Pateicoties tam, dzima dzīve uz zemes. Kā dzīve dzima uz Zemes: vēsture, izcelsmes iezīmes un interesanti fakti

Valērijs Spiridonovs, pirmais kandidāts galvas transplantācijai, RIA Novosti

Daudzus gadus cilvēce ir centusies atšķetināt patieso dzīves parādīšanās cēloni un vēsturi uz mūsu planētas. Pirms nedaudz vairāk nekā simts gadiem gandrīz visās valstīs cilvēki pat nedomāja apšaubīt dievišķās iejaukšanās teoriju un pasaules radīšanu ar augstākas garīgas būtnes palīdzību.

Situācija mainījās pēc Charles Charles Darvina izcilākā darba publicēšanas 1859. gada novembrī, un tagad par šo tēmu ir daudz diskusiju. Saskaņā ar pagājušās desmitgades beigu datiem Darvina evolūcijas teorijas atbalstītāju skaits Eiropā un Āzijā ir vairāk nekā 60-70%, ASV - aptuveni 20% un Krievijā - aptuveni 19%.

Mūsdienās daudzas valstis aicina izslēgt Darvina darbu skolas mācību programma vai vismaz izpēti to kopā ar citām ticamām teorijām. Bez reliģiskās versijas, kurai tieksme ir lielākajai daļai pasaules iedzīvotāju, šodien pastāv vairākas galvenās dzīves rašanās un evolūcijas teorijas, aprakstot tās attīstību dažādos posmos.

Panspermija

Panspermijas idejas atbalstītāji ir pārliecināti, ka pirmie mikroorganismi uz Zemes tika nogādāti no kosmosa. Tā uzskatīja slavenais vācu zinātnieks-enciklopēdists Hermans Helmholcs, angļu fiziķis Kelvins, krievu zinātnieks Vladimirs Vernadskis un zviedru ķīmiķis Svante Arrhenius, kurš mūsdienās tiek uzskatīts par šīs teorijas pamatlicēju.

Zinātniski apstiprināja faktu, ka uz Zemes atkārtoti ir atklāti Marsa un citu planētu meteorīti, iespējams, no komētām, kas varētu nākt pat no svešzemju zvaigžņu sistēmām. Mūsdienās par to neviens nešaubās, taču vēl nav skaidrs, kā dzīve varētu rasties citās pasaulēs. Patiesībā panspermijas apoloģēti nodod "atbildību" par to, kas notiek ar svešzemju civilizācijām.

Pirmzupas teorija

Harolda Ūrija un Stenlija Millera eksperimenti 1950. gados veicināja šīs hipotēzes dzimšanu. Viņi spēja atjaunot gandrīz tādus pašus apstākļus, kādi pastāvēja uz mūsu planētas virsmas pirms dzīves piedzimšanas. Nelielas elektriskās izlādes un ultravioletā gaisma tika izvadīta caur molekulārā ūdeņraža, oglekļa monoksīda un metāna maisījumu.

Rezultātā metāns un citas primitīvas molekulas pārvērtās par sarežģītām organiskām vielām, tostarp desmitiem aminoskābju, cukura, lipīdu un pat nukleīnskābju elementiem.

Salīdzinoši nesen, 2015. gada martā, Kembridžas universitātes zinātnieki, kuru vadīja Džons Saterlends, parādīja, ka līdzīgu reakciju gaitā var iegūt visu veidu "dzīves molekulas", ieskaitot RNS, olbaltumvielas, taukus un ogļhidrātus, kuri vienkārši neorganiski oglekļa savienojumi, sērūdeņradis, metālu sāļi un fosfāti.

Māla dzīves elpa

Viena no dzīves evolūcijas iepriekšējās versijas galvenajām problēmām ir tā, ka daudzas organiskās molekulas, ieskaitot cukurus, DNS un RNS, ir pārāk trauslas, lai uzkrātos pietiekamā daudzumā Zemes primārā okeāna ūdeņos, kur, kā iepriekš ticēja visvairāk evolucionisti, radās pirmās dzīvās būtnes.

Zinātnieki ir noskaidrojuši, kādā vidē dzīvojuši senākie cilvēku senčiLiela mēroga izrakumi Olduvai aizā palīdzēja paleontologiem uzzināt, ka mūsu pirmie senči dzīvoja plaukstu un akāciju birzīs, kuru ēnā viņi varēja izcirst žirafu, antilopu un citu nagaiņu liemeņus no Āfrikas savannām, kuras viņi nogalināja.

Britu ķīmiķis Aleksandrs Kērnss-Smits uzskata, ka dzīve ir "māla", nevis ūdens izcelsme - optimāla vide uzkrāt un sarežģīt kompleksu organiskās molekulas var atrasties poru un kristālu iekšpusē māla minerālos, nevis Darvina "pirmatnējā dīķī" vai Millera-Ūrija okeānā.

Patiesībā evolūcija sākās kristālu līmenī, un tikai tad, kad savienojumi kļuva pietiekami sarežģīti un stabili, pirmie dzīvie organismi devās "atklātā ceļojumā" Zemes primārajā okeānā.

Dzīvo okeāna dibenā

Šī ideja konkurē ar mūsdienās populāro ideju, ka dzīve radusies nevis okeāna virsmā, bet gan tās dibena dziļākajos reģionos, "melno smēķētāju", zemūdens geizeru un citu ģeotermisko avotu tuvumā.

To izmeši ir bagāti ar ūdeņradi un citām vielām, kuras, pēc zinātnieku domām, varētu uzkrāties klinšu nogāzēs un pirmajai dzīvei dot visus nepieciešamos pārtikas resursus un reakcijas katalizatorus.

Par to var atzīt modernas ekosistēmas, kas pastāv līdzīgu avotu tuvumā visu Zemes okeānu apakšā - tajās ietilpst ne tikai mikrobi, bet pat daudzšūnu dzīvās būtnes.

RNS Visums

Dialektiskā materiālisma teorija balstās uz principu pāra vienlaicīgu vienotību un nebeidzamu cīņu. Tas ir par informācijas iedzimtību un strukturālām bioķīmiskām izmaiņām. Dzīves izcelsmes versija, kurā RNS ir galvenā loma, ir gājusi tālu no tās ieviešanas 1960. gados līdz astoņdesmito gadu beigām, kad tā ieguva mūsdienu iezīmes.

No vienas puses, RNS molekulas nav tik efektīvas informācijas glabāšanā kā DNS, bet tās vienlaikus var paātrināt ķīmiskās reakcijas un apkopot savas kopijas. Tajā pašā laikā jāsaprot, ka zinātnieki vēl nav spējuši parādīt, kā darbojās visa RNS dzīves evolūcijas ķēde, un tāpēc šī teorija vēl nav guvusi vispārēju atzīšanu.

Protokoli

Vēl viens svarīgs dzīves evolūcijas jautājums ir noslēpums par to, kā šādas RNS vai DNS un olbaltumvielu molekulas "norobežojas" no ārpasaules un pārvēršas par pirmajām izolētajām šūnām, kuru saturu aizsargā elastīga membrāna vai puslīnijas. caurlaidīgs cietais apvalks.

Pionieris šajā jomā bija slavenais padomju ķīmiķis Aleksandrs Oparins, kurš parādīja, ka ūdens pilienām, ko ieskauj dubultā tauku molekulu slānis, var būt līdzīgas īpašības.

Viņa idejas iedzīvināja Kanādas biologi Džeka Šostaka vadībā, kurš saņēma 2009. gada Nobela prēmiju fizioloģijā vai medicīnā. Viņa komanda varēja "iesaiņot" vienkāršākais komplekts RNS molekulas, kas spēj sevi replikēt tauku molekulu membrānā, pievienojot magnija jonus un citronskābi pirmā "protocella" iekšpusē.

Endosimbioze

Vēl viens dzīves evolūcijas noslēpums ir tas, kā radās daudzšūnu radības un kāpēc cilvēku, dzīvnieku un augu šūnās ir īpaši ķermeņi, piemēram, mitohondriji un hloroplasti, kuriem ir neparasti sarežģīta struktūra.

Cilvēku un šimpanžu senču uzturs "atšķīrās" pirms 3 miljoniem gaduPaleontologi salīdzināja oglekļa izotopu īpatsvaru Australopithecus zobu emaljā un atklāja, ka cilvēku un šimpanžu senči pārgāja uz dažādām diētām pirms 3 miljoniem gadu, 1,5 miljonus gadu agrāk, nekā tika domāts iepriekš.

Pirmo reizi par šo problēmu domāja vācu botāniķis Andreass Šimpers, kurš ieteica, ka hloroplasti agrāk bija neatkarīgi organismi, līdzīgi kā zilaļģes, kas "sadraudzējās" ar augu senču šūnām un sāka dzīvot to iekšienē.

Šo ideju vēlāk izstrādāja krievu botāniķis Konstantīns Merežkovskis un amerikāņu evolucionists Linss Margulis, kuri parādīja, ka mitohondrijiem un potenciāli visiem citiem mūsu šūnu sarežģītajiem organoļiem ir līdzīga izcelsme.
Tāpat kā gadījumā ar "RNS pasaules" un "māla" dzīves evolūcijas teorijām, arī endosimbiozes ideja sākotnēji izpelnījās lielu kritiku no lielākās daļas zinātnieku puses, taču mūsdienās gandrīz visi evolucionisti nešaubās par tās pareizību. .

Kuram ir taisnība un kuram nav taisnība?

Daudz kas ir atrasts par labu Darvina hipotēzēm zinātniskie raksti un specializēta izpēte, jo īpaši "pārejas formu" jomā. Darvinam nebija nepieciešamo summu arheoloģiskie artefakti zinātnisko darbu atbalstam, jo ​​lielākoties viņš vadījās pēc personīgiem minējumiem.

Piemēram, tikai pēdējos desmit gados zinātnieki ir atraduši vairāku šādu "zaudēto saikņu", piemēram, Tiktaalik un Indohyus, paliekas, kas ļauj mums novilkt robežu starp sauszemes dzīvniekiem un zivīm, kā arī vaļiem un nīlzirgiem.
No otras puses, skeptiķi bieži apgalvo, ka šāda veida dzīvnieki nav īstas pārejas formas, kas rada pastāvīgus bezgalīgus strīdus starp darvinisma atbalstītājiem un viņu pretiniekiem.

No otras puses, eksperimenti ar parasto E. coli un dažādām daudzšūnu radībām viennozīmīgi parāda, ka evolūcija ir reāla un ka dzīvnieki var ātri pielāgoties jauniem dzīves apstākļiem, iegūstot jaunas iezīmes, kuru viņu senčiem pirms 100-200 paaudzēm nebija.

Ir vērts atcerēties, ka ievērojama mūsdienu sabiedrības daļa joprojām sliecas ticēt augstāka dievišķā prāta vai ārpuszemes civilizācijas kurš nodibināja dzīvi uz Zemes. Pagaidām nav vienas pareizas teorijas, un cilvēcei vēl jāatbild uz šo jautājumu nākotnē.

Vai dzīve ir evolūcijas vai radīšanas rezultāts? Šī dilemma ir satraukusi vairāk nekā vienas zinātnieku paaudzes prātus. Bezgalīgas domstarpības par šo partitūru rada arvien ziņkārīgākas teorijas.

Kārtība pret haosu

Otrais termodinamikas likums (entropija) nosaka, ka visi kosmosa elementi pāriet no kārtības uz haosu. Uz to pievērš NASA zinātnieks Roberts Destrovs, kurš apgalvo, ka "Visums apstājas kā pulkstenis". Kreacionisti paļaujas uz entropijas likumu, lai pierādītu evolucionistu viedokļa neatbilstību, kas uzņemas visu apkārtējās pasaules elementu spontānu attīstību un sarežģītību.

19. gadsimta teologs Viljams Peli izdarīja šādu līdzību. Mēs zinām, ka kabatas pulksteņi nav radušies paši no sevis, bet tos ir izgatavojis cilvēks: no tā izriet, ka tik sarežģīta struktūra kā cilvēka ķermenis ir arī radīšanas rezultāts.

Čārlzs Darvins salīdzināja šo viedokli ar savu dabiskās atlases spēka teoriju, kas, balstoties uz iedzimtu mainīgumu ilgas evolūcijas procesā, spēj veidot vissarežģītākās organiskās struktūras.

"Bet organiskā dzīve nevarēja rasties no nedzīvās matērijas," kreacionisti norādīja uz Darvina teorijas neaizsargātību.

Tikai relatīvi nesen ķīmiķu Stenlija Millera un Harolda Ūrija pētījumi sniedza argumentus, aizstāvot evolūcijas teoriju.

Amerikāņu zinātnieku eksperiments apstiprināja hipotēzi, ka uz primitīvās Zemes pastāv apstākļi, kas veicināja bioloģisko molekulu parādīšanos no neorganiskas vielas... Saskaņā ar viņu secinājumiem molekulas atmosfērā izveidojās parasto ķīmisko reakciju rezultātā, un pēc tam, nokrišot okeānā ar lietu, izraisīja pirmās šūnas piedzimšanu.

Cik veca ir Zeme?

2010. gadā amerikāņu bioķīmiķis Duglass Teobalds mēģināja pierādīt, ka visai dzīvībai uz Zemes ir kopīgs sencis. Viņš matemātiski analizēja visbiežāk sastopamo olbaltumvielu secību un atklāja, ka izvēlētās molekulas ir cilvēkiem, mušām, augiem un baktērijām. Saskaņā ar zinātnieka aprēķiniem kopēja priekšteča varbūtība bija 102860.

Saskaņā ar evolūcijas teoriju pārejas process no vienkāršākajiem uz augstākajiem organismiem ilgst miljardus gadu. Bet kreacionisti apgalvo, ka tas nav iespējams, jo Zemes vecums nepārsniedz vairākus desmitus tūkstošus gadu.

Visas dzīvnieku un augu sugas, pēc viņu domām, parādījās gandrīz vienlaikus un neatkarīgi viens no otra - tādā formā, kādā mēs tos tagad varam novērot.

Mūsdienu zinātne, paļaujoties uz zemes paraugu un meteorīta vielas radioizotopu analīzes datiem, nosaka Zemes vecumu kā 4,54 miljardus gadu. Tomēr, kā parādīja daži eksperimenti, šai datēšanas metodei var būt ļoti nopietnas kļūdas.

1968. gadā American Journal of Geographic Research publicēja datus par vulkānisko iežu radioizotopu analīzi, kas izveidojās Havaju salās 1800. gadā notikušā vulkāna izvirduma rezultātā. Ir noteikts, ka iežu vecums svārstās no 22 miljoniem līdz 2 miljardiem gadu.

Arī radioloģiskā oglekļa analīze, ko izmanto bioloģisko atlieku datēšanai, atstāj daudz jautājumu. Šī metode nosaka vecuma ierobežojumu paraugiem 60 000 gadu ar 10 oglekļa-14 pusperiodu. Bet kā jūs izskaidrojat, ka ogleklis-14 ir atrodams juras koka paraugos? "Tikai ar to, ka Zemes laikmets bija nepamatoti vecs," - uzstāj kreacionisti.

Paleontologs Harolds Zārks atzīmē, ka nogulumu iežu veidošanās bija nevienmērīga un no tiem ir grūti noskaidrot mūsu planētas patieso vecumu. Piemēram, fosiliju koku fosilijas netālu no Jogginsas (Kanāda), kas vertikāli 3 vai vairāk metrus iespiežas zemes slānī, norāda, ka augi zem akmeņu slāņa tika aprakti ļoti īsā laika posmā katastrofālu notikumu rezultātā.

Ātra evolūcija

Pieņemot, ka Zeme nav tik sena, vai ir iespējams, ka evolūcija var "iekļauties" saspiestākā laika posmā? Amerikāņu biologu grupa, kuru vadīja Ričards Lenskis 1988. gadā, nolēma veikt ilgtermiņa eksperimentu, kas simulēja laboratorijas apstākļi evolūcijas process pēc E. coli baktēriju piemēra.

12 baktēriju kolonijas tika ievietotas identiskā vidē, kur kā uztura avots bija tikai glikoze, kā arī citrātu, kuru skābekļa klātbūtnē baktērijas nevarēja absorbēt.

Zinātnieki E. coli ir novērojuši 20 gadus, šajā laikā ir mainījušās vairāk nekā 44 tūkstoši baktēriju paaudžu. Papildus visām kolonijām raksturīgo baktēriju lieluma izmaiņām zinātnieki ir atklājuši interesanta iezīme, kas raksturīga tikai vienai kolonijai: tajā baktērijas kaut kur starp 31. un 32. tūkstošiem paaudžu ir parādījušas spēju asimilēt citrātu.

1971. gadā itāļu zinātnieki uz Pod Markaru salu Adrijas jūrā atveda 5 sienu ķirzaku paraugus. Atšķirībā no bijušā dzīvotnes, salā bija maz kukaiņu, ar kuriem barojās ķirzakas, taču tajā bija daudz zāles. Zinātnieki pārbaudīja sava eksperimenta rezultātus tikai 2004. gadā. Ko viņi redzēja?

Ķirzakas ir pielāgojušās neparastai videi: viņu populācija ir sasniegusi 5000 īpatņu, bet pats galvenais, rāpuļi ir mainījušies izskats un iekšējo orgānu struktūra. Jo īpaši palielinājās galvas un koduma spēks, lai tiktu galā ar lielajām lapām, un gremošanas traktā parādījās jauna sadaļa - fermentācijas kamera, kas ļāva ķirzaku zarnām sagremot izturīgu celulozi. Tātad tikai 33 gadu laikā sienu ķirzakas no plēsējiem ir pārtapušas par zālēdājiem!

Vāja saite

Ja zinātne spēj eksperimentāli apstiprināt intraspecifiskas izmaiņas, tad jaunas sugas parādīšanās iespēja evolūcijas gaitā paliek tikai teorētiski. Kreacionisma atbalstītāji ne tikai norāda evolucionistiem, ka nav dzīvo organismu starpposma formu, bet arī mēģina zinātniski apstiprināt sugu izcelsmes evolūcijas teorijas neatbilstību.

Spāņu ģenētiķe Svante Paabo spēja iegūt DNS no neandertāliešu skriemeļa fragmenta, kas, domājams, ir dzīvojis apmēram pirms 50 000 gadiem. Mūsdienu cilvēka un neandertālieša DNS salīdzinošā analīze parādīja, ka pēdējais nav mūsu sencis.

