Valerij Szpiridonov, a fejátültetés első jelöltje a RIA Novostinál

Az emberiség évek óta próbálja megfejteni az élet bolygónkon való megjelenésének valódi okát és történetét. Alig több mint száz évvel ezelőtt szinte minden országban az embereknek eszébe sem jutott megkérdőjelezni az isteni beavatkozás elméletét és a világ teremtését egy legfelsőbb szellemi lény által.

A helyzet Charles Darwin legnagyobb művének 1859 novemberi megjelenése után változott meg, és mostanra sok vita folyik e téma körül. A Darwin-féle evolúciós elmélet támogatóinak száma Európában és Ázsiában több mint 60-70%, az USA-ban hozzávetőleg 20%, Oroszországban pedig körülbelül 19% az elmúlt évtized végén.

Manapság sok országban felhívják Darwin munkájának kizárását iskolai tananyag vagy legalábbis tanulmányozza másokkal együtt valószínű elméletek. Ha nem a vallásos változatról beszélünk, amelyre a világ lakosságának nagy része hajlik, ma már több alapvető elmélet létezik az élet keletkezéséről és fejlődéséről, amelyek leírják annak fejlődését különböző szakaszokban.

Panspermia

A pánspermia gondolatának hívei meg vannak győződve arról, hogy az első mikroorganizmusokat az űrből hozták a Földre. Így vélekedett a híres német enciklopédista Hermann Helmholtz, az angol fizikus Kelvin, az orosz tudós Vladimir Vernadsky és a svéd kémikus, Svante Arrhenius, akit ma ezen elmélet megalapozójának tartanak.

Tudományosan megerősítették, hogy a Földön többször is felfedeztek meteoritokat a Marsról és más bolygókról, esetleg üstökösökről, amelyek akár idegen csillagrendszerekből is származhatnak. Ebben ma már senki sem kételkedik, de még nem világos, hogyan keletkezhetett élet más világokon. Lényegében a pánspermia apologétái az idegen civilizációkra hárítják a „felelősséget” azért, ami történik.

Az ősleves elmélet

Ennek a hipotézisnek a megszületését Harold Urey és Stanley Miller 1950-es években végzett kísérletei segítették elő. Szinte ugyanazokat a körülményeket tudták újrateremteni, amelyek az élet keletkezése előtt léteztek bolygónk felszínén. Molekuláris hidrogén keverékén keresztül, szén-monoxid a metánt pedig kis elektromos kisülések és ultraibolya fény vezette át.

Ennek eredményeként a metán és más primitív molekulák összetett szerves anyagokká alakultak, beleértve több tucat aminosavat, cukrot, lipideket és még a nukleinsavak kezdeteit is.

Viszonylag a közelmúltban, 2015 márciusában a Cambridge-i Egyetem tudósai John Sutherland vezetésével kimutatták, hogy mindenféle „életmolekula”, beleértve az RNS-t, a fehérjéket, zsírokat és szénhidrátokat is, hasonló reakciókkal nyerhető, amelyek egyszerű szervetlen szénből állnak. vegyületek, hidrogén-szulfid, fémsók és foszfátok.

Az élet agyag lehelete

Az élet evolúciójának korábbi változatának egyik fő problémája, hogy sok szerves molekula, beleértve a cukrokat, a DNS-t és az RNS-t, túl sérülékeny ahhoz, hogy elegendő mennyiségben felhalmozódjon a Föld ősóceánjának vizében, ahol korábban azt gondolták, hogy a legtöbb. evolucionisták, az első élőlények keletkeztek.

A tudósok felfedezték azt a környezetet, amelyben az emberek legősibb ősei éltekAz Olduvai-szorosban végzett nagyszabású ásatások segítségével az őslénykutatók kiderítették, hogy első őseink pálma- és akácligetekben éltek, amelyek árnyékában az afrikai szavannákról származó zsiráfok, antilopok és más patás állatok tetemeit lemészárolhatták.

Alexander Cairns-Smith brit kémikus úgy véli, hogy az élet „agyagból” van, nem pedig vízből – ez az optimális környezet a komplexumok felhalmozódásához és szövődményeihez. szerves molekulák az agyagásványok pórusaiban és kristályaiban találhatók meg, nem pedig Darwin „őstavában” vagy a Miller-Urey elméletek óceánjában.

Valójában az evolúció a kristályok szintjén kezdődött, és csak ezután, amikor a vegyületek kellően összetettek és stabilak lettek, az első élő szervezetek „nyílt útra” indultak a Föld elsődleges óceánjába.

Élet az óceán fenekén

Ezzel a gondolattal vetekszik az a manapság elterjedt elképzelés, hogy az élet nem az óceán felszínén, hanem annak fenekének legmélyebb vidékein, „fekete dohányzók”, víz alatti gejzírek és más geotermikus források környékén keletkezett.

Kibocsátásuk gazdag hidrogénben és más anyagokban, amelyek a tudósok szerint felhalmozódhatnak a sziklák lejtőin, és biztosíthatják az első életet az összes szükséges táplálékforrással és reakciókatalizátorral.

Ennek bizonyítékai a Föld összes óceánjának fenekén hasonló források közelében létező modern ökoszisztémák – nemcsak mikrobákat, de még többsejtű élőlényeket is tartalmaznak.

RNS Univerzum

A dialektikus materializmus elmélete egy pár elv egyidejű egységén és végtelen harcán alapul. Ez körülbelül az öröklődési információkról és a szerkezeti biokémiai változásokról. Az élet eredetének változata, amelyben az RNS kulcsszerepet játszik, elmúlt hosszú távon fejlesztések az 1960-as évektől kezdve egészen az 1980-as évek végéig, amikor megkapta modern jellemzőit.

Egyrészt az RNS-molekulák nem olyan hatékonyak az információ tárolásában, mint a DNS, de egyidejűleg képesek felgyorsítani. kémiai reakciókés gyűjtsd össze a saját másolataidat. Meg kell érteni, hogy a tudósok még nem tudták megmutatni, hogyan működött az RNS-élet teljes fejlődési lánca, ezért ez az elmélet még nem kapott egyetemes elfogadást.

Protocellák

Az élet evolúciójának másik fontos kérdése az a rejtély, hogy az ilyen RNS- vagy DNS-molekulák és fehérjék hogyan „kerítettek el” külvilágés az első izolált cellákká alakultak, amelyek tartalmát rugalmas membrán vagy félig áteresztő kemény héj védi.

Az úttörő ezen a területen a híres szovjet vegyész, Alekszandr Oparin volt, aki kimutatta, hogy a kettős zsírmolekulákkal körülvett vízcseppek hasonló tulajdonságokkal rendelkezhetnek.

Ötleteit kanadai biológusok keltették életre Jack Szostak, a 2009-es fiziológiai és orvosi Nobel-díjas vezetésével. Csapatának sikerült „csomagolnia” az önreplikációra képes RNS-molekulák egyszerű készletét egy zsírmolekulák membránjába azáltal, hogy magnézium-ionokat és citromsavat adott az első „protocellába”.

Endoszimbiózis

Az élet evolúciójának másik rejtélye, hogy hogyan keletkeztek a többsejtű lények, és miért tartalmaznak az emberek, állatok és növények sejtjei különleges testeket, például mitokondriumokat és kloroplasztiszokat, amelyek szokatlanul összetett szerkezetűek.

Az emberek és a csimpánzok őseinek étrendje „elvált” 3 millió évvel ezelőttA paleontológusok összehasonlították a szénizotópok arányát az australopitecinek fogzománcában, és megállapították, hogy az emberek és a csimpánzok ősei 3 millió évvel ezelőtt, másfél millió évvel korábban váltottak át más étrendre, mint azt korábban gondolták.

Andreas Schimper német botanikus gondolt először erre a problémára, és azt sugallta, hogy a kloroplasztiszok a múltban a cianobaktériumokhoz hasonló független organizmusok voltak, amelyek „barátságba kerültek” a növényi ősök sejtjeivel, és elkezdtek bennük élni.

Ezt az elképzelést később Konstantin Merezhkovsky orosz botanikus és Lynn Margulis amerikai evolucionista dolgozta ki, akik kimutatták, hogy sejtjeink mitokondriumai és potenciálisan az összes többi összetett organellum hasonló eredetű.
Az „RNS-világ” és az élet „agyagos” evolúciójának elméleteihez hasonlóan az endoszimbiózis gondolata kezdetben sok kritikát kapott a legtöbb tudóstól, de ma szinte minden evolucionista nem kételkedik helyességében.

Kinek van igaza és kinek nincs igaza?

Sokat találtak a darwini hipotézisek mellett. tudományos munkákés speciális kutatás, különösen az „átmeneti formák” területén. Darwinnak nem állt rendelkezésére tudományos munkáinak alátámasztásához szükséges számú régészeti lelet, mivel többnyire személyes találgatások vezérelték.

Például csak az elmúlt tíz évben a tudósok több hasonló evolúciós "elveszett láncszem" maradványait találták meg, mint például Tiktaalik és Indohyus, amelyek lehetővé teszik, hogy határt húzzunk a szárazföldi állatok és halak, valamint a bálnák és vízilovak között.
Másrészt a szkeptikusok gyakran azzal érvelnek, hogy az ilyen állatfajok nem igazi átmeneti formák, ami állandó, végtelen vitákat szül a darwinizmus hívei és ellenfeleik között.

Másrészt a közönséges E. colin és a különféle többsejtű élőlényeken végzett kísérletek egyértelműen azt mutatják, hogy az evolúció valós, és az állatok gyorsan tudnak alkalmazkodni az új életkörülményekhez, olyan új tulajdonságokat sajátíthatnak el, amelyekkel őseik 100-200 generációval ezelőtt nem rendelkeztek.

Érdemes azonban megjegyezni, hogy jelentős része modern társadalom még mindig hajlamos hinni egy magasabb isteni intelligencia létezésében vagy földönkívüli civilizációk aki megalapította az életet a Földön. Egyelőre nincs egyetlen helyes elmélet, és az emberiségnek még válaszolnia kell erre a kérdésre a jövőben.

Hogyan keletkezett az élet a Földön? A részleteket az emberiség nem ismeri, de az alapelveket megállapították. Két fő elmélet és sok kisebb elmélet létezik. Tehát a fő változat szerint a szerves összetevők az űrből érkeztek a Földre, egy másik szerint - minden a Földön történt. Íme néhány a legnépszerűbb tanítások közül.

Panspermia

Hogyan jelent meg Földünk? A bolygó életrajza egyedülálló, és az emberek különböző módokon próbálják megfejteni. Van egy hipotézis, amely szerint az Univerzumban létező élet meteoroidokon (a bolygóközi por és egy aszteroida között közepes méretű égitestek), aszteroidákon és bolygókon keresztül terjed. Feltételezik, hogy vannak olyan életformák, amelyek ellenállnak a kitettségnek (sugárzás, vákuum, alacsony hőmérsékletek satöbbi.). Extremofileknek (beleértve a baktériumokat és mikroorganizmusokat is) nevezik.

Törmelékbe és porba esnek, amelyeket a világűrbe dobnak, miután megőrizték az életet a kis testek halála után Naprendszer. A baktériumok hosszú ideig utazhatnak alvó állapotban, mielőtt újabb véletlenül találkoznának más bolygókkal.

Előfordulhatnak protoplanetáris korongokkal is (sűrű gázfelhő egy fiatal bolygó körül). Ha egy új helyen az „állhatatos, de álmos katonák” kedvező körülmények közé kerülnek, aktívvá válnak. Megkezdődik az evolúció folyamata. A történetet szondák segítségével fejtik ki. Az üstökösök belsejében lévő műszerek adatai azt mutatják: az esetek túlnyomó többségében beigazolódik annak a valószínűsége, hogy mindannyian „kis idegenek” vagyunk, hiszen az élet bölcsője az űr.

Biopoiesis

Íme egy másik vélemény arról, hogyan kezdődött az élet. Vannak élő és élettelen dolgok a Földön. Egyes tudományok üdvözlik az abiogenezist (biopoézist), amely megmagyarázza, hogyan a természetes átalakulás során biológiai élet szervetlen anyagból keletkezett. A legtöbb aminosav (más néven minden élő szervezet építőköve) természetes kémiai reakciók segítségével képződhet, amelyeknek semmi közük az élethez.

Ezt a Muller-Urey kísérlet is megerősíti. 1953-ban egy tudós gázkeveréken vezette át az elektromosságot, és laboratóriumi körülmények között több aminosavat nyert, szimulálva a körülményeket. korai Föld. Minden élőlényben az aminosavak fehérjékké alakulnak át a genetikai memória őrzői, a nukleinsavak hatására.

