Dacă analizăm toate datele pe care oamenii de știință le-au putut obține în cursul diferitelor studii, devine evident că viața pe Pământ este un fapt uimitor de incredibil. Șansele apariției sale în Universul nostru sunt neglijabile. Toate etapele apariției vieții conțineau posibilitatea unei dezvoltări alternative a evenimentelor, în urma căreia lumea ar fi rămas un abis cosmic rece, fără un indiciu nu numai al minții umane, ci chiar și al celui mai mic microb. Creaționiștii explică un eveniment atât de incredibil ca fiind intervenția divină. Cu toate acestea, existența lui Dumnezeu nu poate fi dovedită sau infirmată, iar ideile moderne despre originea vieții, ca toată știința în general, se bazează pe date experimentale și dezvoltări teoretice care pot fi puse sub semnul întrebării sau confirmate.
Vitalism
Cunoașterea umană trece printr-o evoluție care este oarecum similară în punctele sale principale cu procesul descris de Darwin. Teoriile trec și cei mai puternici supraviețuiesc, cei care au reușit să reziste asaltului contraargumentelor sau să se adapteze și să se schimbe după cum li se potrivește. Ipotezele despre originea vieții au trecut și ele printr-o lungă călătorie de dezvoltare, a cărei finalizare nici măcar nu a fost indicată, deoarece în fiecare zi se descoperă noi fapte, forțând corectarea opiniilor deja stabilite.
O piatră de hotar majoră pe acest drum a fost vitalismul - teoria generației spontane constante a vieții. Conform prevederilor ei, șoarecii au apărut în cârpe vechi, viermi - în resturi de mâncare putrezite. Vitalismul a dominat știința până la experimentele lui Louis Pasteur din 1860, când a dovedit imposibilitatea generării spontane a organismelor vii. Rezultatele au creat un paradox: au întărit credința în divin și i-au forțat pe oamenii de știință să caute dovezi cu privire la ceea ce au infirmat recent. Știința a căutat să explice că originea independentă a vieții a avut loc, dar cu foarte mult timp în urmă și a avut loc în etape, durand milioane de ani.
Sinteza carbonului
Situația părea fără speranță până în 1864 A.M. Butlerov nu a făcut o descoperire importantă.
A reușit să obțină (carbon) din anorganic (în experimentul său a fost formaldehidă). Datele obținute au distrus peretele impresionant care separase anterior organismele vii de lumea materiei moarte. De-a lungul timpului, oamenii de știință au reușit să obțină și alte variante de materie organică din substanțe anorganice. Din acest moment au început să se formeze idei moderne despre originea vieții. Ei au încorporat date nu numai din biologie, ci și din cosmologie și fizică.
Consecințele Big Bang-ului
Teoriile despre originea vieții acoperă o perioadă uriașă: oamenii de știință găsesc primele premise pentru formarea viitoare a organismelor în stadiile incipiente ale originii Universului. Fizica modernă datează existența lumii de la Big Bang, când totul a apărut practic din nimic. În Universul în expansiune și răcire rapidă, atomii și moleculele s-au format mai întâi, apoi au început să se unească, formând stele din prima generație. Ele au devenit locul de formare al majorității elementelor cunoscute astăzi de știință. Noi atomi au umplut spațiul după exploziile stelare și au devenit baza pentru următoarea generație de obiecte, inclusiv Soarele nostru. Datele moderne sugerează că primii ar fi putut apărea în norii protoplanetari din jurul noilor stele. Din ele s-au format în curând planete. Se pare că primele etape ale apariției vieții pe Pământ au avut loc chiar înainte de formarea acesteia.
Cicluri autocatalitice
Procesele care au avut loc pe Planeta Albastră în „anii copilăriei” ei au fost susținute de substanțe care făceau parte din interiorul acesteia și proveneau din spațiu sub formă de meteoriți. Ipotezele pentru originea vieții, una dintre fundamentele importante pentru apariția materiei organice pe Pământ, sunt catalizatorii reacțiilor chimice care au venit aici cu fragmentele acestor „extratereștri”. Au dus la faptul că cele mai rapide procese au început să joace un rol copleșitor în formarea de noi substanțe pe planetă.
Următoarea etapă este ciclurile autocatalitice. În astfel de procese, se formează substanțe care ajută la creșterea vitezei de reacție, precum și la reînnoirea substratului - elementele care interacționează. Ciclul s-a închis astfel: procesele s-au accelerat și au „gătit mâncarea” pentru ele însele, adică substanțe care au reacţionat din nou, din nou catalizându-se și din nou formând un substrat, și așa mai departe.
Îndoieli
Ideile moderne despre originea vieții au conținut de multă vreme opinii contradictorii. Piesa de poticnire este o problemă cu puiul și ouăle. Ce a fost mai întâi: proteinele care efectuează toate procesele din celulă, sau ADN, care determină structura acestor proteine și stochează toate informațiile ereditare. Primele sunt necesare organismului, deoarece contribuie la auto-întreținerea sistemului, fără de care viața este imposibilă. ADN-ul conține o înregistrare a structurii celulei, care determină și viabilitatea. Opiniile oamenilor de știință au fost împărțite și nu a existat niciun răspuns la întrebare până în momentul în care s-a știut că stocarea informațiilor ereditare în viruși nu este ADN-ul, ci ARN-ul, a treia clasă de compuși organici, căruia i se atribuie de obicei doar un rol secundar. în teoria originii vieţii.
Lumea ARN
Treptat, faptele au început să se acumuleze, iar în anii 80 ai secolului trecut au apărut date care au schimbat ideile despre etapele inițiale ale formării materiei vii. Au fost descoperite ribozime, molecule de ARN care au capacitatea proteinelor, în special, de a cataliza reacții. Prin urmare, primele forme de viață ar fi putut apărea fără participarea proteinelor și ADN-ului. În ele, funcția de stocare a informațiilor, precum și toată munca internă, a fost îndeplinită de ARN. Viața pe Pământ a evoluat acum din proto-organisme care erau cicluri autocatalitice constând din ribozime autoreplicabile. Teoria a fost numită „lumea ARN”.
Coacervează
Astăzi este dificil să ne imaginăm viața din acea perioadă, deoarece nu avea o singură caracteristică importantă - o coajă sau o graniță. În esență, era o soluție care conținea cicluri autocatalitice din ARN. Problema lipsei limitelor necesare desfășurării corecte a proceselor a fost rezolvată prin metode improvizate. Protoorganismele și-au găsit adăpost lângă mineralele zeolitice, care aveau o structură de rețea a rețelei cristaline. Suprafața lor a fost capabilă să catalizeze formarea lanțurilor de ARN și să le dea o anumită configurație.
Mai departe - mai mult: în scenă apar coacervate sau picături de apă-lipidice. Ipotezele timpurilor recente și ale timpurilor moderne se bazează în mare măsură pe teoria A.I. Oparin, care a studiat proprietățile unor astfel de formațiuni. Coacervatele sunt picături de soluție închise într-o înveliș de grăsimi (lipide). Membranele lor sunt, de asemenea, caracterizate prin capacitatea de a efectua metabolismul. Unele dintre ele s-au combinat aparent cu lanțuri de ARN auto-replicabil, inclusiv cele care au catalizat sinteza lipidelor în sine. Așa au apărut noi forme de viață, depășind calea de la nivelul pre-organismic la nivelul organismic propriu-zis. Posibilitatea unor astfel de formațiuni a fost confirmată destul de recent: oamenii de știință au confirmat experimental capacitatea ARN, în combinație cu ionii de calciu, de a se atașa de membranele lipidice și de a le regla permeabilitatea.