ASV ģenētiķis Alans Vilsons, izmantojot mitohondriju DNS metodi, varēja domāt, kad "Ieva" parādījās uz Zemes. Viņa pētījums deva vecumu 150-200 tūkstoši gadu. Japāņu zinātnieks Satoshi Horai sniedz līdzīgus datus. Pēc viņa domām, mūsdienu cilvēks Āfrikā parādījās apmēram pirms 200 tūkstošiem gadu, un no turienes viņš pārcēlās uz Eirāziju, kur ātri pārvietoja neandertālieti.

Balstoties uz fosilā ieraksta datiem, biologs Džonatans Velss atzīmē: "Ir pilnīgi skaidrs, ka valstību, tipu un šķiru līmenī izcelsmi no kopīgiem senčiem modifikācijas ceļā nevar uzskatīt par nemaināmu faktu."

Kontaktpunkti

Evolucionistu un kreacionistu uzskati par dzīves izcelsmi ne vienmēr ir principiāli sadalīti. Tādējādi daudzi radīšanas zinātnieki atbalsta senais vecums Zeme, un teologu vidū ir daudz literālisma kreacionisma kritiķu.

Piemēram, protodiakons Andrejs Kurajevs raksta šādi: “Pareizticībā evolūcijas noraidīšanai nav teksta vai doktrīnas pamata ... pareizticībā, atšķirībā no pagānisma, kas demonizē matēriju, un protestantisma, kas atņem radītajai pasaulei tiesības uz kopīgu darbību radīšanu, nav pamata noliegt tēzi, saskaņā ar kuru Radītājs radīja matēriju, kas spēj attīstīties labi ”.

Krievu matemātiķis un filozofs Jūliuss Šrēders atzīmē, ka mēs nezinām, kā izmērīt to sešu dienu ilgumu, kuru laikā Dievs radīja pasauli mums zināmā mērogā, jo tieši tajās dienās tika izveidots pats laiks. "Izveides kārtība atbilst mūsdienu kosmoloģijas idejām," atzīmē zinātnieks.

Bioloģijas zinātņu doktors Jurijs Simakovs cilvēku pat uzskata par produktu gēnu inženierija... Viņš ierosina, ka eksperiments tika veikts divu sugu - neandertāliešu un homo sapiens - krustojumā. Pēc biologa domām, pastāv "sarežģīta un apzināta prāta iejaukšanās, kurai vajadzētu būt par mūsu pakāpi augstākai."

Sentluisas zooloģiskā dārza Evolūcijas zāles darbinieki nolēma jokojot saskaņot abas teorijas. Pie ieejas viņi nolika zīmi, uz kuras bija rakstīts: "Vispār nav norādīts, ka dzīvo pasauli nevarēja izveidot uzreiz - tā vienkārši izskatās tā, it kā tā būtu parādījusies ilgstošas ​​evolūcijas rezultātā."

Pastāv hipotēze par iespējamo baktēriju, mikrobu un citu mazu organismu ievadīšanu, ieviešot debesu ķermeņus. Organismi attīstījās, un ilgstošu transformāciju rezultātā uz Zemes pamazām parādījās dzīvība. Hipotēze uzskata, ka organismi spēj darboties pat bez skābekļa vidē un nenormāli augstā vai zemā temperatūrā.

Tas ir saistīts ar migrantu baktēriju klātbūtni uz asteroīdiem un meteorītiem, kas ir fragmenti no planētu vai citu ķermeņu sadursmēm. Sakarā ar nodilumizturīga ārējā apvalka klātbūtni, kā arī ar spēju palēnināt visus dzīves procesus (dažreiz pārvēršoties strīdā), šāda veida dzīve ir spējīga pārvietoties ļoti ilgi un ļoti ilgi attālumiem.

Atrodoties viesmīlīgākos apstākļos, "starpgalaktiskie ceļotāji" aktivizē dzīvību pamatfunkcijas. Un nemanot, tie laika gaitā veido dzīvi uz Zemes.

Dzīvo no nedzīvā

Fakts par sintētisko un organisko vielu esamību mūsdienās ir nenoliedzams. Turklāt tālajā deviņpadsmitajā gadsimtā vācu zinātnieks Frīdrihs Wöhlers sintezēja organisko vielu (urīnvielu) no neorganiskās (amonija cianāta). Tad tika sintezēti ogļūdeņraži. Tādējādi dzīve uz Zemes planētas, visticamāk, radusies sintēzes ceļā no neorganiskā materiāla. Izmantojot abiogenēzi, tiek attīstītas dzīves izcelsmes teorijas.

Tā kā jebkura organiskā organisma struktūrā galvenā loma ir aminoskābes. Būtu loģiski pieņemt, ka viņu iesaistīšanās Zemes apmetnē ir dzīvība. Pamatojoties uz datiem, kas iegūti no Stenlija Millera un Harolda Ūrija eksperimenta (aminoskābju veidošanās, elektrisko lādiņu nododot caur gāzēm), mēs varam runāt par aminoskābju veidošanās iespēju. Galu galā aminoskābes ir būvmateriāli, ar kuru palīdzību tiek veidotas attiecīgi sarežģītas ķermeņa un jebkuras dzīvības sistēmas.

Kosmogoniskā hipotēze

Iespējams, vispopulārākā no visām interpretācijām, kuras zina katrs students. Lielā sprādziena teorija bija un paliek diezgan atbilstoša tēma karstām diskusijām. Lielais sprādziens notika no atsevišķa enerģijas uzkrāšanās punkta, kura izlaišanas rezultātā Visums ievērojami paplašinājās. Tika izveidoti kosmiskie ķermeņi. Neskatoties uz visu derīgumu, Lielā sprādziena teorija nepaskaidro paša Visuma veidošanos. Kā faktiski, nevienu esošo hipotēzi nevar izskaidrot.

Kodolorganismu organellu simbioze

Šo Zemes dzīvības rašanās versiju sauc arī par endosimbiozi. Skaidrus sistēmas noteikumus izstrādāja krievu botāniķis un zoologs KS Merežkovskis. Šī jēdziena būtība slēpjas abpusēji izdevīgā organellas kopdzīvē ar šūnu. Tas, savukārt, liek domāt, ka endosimbioze ir izdevīga abām simbiozes pusēm, veidojoties eikariotu šūnām (šūnām, kurās atrodas kodols). Pēc tam, izmantojot ģenētiskās informācijas nodošanu starp baktērijām, tika veikta to attīstība un populācijas palielināšanās. Saskaņā ar šo versiju visa turpmākā dzīvības un dzīvības formu attīstība ir saistīta ar iepriekšējo mūsdienu sugu priekšteci.

Spontāna paaudze

Šāda veida apgalvojumus XIX gadsimtā nevarēja uztvert bez sāls graudiņa. Pēkšņa sugu parādīšanās, proti, dzīvības veidošanās no nedzīvas, tā laika cilvēkiem šķita fantāzija. Tajā pašā laikā heteroģenēze (reprodukcijas metode, kuras rezultātā dzimst indivīdi, kas ļoti atšķiras no vecākiem), tika atzīta par saprātīgu dzīves skaidrojumu. Vienkāršs piemērs būs sarežģītas dzīvotspējīgas sadalīšanās vielu sistēmas veidošanās.

Piemēram, tajā pašā Ēģiptē ēģiptiešu hieroglifi ziņo par daudzveidīgas dzīves parādīšanos no ūdens, smiltīm, sabrukušām un pūstošām augu atliekām. Šīs ziņas ne mazākajā mērā nepārsteigtu sengrieķu filozofus. Tur pārliecība par dzīvības izcelsmi no nedzīvā tika uztverta kā fakts, kas neprasa pamatojumu. Lielais grieķu filozofs Aristotelis tā runāja par redzamo patiesību: "Laputis veidojas no sapuvušas pārtikas, Krokodils - procesu rezultāts pūstošos baļķos zem ūdens." Noslēpumaini, neskatoties uz visa veida baznīcas vajāšanām, pārliecība slepenības klēpī dzīvoja veselu gadsimtu.

Debates par dzīvi uz Zemes nevar turpināties mūžīgi. Tāpēc deviņpadsmitā gadsimta beigās franču mikrobiologs un ķīmiķis Luiss Pastērs veica savas analīzes. Viņa pētījumi bija stingri zinātniski. Eksperiments tika veikts 1860.-1862. Pateicoties sporu noņemšanai no miega stāvokļa, Pastērs spēja atrisināt spontānas dzīves paaudzes jautājumu. (Par ko viņam Francijas Zinātņu akadēmija piešķīra balvu)

Esības radīšana no parastā māla

Tas izklausās kā traki, bet patiesībā šai tēmai ir tiesības uz dzīvību. Ne velti skotu zinātnieks A.J. Kearns-Smith pētīšanai izvirzīja dzīves olbaltumvielu teoriju. Stingri veidojot līdzīgu pētījumu pamatu, viņš runāja par mijiedarbību molekulārais līmenis starp organiskajiem komponentiem un vienkāršo mālu ... Būdami tā ietekmē, komponenti veidoja stabilas sistēmas, kurās notika izmaiņas abu komponentu struktūrā un pēc tam pārticīgas dzīves veidošanās. Tik unikālā un oriģinālā veidā Kērnss-Smits izskaidroja savu nostāju. Māla kristāli ar bioloģiskiem ieslēgumiem tajā dzemdēja kopdzīvi, pēc kuras viņu "sadarbība" beidzās.

Pastāvīgas katastrofas teorija

Saskaņā ar Georges Cuvier izstrādāto koncepciju pasaule, par kuru šobrīd var domāt, nebūt nav primāra. Kas tas ir, ir tikai vēl viena saite secīgi pārtraucošā ķēdē. Tas nozīmē, ka mēs dzīvojam pasaulē, kurā galu galā notiks masveida dzīves izmiršana. Tajā pašā laikā ne viss uz Zemes tika pakļauts globālai iznīcībai (piemēram, nāca plūdi). Dažas sugas, pielāgojoties tām, izdzīvoja, tādējādi apdzīvojot Zemi. Sugu un dzīves struktūra, pēc Georges Cuvier domām, palika nemainīga.

Matērija kā objektīva realitāte

Mācību galvenā tēma ir dažādas sfēras un jomas, kas tuvina evolūcijas izpratni no precīzo zinātņu viedokļa. (materiālisms ir pasaules uzskats filozofijā, kas atklāj visus cēloņu un seku apstākļus, parādības un realitātes faktorus. Likumi ir piemērojami personai, sabiedrībai, Zemei). Teoriju izvirzīja labi zināmi materiālisma piekritēji, kuri uzskata, ka dzīvība uz Zemes radās no ķīmijas līmeņa pārveidojumiem. Turklāt tas notika gandrīz pirms 4 miljardiem gadu. Dzīves skaidrojumam ir tieša saistība ar DNS, (dezoksiribonukleīnskābi) RNS (ribonukleīnskābi), kā arī dažām spirālēm (augstas molekulmasas savienojumiem). Šis gadījums- olbaltumvielas.)

Koncepcija tika izveidota, veicot zinātniskus pētījumus, atklājot molekulārās un ģenētiskās bioloģijas, ģenētikas būtību. Avoti ir cienījami, īpaši ņemot vērā viņu jaunību. Galu galā RNS pasaules hipotēzes izpēte sākās divdesmitā gadsimta beigās. Karls Ričards Woese sniedza milzīgu ieguldījumu teorijā.

Čārlza Darvina mācības

Runājot par sugu izcelsmi, nav iespējams neminēt tādu patiesi izcilu cilvēku kā Čārlzs Darvins. Viņa dzīves darbs - dabiskā atlase, lika pamatu masīvām ateistu kustībām. No otras puses, tas deva vēl nebijušu impulsu zinātnei, neizsmeļamu augsni pētījumiem un eksperimentiem. Doktrīnas būtība bija sugu izdzīvošana visā vēsturē, organismu pielāgošana vietējiem apstākļiem, jaunu pazīmju veidošanās, kas palīdz konkurences apstākļos.

Ar evolūciju saprot dažus procesus, kuru mērķis ir laika gaitā mainīt organisma un paša organisma dzīvi. Ar iedzimtām īpašībām tās saprot uzvedības, ģenētiskas vai cita veida informācijas nodošanu (nodošana no mātes meitai).

Evolūcijas kustības galvenie spēki, pēc Darvina domām, ir cīņa par tiesībām pastāvēt, izmantojot sugu selekciju un mainīgumu. Darvina ideju ietekmē divdesmitā gadsimta sākumā aktīvi tika veikti pētījumi ekoloģijas, kā arī ģenētikas jomā. Zooloģijas mācība radikāli mainījās.

Dieva radīšana

Daudzi cilvēki no visas pasaules globuss joprojām apliecina ticību Dievam. Kreationisms ir dzīves veidošanas uz zemes interpretācija. Interpretācija sastāv no paziņojumu sistēmas, kuras pamatā ir Bībele, un tajā dzīve tiek aplūkota kā radītāja dieva radīta būtne. Dati ņemti no “ Vecā Derība”,“ Evaņģēliji ”un citi svētie raksti.

Dzīves radīšanas interpretācijas dažādās reliģijās ir nedaudz līdzīgas. Balstoties uz Bībeli, Zeme tika izveidota septiņās dienās. Debesu, debesu ķermeņa, ūdens un tamlīdzīgu radīšanai vajadzēja piecas dienas. Sestajā Dievs radīja Ādamu no māla. Redzot garlaicīgu, vientuļu cilvēku, Dievs nolēma izdarīt vēl vienu brīnumu. Paņemot Ādama ribu, viņš izveidoja Ievu. Septītā diena tika atzīta par brīvdienu.

Ādams un Ieva dzīvoja bez nepatikšanām, līdz ļaunprātīgais velns čūskas formā nolēma Ievu kārdināt. Galu galā paradīzes vidū atradās laba un ļauna zināšanu koks. Pirmā māte aicināja Ādamu dalīties maltītē, tādējādi pārkāpjot Dievam doto vārdu (viņš aizliedza pieskarties aizliegtajiem augļiem.)

Pirmie cilvēki tiek izraidīti mūsu pasaulē, tādējādi sākot visas cilvēces vēsturi un dzīvi uz Zemes.

IN mūsdienu zinātne apsver vairākas teorijas dzīvības parādīšanās uz Zemes. Lielākā daļa mūsdienu modeļi norāda, ka organiskie savienojumi - pirmie dzīvie organismi uz planētas parādījās aptuveni Pirms 4 miljardiem gadu.

Sazinoties ar

Ideju izstrāde par dzīves izskatu

Noteiktā vēsturiskā periodā zinātnieki savādāk iztēlojās, kā dzīve parādās. Līdz divdesmitajam gadsimtam zinātniskās aprindās milzīga loma bija šādām hipotēzēm:

1. Spontānas paaudzes teorija.
2. Teorija miera stāvoklis dzīve.
3. Oparina teorija (tagad daļēji atbalstīta).

Spontānās paaudzes teorija

Interesanti, ka teorija par spontānu dzīves radīšanu uz planētas radās pat Senie laiki... Viņa pastāvēja ar dievišķās izcelsmes teorija visu dzīvo organismu uz planētas.

Sengrieķu zinātnieks Aristotelis tam ticēja spontānas paaudzes hipotēze ir patiesa, savukārt dievišķais ir tikai novirze no realitātes. Viņš tam ticēja dzīve piedzima spontāni.

Pēc viņa domām, spontānas paaudzes teorija ir tāda, ka daži cilvēkiem nezināmi "aktīvie principi" ir noteiktiem nosacījumiem spējīgs radīt gada neorganisks savienojums vienkāršs organisms.

Pēc kristietības pieņemšanas Eiropā un tās izplatīšanās šis zinātniskais pieņēmums izplēnēja otrajā plānā - to aizstāja ar dievišķā teorija.

Stacionārā stāvokļa teorija

Saskaņā ar šo zinātnisko pieņēmumu nav iespējams atbildēt, kad uz Zemes radās dzīvība, jo tā pastāvēja mūžīgi... Tādējādi teorijas sekotāji apliecina, ka sugas nekad nav radušās - tās var tikai pazust vai mainīt to skaitu (). Stacionārā dzīves hipotēze līdz šim bija diezgan populāra 20. gadsimta vidus.

Tā sauktā "dzīves mūžības teorija" cieta vispārēju sabrukumu, kad tas tika konstatēts Arī Visums nekad nav pastāvējis, un tika izveidots pēc Lielā sprādziena. Atbildot uz jautājumu: cik dzīvības formu sākotnēji pastāvēja, rodas atbilde, ka visi četri, ieskaitot vīrusus ir pretrunā ar vispārpieņemto .

Šī iemesla dēļ hipotēze netiek apspriesta akadēmiskajās zinātniskajās aprindās. "Dzīves mūžības teorija" ir tīri filozofiska, jo tās secinājumi lielākoties ir nepiekrītu mūsdienu sasniegumiem zinātne.

Oparina teorija

Divdesmitajā gadsimtā zinātnieku uzmanību piesaistīja akadēmiķa Oparina raksts, kas atgrieza interesi par teoriju spontāna dzīve... Viņš tajā uzskatīja dažus "protoorganismus" - koacervē pilienus vai vienkārši "primāro buljonu", kā tie tika dublēti zinātniskajās aprindās.

Šīs pilītes bija olbaltumvielu bumbiņas, kas piesaistīja molekulas un taukus, kuri pēc tam tika piesaistīti. Tā tika izveidoti pirmie informācijas nesēji - pirmās praktiskās šūnas kas satur DNS.

Šī hipotēze vispār nesniedz atbildi, no kurienes tā nākusi, un tāpēc akadēmiskajās aprindās daudzi to atspēko.

Iepriekšējās Zemes dzīvības rašanās teorijas mūsdienu zinātniskajā domā netiek uzskatītas par fundamentālām. Arī neliela zinātnieku grupa to ierosina dzīve varēja rasties karstā ūdenī, kas ieskauj zemūdens vulkānus. Šī hipotēze nav galvenais, bet tas vēl nav atspēkots, un tāpēc tas ir pieminēšanas vērts.

Galvenās teorijas par dzīvības rašanos uz Zemes

Galvenās teorijas par dzīvības rašanos uz Zemes parādījās ne tik sen, proti, divdesmitajā gadsimtā - periodā, kad cilvēce veica vairāk atklājumu nekā visā tās iepriekšējā vēsturē.

Mūsdienu hipotēzes dzīvības rašanos uz Zemes dažādi pētījumi ir apstiprinājuši dažādās pakāpēs, un tie ir galvenie diskusiju akadēmiskajās aprindās. Starp tiem ir šādi:

• bioķīmiskā dzīves izcelsmes teorija;
• RNS pasaules hipotēze;
• PAH pasaules teorija.