Ez utóbbiak egymástól függetlenül szintetizálódnak biokémiai úton, a fehérjék pedig felgyorsítják (katalizálják) a folyamatot. Melyik szerves molekula az első? És hogyan léptek kapcsolatba? Az Abiogenezis folyamatban van a válasz megtalálásában.

Kozmogóniai irányzatok

Ez az űrbeli doktrína. Az űrtudomány és a csillagászat sajátos kontextusában a kifejezés a Naprendszer létrejöttének (és tanulmányozásának) elméletére vonatkozik. A naturalista kozmogónia felé irányuló törekvések nem bírják a kritikát. Először is, a létező tudományos elméletek nem tudják megmagyarázni a fő dolgot: hogyan jelent meg maga az Univerzum?

Másodszor, nincs olyan fizikai modell, amely megmagyarázná az Univerzum létezésének legkorábbi pillanatait. Az említett elmélet nem tartalmazza a kvantumgravitáció fogalmát. Bár a húrteoretikusok azt mondják elemi részecskék kvantumhúrok rezgései és kölcsönhatásai eredményeként keletkeznek), akik az Ősrobbanás eredetét és következményeit tanulmányozzák (hurokkvantumkozmológia), ezzel nem értenek egyet. Úgy vélik, hogy képleteik vannak a modell leírására mezőegyenletekkel.

A kozmogonikus hipotézisek segítségével az emberek megmagyarázták az égitestek mozgásának és összetételének homogenitását. Jóval az élet megjelenése előtt a Földön az anyag betöltötte az egész teret, majd fejlődött.

Endosymbiont

Az endoszimbiotikus változatot először Konsztantyin Merezskovszkij orosz botanikus fogalmazta meg 1905-ben. Úgy vélte, hogy egyes organellumok szabadon élő baktériumokként keletkeztek, és endoszimbiontaként bekerültek egy másik sejtbe. A mitokondriumok proteobaktériumokból (konkrétan Rickettsialákból vagy közeli rokonokból), a kloroplasztiszok pedig cianobaktériumokból fejlődtek ki.

Ez arra utal többes számú alakok baktériumok szimbiózisba lépve eukarióta sejtet alkotnak (az eukarióták élő szervezetek sejtmagot tartalmazó sejtjei). A genetikai anyag baktériumok közötti vízszintes átvitelét a szimbiotikus kapcsolatok is elősegítik.

Az életformák sokféleségének megjelenését a modern organizmusok utolsó közös őse (LUA) előzhette meg.

Spontán generáció

A 19. század elejéig az emberek általában elutasították a "hirtelenséget" mint magyarázatot arra, hogyan kezdődött az élet a Földön. Az élet bizonyos formáinak váratlan spontán létrejötte az élettelen anyagból elképzelhetetlennek tűnt számukra. De hittek a heterogenezis (a szaporodási mód megváltozása) létezésében, amikor az egyik életforma egy másik fajból származik (például méhek virágból). A spontán keletkezésről szóló klasszikus elképzelések a következőkben csapódnak le: néhány összetett élő szervezet a szerves anyagok bomlása miatt jelent meg.

Arisztotelész szerint ez könnyen megfigyelhető igazság volt: a levéltetvek a növényekre hulló harmatból keletkeznek; legyek - romlott ételtől, egerek - piszkos szénától, krokodilok - a tározók alján lévő rothadó rönköktől stb. A spontán generáció elmélete (melyet a kereszténység cáfolt) titokban évszázadokon át létezett.

Általánosan elfogadott, hogy az elméletet végül a 19. században Louis Pasteur kísérletei cáfolták meg. A tudós nem az élet eredetét, hanem a mikrobák megjelenését tanulmányozta, hogy képes legyen leküzdeni a fertőző betegségeket. Pasteur bizonyítékai azonban már nem voltak vitatottak, hanem szigorúan tudományos jellegűek.

Az agyagelmélet és a szekvenciális teremtés

Az agyag alapú élet megjelenése? Lehetséges? Egy A. J. Kearns-Smith nevű skót kémikus, a Glasgow-i Egyetemről 1985-ben egy ilyen elmélet szerzője. Más tudósok hasonló feltételezései alapján azt állította, hogy a szerves részecskék, miután az agyagrétegek közé kerültek, és kölcsönhatásba léptek velük, az információ tárolásának és növekedésének módszerét alkalmazták. Így a tudós az „agyaggént” tekintette elsődlegesnek. Kezdetben az ásvány és a születő élet együtt létezett, és így tovább egy bizonyos szakaszban"elfutott."

A pusztulás (káosz) gondolata a feltörekvő világban megnyitotta az utat a katasztrófa elmélete előtt, mint az evolúcióelmélet egyik elődje előtt. Támogatói úgy vélik, hogy a Földet a múltban hirtelen, rövid ideig tartó, erőszakos események érintették, és a jelen a múlt kulcsa. Minden egymást követő katasztrófa elpusztult létező élet. Az ezt követő alkotás már másként elevenítette fel, mint az előző.

Materialista doktrína

És itt van egy másik verzió arról, hogyan kezdődött az élet a Földön. A materialisták terjesztették elő. Úgy vélik, hogy az élet az időben és térben kiterjedt fokozatos kémiai átalakulások eredményeként jött létre, amelyek minden valószínűség szerint csaknem 3,8 milliárd évvel ezelőtt történtek. Ezt a fejlődést molekulárisnak nevezik; a dezoxiribonukleinsav és ribonukleinsav, valamint a fehérjék (fehérjék) területét érinti.

Tudományos mozgalomként a doktrína az 1960-as években alakult ki, amikor aktív kutatások folytak a molekuláris és evolúciós biológiával, valamint a populációgenetikával kapcsolatban. A tudósok ezután megpróbálták megérteni és megerősíteni a nukleinsavakkal és fehérjékkel kapcsolatos legújabb felfedezéseket.

Az egyik kulcsfontosságú téma, amely e tudásterület fejlődését ösztönözte, az enzimatikus működés evolúciója, a nukleinsavdivergencia „molekuláris óraként” történő alkalmazása volt. Feltárása hozzájárult a fajok divergenciájának (elágazódásának) mélyebb vizsgálatához.

Szerves eredetű

E doktrína támogatói az alábbiak szerint beszélnek arról, hogyan jelent meg az élet a Földön. A fajok kialakulása régen kezdődött - több mint 3,5 milliárd évvel ezelőtt (a szám azt az időszakot jelzi, amelyben az élet létezett). Valószínűleg eleinte lassú és fokozatos átalakulási folyamat ment végbe, majd megkezdődött a javulás gyors (az Univerzumon belüli) szakasza, az egyik statikus állapotból a másikba való átmenet a fennálló feltételek hatására.

Az evolúció, amelyet biológiainak vagy szervesnek is neveznek, az a folyamat, amely az élőlények populációiban található egy vagy több öröklődő tulajdonság időbeli változását jelenti. Az örökletes tulajdonságok olyan különleges jellegzetességek, beleértve az anatómiai, biokémiai és viselkedési jellemzőket, amelyek egyik generációról a másikra öröklődnek.

Az evolúció sokszínűséghez és szerteágazó fejlesztés minden élő szervezet (diverzifikáció). Charles Darwin úgy jellemezte színes világunkat, mint „végtelen formák, a legszebbek és a legcsodálatosabbak”. Az embernek az a benyomása támad, hogy az élet eredete egy történet, amelynek nincs kezdete és vége.

Különleges alkotás

Ezen elmélet szerint az élet minden formáját, amely ma a Földön létezik, Isten teremtette. Ádám és Éva az első férfi és nő, akit a Mindenható teremtett. Velük kezdődött az élet a Földön, hisz keresztények, muszlimok és zsidók. A három vallás egyetértett abban, hogy Isten hét nap alatt teremtette meg az univerzumot, így a hatodik nap lett munkája csúcspontja: Ádámot a föld porából, Évát pedig bordájából teremtette meg.

A hetedik napon Isten megpihent. Aztán levegőt vett, és elküldte, hogy gondozza az Éden nevű kertet. Középen nőtt az Élet fája és a Jó tudás fája. Isten engedélyt adott, hogy egye a kert összes fájának gyümölcsét, kivéve a Tudás fáját („mert azon a napon, amelyen eszel róla, meghalsz”).

De az emberek nem engedelmeskedtek. A Korán azt mondja, hogy Ádám javasolta az alma kipróbálását. Isten megbocsátott a bűnösöknek, és mindkettőjüket képviselőként küldte a földre. És mégis... Honnan jött az élet a Földön? Amint látja, nincs egyértelmű válasz. Bár a modern tudósok egyre inkább hajlanak minden élőlény eredetének abiogén (szervetlen) elméletére.

Élettelen hegyek, sziklák és víz, hatalmas hold az égen és állandó meteoritbombázás - a Föld legvalószínűbb tája 4 milliárd évvel ezelőtt

Az élet az űrben lévő szervetlen anyagokból, vagy a Földről jött létre? Ez a dilemma elkerülhetetlenül szembesül az élet keletkezésének problémája iránt érdeklődő kutatóval. Egyelőre senki sem tudta bizonyítani a két jelenleg fennálló hipotézis egyikének sem a helyességét, és nem sikerült harmadik megoldással előállni.

Az első hipotézis a földi élet keletkezéséről régi, az európai tudomány tekintélyes alakjait tartalmazza: G. Helmholtz, L. Pasteur, S. Arrhenius, V. Vernadsky, F. Crick. Az élő anyag összetettsége, spontán létrejöttének alacsony valószínűsége a bolygón, valamint a kísérletezők kudarca az élet nem élő dolgokból való szintetizálásában a tudósokat e megközelítés híveinek táborába vezeti. Számos változat létezik arra vonatkozóan, hogy pontosan hogyan került az élet a Földre, és ezek közül a leghíresebb a pánspermia elmélete. Eszerint a csillagközi térben elterjedt az élet, de mivel ott nincsenek feltételei a fejlődésnek, élő anyag spermiumokká vagy spórákká alakul, és így mozog az űrben. Évmilliárdokkal ezelőtt üstökösök vitték a spermát a Földre, ahol fejlődésükhöz kedvező környezet alakult ki.

A spermiumok kisméretű embriók, amelyek ellenállnak a nagy hőmérséklet-változásoknak, a kozmikus sugárzásnak és más, az élőlényekre káros környezeti tényezőknek. Amint azt F. Hoyle angol csillagász javasolta, a csillagközi porszemcsék, amelyek grafithéjban baktériumokat tartalmazhatnak, alkalmasak a spermiumok szerepére. A mai napig nem találtak spermát az űrben. De még ha megtalálták is, akkor is csodálatos felfedezés Csak az élet eredetének problémáját bolygónkról egy másik helyre tolná el. És nem kerülnénk el a kérdést, honnan jöttek a spermiumok a Földre, és hogyan születtek. A dilemma második része – hogyan keletkezett az élet a szervetlen anyagból – nem annyira romantikus, hiszen a fizika és a kémia törvényein alapul. Ez a szűk, mechanikus megközelítés, amelyet az abiogenezis elméletének neveznek, számos szakember erőfeszítéseit foglalja magában. Talán sajátossága miatt ez a megközelítés eredményesnek bizonyult, és fél évszázad leforgása alatt a biokémia, az evolúcióbiológia és a kozmológia egész ágait fejlesztette tovább.

A tudósok szerint az élő sejt szintézise a sarkon van, ez technológia és idő kérdése. De vajon egy kémcsőben született sejt lesz a válasz arra a kérdésre, hogyan keletkezett az élet a Földön? Alig. A szintetikus sejt csak azt fogja bizonyítani, hogy az abiogenezis valamilyen módon lehetséges. De 4 milliárd évvel ezelőtt a Földön minden másképp történhetett volna. Például így. A Föld felszíne 4,5 milliárd évvel ezelőtt lehűlt. A légkör vékony volt, és az üstökösök aktívan bombázták a Földet, és rengeteg szerves anyagot szállítottak. A földönkívüli anyagok vulkánok által fűtött sekély meleg tározókban telepedtek meg: láva folyt az alján, nőttek a szigetek, és forró források törtek ki - fumarolok. A kontinensek akkoriban nem voltak olyan erősek és nagyok, mint most, könnyen mozogtak a földkéreg mentén, összekapcsolódtak és szétestek.

