند، مانند نمایندگان مدرن همان جمعیت
5. اینها موجوداتی بودند که به خوبی با شرایط زمین اولیه سازگار شده بودند. آنها در ته دریا زندگی می کردند که توسط لایه ضخیم آب و مخاط از اشعه ماوراء بنفش محافظت می شد.
6. این اشیاء مانند باکتری های مدرن تکثیر شدند، همانطور که یافته های سلول ها در مرحله تقسیم نشان می دهد.

کشف چنین سیانوباکتری های باستانی به این معنی است که تقریباً 3.5 میلیارد سال پیش موجوداتی وجود داشتند که دی اکسید کربن مصرف می کردند و اکسیژن تولید می کردند و می توانستند از آنها پنهان شوند. تابش خورشیدیو همانطور که انجام می دهند، از صدمات بهبود می یابند نماهای مدرن. زیست کره در حال حاضر شروع به شکل گیری کرده است. برای علم، این یک لحظه تلخ است. همانطور که ویلیام شوپ اعتراف می کند، در این گونه نژادهای ارجمند او ترجیح می دهد موجودات بدوی بیشتری پیدا کند. به هر حال، کشف سیانوباکترهای باستانی آغاز زندگی را به دوره ای از بین می برد. تاریخ زمین شناسیبرای همیشه، بعید است که زمین شناسان هرگز قادر به شناسایی و خواندن آن باشند. هر چه سنگ‌ها قدیمی‌تر باشند، مدت بیشتری تحت فشار، دما و هوا قرار می‌گیرند. علاوه بر استرالیای غربی، تنها یک مکان در این سیاره با سنگ‌های بسیار باستانی وجود دارد که فسیل‌هایی در آن یافت می‌شود - در شرق. آفریقای جنوبیدر پادشاهی سوازیلند اما صخره های آفریقا طی میلیاردها سال دستخوش تغییرات شگرف شده اند و آثار موجودات باستانی از بین رفته است.

در حال حاضر زمین شناسان آغاز حیات را در صخره های زمین پیدا نکرده اند. به طور دقیق، آنها به طور کلی نمی توانند فاصله زمانی زمانی که موجودات زنده هنوز وجود نداشتند را نام ببرند. آنها نمی توانند مراحل اولیه تکامل موجودات زنده را تا 3.5 میلیارد سال پیش ردیابی کنند. عمدتاً به دلیل فقدان شواهد زمین شناسی، معمای منشا حیات حل نشده باقی مانده است.

رئالیست و سوررئالیست

اولین کنفرانس انجمن بین المللی برای مطالعه منشاء حیات (ISSOL) در سال 1973 در بارسلون برگزار شد. نشان این کنفرانس توسط سالوادور دالی ترسیم شد. در اینجا چگونه بود. جان اورو، بیوشیمیدان آمریکایی، با این هنرمند دوست بود. در سال 1973، آنها در پاریس ملاقات کردند، در ماکسیم ناهار خوردند و به یک سخنرانی در مورد هولوگرافی رفتند. پس از سخنرانی، دالی به طور غیرمنتظره ای از دانشمند دعوت کرد تا روز بعد به هتل او بیاید. اورو از راه رسید و دالی طرحی را به او داد که نماد مشکل کایرالیته در سیستم‌های زنده بود. دو کریستال از یک حوضچه تراوش به شکل ساعت شنی معکوس رشد می کنند که به زمان محدود تکامل اشاره می کند. یک زن در سمت چپ نشسته است، مردی در سمت راست ایستاده و بال پروانه ای را در دست دارد و یک کرم DNA بین کریستال ها حلقه می زند. کریستال‌های کوارتز چپ و راست نشان‌داده‌شده در شکل از کتاب اوپارین به نام «منشأ حیات در زمین» در سال ۱۹۵۷ گرفته شده‌اند. در کمال تعجب دانشمند، دالی این کتاب را در اتاق خود نگه داشت! پس از کنفرانس، اوپارین ها به دیدار دالی در سواحل کاتالونیا رفتند. هر دو سلبریتی در حال چت کردن بودند. گفت و گوی طولانی بین رئالیست و سوررئالیست صورت گرفت که با زبان حالات و حرکات صورت متحرک شد - بالاخره اوپارین فقط روسی صحبت می کرد.

جهان RNA

در تئوری زیست زایی، جستجو برای منشأ حیات به ایده سیستمی ساده تر از یک سلول منجر می شود. سلول مدرن بسیار پیچیده است؛ کار آن بر سه ستون استوار است: DNA، RNA و پروتئین. ذخایر DNA اطلاعات ارثی، پروتئین ها واکنش های شیمیایی را طبق طرحی که در DNA تعبیه شده انجام می دهند، اطلاعات از DNA به پروتئین ها توسط RNA منتقل می شود. چه چیزی می تواند در یک سیستم ساده شده گنجانده شود؟ یکی از اجزای یک سلول که حداقل می تواند خود را تکثیر کند و متابولیسم را تنظیم کند.

تقریباً یک قرن است که جستجو برای یافتن باستانی ترین مولکول که زندگی با آن آغاز شده است. درست همانطور که زمین شناسان تاریخ زمین را از لایه های سنگی بازسازی می کنند، زیست شناسان نیز تکامل حیات را از ساختار سلول کشف می کنند. مجموعه ای از اکتشافات در قرن بیستم منجر به فرضیه ژنی که به طور خود به خودی تولید می شود، شد که مولد حیات شد. طبیعی است که فکر کنیم چنین ژنی می تواند یک مولکول DNA باشد، زیرا اطلاعات مربوط به ساختار و تغییرات آن را ذخیره می کند. به تدریج کشف شد که DNA خود نمی تواند اطلاعات را به نسل های دیگر منتقل کند؛ برای این کار به کمک هایی - RNA و پروتئین ها نیاز دارد. هنگامی که خواص جدید RNA در نیمه دوم قرن بیستم کشف شد، مشخص شد که این مولکول برای نقش اصلیدر نمایشنامه ای درباره منشا زندگی.