Bioķīmiskā teorija

Tiek apsvērta atslēga bioķīmiskā teorija dzīvības parādīšanās uz planētas, kuras ievēro lielākā daļa zinātnieku.

Ķīmiskā evolūcija pirms organiskās dzīves parādīšanās... Šajā posmā parādās pirmie dzīvie organismi, kas radās tā rezultātā ķīmiskās reakcijas no neorganiskām molekulām.

Organiskās dzīves parādīšanās pirms 4 miljardiem gadu reakciju rezultātā ir ļoti iespējama, jo tieši tad tā bija visvairāk labvēlīga vide.

1000 grādu temperatūra tiek uzskatīta par optimālu. Skābekļa saturs gaisā bija minimāls, jo lielos daudzumos tas iznīcina vienkāršus organiskos savienojumus.

RNS pasaule

RNS pasaule ir tikai hipotēze, kas norāda, ka pirms DNS parādīšanās ģenētisko informāciju glabāja RNS savienojumi.

Astoņdesmitajos gados tika parādīts, ka RNS savienojumi varētu pastāvēt autonomi un sevi atkārtot. Miljoniem gadu ilgs RNS dzīves cikls ir novedis pie tā, ka mutāciju laikā radās DNS savienojumi, kas darbojās kā specializētas gēnu krātuves. RNS evolūcija bija pierādīts ar daudziem eksperimentiem, kas daļēji izskaidro dzīvības izcelsmi uz Zemes un atbild uz jautājumu, kā dzīvība attīstījās uz Zemes.

PAH (poliaromātisko ogļūdeņražu) pasaule

Tiek apsvērta PAH pasaule ķīmiskās evolūcijas posms un norāda, ka pirmās RNS radās no PAH, kas vēlāk noveda pie DNS un dzīvības radīšanas uz planētas.

PAH var novērot arī šodien - tie ir izplatīti Visumā un pirmoreiz tika atklāti miglājos visā kosmosā. Vairāki pētnieki PAH sauc par "dzīves sēklām".

Alternatīvās teorijas

Tā notika, ka visinteresantākās teorijas ir alternatīvas, un daudzi zinātnieki tās pat izsmej. Pagaidām nav iespējams apstiprināt alternatīvu pieņēmumu ticamību, un tie ir daļēji vai lielā mērā ir pretrunā ar mūsdienu zinātniskajām idejām, taču to pieminēšana ir obligāta.

Kosmosa hipotēze

Saskaņā ar šo pieņēmumu dzīvība uz Zemes nekad nav pastāvējusi, un tā nevarēja rasties šeit, jo nebija priekšnoteikumu. Pirmie dzīvie organismi uz planētas parādījās pēc tam kosmiskā ķermeņa krišana kas viņus atnesa sev no citas galaktikas.

Šī hipotēze neatbild uz jautājumu: cik daudz dzīvības formu bija uz tās, kādas tās bija un kā tās attīstījās tālāk.

Nav iespējams arī noteikt, kad šis kosmiskais ķermenis nokrita. Bet vissvarīgākais ir zinātnieki netic ka jebkurš organisms var izdzīvot uz krītoša kosmiskā ķermeņa pēc tam, kad tas ir nonācis Zemes atmosfērā.

Pēdējos gados zinātnieki ir atklājuši baktērijas, kas spēj pastāv ārkārtējos apstākļos un pat atklāta telpa, bet, ja sadegtu meteorīts vai asteroīds, tie noteikti nebūtu izdzīvojuši.

NLO hipotēze

Izceļot interesantākās hipotēzes, nevar nepieminēt pieņēmumu, ka dzīve uz Zemes ir citplanētiešu darbs. Šīs hipotēzes piekritēji uzskata, ka tik milzīgā Visumā citu saprātīgas dzīves veidu pastāvēšanas varbūtība ir ļoti liela. Arī zinātne šo faktu nenoliedz. jo cilvēki joprojām nav izpētījuši 99% kosmosa.

NLO hipotēzes sekotāji saka, ka viena no inteliģentajām dzīvības formām, ko mēs saucam par citplanētiešiem, īpaši atnesa dzīvību uz Zemes... Ir vairākas teorijas, kāpēc tās radīja cilvēku.

Daži saka, ka tas ir tikai eksperimenta daļa kuras laikā viņi novēro cilvēkus. Šāda pieņēmuma piekritēji nevar sniegt ticamu atbildi par to, kāpēc viņiem ir nepieciešams novērot cilvēkus un kāda ir šī eksperimenta nozīme.

Pēdējie norāda, ka ir iesaistīta noteikta kosmisko būtņu rase dzīves izplatība Visumā un cilvēki ir viena no daudzajām viņu radītajām rasēm. Tāpēc ir daži visu dzīvo lietu priekšteči ko cilvēks varētu ņemt par dieviem.

Kosmiskā teorija par dzīvības rašanos uz Zemes neatbild uz galveno jautājumu: no kurienes dzīve sākotnēji radās, pirms tā tika nogādāta uz Zemes?

Teoloģiskā hipotēze

Uzmanību! Dievišķā teorija par dzīvības rašanos uz planētas ir vecākā no visām, un tajā pašā laikā tā tiek uzskatīta par vienu no visizplatītākajām 21. gadsimtā.

Hipotēzes piekritēji tic kaut kādai visvarenai būtnei vai būtnēm, kuras parasti sauc par dieviem.

Dažādās reliģijās dieviem ir atšķirīgi vārdi, kā arī to skaits. Kristietība runā tikai par vienu dievu, piemēram, islāmu, bet pagāni ticēja desmitiem vai pat simtiem dievu, no kuriem katrs ir atbildīgs par kaut ko konkrētu.

Piemēram, viens dievs tiek uzskatīts par mīlestības radītāju, bet otrs ir jūru saimnieks.

Kristieši tam tic Dievs radīja zemi un dzīvību uz tā tikai septiņās dienās. Tas bija tas, kurš radīja pirmo vīrieti un sievieti, kas kļuva par cilvēces priekštečiem.

Tā kā miljardiem cilvēku uz planētas identificē sevi ar noteiktu reliģiju, viņi uzskata, ka visu dzīvi ir radījusi tieši Dieva vai dievu rokas.

Lai gan daudzām reliģijām ir vienādi fakti, akadēmiskajā vidē noliegt visvarenas būtnes esamību, kas radīja pasauli un dzīvi tajā, jo šī teorija ir pretrunā daudziem zinātnes sasniegumi un atklājumi.

Arī dievišķā hipotēze padara neiespējamu noteikt, kad uz Zemes radās dzīvība. Dažos Svētajos Rakstos šī informācija vispār nav, pārējos dati nesakrīt, jo tas rada milzīgas šaubas par hipotēzi.

Neviena no iepriekšminētajām teorijām nav ideāls un nevar visaptveroši atklāt jautājumu par dzīvības izcelsmi uz planētas. Kuras teorijas ievērot, tas ir atkarīgs no jums.

Mūsdienu teorija par dzīvības rašanos uz Zemes

Zemes dzīves attīstības posmi

Rezultāts

Apkopojot iepriekš minēto, mēs varam secināt, ka dzīve radās pirms 4 miljardiem gadu. Pirmais dzīves attīstības posms bija ķīmiskais, pēc tam tika izveidoti RNS un DNS un pēc tam visas piecas zināmās dzīvības formas.

Alternatīvas teorijas, kuras zinātniskās aprindās neatbalsta, liecina par pretējo. Starp tiem ir vērts atzīmēt kosmiskā un teoloģiskā(dievišķais). Mūsdienu hipotēzes par dzīvības rašanos uz Zemes ir progresīvākas, taču vecās nevar atcelt.

Ir grūti atrast cilvēku, kurš nebrīnītos, kā dzīve sākās uz Zemes. Šajā partitūrā ir daudz ideju, sākot no Bībeles un Darvina līdz mūsdienu evolūcijas teorijai, kurā pastāvīgi notiek izmaiņas saskaņā ar jaunākie atklājumi zinātnieki.

Protams, visi ir dzirdējuši par dinozauriem, redzējuši tos filmās un muzejos, un maz kurš apstrīd viņu vēsturisko esamību.

Kaut arī līdz 1842. gadam cilvēce pat nenojauta, ka milzu dzīvnieku kauli, kas atrasti dažādās planētas vietās, pieder vienam un tam pašam tipam, nosaucot tos par “pūķiem” vai piedēvējot mirstīgās atliekas titāniem, kas karoja Trojas karā. Tas prasīja epifāniju no zinātniekiem, kuri apkopoja datus un nosauca ārzemju atliekas: dinozaurus. Un šodien mēs lieliski zinām, kā izskatījās šīs gigantiskās ķirzakas, kas izmirušas pirms miljoniem gadu, aprakstīja savas daudzās sugas, un katrs bērns zina, kas viņi ir.

Fakts, ka šie milzu rāpuļi parādījās uz Zemes pirms 225–250 miljoniem gadu un pilnībā izmira aptuveni 66 miljonus gadu pirms mūsu hronoloģijas, neuzbruka lielāko daļu parasto cilvēku, kurus neinteresē zinātnes detaļas. Protams, mēs atceramies arī ar dinozauriem saistītos krokodilus, kas kā suga cēlušies pirms 83 miljoniem gadu un kuriem ir izdevies izdzīvot kopš neatminamiem laikiem. Bet visi šie skaitļi mūsu domās reti korelē mērogā.

Cik veca ir cilvēce?

Arī daudzi cilvēki nezina savu vecumu. moderns izskats Homo Sapiens, kas nozīmē Homo sapiens, kuru zinātnieki lēš tikai 200 tūkstošus gadu. Tas ir, cilvēces kā sugas vecums ir 1250 reizes mazāks par rāpuļu klases vecumu, kurai piederēja dinozauri.

Ir nepieciešams iekļauties apziņā un sakārtot šos datus, ja mēs vēlamies saprast, kā sākotnēji uz mūsu planētas parādījās dzīve. Un no kurienes radās paši cilvēki, kuri šodien cenšas izprast šo dzīvi?

Mūsdienās klasificētie zinātnieku materiāli ir nonākuši sabiedrības īpašumā. Pēdējo gadu šokējošā eksperimentu vēsture, kas pārrakstīja evolūcijas teoriju un izgaismoja to, kā dzīve sākās uz mūsu planētas, uzspridzināja senas dogmas. Ģenētikas noslēpumi, kas parasti ir pieejami tikai šauram "iesācēju" lokam, deva nepārprotamu atbildi uz Darvina hipotēzi.

Sugai Homo Sapiens (Homo sapiens) ir tikai 200 tūkstoši gadu. Un mūsu planēta ir 4,5 miljardi!

Slepenie materiāli

Tikai pirms dažiem gadsimtiem varēja sagaidīt, ka šādas idejas tiks realizētas uz spēles. Džordano Bruno par ķecerību tika sadedzināts nedaudz vairāk kā pirms 400 gadiem - 1600. gada februārī. Bet šodien drosmīgo pionieru slepena izpēte ir publiski pieejama.

Pat pirms 50 gadiem tēvi nezināšanas dēļ bieži audzināja citu vīriešu bērnus, pat pati māte ne vienmēr zināja patiesību. Mūsdienās paternitātes noteikšana ir parasta analīze. Katrs no mums var pasūtīt DNS testu un uzzināt, kas bija viņa senči, kuru asinis plūst viņa dzīslās. Paaudžu taka ir uz visiem laikiem uzlikta ģenētiskajā kodā.

Šajā kodeksā ir iekļauta atbilde uz visdedzinošāko jautājumu, kas nodarbina cilvēces prātu: kā dzīve sākās?

Zinātnieku X faili atklāj meklējumu vēsturi, lai atrastu vienīgo pareizo atbildi. Tas ir stāsts par neatlaidību, neatlaidību un apbrīnojamu radošumu, kas aptver mūsdienu zinātnes lielākos atklājumus.

Cenšoties saprast, kā dzīve ir dzimusi, cilvēki devās izpētīt vistālākos planētas nostūrus. Šo meklējumu laikā daži zinātnieki par saviem eksperimentiem saņēma "monstru" stigmu, bet citiem tie bija jāveic totalitārā režīma uzraudzībā.

Kā sākās dzīve uz Zemes?

Tas, iespējams, ir visgrūtākais no visiem esošajiem jautājumiem. Tūkstošiem gadu lielais vairums cilvēku to skaidroja ar vienu tēzi - "dievi radīja dzīvi". Citi skaidrojumi bija vienkārši neiedomājami. Bet laika gaitā situācija ir mainījusies. Visā pagājušajā gadsimtā zinātnieki ir centušies precīzi noskaidrot, kā dzima pirmā dzīvība uz planētas, raksta Maikls Māršals BBC.

Lielākā daļa mūsdienu zinātnieku, kas pēta dzīves izcelsmi, ir pārliecināti, ka virzās pareizajā virzienā - un notiekošie eksperimenti tikai pastiprina viņu uzticību. Ņūtona atklājumi no ģenētikas pārraksta zināšanu grāmatu no pirmās lappuses līdz pēdējai.

• Ne tik sen zinātnieki atklāja vecāko cilvēku senci, kurš uz planētas dzīvoja apmēram pirms 540 miljoniem gadu. Pētnieki saka, ka no šī “zobainā maisiņa” radušies visi mugurkaulnieki. Kopējais sencis bija tikai milimetru liels.
• Mūsdienu pētniekiem pat ir izdevies izveidot pirmo daļēji sintētisko organismu ar būtiskām izmaiņām DNS. Mēs jau esam ļoti tuvu jaunu olbaltumvielu sintēzei, tas ir, pilnīgi mākslīgai dzīvei. Tikai pāris gadsimtu laikā cilvēcei ir izdevies apgūt jauna veida dzīvo organismu izveidi.
• Mēs ne tikai veidojam jaunus organismus, bet arī droši rediģējam esošos. Zinātnieki pat ir izveidojuši "programmatūru", kas ļauj rediģēt DNS virkni, izmantojot šūnu rīkus. Starp citu, tikai 1% DNS satur ģenētisko informāciju, saka pētnieki. Kam domāti atlikušie 99%?
• DNS ir tik universāls, ka tajā var glabāt informāciju kā cietajā diskā. Viņi jau ir ierakstījuši filmu DNS un varēja bez grūtībām lejupielādēt informāciju atpakaļ, jo viņi agrāk ņēma failus no disketes.

Uzskatiet sevi par izglītotu un mūsdienu cilvēks? Tad jums tas vienkārši jāzina.

Kaut arī DNS atklājums datēts ar 1869. gadu, tikai 1986. gadā šīs zināšanas pirmo reizi tika izmantotas tiesu ekspertīzē.

Šeit ir stāsts par dzīvības rašanos uz Zemes

Dzīve ir veca. Dinozauri, iespējams, ir visslavenākie no visām izmirušajām radībām, taču tie parādījās tikai pirms 250 miljoniem gadu. Pirmā dzīve uz planētas radās daudz agrāk.

Tiek lēsts, ka vecākās fosilijas ir apmēram 3,5 miljardus gadu vecas. Citiem vārdiem sakot, tie ir 14 reizes vecāks par pirmo dinozauri!

Tomēr tas nav ierobežojums. Piemēram, 2016. gada augustā tika atrastas fosilās baktērijas, kuru vecums ir 3,7 miljardi gadu. Tas ir 15 tūkstoš reižu vecāks par dinozauriem!

Pati Zeme nav daudz vecāka par šīm baktērijām - mūsu planēta beidzot izveidojās apmēram pirms 4,5 miljardiem gadu. Tas ir, pirmā dzīve uz Zemes radās diezgan ātri, pēc aptuveni 800 miljoniem gadu uz planētas pastāvēja baktērijas - dzīvie organismi, kuriem, pēc zinātnieku domām, laika gaitā izdevās kļūt sarežģītākam un likt pamatu pirmajiem vienkāršajiem organismiem okeānam un beigām - beigām, un pašai cilvēku dzimtai.

Nesenais Kanādas ziņojums apstiprina šos datus: tiek lēsts, ka vecākās baktērijas ir no 3,770 līdz 4,300 miljardiem gadu vecas. Tas ir, dzīve uz mūsu planētas, iespējams, radās “kādus” 200 miljonus gadu pēc tās izveidošanās. Atrasti mikroorganismi dzīvoja uz dziedzera. Viņu atliekas tika atrastas kvarca iežos.

Ja mēs pieņemam, ka dzīvība radusies uz Zemes - kas izklausās saprātīgi, ņemot vērā to, ka mēs to vēl neesam atraduši uz citiem kosmiskiem ķermeņiem, nedz uz citām planētām, nedz no kosmosa ievestiem meteorītu fragmentiem, tad tam vajadzēja notikt šajā laika intervālā. , kas aptver miljardu gadu no brīža, kad planēta beidzot izveidojās, un mūsu laikā atrasto fosiliju rašanās datumu.

Tātad, sašaurinot mums interesējošo laika periodu, pamatojoties uz jaunākajiem pētījumiem, mēs varam pieņemt, kāda tieši bija pirmā dzīve uz Zemes.

Zinātnieki ir atjaunojuši aizvēsturisko milžu izskatu no izrakumos atrastajiem skeletiem.

Katru dzīvo organismu veido šūnas (un jūs arī)

Vēl 19. gadsimtā biologi konstatēja, ka visi dzīvie organismi sastāv no "šūnām" - sīkiem dažādu formu un izmēru organisko vielu gabaliņiem.

Pirmo reizi šūnas tika atklātas 17. gadsimtā - vienlaikus ar samērā jaudīgu mikroskopu izgudrošanu, taču tikai pusotru gadsimtu vēlāk zinātnieki nonāca pie viena secinājuma: šūnas ir visas planētas dzīves pamats.

Protams, ārēji cilvēks neizskatās pēc zivīm vai dinozauriem, taču pietiek ar to, ka ieskatās mikroskopā, lai pārliecinātos, ka cilvēki sastāv no praktiski vienādām šūnām kā dzīvnieku pasaules pārstāvji. Turklāt tās pašas šūnas ir augu un sēņu pamatā.

Visus organismus veido šūnas, ieskaitot jūs.

Visizplatītākā dzīves forma ir vienšūnu baktērijas

Mūsdienās visizplatītākās dzīves formas var droši saukt par mikroorganismiem, no kuriem katrs sastāv tikai no vienas šūnas.