A Hold közelebb volt, a Föld gyorsabban forgott, a nappalok rövidebbek voltak, az árapály-hullámok magasabbak voltak, a viharok pedig hevesebbek voltak. Minden fölött az acélszínű égbolt húzódott, elsötétült homok viharok, meteorit becsapódások által kiütött vulkáni hamufelhők és szikladarabok. Fokozatosan nitrogénben, szén-dioxidban és vízgőzben gazdag légkör alakult ki. Bőség üvegházhatású gázok globális felmelegedést okozott. Ilyen szélsőséges körülmények között zajlott le az élő anyag szintézise. Csoda volt ez, véletlen, ami az Univerzum fejlődésével ellentétes volt, vagy csak így jelenhet meg az élet? Már a korai szakaszban megjelent az élő anyag egyik fő jellemzője - a környezeti feltételekhez való alkalmazkodás. A korai légkör kevés szabad oxigént tartalmazott, az ózon hiányt szenvedett, és a földet ultraibolya sugárzás fürdött, amely végzetes volt az élőlényekre nézve. A bolygó lakatlan maradt volna, ha a sejtek nem találtak volna fel egy mechanizmust az ultraibolya sugárzás elleni védelemre. Az élet kialakulásának ez a forgatókönyve általában nem különbözik a Darwin által javasolttól. Új részleteket adtak hozzá – tanultunk valamit az ősi sziklák tanulmányozása és kísérletezés során, és sejtettünk valamit. Bár ez a forgatókönyv a legésszerűbb, egyben a legellentmondásosabb is. A tudósok minden ponttal küzdenek, és számos alternatívát kínálnak. Már a kezdetektől kétségek merülnek fel: honnan származik az elsődleges szerves anyag, szintetizálódott a Földön vagy az égből hullott alá?

Forradalmi gondolat

Az abiogenezis, vagyis az élőlények nem élő dolgokból való eredete tudományos alapjait az orosz biokémikus, A.I. Oparin. 1924-ben 30 éves tudósként Oparin megjelent egy cikket „Az élet eredete” címmel, amely kollégái szerint „egy szellemi forradalom magvait tartalmazta”. Oparin könyvének angol nyelvű megjelenése 1938-ban szenzáció lett, és jelentős nyugati szellemi erőforrásokat vonzott az élet problémájába. 1953-ban S. Miller, a Chicagói Egyetem végzős hallgatója sikeres kísérletet végzett az abiogén szintézis terén. Egy laboratóriumi kémcsőben megteremtette a korai Föld körülményeit, és egy kémiai reakció eredményeként aminosavkészletet kapott. Így Oparin elmélete kezdett kísérleti megerősítést kapni.

Oparin és a pap

A kollégák visszaemlékezései szerint A.I. akadémikus. Oparin meggyőződéses materialista és ateista volt. Ezt erősíti meg abiogenezis elmélete, amely, úgy tűnik, nem hagy reményt az élet titkainak természetfeletti magyarázatára. Ennek ellenére a tudós nézetei és személyisége teljesen ellentétes világnézetű embereket vonzott magához. Tudományos és oktatási tevékenységet folytatva, részt vett a pacifista mozgalomban, sokat utazott külföldre. Egyszer, valahol az 1950-es években Oparin előadást tartott Olaszországban az élet keletkezésének problémájáról. A jelentés után közölték vele, hogy nem más, mint a Pápai Tudományos Akadémia vatikáni elnöke szeretne találkozni vele. Alekszandr Ivanovics, lény szovjet emberés jól ismerve a külföldi értelmiség elfogult hozzáállását a Szovjetunióhoz, nem vártam semmi jót a katolikus egyház képviselőjétől, valószínűleg valamiféle provokációt. Ennek ellenére az ismerkedés megtörtént. A tiszteletes signor kezet fogott Oparinnal, megköszönte az előadást, és felkiáltott: „Professzor úr, nagyon örülök, hogy milyen szépen kinyilatkoztatta Isten gondviselését!”

Az élet valószínűsége

Az abiogenezis elmélete azt sugallja, hogy az élet az anyag fejlődésének egy bizonyos szakaszában keletkezett. Az Univerzum és az első részecskék kialakulása óta az anyag az állandó változás útjára lépett. Először atomok és molekulák keletkeztek, majd megjelentek a csillagok és a por, ebből bolygók, és élet keletkezett a bolygókon. Az élőlények élettelen dolgokból keletkeznek, engedelmeskednek valami magasabb törvénynek, aminek a lényege még ismeretlen számunkra. Az élet nem tudott mást tenni, mint a Földön, ahol megfelelő körülmények voltak. Ezt a metafizikai általánosítást persze lehetetlen megcáfolni, de a kétely magvai kicsíráztak. Az a tény, hogy az élet szintéziséhez szükséges feltételek nagyon sokak, és gyakran ellentmondanak a tényeknek és egymásnak. Például nincs bizonyíték arra, hogy a korai Földnek redukáló légköre volt. Nem világos, hogyan keletkezett a genetikai kód. Egy élő sejt szerkezete és funkciói összetettségükben meglepőek. Mi az élet keletkezésének általános valószínűsége? Íme néhány példa.

A fehérjék csak úgynevezett „balkezes” aminosavakból állnak, vagyis aszimmetrikus molekulákból, amelyek a rajtuk áthaladó fény polarizációját balra forgatják. Nem ismert, hogy miért csak balkezes aminosavakat használnak a fehérjék felépítésében. Lehet, hogy ez véletlenül történt, és valahol az Univerzumban vannak élőlények, amelyek jobbkezes aminosavakból állnak. Valószínűleg az őslevesben, ahol az eredeti fehérjék szintézise zajlott, egyenlő mennyiségű bal- és jobbkezes aminosav volt. És csak egy valóban élő „balkezes” szerkezet megjelenése törte meg ezt a szimmetriát, és az aminosavak biogén szintézise a „balkezes” utat követte.

Lenyűgöző az a számítás, amelyet Fred Hoyle az „Evolution from Space” című könyvében ad. 10-4000 annak a valószínűsége, hogy véletlenszerűen 2000 sejtenzimet kapunk, amelyek mindegyike 200 aminosavból áll – abszurd kis érték, még akkor is, ha az egész kozmosz egy bioleves lenne.

Egy 300 aminosavból álló fehérje szintetizálásának valószínűsége egy esély a 2x10 390-hez. Megint elhanyagolható. Csökkentsük az aminosavak számát egy fehérjében 20-ra, akkor egy ilyen fehérje szintézisének lehetséges kombinációinak száma 1018 lesz - ez csak egy nagyságrenddel nagyobb, mint a másodpercek száma 4,5 milliárd év alatt. Nem nehéz belátni, hogy az evolúciónak egyszerűen nem volt ideje átválogatni az összes lehetőséget és kiválasztani a legjobbat. Ha figyelembe vesszük, hogy a fehérjékben lévő aminosavak bizonyos szekvenciákban kapcsolódnak egymáshoz, és nem véletlenszerűen, akkor a fehérjemolekula szintetizálásának valószínűsége ugyanolyan lesz, mintha egy majom véletlenül nyomtatná ki Shakespeare tragédiáit, vagyis majdnem nulla.

A tudósok számításai szerint a legegyszerűbb fehérjekódoló ciklusban részt vevő DNS-molekulának egy meghatározott szekvenciában 600 nukleotidból kellett volna állnia. Az ilyen DNS véletlenszerű szintézisének valószínűsége 10-400, vagyis ehhez 10 400 kísérletre lesz szükség.

Nem minden tudós ért egyet ezekkel a valószínűségi számításokkal. Rámutatnak arra, hogy a fehérjeszintézis esélyeinek kiszámítása véletlenszerű kombinációk kipróbálásával helytelen, mivel a molekuláknak vannak preferenciái, és egyes kémiai kötések mindig valószínűbbek, mint mások. Ian Musgrave ausztrál biokémikus szerint az abiogenezis valószínűségének kiszámítása általában értelmetlen. Először is, a polimerek monomerekből képződése nem véletlen, hanem betartja a fizika és a kémia törvényeit. Másodszor, helytelen a modern fehérjemolekulák, DNS vagy RNS kialakulását kiszámítani, mivel ezek nem voltak az első élő rendszerek részei. Talán semmi sem maradt a múlt időkből a ma létező organizmusok szerkezetében. Ma úgy gondolják, hogy az első organizmusok nagyon egyszerű, rövid molekulákból álló rendszerek voltak, amelyek mindössze 30-40 monomerből álltak. Az élet nagyon egyszerű organizmusokkal kezdődött, és fokozatosan egyre bonyolultabbá vált. A természet meg sem próbált rögtön egy Boeing 747-est építeni. Harmadszor, nem kell félni az alacsony valószínűségtől. Egy esély a millió millióhoz? És mi van, lehet, hogy az első próbálkozásra kidől.

Mi az élet

Nemcsak filozófusok keresik az élet meghatározását. Ez a meghatározás szükséges ahhoz, hogy a biokémikusok megértsék: mi történt a kémcsőben - élő vagy élettelen? Őslénykutatók, akik ősi kőzeteket tanulmányoznak az élet kezdete után. Exobiológusok földönkívüli eredetű szervezetek után kutatva. Az élet meghatározása nem könnyű. Nagy szavaival élve Szovjet Enciklopédia"Az élő és élettelen tárgyak szigorúan tudományos megkülönböztetése bizonyos nehézségekbe ütközik." Valóban, mi jellemző csak egy élő szervezetre? Talán egy készlet külső jelek? Valami fehér, puha, mozog, hangokat ad. Ez a primitív meghatározás nem foglalja magában a növényeket, a mikrobákat és sok más organizmust, mert hallgatnak és nem mozognak. Az életet kémiai szempontból tekinthetjük komplexekből álló anyagnak szerves vegyületek: aminosavak, fehérjék, zsírok. De akkor ezeknek a vegyületeknek az egyszerű mechanikai keverékét élőnek kell tekinteni, ami helytelen. Egy jobb meghatározás, amelyről általános tudományos konszenzus van, az élő rendszerek egyedi funkcióira vonatkozik.

A szaporodási képesség, amikor az örökletes információ pontos másolatát továbbítják a leszármazottaknak, minden földi élet velejárója, még a legkisebb részecskében is - egy sejtben. Ezért a sejtet veszik az élet mértékegységének. A sejtek összetevői: fehérjék, aminosavak, enzimek külön-külön véve nem lesznek életben. Ez arra a fontos következtetésre vezet, hogy ezeknek az anyagoknak a szintézisével kapcsolatos sikeres kísérletek nem tekinthetők válasznak az élet eredetének kérdésére. Ezen a téren csak akkor lesz forradalom, ha kiderül, hogyan jött létre az egész sejt. A titkok felfedezői kétségtelenül megadatnak Nóbel díj. A szaporodási funkción kívül számos szükséges, de elégtelen tulajdonsága van egy rendszernek ahhoz, hogy élőnek nevezzük. Az élő szervezet képes alkalmazkodni a változásokhoz környezet genetikai szinten. Ez nagyon fontos a túléléshez. A változékonyság lehetővé tette az élet fennmaradását a korai Földön, katasztrófákon és súlyos jégkorszakokon keresztül.

Az élő rendszer fontos tulajdonsága a katalitikus aktivitás, vagyis az, hogy csak bizonyos reakciókat képes végrehajtani. Az anyagcsere ezen a tulajdonságon alapul - a szükséges anyagok kiválasztása a környezetből, feldolgozásuk és a további élettevékenységhez szükséges energia előállítása. Az anyagcserekör, amely nem más, mint egy túlélési algoritmus, be van kötve genetikai kód sejtekben, és az öröklődés mechanizmusán keresztül a leszármazottakra is átkerül. A kémikusok sok katalitikus aktivitású rendszert ismernek, amelyek azonban nem képesek szaporodni, ezért nem tekinthetők élőnek.

A döntő kísérlet

Nincs remény arra, hogy egy napon egy sejt magától kialakuljon a kémiai elemek atomjaiból. Ez egy hihetetlen lehetőség. Egyszerű cella A baktériumok több száz gént, több ezer fehérjét és különböző molekulákat tartalmaznak. Fred Hoyle azzal viccelődött, hogy a sejtszintézis olyan hihetetlen, mint egy Boeing összeszerelése, mint egy hurrikán, amely egy alkatrészlerakón halad át. Pedig a Boeing létezik, ami azt jelenti, hogy valahogy „összeszerelték”, vagy inkább „önszerelték”. A jelenlegi elképzelések szerint a Boeing „önsüllyedése” 4,5 milliárd éve kezdődött, a folyamat fokozatosan ment végbe, és egymilliárd évre nyúlt vissza. Legalább 3,5 milliárd évvel ezelőtt már léteztek élő sejtek a Földön.