مولکول RNA از نظر ساختار ساده تر از DNA است. کوتاهتر است و از یک رشته تشکیل شده است. این مولکول می تواند به عنوان یک کاتالیزور عمل کند، یعنی واکنش های شیمیایی انتخابی را انجام دهد، به عنوان مثال، اسیدهای آمینه را با یکدیگر متصل کند، و به ویژه همانندسازی خود را انجام دهد، یعنی تولید مثل. همانطور که مشخص است، فعالیت کاتالیزوری انتخابی یکی از ویژگی های اصلی ذاتی در سیستم های زنده است. در سلول های مدرن، فقط پروتئین ها این عملکرد را انجام می دهند. شاید این توانایی به مرور زمان به آنها منتقل شد و زمانی این کار توسط RNA انجام می شد.

برای اینکه بفهمند RNA چه توانایی دیگری دارد، دانشمندان شروع به پرورش مصنوعی کردند. در محلول اشباع شده از مولکول های RNA، عمر خود آن در حال جوشیدن است. ساکنان قطعات را مبادله می کنند و خود را تکثیر می کنند، یعنی اطلاعات به فرزندان منتقل می شود. انتخاب خود به خودی مولکول ها در چنین کلنی شبیه انتخاب طبیعی است، به این معنی که می توان آن را کنترل کرد. درست همانطور که پرورش دهندگان نژادهای جدیدی از حیوانات را پرورش می دهند، آنها نیز شروع به رشد RNA با خواص مشخص کردند. به عنوان مثال، مولکول هایی که به دوختن نوکلئوتیدها به زنجیره های بلند کمک می کنند. مولکول های مقاوم در برابر دماهای بالا و غیره.

کلونی های مولکول در ظروف پتری، دنیای RNA هستند، فقط مصنوعی. دنیای طبیعی RNA ممکن است 4 میلیارد سال پیش در گودال‌های گرم و دریاچه‌های کم عمق که در آن مولکول‌ها به طور خودبه‌خودی تکثیر می‌شوند، پدید آمده باشد. به تدریج، مولکول ها شروع به جمع شدن در جوامع کردند و با یکدیگر برای مکانی در خورشید رقابت کردند، بهترین مکان باقیمانده. درست است که انتقال اطلاعات در چنین مستعمراتی نادرست اتفاق می افتد و ممکن است ویژگی های تازه به دست آمده یک "فرد" فردی از بین برود، اما این کمبود با تعداد زیادی ترکیب پوشش داده می شود. انتخاب RNA خیلی سریع انجام شد و یک سلول می توانست در نیم میلیارد سال به وجود بیاید. پس از ایجاد انگیزه برای ظهور حیات، جهان RNA ناپدید نشد، بلکه در درون همه موجودات روی زمین وجود دارد.

دنیای RNA تقریباً زنده است؛ تنها یک مرحله برای احیای کامل آن باقی مانده است - تولید یک سلول. سلول توسط یک غشای قوی از محیط جدا می شود، به این معنی که مرحله بعدی در تکامل جهان RNA، محصور شدن کلنی ها است، جایی که مولکول ها به یکدیگر مرتبط هستند، در یک غشای چربی. چنین پروتوسلی می‌توانست به طور تصادفی ایجاد شود، اما برای تبدیل شدن به یک سلول زنده کامل، غشاء باید نسل به نسل تکثیر می‌شد. با استفاده از انتخاب مصنوعی، RNA که مسئول رشد غشاء است را می توان به کلونی تبدیل کرد، اما آیا واقعاً این اتفاق افتاده است؟ نویسندگان آزمایشات مؤسسه فناوری ماساچوست در ایالات متحده تأکید می کنند که نتایج به دست آمده در آزمایشگاه لزوماً شبیه به مجموعه واقعی یک سلول زنده نخواهد بود و ممکن است کاملاً از واقعیت دور باشد. با این حال، هنوز امکان ایجاد یک سلول زنده در یک لوله آزمایش وجود ندارد. دنیای RNA اسرار خود را به طور کامل فاش نکرده است.

این سؤال که چه زمانی حیات بر روی زمین ظاهر شد، نه تنها دانشمندان، بلکه همه مردم را نیز نگران کرده است. پاسخ به آن

تقریبا همه ادیان اگرچه هنوز پاسخ علمی دقیقی برای این سوال وجود ندارد، اما برخی از حقایق به ما اجازه می دهند تا فرضیه های کم و بیش معقولی را مطرح کنیم. محققان یک نمونه سنگ را در گرینلند پیدا کردند

با یک پاشش کوچک کربن سن نمونه بیش از 3.8 میلیارد سال است. منبع کربن به احتمال زیاد نوعی ماده آلی بود - در این مدت ساختار خود را کاملاً از دست داد. دانشمندان بر این باورند که این توده کربن ممکن است قدیمی ترین اثر حیات روی زمین باشد.

زمین بدوی چه شکلی بود؟

بیایید سریع به 4 میلیارد سال پیش برویم. جو حاوی اکسیژن آزاد نیست، فقط در اکسیدها یافت می شود. تقریباً هیچ صدایی جز سوت باد، صدای خش خش آب فوران با گدازه و برخورد شهاب سنگ ها به سطح زمین وجود ندارد. نه گیاه، نه حیوان، نه باکتری. شاید زمانی که حیات روی آن ظاهر شد، کره زمین به این شکل بود؟ اگرچه این مشکل از دیرباز مورد توجه بسیاری از محققان بوده است، نظرات آنها در این مورد بسیار متفاوت است. سنگ ها می توانستند شرایط روی زمین را در آن زمان نشان دهند، اما مدت ها پیش در نتیجه فرآیندها و حرکات زمین شناسی از بین رفتند. پوسته زمین.

در این مقاله به طور خلاصه در مورد چندین فرضیه برای منشأ حیات صحبت خواهیم کرد که بازتاب ایده های علمی مدرن است. به گفته استنلی میلر، کارشناس مشهور در زمینه منشاء حیات، می توان در مورد منشاء حیات و آغاز تکامل آن از لحظه ای صحبت کرد که مولکول های آلی به صورت خودسازماندهی به ساختارهایی تبدیل شدند که قادر به بازتولید خود بودند. . اما این سؤالات دیگری را ایجاد می کند: چگونه این مولکول ها به وجود آمدند. چرا آنها می توانند خود را بازتولید کنند و در ساختارهایی که باعث پیدایش موجودات زنده شده است جمع شوند. چه شرایطی برای این مورد نیاز است؟