Visslavenākais šādas dzīves veids ir baktērijas, kas dzīvo jebkur pasaulē.

2016. gada aprīlī zinātnieki iepazīstināja ar atjauninātu "dzīves koka" versiju: ​​sava veida ģimenes koks katram dzīvā organisma tipam. Lielāko daļu šī koka "zaru" aizņem baktērijas. Turklāt koka forma liek domāt, ka visas Zemes dzīvības sencis bija baktērija. Citiem vārdiem sakot, visu dzīvo organismu (arī jūs) daudzveidība radās no vienas baktērijas.

Tādējādi mēs varam precīzāk pieiet jautājumam par dzīves izcelsmi. Lai atjaunotu šo pašu pirmo šūnu, jums pēc iespējas precīzāk jāatjauno apstākļi, kas valdīja uz planētas vairāk nekā pirms 3,5 miljardiem gadu.

Tātad, cik grūti tas ir?

Vienšūnu baktērijas ir visizplatītākā dzīves forma uz Zemes.

Eksperimentu sākums

Daudzus gadsimtus jautājums "kur dzīve sākās?" praktiski nopietni neprasīja. Galu galā, kā mēs jau atcerējāmies pašā sākumā, atbilde bija zināma: dzīvi radīja Radītājs.

Līdz 19. gadsimtam lielākā daļa cilvēku ticēja “vitālismam”. Šīs mācības pamatā ir ideja, ka visas dzīvās būtnes ir apveltītas ar īpašu, pārdabisku spēku, kas tos atšķir no nedzīviem priekšmetiem.

Vitālisma idejas bieži atbalsojās ar reliģiskiem postulātiem. Bībelē teikts, ka Dievs ar "dzīvības elpu" atdzīvināja pirmos cilvēkus un ka nemirstīgā dvēsele ir viena no vitalisma izpausmēm.

Bet ir viena problēma. Vitalisma idejas ir principā nepareizas.

Līdz 19. gadsimta sākumam zinātnieki bija atklājuši vairākas vielas, kas bija pieejamas tikai dzīvās būtnēs. Viena no šīm vielām bija urīnviela urīnā, un tā tika iegūta 1799. gadā.

Šis atklājums tomēr nebija pretrunā ar vitalisma jēdzienu. Karbamīds parādījās tikai dzīvos organismos, tāpēc, iespējams, tie bija apveltīti ar īpašu vitālo enerģiju, kas tos padarīja unikālus.

Vitalisma nāve

Bet 1828. gadā vācu ķīmiķis Frīdrihs Vohlers spēja sintezēt urīnvielu no neorganiska savienojuma - amonija cianāta, kam nebija nekāda sakara ar dzīvajām būtnēm. Citi zinātnieki varēja atkārtot viņa eksperimentu, un drīz kļuva skaidrs, ka visus organiskos savienojumus var iegūt no vienkāršākiem - neorganiskiem.

Tas pielika punktu vitalismam kā zinātniskam jēdzienam.

Bet cilvēkiem bija diezgan grūti atbrīvoties no savas pārliecības. Fakts, ka organiskajos savienojumos, kas raksturīgi tikai dzīvajām būtnēm, patiesībā nav nekas īpašs, šķiet, ka daudziem tas ir atņēmis dzīvībai burvju elementu, padarot cilvēkus no dievišķām radībām gandrīz par mašīnām. Protams, tas bija ļoti pretrunā ar Bībeli.

Pat daži zinātnieki turpināja cīnīties par vitālismu. 1913. gadā angļu bioķīmiķis Bendžamins Mūrs karsti popularizēja savu "biotiskās enerģijas" teoriju, kas būtībā bija viens un tas pats vitalisms, bet citā aizsegā. Vitalisma ideja ir atradusi diezgan spēcīgas saknes cilvēka dvēselē emocionālā līmenī.

Šodien tās pārdomas atrodamas visnegaidītākajās vietās. Ņemsim, piemēram, vairākus zinātniskās fantastikas stāstus, kuros var papildināt vai izsūknēt varoņa “dzīves enerģiju”. Padomājiet par “reģenerācijas enerģiju”, ko Time Who vadīja sacīkstēs no Doctor Who. Šo enerģiju varētu papildināt, ja tai beigtos. Lai gan ideja izskatās futūristiska, patiesībā tā ir vecmodīgu teoriju atspoguļojums.

Tādējādi pēc 1828. gada zinātniekiem beidzot bija pamatoti iemesli meklēt jaunu skaidrojumu par dzīves izcelsmi, šoreiz atmetot spekulācijas par dievišķo iejaukšanos.

Bet viņi nesāka meklēt. Varētu šķist, ka pētījumu tēma pati sevi ieteica, bet patiesībā dzīves izcelsmes noslēpumam netika tuvojies vairākus gadu desmitus. Varbūt visi joprojām bija pārāk pieķērušies vitalismam, lai dotos tālāk.

Ķīmiķis Frīdrihs Wöhlers spēja sintezēt urīnvielu - organisku savienojumu - no neorganiskām vielām.

Darvins un evolūcijas teorija

Galvenais izrāviens šajā jomā bioloģiskie pētījumi 19. gadsimts bija Čārlza Darvina izstrādātā evolūcijas teorija, kuru turpināja citi zinātnieki.

Darvina teorija, kas izklāstīta “Sugas izcelsme” 1859. gadā, paskaidroja, kā visa dzīvnieku pasaules daudzveidība radās no viena vienīga priekšteča.

Darvins apgalvoja, ka Dievs nav radījis katru dzīvo radību sugu atsevišķi, bet visas šīs sugas nāk no primitīva organisma, kas parādījās pirms miljoniem gadu, ko sauc arī par pēdējo universālo kopīgo senci.

Ideja izrādījās ārkārtīgi pretrunīga, atkal tāpēc, ka tā atspēkoja Bībeles postulātus. Darvina teorija ir kritiski kritizēta, it īpaši no aizskartajiem kristiešiem.

Bet evolūcijas teorija neteica ne vārda par to, kā parādījās pats pirmais organisms.

Kā radās pirmā dzīve?

Darvins saprata, ka tas ir fundamentāls jautājums, taču (iespējams, nevēlēdamies iesaistīties citā konfliktā ar garīdzniekiem) viņš to izvirzīja tikai 1871. gada vēstulē. Vēstules emocionālais tonis parādīja, ka zinātnieks apzinājās šī jautājuma dziļo nozīmi:

“... Bet ja tagad [ah, cik liels, ja!] jebkurā siltā ūdenstilpē, kas satur visus nepieciešamos amonija un fosfora sāļus un ir pieejams gaismai, siltumam, elektrībai utt., tika ķīmiski izveidots proteīns, kas spēj veikt vēl un vēl sarežģītākas transformācijas ... "

Citiem vārdiem sakot: iedomājieties nelielu ūdens tilpumu, kas piepildīts ar vienkāršiem organiskiem savienojumiem un atrodas zem saules. Daži no savienojumiem var sākt mijiedarboties, radot vairāk sarežģītas vielas, tāpat kā olbaltumviela, kas, savukārt, arī mijiedarbosies un attīstīsies.

Ideja bija diezgan virspusēja. Bet tomēr tas bija pamats pirmajām hipotēzēm par dzīves izcelsmi.

Darvins ne tikai radīja evolūcijas teoriju, bet arī ierosināja, ka dzīve radusies siltā ūdenī, kas piesātināts ar nepieciešamajiem neorganiskajiem savienojumiem.

Aleksandra Oparina revolucionārās idejas

Pirmie soļi šajā virzienā nemaz netika veikti tur, kur jūs varētu gaidīt. Jūs varētu domāt, ka šāds pētījums, kas nozīmē domas brīvību, būtu bijis jāveic, piemēram, Lielbritānijā vai ASV. Bet patiesībā pirmās hipotēzes par dzīves izcelsmi izvirzīja staļiniskās PSRS dzimtajos plašumos zinātnieks, kura vārdu jūs, iespējams, nekad neesat dzirdējis.

Ir zināms, ka Staļins slēdza daudzus pētījumus ģenētikas jomā. Tā vietā viņš popularizēja agronoma Trofima Lisenko idejas, kas, pēc viņa domām, bija piemērotākas komunistu ideoloģijai. Zinātniekiem, kuri veica pētījumus ģenētikas jomā, bija pienākums publiski atbalstīt Lisenko idejas, pretējā gadījumā viņi riskēja nokļūt nometnēs.

Tieši tik saspringtā atmosfērā eksperimenti bija jāveic bioķīmiķim Aleksandram Ivanovičam Oparinam. Tas bija iespējams, jo viņš sevi pieteica kā uzticamu komunistu: viņš atbalstīja Lisenko idejas un pat saņēma Ļeņina ordeni - viscienīgāko apbalvojumu no visiem tajā laikā pastāvošajiem.

Padomju Savienības bioķīmiķis Aleksandrs Oparins ieteica pirmajiem dzīvajiem organismiem veidoties kā koacervātiem.

Jauna teorija par pirmās dzīves uz zemes rašanos

Oparins aprakstīja, kāda bija Zeme pirmajās dienās pēc tās veidošanās. Planēta bija ar karsto virsmu un piesaistīja mazus meteorītus. Apkārt bija tikai daļēji izkusuši ieži, kuros bija plašs ķimikāliju klāsts, no kuriem daudzi balstījās uz oglekli.

Galu galā Zeme atdzisa pietiekami, lai tvaiki pirmo reizi pārvērstos šķidrā ūdenī, tādējādi radot pirmo lietu. Pēc kāda laika uz planētas parādījās karsti okeāni, kas bija bagāti ar oglekļa bāzes ķīmiskām vielām. Turpmākie notikumi varētu attīstīties pēc diviem scenārijiem.

Pirmais nozīmēja tādu vielu mijiedarbību, kurās parādīsies sarežģītāki savienojumi. Oparins ieteica, ka planētas ūdens baseinā varētu veidoties dzīviem organismiem nozīmīgi cukuri un aminoskābes.

Otrajā scenārijā dažas vielas, mijiedarbojoties, sāka veidot mikroskopiskas struktūras. Kā jūs zināt, daudzi organiskie savienojumi ūdenī neizšķīst: piemēram, eļļa uz ūdens virsmas veido slāni. Bet dažas vielas, nonākot saskarē ar ūdeni, veido sfēriskas lodītes jeb "koacervātus", kuru diametrs ir līdz 0,01 cm (vai 0,004 collas).

Novērojot koacervātus mikroskopā, var pamanīt to līdzību ar dzīvajām šūnām. Viņi aug, maina formu un dažreiz sadalās divās daļās. Viņi mijiedarbojas arī ar apkārtējiem savienojumiem, lai to iekšienē varētu koncentrēties citas vielas. Oparins ieteica, ka koacervāti ir mūsdienu šūnu priekšteči.

Džona Haldāna pirmā dzīves teorija

Piecus gadus vēlāk, 1929. gadā, angļu biologs Džons Burdons Sandersons Haldane patstāvīgi izvirzīja savu teoriju ar līdzīgām idejām, kas tika publicēta Rationalist Annual.

Haldāns līdz tam laikam jau bija devis milzīgu ieguldījumu evolūcijas teorijas attīstībā, veicinot Darvina ideju integrāciju ģenētikas zinātnē.

Un viņš bija ļoti neaizmirstams cilvēks. Reiz, veicot eksperimentu dekompresijas kamerā, viņš piedzīvoja bungādiņas plīsumu, par kuru viņš vēlāk uzrakstīja sekojošo: “Bungādiņa jau dziedē, un pat tad, ja tajā paliek caurums, tad, neraugoties uz kurlu, būs iespējams domīgi atbrīvojot no turienes tabakas dūmu gredzenus, kas, manuprāt, ir svarīgs sasniegums ”.

Tāpat kā Oparins, arī Haldāns ieteica, kā organiskie savienojumi varētu mijiedarboties ūdenī: "(agrāk) pirmie okeāni sasniedza karsta buljona konsistenci." Tas radīja apstākļus "pirmo dzīvo vai daļēji dzīvo organismu" parādībai. Tādos pašos apstākļos vienkāršākie organismi varētu atrasties "eļļas plēves" iekšpusē.

Džons Haldāns neatkarīgi no Oparina izvirzīja līdzīgas idejas par pirmo organismu izcelsmi.

Oparina-Haldane hipotēze

Tādējādi Oparins un Haldāns bija pirmie biologi, kas izvirzīja šo teoriju. Bet ideja, ka Dievs vai pat kāds abstrakts "dzīvības spēks" nepiedalījās dzīvo organismu veidošanā, bija radikāls. Tāpat kā Darvina evolūcijas teorija, arī šī doma bija kristietības uzsitiens.

PSRS varas iestādes bija pilnīgi apmierinātas ar šo faktu. Padomju režīmā valstī valdīja ateisms, un varas iestādes ar prieku atbalstīja materiālistiskus skaidrojumus tādām sarežģītām parādībām kā dzīve. Starp citu, Haldāne bija arī ateists un komunists.

"Tajos laikos šī ideja tika skatīta tikai un vienīgi caur viņu pašu pārliecības prizmu: reliģiozi cilvēki to uztvēra naidīgi, atšķirībā no komunistu ideju atbalstītājiem," saka Armēnijs Mulkidzhanians, dzīves izcelsmes eksperts Osnabričas universitātē Vācijā. . “Padomju Savienībā šī ideja tika pieņemta ar prieku, jo viņiem Dievs nebija vajadzīgs. Un rietumos to dalīja visi tie paši kreiso viedokļu atbalstītāji, komunisti utt. "

Tiek saukts jēdziens, ka dzīve veidojās organisko savienojumu "pirmatnējā zupā" Oparin-Haldane hipotēze... Viņa izskatījās pietiekami pārliecinoši, taču bija viena problēma. Tajā laikā nebija neviena praktiska eksperimenta, kas pierādītu šīs hipotēzes patiesumu.

Šādi eksperimenti sākās tikai pēc gandrīz ceturtdaļgadsimta.

Pirmie eksperimenti, lai radītu dzīvību "mēģenē"

Harolds Ūrejs, slavens zinātnieks, kurš līdz tam laikam jau bija saņēmis Nobela prēmijaķīmijā 1934. gadā un pat piedalījās atombumbas izveidē.

Otrā pasaules kara laikā Jurijs piedalījās Manhetenas projektā, savācot nestabilu urāna-235, kas nepieciešams bumbas kodolam. Pēc kara beigām Jurijs iestājās par kodoltehnoloģijas civilo kontroli.

Yuuri sāka interesēties par ķīmiskajām parādībām, kas notiek kosmosā. Un procesi, kas notika veidošanās laikā Saules sistēma... Vienā no savām lekcijām viņš norādīja, ka sākumā uz Zemes, visticamāk, nebija skābekļa. Un šie apstākļi bija ideāli piemēroti "pirmatnējā buljona" veidošanai, par kuru runāja Oparins un Haldāns, jo dažas nepieciešamās vielas bija tik vājas, ka saskarē ar skābekli tās izšķīst.

Lekcijā piedalījās doktorants Stenlijs Millers, kurš vērsās pie Yuuri ar priekšlikumu veikt eksperimentu, pamatojoties uz šo ideju. Sākumā Yuuri bija skeptisks par šo ideju, bet vēlāk Millers spēja viņu pārliecināt.

1952. gadā Millers veica visslavenāko eksperimentu, lai izskaidrotu dzīvības izcelsmi uz Zemes.

Stenlija Millera eksperiments kļuva par slavenāko mūsu planētas dzīvo organismu izcelsmes izpētes vēsturē.

Visslavenākais eksperiments par dzīvības rašanos uz Zemes

Ilgi nebija jāgatavojas. Millers savienoja virkni stikla kolbu, caur kurām cirkulēja 4 vielas, kas it kā pastāvēja uz agrīnās Zemes: verdošs ūdens, ūdeņradis, amonjaks un metāns. Gāzes tika pakļautas sistemātiskai dzirksteļu izlādei - tā bija zibens spērienu simulācija, kas bija izplatīta agrīnā Zeme.

Millers atklāja, ka "ūdens kolbā pēc pirmās dienas kļuva ievērojami sārts, un pēc pirmās nedēļas šķīdums kļuva duļķains un tumši sarkans". Bija acīmredzama jaunu ķīmisko savienojumu veidošanās.

Kad Millers analizēja šķīduma sastāvu, viņš atklāja, ka tajā ir divas aminoskābes: glicīns un alanīns. Kā jūs zināt, aminoskābes bieži raksturo kā dzīves pamatelementus. Šīs aminoskābes tiek izmantotas olbaltumvielu veidošanā, kas kontrolē lielāko daļu bioķīmisko procesu mūsu ķermenī. Millers burtiski no nulles izveidoja divus no vissvarīgākajiem dzīvā organisma komponentiem.

1953. gadā eksperimenta rezultāti tika publicēti prestižajā žurnālā Science. Jurijs ar cēlu, lai arī tas nav raksturīgs viņa vecuma zinātniekiem, ar žestu noņēma viņa vārdu no virsraksta, atstājot visu slavu Milleram. Neskatoties uz to, pētījumu parasti sauc par Millera-Ūrija eksperimentu.

Millera-Ūrija eksperimenta nozīme

"Millera-Ūrija eksperimenta vērtība ir tā, ka tas parāda, ka daudzas bioloģiskās molekulas var veidoties pat vienkāršā atmosfērā," saka Džons Saterlends, Kembridžas Molekulārās bioloģijas laboratorijas zinātnieks.

Ne visa eksperimenta detaļa bija precīza, kā izrādījās vēlāk. Faktiski pētījumi ir parādījuši, ka agrīnā Zemes atmosfērā bija citas gāzes. Bet tas nekādā ziņā nemazina eksperimenta nozīmi.

"Tas bija nozīmīgs eksperiments, kas šokēja daudzu iztēli, un tāpēc uz to joprojām atsaucas uz šo dienu," saka Sazerlenda.

Ņemot vērā Millera eksperimentu, daudzi zinātnieki sāka meklēt veidus, kā no sākuma izveidot vienkāršas bioloģiskas molekulas. Atbilde uz jautājumu “Kā sākās dzīve uz Zemes?” Šķita ļoti tuvu.

Bet tad izrādījās, ka dzīve ir daudz sarežģītāka, nekā jūs varētu iedomāties. Dzīvās šūnas, kā izrādījās, nav tikai ķīmisko savienojumu kolekcija, bet gan sarežģīti mazi mehānismi. Pēkšņi dzīvu šūnu izveidošana no jauna ir kļuvusi daudz vairāk nopietna problēma nekā zinātnieki gaidīja.