Ajutoare iscusite
Originea vieții în etapa următoare a fost un proces de îmbunătățire a funcțiilor organismelor rezultate. ARN-ul a dobândit capacitatea de a cataliza sinteza polimerilor de aminoacizi, inițial destul de simplă. Principala realizare a instituirii noului mecanism a fost capacitatea de a sintetiza proteine. Formațiunile rezultate au fost de câteva ori mai eficiente în a face față proceselor biologice decât ribozimele.
Inițial, sinteza peptidelor nu a fost ordonată. Procesul a avut loc „la întâmplare”, lăsând șansa de a ghida secvența de aminoacizi în lanțuri noi. De-a lungul timpului, copierea exactă s-a impus deoarece a contribuit la o mai mare stabilitate a întregului sistem. Așa a devenit posibilă sintetizarea anumitor proteine cu funcțiile necesare.
Îmbunătăţire
Capacitatea de a sintetiza proteinele necesare a fost perfecţionată treptat. Prima etapă a fost apariția unui tip special de ARN care ar putea conecta aminoacizii. Următoarea fază a fost însoțită de construcția procesului de formare a moleculelor peptidice folosind baze dispuse într-o anumită ordine. Secvența a fost specificată de șablonul ARN. Un nou tip de ARN, numit ARN de transport, a fost implicat în corelarea „instrucțiunilor” ARN-ului mesager și a elementelor viitoarelor proteine. Ca și informația, este încă o parte importantă a sintezei peptidelor.
ADN
Complicația organismelor a urmat în continuare calea îmbunătățirii metodelor de stocare a informațiilor. Se crede că ADN-ul a fost inițial una dintre fazele ciclului de viață al coloniilor de ARN. Avea o structură mai stabilă. Nivelul său de protecție a informațiilor a fost cu un ordin de mărime mai mare, așa că după un timp destul de lung, ADN-ul a devenit principalul depozit al codului genetic.
Una dintre proprietățile noii formațiuni, care la un moment dat nu a permis ca ADN-ul să fie plasat în fruntea teoriei originii vieții, este incapacitatea de a acționa activ. A devenit un fel de plată pentru funcțiile îmbunătățite ale stocării informațiilor. Toată „munca” a fost lăsată pe seama proteinelor și ARN-ului.
Simbioză
Ideile moderne despre originea vieții nu identifică un organism care este închis și îndepărtat de restul ca strămoș. Oamenii de știință sunt mai înclinați să creadă că în stadiile incipiente au existat comunități de asemănări microscopice ale celulelor care au îndeplinit funcții diferite. O astfel de simbioză nu este greu de găsit în natură astăzi. Cel mai simplu exemplu sunt covorașele cianobacteriene, care sunt atât o comunitate de microorganisme, cât și o singură ființă vie.
Biologia în stadiul actual al dezvoltării ei vede un proces caracterizat nu prin luptă și competiție constantă, ci mai degrabă printr-o unificare din ce în ce mai mare a anumitor structuri diverse, care a dus în cele din urmă la apariția unei celule vii, așa cum ne imaginăm astăzi.
Generalizare
Pentru a rezuma, putem enumera pe scurt toate etapele formării vieții, care, în cadrul teoriilor moderne, par a fi cea mai probabilă versiune a apariției și dezvoltării organismelor pe Pământ:
Formarea compușilor organici primari în norii protoplanetari.
Apariția treptată a reacțiilor cu capacitatea de a se autoaccelera și cicluri autocatalitice în prim-plan.
Apariția ciclurilor autocatalitice constând din ARN.
Unirea membranelor ARN și lipidice.
Dobândirea capacității ARN de a sintetiza proteine.
Apariția ADN-ului și constituirea lui ca principal depozit de informații.
Formarea primelor organisme unicelulare pe baza simbiozei.
Înțelegerea proceselor care au dus la apariția vieții este încă imperfectă. Oamenii de știință au încă o mulțime de întrebări. Nu se știe exact cum a apărut ARN-ul multe faze intermediare rămân doar teoretice. Cu toate acestea, în fiecare zi sunt efectuate noi experimente, faptele și ipotezele sunt testate. Este sigur să spunem că secolul nostru va oferi lumii mult mai multe descoperiri legate de epoca preistorică.
Problemă originea vieții pe Pământ are de multă vreme oameni interesați și îngrijorați. Există mai multe ipoteze despre originea vieții pe planeta noastră:
viața a fost creată de Dumnezeu;
viața pe Pământ a fost adusă din afară;
lucrurile vii de pe planetă s-au generat în mod repetat în mod spontan din lucruri nevii;
viața a existat întotdeauna;
viața a apărut ca o consecință a revoluției biochimice.
Întreaga varietate de ipoteze diferite se rezumă la două puncte de vedere care se exclud reciproc. Susținătorii teoriei biogenezei credeau că toate viețuitoarele provin numai din viețuitoare. Oponenții lor au apărat teoria abiogenezei - ei credeau că originea viețuitoarelor din lucruri nevii este posibilă.
Mulți oameni de știință au presupus posibilitatea generării spontane a vieții. Imposibilitatea generarii spontane a vietii a fost dovedita de Louis Pasteur.
A doua etapă este formarea proteinelor, grăsimilor, carbohidraților și acizilor nucleici din compuși organici simpli din apele oceanului primar. Moleculele izolate ale acestor compuși s-au concentrat și au format coacervate, acționând ca sisteme deschise capabile de schimb de substanțe cu mediul și de creștere.
A treia etapă - ca urmare a interacțiunii coacervaților cu acizii nucleici s-au format primele ființe vii - probionți, capabili, pe lângă creștere și metabolism, de auto-reproducere.
Ipoteze de bază ale originii vieții pe pământ.
Evolutie biochimica
Este în general acceptat în rândul astronomilor, geologilor și biologilor că vârsta Pământului este de aproximativ 4,5 - 5 miliarde de ani.
Potrivit multor biologi, în trecut starea planetei noastre nu era foarte asemănătoare cu cea actuală: probabil temperatura de la suprafață era foarte ridicată (4000 - 8000 ° C), iar pe măsură ce Pământul se răcea, carbonul și mai multe metale refractare s-a condensat și a format scoarța terestră; Suprafața planetei era probabil goală și neuniformă, deoarece pe ea s-au format pliuri și rupturi ca urmare a activității vulcanice, mișcărilor și compresiei scoarței cauzate de răcire.
Se crede că câmpul gravitațional al planetei, care nu era încă suficient de dens, nu putea reține gaze ușoare: hidrogen, oxigen, azot, heliu și argon, iar acestea au părăsit atmosfera. Dar compuși simpli care conțin, printre altele, aceste elemente (apă, amoniac, CO2 și metan). Până când temperatura Pământului a scăzut sub 100°C, toată apa era în stare de vapori. Absența oxigenului a fost probabil o condiție necesară pentru apariția vieții; După cum arată experimentele de laborator, substanțele organice (baza vieții) se formează mult mai ușor într-o atmosferă săracă în oxigen.
În 1923 A.I. Oparin, pe baza considerațiilor teoretice, și-a exprimat opinia că substanțele organice, eventual hidrocarburi, ar putea fi create în ocean din compuși mai simpli. Energia pentru aceste procese a fost furnizată de radiația solară intensă, în principal radiația ultravioletă, care a căzut pe Pământ înainte de formarea stratului de ozon, care a început să prindă cea mai mare parte din acesta. Potrivit lui Oparin, diversitatea compușilor simpli găsiți în oceane, suprafața Pământului, disponibilitatea energiei și scalele de timp sugerează că materia organică s-a acumulat treptat în oceane și a format o „supă primară” în care ar putea apărea viața.