بر اساس یک فرضیه، زندگی در یک تکه یخ آغاز شد. اگرچه بسیاری از دانشمندان معتقدند که دی اکسید کربن موجود در اتمسفر شرایط گلخانه ای را حفظ می کند، برخی دیگر معتقدند که زمستان بر روی زمین حکمفرما بوده است. در دماهای پایین، تمام ترکیبات شیمیایی پایدارتر هستند و بنابراین می توانند در مقادیر بیشتری نسبت به دماهای بالا تجمع کنند. تکه‌های شهاب‌سنگ که از فضا آورده می‌شوند، انتشار از دریچه‌های گرمابی و واکنش‌های شیمیایی که در جریان تخلیه‌های الکتریکی در جو رخ می‌دهند، منابع آمونیاک و ترکیبات آلی مانند فرمالدئید و سیانید بودند. با ورود به آب اقیانوس جهانی، همراه با آن یخ زدند. در ستون یخ، مولکول های مواد آلی به هم نزدیک شدند و وارد فعل و انفعالاتی شدند که منجر به تشکیل گلیسین و سایر اسیدهای آمینه شد. اقیانوس پوشیده از یخ بود که ترکیبات تازه تشکیل شده را از تخریب توسط اشعه ماوراء بنفش محافظت می کرد. برای مثال، اگر یک شهاب سنگ عظیم بر روی سیاره سقوط کند، این دنیای یخی می تواند ذوب شود (شکل 1).

چارلز داروین و معاصرانش بر این باور بودند که زندگی می تواند در یک توده آب به وجود آمده باشد. بسیاری از دانشمندان هنوز به این دیدگاه پایبند هستند. در یک مخزن بسته و نسبتاً کوچک، مواد آلی که توسط آبهای جاری به آن وارد می شود، می توانند به مقدار لازم تجمع کنند. سپس این ترکیبات بیشتر بر روی سطوح داخلی مواد معدنی لایه‌ای متمرکز شدند که می‌توانست واکنش‌ها را کاتالیز کند. به عنوان مثال، دو مولکول فسفالدئید که روی سطح یک ماده معدنی به هم رسیدند، با یکدیگر واکنش نشان دادند تا یک مولکول کربوهیدرات فسفریله شده، پیش‌ساز احتمالی اسید ریبونوکلئیک را تشکیل دهند (شکل 2).

یا شاید زندگی در مناطق فعالیت آتشفشانی به وجود آمده است؟ زمین بلافاصله پس از شکل گیری، توپی از ماگما بود که آتش تنفس می کرد. در طول فوران های آتشفشانی و با گازهای آزاد شده از ماگمای مذاب، سطح زمینمختلف مواد شیمیایی، برای سنتز مولکول های آلی ضروری است. بنابراین، مولکول‌های مونوکسید کربن، زمانی که روی سطح ماده معدنی پیریت، که دارای خواص کاتالیزوری است، قرار می‌گیرند، می‌توانند با ترکیباتی که دارای گروه‌های متیل هستند، واکنش دهند و اسید استیک را تشکیل دهند که سپس ترکیبات آلی دیگر از آن سنتز شدند (شکل 3).

برای اولین بار، دانشمند آمریکایی استنلی میلر موفق شد مولکول های آلی - اسیدهای آمینه - را در شرایط آزمایشگاهی شبیه سازی مولکول هایی که در زمین اولیه در سال 1952 بودند به دست آورد. سپس این آزمایش ها تبدیل به یک احساس شد و نویسنده آنها شهرت جهانی به دست آورد. او در حال حاضر به انجام تحقیقات در زمینه شیمی پری بیوتیک (قبل از زندگی) در دانشگاه کالیفرنیا ادامه می دهد. نصبی که اولین آزمایش بر روی آن انجام شد، سیستمی از فلاسک ها بود که در یکی از آنها می توان یک تخلیه الکتریکی قدرتمند با ولتاژ 100000 ولت به دست آورد.

میلر این فلاسک را با گازهای طبیعی - متان، هیدروژن و آمونیاک که در جو زمین اولیه وجود داشت پر کرد. در فلاسک واقع در زیر هیچ وجود نداشت تعداد زیادی ازآب شبیه سازی اقیانوس تخلیه الکتریکیقدرت آن نزدیک به رعد و برق بود و میلر انتظار داشت که تحت تأثیر آن ترکیبات شیمیایی تشکیل شود که وقتی وارد آب می شوند با یکدیگر واکنش می دهند و مولکول های پیچیده تری را تشکیل می دهند.

نتیجه فراتر از همه انتظارات بود. میلر پس از خاموش کردن نصب در عصر و بازگشت صبح روز بعد، متوجه شد که آب داخل فلاسک رنگ زرد به خود گرفته است. آنچه پدیدار شد سوپی از اسیدهای آمینه، بلوک های سازنده پروتئین ها بود. بنابراین، این آزمایش نشان داد که چگونه به راحتی می توان مواد اولیه حیات را تشکیل داد. تنها چیزی که نیاز بود مخلوطی از گازها، یک اقیانوس کوچک و کمی رعد و برق بود.

دانشمندان دیگر تمایل دارند بر این باورند که جو باستانی زمین با جوی که میلر مدلسازی کرده بود متفاوت بوده و به احتمال زیاد از دی اکسید کربن و نیتروژن تشکیل شده است. شیمیدانان با استفاده از این مخلوط گاز و مجموعه آزمایشی میلر سعی کردند ترکیبات آلی تولید کنند. با این حال، غلظت آنها در آب به اندازه ای ناچیز بود که اگر یک قطره رنگ خوراکی در یک استخر شنا حل شود. به طور طبیعی، تصور اینکه چگونه زندگی در چنین محلول رقیق ایجاد می شود دشوار است.

اگر واقعاً سهم فرآیندهای زمینی در ایجاد ذخایر مواد آلی اولیه بسیار ناچیز بود، پس از کجا آمده است؟ شاید از فضا؟ سیارک ها، دنباله دارها، شهاب سنگ ها و حتی ذرات غبار بین سیاره ای می توانند حامل ترکیبات آلی از جمله اسیدهای آمینه باشند. این اجرام فرازمینی می توانند مقادیر کافی از ترکیبات آلی را برای منشا حیات برای ورود به اقیانوس اولیه یا حجم کوچکی از آب فراهم کنند.

توالی و فاصله زمانی رویدادها، که از شکل گیری ماده آلی اولیه شروع می شود و با ظهور حیات به این شکل ختم می شود، باقی می ماند و احتمالاً برای همیشه به عنوان یک راز باقی خواهد ماند که بسیاری از محققان را نگران می کند و همچنین این سؤال که چیست. در واقع آن را زندگی در نظر بگیرید.