Gēnu un DNS izpēte

50. gadu sākumā zinātnieki jau bija tālu no domas, ka dzīve ir dievu dāvana.

Tā vietā viņi sāka izpētīt iespēju, kā spontāni un dabiski notiek agrīnā Zeme - un, pateicoties Stenlija Millera ievērojamajam eksperimentam, šai idejai sāka parādīties pierādījumi.

Kamēr Millers mēģināja radīt dzīvi no jauna, citi zinātnieki izdomāja, no kā sastāv gēni.

Šajā brīdī lielākā daļa bioloģisko molekulu jau bija pētītas. Tie ietver cukurus, taukus, olbaltumvielas un nukleīnskābes, piemēram, “dezoksiribonukleīnskābi”, jeb DNS.

Visi šodien zina, ka DNS satur mūsu gēnus, bet 20. gadsimta 50. gadu biologiem tas bija īsts šoks.

Olbaltumvielām bija sarežģītāka struktūra, tāpēc zinātnieki uzskatīja, ka tajos ir informācija par gēniem.

Teoriju 1952. gadā noraidīja Karnegi institūta zinātnieki - Alfrēds Heršijs un Marta Čeisa. Viņi pētīja vienkāršus vīrusus, kas izgatavoti no olbaltumvielām un DNS, kas pavairojās, inficējot citas baktērijas. Zinātnieki ir atklājuši, ka baktērijās iekļūst vīrusa DNS, nevis olbaltumvielas. No tā tika secināts, ka DNS ir ģenētisks materiāls.

Heršija un Čeisa atklājums bija sākums sacensībām, lai izpētītu DNS struktūru un kā tā darbojas.

Marta Čeisa un Alfrēds Heršijs atklāja, ka DNS nes ģenētisko informāciju.

DNS spirālveida struktūra ir viens no svarīgākajiem 20. gadsimta atklājumiem

Pirmie šo problēmu risināja Frensiss Kriks un Džeimss Vatsons no Kembridžas universitātes, ar nepietiekami novērtētu viņu kolēģes Rosalindas Franklinas palīdzību. Tas notika gadu pēc Heršija un Čeisa eksperimentiem.

Viņu atklājums kļuva par vienu no svarīgākajiem 20. gadsimtā. Šis atklājums mainīja skatienu uz dzīves izcelsmes meklējumiem, atklājot neticami sarežģīto dzīvo šūnu struktūru.

Vatsons un Kriks atklāja, ka DNS ir dubultā spirāle (dubultskrūve), kas izskatās kā izliektas kāpnes. Katru no diviem šo kāpņu "poliem" veido molekulas, ko sauc par nukleotīdiem.

Šī struktūra skaidri parāda, kā šūnas kopē savu DNS. Citiem vārdiem sakot, kļūst skaidrs, kā vecāki nodod saviem bērniem gēnu kopijas.

Ir svarīgi saprast, ka dubulto spirāli var atbrīvot. Tas pavērs piekļuvi ģenētiskajam kodam, kas sastāv no ģenētisko bāzu secības (A, T, C un G), kas parasti ir norobežots DNS kāpņu "pakāpēs". Katra virkne tiek izmantota kā veidne, veidojot otras kopiju.

Šis mehānisms ļauj gēnus pārmantot jau no paša dzīves sākuma. Jūsu pašu gēni galu galā nāk no senas baktērijas - un katrā pārnešanā tiek izmantots tas pats mehānisms, ko atklāja Kriks un Vatsons.

Pirmo reizi sabiedrībai tika atklāts viens no intīmākajiem dzīves noslēpumiem.

DNS struktūra: 2 mugurkauli (antiparalēlās ķēdes) un nukleotīdu pāri.

DNS izaicinājums

Kā izrādījās, DNS ir tikai viens uzdevums. Jūsu DNS stāsta ķermeņa šūnām, kā padarīt olbaltumvielas (olbaltumvielas) - molekulas, kas veic daudzus svarīgus uzdevumus.

Bez olbaltumvielām jūs nevarētu sagremot pārtiku, jūsu sirds pārtrauktu pukstēšanu un elpošana.

Bet olbaltumvielu ražošanas procesa atkārtošana, izmantojot DNS, ir izrādījusies biedējošs uzdevums. Ikviens, kurš mēģināja izskaidrot dzīves izcelsmi, vienkārši nevarēja saprast, kā kaut kas tik sarežģīts vispār var parādīties un attīstīties pats par sevi.

Katrs proteīns būtībā ir gara aminoskābju ķēde, kas austa noteiktā secībā. Šī kārtība nosaka olbaltumvielu trīsdimensiju formu un līdz ar to arī tās mērķi.

Šī informācija ir kodēta DNS bāzes secībā. Tātad, ja šūnai ir jāizveido īpašs proteīns, tā nolasa atbilstošo gēnu DNS, lai izveidotu noteiktu aminoskābju secību.

Kas ir RNS?

DNS izmantošanā šūnās ir viena nianse.

• DNS ir šūnas visdārgākais resurss. Tādēļ šūnas dod priekšroku nevērsties pie DNS ar katru darbību.
• Tā vietā šūnas kopē informāciju no DNS mazās citas vielas, ko sauc, molekulās RNS (ribonukleīnskābe).
• RNS ir līdzīga DNS, taču tai ir tikai viena virkne.

Ja mēs izdarīsim līdzību starp DNS un bibliotēkas grāmatu, tad RNS šeit izskatīsies kā lapa ar kopsavilkums grāmatas.

Informācijas pārveidošanas procesu caur RNS virkni proteīnā pabeidz ļoti sarežģīta molekula, ko sauc par ribosomu.

Šis process notiek katrā dzīvā šūnā, pat visvienkāršākajās baktērijās. Tas ir tikpat svarīgi dzīves uzturēšanai kā pārtika un elpa.

Tādējādi jebkuram dzīves parādīšanās skaidrojumam ir jāparāda, kā parādījās sarežģītais trio un kā tas sāka darboties, ieskaitot DNS, RNS un ribosomas.

Atšķirība starp DNS un RNS.

Viss ir daudz sarežģītāk

Oparina un Haldane teorijas tagad šķita naivas un vienkāršas, un Millera eksperiments, kurā tika izveidotas vairākas aminoskābes, kas nepieciešamas olbaltumvielu veidošanai, izskatījās amatieriski. Uz tāls ceļš viņa izpēte, lai arī tā būtu produktīva, acīmredzami bija tikai pirmais solis dzīvības radīšanā.

"DNS liek RNS veidot olbaltumvielas, un tas viss ir noslēgtā ķīmisko vielu maisiņā," saka Džons Saterlends. “Jūs to uzlūkojat un esat pārsteigts, cik grūti tas ir. Ko mēs varam darīt, lai atrastu organisku savienojumu, kas to visu izdara vienā piegājienā? "

Varbūt dzīve sākās ar RNS?

Pirmais, kurš mēģināja atbildēt uz šo jautājumu, bija britu ķīmiķis, vārdā Leslie Orgel. Viņš bija viens no pirmajiem, kurš redzēja Krika un Vatsona izveidoto DNS modeli, un vēlāk palīdzēja NASA Viking programmā, kuras laikā uz Marsu tika nosūtīti piezemēšanās moduļi.

Orgel bija iecerējis vienkāršot uzdevumu. 1968. gadā ar Krika atbalstu viņš ierosināja, ka pirmajām dzīvajām šūnām nav olbaltumvielu vai DNS. Gluži pretēji, tie gandrīz pilnībā sastāvēja no RNS. Šajā gadījumā primārajām RNS molekulām bija jābūt universālām. Piemēram, viņiem vajadzēja izgatavot savas kopijas, iespējams, izmantojot to pašu savienošanas mehānismu kā DNS.

Idejai, ka dzīve sākās ar RNS, bija neticama ietekme uz visiem turpmākajiem pētījumiem. Un tas kļuva par sīvu diskusiju cēloni zinātnieku aprindās, kas turpinās līdz pat šai dienai.

Pieņemot, ka dzīve sākās ar RNS un vēl kādu noteiktu elementu, Orgels ieteica, ka viens no vissvarīgākajiem dzīves aspektiem - spēja sevi reproducēt - parādās agrāk nekā citi. Mēs varam teikt, ka viņš pārdomāja ne tikai to, kā dzīve vispirms parādījās, bet arī runāja par pašu dzīves būtību.

Daudzi biologi piekrita Orgela idejai, ka "reprodukcija bija pirmajā vietā". Darvina evolūcijas teorijā priekšroka ir spējai pavairot: tas ir vienīgais veids, kā organisms šajā sacīkstē var "uzvarēt" - tas ir, atstāt aiz sevis daudzus bērnus.

Leslie Orgel izvirzīja ideju, ka pirmās šūnas darbojas, pamatojoties uz RNS.

Sadalījums 3 nometnēs

Bet dzīvei ir citas iezīmes, kas ir vienlīdz svarīgas.

Visredzamākais no tiem ir vielmaiņa: spēja absorbēt apkārtējo enerģiju un izmantot to, lai izdzīvotu.

Daudziem biologiem vielmaiņa ir dzīves raksturīgā iezīme, viņi reprodukcijas spēju ierindo otrajā vietā.

Tātad, sākot ar sešdesmitajiem gadiem, zinātnieki, kas cīnījās ar dzīves izcelsmes noslēpumu, sāka dalīties 2 nometnēs.

"Pirmais apgalvoja, ka vielmaiņa notika pirms ģenētikas, otrā bija pretējas domas," skaidro Saterlenda.

Bija arī trešā grupa, apgalvojot, ka vispirms vajadzēja būt kaut kādam konteineram galvenajām molekulām, kas neļautu tām sadalīties.

"Sadalījumam vajadzētu būt pirmajam, jo ​​bez tā šūnu vielmaiņa ir bezjēdzīga," skaidro Saterlenda.

Citiem vārdiem sakot, šūnai vajadzēja stāvēt pie dzīves pirmsākumiem, kā Oparins un Haldāns jau bija uzsvēruši vairākus gadu desmitus agrāk, un, iespējams, šī šūna bija jāpārklāj ar vienkāršiem taukiem un lipīdiem.

Katra no trim idejām ieguva savus atbalstītājus un izdzīvoja līdz šai dienai. Zinātnieki dažreiz aizmirsa par aukstasinīgu profesionalitāti un akli atbalstīja vienu no trim idejām.

Rezultātā zinātniskās konferences par šo jautājumu bieži pavadīja skandāli, un žurnālisti, kas atspoguļoja šos notikumus, bieži dzirdēja nepatīkamas vienas nometnes zinātnieku atbildes par viņu pārējo divu kolēģu darbu.

Pateicoties Orgelam, ideja, ka dzīve sākās ar RNS, sabiedrību soli tuvināja problēmas risināšanai.

Un 1980. gados bija pārsteidzošs atklājums, kas faktiski apstiprināja Orgela hipotēzi.

Kas bija pirmais: konteiners, vielmaiņa vai ģenētika?

Tātad, 60. gadu beigās, meklējot atbildi uz planētas dzīvības rašanās noslēpumu, zinātnieki sadalījās 3 nometnēs.

1. Pirmie bija pārliecināti, ka dzīve sākās ar primitīvu bioloģisko šūnu versiju veidošanos.
2. Citi uzskatīja, ka pirmais un galvenais solis ir vielmaiņas sistēma.
3. Vēl citi koncentrējās uz ģenētikas un reprodukcijas nozīmi.

Šī trešā nometne mēģināja noskaidrot, kā varētu izskatīties pats pirmais replikators, paturot prātā domu, ka replikatoram vajadzētu būt RNS.

Daudzās RNS sejas

1960. gados zinātniekiem bija pietiekami daudz iemeslu uzskatīt, ka RNS ir visas dzīves avots.

Šie iemesli ietvēra faktu, ka RNS varēja darīt to, ko nevarēja DNS.

Kā vienpavediena molekula, RNS varēja saliekties dažādās formās, kuras nebija iespējams ar stingru divšķiedru DNS.

RNS, kas salocīts kā origami, savā uzvedībā stipri atgādināja olbaltumvielas. Galu galā olbaltumvielas būtībā ir tās pašas garās ķēdes, bet tās sastāv no aminoskābēm, nevis nukleotīdiem, kas ļauj tām izveidot sarežģītākas struktūras.

Šī ir atslēga uz pārsteidzošākajām olbaltumvielu spējām. Daži olbaltumvielas var paātrināt vai "katalizēt" ķīmiskās reakcijas. Šīs olbaltumvielas sauc par fermentiem.

Piemēram, cilvēka zarnās ir daudz enzīmu, kas sarežģītās pārtikas molekulas sadala vienkāršās (piemēram, cukurs) - tas ir, tos, kurus vēlāk izmanto mūsu šūnas. Būtu vienkārši neiespējami dzīvot bez fermentiem. Piemēram, nesen Korejas līdera pusbrāļa nāvi Malaizijas lidostā izraisīja fakts, ka viņa ķermenī pārtrauca funkcionēt ferments (ferments), kas nomāc nervu reaģentu VX - rezultātā elpošanas sistēma ir paralizēta. un persona mirst dažu minūšu laikā. Fermenti ir tik svarīgi mūsu ķermeņa darbībai.

Leslie Orgel un Francis Crick izvirzīja vēl vienu hipotēzi. Ja RNS varētu salocīties, kā to darīja olbaltumvielas, tad vai tā varētu veidot arī enzīmus?

Ja tas izrādījās, tad RNS varētu būt oriģināla - un ārkārtīgi universāla - dzīvā molekula, kas glabā informāciju (kā to dara DNS) un katalizē reakcijas, kas raksturīgi dažiem proteīniem.

Ideja bija interesanta, taču nākamajos 10 gados netika atrasti pierādījumi, kas to atbalstītu.

RNS fermenti

Tomass Čeks dzimis un audzis Aiovas štatā. Bērnībā viņa aizraušanās bija akmeņi un minerāli. Un jau vidusskolā viņš regulāri apmeklēja vietējās universitātes ģeologus, kuri viņam parādīja minerālu struktūru modeļus. Galu galā viņš kļuva par bioķīmiķi, koncentrējoties uz RNS izpēti.

Deviņdesmito gadu sākumā Čeks un viņa kolēģi Kolorādo Bouldera universitātē studēja vienšūnas organisms sauc par "Tetrahymena thermophile". Daļa no šī šūnu organisma ietvēra RNS virknes. Čeks pamanīja, ka viens no RNS segmentiem dažreiz atdalījās no citiem, it kā tas būtu nogriezts ar šķērēm.

Kad viņa komanda izslēdza visus fermentus un citas molekulas, kas varēja darboties kā molekulārās šķēres, RNS turpināja izolēt šo segmentu. Tajā pašā laikā tika atklāts pirmais RNS ferments: mazs RNS segments, kas var patstāvīgi atdalīties no lielās ķēdes, kurai tas bija pievienots.

Tā kā abi RNS enzīmi tika atrasti samērā ātri, zinātnieki pieļāva, ka patiesībā to varētu būt daudz vairāk. Tagad arvien vairāk faktu runāja par labu tam, ka dzīve sākās ar RNS.

Tomass Čeks atrada pirmo RNS fermentu.

RNS pasaule

Pirmais šo jēdzienu nosauca Valters Gilberts.

Gilberts, fiziķis, kuram ir negaidīta interese par molekulāro bioloģiju, aizstāvēja cilvēka genoma sekvencēšanas teoriju.

1986. gadā savā žurnāla Nature rakstā Gilberts ierosināja, ka dzīve sākas tā dēvētajā "RNS pasaulē".

Pirmais evolūcijas posms, pēc Gilberta domām, sastāvēja no "procesa, kurā RNS molekulas darbojās kā katalizatori, savācoties nukleotīdu buljonā".

Kopējot un ielīmējot dažādus RNS fragmentus kopējā virknē, RNS molekulas no pieejamajām izveidoja noderīgākas virknes. Rezultātā pienāca brīdis, kad viņi iemācījās radīt olbaltumvielas un olbaltumvielu enzīmus, kas izrādījās daudz noderīgāki nekā RNS versijas, lielākoties tos izstumjot un radot dzīvi, kuru mēs redzam šodien.

RNS pasaule ir diezgan veikls veids, kā no sākuma izveidot sarežģītus dzīvos organismus.

Šajā koncepcijā nav nepieciešams paļauties uz vienlaicīgu desmitiem bioloģisko molekulu veidošanos "primārajā zupā", pietiks ar vienu molekulu, no kuras viss sākās.

Pierādījums

2000. gadā RNS pasaules hipotēze ieguva pārliecinošus pierādījumus.

Tomass Štics 30 gadus ir pētījis molekulu struktūru dzīvajās šūnās. 90. gados viņš sāka savu dzīves galveno pētījumu: pētīja ribosomas struktūru.

Katrā dzīvajā šūnā ir ribosoma. Šī lielā molekula nolasa RNS instrukcijas un apvieno aminoskābes, lai iegūtu olbaltumvielas. Cilvēka šūnās esošās ribosomas ierindojas gandrīz katrā ķermeņa daļā.

Tajā laikā jau bija zināms, ka ribosoma satur RNS. Bet 2000. gadā Šteica komanda iepazīstināja ar detalizētu ribosomas struktūras modeli, kurā RNS parādījās kā ribosomas katalītiskais kodols.

Šis atklājums bija nopietns, īpaši ņemot vērā to, cik sena un dzīves pamatprincips tika uzskatīts par ribosomu. Fakts, ka tik svarīgs mehānisms balstījās uz RNS, padarīja RNA pasaules teoriju daudz ticamāku akadēmiskajā vidē. RNA World koncepcijas atbalstītāji par šo atklājumu priecājās visvairāk, un Štics 2009. gadā saņēma Nobela prēmiju.

Bet pēc tam zinātniekiem sāka rasties šaubas.

"RNS pasaules" teorijas problēmas

RNA pasaules teorijai sākotnēji bija divas problēmas.

Pirmkārt, vai RNS tiešām varētu veikt visas vitāli svarīgās funkcijas? Un vai tas varēja veidoties agrīnās Zemes apstākļos?

Ir pagājuši jau 30 gadi, kopš Žilberts izveidoja "RNS pasaules" teoriju, un mums joprojām nav izsmeļošu pierādījumu, ka RNS patiešām ir spējīga uz visu, kas aprakstīts teorijā. Jā, šī ir pārsteidzoši funkcionāla molekula, bet vai viena RNS ir pietiekama visām tai piešķirtajām funkcijām?