Este imposibil să înțelegem originea omului fără a înțelege originea vieții. Și poți înțelege originea vieții doar înțelegând originea Universului.
Mai întâi a avut loc o mare explozie. Această explozie de energie a avut loc acum cincisprezece miliarde de ani.
Evoluția poate fi considerată ca fiind Turnul Eiffel. La bază este energia, deasupra este materia, planetele, apoi viața. Și în cele din urmă, în vârf se află omul, cel mai complex și cel mai recent animal apărut.
Progresul evoluției:
Acum 15 miliarde de ani: nașterea Universului;
Acum 5 miliarde de ani: nașterea sistemului solar;
Acum 4 miliarde de ani: nașterea Pământului;
Acum 3 miliarde de ani: primele urme de viață pe Pământ;
acum 500 de milioane de ani: primele vertebrate;
Acum 200 de milioane de ani: primele mamifere;
Acum 70 de milioane de ani: primele primate.
Conform acestei ipoteze, propusă în 1865. de omul de știință german G. Richter și formulată în final de omul de știință suedez Arrhenius în 1895, viața ar fi putut fi adusă pe Pământ din spațiu. Organismele vii de origine extraterestră sunt cel mai probabil să intre cu meteoriți și praf cosmic. Această ipoteză se bazează pe date privind rezistența ridicată a unor organisme și a sporilor lor la radiații, vid înalt, temperaturi scăzute și alte influențe.
În 1969, meteoritul Murchison a fost găsit în Australia. Conținea 70 de aminoacizi intacți, dintre care opt se găsesc în proteinele umane!
Mulți oameni de știință ar putea argumenta că veverițele care au fost pietrificate la intrarea în atmosferă au fost moarte. Cu toate acestea, prionul, o proteină care poate rezista la temperaturi foarte ridicate, a fost descoperit recent. Prionul este mai puternic decât virusul și este capabil să transmită boala mult mai repede. Conform teoriei Panspermiei, oamenii provin cumva dintr-un virus de origine extraterestră care a infectat maimuțele, care a suferit mutații ca urmare.
Teoria generării spontane a vieții
Această teorie era comună în China antică, Babilon și Egipt ca alternativă la creaționism, cu care a coexistat.
Aristotel (384 – 322 î.Hr.), adesea salutat drept fondatorul biologiei, a aderat la teoria originii spontane a vieții. Pe baza propriilor observații, el a dezvoltat această teorie în continuare, legând toate organismele într-o serie continuă - „scara naturii”. „Căci natura face trecerea de la obiectele neînsuflețite la animale cu o succesiune atât de lină, așezând între ele ființe care trăiesc fără a fi animale, încât între grupurile învecinate, datorită apropierii lor, abia se poate observa nicio diferență” (Aristotel).
Conform ipotezei lui Aristotel despre generarea spontană, anumite „particule” de materie conţin un anumit „principiu activ” care, în condiţii adecvate, poate crea un organism viu. Aristotel a avut dreptate când a crezut că acest principiu activ este conținut în oul fertilizat, dar a crezut în mod eronat că este prezent și în lumina soarelui, noroi și carnea putrezită.
„Acestea sunt faptele - lucrurile vii pot apărea nu numai prin împerecherea animalelor, ci și prin descompunerea solului. Același lucru este și în cazul plantelor: unele se dezvoltă din semințe, în timp ce altele par să genereze spontan sub influența întregii naturi, izvorând din pământul în descompunere sau din anumite părți ale plantelor” (Aristotel).
Odată cu răspândirea creștinismului, teoria generației spontane a vieții a căzut în disgrație: a fost recunoscută doar de cei care credeau în vrăjitorie și se închinau spiritelor rele, dar această idee a continuat să existe undeva pe fundal timp de multe secole.
Teoria stării de echilibru
Conform acestei teorii, Pământul nu a luat ființă niciodată, ci a existat pentru totdeauna, este întotdeauna capabil să susțină viața și, dacă s-a schimbat, s-a schimbat foarte puțin. Și speciile au existat întotdeauna.
Estimările vârstei pământului au variat foarte mult - de la aproximativ 6.000 de ani conform calculelor arhiepiscopului Ussher la 5.000 10 până la a 6-a putere a anilor conform estimărilor moderne bazate pe luarea în considerare a ratei dezintegrarii radioactive. Metode mai avansate de datare oferă estimări din ce în ce mai mari ale vârstei Pământului, permițând susținătorilor teoriei stării de echilibru să creadă că Pământul a existat pentru totdeauna. Conform acestei teorii, speciile nu au apărut niciodată, ele au existat întotdeauna și fiecare specie are doar două alternative - fie schimbarea numărului, fie dispariția.
Susținătorii acestei teorii nu recunosc că prezența sau absența anumitor resturi fosile poate indica momentul apariției sau dispariției unei anumite specii și citează ca exemplu un reprezentant al peștilor cu aripioare lobe - celacantul. Susținătorii teoriei stării de echilibru susțin că doar studiind speciile vii și comparându-le cu rămășițele fosile se poate trage o concluzie despre dispariție și chiar și atunci este foarte probabil ca aceasta să fie incorectă. Folosind date paleontologice pentru a confirma teoria stării de echilibru, puținii săi susținători interpretează apariția resturilor fosile sub aspect ecologic (creșterea populației, migrarea către locuri favorabile conservării resturilor etc.). O mare parte din argumentul pentru această teorie are de-a face cu aspecte obscure ale evoluției, cum ar fi semnificația întreruperilor în înregistrarea fosilelor, și tocmai în acest sens ea a fost dezvoltată cel mai pe larg.
Creaționismul
Creaționismul (latină sgea - creație). Conform acestui concept, viața și toate speciile de ființe vii care locuiesc pe Pământ sunt rezultatul unui act creator al unei ființe supreme la un moment dat. Principiile principale ale creaționismului sunt expuse în Biblie, în Cartea Genezei. Procesul de creație divină a lumii este conceput ca având loc o singură dată și, prin urmare, inaccesibil observației. Acest lucru este suficient pentru a duce întregul concept al creației divine dincolo de sfera cercetării științifice. Știința se ocupă doar de acele fenomene care pot fi observate și, prin urmare, nu va putea niciodată să demonstreze sau să infirme conceptul.
Teoria originii acvatice a omului
Scrie: omul a venit direct din apă. Aceste. am fost cândva ceva ca primate marine sau pești umanoizi.
„Teoria apei” a originilor umane a fost prezentată de Alistair Hardy (1960) și dezvoltată de Elaine Morgan. După care ideea a fost difuzată de mulți popularizatori, de exemplu, Jan Lindblad și legendarul submariner Jacques Mayol. Potrivit lui Hardy și Morgan, unul dintre strămoșii noștri a fost o mare maimuță miocenă din familia Proconsul, care, înainte de a deveni terestră, a trăit în apă multe milioane de ani.
Următoarele caracteristici umane sunt citate în favoarea originii „maimuței de apă”:
1. Capacitatea de a-ți ține respirația, apneea (inclusiv în timpul vocalizării) face din persoană un scafandru.
2. Lucrul cu mâinile dibace și utilizarea uneltelor este similar cu comportamentul ratonului și al vidrei de mare.
3. Când vad în corpurile de apă, primatele stau pe membrele posterioare. Un stil de viață semi-acvatic a contribuit la dezvoltarea mersului vertical.