در حال حاضر تعاریف علمی متعددی از زندگی وجود دارد، اما همه آنها دقیق نیستند. برخی از آنها به قدری پهن هستند که اجسام بی جان مانند آتش یا کریستال های معدنی زیر آنها می افتند. برخی دیگر بیش از حد باریک هستند و به گفته آنها قاطرهایی که فرزندانی به دنیا نمی آورند زنده شناخته نمی شوند.

یکی از موفق‌ترین‌ها زندگی را خودپایدار تعریف می‌کند سیستم شیمیایی، قادر به رفتار مطابق با قوانین تکامل داروینی است. این بدان معناست که اولاً گروهی از افراد زنده باید فرزندانی شبیه به خود بیاورند که خصوصیات والدین خود را به ارث ببرند. ثانیاً، نسل‌های فرزندان باید پیامدهای جهش‌ها را نشان دهند - تغییرات ژنتیکی که توسط نسل‌های بعدی به ارث می‌رسد و باعث تنوع جمعیت می‌شود. و ثالثاً لازم است سیستم کار کند انتخاب طبیعیدر نتیجه برخی از افراد نسبت به دیگران برتری پیدا می کنند و در شرایط تغییر یافته زنده می مانند و فرزندانی تولید می کنند.

چه عناصری از سیستم برای داشتن ویژگی های یک موجود زنده ضروری بود؟ عدد بزرگبیوشیمی دانان و زیست شناسان مولکولی معتقدند که مولکول های RNA دارای خواص لازم هستند. RNA - اسیدهای ریبونوکلئیک - مولکولهای خاصی هستند. برخی از آنها می توانند تکثیر شوند، جهش پیدا کنند، بنابراین اطلاعات را منتقل می کنند، و بنابراین، می توانند در انتخاب طبیعی شرکت کنند. درست است، آنها خودشان قادر به کاتالیز کردن فرآیند همانندسازی نیستند، اگرچه دانشمندان امیدوارند در آینده نزدیک یک قطعه RNA با چنین عملکردی پیدا شود. سایر مولکول‌های RNA در "خواندن" اطلاعات ژنتیکی و انتقال آن به ریبوزوم‌ها، جایی که سنتز مولکول‌های پروتئین رخ می‌دهد، که نوع سوم مولکول‌های RNA در آن شرکت می‌کنند، نقش دارند.

بنابراین، ابتدایی ترین سیستم زنده را می توان با تکثیر مولکول های RNA، دستخوش جهش و قرار گرفتن در معرض انتخاب طبیعی نشان داد. در جریان تکامل، بر اساس RNA، مولکول‌های DNA تخصصی - نگهبانان اطلاعات ژنتیکی - و مولکول‌های پروتئینی کمتر تخصصی به وجود آمدند که کارکردهای کاتالیزور را برای سنتز همه مولکول‌های بیولوژیکی در حال حاضر شناخته‌شده به عهده گرفتند.

در برهه‌ای از زمان، یک «سیستم زنده» از DNA، RNA و پروتئین در داخل کیسه‌ای که توسط غشای لیپیدی تشکیل شده بود، پناه گرفت و این ساختار، که بیشتر از تأثیرات خارجی محافظت می‌شد، به عنوان نمونه اولیه از اولین سلول‌هایی بود که به وجود آمدند. به سه شاخه اصلی زندگی که در دنیای مدرن توسط باکتری ها، باستانی ها و یوکاریوت ها نشان داده شده است. در مورد تاریخ و توالی ظهور چنین سلول های اولیه، این یک راز باقی مانده است. علاوه بر این، طبق برآوردهای احتمالی ساده، زمان کافی برای انتقال تکاملی از مولکول های آلی به اولین موجودات وجود ندارد - اولین ساده ترین موجودات خیلی ناگهانی ظاهر شدند.

برای سال‌های متمادی، دانشمندان بر این باور بودند که بعید بود که حیات در دوره‌ای که زمین دائماً در معرض برخورد با ستاره‌های دنباله‌دار و شهاب‌سنگ‌های بزرگ بود، ظهور و توسعه یافته باشد، دوره‌ای که تقریباً 3.8 میلیارد سال پیش به پایان رسید. با این حال، اخیراً آثاری از ساختارهای سلولی پیچیده با قدمت حداقل 3.86 میلیارد سال در قدیمی‌ترین سنگ‌های رسوبی روی زمین که در جنوب غربی گرینلند یافت شده‌اند، کشف شده است. این بدان معناست که اولین اشکال حیات می توانست میلیون ها سال قبل از توقف بمباران سیاره ما توسط اجرام بزرگ کیهانی بوجود آمده باشد. اما پس از آن یک سناریوی کاملا متفاوت ممکن است (شکل 4).

اجسام فضایی که به زمین می‌افتند می‌توانند نقش اصلی در پیدایش حیات در سیاره ما داشته باشند، زیرا به گفته تعدادی از محققان، سلول‌هایی شبیه باکتری‌ها می‌توانستند در سیاره دیگری به وجود آمده و سپس همراه با سیارک‌ها به زمین برسند. یکی از شواهدی که از نظریه منشأ حیات فرازمینی حمایت می کند در داخل شهاب سنگی به شکل سیب زمینی به نام ALH84001 یافت شد. این شهاب سنگ در ابتدا تکه ای از پوسته مریخ بود که پس از برخورد یک سیارک عظیم با سطح مریخ که حدود 16 میلیون سال پیش اتفاق افتاد، در اثر انفجاری به فضا پرتاب شد. و 13 هزار سال پیش، پس از یک سفر طولانی در منظومه شمسی، این قطعه سنگ مریخ به شکل یک شهاب سنگ در قطب جنوب فرود آمد، جایی که اخیراً کشف شد. مطالعه دقیق این شهاب‌سنگ ساختارهای میله‌ای شبیه باکتری‌های فسیل‌شده درون آن را نشان داد که منجر به بحث‌های علمی داغ درباره احتمال وجود حیات در اعماق پوسته مریخ شد. این اختلافات تا سال 2005 که اداره ملی هوانوردی آمریکا بود، حل نخواهد شد تحقیقات فضاییایالات متحده برنامه ای را برای پرواز یک فضاپیمای بین سیاره ای به مریخ برای نمونه برداری از پوسته مریخ و تحویل نمونه ها به زمین اجرا خواهد کرد. و اگر دانشمندان موفق شوند ثابت کنند که زمانی میکروارگانیسم‌ها در مریخ زندگی می‌کرده‌اند، می‌توانیم با اطمینان بیشتری در مورد منشاء فرازمینی حیات و امکان آوردن حیات از فضای بیرونی صحبت کنیم (شکل 5).