Pārsteidzoša bija viena neatbilstība. Ja dzīve sākās ar RNS molekulu, tad tas nozīmē, ka RNS spēj radīt sevis kopijas jeb kopijas.

Bet nevienai no zināmajām RNS nav šīs spējas. Lai izveidotu precīzu RNS vai DNS gabala kopiju, ir nepieciešami daudzi fermenti un citas molekulas.

Tāpēc astoņdesmito gadu beigās biologu grupa sāka diezgan izmisīgus pētījumus. Viņi nolēma izveidot RNS, kas spēj sevi replikēt.

Mēģinājumi izveidot sevi replikējošu RNS

Džeks Šostaks no Hārvardas Medicīnas skolas bija pirmais no šiem pētniekiem. NO Agra bērnība viņš bija tik aizrāvies ar ķīmiju, ka savu pagrabu pat pārvērta par laboratoriju. Viņš nicināja savu drošību, kas reiz izraisīja sprādzienu, kas pie griestiem piestiprināja stikla spuldzi.

Astoņdesmito gadu sākumā Šostaks skaidri parādīja, kā cilvēka gēni pasargā sevi no novecošanās procesa. Šis agrīnais pētījums vēlāk novedīs viņu pie Nobela prēmijas laureātiem.

Bet drīz viņu pārņēma Čeka pētījumi, kas saistīti ar RNS enzīmiem. "Es domāju, ka tas ir neticams darbs," saka Šostaks. "Principā ir ļoti iespējams, ka RNS var kalpot kā katalizators pašu kopiju izgatavošanai."

1988. gadā Čeks atklāja RNS fermentu, kas spēj izveidot nelielu RNS molekulu, kuras garums ir 10 nukleotīdi.

Šostaks nolēma iet tālāk un laboratorijā radīt jaunus RNS enzīmus. Viņa komanda izveidoja nejaušu secību kopumu un katru pārbaudīja, lai atrastu vismaz vienu, kam būtu katalizatora spējas. Tad secības mainījās, un tests turpinājās.

Pēc 10 mēģinājumiem Šostakam izdevās izveidot RNS fermentu, kas kā katalizators paātrināja reakciju 7 miljonus reižu ātrāk, nekā tas notiek dabiskajā vidē.

Šostaka komanda ir pierādījusi, ka RNS fermenti var būt ārkārtīgi spēcīgi. Bet viņu ferments nespēja radīt savus norādījumus. Tas bija strupceļš Šostakam.

Ferments R18

2001. gadā nākamo izrāvienu veica bijušais Šostakas students - Deivids Bartels no Masačūsetsas Tehnoloģiskā institūta Kembridžā.

Bartels izveidoja RNS fermentu, ko sauc par R18, kas varētu pievienot jaunus nukleotīdus RNS virknei, pamatojoties uz esošajiem.

Citiem vārdiem sakot, ferments ne tikai pievienoja nejaušus nukleotīdus, bet precīzi kopēja secību.

Pašu replikējošās molekulas vēl bija tālu, taču virziens bija pareizs.

R18 ferments sastāvēja no ķēdes, kurā bija 189 nukleotīdi, un tas varēja pievienot vēl 11 - tas ir, 6% no tā garuma. Pētnieki cerēja, ka pēc vēl dažiem eksperimentiem šos 6% varētu pārvērst par 100%.

Visveiksmīgākais šajā jomā bija Filips Holligers no Kembridžas Molekulārās bioloģijas laboratorijas. 2011. gadā viņa komanda modificēja fermentu R18, izveidojot fermentu tC19Z, kas varētu kopēt līdz 95 nukleotīdu secību. Tas bija 48% no tā garuma - vairāk nekā R18, bet tas acīmredzami nav vajadzīgs 100%.

Džeralds Džoiss un Treisija Linkolna no Skripsu pētniecības institūta La Jolla iepazīstināja ar alternatīvu pieeju šim jautājumam. 2009. gadā viņi izveidoja RNS fermentu, kas netieši izveido savu kopiju.

Viņu ferments apvieno divus īsus RNS gabalus un izveido citu fermentu. Tas, savukārt, apvieno divus citus RNS fragmentus, lai atjaunotu sākotnējo fermentu.

Ņemot vērā izejmateriālus, šo vienkāršo ciklu var turpināt bezgalīgi. Bet fermenti darbojas pareizi tikai tad, ja jums ir pareizie RNS pavedieni, kurus izveidojuši Džoiss un Linkolns.

Daudziem zinātniekiem, kuri skeptiski vērtē RNS pasaules ideju, neatkarīgas RNS replikācijas trūkums ir galvenais skepticisma iemesls. RNS vienkārši nespēj tikt galā ar visas dzīves radītāja lomu.

Nepievienojiet optimismu un ķīmiķu nespēju izveidot RNS no jauna. Un, lai arī RNS ir daudz vienkāršāka molekula nekā DNS, tā radīšana ir izrādījusies neticama problēma.

Pirmās šūnas, visticamāk, reizinātas ar dalījumu.

Cukura problēma

Tas viss ir par cukuru, kas atrodas katrā nukleotīdā un nukleotīda bāzē. Ir iespējams tos izveidot atsevišķi, bet nav iespējams tos sasaistīt kopā.

Deviņdesmito gadu sākumā šī problēma jau bija acīmredzama. Viņa pārliecināja daudzus biologus, ka RNS pasaules hipotēze, lai arī cik pievilcīga tā varētu šķist, tomēr ir tikai hipotēze.

• Varbūt agrīnā Zemes sākumā pastāvēja cita molekula: tā ir vienkāršāka nekā RNS, un kas spēja savākties no "pirmatnējās zupas" un vēlāk sākt sevis reprodukciju.
• Varbūt šī konkrētā molekula bija pirmā, un pēc tās parādījās RNS, DNS un citi.

Poliamīda nukleīnskābe (PNA)

1991. gadā Pīters Nīlsens no Kopenhāgenas universitātes Dānijā, šķiet, ir atradis piemērotu kandidātu galvenā replikatora lomai.

Tā faktiski bija ievērojami uzlabota DNS versija. Nīlsens saglabāja nemainītu bāzi - standarta A, T, C un G -, bet cukura molekulu vietā viņš izmantoja molekulas, ko sauc par poliamīdiem.

Iegūto molekulu viņš nosauca par poliamīdu par nukleīnskābi jeb PNA. Tomēr laika gaitā saīsinājuma dekodēšana nez kāpēc pārvērtās par "peptīda nukleīnskābi".

PNA dabā nav sastopama. Bet viņas uzvedība ir ļoti līdzīga DNS. PNA virkne pat var aizstāt virkni DNS molekulā, un bāzes savienosies kā parasti. Turklāt PNA var savīties dubultā spirālē, piemēram, DNS.

Stenlijs Millers bija ieinteresēts. Ar dziļu skepsi par "RNS pasaules" koncepciju viņš uzskatīja, ka PNA ir labāk piemērota pirmā ģenētiskā materiāla lomai.

2000. gadā viņš pamatoja savu viedokli ar pierādījumiem. Tajā laikā viņam bija jau 70 gadu, un viņš bija pārcietis vairākus insultus, pēc kuriem varēja nokļūt pansionātā, taču viņš negrasījās padoties.

Millers atkārtoja savu iepriekš aprakstīto klasisko eksperimentu, šoreiz izmantojot metānu, slāpekli, amonjaku un ūdeni, un nonāca pie poliamīda bāzes PNA.

No tā izrietēja, ka agrīnā Zeme varēja būt apstākļi PNA parādīšanai, atšķirībā no RNS.

PNA uzvedība ir līdzīga DNS.

Treozes nukleīnskābe (TNK)

Tikmēr citi ķīmiķi ir izveidojuši savas nukleīnskābes.

2000. gadā Alberts Ešenmosers izveidoja treozes nukleīnskābi (TNK).

Patiesībā tā bija tā pati DNS, bet ar cita veida cukuru pamatnē. TNC ķēdes varētu veidot dubultu spirāli, un informāciju no RNS varētu pārsūtīt uz TNC un otrādi.

Turklāt TNC var veidot sarežģītas formas, ieskaitot olbaltumvielu formu. Tas deva mājienu, ka TNK varētu darboties kā ferments, piemēram, RNS.

Glikola nukleīnskābe (GNC)

2005. gadā Ēriks Meggers izveidoja glikola nukleīnskābi, kas arī spēj veidot spirāli.

Katrai no šīm nukleīnskābēm bija savi atbalstītāji: parasti paši skābju radītāji.

Bet dabā šādām nukleīnskābēm nebija palicis pēdas, tāpēc, pat ja pieņemam, ka pirmā dzīve tās izmantoja, kādā posmā tai nācās tās pamest par labu RNS un DNS.

Izklausās ticams, bet nav pamatots ar pierādījumiem.

Koncepcija bija laba, bet ...

Tādējādi līdz 21. gadsimta pirmās desmitgades vidum RNA pasaules koncepcijas atbalstītāji nonāca strupceļā.

No vienas puses, RNS enzīmi pastāvēja dabā un ietvēra vienu no vissvarīgākajiem bioloģisko mehānismu fragmentiem - ribosomu. Tas nav slikti.

Bet, no otras puses, dabā netika atrasta sevis replikējoša RNS, un neviens nespēja precīzi izskaidrot, kā RNS veidojās “primārajā zupā”. Pēdējās varētu izskaidrot ar alternatīvām nukleīnskābēm, taču tās jau (vai nekad) dabā nepastāvēja. Tas ir slikti.

Spriedums visai RNA World koncepcijai bija skaidrs: koncepcija ir laba, bet ne pilnīga.

Tikmēr kopš 1980. gadu vidus lēnām attīstījās cita teorija. Tās atbalstītāji apliecināja, ka dzīve nav sākusies ar RNS, DNS vai kādu citu ģenētisku vielu. Pēc viņu domām, dzīve sākās kā enerģijas izmantošanas mehānisms.

Vispirms enerģija?

Tātad gadu gaitā zinātnieki, kas nodarbojas ar dzīves izcelsmi, ir sadalījušies 3 nometnēs.

Pirmie pārstāvji bija pārliecināti, ka dzīve sākas ar RNS molekulu, taču viņiem neizdevās saprast, kā RNS molekulām vai RNS līdzīgām molekulām izdevās spontāni parādīties agrīnā Zemes un sākt sevi reproducēt. Sākumā zinātnieku panākumi bija priecīgi, bet beigās pētnieki apstājās. Tomēr pat tad, kad šie pētījumi ritēja pilnā sparā, jau bija tādi, kas bija pārliecināti, ka dzīve sākas pavisam citādi.

RNS pasaules teorija balstās uz vienkāršu ideju: vissvarīgākā organisma funkcija ir spēja vairoties. Lielākā daļa biologu tam piekrīt. Visas dzīvās būtnes - no baktērijām līdz zilajiem vaļiem - cenšas atstāt pēcnācējus.

Tomēr daudzi šī jautājuma pētnieki nepiekrīt, ka reproduktīvā funkcija ir pirmajā vietā. Viņi saka, ka pirms reprodukcijas sākuma organismam jākļūst pašpietiekamam. Viņam jāspēj sevi uzturēt dzīvu. Galu galā nevar būt bērnu, ja nomirsi pirms tam.

Mēs uzturam dzīvi ar pārtiku, kamēr augi absorbē enerģiju no saules gaismas.

Jā, puisis, kurš ar prieku aprij sulīgu karbonādi, nepārprotami neizskatās pēc gadsimtu veca ozola, bet patiesībā viņi abi absorbē enerģiju.

Enerģijas absorbēšana ir dzīves pamats.

Vielmaiņa

Runājot par dzīvo būtņu enerģiju, mums ir darīšana ar vielmaiņu.

1. Pirmais posms ir enerģijas iegūšana, piemēram, ar enerģiju saturošām vielām (piemēram, cukuru).
2. Otrais ir enerģijas izmantošana, lai izveidotu noderīgas šūnas organismā.

Enerģijas izmantošanas process ir ārkārtīgi svarīgs, un daudzi pētnieki uzskata, ka tieši viņš sāka dzīvi.

Bet kā varētu izskatīties organismi, kuriem ir tikai viena vielmaiņas funkcija?

Pirmo un ietekmīgāko pieņēmumu Gunther Wachtershauser izteica 80. gadu beigās. Pēc profesijas viņš bija patentu jurists, taču viņam bija pienācīgas zināšanas ķīmijā.

Wachtershauser ierosināja, ka pirmie organismi "pārsteidzoši atšķīrās no visa, ko mēs zinām". Tie nebija veidoti no šūnām. Viņiem nebija fermentu, DNS vai RNS.

Skaidrības labad Wachtershauser aprakstīja karstā ūdens plūsmu, kas plūst no vulkāna. Ūdens bija piesātināts ar vulkāniskām gāzēm, piemēram, amonjaku, un tajā bija minerālu daļiņas no vulkāna centra.

Vietās, kur straume plūda pāri akmeņiem, sākās ķīmiskās reakcijas. Ūdenī esošie metāli veicināja lielu organisku savienojumu izveidi no vienkāršākiem.

Metabolisma cikls

Pagrieziena punkts bija pirmā vielmaiņas cikla izveide.

Šī procesa laikā viena ķīmiskā viela tiek pārveidota par vairākām citām utt., Līdz galu galā viss nāk par pirmās vielas atjaunošanu.

Procesa laikā visa vielmaiņā iesaistītā sistēma uzkrāj enerģiju, ko var izmantot, lai atsāktu ciklu vai sāktu kādu jaunu procesu.

Viss pārējais, kas ir apveltīts mūsdienu organismi(DNS, šūnas, smadzenes), parādījās vēlāk, un, pamatojoties uz šiem ķīmiskajiem cikliem.

Metabolisma cikli nav ļoti līdzīgi dzīvei. Tāpēc Wachtershauser savus izgudrojumus nosauca par "prekursoru organismiem" un rakstīja, ka tos "diez vai var saukt par dzīviem".

Bet Wachtershauser aprakstītie vielmaiņas cikli vienmēr ir jebkura dzīvā organisma centrā.

Jūsu šūnas faktiski ir mikroskopiskas rūpnīcas, kas pastāvīgi noārda dažas vielas, pārveidojot tās par citām.

Lai arī vielmaiņas cikli ir mehāniski, tie ir dzīves pamatprincipi.

Wachtershauser veltīja 20. gadsimta pēdējās divas desmitgades savai teorijai, detalizēti to izstrādājot. Viņš aprakstīja, kuri minerāli būtu labāk piemēroti nekā citi un kādi ķīmiskie cikli varētu būt notikuši. Viņa argumentācija sāka iegūt piekritējus.

Eksperimentāls apstiprinājums

Oregonas štata universitātes Džeka Korlisa komanda 1977. gadā ienira austrumu ūdeņos Klusais okeāns līdz 2,5 kilometru dziļumam. Zinātnieki pētīja Galapagu karsto avotu vietā, kur no apakšas pacēlās klinšu grēdas. Bija zināms, ka grēdas sākotnēji bija vulkāniski aktīvas.

Korliss atklāja, ka grēdas praktiski bija punktētas ar karstajiem avotiem. Karsts un ar ķīmiskām vielām piepildīts ūdens pacēlās no jūras dibena un caur caurumiem akmeņos.

Apbrīnojami, ka šīs "hidrotermālās atveres" bija blīvi apdzīvotas ar dīvainām radībām. Tie bija milzīgi vairāku veidu mīkstmieši, mīdijas un annelids.

Arī ūdens bija pilns ar baktērijām. Visi šie organismi iztērēja enerģiju no hidrotermālajām atverēm.

Hidrotermālo ventilācijas atveru atklāšana Corliss ieguva izcilu reputāciju. Tas arī lika viņam domāt.

Hidrotermālās atveres okeānā mūsdienās nodrošina dzīvību organismiem. Varbūt viņi kļuva par tā galveno avotu?

Hidrotermālās atveres

Džeks Korliss 1981. gadā ierosināja, ka šādas atveres uz Zemes pastāvēja pirms 4 miljardiem gadu, un tieši ap tām radās dzīvība. Šīs idejas attīstībai viņš veltīja visu turpmāko karjeru.

Corliss izvirzīja teoriju, ka hidrotermālās atveres var radīt ķīmisko vielu maisījumu. Katra atvere, pēc viņa domām, bija kā "pirmatnējā buljona" izsmidzināšana.

• Karstajam ūdenim plūstot pa akmeņiem, siltuma un spiediena dēļ vienkāršākie organiskie savienojumi pārvērtās sarežģītākos, piemēram, aminoskābēs, nukleotīdos un cukurā.
• Tuvāk okeāna izejai, kur ūdens vairs nebija tik karsts, viņi sāka veidot ķēdes, veidojot ogļhidrātus, olbaltumvielas un nukleotīdus, piemēram, DNS.
• Tad jau pašā okeānā, kur ūdens ievērojami atdzisa, šīs molekulas sapulcējās vienkāršās šūnās.

Teorija izklausījās saprātīgi un piesaistīja uzmanību.

Bet Stenlijs Millers, kura eksperiments tika apspriests iepriekš, entuziasmā nedalījās. 1988. gadā viņš rakstīja, ka ventilācijas atveres ir pārāk karstas, lai tajās nevarētu veidoties dzīvība.

Korlisa teorija bija tāda, ka ekstremālas temperatūras var izraisīt tādu vielu kā aminoskābes veidošanos, taču Millera eksperimenti parādīja, ka viņa tos var arī iznīcināt.

Galvenie savienojumi, piemēram, cukurs, varētu ilgt ne vairāk kā dažas sekundes.

Turklāt šīs vienkāršās molekulas diez vai spētu veidot ķēdes, jo apkārtējais ūdens gandrīz uzreiz tās sadalītu.

Silts, vēl siltāks ...

Šajā brīdī diskusijā iesaistījās ģeologs Maiks Rasels. Viņš uzskatīja, ka ventilācijas atveru teorija lieliski sader ar Wachtershauser prekursoru organismiem. Šīs domas lika viņam izveidot vienu no populārākajām teorijām par dzīves izcelsmi.

Agrā Rasela dzīve pagāja ar aspirīna radīšanu un vērtīgu minerālu izpēti. Iespējamā vulkāna izvirduma laikā 60. gados viņš veiksmīgi koordinēja reaģēšanas plānu, viņam aiz muguras nebija pieredzes. Bet viņu interesēja izpētīt, kā Zemes virsma mainījās dažādos laikmetos. Iespēja apskatīt vēsturi no ģeologa perspektīvas un veidoja viņa dzīves izcelsmes teoriju.