4. Căderea părului și dezvoltarea grăsimii subcutanate (la om este în mod normal mai groasă decât la alte primate) sunt caracteristice mamiferelor acvatice.
5. Sânii mari au ajutat la menținerea corpului în apă și la încălzirea inimii.
6. Părul de pe cap a ajutat să țină copilul sus.
7. Piciorul alungit a ajutat să înoate.
8. Există un pliu de piele între degete.
9. O persoană își poate închide nările încrețindu-și nasul (maimuțele nu pot)
10. Urechea umană absoarbe mai puțină apă
Și, de exemplu, dacă un nou-născut este pus în apă imediat după ce părăsește pântecele mamei, se va simți grozav. Știe deja să înoate. La urma urmei, pentru ca un nou-născut să treacă de la stadiul de pește la stadiul de mamifer care respiră aer, el trebuie să fie bătut pe spate.
Întrebarea când a apărut viața pe Pământ a îngrijorat întotdeauna nu numai oamenii de știință, ci și toți oamenii. Răspunsuri la asta
aproape toate religiile. Deși nu există încă un răspuns științific exact la această întrebare, unele fapte ne permit să facem ipoteze mai mult sau mai puțin rezonabile. Cercetătorii au găsit o probă de rocă în Groenlanda
cu un strop minuscul de carbon. Vârsta eșantionului este de peste 3,8 miliarde de ani. Sursa de carbon a fost cel mai probabil un fel de materie organică - în acest timp și-a pierdut complet structura. Oamenii de știință cred că acest bulgăre de carbon ar putea fi cea mai veche urmă de viață de pe Pământ.
Cum arăta Pământul primitiv?
Să avansăm rapid până acum 4 miliarde de ani. Atmosfera nu conține oxigen liber se găsește doar în oxizi. Aproape niciun sunet în afară de fluierul vântului, șuieratul apei care erupe cu lavă și impactul meteoriților pe suprafața Pământului. Fara plante, fara animale, fara bacterii. Poate așa arăta Pământul când a apărut viața pe el? Deși această problemă a fost de multă vreme preocupare pentru mulți cercetători, opiniile lor cu privire la această problemă variază foarte mult. Rocile ar putea indica condițiile de pe Pământ la acel moment, dar au fost distruse cu mult timp în urmă ca urmare a proceselor geologice și a mișcărilor scoarței terestre.
În acest articol vom vorbi pe scurt despre mai multe ipoteze pentru originea vieții, reflectând ideile științifice moderne. Potrivit lui Stanley Miller, un cunoscut expert în domeniul originii vieții, putem vorbi despre originea vieții și începutul evoluției ei din momentul în care moleculele organice s-au autoorganizat în structuri care au fost capabile să se reproducă. Dar acest lucru ridică alte întrebări: cum au apărut aceste molecule; de ce s-au putut reproduce și să se adune în acele structuri care au dat naștere organismelor vii; ce conditii sunt necesare pentru asta?
Potrivit unei ipoteze, viața a început într-o bucată de gheață. Deși mulți oameni de știință cred că dioxidul de carbon din atmosferă a menținut condițiile de seră, alții cred că iarna a domnit pe Pământ. La temperaturi scăzute, toți compușii chimici sunt mai stabili și, prin urmare, se pot acumula în cantități mai mari decât la temperaturi ridicate. Fragmentele de meteorit aduse din spațiu, emisiile din gurile hidrotermale și reacțiile chimice care au loc în timpul descărcărilor electrice în atmosferă au fost surse de amoniac și compuși organici precum formaldehida și cianura. Intrând în apa Oceanului Mondial, au înghețat odată cu el. În coloana de gheață, moleculele de substanțe organice s-au apropiat și au intrat în interacțiuni care au dus la formarea glicinei și a altor aminoacizi. Oceanul a fost acoperit cu gheață, care a protejat compușii nou formați de distrugerea de către radiațiile ultraviolete. Această lume înghețată s-ar putea topi, de exemplu, dacă un meteorit uriaș ar cădea pe planetă (Fig. 1).
Charles Darwin și contemporanii săi credeau că viața ar fi putut apărea într-un corp de apă. Mulți oameni de știință încă aderă la acest punct de vedere. Într-un rezervor închis și relativ mic, substanțele organice aduse de apele care se varsă în el s-ar putea acumula în cantitățile necesare. Acești compuși au fost apoi concentrați în continuare pe suprafețele interioare ale mineralelor stratificate, care ar putea cataliza reacțiile. De exemplu, două molecule de fosaldehidă care s-au întâlnit la suprafața unui mineral au reacționat între ele pentru a forma o moleculă de carbohidrat fosforilat, un posibil precursor al acidului ribonucleic (Fig. 2).
Sau poate viața a apărut în zone cu activitate vulcanică? Imediat după formarea sa, Pământul era o minge de magmă care suflă foc. În timpul erupțiilor vulcanice și cu gazele eliberate din magma topită, o varietate de substanțe chimice necesare pentru sinteza moleculelor organice au fost transportate la suprafața pământului. Astfel, moleculele de monoxid de carbon, odată ajunse la suprafața piritei minerale, care are proprietăți catalitice, ar putea reacționa cu compuși care aveau grupări metil și să formeze acid acetic, din care apoi au fost sintetizați alți compuși organici (Fig. 3).
Pentru prima dată, omul de știință american Stanley Miller a reușit să obțină molecule organice - aminoacizi - în condiții de laborator simulând pe cele care se aflau pe Pământul primitiv în 1952. Atunci aceste experimente au devenit o senzație, iar autorul lor a câștigat faima mondială. În prezent, el continuă să efectueze cercetări în domeniul chimiei prebiotice (înainte de viață) la Universitatea din California. Instalația pe care s-a efectuat primul experiment a fost un sistem de baloane, într-unul dintre care s-a putut obține o descărcare electrică puternică la o tensiune de 100.000 V.
Miller a umplut acest balon cu gaze naturale - metan, hidrogen și amoniac, care erau prezente în atmosfera Pământului primitiv. Balonul de dedesubt conținea o cantitate mică de apă, simulând oceanul. Descărcarea electrică era aproape de puterea fulgerului, iar Miller se aștepta ca sub acțiunea sa să se formeze compuși chimici care, atunci când ajung în apă, vor reacționa între ei și vor forma molecule mai complexe.
Rezultatul a depășit toate așteptările. După ce a oprit instalația seara și s-a întors în dimineața următoare, Miller a descoperit că apa din balon căpătase o culoare gălbuie. Ceea ce a apărut a fost o supă de aminoacizi, elementele de bază ale proteinelor. Astfel, acest experiment a arătat cât de ușor se pot forma ingredientele primare ale vieții. Tot ce era nevoie era un amestec de gaze, un mic ocean și puțin fulger.
Alți oameni de știință sunt înclinați să creadă că atmosfera antică a Pământului era diferită de cea pe care a modelat-o Miller și, cel mai probabil, a constat din dioxid de carbon și azot. Folosind acest amestec de gaze și configurația experimentală a lui Miller, chimiștii au încercat să producă compuși organici. Cu toate acestea, concentrația lor în apă era la fel de nesemnificativă ca și cum o picătură de colorant alimentar ar fi dizolvată într-o piscină. Desigur, este dificil de imaginat cum ar putea apărea viața într-o soluție atât de diluată.
Dacă într-adevăr contribuția proceselor pământești la crearea rezervelor de materie organică primară a fost atât de nesemnificativă, atunci de unde a venit? Poate din spațiu? Asteroizii, cometele, meteoriții și chiar particulele de praf interplanetar ar putea transporta compuși organici, inclusiv aminoacizi. Aceste obiecte extraterestre ar putea furniza cantități suficiente de compuși organici pentru ca originea vieții să intre în oceanul primordial sau în corpul mic de apă.