برنج. 5. منشا ما از میکروب هاست.

ما از اشکال زندگی باستانی چه چیزی به ارث برده ایم؟ مقایسه موجودات تک سلولی با سلول های انسانی شباهت های زیادی را نشان می دهد.

1. تولید مثل جنسی دو سلول تولید مثل جلبک تخصصی - گامت - جفت می شوند تا سلولی را تشکیل دهند که حامل مواد ژنتیکی از هر دو والدین است. این به طرز قابل توجهی یادآور لقاح تخمک انسان توسط اسپرم است.

2. مژه ها مژک های نازک روی سطح یک پارامسیوم تک سلولی مانند پاروهای کوچک تاب می خورد و حرکت آن را در جستجوی غذا فراهم می کند. مژک های مشابه مجرای تنفسی انسان را می پوشانند، مخاط ترشح می کنند و ذرات خارجی را به دام می اندازند.

3. گرفتن سلول های دیگر آمیب غذا را جذب می‌کند و آن را با شبه‌پایه‌ای احاطه می‌کند که از امتداد و طویل شدن بخشی از سلول تشکیل می‌شود. در بدن حیوان یا انسان، سلول های خونی آمیبوئید به طور مشابه کاذب خود را گسترش می دهند تا باکتری های خطرناک را ببلعد. این فرآیند فاگوسیتوز نامیده می شود.

4. میتوکندری اولین سلول‌های یوکاریوتی زمانی به وجود آمدند که آمیب سلول‌های پروکاریوتی باکتری‌های هوازی را که به میتوکندری تبدیل شدند، گرفت. و اگرچه باکتری ها و میتوکندری های یک سلول (لوزالمعده) خیلی شبیه نیستند، اما آنها یک وظیفه دارند - تولید انرژی از طریق اکسیداسیون غذا.

5. تاژک تاژک بلند اسپرم انسان به آن اجازه می دهد با سرعت بالا حرکت کند. باکتری ها و یوکاریوت های ساده نیز تاژک هایی با ساختار داخلی مشابه دارند. این شامل یک جفت میکروتوبول است که توسط 9 لوله دیگر احاطه شده است.

تکامل حیات روی زمین: از ساده به پیچیده

در حال حاضر و احتمالاً در آینده، علم قادر نخواهد بود به این سؤال پاسخ دهد که اولین موجودی که روی زمین ظاهر شد - اجدادی که سه شاخه اصلی درخت زندگی از آن سرچشمه گرفته است، چگونه بود. یکی از شاخه ها یوکاریوت ها هستند که سلول های آنها دارای هسته تشکیل شده حاوی مواد ژنتیکی و اندامک های تخصصی هستند: میتوکندری های تولید کننده انرژی، واکوئل ها و غیره. ارگانیسم های یوکاریوتی شامل جلبک ها، قارچ ها، گیاهان، حیوانات و انسان ها هستند.

شاخه دوم باکتری ها هستند - موجودات تک سلولی پروکاریوتی (پیش هسته ای) که هسته و اندامک های مشخصی ندارند. و در نهایت، شاخه سوم، موجودات تک سلولی به نام آرکیا یا آرکی باکتری ها هستند که سلول های آنها ساختاری مشابه پروکاریوت ها دارند، اما ساختار شیمیایی کاملاً متفاوتی از لیپیدها دارند.

بسیاری از آرکی باکتری ها می توانند در شرایط محیطی بسیار نامطلوب زنده بمانند. برخی از آنها گرما دوست هستند و فقط در چشمه های آب گرم با دمای 90 درجه سانتیگراد یا حتی بالاتر زندگی می کنند، جایی که سایر موجودات به سادگی می میرند. این موجودات تک سلولی که در چنین شرایطی احساس خوبی دارند، مواد حاوی آهن و گوگرد و همچنین تعدادی از ترکیبات شیمیایی، برای سایر اشکال حیات سمی است. به گفته دانشمندان، باستان‌باکتری‌های گرمادوست یافت شده موجودات بسیار بدوی و از نظر تکاملی، خویشاوندان نزدیک قدیمی‌ترین اشکال حیات روی زمین هستند.

جالب است که نمایندگان مدرن هر سه شاخه زندگی، که بیشتر شبیه به اجداد خود هستند، هنوز در مکان هایی با درجه حرارت بالا زندگی می کنند. بر این اساس، برخی از دانشمندان تمایل دارند بر این باورند که به احتمال زیاد، زندگی در حدود 4 میلیارد سال پیش در کف اقیانوس در نزدیکی چشمه های آب گرم به وجود آمده است و جریان های غنی از فلزات و مواد پرانرژی را فوران می کند. این ترکیبات در تعامل با یکدیگر و با آب اقیانوس عقیم آن زمان، وارد طیف گسترده ای از واکنش های شیمیایی شدند، این ترکیبات باعث ایجاد مولکول های اساسی جدید شدند. بنابراین، برای ده ها میلیون سال، بزرگترین غذا - زندگی - در این "آشپزخانه شیمیایی" تهیه می شد. و حدود 4.5 میلیارد سال پیش، موجودات تک سلولی روی زمین ظاهر شدند که وجود تنهایی آنها در سراسر دوره پرکامبرین ادامه داشت.

انفجار تکاملی که باعث پیدایش موجودات چند سلولی شد بسیار دیرتر، کمی بیش از نیم میلیارد سال پیش رخ داد. اگرچه میکروارگانیسم ها آنقدر کوچک هستند که یک قطره آب می تواند حاوی میلیاردها باشد، اما مقیاس کار آنها بسیار زیاد است.