Az élőlények nem élő dolgokból történő szintéziséhez a kezdeti szakaszban egyszerű szerves és szervetlen vegyületeknek kell jelen lenniük a bolygó légkörében és víztestében: C, C 2, C 3, CH, CN, CO, CS , HCN, CH 3 CH, NH, O, OH, H 2 O, S. Stanley Miller, az abiogén szintézissel kapcsolatos híres kísérletei során hidrogént, metánt, ammóniát és vízgőzt kevert össze, majd a felmelegített keveréket elektromos kisüléseken vezette át és lehűtötte. azt. Egy hét elteltével a lombikban hét aminosavat, köztük glicint, alanint és aszparaginsavat tartalmazó barna folyadék képződött, amelyek a sejtfehérjék részét képezik. Miller kísérlete megmutatta, hogyan képződhetnek prebiológiai szerves anyagok – olyan anyagok, amelyek összetettebb sejtösszetevők szintézisében vesznek részt. Azóta a biológusok a súlyos probléma ellenére megoldottnak tekintik ezt a kérdést. Az a tény, hogy az aminosavak abiogén szintézise csak redukáló körülmények között megy végbe, ezért Oparin úgy vélte, hogy a korai Föld légköre metán-ammónia. A geológusok azonban nem értenek egyet ezzel a következtetéssel.

A korai légkör problémája

Szakértők szerint a metán és az ammónia sehol sincs nagy mennyiségben a Földön. Ráadásul ezek a vegyületek nagyon instabilak és a napfény hatására elpusztulnak, metán-ammónia légkör akkor sem létezhetne, ha ezek a gázok kiszabadulnának a bolygó béléből. A geológusok szerint a Föld légkörét 4,5 milliárd évvel ezelőtt a szén-dioxid és a nitrogén uralta, ami kémiailag semleges környezetet hoz létre. Ezt bizonyítja a legrégebbi kőzetek összetétele, amelyeket akkoriban a köpenyből olvasztottak ki. A bolygó legrégebbi, 3,9 milliárd éves kőzeteit Grönlandon fedezték fel. Ezek az úgynevezett szürke gneiszek - átlagos összetételű, erősen megváltozott magmás kőzetek. Ezek a kőzetek évmilliók során változtak a köpenyben lévő szén-dioxid folyadékok hatására, amelyek egyidejűleg telítették a légkört. Ilyen körülmények között az abiogén szintézis lehetetlen.

E.M. akadémikus próbálja megoldani a Föld korai légkörének problémáját. Galimov, a Geokémiai Intézet igazgatója és analitikai kémiaőket. AZ ÉS. Vernadsky RAS. Kiszámította, hogy a földkéreg nagyon korán, a bolygó kialakulását követő első 50-100 millió évben keletkezett, és túlnyomórészt fémes volt. Ebben az esetben a köpenynek valóban elegendő mennyiségű metánt és ammóniát kellett volna felszabadítania ahhoz, hogy redukáló körülményeket teremtsen. K. Sagan és K. Chaiba amerikai tudósok egy mechanizmust javasoltak a metán légkör önvédelmére a pusztulástól. Sémájuk szerint a metán ultraibolya sugárzás hatására bomlása szerves részecskék aeroszoljának kialakulásához vezethet a légkör felső rétegeiben. Ezek a részecskék elnyelték a napsugárzást és védettek helyreállító környezet bolygók. Igaz, ezt a mechanizmust a Marsra fejlesztették ki, de vonatkozik a korai Földre is.

A prebiológiai szerves anyagok képződésére megfelelő körülmények nem tartottak sokáig a Földön. A következő 200-300 millió év során a köpeny oxidálódni kezdett, ami a köpeny felszabadulásához vezetett. szén-dioxidés a légkör összetételének változásai. De addigra már előkészítették az élet keletkezésének környezetét.

A tenger fenekén

Az első élet a vulkánok körül keletkezhetett. Képzeld el, hogy az óceánok még mindig törékeny fenekén számos hiba és repedés, magma szivárog és gázok bugyborékolnak. Az ilyen hidrogén-szulfid gőzzel telített zónákban fém-szulfidok lerakódásai képződnek: vas, cink, réz. Mi van akkor, ha az elsődleges szerves anyagok szintézise közvetlenül a vas-kén ásványok felszínén történne, szén-dioxid és hidrogén reakciójával? Szerencsére mindkettőből sok van: a magmából szén-dioxid és -monoxid, a vízből pedig hidrogén szabadul fel. kémiai kölcsönhatás forró magmával. A szintézishez szükséges energia beáramlása is történik.

Ez a hipotézis nem mond ellent a geológiai adatoknak, és azon a feltételezésen alapul, hogy a korai élőlények szélsőséges körülmények között éltek, mint a modern kemoszintetikus baktériumok. A 20. század 60-as éveiben a kutatók víz alatti vulkánokat – fekete dohányosokat – fedeztek fel a Csendes-óceán fenekén. Ott a klubokban mérgező gázok, napfény és oxigén nélkül, +120°-os hőmérsékleten mikroorganizmuskolóniák léteznek. A fekete dohányzókhoz hasonló állapotok már 2,5 milliárd évvel ezelőtt is léteztek a Földön, amit a stromatolitok rétegei bizonyítanak - a kék-zöld algák tevékenységének nyomai. Ezekhez a mikrobákhoz hasonló formák a legősibb, 3,5 milliárd éves élőlények maradványai között is megtalálhatók.

A vulkáni hipotézis megerősítéséhez olyan kísérletre van szükség, amely megmutatná, hogy ilyen körülmények között lehetséges az abiogén szintézis. Amerikai, német, angliai és orosz biokémikus csoportok dolgoznak ebbe az irányba, de egyelőre sikertelenül. Biztató eredményeket ért el 2003-ban egy fiatal kutató, Mihail Vladimirov, a Biokémiai Intézet Evolúciós Biokémiai Laboratóriumából. A.N. Bach RAS. A laboratóriumban mesterséges fekete dohányzót készített: egy sóoldattal töltött autoklávba pirit korongot (FeS 2) helyeztek, amely katódként szolgált; szén-dioxid áthaladt a rendszeren és elektromosság. Egy nappal később a hangyasav megjelent az autoklávban - a legegyszerűbb szerves anyag, amely részt vesz az élő sejtek anyagcseréjében, és anyagként szolgál összetettebb biológiai anyagok abiogén szintéziséhez.

A légköri nitrogént asszimilálni képes cianobaktériumok

Vadászok lakható bolygókra

Az élet keletkezésére vonatkozó mindkét elmélet, a pánspermia és az abiogenezis elismeri, hogy az élet nem egyedi jelenség az Univerzumban, léteznie kell más bolygókon is. De hogyan lehet észlelni? Hosszú ideig csak egy módszer volt az élet felkutatására, amely még nem hozott pozitív eredményeket - az idegenek rádiójeleinek felhasználása. A 20. század végén keletkezett új ötlet- távcsövekkel keressen a Naprendszeren kívüli bolygókat. Megkezdődött az exobolygók utáni vadászat. 1995-ben fogták el az első példányt: a Jupiter tömegének fele tömegű bolygót, amely gyorsan forog a Pegazus csillagkép 51. csillaga körül. Közel 10 éves kutatás eredményeként 118 bolygórendszert fedeztek fel, amelyek 141 bolygót tartalmaztak. E rendszerek egyike sem hasonlít a Naprendszerhez, egyik bolygó sem hasonlít a Földhöz. A talált exobolygók tömegükben közel vannak a Jupiterhez, vagyis sokkal több, mint a Föld. A távoli óriások pályájuk sajátosságai miatt alkalmatlanok az életre. Némelyikük nagyon közel forog a csillagához, ami azt jelenti, hogy a felületük forró, és nem folyékony víz amelyben az élet fejlődik. A fennmaradó bolygók – kisebbségük – hosszúkás mentén mozognak elliptikus pálya, ami drámaian befolyásolja az éghajlatot: ott az évszakok változásának nagyon hirtelen kell lennie, és ez káros az élőlényekre.

Az élet keletkezésére vonatkozó mindkét elmélet, a pánspermia és az abiogenezis elismeri, hogy az élet nem egyedi jelenség az Univerzumban, léteznie kell más bolygókon is. De hogyan lehet észlelni? Hosszú ideig csak egy módszer volt az élet felkutatására, amely még nem hozott pozitív eredményeket - az idegenek rádiójeleinek felhasználása. A 20. század végén egy új ötlet merült fel - teleszkópok segítségével a Naprendszeren kívüli bolygókat kerestek. Megkezdődött az exobolygók utáni vadászat. 1995-ben fogták el az első példányt: a Jupiter tömegének fele tömegű bolygót, amely gyorsan forog a Pegazus csillagkép 51. csillaga körül. Közel 10 éves kutatás eredményeként 118 bolygórendszert fedeztek fel, amelyek 141 bolygót tartalmaztak. E rendszerek egyike sem hasonlít a Naprendszerhez, egyik bolygó sem hasonlít a Földhöz. A talált exobolygók tömegükben közel vannak a Jupiterhez, vagyis jóval nagyobbak a Földnél. A távoli óriások pályájuk sajátosságai miatt alkalmatlanok az életre. Némelyikük nagyon közel forog a csillagához, ami azt jelenti, hogy a felületük forró, és nincs folyékony víz, amelyben élet fejlődne. A fennmaradó bolygók – kisebbségük – megnyúlt elliptikus pályán mozognak, ami drámaian befolyásolja az éghajlatot: ott az évszakok változásának nagyon élesnek kell lennie, és ez káros az élőlényekre.

Az a tény, hogy egyetlen naprendszerű bolygórendszert sem fedeztek fel, egyes tudósok pesszimista kijelentéseihez vezetett. Talán nagyon ritkák a kis sziklás bolygók az Univerzumban, vagy általában a Földünk az egyetlen a maga nemében, esetleg egyszerűen hiányzik a mérések pontossága. De a remény hal meg utoljára, és a csillagászok tovább csiszolják módszereiket. Ma már nem közvetlen megfigyeléssel, hanem közvetett jelekkel keresik a bolygókat, mert a teleszkópok felbontása nem elég. Így a Jupiter-szerű óriások helyzetét a csillagaik pályáján kifejtett gravitációs zavarból számítják ki. 2006-ban az Európai Űrügynökség felbocsátja a Korot műholdat, amely földtömegű bolygókat fog keresni a korongon áthaladó csillagok fényességének csökkentésével. Ugyanígy lesz a bolygókra vadászni is NASA műhold Kepler 2007 óta. További 2 éven belül a NASA űrinterferometriai küldetést szervez – ez egy nagyon érzékeny módszer a kis bolygók észlelésére a nagyobb tömegű testekre gyakorolt ​​​​hatás alapján. Csak 2015-re építenek a tudósok műszereket a közvetlen megfigyeléshez - ez a „Föld típusú bolygóvadász” nevű űrteleszkópok teljes flottillája lesz, amely egyidejűleg képes életjeleket keresni.

Amikor felfedezik a Földhöz hasonló bolygókat, új korszak kezdődik a tudományban, és a tudósok most készülnek erre az eseményre. Nagy távolságból fel kell tudnia ismerni az élet nyomait a bolygó légkörében, még a legprimitívebb formáit is - baktériumokat vagy többsejtű protozoonokat. A primitív élet felfedezésének valószínűsége az Univerzumban nagyobb, mint a kis zöld emberkékkel való érintkezésnek, mivel az élet több mint 4 milliárd éve létezik a Földön, amiből fejlett civilizáció csak egy évszázadot tesz ki. Az ember által alkotott jelek megjelenése előtt csak a légkörben található speciális vegyületek - biomarkerek - alapján lehetett megtudni létezésünket. A fő biomarker az ózon, amely az oxigén jelenlétét jelzi. A vízgőz folyékony víz jelenlétét jelzi. Egyes élőlényfajok szén-dioxidot és metánt bocsátanak ki. Az európai tudósok 2015-ben elindított Darwin-misszió feladata a távoli bolygókon található biomarkerek felkutatása lesz. Hat infravörös teleszkóp kering majd 1,5 millió kilométerre a Földtől, és több ezer közeli bolygórendszert vizsgál meg. A Darwin-projekt a légkör oxigéntartalma alapján nagyon fiatal, több száz millió éves életet képes meghatározni.

Ha a bolygó légkörének sugárzása három anyag – ózon, vízgőz és metán – spektrumvonalait tartalmazza, ez további bizonyíték az élet jelenléte mellett. A következő lépés annak típusa és fejlettségi fokának meghatározása. Például a klorofillmolekulák jelenléte azt jelentené, hogy vannak baktériumok és növények a bolygón, amelyek fotoszintézist használnak energia előállítására. A biomarkerek következő generációjának fejlesztése nagyon ígéretes, de még messze van.