Secvența și intervalul de timp al evenimentelor, începând de la formarea materiei organice primare și terminând cu apariția vieții ca atare, rămâne și, probabil, va rămâne pentru totdeauna un mister care îngrijorează mulți cercetători, precum și întrebarea ce. de fapt, consideră-l viață.
În prezent, există mai multe definiții științifice ale vieții, dar toate nu sunt exacte. Unele dintre ele sunt atât de largi încât obiecte neînsuflețite precum focul sau cristalele minerale cad sub ele. Alții sunt prea îngusti și, potrivit acestora, catârii care nu dau naștere la urmași nu sunt recunoscuți ca vii.
Una dintre cele mai de succes definește viața ca un sistem chimic auto-susținut capabil să se comporte în conformitate cu legile evoluției darwiniene. Aceasta înseamnă că, în primul rând, un grup de indivizi vii trebuie să producă descendenți asemănători lor, care moștenesc caracteristicile părinților lor. În al doilea rând, generațiile de descendenți trebuie să arate consecințele mutațiilor - modificări genetice care sunt moștenite de generațiile ulterioare și provoacă variabilitatea populației. Și în al treilea rând, este necesar să funcționeze un sistem de selecție naturală, în urma căruia unii indivizi câștigă un avantaj față de alții și supraviețuiesc în condiții schimbate, producând urmași.
Ce elemente ale sistemului au fost necesare pentru ca acesta să aibă caracteristicile unui organism viu? Un număr mare de biochimiști și biologi moleculari consideră că moleculele de ARN aveau proprietățile necesare. ARN - acizii ribonucleici - sunt molecule speciale. Unii dintre ei se pot replica, muta, transmite astfel informații și, prin urmare, ar putea participa la selecția naturală. Adevărat, ei nu sunt capabili să catalizeze singuri procesul de replicare, deși oamenii de știință speră că în viitorul apropiat va fi găsit un fragment de ARN cu o astfel de funcție. Alte molecule de ARN sunt implicate în „citirea” informațiilor genetice și transferarea acesteia la ribozomi, unde are loc sinteza moleculelor de proteine, la care participă al treilea tip de molecule de ARN.
Astfel, cel mai primitiv sistem viu ar putea fi reprezentat de moleculele de ARN care se dublează, suferă mutații și sunt supuse selecției naturale. În cursul evoluției, pe baza ARN-ului, au apărut molecule specializate de ADN – custode ai informațiilor genetice – și molecule proteice nu mai puțin specializate, care au preluat funcțiile de catalizatori pentru sinteza tuturor moleculelor biologice cunoscute în prezent.
La un moment dat, un „sistem viu” de ADN, ARN și proteine și-a găsit adăpost într-un sac format dintr-o membrană lipidică, iar această structură, mai protejată de influențele externe, a servit drept prototipul primelor celule care au dat naștere. la cele trei ramuri principale ale vieții, care sunt reprezentate în lumea modernă de bacterii, arhee și eucariote. În ceea ce privește data și secvența apariției unor astfel de celule primare, acesta rămâne un mister. În plus, conform unor estimări probabilistice simple, nu există timp suficient pentru tranziția evolutivă de la molecule organice la primele organisme - primele organisme cele mai simple au apărut prea brusc.
Timp de mulți ani, oamenii de știință au crezut că este puțin probabil ca viața să fi putut apărea și să se fi dezvoltat în perioada în care Pământul a fost supus constant coliziunilor cu comete mari și meteoriți, perioadă care s-a încheiat cu aproximativ 3,8 miliarde de ani în urmă. Cu toate acestea, recent, în cele mai vechi roci sedimentare de pe Pământ, găsite în sud-vestul Groenlandei, au fost descoperite urme de structuri celulare complexe datând de cel puțin 3,86 miliarde de ani. Aceasta înseamnă că primele forme de viață ar fi putut apărea cu milioane de ani înainte ca bombardamentul planetei noastre de către corpuri cosmice mari să înceteze. Dar atunci este posibil un scenariu complet diferit (Fig. 4).
Obiectele spațiale care cădeau pe Pământ ar fi putut juca un rol central în apariția vieții pe planeta noastră, deoarece, potrivit unui număr de cercetători, celulele asemănătoare bacteriilor ar fi putut să apară pe o altă planetă și să fi ajuns apoi pe Pământ împreună cu asteroizii. O dovadă care susține teoria originilor extraterestre a vieții a fost găsită în interiorul unui meteorit în formă de cartof și numit ALH84001. Acest meteorit a fost inițial o bucată de crustă marțiană, care a fost apoi aruncată în spațiu ca urmare a unei explozii când un asteroid uriaș s-a ciocnit cu suprafața lui Marte, care a avut loc acum aproximativ 16 milioane de ani. Și acum 13 mii de ani, după o lungă călătorie în sistemul solar, acest fragment de rocă marțiană sub formă de meteorit a aterizat în Antarctica, unde a fost descoperit recent. Un studiu detaliat al meteoritului a dezvăluit structuri în formă de tijă asemănătoare bacteriilor fosilizate în interiorul acestuia, ceea ce a dat naștere la dezbateri științifice aprinse despre posibilitatea vieții adânci în scoarța marțiană. Va fi posibil să se rezolve aceste dispute nu mai devreme de 2005, când Administrația Națională pentru Aeronautică și Spațiu din SUA va implementa un program de zbor cu o navă spațială interplanetară către Marte pentru a preleva mostre din crusta marțiană și a livra mostre pe Pământ. Și dacă oamenii de știință reușesc să demonstreze că microorganismele au locuit cândva pe Marte, atunci putem vorbi cu un grad mai mare de încredere despre originea extraterestră a vieții și despre posibilitatea ca viața să fie adusă din spațiul cosmic (Fig. 5).
Orez. 5. Originea noastră este de la microbi.
Ce am moștenit din formele de viață antice? Comparația de mai jos a organismelor unicelulare cu celulele umane dezvăluie multe asemănări.
 1. Reproducerea sexuală |
 2. Gene |
 3. Capturați alte celule |
 4. Mitocondriile |
 5. Flagelii |
Bacteriile și eucariotele simple au și flageli cu o structură internă similară. Este format dintr-o pereche de microtubuli înconjurați de alți nouă.
Evoluția vieții pe Pământ: de la simplu la complex
În prezent, și probabil în viitor, știința nu va putea răspunde la întrebarea cum arăta primul organism care a apărut pe Pământ - strămoșul din care provin cele trei ramuri principale ale arborelui vieții. Una dintre ramuri este eucariote, ale căror celule au un nucleu format care conține material genetic și organite specializate: mitocondrii producătoare de energie, vacuole etc. Organismele eucariote includ alge, ciuperci, plante, animale și oameni.
A doua ramură este bacteriile - organisme unicelulare procariote (prenucleare) care nu au un nucleu și organele pronunțate. Și, în cele din urmă, a treia ramură este organisme unicelulare numite arheea, sau arheobacterii, ale căror celule au aceeași structură ca procariotele, dar o structură chimică complet diferită a lipidelor.