اعتقاد بر این است که در ابتدا اکسیژن آزاد در جو زمین و اقیانوس ها وجود نداشت و در این شرایط فقط میکروارگانیسم های بی هوازی زندگی می کردند و رشد می کردند. گام ویژه ای در تکامل موجودات زنده، ظهور باکتری های فتوسنتزی بود که با استفاده از انرژی نور، دی اکسید کربن را به ترکیبات کربوهیدراتی تبدیل کردند که به عنوان غذا برای سایر میکروارگانیسم ها عمل می کرد. اگر اولین فتوسنتزی‌ها متان یا سولفید هیدروژن تولید می‌کردند، جهش‌هایی که زمانی ظاهر می‌شدند شروع به تولید اکسیژن در طول فتوسنتز کردند. همانطور که اکسیژن در جو و آب انباشته می شود، باکتری های بی هوازی که برای آنها مخرب است، سوله های بدون اکسیژن را اشغال کردند.

فسیل‌های باستانی کشف شده در استرالیا با قدمت 3.46 میلیارد سال، ساختارهایی را نشان داده‌اند که گمان می‌رود بقایای سیانوباکتری‌ها، اولین میکروارگانیسم‌های فتوسنتزی باشند. تسلط قبلی میکروارگانیسم‌های بی‌هوازی و سیانوباکتری‌ها توسط استروماتولیت‌های موجود در آب‌های کم‌عمق ساحلی توده‌های آب نمک آلوده نشان داده می‌شود. شکل آنها شبیه تخته سنگ های بزرگ است و نشان دهنده یک جامعه جالب از میکروارگانیسم های ساکن در سنگ های آهکی یا دولومیت است که در نتیجه فعالیت زندگی آنها شکل گرفته است. تا عمق چند سانتی متری سطح، استروماتولیت ها با میکروارگانیسم ها اشباع شده اند: در واقع لایه بالاییسیانوباکتری های فتوسنتزی که اکسیژن زنده تولید می کنند. باکتری‌های عمیق‌تری یافت می‌شوند که تا حدودی نسبت به اکسیژن متحمل هستند و به نور نیاز ندارند. در لایه زیرین باکتری هایی وجود دارد که فقط در غیاب اکسیژن می توانند زندگی کنند. این میکروارگانیسم‌ها که در لایه‌های مختلف قرار دارند، سیستمی را تشکیل می‌دهند که با روابط پیچیده بین آنها، از جمله روابط غذایی، متحد شده است. در پشت فیلم میکروبی سنگی وجود دارد که در نتیجه برهمکنش بقایای میکروارگانیسم های مرده با کربنات کلسیم محلول در آب ایجاد شده است. دانشمندان بر این باورند که زمانی که هیچ قاره ای در زمین اولیه وجود نداشت و تنها مجمع الجزایری از آتشفشان ها از سطح اقیانوس بلند می شدند، آب های کم عمق مملو از استروماتولیت ها بودند.

در نتیجه فعالیت سیانوباکتری های فتوسنتزی، اکسیژن در اقیانوس ظاهر شد و تقریباً 1 میلیارد سال پس از آن، شروع به تجمع در جو کرد. ابتدا اکسیژن به دست آمده با آهن حل شده در آب برهمکنش کرد که منجر به ظهور اکسیدهای آهن شد که به تدریج در پایین رسوب کردند. بنابراین، طی میلیون ها سال، با مشارکت میکروارگانیسم ها، ذخایر عظیم سنگ آهن به وجود آمد که امروزه فولاد از آن ذوب می شود.

سپس، هنگامی که بخش عمده ای از آهن موجود در اقیانوس ها اکسید شد و دیگر قادر به اتصال اکسیژن نبود، به شکل گازی به جو فرار کرد.

پس از اینکه سیانوباکترهای فتوسنتزی منبع خاصی از مواد آلی غنی از انرژی را از دی اکسید کربن ایجاد کردند و جو زمین را با اکسیژن غنی کردند، باکتری های جدیدی به وجود آمدند - هوازی که فقط در حضور اکسیژن می توانند وجود داشته باشند. آنها برای اکسیداسیون (احتراق) ترکیبات آلی به اکسیژن نیاز دارند و بخش قابل توجهی از انرژی حاصله به شکل بیولوژیکی در دسترس - آدنوزین تری فسفات (ATP) تبدیل می شود. این فرآیند از نظر انرژی بسیار مطلوب است: باکتری های بی هوازی، هنگام تجزیه یک مولکول گلوکز، تنها 2 گلوکز دریافت می کنند. مولکول های ATPو باکتری های هوازی که از اکسیژن استفاده می کنند دارای 36 مولکول ATP هستند.

با ظهور اکسیژن کافی برای یک سبک زندگی هوازی، سلول های یوکاریوتی نیز شروع به کار کردند، که برخلاف باکتری ها دارای هسته و اندامک هایی مانند میتوکندری، لیزوزوم ها و در جلبک ها و گیاهان عالی - کلروپلاست ها هستند که در آن واکنش های فتوسنتزی انجام می شود. یک فرضیه جالب و مستدل در مورد پیدایش و توسعه یوکاریوت ها وجود دارد که تقریباً 30 سال پیش توسط محقق آمریکایی ال. مارگولیس بیان شده است. بر اساس این فرضیه، میتوکندری هایی که به عنوان کارخانه های انرژی در سلول یوکاریوتی عمل می کنند، باکتری های هوازی هستند و کلروپلاست های سلول های گیاهی که فتوسنتز در آنها اتفاق می افتد، سیانوباکتری هستند که احتمالاً حدود 2 میلیارد سال پیش توسط آمیب های اولیه جذب شده اند. در نتیجه فعل و انفعالات متقابل سودمند، باکتری های جذب شده به همزیستی داخلی تبدیل شدند و یک سیستم پایدار با سلولی که آنها را جذب می کرد - یک سلول یوکاریوتی - تشکیل دادند.

مطالعات بقایای فسیلی موجودات موجود در سنگ‌ها در سنین مختلف زمین‌شناسی نشان داده است که برای صدها میلیون سال پس از پیدایش، اشکال حیات یوکاریوتی توسط موجودات تک سلولی کروی میکروسکوپی مانند مخمر نمایش داده می‌شد و تکامل تکاملی آنها با سرعت بسیار پایینی پیش می‌رفت. سرعت اما کمی بیش از 1 میلیارد سال پیش، بسیاری از گونه های جدید یوکاریوت ها ظهور کردند که جهشی چشمگیر در تکامل حیات را نشان دادند.