Szerves forrás

Ha a Földön nem lennének feltételek a prebiológiai szerves anyagok szintéziséhez, akkor azok az űrben lehetnek. John Oro amerikai biokémikus még 1961-ben publikált egy cikket a szerves molekulák üstökös eredetéről. A sűrű légkör által nem védett fiatal Földet üstökösök masszív bombázásának vetették alá, amelyek főleg jégből állnak, de tartalmaznak ammóniát, formaldehidet, hidrogén-cianidot, cianoacetilént, adenint és más, az aminosavak abiogén szintéziséhez szükséges vegyületeket is. nukleinsavak és zsírsavak- a sejt fő összetevői. A csillagászok szerint 1021 kg üstökösanyag hullott a Föld felszínére. Az üstökösök vize óceánokat alkotott, ahol több száz millió év után virágzott az élet.

A megfigyelések megerősítik, hogy a kozmikus testek és a csillagközi porfelhők egyszerű szerves anyagokat, sőt aminosavakat is tartalmaznak. Spektrális elemzés kimutatta az adenin és a purin jelenlétét a Haley-Bopp üstökös farkában, a pirimidint pedig a Murchison meteoritban. Ezeknek a vegyületeknek az űrben való képződése nem mond ellent a fizika és a kémia törvényeinek.

Az üstökös hipotézis azért is népszerű a kozmológusok körében, mert ez magyarázza az élet megjelenését a Földön a Hold kialakulása után. Általánosan elfogadott, hogy körülbelül 4,5 milliárd évvel ezelőtt a Föld egy hatalmas kozmikus testtel ütközött. Felülete megolvadt, az anyag egy része pályára fröccsent, ahol egy kis műholdat - a Holdat - alkotott. Egy ilyen katasztrófa után nem kellett volna szerves anyagnak vagy víznek maradnia a bolygón. Honnan jöttek? Az üstökösök újra elhozták őket.

A polimer probléma

A sejtfehérjék, a DNS, az RNS mind polimerek, nagyon hosszú molekulák, mint a fonalak. A polimerek szerkezete meglehetősen egyszerű, bizonyos sorrendben ismétlődő részekből állnak. Például a cellulóz a világon a leggyakoribb molekula, amely a növényekben található. Egy cellulózmolekula több tízezer szén-, hidrogén- és oxigénatomból áll, ugyanakkor nem más, mint a rövidebb glükózmolekulák többszöri ismétlődése egymáshoz kapcsolva, akár egy nyakláncban. A fehérjék aminosavak lánca. A DNS és az RNS nukleotidok sorozata. Ráadásul ezek összességében nagyon hosszú sorozatok. Így a megfejtett emberi genom 3 milliárd nukleotidpárból áll.

A sejten belül a polimerek folyamatosan képződnek összetett mátrix kémiai reakciók révén. A fehérje előállításához az egyik aminosavból az OH-hidroxil-csoportot, a másik végéről a hidrogénatomot kell eltávolítani, és csak ezután „ragasztani” a következő aminosavat. Könnyen belátható, hogy ebben a folyamatban újra és újra víz keletkezik. A víztől való megszabadulás, a kiszáradás egy nagyon ősi folyamat, az élet keletkezésének kulcsa. Hogyan történt ez, amikor nem volt sejt fehérjegyártó gyárral? Probléma merül fel egy meleg, sekély tóval is - az élő rendszerek bölcsőjével. Végül is a polimerizáció során a vizet el kell távolítani, de ez lehetetlen, ha sok van a környéken.

Agyaggén

Biztos volt valami az őslében, ami segítette az élő rendszer megszületését, felgyorsította a folyamatot és energiát adott. John Bernal angol krisztallográfus a 20. század 50-es éveiben azt javasolta, hogy a közönséges agyag, amelyet bőségesen borít bármely víztömeg alján, szolgálhat ilyen segédeszközként. Az agyagásványok hozzájárultak a biopolimerek kialakulásához és az öröklődési mechanizmus kialakulásához. Bernal hipotézise az évek során erősödött, és sok követőt vonzott. Kiderült, hogy az ultraibolya energiával besugárzott agyagszemcsék tárolják a keletkező energiatartalékot, amelyet a biopolimer összeállítási reakcióra fordítanak. Agyag jelenlétében a monomerek önreplikálódó molekulákká állnak össze, olyasmi, mint az RNS.

A legtöbb agyagásvány szerkezete hasonló a polimerekhez. Hatalmas számú rétegből állnak, amelyeket gyengék kapcsolnak össze kémiai kötések. Az ilyen ásványi szalag önmagában nő, minden következő réteg megismétli az előzőt, és néha hibák lépnek fel - mutációk, mint a valódi géneknél. A skót kémikus A.J. Kearns-Smith azzal érvelt, hogy az első organizmus a Földön pontosan az „agyaggén” volt. Az agyagrészecskék rétegei közé kerülve a szerves molekulák kölcsönhatásba léptek velük, átvették az információtárolás és a termesztés módszerét, mondhatni tanultak. Egy ideig az ásványok és a protoélet békésen éltek egymás mellett, ám Kearns-Smith szerint hamarosan törés vagy genetikai hatalomátvétel következett be, ami után az élet elhagyta az ásványok otthonát, és megkezdte saját fejlődését.

A legősibb mikrobák

Nyugat-Ausztrália 3,5 milliárd éves feketepalája a Földön valaha felfedezett legrégebbi élőlények maradványait tartalmazza. A csak mikroszkóp alatt látható golyók és rostok a prokariótákhoz tartoznak - olyan mikrobákhoz, amelyek sejtjei még nem rendelkeznek maggal, és a DNS-spirál közvetlenül a citoplazmában helyezkedik el. A legrégebbi kövületeket William Schopf amerikai paleobiológus fedezte fel 1993-ban. Az ausztrál Nagy Homoksivatagtól nyugatra fekvő Pilbara komplexum vulkáni eredetű és üledékes kőzetei a Föld legrégebbi kőzetei közé tartoznak. Szerencsés véletlen, hogy ezek a képződmények nem változtak annyira az erőteljes geológiai folyamatok hatására, és megőrizték a korai lények maradványait a közbenső rétegekben.

A múltban nehéz volt ellenőrizni, hogy az apró golyók és filamentumok élő szervezetek voltak-e. A kőzetben lévő kis gyöngyök sorozata bármi lehet: ásványok, nem biológiai szerves anyagok, optikai csalódás. Összesen Schopf 11 féle prokarióta kövületet számolt meg. Ezek közül a tudós szerint 6 cianobaktérium vagy kék-zöld alga. Hasonló fajok még mindig léteznek a Földön édesvízi testekben és óceánokban, forró forrásokban és vulkánok közelében. Schopf hat jelet számolt meg, amelyek alapján a feketepalában lévő gyanús tárgyakat élőnek kell tekinteni.

Ezek a jelek:
1. A kövületek szerves anyagokból állnak
2. Van nekik összetett szerkezet- a rostok sejtekből állnak különböző formák: hengerek, dobozok, tárcsák
3. Számos objektum van – összesen 200 kövületben 1900 sejt található
4. Az objektumok hasonlóak egymáshoz, mint ugyanazon populáció modern képviselői
5. Ezek olyan organizmusok voltak, amelyek jól alkalmazkodtak a korai Föld körülményeihez. A tenger fenekén éltek, az ultraibolya sugárzástól vastag víz- és nyálkahártya védve.
6. A tárgyak úgy szaporodtak, mint a modern baktériumok, ezt bizonyítják az osztódás stádiumában lévő sejtek leletei.

Az ilyen ősi cianobaktériumok felfedezése azt jelenti, hogy csaknem 3,5 milliárd évvel ezelőtt léteztek olyan organizmusok, amelyek szén-dioxidot fogyasztottak és oxigént termeltek, és el tudtak bújni elől. napsugárzásés felépüljenek a sérülésekből, ahogy ők teszik modern nézetek. A bioszféra már kezdett formát ölteni. A tudomány számára ez egy pikáns pillanat. Ahogy William Schopf elismeri, az ilyen tiszteletreméltó fajtákban szívesebben találna primitívebb lényeket. Végtére is, az ősi cianobaktériumok felfedezése az élet kezdetét egy olyan időszakra tolja vissza, amelyről törölték geológiai történeteörökre nem valószínű, hogy a geológusok valaha is képesek lesznek észlelni és kiolvasni. Minél idősebbek a sziklák, annál hosszabb ideig voltak nyomás, hőmérséklet és mállott állapot alatt. Nyugat-Ausztrálián kívül a bolygón egyetlen olyan hely van, ahol nagyon ősi kőzetek találhatók, ahol kövületek találhatók - keleten Dél-Afrika a Szváziföldi Királyságban. Az afrikai kőzetek azonban drámai változásokon mentek keresztül az évmilliárdok során, és az ősi organizmusok nyomai elvesztek.

Jelenleg a geológusok nem találták meg az élet kezdetét a Föld kőzeteiben. Szigorúan véve általában nem tudják megnevezni azt az időintervallumot, amikor még nem léteztek élő szervezetek. Nem tudják nyomon követni az élőlények evolúciójának korai szakaszait, akár 3,5 milliárd évvel ezelőttig. Nagyrészt a geológiai bizonyítékok hiánya miatt az élet eredetének rejtélye megoldatlan marad.

Realista és szürrealista

Az Élet eredetét Tanulmányozó Nemzetközi Társaság (ISSOL) első konferenciájára 1973-ban került sor Barcelonában. A konferencia emblémáját Salvador Dali rajzolta. Íme, milyen volt. John Oro amerikai biokémikus barátságban volt a művésszel. 1973-ban Párizsban találkoztak, vacsoráztak a Maximban, és elmentek egy előadásra a holográfiáról. Az előadás után Dali váratlanul meghívta a tudóst, hogy másnap jöjjön el szállodájába. Oro megérkezett, és Dali átadott neki egy rajzot, amely az élő rendszerek kiralitás problémáját szimbolizálta. Két kristály nő ki egy kiömlő medencéből fordított homokóra formájúra, utalva az evolúció véges idejére. A bal oldalon egy női alak ül, a jobb oldalon egy férfi áll pillangószárnyat tartva, a kristályok között pedig egy DNS-féreg gomolyog. Az ábrán látható bal és jobb oldali kvarckristályok Oparin 1957-ben megjelent The Origin of Life on Earth című könyvéből származnak. A tudós meglepetésére Dali ezt a könyvet a szobájában tartotta! A konferencia után az oparinok meglátogatták Dalit, Katalónia partjainál. Mindkét híresség alig várta, hogy csevegjen. Hosszú beszélgetés alakult ki a realista és a szürrealista között, amelyet az arckifejezések és a gesztusok nyelve élénkített - végül is Oparin csak oroszul beszélt.

RNS világ

Az abiogenezis elméletében az élet eredetének keresése egy sejtnél egyszerűbb rendszer gondolatához vezet. A modern sejt rendkívül összetett, munkája három pilléren nyugszik: DNS, RNS és fehérjék. DNS-raktárak örökletes információk, a fehérjék a DNS-be ágyazott séma szerint hajtanak végre kémiai reakciókat, az információt a DNS-ből a fehérjékbe az RNS továbbítja. Mit lehet beépíteni egy egyszerűsített rendszerbe? A sejt egyik összetevője, amely legalább képes önmagát szaporítani és szabályozni az anyagcserét.

A legősibb molekula keresése, amellyel az élet valójában elkezdődött, közel egy évszázada folyik. Ahogy a geológusok a kőzetrétegekből rekonstruálják a Föld történetét, a biológusok a sejt szerkezetéből fedezik fel az élet fejlődését. A 20. századi felfedezések sorozata egy spontán generált gén hipotéziséhez vezetett, amely az élet elődjévé vált. Természetes azt gondolni, hogy egy ilyen első gén lehet DNS-molekula, mert információt tárol a szerkezetéről és a benne bekövetkező változásokról. Fokozatosan felfedezték, hogy a DNS maga nem tud információt továbbítani más generációknak, ehhez segítőkre van szüksége - RNS-re és fehérjékre. Amikor a 20. század második felében felfedezték az RNS új tulajdonságait, kiderült, hogy ez a molekula alkalmasabb főszerep az élet keletkezéséről szóló színdarabban.