80. gados viņš atrada fosilijas, kas parādīja, ka senos laikos bija hidrotermālās atveres, kur temperatūra nepārsniedza 150 grādus pēc Celsija. Šīs vieglas temperatūras, pēc viņa domām, varēja ļaut molekulām darboties daudz ilgāk, nekā uzskatīja Millers.

Turklāt šo mazāk karsto ventilācijas atveru fosilijās tika atrasts kaut kas ziņkārīgs. Minerāls, ko sauc par pirītu un kas sastāv no dzelzs un sēra, 1 milimetru garu cauruļu formā.

Savā laboratorijā Rasels atklāja, ka pirīts var veidot arī sfēriskas pilienus. Viņš ierosināja, ka pirmās sarežģītās organiskās molekulas veidojas tieši pirītu struktūru iekšienē.

Apmēram tajā pašā laikā Wachtershauser sāka publicēt savas teorijas, pamatojoties uz faktu, ka ar ķimikālijām bagāta ūdens straume mijiedarbojās ar noteiktu minerālu. Viņš pat ieteica, ka šis minerāls varētu būt pirīts.

2+2=?

Raselam bija jāpieskaita tikai 2 un 2.

Viņš pieļāva, ka Wachtershauser prekursoru organismi ir izveidojušies dziļo jūru silto hidrotermālo atveru iekšpusē, kur varēja veidoties pirīta struktūras. Ja Rasels nekļūdījās, tad dzīve radās jūras dziļumos, un vielmaiņa parādījās vispirms.

Tas viss tika izklāstīts Rasela rakstā, kas publicēts 1993. gadā, 40 gadus pēc Millera klasiskā eksperimenta.

Preses rezonanse radās daudz mazāk, taču tas nemazina atklājuma nozīmi. Rasels ir apvienojis divas dažādas idejas (Wachtershauser vielmaiņas ciklus un Corliss hidrotermālās atveres) vienā diezgan pārliecinošā koncepcijā.

Koncepcija kļuva vēl iespaidīgāka, kad Rasels dalījās idejās par to, kā pirmie organismi absorbēja enerģiju. Citiem vārdiem sakot, viņš paskaidroja, kā viņu vielmaiņa varētu būt darbojusies. Viņa idejas pamatā bija viena no aizmirstajiem mūsdienu zinātnes ģēnijiem darbs.

Mičela eksperimenti "Smieklīgi"

60. gados bioķīmiķis Pīters Mičels slimības dēļ bija spiests pamest Edinburgas universitāti.

Viņš pārveidoja savrupmāju Kornvolā par personīgo laboratoriju. Atdalīts no zinātnieku aprindām, viņš finansēja savu darbu, pārdodot pienu no savām mājas govīm. Daudzi bioķīmiķi, tostarp Leslie Orgel, kura pētījumi par RNS tika apspriesti iepriekš, Mitchell darbu uzskatīja par ārkārtīgi smieklīgu.

Gandrīz divas desmitgades vēlāk Mičels triumfēja, 1978. gadā iegūstot Nobela prēmiju ķīmijā. Viņš nekad nav kļuvis slavens, bet viņa idejas var izsekot jebkurā bioloģijas mācību grāmatā.

Mičels savu dzīvi veltīja tam, lai pētītu, kā organismi tērē enerģiju no pārtikas. Citiem vārdiem sakot, viņš brīnījās, kā mēs palikuši dzīvi no sekundes uz otro.

Britu bioķīmiķis Pīters Mičels ieguva Nobela prēmiju ķīmijā par darbu pie ATP sintēzes mehānisma.

Kā ķermenis uzkrāj enerģiju

Mičels zināja, ka visas šūnas uzglabā enerģiju noteiktā molekulā - adenozīna trifosfātā (ATP). Svarīgi ir tas, ka adenozīnam ir pievienota trīs fosfātu ķēde. Lai piesaistītu trešo fosfātu, kas vēlāk atrodas ATP, nepieciešams daudz enerģijas.

Kad šūnai nepieciešama enerģija (piemēram, kad muskuļi saraujas), tā no ATP nogriež trešo fosfātu. Tas pārveido ATP par adenozidifosfātu (ADP) un atbrīvo uzkrāto enerģiju.

Mičels gribēja saprast, kā sākotnēji šūnām izdevās izveidot ATP. Kā viņi koncentrēja pietiekami daudz enerģijas ADP, lai pievienotos trešais fosfāts?

Mičels zināja, ka ferments, kas ražo ATP, atrodas uz membrānas. Viņš secināja, ka šūna caur membrānu izsūknē lādētas daļiņas, ko sauc par protoniem, un tāpēc vienā pusē var redzēt daudz protonu, savukārt otrā pusē to gandrīz nav.

Tad protoni mēģina atgriezties membrānā, lai saglabātu līdzsvaru katrā pusē, bet tie var iekļūt tikai fermentā. Spridzinošu protonu plūsma dod fermentam enerģiju, kas nepieciešama ATP izveidošanai.

Mičels pirmo reizi šo ideju izteica 1961. gadā. Turpmākos 15 gadus viņš aizstāvēja savu teoriju pret uzbrukumiem, neskatoties uz pārliecinošiem pierādījumiem.

Mūsdienās ir zināms, ka Mičela aprakstītais process ir raksturīgs katrai planētas dzīvajai būtnei. Tas notiek jūsu kamerās tieši tagad. Tāpat kā DNS, tā ir būtiska dzīves sastāvdaļa, kā mēs to zinām.

Dzīvei bija nepieciešama dabiska protonu atdalīšana

Konstruējot savu dzīves teoriju, Rasels vērsa uzmanību uz Mičela parādīto protonu atdalīšanu: daudz protonu vienā membrānas pusē un tikai daži otrā.

Enerģijas uzkrāšanai visām šūnām ir nepieciešama šāda protonu atdalīšana.

Mūsdienu šūnas izveido šo dalījumu, izsūknējot protonus no membrānas, taču tas ietver sarežģītu molekulāro mehāniku, kas nevarēja parādīties tikai vienā naktī.

Tātad Rasels izdarīja vēl vienu loģisku secinājumu: dzīve izveidojās tur, kur protoni ir dabiski nošķirti.

Kaut kur netālu no hidrotermālajām atverēm. Bet ventilācijas atverei jābūt noteikta veida.

Agrīnā Zeme bija skāba jūra, un skābs ūdens ir vienkārši piesātināts ar protoniem. Lai atdalītu protonus, ūdenim pie hidrotermālajām atverēm protonos jābūt mazam, citiem vārdiem sakot, tam jābūt sārmainam.

Corliss hidrotermālās ventilācijas atveres neatbilda šai prasībai. Viņi bija ne tikai pārāk karsti, bet arī pārāk piesātināti ar skābēm.

Bet 2000. gadā Vašingtonas universitātes Debora Kellija atklāja pirmās sārmainās hidrotermālās atveres.

Dr Debora Kellija.

Sārmainas un vēsas hidrotermālās atveres

Kellijai ar lielām grūtībām izdevās kļūt par zinātnieku. Viņas tēvs aizgāja mūžībā, kad viņa mācījās vidusskolā, un viņai pēc lekcijām bija jāstrādā, lai apmaksātu universitātes mācību maksu.

Bet viņai tas izdevās un vēlāk aizdegās ar domu izpētīt zemūdens vulkānus un karstos hidrotermiskos avotus. Viņas aizraušanās ar vulkānu un zemūdens karsto atveru izpēti noveda viņu pie Atlantijas okeāna sirds. Tieši šeit, dziļumā, no okeāna dibena pacēlās majestātiska kalnu grēda.

Šajā grēdā Kellija atklāja hidrotermālo ventilācijas atveru tīklu, ko viņa sauca par "Pazudušo pilsētu". Viņi nebija tādi, kādus Corliss bija atradis.

No tiem plūda ūdens ar temperatūru 40-75 grādi pēc Celsija un ar nelielu sārmu saturu. Karbonāta minerāli no šāda ūdens veidoja stāvas baltas kolonnas, kas līdzīgas dūmu kolonnām un paceļas no apakšas kā orgānu caurules. Neskatoties uz drausmīgo un "spokaino" izskatu, šajos pīlāros faktiski atradās mikroorganismu kolonijas, kas dzīvo siltā ūdenī.

Šīs sārmainās atveres lieliski iederas Rasela teorijā. Viņš bija pārliecināts, ka dzīve sākas ar ventilācijas atverēm, kas līdzīgas pazudušās pilsētas avotiem.

Bet bija viena problēma. Kā ģeologs Rasels neko daudz nezināja par bioloģiskajām šūnām, lai viņa teorija būtu pēc iespējas pārliecinošāka.

Visplašākā teorija par dzīvības izcelsmi uz Zemes

Lai spētu pārvarēt ierobežoto zināšanu problēmas, Rasels apvienojās ar amerikāņu biologu Viljamu Martinu. Strīdi Martins lielāko daļu savas karjeras pavadījis Vācijā.

2003. gadā viņi ieviesa uzlabotu Rasela agrīnās koncepcijas versiju. Un, iespējams, šo Zemes dzīvības rašanās teoriju var saukt par visaptverošāko no visām esošajām.

Pateicoties Kellijai, viņi zināja, ka sārmainā ventilācijas atveru ieži ir poraini: tie bija punktoti ar mazām caurumiem, kas piepildīti ar ūdeni. Zinātnieki ir ierosinājuši, ka šie caurumi spēlēja "šūnu" lomu. Katrā no tām bija svarīgas vielas, piemēram, minerāli, piemēram, pirīts. Pievienojiet tam dabisko protonu sadalīšanos, ko nodrošina ventilācijas atveres, un jums ir ideāla vielmaiņas sākšanās vieta.

Tiklīdz dzīve sāka izmantot ūdens ķīmisko enerģiju no ventilācijas atverēm, Russell un Martin ieteica, tā sāka radīt tādas molekulas kā RNS. Galu galā viņa izveidoja savu membrānu, kļūstot par īstu šūnu, un atstāja poraino akmeni, dodoties atklātos ūdeņos.

Mūsdienās tā ir viena no vadošajām hipotēzēm par dzīves izcelsmi.

Jaunākie atklājumi

Šī teorija guva spēcīgu atbalstu 2016. gada jūlijā, kad Martins publicēja pētījumu, kurā tika rekonstruētas dažas pēdējās universālās priekšteča (UCP) iezīmes. Tas ir parasts organisma nosaukums, kas pastāvēja pirms miljardiem gadu, un tas radīja visu mūsdienu dzīves daudzveidību.

Iespējams, ka mēs vairs nevarēsim atrast šī organisma fosilijas, taču, pamatojoties uz visiem pieejamajiem datiem, mēs varam uzminēt, kā tas izskatījās un kādas īpašības tam bija, pētot mūsdienu mikroorganismus.

Tieši to izdarīja Martins. Viņš pētīja 1930. gada mūsdienu mikroorganismu DNS un izolēja 355 gēnus, kas bija gandrīz visos no tiem.

Var pieņemt, ka šie 355 gēni tika nodoti no paaudzes paaudzē, jo visiem šiem 1930. gada mikrobiem bija kopīgs sencis - domājams, no brīža, kad vēl pastāvēja EMP.

Starp šiem gēniem bija tie, kas bija atbildīgi par protonu sadalīšanas izmantošanu, bet nebija atbildīgi par šīs sadalīšanas radīšanu - tāpat kā Rasela un Martina teorijā.

Turklāt OUOP, šķiet, varēja pielāgoties tādām vielām kā metāns, kas nozīmēja vulkāniski aktīvo vielu klātbūtni vide apkārt. Tas ir, hidrotermālā ventilācija.

Nav tik vienkārši

Tomēr RNA World idejas atbalstītāji atklāja divas problēmas ar Russell-Martin koncepciju. Vienu joprojām varētu labot, bet cits varētu nozīmēt visas teorijas sabrukumu.

Pirmā problēma ir eksperimentālu pierādījumu trūkums par to, ka Rasela un Martina aprakstītie procesi patiešām ir notikuši.

Jā, zinātnieki ir izveidojuši teoriju soli pa solim, taču laboratorijas apstākļos neviens no šiem soļiem vēl nav atkārtots.

"Primārā izskata idejas atbalstītāji replikācija regulāri sniedz eksperimentu rezultātus, ”saka dzīvības izcelsmes eksperts Armens Mulkidzhanjans. “Primārā izskata idejas atbalstītāji vielmaiņa viņi to nedara. "

Bet tas drīz var mainīties, pateicoties Martina kolēģim Nikam Leinam no Londonas Universitātes koledžas. Lane projektēja "dzīvības izcelsmes reaktoru", kas simulētu apstākļus sārmainā ventilācijas atverē. Viņš cer atjaunot vielmaiņas ciklus un, iespējams, pat RNS. Bet par to ir pāragri runāt.

Otra problēma ir tā, ka ventilācijas atveres atrodas dziļi zem ūdens. Kā Millers norādīja 1988. gadā, garās ķēdes molekulas, piemēram, RNS un olbaltumvielas, ūdenī nevar veidoties, ja vien nav enzīmu, kas novērš to sadalīšanos.

Daudziem pētniekiem šis arguments ir kļuvis izšķirošs.

"Ņemot vērā ķīmijas zināšanas, jūs nevarēsiet ticēt dziļjūras ventilācijas atveru teorijai, jo jūs zināt ķīmiju un saprotat, ka visas šīs molekulas nav saderīgas ar ūdeni," saka Mulkidzhanian.

Tomēr Rasels un viņa atbalstītāji nevēlas atteikties no savām idejām.

Bet pēdējā desmitgadē priekšplānā izvirzījusies trešā pieeja, ko papildina virkne ārkārtīgi interesantu eksperimentu.

Atšķirībā no RNS pasaules un hidrotermālās ventilācijas teorijām, šī pieeja, ja tā būs veiksmīga, solīja neiedomājamu - dzīvas šūnas izveidošanu no jauna.

Kā izveidot būru?

Līdz 21. gadsimta sākumam bija divi galvenie dzīves izcelsmes jēdzieni.

1. Atbalstītāji "Mira RNS" apgalvoja, ka dzīve sākās ar sevi replikējošu molekulu.
2. Atbalstītāji teorijā par “ primārā vielmaiņa " radīja detalizētu izpratni par to, kā dzīve varēja rasties dziļūdens hidrotermālajās atverēs.

Tomēr priekšplānā izvirzījās trešā teorija.

Katru dzīvo būtni uz Zemes veido šūnas. Katra šūna būtībā ir mīksta bumba ar stingru sienu vai "membrānu".

Šūnas uzdevums ir ietvert visus svarīgos elementus iekšpusē. Ja ārējā siena saplīsīs, iekšpuse izlīs, un šūna faktiski mirs - kā izķidāta persona.

Šūnas ārējā siena ir tik svarīga, ka daži zinātnieki uzskata, ka tai vajadzēja parādīties pirmajai. Viņi ir pārliecināti, ka "primārās ģenētikas" teorija un "primārā metabolisma" teorija ir būtībā nepareiza.

Viņu alternatīva “primārā nodalīšana” galvenokārt balstās uz Pjēra Luidži Luisi no Romas Tre Universitātes Romā darbu.

Protokolu teorija

Luīzes argumenti ir vienkārši un pārliecinoši. Kā jūs varat iedomāties vielmaiņas procesu vai sevis atražojošu RNS, kur vienā vietā nepieciešams daudz vielu, ja nav tvertnes, kur molekulas būtu drošas?

Secinājums no tā ir šāds: ir tikai viena dzīves izcelsmes versija.

Kaut kā agrīnā Zemes karstuma un vētru vidū daži izejmateriāli veidoja primitīvas šūnas jeb "protoelementus".

Lai pierādītu šo teoriju, ir nepieciešams veikt eksperimentus laboratorijā - mēģināt izveidot vienkāršu dzīvo šūnu.

Luīzes idejas sakņojās padomju zinātnieka Aleksandra Oparina darbos, par kuriem tika runāts iepriekš. Oparins uzsvēra, ka dažas vielas veido burbuļus, ko sauc koacervē kuru centrā var būt citas vielas.

Luisi ieteica, ka šie koacervāti ir pirmie protocīti.

Koacervāti, iespējams, bija pirmie protocīti.

Lipīdu pasaule

Jebkura taukaina vai eļļaina viela uz ūdens veido burbuļus vai plēvi. Šo vielu grupu sauc par lipīdiem, un teoriju, ka tieši viņi radīja dzīvību, sauc par "lipīdu pasauli".

Bet ar burbuļu veidošanos vien nepietiek. Viņiem jābūt stabiliem, tiem jāspēj sadalīties, lai izveidotu "meitas" burbuļus, un vismaz nedaudz kontrolēt vielu plūsmu, kas tajos nonāk un iziet - tas viss bez olbaltumvielām, kas ir atbildīgas par šīm funkcijām mūsdienu šūnās.

Tādējādi no nepieciešamajiem materiāliem bija jāizveido protocikli. Tieši to Luīze darīja vairākus gadu desmitus, taču viņš nekad neko nepārliecināja.

RNS protocels

Tad 1994. gadā Luīze uzminēja drosmīgi. Pēc viņa domām, pirmajos protokolos būtu jābūt RNS. Turklāt šai RNS bija jāspēj sevi reproducēt protocelā.

Šis pieņēmums nozīmēja atteikšanos no tīras "primārās sadalīšanas", taču Luīzei tam bija pamatoti iemesli.

Šūnai ar ārējo sienu, bet iekšpusē nebija gēnu, nebija daudz funkciju. Viņai vajadzēja būt iespējai sadalīties meitas šūnās, taču viņa nevarēja nodot informāciju par sevi savām atvasēm. Šūna varētu sākt attīstīties un kļūt sarežģītāka tikai tad, ja tai būtu vismaz daži gēni.

Drīz teorija atrada stabilu atbalstītāju Džeka Šostaka personā, kura darbs pie RNS pasaules hipotēzes tika apspriests iepriekš. Gari gadišie zinātnieki atradās zinātnieku aprindu pretējās pusēs - Luīze atbalstīja ideju par "primāro nodalīšanu", bet Šostaka - par "primāro ģenētiku".