Este interesant că reprezentanții moderni ai tuturor celor trei ramuri ale vieții, cele mai asemănătoare cu strămoșii lor, încă trăiesc în locuri cu temperaturi ridicate. Pe baza acestui fapt, unii oameni de știință sunt înclinați să creadă că, cel mai probabil, viața a apărut cu aproximativ 4 miliarde de ani în urmă pe fundul oceanului, lângă izvoarele termale, erupând fluxuri bogate în metale și substanțe cu energie ridicată. Interacționând între ei și cu apa oceanului steril de atunci, intrând într-o mare varietate de reacții chimice, acești compuși au dat naștere la molecule fundamental noi. Așadar, timp de zeci de milioane de ani, cel mai mare fel de mâncare - viața - a fost pregătit în această „bucătărie chimică”. Și în urmă cu aproximativ 4,5 miliarde de ani, pe Pământ au apărut organisme unicelulare, a căror existență singuratică a continuat pe tot parcursul perioadei precambriene.
Explozia de evoluție care a dat naștere organismelor multicelulare a avut loc mult mai târziu, cu puțin peste jumătate de miliard de ani în urmă. Deși microorganismele sunt atât de mici încât o singură picătură de apă poate conține miliarde, amploarea activității lor este enormă.
Se crede că inițial nu exista oxigen liber în atmosfera pământului și oceane și doar microorganismele anaerobe au trăit și s-au dezvoltat în aceste condiții. Un pas special în evoluția viețuitoarelor a fost apariția bacteriilor fotosintetice, care, folosind energia luminoasă, au transformat dioxidul de carbon în compuși de carbohidrați care serveau drept hrană altor microorganisme. Dacă primele fotosintetice au produs metan sau hidrogen sulfurat, atunci mutanții care au apărut cândva au început să producă oxigen în timpul fotosintezei. Pe măsură ce oxigenul acumulat în atmosferă și ape, bacteriile anaerobe, pentru care este dăunătoare, au ocupat nișe lipsite de oxigen.
Fosile antice găsite în Australia, datând de 3,46 miliarde de ani, au scos la iveală structuri despre care se crede că sunt rămășițele cianobacteriilor, primele microorganisme fotosintetice. Dominanța anterioară a microorganismelor anaerobe și a cianobacteriilor este evidențiată de stromatoliții găsiți în apele de coastă puțin adânci ale corpurilor de apă sărată nepoluate. Ca formă, seamănă cu bolovani mari și reprezintă o comunitate interesantă de microorganisme care trăiesc în rocile de calcar sau dolomit formate ca urmare a activității lor de viață. La o adâncime de câțiva centimetri de la suprafață, stromatoliții sunt saturati cu microorganisme: cianobacteriile fotosintetice care produc oxigen trăiesc în stratul superior; se găsesc bacterii mai profunde care sunt într-o anumită măsură tolerante la oxigen și nu necesită lumină; stratul inferior conține bacterii care pot trăi doar în absența oxigenului. Situate în straturi diferite, aceste microorganisme formează un sistem unit prin relații complexe între ele, inclusiv relații alimentare. În spatele peliculei microbiene se află o rocă formată ca urmare a interacțiunii rămășițelor de microorganisme moarte cu carbonatul de calciu dizolvat în apă. Oamenii de știință cred că atunci când nu existau continente pe Pământul primitiv și numai arhipelaguri de vulcani se ridicau deasupra suprafeței oceanului, apele puțin adânci erau pline de stromatoliți.
Ca urmare a activității cianobacteriilor fotosintetice, oxigenul a apărut în ocean și, la aproximativ 1 miliard de ani după aceea, a început să se acumuleze în atmosferă. În primul rând, oxigenul rezultat a interacționat cu fierul dizolvat în apă, ceea ce a dus la apariția oxizilor de fier, care au precipitat treptat în partea de jos. Astfel, de-a lungul a milioane de ani, cu participarea microorganismelor, au apărut zăcăminte uriașe de minereu de fier, din care astăzi se topește oțelul.
Apoi, când cea mai mare parte a fierului din oceane a fost oxidată și nu a mai putut lega oxigenul, acesta a scăpat în atmosferă sub formă gazoasă.
După ce cianobacteriile fotosintetice au creat un anumit aport de materie organică bogată în energie din dioxid de carbon și au îmbogățit atmosfera pământului cu oxigen, au apărut noi bacterii - aerobe, care pot exista numai în prezența oxigenului. Au nevoie de oxigen pentru oxidarea (combustia) compușilor organici, iar o parte semnificativă din energia rezultată este transformată într-o formă disponibilă biologic - adenozin trifosfat (ATP). Acest proces este foarte favorabil din punct de vedere energetic: bacteriile anaerobe, atunci când descompun o moleculă de glucoză, primesc doar 2 molecule de ATP, iar bacteriile aerobe care folosesc oxigen primesc 36 de molecule de ATP.
Odată cu apariția oxigenului suficient pentru un stil de viață aerob, au debutat și celulele eucariote care, spre deosebire de bacterii, au nucleu și organele precum mitocondriile, lizozomii, iar în alge și plantele superioare - cloroplastele, unde au loc reacții fotosintetice. Exista o ipoteza interesanta si bine intemeiata cu privire la aparitia si dezvoltarea eucariotelor, exprimata in urma cu aproape 30 de ani de cercetatorul american L. Margulis. Conform acestei ipoteze, mitocondriile care funcționează ca fabrici de energie în celula eucariotă sunt bacterii aerobe, iar cloroplastele celulelor vegetale în care are loc fotosinteza sunt cianobacteriile, absorbite probabil cu aproximativ 2 miliarde de ani în urmă de amibele primitive. Ca urmare a interacțiunilor reciproc avantajoase, bacteriile absorbite au devenit simbioți interni și au format un sistem stabil cu celula care le-a absorbit - o celulă eucariotă.
Studiile asupra resturilor fosile de organisme din roci de diferite vârste geologice au arătat că timp de sute de milioane de ani de la origine, formele de viață eucariote au fost reprezentate de organisme unicelulare sferice microscopice, cum ar fi drojdia, iar dezvoltarea lor evolutivă a decurs foarte lent. ritm. Dar cu puțin peste 1 miliard de ani în urmă, au apărut multe specii noi de eucariote, marcând un salt dramatic în evoluția vieții.
În primul rând, acest lucru s-a datorat apariției reproducerii sexuale. Și dacă bacteriile și eucariotele unicelulare s-au reprodus prin producerea de copii identice genetic ale lor și fără a fi nevoie de un partener sexual, atunci reproducerea sexuală în organisme eucariote mai înalt organizate are loc după cum urmează. Două celule sexuale haploide ale părinților, având un singur set de cromozomi, fuzionează pentru a forma un zigot care are un set dublu de cromozomi cu genele ambilor parteneri, ceea ce creează oportunități pentru noi combinații de gene. Apariția reproducerii sexuale a dus la apariția unor noi organisme, care au intrat în arena evoluției.
Trei sferturi din întreaga existență a vieții pe Pământ a fost reprezentată exclusiv de microorganisme, până când s-a produs un salt calitativ în evoluție, care a dus la apariția unor organisme extrem de organizate, inclusiv a omului. Să urmărim principalele repere din istoria vieții pe Pământ într-o linie descendentă.
Acum 1,2 miliarde de ani a avut loc o explozie a evoluției, cauzată de apariția reproducerii sexuale și marcată de apariția unor forme de viață extrem de organizate – plante și animale.
Formarea de noi variații în genotipul mixt care apare în timpul reproducerii sexuale s-a manifestat sub forma biodiversității de noi forme de viață.