Az RNS-molekula szerkezete egyszerűbb, mint a DNS. Rövidebb és egy szálból áll. Ez a molekula katalizátorként szolgálhat, azaz szelektív kémiai reakciókat hajthat végre, például aminosavakat összekapcsolhat egymással, és különösen saját replikációját, azaz reprodukcióját hajthatja végre. Mint ismeretes, a szelektív katalitikus aktivitás az élő rendszerekben rejlő egyik fő tulajdonság. A modern sejtekben csak a fehérjék látják el ezt a funkciót. Talán ez a képesség idővel átszállt rájuk, és valamikor régen ezt az RNS tette.

Hogy megtudják, mire képes még az RNS, a tudósok elkezdték mesterségesen szaporítani. Az RNS-molekulákkal telített oldatban saját élete forr. A lakók részeket cserélnek és újratermelődnek, vagyis az információ átadódik a leszármazottaknak. A molekulák spontán szelekciója egy ilyen kolóniában a természetes szelekcióhoz hasonlít, ami azt jelenti, hogy szabályozható. Ahogyan a tenyésztők új állatfajtákat növesztenek, megkezdték a meghatározott tulajdonságokkal rendelkező RNS-t is. Például olyan molekulák, amelyek segítik a nukleotidokat hosszú láncokká varrni; magas hőmérsékletnek ellenálló molekulák és így tovább.

A Petri-csészékben található molekulakolóniák az RNS világa, csak mesterségesek. Az RNS természetes világa 4 milliárd évvel ezelőtt keletkezhetett meleg tócsákban és sekély tavakban, ahol a molekulák spontán módon szaporodtak. Fokozatosan a molekulák közösségekbe kezdtek gyülekezni, és versenyezni kezdtek egymással a napfényben való helyért, a legrátermettebbek maradtak életben. Igaz, az információátadás az ilyen kolóniákban pontatlanul történik, és az egyén újonnan megszerzett tulajdonságai elveszhetnek, de ezt a hiányosságot számos kombináció fedezi. Az RNS-szelekció nagyon gyorsan lezajlott, és egy sejt félmilliárd év alatt keletkezhetett volna. Az élet kialakulásának lendületet adó RNS-világ nem tűnt el, továbbra is létezik a Föld összes élőlényében.

Az RNS-világ szinte életben van, már csak egy lépés van hátra a teljes újjáéledéshez - egy sejt létrehozása. A sejtet erős membrán választja el a környezettől, ami azt jelenti, hogy az RNS-világ fejlődésének következő állomása a telepek bezárása, ahol a molekulák egymással rokonságban állnak, egy zsírmembránba. Egy ilyen protosejt véletlenül is létrejöhetett, de ahhoz, hogy teljes értékű élő sejt legyen, a membránnak nemzedékről generációra kellett szaporodnia. Mesterséges szelekcióval a membránnövekedésért felelős RNS telepekké tenyészthető, de ez valóban megtörtént? Az amerikai Massachusetts Institute of Technology kísérleteinek szerzői hangsúlyozzák, hogy a laboratóriumban kapott eredmények nem feltétlenül hasonlítanak majd egy élő sejt valós összeállításához, és teljesen távol állhatnak az igazságtól. Élő sejtet azonban még nem sikerült kémcsőben létrehozni. Az RNS-világ nem fedte fel teljesen a titkait.

Az a kérdés, hogy mikor jelent meg az élet a Földön, nemcsak a tudósokat, hanem minden embert is mindig aggaszt. Válaszok rá

szinte minden vallás. Bár erre a kérdésre még mindig nincs pontos tudományos válasz, néhány tény lehetővé teszi számunkra, hogy többé-kevésbé ésszerű hipotéziseket állítsunk fel. A kutatók egy kőzetmintát találtak Grönlandon

egy apró szénfröccsenéssel. A minta kora több mint 3,8 milliárd év. A szénforrás nagy valószínűséggel valamilyen szerves anyag volt - ez idő alatt teljesen elvesztette szerkezetét. A tudósok úgy vélik, hogy ez a széndarab lehet az élet legrégebbi nyoma a Földön.

Hogyan nézett ki a primitív Föld?

Menjünk előre 4 milliárd évvel ezelőttre. A légkör nem tartalmaz szabad oxigént, csak oxidokban található. Szinte semmi hang, kivéve a szél sípját, a lávával kitörő víz sziszegését és a meteoritok becsapódását a Föld felszínére. Se növények, se állatok, se baktériumok. Talán így nézett ki a Föld, amikor megjelent rajta az élet? Bár ez a probléma régóta foglalkoztatja sok kutatót, véleményük erről a kérdésről nagyon eltérő. A kőzetek jelezhették a Föld akkori állapotait, de geológiai folyamatok és mozgások következtében régen elpusztultak. földkéreg.

Ebben a cikkben röviden beszélünk az élet eredetének számos hipotéziséről, amelyek tükrözik a modern tudományos elképzeléseket. Stanley Miller, az élet keletkezésének ismert szakértője szerint az élet keletkezéséről és evolúciójának kezdetéről attól a pillanattól kezdve beszélhetünk, amikor a szerves molekulák önszerveződtek olyan struktúrákká, amelyek képesek voltak reprodukálni magukat. . De ez más kérdéseket is felvet: hogyan keletkeztek ezek a molekulák; miért tudták újratermelni magukat és összeállni azokban a struktúrákban, amelyek élő szervezeteket szültek; milyen feltételek kellenek ehhez?

Az egyik hipotézis szerint az élet egy jégdarabban kezdődött. Bár sok tudós úgy véli, hogy a légkörben lévő szén-dioxid fenntartotta az üvegházhatást, mások úgy vélik, hogy a tél uralkodott a Földön. Alacsony hőmérsékleten minden kémiai vegyület stabilabb, ezért nagyobb mennyiségben halmozódhat fel, mint magas hőmérsékleten. Az űrből hozott meteorittöredékek, a hidrotermikus szellőzőnyílások kibocsátása és a légkörben az elektromos kisülések során fellépő kémiai reakciók ammónia és szerves vegyületek, például formaldehid és cianid forrásai voltak. A Világóceán vizébe érve vele együtt megfagytak. A jégoszlopban a szerves anyagok molekulái közel kerültek egymáshoz, és olyan kölcsönhatásokba léptek, amelyek glicin és más aminosavak képződéséhez vezettek. Az óceánt jég borította, amely megvédte az újonnan képződött vegyületeket az ultraibolya sugárzás általi pusztulástól. Ez a jeges világ például elolvadhat, ha egy hatalmas meteorit zuhan a bolygóra (1. ábra).

Charles Darwin és kortársai úgy gondolták, hogy élet keletkezhetett egy víztömegben. Sok tudós még mindig ragaszkodik ehhez az állásponthoz. Egy zárt és viszonylag kis méretű tározóban a beáramló vizek által hozott szerves anyagok a szükséges mennyiségben felhalmozódhattak. Ezek a vegyületek ezután tovább koncentrálódtak a rétegelt ásványok belső felületére, ami katalizálhatta a reakciókat. Például két foszfaldehidmolekula, amelyek egy ásvány felszínén találkoztak, egymással reakcióba lépve foszforilált szénhidrátmolekulát képeztek, amely a ribonukleinsav lehetséges prekurzora (2. ábra).

Vagy talán élet keletkezett a vulkáni tevékenység területén? Közvetlenül kialakulása után a Föld tüzet okádó magmagolyó volt. A vulkánkitörések során és az olvadt magmából felszabaduló gázokkal, a Föld felszíne különféle vegyi anyagok, szerves molekulák szintéziséhez szükséges. Így a szén-monoxid-molekulák a katalitikus tulajdonságú pirit ásvány felületére kerülve reakcióba léphettek olyan vegyületekkel, amelyek metilcsoportokat tartalmaztak, és ecetsavat képeztek, amelyből aztán más szerves vegyületeket szintetizáltak (3. ábra).

Az amerikai tudósnak, Stanley Millernek először 1952-ben sikerült szerves molekulákat - aminosavakat - előállítani a primitív Földön létezőket szimuláló laboratóriumi körülmények között. Aztán ezek a kísérletek szenzációvá váltak, és szerzőjük világszerte ismertté vált. Jelenleg is folytat kutatásokat a prebiotikus (élet előtti) kémia területén a Kaliforniai Egyetemen. A berendezés, amelyen az első kísérletet elvégezték, egy lombikrendszer volt, amelyek közül az egyikben erős elektromos kisülést lehetett elérni 100 000 V feszültségen.

Miller ezt a lombikot természetes gázokkal töltötte meg - metánnal, hidrogénnel és ammóniával, amelyek jelen voltak a primitív Föld légkörében. Az alatta lévő lombikban nem volt nagyszámú az óceánt szimuláló víz. Elektromos kisülés ereje közel volt a villámhoz, és Miller arra számított, hogy hatására kémiai vegyületek keletkeznek, amelyek a vízbe kerülve egymással reakcióba lépve bonyolultabb molekulákat képeznek.

Az eredmény minden várakozást felülmúlt. Miután este kikapcsolta a telepítést, és másnap reggel visszatért, Miller felfedezte, hogy a lombikban lévő víz sárgás színűvé vált. Ami megjelent, az az aminosavak levese, a fehérjék építőkövei. Így ez a kísérlet megmutatta, milyen könnyen képződhetnek az élet elsődleges összetevői. Nem kellett más, mint egy gázkeverék, egy kis óceán és egy kis villám.

Más tudósok hajlamosak azt hinni, hogy a Föld ősi légköre különbözött attól, amelyet Miller modellezett, és valószínűleg szén-dioxidból és nitrogénből állt. Ezzel a gázkeverékkel és Miller kísérleti elrendezésével a vegyészek megpróbáltak szerves vegyületeket előállítani. Koncentrációjuk a vízben azonban olyan jelentéktelen volt, mintha egy csepp ételfestéket feloldottak volna egy úszómedencében. Természetesen nehéz elképzelni, hogyan keletkezhet élet egy ilyen híg oldatban.

Ha valóban olyan jelentéktelen volt a földi folyamatok hozzájárulása az elsődleges szervesanyag-tartalékok létrehozásához, akkor ez honnan származik? Talán az űrből? Az aszteroidák, üstökösök, meteoritok és még a bolygóközi por részecskék is hordozhatnak szerves vegyületeket, beleértve az aminosavakat is. Ezek a földönkívüli objektumok elegendő mennyiségű szerves vegyületet biztosíthatnak az élet eredetéhez, hogy beléphessenek az ősóceánba vagy a kis víztestbe.

Az események sorrendje és időintervalluma, kezdve az elsődleges szervesanyag képződésétől és az élet megjelenéséig, mint olyan, sok kutatót aggasztó rejtély marad, és valószínűleg örökre az is marad, valamint a minek a kérdése. sőt tekintsd életnek.

Jelenleg számos tudományos definíció létezik az életről, de mindegyik nem pontos. Némelyikük olyan széles, hogy élettelen tárgyak, például tűz vagy ásványi kristályok esnek alájuk. Mások túl szűkek, és szerintük az utódot nem hozó öszvéreket nem ismerik el élőnek.

Az egyik legsikeresebb az életet önfenntartóként határozza meg kémiai rendszer, amely képes a darwini evolúció törvényeinek megfelelően viselkedni. Ez azt jelenti, hogy először is az élő egyedek egy csoportjának hozzájuk hasonló leszármazottakat kell kitermelnie, akik szüleik tulajdonságait öröklik. Másodszor, a leszármazottak generációinak fel kell mutatniuk a mutációk következményeit – a genetikai változásokat, amelyeket a következő generációk örökölnek, és a populáció változékonyságát okozzák. Harmadszor pedig a rendszer működéséhez szükséges természetes kiválasztódás, melynek eredményeként egyes egyedek előnyre tesznek szert másokkal szemben, és a megváltozott körülmények között életben maradnak, utódokat hozva létre.

A rendszer mely elemeire volt szükség ahhoz, hogy az élő szervezet jellemzőivel rendelkezzen? Nagy szám biokémikusok és molekuláris biológusok úgy vélik, hogy az RNS-molekulák rendelkeznek a szükséges tulajdonságokkal. Az RNS - ribonukleinsavak - speciális molekulák. Némelyikük képes replikálódni, mutálódni, így információt továbbítani, és így részt vehet a természetes kiválasztódásban. Igaz, maguk nem képesek katalizálni a replikációs folyamatot, bár a tudósok remélik, hogy a közeljövőben ilyen funkciójú RNS-fragmenst találnak majd. Más RNS-molekulák részt vesznek a genetikai információ „beolvasásában” és riboszómákba való átvitelében, ahol a fehérjemolekulák szintézise zajlik, amelyben a harmadik típusú RNS-molekulák vesznek részt.