اول از همه، این به دلیل ظهور تولید مثل جنسی بود. و اگر باکتری ها و یوکاریوت های تک سلولی با تولید نسخه های ژنتیکی یکسان از خود و بدون نیاز به شریک جنسی تکثیر شوند، تولید مثل جنسی در موجودات یوکاریوتی بسیار سازمان یافته به شرح زیر اتفاق می افتد. دو سلول جنسی هاپلوئید از والدین که دارای یک مجموعه کروموزوم هستند، با هم ترکیب می شوند و یک زیگوت را تشکیل می دهند که دارای مجموعه ای دوگانه از کروموزوم ها با ژن های هر دو شریک است، که فرصت هایی را برای ترکیب ژن های جدید ایجاد می کند. پیدایش تولید مثل جنسی منجر به پیدایش موجودات جدیدی شد که وارد عرصه تکامل شدند.

سه چهارم از کل وجود حیات روی زمین منحصراً توسط میکروارگانیسم ها نشان داده می شد تا اینکه یک جهش کیفی در تکامل رخ داد که منجر به ظهور موجودات بسیار سازمان یافته از جمله انسان شد. بیایید نقاط عطف اصلی در تاریخ حیات روی زمین را در یک خط نزولی دنبال کنیم.

1.2 میلیارد سال پیش انفجاری از تکامل رخ داد که ناشی از ظهور تولید مثل جنسی بود و با ظهور اشکال زندگی بسیار سازمان یافته - گیاهان و حیوانات مشخص شد.

شکل گیری تغییرات جدید در ژنوتیپ مخلوط که در طی تولید مثل جنسی به وجود می آید خود را به شکل تنوع زیستی اشکال جدید زندگی نشان داد.

2 میلیارد سال پیش، سلول های یوکاریوتی پیچیده زمانی ظاهر شدند که موجودات تک سلولی ساختار خود را با جذب سایر سلول های پروکاریوتی پیچیده کردند. برخی از آنها - باکتری های هوازی - به میتوکندری - ایستگاه های انرژی برای تنفس اکسیژن تبدیل شدند. برخی دیگر - باکتری های فتوسنتزی - شروع به فتوسنتز در داخل سلول میزبان کردند و به کلروپلاست در جلبک ها و سلول های گیاهی تبدیل شدند. سلول‌های یوکاریوتی که دارای این اندامک‌ها و یک هسته کاملاً متمایز حاوی مواد ژنتیکی هستند، همه اشکال پیچیده زندگی مدرن را تشکیل می‌دهند - از قالب گرفته تا انسان.

3.9 میلیارد سال پیش، موجودات تک سلولی ظاهر شدند که احتمالاً شبیه باکتری‌ها و باستان‌باکتری‌های امروزی بودند. سلول‌های پروکاریوتی قدیمی و مدرن ساختار نسبتاً ساده‌ای دارند: آنها هسته تشکیل‌شده و اندامک‌های تخصصی ندارند، سیتوپلاسم ژله‌مانند آنها حاوی ماکرومولکول‌های DNA - حامل‌های اطلاعات ژنتیکی، و ریبوزوم‌هایی است که سنتز پروتئین روی آنها اتفاق می‌افتد، و انرژی تولید می‌شود. غشای سیتوپلاسمی اطراف سلول

4 میلیارد سال پیش، RNA به طور مرموزی پدیدار شد. این احتمال وجود دارد که از مولکول های آلی ساده تری که در زمین اولیه ظاهر شده اند تشکیل شده باشد. اعتقاد بر این است که مولکول های RNA باستانی عملکرد حامل اطلاعات ژنتیکی و کاتالیزورهای پروتئینی را داشتند، آنها قادر به تکثیر (خود تکراری)، جهش یافته بودند و در معرض انتخاب طبیعی بودند. در سلول های مدرن، RNA این ویژگی ها را ندارد یا ندارد، اما به عنوان واسطه ای در انتقال اطلاعات ژنتیکی از DNA به ریبوزوم ها که در آن سنتز پروتئین اتفاق می افتد، نقش بسیار مهمی ایفا می کند.

A.L. پروخوروف
بر اساس مقاله ای از ریچارد موناسترسکی
در مجله نشنال جئوگرافیک، 1998 شماره 3

مفهوم مدرن منشا حیات روی زمین نتیجه یک سنتز گسترده است علوم طبیعی، بسیاری از نظریه ها و فرضیه های مطرح شده توسط محققان در تخصص های مختلف.

برای پیدایش حیات روی زمین، جو اولیه (سیاره) مهم است.

جو اولیه زمین حاوی متان، آمونیاک، بخار آب و هیدروژن بود. با قرار دادن مخلوط این گازها در معرض بارهای الکتریکی و تابش فرابنفش، دانشمندان توانستند مواد آلی پیچیده ای را به دست آورند که بخشی از پروتئین های زنده هستند. "بلوک های سازنده" اولیه موجودات زنده عبارتند از: عناصر شیمیاییمانند کربن، اکسیژن، نیتروژن و هیدروژن.

یک سلول زنده بر حسب وزن دارای 70 درصد اکسیژن، 17 درصد کربن، 10 درصد هیدروژن، 3 درصد نیتروژن و به دنبال آن فسفر، پتاسیم، کلر، کلسیم، سدیم، منیزیم و آهن است.

پس اولین قدم برای پیدایش حیات، تشکیل مواد آلی از غیر آلی است. این با حضور "مواد خام" شیمیایی مرتبط است، که سنتز آنها می تواند تحت تابش، فشار، دما و رطوبت خاص رخ دهد.

ظهور ساده ترین موجودات زنده با یک تکامل شیمیایی طولانی انجام شد. از تعداد کمی از ترکیبات (در نتیجه انتخاب طبیعی) موادی با خواص مناسب برای زندگی به وجود آمدند. ترکیباتی که از کربن به وجود می آیند، «آبگوشت اولیه» هیدروسفر را تشکیل می دهند. مواد حاوی نیتروژن و کربن از اعماق مذاب زمین سرچشمه می گیرند و در طی فعالیت های آتشفشانی به سطح می آیند.

مرحله دوم در ظهور ترکیبات با ظهور پلیمرهای زیستی در اقیانوس اولیه زمین مرتبط است: اسیدهای نوکلئیک، پروتئین ها. اگر فرض کنیم که در این دوره همه ترکیبات آلی در اقیانوس اولیه زمین قرار داشته باشند، در این صورت ترکیبات آلی پیچیده می توانند در سطح اقیانوس به شکل یک لایه نازک و در آب کم عمقی که توسط خورشید گرم می شود تشکیل شده باشند. محیط بی هوازی سنتز پلیمرها را تسهیل کرد ترکیبات معدنی. ترکیبات آلی ساده شروع به ترکیب شدن به مولکول های بیولوژیکی بزرگ کردند.