Acum 2 miliarde de ani, celulele eucariote complexe au apărut când organismele unicelulare și-au complicat structura prin absorbția altor celule procariote. Unele dintre ele - bacterii aerobe - s-au transformat în mitocondrii - stații energetice pentru respirația oxigenului. Altele - bacteriile fotosintetice - au început să efectueze fotosinteza în interiorul celulei gazdă și au devenit cloroplaste în celulele de alge și plante. Celulele eucariote, care au aceste organite și un nucleu clar distinct care conține material genetic, alcătuiesc toate formele moderne de viață complexe - de la mucegaiuri la oameni.
În urmă cu 3,9 miliarde de ani, au apărut organisme unicelulare care probabil arătau ca bacteriile și arheobacterii moderne. Atât celulele procariote antice, cât și cele moderne au o structură relativ simplă: nu au un nucleu format și organele specializate, citoplasma lor asemănătoare jeleului conține macromolecule de ADN - purtători de informații genetice și ribozomi pe care are loc sinteza proteinelor, iar energia este produsă pe membrana citoplasmatică din jurul celulei.
Acum 4 miliarde de ani, ARN-ul a apărut în mod misterios. Este posibil să fi fost format din molecule organice mai simple care au apărut pe pământul primitiv. Se crede că moleculele antice de ARN aveau funcții de purtători de informații genetice și catalizatori proteici, erau capabile de replicare (auto-duplicare), mutau și erau supuse selecției naturale. În celulele moderne, ARN-ul nu are sau nu prezintă aceste proprietăți, dar joacă un rol foarte important ca intermediar în transferul informațiilor genetice de la ADN la ribozomi, în care are loc sinteza proteinelor.
A.L. Prohorov
Bazat pe un articol de Richard Monasterski
în revista National Geographic, 1998 Nr. 3
Viața pe Pământ nu ar fi apărut niciodată dacă Pământul nu ar fi avut un satelit fără viață, Luna. Această nouă teorie despre originea vieții pe Pământ îi aparține biologului britanic Richard Letts. Acum 4 milioane de ani, Luna se afla pe o orbită mult mai apropiată de Pământ, iar sub influența gravitației sale, mareele oceanelor erau mult mai puternice decât acum. Aceasta, la rândul său, a contribuit la schimbarea zilnică a concentrației de sare din apa de mare, ceea ce a dus în cele din urmă la originea vieții, spune omul de știință. Dacă această teorie este corectă, atunci, în același timp, exclude posibilitatea vieții pe Marte. Cert este că cel mai mare satelit al lui Marte, Phobos, este prea mic pentru a genera maree, chiar dacă pe Marte există sau a fost apă, ceea ce nu a fost încă dovedit, scrie The Daily Telegraph.
Chimiștii au prezentat o nouă teorie a originii vieții pe Pământ - în opinia lor, vulcanii antici ar fi putut contribui foarte bine la originea acesteia. Gazele erupte de vulcani conțin multă sulfură de carbonil (formula chimică COS), iar acest gaz ar putea fi „cleiul” care a lipit împreună primele blocuri de construcție ale vieții de pe Pământ - molecule organice.
În urmă cu aproximativ 20 de ani, a fost descoperită o biocenoză în jurul izvoarelor vulcanice fierbinți care țâșneau în mijlocul oceanului, existând complet independent de soare. La începutul anilor '90, în deșertul Arizona, un grup de cercetători a încercat să creeze o biosferă artificială, complet izolată de lumea exterioară.
În experimentele efectuate de oamenii de știință, moleculele de aminoacizi în prezența sulfurei de carbonil s-au lipit unele de altele, formând molecule din cele mai simple proteine. Viteza de reacție a fost destul de mare și nu au fost necesare condiții speciale pentru implementarea acesteia. Dacă în zorii istoriei pământului concentrația de sulfură de carbonil emisă de un număr imens de vulcani era semnificativă, aceasta ar putea fi catalizatorul originii vieții pe Pământ.
Acest lucru este sugerat și de noua teorie a lui Wechterzhäuser. Teoria supei sugerează că precursorii chimici ai vieții s-au unit într-un mediu tridimensional. Cu toate acestea, substanțele care se mișcă liber în aer sau apă nu rămân mult timp împreună. La suprafață este o altă chestiune. Primele reacții trebuiau să aibă loc pe o suprafață care nu avea trei, ci două dimensiuni, a raționat Wechterzhäuser.
A treia dimensiune a fost deja cucerită de organisme. Suprafața pe care s-au format precursorii vieții trebuie să fi fost spălată cu apă. Toate ipotezele despre originea vieții, scrie Wechterzhäuser în Science, pot fi împărțite în trei clase, în funcție de ce element al vieții este decisiv pentru ele, unde a început totul. Unii cred că din membranele celulare. Dar apoi trebuie să explice modul în care hrana celulară a trecut prin membrană.
Alții cred că acizii nucleici au fost primii formați. Cu toate acestea, moleculele chiar și ale celor mai simpli acizi nucleici sunt compuși destul de complexi. Wechterzhäuser deține al treilea punct de vedere: viața a început cu metabolismul, cu metabolismul. Cu alte cuvinte, dintr-un ciclu repetat de modificări chimice. Acest metabolism a „inventat” membrana celulară, acizii nucleici și întregul aparat genetic. La metabolism au luat parte și atomii de carbon. În fiecare ciclu, au conectat câte două (din punct de vedere științific, acesta se numește ciclul de fixare a carbonului). Produsul secundar, produs inițial „inutil” al acestui metabolism, s-a dovedit a fi aminoacizi - elementele de bază ale viitoarelor proteine. Îndată au devenit proprii lor catalizatori — acceleratori ai acelor modificări chimice care au dirijat în primul rând propria lor sinteză. De asemenea, acizii nucleici au apărut ca produse secundare și au arătat și capacitatea de a se auto-cataliza. Mai târziu, ca și matca dintr-un stup, și-au asumat responsabilitatea de a reproduce întregul sistem. Mai devreme sau mai târziu, toate aceste modificări chimice au dus la faptul că unele substanțe interconectate au reușit să se refugieze în membrană, pe care au construit-o treptat, și să scape din captivitatea celor două dimensiuni în sfera celor trei. Atunci s-a născut prima celulă. Aceasta este schema. Dar orice schemă, orice teorie se poate prăbuși la contactul cu experimentul. Teoria lui Wechterzhäuser nu s-a prăbușit, ci, dimpotrivă, a primit sprijin experimental și chiar în cea mai importantă legătură - ciclul de fixare a carbonului. Bacteriile, aceste creaturi străvechi, păstrează încă capacitatea rară care s-a născut cu ele - de a sintetiza acid acetic, o substanță simplă care, în forma sa activă, intră cu ușurință în reacții chimice. Acidul acetic se bazează pe doar doi atomi de carbon conectați în molecula sa. Dar poate o astfel de sinteză să aibă loc undeva astăzi? Da, se poate - în gazele sulfuroase fierbinți care scapă din vulcanii subacvatici la adâncimi mari. După cum știți, bacteriile care se hrănesc cu sulf trăiesc liber acolo la temperaturi de sute de grade și este, de asemenea, plină de sulfuri metalice. Vulcanii subacvatici sunt locul unde s-a născut viața! Oceanul, desigur, dar nu la fel. Nu bulion, ci apă foarte fierbinte. Wechterzhäuser a obținut gaze vulcanice și a început să le amestece în prezența sulfurilor de fier și nichel. Sinteza acidului acetic nu a întârziat să apară! Și ea este cea mai probabilă candidată pentru metabolismul care a dat naștere vieții. Acidul acetic este activ - asta este ideea.