Így a legprimitívebb élő rendszert olyan RNS-molekulák képviselhetik, amelyek megkettőződnek, mutációkon mennek keresztül és természetes szelekciónak vannak kitéve. Az evolúció során az RNS-en alapuló speciális DNS-molekulák - a genetikai információ őrzői - és nem kevésbé speciális fehérjemolekulák keletkeztek, amelyek katalizátor funkciót vettek fel az összes jelenleg ismert biológiai molekula szintézisében.

Valamikor egy DNS-ből, RNS-ből és fehérjéből álló „élő rendszer” talált menedéket egy lipidmembrán által alkotott tasak belsejében, és ez a külső hatásoktól jobban védett szerkezet szolgált a legelső sejteket, amelyek létrejöttek. az élet három fő ágához, amelyeket a modern világban baktériumok, archaeák és eukarióták képviselnek. Ami az ilyen elsődleges sejtek megjelenésének dátumát és sorrendjét illeti, ez továbbra is rejtély marad. Ráadásul egyszerű valószínűségi becslések szerint nincs elég idő a szerves molekulákról az első szervezetekre való evolúciós átmenetre - az első legegyszerűbb organizmusok túl hirtelen jelentek meg.

A tudósok sok éven át úgy vélték, hogy nem valószínű, hogy élet keletkezhetett és fejlődhetett abban az időszakban, amikor a Föld folyamatosan ütközött nagy üstökösökkel és meteoritokkal, ez az időszak körülbelül 3,8 milliárd évvel ezelőtt ért véget. A közelmúltban azonban legalább 3,86 milliárd évre visszamenőleg összetett sejtszerkezetek nyomait fedezték fel a Föld legrégebbi üledékes kőzeteiben, Grönland délnyugati részén. Ez azt jelenti, hogy az élet első formái évmilliókkal azelőtt keletkezhettek, hogy bolygónkat nagy kozmikus testek bombázzák. Ekkor azonban egy teljesen más forgatókönyv lehetséges (4. ábra).

A Földre zuhanó űrobjektumok központi szerepet játszhattak az élet kialakulásában bolygónkon, hiszen számos kutató szerint a baktériumokhoz hasonló sejtek egy másik bolygón is keletkezhettek, majd az aszteroidákkal együtt eljuthattak a Földre. Az élet földönkívüli eredetének elméletét alátámasztó bizonyítékot egy burgonya alakú, ALH84001 nevű meteorit belsejében találták. Ez a meteorit eredetileg a marsi kéreg egy darabja volt, amely aztán egy robbanás következtében az űrbe került, amikor egy hatalmas aszteroida ütközött a Mars felszínével, ami körülbelül 16 millió évvel ezelőtt történt. 13 ezer évvel ezelőtt pedig a Naprendszeren belüli hosszú utazás után a marsi kőzetdarab meteorit formájában landolt az Antarktiszon, ahol nemrég fedezték fel. A meteorit részletes vizsgálata során megkövesedett baktériumokra emlékeztető rúd alakú struktúrákat tártak fel benne, ami heves tudományos vitát váltott ki a marsi kéreg mélyén található élet lehetőségéről. Ezeket a vitákat csak 2005-ben oldják meg, amikor a Nemzeti Repülési Hivatal űrkutatás Az Egyesült Államok egy olyan programot valósít meg, amely egy bolygóközi űrszondát repít a Marsra, hogy mintákat vegyen a marsi kéregből, és mintákat szállítson a Földre. És ha a tudósoknak sikerül bebizonyítani, hogy egykor mikroorganizmusok laktak a Marson, akkor nagyobb fokú bizalommal beszélhetünk az élet földönkívüli eredetéről és annak lehetőségéről, hogy életet hozhatnak a világűrből (5. ábra).

Rizs. 5. Eredetünk mikrobákból származik.

Mit örököltünk az ősi életformáktól? Az egysejtű szervezetek alábbi összehasonlítása az emberi sejtekkel sok hasonlóságot tár fel.

1. Szexuális szaporodás Két speciális algareproduktív sejt - ivarsejtek - párosulnak, és olyan sejtet alkotnak, amely mindkét szülőtől származó genetikai anyagot hordozza. Ez figyelemreméltóan emlékeztet az emberi petesejt spermium általi megtermékenyítésére.

2. Szempilla Az egysejtű paramecium felületén lévő vékony csillók apró evezőként ringatóznak, és mozgást biztosítanak számára táplálékkeresés közben. Hasonló csillók szegélyezik az emberi légutakat, nyálkát választanak ki és idegen részecskéket csapdába ejtenek.

3. Más cellák rögzítése Az amőba felszívja a táplálékot, körülveszi azt egy pszeudopodiával, amely a sejt egy részének kiterjesztésével és megnyúlásával jön létre. Állati vagy emberi testben az amőboid vérsejtek hasonló módon kiterjesztik álpodiájukat, hogy elnyeljék a veszélyes baktériumokat. Ezt a folyamatot fagocitózisnak nevezik.

4. Mitokondriumok Az első eukarióta sejtek akkor keletkeztek, amikor egy amőba elkapta az aerob baktériumok prokarióta sejtjeit, amelyek mitokondriumokká fejlődtek. És bár egy sejt (hasnyálmirigy) baktériumai és mitokondriumai nem nagyon hasonlítanak egymásra, egy funkciójuk van - energiát termelni az élelmiszer oxidációjával.

5. Flagella Az emberi spermium hosszú flagelluma lehetővé teszi, hogy nagy sebességgel mozogjon. A baktériumok és az egyszerű eukarióták is hasonló belső szerkezetű flagellákkal rendelkeznek. Egy pár mikrotubulusból áll, amelyeket kilenc másik vesz körül.

A földi élet evolúciója: az egyszerűtől a bonyolultig

A tudomány jelenleg és valószínűleg a jövőben sem tud majd választ adni arra a kérdésre, hogy hogyan nézett ki a legelső organizmus, amely a Földön megjelent - az ős, ahonnan az életfa három fő ága származott. Az egyik ág az eukarióták, amelyek sejtjei egy kialakult magot tartalmaznak, amely genetikai anyagot és speciális organellumokat tartalmaz: energiatermelő mitokondriumokat, vakuolákat stb. Az eukarióta szervezetek közé tartoznak az algák, gombák, növények, állatok és emberek.

A második ág a baktériumok - prokarióta (prenukleáris) egysejtű szervezetek, amelyek nem rendelkeznek kifejezett maggal és organellumokkal. És végül a harmadik ág az egysejtű élőlények, az archaeák vagy archaebaktériumok, amelyek sejtjeinek szerkezete megegyezik a prokariótákéval, de a lipidek kémiai szerkezete teljesen más.

Számos archaebaktérium képes túlélni rendkívül kedvezőtlen környezeti feltételek mellett. Némelyikük termofil, és csak 90 °C-os vagy annál magasabb hőmérsékletű forró forrásokban él, ahol más élőlények egyszerűen elpusztulnának. Az ilyen körülmények között remekül érzik magukat ezek az egysejtű szervezetek vas- és kéntartalmú anyagokat, valamint számos kémiai vegyületek, mérgező más életformákra. A tudósok szerint a talált termofil archaebaktériumok rendkívül primitív szervezetek, és evolúciós értelemben közeli rokonai a Föld legősibb életformáinak.

Érdekes, hogy az élet mindhárom ágának modern képviselői, amelyek leginkább hasonlítanak őseikhez, még mindig magas hőmérsékletű helyeken élnek. Ennek alapján egyes tudósok hajlamosak azt hinni, hogy az élet nagy valószínűséggel körülbelül 4 milliárd évvel ezelőtt keletkezett az óceán fenekén, forró források közelében, fémekben és nagy energiájú anyagokban gazdag patakokat törve ki. Ezek a vegyületek egymással és az akkor még steril óceán vizével kölcsönhatásba lépve, sokféle kémiai reakcióba lépve alapvetően új molekulákat hoztak létre. Így aztán több tízmillió éven keresztül ebben a „vegyi konyhában” készült a legnagyobb étel - az élet. Körülbelül 4,5 milliárd évvel ezelőtt pedig egysejtű szervezetek jelentek meg a Földön, amelyek magányos léte a prekambrium korszaka során végig folytatódott.

Az evolúció kitörése, amely többsejtű organizmusokat eredményezett, jóval később, valamivel több mint félmilliárd évvel ezelőtt következett be. Bár a mikroorganizmusok olyan kicsik, hogy egyetlen vízcsepp milliárdokat is tartalmazhat, munkájuk mértéke óriási.

Úgy gondolják, hogy kezdetben nem volt szabad oxigén a föld légkörében és az óceánokban, és ilyen körülmények között csak anaerob mikroorganizmusok éltek és fejlődtek. Az élőlények evolúciójának különleges lépése volt a fotoszintetikus baktériumok megjelenése, amelyek fényenergia felhasználásával a szén-dioxidot szénhidrátvegyületekké alakították, amelyek táplálékul szolgáltak más mikroorganizmusok számára. Ha az első fotoszintetika metánt vagy hidrogén-szulfidot termelt, akkor az egyszer megjelent mutánsok a fotoszintézis során oxigént kezdtek termelni. Mivel az oxigén felhalmozódott a légkörben és a vizekben, az anaerob baktériumok, amelyek számára ez káros, oxigénmentes réseket foglaltak el.

A 3,46 milliárd éves Ausztráliában talált ősi kövületek olyan struktúrákat tártak fel, amelyekről úgy gondolják, hogy cianobaktériumok, az első fotoszintetikus mikroorganizmusok maradványai. Az anaerob mikroorganizmusok és cianobaktériumok korábbi dominanciáját a szennyezetlen sós víztestek sekély part menti vizeiben található stromatolitok bizonyítják. Alakjukban nagy sziklákra emlékeztetnek, és az élettevékenységük eredményeként kialakult mészkő- vagy dolomitkőzetekben élő mikroorganizmusok érdekes közösségét képviselik. A felszíntől több centiméter mélységig a stromatolitok mikroorganizmusokkal telítettek: valójában felső réteg oxigént termelő fotoszintetikus cianobaktériumok élőben; mélyebb baktériumokat találnak, amelyek bizonyos mértékig toleránsak az oxigénnel szemben, és nem igényelnek fényt; az alsó rétegben olyan baktériumok vannak, amelyek csak oxigén hiányában tudnak élni. Ezek a különböző rétegekben elhelyezkedő mikroorganizmusok egy rendszert alkotnak, amelyet a közöttük lévő összetett kapcsolatok egyesítenek, beleértve a táplálkozási kapcsolatokat is. A mikrobiális film mögött egy kőzet található, amely az elhalt mikroorganizmusok maradványainak a vízben oldott kalcium-karbonáttal való kölcsönhatása eredményeként képződik. A tudósok úgy vélik, hogy amikor a primitív Földön nem voltak kontinensek, és csak vulkánok szigetcsoportjai emelkedtek az óceán felszíne fölé, a sekély vizek tele voltak stromatolitokkal.

A fotoszintetikus cianobaktériumok tevékenysége következtében az óceánban megjelent az oxigén, majd hozzávetőleg 1 milliárd évvel ezt követően elkezdett felhalmozódni a légkörben. Először a keletkező oxigén kölcsönhatásba lép a vízben oldott vassal, ami vas-oxidok megjelenéséhez vezetett, amelyek fokozatosan kicsapódtak az alján. Így évmilliók alatt mikroorganizmusok részvételével hatalmas vasérc lerakódások keletkeztek, amelyekből ma az acélt olvasztják.

Aztán, amikor az óceánokban található vas nagy része oxidálódott, és már nem tudott oxigént megkötni, gáznemű formában kijutott a légkörbe.

Miután a fotoszintetikus cianobaktériumok szén-dioxidból bizonyos mennyiségű energiában gazdag szerves anyagot hoztak létre, és oxigénnel dúsították a föld légkörét, új baktériumok jelentek meg - aerobok, amelyek csak oxigén jelenlétében létezhetnek. Oxigénre van szükségük a szerves vegyületek oxidációjához (égetéséhez), és a keletkező energia jelentős része biológiailag elérhető formává - adenozin-trifoszfáttá (ATP) - alakul. Ez a folyamat energetikailag nagyon kedvező: az anaerob baktériumok egy glükózmolekula lebontásakor csak 2 glükózmolekulát kapnak. ATP molekulák, az oxigént használó aerob baktériumok pedig 36 ATP-molekulával rendelkeznek.