آنزیم ها تشکیل می شوند - مواد پروتئینی - کاتالیزورهایی که به تشکیل یا تجزیه مولکول ها کمک می کنند. در نتیجه فعالیت آنزیم ها، "عناصر اولیه" زندگی به وجود آمد - اسیدهای نوکلئیک، مواد پلیمری پیچیده متشکل از مونومرها.

مونومرها در اسیدهای نوکلئیک به گونه ای چیده شده اند که اطلاعات، کد،

که شامل این واقعیت است که هر اسید آمینه موجود در پروتئین مربوط به پروتئین خاصی از 3 نوکلئوتید (سه گانه) است. پروتئین ها را می توان بر اساس اسیدهای نوکلئیک ساخت و تبادل ماده و انرژی با محیط خارجی صورت می گیرد.

همزیستی اسیدهای نوکلئیک "سیستم های کنترل ژنتیکی مولکولی" را تشکیل داد.

در این مرحله، مولکول های اسید نوکلئیک ویژگی های خود تولید مثل خود را به دست آوردند و شروع به کنترل فرآیند تشکیل مواد پروتئینی کردند.

در منشأ همه موجودات زنده، سنتز رورتاز و ماتریکس از DNA به RNA، تکامل سیستم مولکولی r-RNA به یک DNA بود. اینگونه بود که "ژنوم بیوسفر" بوجود آمد.

گرما و سرما، رعد و برق، واکنش فرابنفش، اتمسفر بارهای الکتریکیوزش باد و جت های آب - همه اینها شروع یا تضعیف واکنش های بیوشیمیایی، ماهیت وقوع آنها و "ترکیدن" ژن ها را تضمین می کند.

در اواخر مرحله بیوشیمیایی، تشکیلات ساختاری مانند غشاء ظاهر شد که مخلوط مواد آلی از محیط خارجی را محدود می کرد.

غشاها نقش عمده ای در ساخت تمام سلول های زنده داشته اند. بدن همه گیاهان و جانوران از سلول تشکیل شده است.

دانشمندان مدرن به این نتیجه رسیده اند که اولین موجودات روی زمین پروکاریوت های تک سلولی بودند. در ساختار خود، آنها شبیه باکتری ها یا جلبک های سبز آبی بودند که در حال حاضر وجود دارند.

برای وجود اولین "مولکول های زنده"، پروکاریوت ها، مانند همه موجودات زنده، هجوم انرژی از بیرون ضروری است. هر سلول یک «ایستگاه انرژی» کوچک است. منبع مستقیم انرژی سلول ها ATP و سایر ترکیبات حاوی فسفر است. سلول ها انرژی را از غذا دریافت می کنند، آنها نه تنها قادر به خرج کردن، بلکه ذخیره انرژی نیز هستند.

دانشمندان پیشنهاد می کنند که بسیاری از اولین توده های پروتوپلاسم زنده در زمین پدید آمده اند. حدود 2 میلیارد سال پیش، یک هسته در سلول های زنده ظاهر شد. یوکاریوت ها از پروکاریوت ها به وجود آمدند. 25 تا 30 گونه از آنها روی زمین وجود دارد. ساده ترین آنها آمیب هستند. در یوکاریوت ها، سلول دارای یک هسته تشکیل شده با ماده ای است که حاوی کد سنتز پروتئین است.

در این زمان، یک "انتخاب" از شیوه زندگی گیاهی یا حیوانی وجود داشت. تفاوت بین این سبک های زندگی با روش تغذیه و پیدایش فتوسنتز مرتبط است که شامل ایجاد مواد آلی (مثلاً قند از دی اکسید کربن و آب با استفاده از انرژی نور) است.

به لطف فتوسنتز، گیاهان مواد آلی تولید می کنند که در نتیجه توده گیاه افزایش می یابد و مقادیر زیادی مواد آلی تولید می کنند.

با ظهور فتوسنتز، اکسیژن وارد جو زمین شد و جو ثانویه زمین با محتوای اکسیژن بالا تشکیل شد.

ظهور اکسیژن و توسعه شدید گیاهان خشکی بزرگترین مرحله در توسعه حیات روی زمین است. از این لحظه، اصلاح و توسعه تدریجی اشکال زنده آغاز شد.

زندگی با تمام جلوه هایش تغییرات عمیقی در توسعه سیاره ما ایجاد کرده است. با بهبود روند تکامل، موجودات زنده بیشتر و بیشتر در سراسر سیاره پخش می شوند و سهم زیادی در توزیع مجدد انرژی و مواد در پوسته زمین و همچنین در پوسته های هوا و آب زمین دارند.

ظهور و گسترش پوشش گیاهی منجر به تغییر اساسی در ترکیب جو شد که در ابتدا حاوی اکسیژن آزاد بسیار کمی بود و عمدتاً از دی اکسید کربن و احتمالاً متان و آمونیاک تشکیل شده بود.

گیاهانی که کربن را از دی اکسید کربن جذب می کردند، منجر به ایجاد اتمسفر حاوی اکسیژن آزاد و تنها اثری از دی اکسید کربن شدند. اکسیژن آزاد در اتمسفر نه تنها به عنوان یک عامل شیمیایی فعال، بلکه به عنوان منبع ازن، که مسیر پرتوهای فرابنفش کوتاه به سطح زمین (صفحه ازن) را مسدود می کرد، عمل می کرد.

در همان زمان، کربن که قرن ها در بقایای گیاهی انباشته شده بود، ذخایر انرژی را در پوسته زمین به شکل رسوبات ترکیبات آلی (زغال سنگ، ذغال سنگ نارس) تشکیل داد.

توسعه حیات در اقیانوس ها منجر به ایجاد سنگ های رسوبی متشکل از اسکلت ها و سایر بقایای موجودات دریایی شد.

این رسوبات، فشار مکانیکی، دگرگونی‌های شیمیایی و فیزیکی آن‌ها سطح پوسته زمین را تغییر دادند. همه اینها گواه حضور زیست کره ای بر روی زمین بود که در آن پدیده های زندگی آشکار شد و تا به امروز ادامه دارد.