Experimentul, care a fost lansat de profesorul Doron Lancet Crohn și studenții săi, Daniela Segr și Daphne Behn de la Centrul pentru Genom Uman de la Institutul German de Științe, se bazează pe căutarea unei alternative la proteine și acizi ribonucleici, încă de la apariția proteinele sau moleculele de acid ribonucleic autoreplicabile a rămas misterioasă. Ei au dezvoltat un model bazat pe molecule de lipide și au oferit o nouă perspectivă asupra originii vieții.
Lipidele sunt substanțe uleioase cunoscute ca componentele principale ale membranelor celulare. Lipidele au două forme diferite: hidrofile (care atrage apa) și hidrofobe (reflectând apa). Lipidele sunt sintetizate cu ușurință în condiții „prebiologice” simulate și, datorită naturii lor bipartite, tind să formeze în mod spontan structuri supramoleculare constând din mii de unități moleculare. Acest lucru este ilustrat în comunitățile minime de lipide, miceliile, care chiar s-au dovedit că cresc și se înmulțesc în apă, amintesc de activitatea celulară.
Cu toate acestea, o întrebare critică a rămas fără răspuns: cum ar putea comunitățile minime de lipide să transporte și să propage informații?
Modelul propus de Lancet și colegii oferă o soluție. Ei sugerează că inițial compușii asemănători lipidelor existau într-o varietate foarte mare de forme și dimensiuni. Ei arată matematic că, în condițiile existente, comunitățile minime de lipide ar putea conține aproape la fel de multă informație ca acizii ribonucleici sau un lanț proteic. Informațiile ar fi stocate în însăși compoziția comunității minimale, adică în cantitatea exactă a fiecărei componente ale acesteia, ceea ce asigura o transmitere și stocare mai precisă a informațiilor decât în secvența de „granule” moleculare pe un fir proteic. A fost prezentată o analogie cu parfumul: informația - aroma diferă între receptori, iar mirosul depinde mai mult de proporția fiecărui component din amestec decât de ordinea în care sunt adăugate aromele.
În acest fel, autorii susțin că comunitățile minime de lipide eterogene pot fi considerate genomi primitive. Ei demonstrează în continuare modul în care o picătură, o comunitate minimă de lipide, pe măsură ce crește și se împarte, ar putea prezenta o formă de moștenire. Simulările lor de mașini arată modul în care genomul ar fi transmis comunităților de descendenți minime. Un aspect critic al modelului este modul în care o astfel de moștenire moleculară a devenit posibilă. În celulele moderne, transferul informațiilor conținute în ADN este facilitat de catalizatorii enzimatici proteici. În era prebiologică timpurie, cataliza ar fi putut fi realizată de aceleași substanțe asemănătoare lipidelor care transportau informații. Moleculele, deja prezente sub forma unei picături, au funcționat ca un „comitet de selecție” molecular, crescând probabilitatea de a transmite unele trăsături și scăzând probabilitatea de a transmite altele.
Echipa Lancet a dezvoltat simulări computerizate care arată cum, bazate exclusiv pe principii fizico-chimice, picăturile de lipide cu o compoziție specifică se unesc, cresc, se divid, se auto-replica, acumulează mutații și se angajează în joc evolutiv complex. Important este că acestea sunt comunități minime complete, cu conexiunile lor complexe de molecule relativ mici care sunt copiate în picături fiice.
Acest lucru diferă de modelele anterioare, în care este copiat un singur polimer lung de acid ribonucleic. Modelul oamenilor de știință face foarte puține presupuneri chimice, dar oferă o explicație moleculară bogată care este paralelă cu procesele vieții moderne. Și, prin urmare, are oportunitatea de a deveni acea punte de mult dorită care duce de la lumea neînsuflețită la lumea modernă a organismelor vii în secolul XXI. Pentru a clarifica problema originii vieții, cercetătorii manifestă un interes crescut pentru două obiecte - satelitul lui Jupiter, descoperit încă în 1610 de G. Galileo. Este situat la o distanță de Pământ de 671.000 km. Diametrul său este de 3100 km. Este acoperit cu mulți kilometri de gheață. Cu toate acestea, sub acoperirea de gheață există un ocean și în el s-ar fi putut păstra cele mai simple forme de viață antică.
Un alt obiect este Lacul de Est, care este numit rezervor relict. Este situat în Antarctica sub un strat de gheață de patru kilometri. Cercetătorii noștri l-au descoperit ca urmare a forajelor de adâncime. În prezent este în curs de dezvoltare un program internațional cu scopul de a pătrunde în apele acestui lac fără a-i perturba puritatea relicvă. Este posibil ca acolo să existe organisme relicte vechi de câteva milioane de ani.
De asemenea, există un mare interes pentru o peșteră descoperită în România care nu are acces la lumină. Când au forat intrarea în această peșteră, au descoperit existența unor organisme vii oarbe, cum ar fi insectele care se hrănesc cu microorganisme. Aceste microorganisme folosesc pentru existența lor compuși anorganici care conțin hidrogen sulfurat provenit din interiorul fundului acestei peșteri. Nicio lumină nu pătrunde în această peșteră, dar există apă acolo.
De un interes deosebit sunt microorganismele descoperite recent de oamenii de știință americani în timp ce studiau unul dintre lacurile sărate. Aceste microorganisme sunt excepțional de rezistente la mediul lor. Ei pot trăi chiar și într-un mediu pur arsenic.
Organismele care trăiesc în așa-numiții „fumători negri” atrag, de asemenea, multă atenție (Fig. 2.1). 
Orez. 2.1. „Fumători negri” ai fundului oceanului (jet de apă fierbinte indicat de săgeți)
„Fumătorii negri” sunt numeroase orificii hidrotermale care funcționează pe fundul oceanului, limitate la părțile axiale ale crestelor oceanice. Dintre acestea, în oceane sub presiune mare de 250 atm. Este furnizată apă caldă foarte mineralizată (350 °C). Contribuția lor la fluxul de căldură al Pământului este de aproximativ 20%.
Gurile hidrotermale din ocean transportă elemente dizolvate din crusta oceanică în oceane, modificând crusta și aducând contribuții foarte semnificative la chimia oceanelor. Împreună cu ciclul de generare a crustei oceanice la crestele oceanelor și reciclarea acesteia în manta, alterarea hidrotermală reprezintă un sistem în două etape pentru transferul de elemente între manta și oceane. Scoarta oceanică reciclată în manta este aparent responsabilă pentru unele dintre eterogenitățile mantalei.
Gurile hidrotermale din crestele oceanice sunt habitatul comunităților biologice neobișnuite care primesc energie din descompunerea compușilor fluidului hidrotermal (jet negru).
Scoarta oceanică conține aparent cele mai adânci părți ale biosferei, atingând o adâncime de 2500 m.
Gurile hidrotermale au o contribuție semnificativă la echilibrul termic al Pământului. Sub crestele mediane, mantaua se apropie cel mai mult de suprafata. Apa de mare pătrunde prin fisuri în scoarța oceanică la o adâncime considerabilă, datorită conductivității termice este încălzită de căldura mantalei și concentrată în camere de magmă.
Un studiu aprofundat al obiectelor „speciale” enumerate mai sus îi va conduce, fără îndoială, pe oamenii de știință la o înțelegere mai obiectivă a problemei originii vieții pe planeta noastră și a formării biosferei acesteia.
Cu toate acestea, trebuie subliniat că până în prezent viața nu a fost obținută experimental.
Holul din apartament Realitatea și sensul viselor
Mâncăruri din pește în bucătăria italiană (rețete) Pește după rețetă italiană
Conținut caloric Ardei iute verde
Cum să gătești cotlet în cuptor: caracteristici, rețete și recenzii
Reteta clasica ratatouille ce sa faci