Az aerob életmódhoz elegendő oxigén megjelenésével debütáltak az eukarióta sejtek is, amelyek a baktériumokkal ellentétben sejtmaggal és organellumokkal, például mitokondriumokkal, lizoszómákkal, algákban és magasabb rendű növényekben pedig kloroplasztiszokkal rendelkeznek, ahol fotoszintetikus reakciók zajlanak. Van egy érdekes és megalapozott hipotézis az eukarióták megjelenésével és fejlődésével kapcsolatban, amelyet közel 30 évvel ezelőtt L. Margulis amerikai kutató fogalmazott meg. E hipotézis szerint az eukarióta sejtben energiagyárként funkcionáló mitokondriumok aerob baktériumok, a növényi sejtek kloroplasztiszai pedig, amelyekben a fotoszintézis megtörténik, cianobaktériumok, amelyeket valószínűleg körülbelül 2 milliárd évvel ezelőtt szívtak fel primitív amőbák. A kölcsönösen előnyös kölcsönhatások eredményeként a felszívódott baktériumok belső szimbiontákká váltak, és stabil rendszert alkottak az őket elnyelő sejttel - egy eukarióta sejttel.

Különböző geológiai korú kőzetekben élőlények fosszilis maradványainak tanulmányozása kimutatta, hogy az eukarióta életformákat keletkezésük után több száz millió évig mikroszkopikus gömb alakú egysejtű élőlények, például élesztőgombák képviselték, és evolúciós fejlődésük nagyon lassú. ütemben. De valamivel több mint 1 milliárd évvel ezelőtt számos új eukarióta faj jelent meg, ami drámai ugrást jelent az élet fejlődésében.

Mindenekelőtt ez az ivaros szaporodás megjelenésének volt köszönhető. És ha a baktériumok és az egysejtű eukarióták úgy szaporodnak, hogy genetikailag azonos másolatokat készítenek magukról, és nincs szükség szexuális partnerre, akkor az ivaros szaporodás a jobban szervezett eukarióta szervezetekben a következőképpen megy végbe. A szülők két haploid ivarsejtje, amelyek egyetlen kromoszómakészlettel rendelkeznek, egy zigótává olvadnak össze, amely kettős kromoszómakészlettel rendelkezik mindkét partner génjeivel, ami lehetőséget teremt új génkombinációkra. Az ivaros szaporodás megjelenése új organizmusok megjelenéséhez vezetett, amelyek az evolúció színterére léptek.

A földi élet teljes létének háromnegyedét kizárólag mikroorganizmusok képviselték, egészen addig, amíg az evolúcióban minőségi ugrás nem történt, ami magasan szervezett organizmusok, köztük az emberek megjelenéséhez vezetett. Kövesse nyomon a földi élet történetének főbb mérföldköveit csökkenő sorban.

1,2 milliárd évvel ezelőtt robbanásszerű evolúció ment végbe, amelyet az ivaros szaporodás megjelenése okozott, és a jól szervezett életformák – növények és állatok – megjelenése jellemezte.

Az ivaros szaporodás során kialakuló kevert genotípus új variációinak kialakulása az új életformák biodiverzitásában nyilvánult meg.

2 milliárd évvel ezelőtt komplex eukarióta sejtek jelentek meg, amikor az egysejtű szervezetek más prokarióta sejteket felszívva bonyolították szerkezetüket. Némelyikük - aerob baktériumok - mitokondriumokká - az oxigénlégzés energiaállomásaivá változtak. Mások – fotoszintetikus baktériumok – a gazdasejt belsejében kezdtek el fotoszintézist végezni, és algákban és növényi sejtekben kloroplasztiszokká váltak. Az eukarióta sejtek, amelyek rendelkeznek ezekkel az organellumokkal és egy egyértelműen elkülönülő, genetikai anyagot tartalmazó maggal, alkotják az összes modern összetett életformát – a penésztől az emberig.

3,9 milliárd évvel ezelőtt egysejtű szervezetek jelentek meg, amelyek valószínűleg úgy néztek ki, mint a modern baktériumok és archaebaktériumok. Mind az ősi, mind a modern prokarióta sejtek szerkezete viszonylag egyszerű: nincs kialakult sejtmagjuk és speciális organellumuk, zselészerű citoplazmájuk DNS-makromolekulákat - genetikai információhordozókat, valamint riboszómákat tartalmaz, amelyeken a fehérjeszintézis megtörténik, és energiát termelnek. a sejtet körülvevő citoplazmatikus membrán.

4 milliárd évvel ezelőtt rejtélyes módon megjelent az RNS. Lehetséges, hogy a primitív földön megjelent egyszerűbb szerves molekulákból jött létre. Úgy tartják, hogy az ősi RNS-molekulák genetikai információhordozóként és fehérjekatalizátorként működtek, képesek voltak replikációra (önduplikációra), mutáltak és természetes szelekciónak voltak kitéve. A modern sejtekben az RNS nem rendelkezik ezekkel a tulajdonságokkal, de nagyon fontos közvetítő szerepet tölt be a genetikai információnak a DNS-ből a riboszómákba való átvitelében, amelyekben a fehérjeszintézis megtörténik.

A.L. Prohorov
Richard Monasterski cikke alapján
a National Geographic magazinban, 1998 3. szám

A földi élet eredetének modern fogalma egy széles szintézis eredménye természettudományok, számos elméletet és hipotézist terjesztettek elő a különböző szakterületek kutatói.

Az élet kialakulásához a Földön az elsődleges (a bolygó) légköre fontos.

A Föld elsődleges légköre metánt, ammóniát, vízgőzt és hidrogént tartalmazott. Azáltal, hogy e gázok keverékét elektromos töltéseknek és ultraibolya sugárzásnak tették ki, a tudósok összetett szerves anyagokat tudtak előállítani, amelyek az élő fehérjék részét képezik. Az élőlények alapvető „építőkövei” a következők: kémiai elemek mint a szén, oxigén, nitrogén és hidrogén.

Egy élő sejt tömege szerint 70% oxigént, 17% szenet, 10% hidrogént, 3% nitrogént tartalmaz, ezt követi a foszfor, kálium, klór, kalcium, nátrium, magnézium és vas.

Tehát az első lépés az élet megjelenése felé a szerves anyagok képzése a szervetlen anyagokból. Kémiai „nyersanyagok” jelenlétével függ össze, amelyek szintézise bizonyos sugárzás, nyomás, hőmérséklet és páratartalom mellett megtörténhet.

A legegyszerűbb élőlények megjelenését hosszú kémiai evolúció előzte meg. Kevés számú vegyületből (a természetes szelekció eredményeként) életre alkalmas tulajdonságú anyagok keletkeztek. A szénből származó vegyületek képezték a hidroszféra „elsődleges táptalajt”. A nitrogént és szenet tartalmazó anyagok a Föld olvadt mélyéből származtak, és a vulkáni tevékenység során kerültek a felszínre.

A vegyületek megjelenésének második lépése a biopolimerek megjelenésével függ össze a Föld elsődleges óceánjában: nukleinsavak, fehérjék. Ha feltételezzük, hogy ebben az időszakban minden szerves vegyület a Föld elsődleges óceánjában volt, akkor az óceán felszínén vékony filmréteg formájában és a nap által felmelegített sekély vízben összetett szerves vegyületek keletkezhettek. Az anaerob környezet elősegítette a polimerek szintézisét szervetlen vegyületek. Az egyszerű szerves vegyületek nagy biológiai molekulákká kezdtek egyesülni.

Enzimek képződnek - fehérjeanyagok - katalizátorok, amelyek hozzájárulnak a molekulák kialakulásához vagy széteséséhez. Az enzimek aktivitása következtében az élet „elsődleges elemei” keletkeztek - nukleinsavak, monomerekből álló összetett polimer anyagok.

A nukleinsavakban a monomerek úgy vannak elrendezve, hogy bizonyos információkat, kódokat,

amely abból áll, hogy a fehérjében lévő minden aminosav egy 3 nukleotidból álló specifikus fehérjének felel meg (triplet). A fehérjék nukleinsavak alapján épülhetnek fel, és anyag- és energiacsere történik a külső környezettel.

A nukleinsavak szimbiózisa „molekuláris genetikai kontrollrendszereket” alakított ki.

Ebben a szakaszban a nukleinsavmolekulák megszerezték a maguk fajtájának önreprodukciós tulajdonságait, és elkezdték szabályozni a fehérjeanyagok képződésének folyamatát.

Minden élőlény eredete a revertáz és a mátrix szintézise volt a DNS-ből RNS-be, az r-RNS molekuláris rendszer evolúciója DNS-vé. Így keletkezett a „bioszféra genomja”.

Hő és hideg, villámlás, ultraibolya reakció, légköri elektromos töltések, széllökések és vízsugarak - mindez biztosította a biokémiai reakciók kezdetét vagy csillapítását, előfordulásuk természetét és a génkitöréseket.

A biokémiai szakasz vége felé szerkezeti képződmények, például membránok jelentek meg, korlátozva a külső környezetből származó szerves anyagok keveredését.

A membránok nagy szerepet játszottak minden élő sejt felépítésében. Minden növény és állat teste sejtekből áll.

A modern tudósok arra a következtetésre jutottak, hogy a Föld első élőlényei egysejtű prokarióták voltak. Szerkezetükben a jelenleg létező baktériumokra vagy kék-zöld algákra hasonlítottak.

Az első „élő molekulák”, a prokarióták létezéséhez, mint minden élőlényhez, kívülről beáramló energia szükséges. Minden cella egy kis „energia állomás”. A sejtek közvetlen energiaforrása az ATP és más foszfortartalmú vegyületek. A sejtek táplálékból kapják az energiát, nemcsak költeni, hanem tárolni is képesek.

A tudósok szerint az élő protoplazma első csomói közül sok a Földön keletkezett. Körülbelül 2 milliárd évvel ezelőtt egy sejtmag jelent meg az élő sejtekben. Az eukarióták prokariótákból keletkeztek. 25-30 fajuk van a Földön. Közülük a legegyszerűbbek az amőbák. Az eukariótákban a sejt egy olyan sejtmaggal rendelkezik, amely a fehérjeszintézis kódját tartalmazza.

Ekkor már volt „választható” növényi vagy állati életmód. Az életstílusok közötti különbségek a táplálkozás módjához és a fotoszintézis kialakulásához kapcsolódnak, amely szerves anyagok (például szén-dioxidból és vízből fényenergia felhasználásával cukrok) létrehozásából áll.

A fotoszintézisnek köszönhetően a növények szerves anyagokat termelnek, aminek következtében a növényi tömeg megnő, és nagy mennyiségű szerves anyagot termelnek.

A fotoszintézis megjelenésével az oxigén elkezdett bejutni a Föld légkörébe, és kialakult a Föld másodlagos, magas oxigéntartalmú légköre.

Az oxigén megjelenése és a szárazföldi növények intenzív fejlődése a földi élet fejlődésének legnagyobb szakasza. Ettől a pillanattól kezdve megkezdődött az élő formák fokozatos módosulása és fejlődése.

Az élet minden megnyilvánulásával mélyreható változásokat hozott bolygónk fejlődésében. Az evolúció folyamatában javuló élőlények egyre szélesebb körben elterjedtek a bolygón, nagy szerepet vállalva a földkéregben, valamint a Föld levegőjében és vízhéjában lévő energia- és anyagok újraelosztásában.

A vegetáció megjelenése és elterjedése a kezdetben nagyon kevés szabad oxigént tartalmazó, főként szén-dioxidból és valószínűleg metánból és ammóniából álló légkör összetételének gyökeres megváltozásához vezetett.

A szén-dioxidból szenet asszimiláló növények olyan légkört eredményeztek, amely szabad oxigént és csak nyomokban tartalmazott szén-dioxidot. A légkörben lévő szabad oxigén nemcsak aktív vegyi anyagként, hanem ózonforrásként is szolgált, amely elzárta a rövid ultraibolya sugarak útját a Föld felszínére (ózon képernyő).

Ugyanakkor a növényi maradványokban évszázadok óta felhalmozódott szén szerves vegyületek (szén, tőzeg) lerakódások formájában energiatartalékokat képezett a földkéregben.

Az óceánok életének fejlődése csontvázakból és más tengeri élőlények maradványaiból álló üledékes kőzetek kialakulásához vezetett.

Ezek a lerakódások, mechanikai nyomásuk, kémiai és fizikai átalakulásaik megváltoztatták a földkéreg felszínét. Mindez egy olyan bioszféra jelenlétéről tanúskodott a Földön, amelyben életjelenségek bontakoztak ki és tartanak a mai napig.