"Dzīves izcelsmes konferencēs mēs vienmēr iesaistījāmies garās debatēs par to, kas bija svarīgāks un kas bija pirmais," atceras Šostaks. "Galu galā mēs sapratām, ka šūnām ir vajadzīgi abi. Mēs nonācām pie secinājuma, ka bez nodalīšanas un ģenētiskās sistēmas pirmā dzīvība nevarēja izveidoties. "

2001. gadā Šostaks un Luīze apvienoja spēkus un turpināja pētījumus. Rakstā Nature viņi apgalvoja, ka, lai no nulles izveidotu dzīvu šūnu, RICNS, kas sevi replikē, jāievieto vienkāršā tauku pilienā.

Ideja bija drosmīga, un drīz Šostaks pilnībā nodevās tās īstenošanai. Pareizi nospriežot, ka "teoriju nevar uzzīmēt bez praktiskiem pierādījumiem", viņš nolēma sākt eksperimentus ar protoceliem.

Pūslīši

Divus gadus vēlāk Šostaks un divi kolēģi paziņoja par nozīmīgu zinātnisku sasniegumu.

Eksperimenti tika veikti ar pūslīšiem: sfēriski pilieni ar diviem taukskābju slāņiem ārpusē un šķidru serdi iekšpusē.

Mēģinot paātrināt pūslīšu izveidošanos, zinātnieki pievienoja māla minerāla daļiņas, ko sauc par montmorilonītu. Tas 100 reizes paātrināja pūslīšu veidošanos. Māla virsma kalpoja kā katalizators, galvenokārt kalpoja kā ferments.

Turklāt pūslīši no māla virsmas varēja absorbēt gan montmorilonīta daļiņas, gan RNS virknes.

Pateicoties vienkāršai māla pievienošanai, protocīti galu galā saturēja gan gēnus, gan katalizatoru.

Lēmums par montmorilonīta pievienošanu radās iemesla dēļ. Desmitiem gadu ilgs pētījums parādīja, ka montmorilonīts un citi māla minerāli bija ļoti svarīgi dzīves rašanās procesā.

Montmorilonīts ir parasts māls. Mūsdienās to plaši izmanto ikdienas dzīvē, piemēram, kā kaķu pakaišu pildvielu. To veido, sadaloties vulkāniskajiem pelniem laika apstākļu ietekmē. Tā kā agrīnajā Zemē bija daudz vulkānu, ir loģiski pieņemt, ka montmorilonīta bija daudz.

Vēl 1986. gadā ķīmiķis Džeimss Feriss pierādīja, ka montmorilonīts ir katalizators, kas veicina organisko molekulu veidošanos. Vēlāk viņš arī atklāja, ka šis minerāls paātrina mazu RNS veidošanos.

Tas noveda Ferisu pie domas, ka neraksturīgs māls vienlaikus bija dzīves rašanās vieta. Šostaks pārņēma šo ideju un izmantoja montmorilonītu, lai izveidotu protocelus.

Pūslīšu veidošanās ar māla piedalīšanos notika simtiem reižu ātrāk.

Protokolu izstrāde un sadalīšana

Gadu vēlāk Šostaka komanda atklāja, ka viņu protocīti aug paši.

Kad protocelā tika pievienotas jaunas RNS molekulas, ārējā siena zem pieaugoša spiediena nokarājās. Izskatījās, it kā protocels būtu iebāzis vēderu un grasītos plīst.

Lai kompensētu spiedienu, protocīti izvēlējās visvairāk taukskābju un iebūvēja tās sienā, lai turpinātu droši uzbriest līdz lielam izmēram.

Bet svarīgi ir tas, ka taukskābes tika ņemtas no citiem protocītiem ar zemāku RNS saturu, kuru dēļ tie sāka sarukt. Tas nozīmēja, ka protocēli sacentās un uzvarēja tie, kuros bija visvairāk RNS.

Tas noveda pie iespaidīgiem secinājumiem. Ja protocīti varētu izaugt, vai tie varētu dalīties? Vai Šostaks spēs panākt, ka protocīti pavairojas paši?

Pirmie Šostaka eksperimenti parādīja vienu no protoceļu sadalīšanas veidiem. Kad protocīti tika izspiesti caur maziem caurumiem, tie saruka kanāliņos, kurus pēc tam sadalīja “meitas” protocelos.

Tas bija forši, jo procesā netika iesaistīti šūnu mehānismi, tikai parastais mehāniskais spiediens.

Bet bija arī trūkumi, jo eksperimenta laikā protocīti zaudēja daļu sava satura. Izrādījās arī, ka pirmās šūnas varēja sadalīties tikai zem ārēju spēku spiediena, kas tos izspiedīs caur šaurām caurumiem.

Ir daudzi veidi, kā panākt, lai pūslīši sadalītos, piemēram, pievienojiet spēcīgu ūdens straumi. Bet bija jāatrod veids, kā protoceli sadalīsies, nezaudējot to saturu.

Sīpolu princips

2009. gadā Šostaks un viņa students Tin Džu atrada risinājumu. Viņi izveidoja nedaudz sarežģītākus šūnas ar vairākām sienām, mazliet kā sīpolu slāņi. Neskatoties uz šķietamo sarežģītību, šādu protocolu izveidošana bija diezgan vienkārša.

Kamēr Džu viņus baroja ar taukskābēm, protocīti auga un mainīja formu, pagarinot un iegūstot pavedienveida formu. Kad protokols kļuva pietiekami liels, bija nepieciešams tikai neliels spēks, lai sadalītos mazos meitas protocelos.

Katrā meitas protocelā bija RNS no mātes protocella, un praktiski neviens RNS elements netika zaudēts. Turklāt protocīti varēja turpināt šo ciklu - meitas protocēli auga un dalījās paši.

Turpmāko eksperimentu laikā Džu un Šostaks atrada veidu, kā panākt, lai protocēli sadalītos. Izskatās, ka viena problēmas daļa ir atrisināta.

Nepieciešamība pēc sevis kopēšanas RNS

Tomēr protocikli joprojām nedarbojās pareizi. Luīze uzskatīja, ka šūnas ir pašreplikējošu RNS nesēji, taču līdz šim RNS bija tikai iekšpusē un neko neietekmēja.

Lai parādītu, ka protocēli patiešām bija pirmā dzīve uz Zemes, Šostakam vajadzēja panākt, lai RNS izveidotu sevis kopijas.

Uzdevums nebija viegls, jo zinātnieku, par kuriem mēs rakstījām iepriekš, gadu desmitiem ilgie eksperimenti nerada pašreplikējošu RNS izveidi.

Pats Šostaks saskārās ar šo pašu problēmu, savlaicīgi strādājot pie teorijas par “RNS pasauli”. Kopš tā laika šķiet, ka neviens to nav atrisinājis.

Orgels pavadīja 70. un 80. gadus, pētot RNS virknes kopēšanas principu.

Tās būtība ir vienkārša. Jums jāņem viena RNS virkne un jāievieto traukā ar nukleotīdiem. Pēc tam izmantojiet šos nukleotīdus, lai izveidotu otru RNS virkni, kas papildina pirmo.

Piemēram, "CGC" parauga RNS virkne veidos papildu "GCG" parauga virkni. Nākamajā eksemplārā tiks atjaunota sākotnējā "CGC" ķēde.

Orgels pamanīja, ka noteiktos apstākļos RNS pavedieni tiek šādi kopēti bez fermentu palīdzības. Iespējams, ka pirmā dzīve šādā veidā nokopēja savus gēnus.

1987. gadā Orgels jau varēja RNS virknēs izveidot papildu 14 nukleotīdu virknes, kuru garums arī bija vienāds ar 14 nukleotīdiem.

Trūkst elementa

Adamala un Šostaks atklāja, ka reakcijai nepieciešams magnijs. Tas bija problemātiski, jo magnijs iznīcināja vienšūnas. Bet bija izeja: izmantot citrātu, kas ir gandrīz identisks citronskābei, kas atrodama citronos un apelsīnos, un kura atrodas jebkurā dzīvā šūnā.

2013. gadā publicētajā ziņojumā Adamala un Šostaks runāja par pētījumu, kurā protoceliem pievienoja citrātu, kas pārklājas ar magniju un aizsargā protocelus, netraucējot ķēdes kopēšanu.

Citiem vārdiem sakot, viņi ir sasnieguši to, par ko Luīze runāja 1994. gadā. "Mēs sākām RNS paaudžu replikāciju taukskābju pūslīšos," saka Šostaks.

Tikai desmit gadu pētījumu laikā Šostaka komanda ir sasniegusi neticamus rezultātus.

• Zinātnieki ir izveidojuši protocelus, kas saglabā savus gēnus, vienlaikus absorbējot no vides labvēlīgās molekulas.
• Protokoli var augt, dalīties un pat konkurēt savā starpā.
• Tie satur RNS, kas atkārtojas paši.
• Visos aspektos laboratorijā izveidotie protocīti pārsteidzoši atgādina dzīvi.

Viņi arī bija izturīgi. Šostaka komanda 2008. gadā atklāja, ka protocīti var izdzīvot temperatūrā līdz 100 grādiem pēc Celsija - temperatūrā, kurā mirst lielākā daļa mūsdienu šūnu. Tas tikai nostiprināja pārliecību, ka protocīti ir līdzīgi pirmajai dzīvei, kurai vajadzēja kaut kā izdzīvot pastāvīgu meteoru lietus apstākļos.

"Šostaka panākumi ir iespaidīgi," saka Armens Mulkidzhanjans.

No pirmā acu uzmetiena Šostaka pieeja ļoti atšķiras no citiem pētījumiem par dzīves izcelsmi, kas turpinās pēdējos 40 gadus. Tā vietā, lai koncentrētos uz "primāro sevis atražošanu" vai "primāro sadalīšanu pa daļām", viņš atrada veidu, kā saskaņot šīs teorijas.

Tas bija iemesls jaunas vienotas pieejas radīšanai jautājuma par dzīvības izcelsmi uz Zemes izpētei.

Šī pieeja pieņem, ka pirmajai dzīvei nebija tādu pazīmju, kas parādījās agrāk nekā citas. Idejai par "primāro īpašību kopumu" jau ir daudz praktisku pierādījumu, un tā hipotētiski var atrisināt visas esošo teoriju problēmas.

Lieliska apvienošanās

Meklējot atbildi uz jautājumu par dzīves izcelsmi, 20. gadsimta zinātnieki tika sadalīti 3 nometnēs. Katrs pieturējās tikai pie savām hipotēzēm un runāja par pārējo divu darbu. Šī pieeja noteikti bija veiksmīga, taču katra no nometnēm galu galā saskārās ar nešķīstošām problēmām. Tāpēc šodien vairāki zinātnieki ir nolēmuši izmēģināt kopīgu pieeju šai problēmai.

Apvienošanās idejas saknes ir nesenais atklājums, kas pierāda tradicionālo "RNS pasaules" "primārās pašražošanas" teoriju, taču tikai no pirmā acu uzmetiena.

2009. gadā RNA pasaules teorijas atbalstītāji saskārās ar lielu izaicinājumu. Viņi nevarēja radīt nukleotīdus, RNS veidojošos blokus, tādā veidā, kā viņi paši varēja radīt agrīnās Zemes apstākļos.

Kā mēs redzējām iepriekš, tas daudziem pētniekiem lika domāt, ka pirmā dzīve vispār nav balstīta uz RNS.

Džons Sazerlends par to domāja kopš 1980. gadiem. "Būtu lieliski, ja kāds varētu parādīt, kā RNS tiek montēta pati," viņš saka.

Par laimi Sutherlandam, viņš strādāja Kembridžas molekulārās bioloģijas laboratorijā (LMB). Lielākā daļa pētniecības institūti pastāvīgi vajā savus darbiniekus, gaidot jaunus atklājumus, bet LMB ļāva darbiniekiem nopietni strādāt pie problēmas. Tāpēc Sazerlends varēja mierīgi apdomāt, kāpēc ir tik grūti izveidot RNS nukleotīdus, un vairākus gadus viņš izstrādāja alternatīvu pieeju.

Rezultātā Sazerlends nonāca pie pilnīgi jauna skatījuma uz dzīves izcelsmi, proti, ka visi galvenie dzīves komponenti varēja veidoties vienlaicīgi.

Pieticīga ēka Kembridžas molekulārās bioloģijas laboratorijai.

Laimīga molekulu un apstākļu saplūšana

"Vairāki galvenie RNS ķīmijas aspekti nedarbojās vienlaikus," skaidro Saterlenda. Katru RNS nukleotīdu veido cukurs, bāze un fosfāts. Bet praksē izrādījās neiespējami piespiest cukuru un bāzi mijiedarboties. Molekulas bija vienkārši nepareizas formas.

Tāpēc Sazerlends sāka eksperimentēt ar citām vielām. Galu galā viņa komanda izveidoja 5 vienkāršas molekulas, kas sastāvēja no cita veida cukura un cianamīda, kas, kā norāda nosaukums, ir saistīts ar cianīdu. Šīs vielas tika nodotas virknei ķīmisku reakciju, kuru rezultātā galu galā tika izveidoti divi no četriem nukleotīdiem.

Tas nenoliedzami bija panākums, kas uzreiz paaugstināja Saterlenda reputāciju.

Daudziem novērotājiem šķita, ka tas ir vēl viens pierādījums par labu "RNS pasaules" teorijai. Bet pats Sutherland to redzēja citādi.

"RNS pasaules" "klasiskā" hipotēze koncentrējās uz faktu, ka pirmajos organismos RNS bija atbildīga par visām vitālajām funkcijām. Bet Sazerlends šo apgalvojumu sauc par "bezcerīgi optimistisku". Viņš uzskata, ka RNS tajās piedalījās, taču tā nebija vienīgā dzīvotspējai svarīgā sastāvdaļa.

Sazerlendu iedvesmoja Džeka Šostaka jaunākais darbs, kurš apvienoja "RNS pasaules" "primārās pašreplikācijas" jēdzienu ar Pjēra Luidži Luisi idejām par "primāro nodalījumu".

Kā no sākuma izveidot dzīvo šūnu

Sauterlenda uzmanību nukleotīdu sintēzē piesaistīja kurioza detaļa, kas sākumā šķita nejauša.

Pēdējais solis Saterlendas eksperimentos vienmēr bija fosfātu pievienošana nukleotīdam. Bet vēlāk viņš saprata, ka viņu vajadzētu pievienot jau no paša sākuma jo fosfāts paātrina agrīnās reakcijas.

Šķiet, ka sākotnējā fosfāta pievienošana tikai palielināja reakcijas nejaušību, taču Sutherland spēja saprast, ka šī nejaušība bija izdevīga.

Tas viņam lika tā domāt maisījumiem jābūt haotiskiem... Agrā Zemē, iespējams, vienā peļķē peldēja ķimikāliju peļķe. Protams, maisījumiem nevajadzētu atgādināt purva ūdeņus, jo jums jāatrod optimālais nejaušības līmenis.

Iepriekš minētie Stenlija Millera 1950. gada maisījumi bija daudz haotiskāki nekā Sazerlenda maisījumi. Tie saturēja bioloģiskas molekulas, bet, saka Sazerlends, "to nebija daudz, un tos pavadīja daudz nebioloģisku savienojumu".

Saterlenda uzskatīja, ka Millera eksperimenta apstākļi nebija pietiekami tīri. Maisījums bija pārāk haotisks, tāpēc nepieciešamās vielas tajā vienkārši pazuda.

Tāpēc Sazerlends nolēma uzņemt "Goldilocks ķīmiju": ne tik daudz pārslogots ar dažādām vielām, lai kļūtu nederīgs, bet arī ne tik vienkāršs, lai ierobežotu iespējas.

Bija nepieciešams izveidot sarežģītu maisījumu, kurā visi dzīves komponenti varētu veidoties un pēc tam apvienoties vienlaikus.

Senatnīgs dīķis un dzīves veidošana minūtēs

Vienkārši sakot, iedomājieties, ka pirms 4 miljardiem gadu uz Zemes bija neliels dīķis. Daudzus gadus tajā veidojās nepieciešamās vielas, līdz maisījums ieguva ķīmiskais sastāvs, kas nepieciešama procesa sākšanai. Un tad izveidojās pirmā šūna, iespējams, tikai dažu minūšu laikā.

Tas var izklausīties fantastiski, piemēram, viduslaiku alķīmiķu apgalvojumi. Bet Sutherlandam bija pierādījumi.

Kopš 2009. gada viņš ir pierādījis, ka ar to pašu vielu palīdzību, uz kuru pamata tika izveidoti viņa pirmie divi RNS nukleotīdi, ir iespējams izveidot citas molekulas, kas ir svarīgas jebkuram dzīvam organismam.

Acīmredzams nākamais solis būtu citu RNS nukleotīdu radīšana. Sutherland vēl nav ar to nodarbojies, bet 2010. gadā viņš demonstrēja tam tuvas molekulas, kas potenciāli varētu pārvērsties nukleotīdos.

Un 2013. gadā viņš savāca aminoskābju prekursorus. Šoreiz viņš pievienoja vara cianīdu, lai radītu vēlamo reakciju.

Cianīda bāzes vielas bija sastopamas daudzos eksperimentos, un 2015. gadā Sutherland tās atkal izmantoja. Viņš parādīja, ka ar to pašu vielu komplektu ir iespējams izveidot lipīdu prekursorus - molekulas, kas veido šūnu sienas. Reakcija notika ultravioletās gaismas ietekmē, un sērs un varš tajā piedalījās, palīdzot paātrināt procesu.

"Visi celtniecības elementi [veidoti] no kopēja ķīmisko reakciju kodola," skaidro Šostaks.

Ja Sutherlandam ir taisnība, tad mūsu uzskats par dzīves izcelsmi pēdējos 40 gadus ir bijis fundamentāli nepareizs.

Kopš brīža, kad zinātnieki redzēja, cik sarežģīta ir šūnas uzbūve, visi koncentrējās uz domu, ka pirmās šūnas sanāk kopā. pakāpeniski, elements pēc elementa.

Kopš Leslie Orgel izteica domu, ka RNS ir pirmā, kas nāk, pētnieki "ir mēģinājuši ņemt par pamatu vienu elementu un pēc tam piespiest to radīt pārējo", saka Sutherland. Viņš pats uzskata, ka ir nepieciešams radīt visi reizē.

Haoss ir nepieciešams dzīves nosacījums

"Mēs apšaubījām ideju, ka šūna ir pārāk sarežģīta, lai uzreiz izveidotos," saka Saterlenda. "Kā redzat, jūs varat vienlaikus izveidot celtniecības blokus visām sistēmām."

Šostakam pat ir aizdomas, ka vairums mēģinājumu radīt dzīvības molekulas un salikt tās dzīvās šūnās ir izgāzušies tā paša iemesla dēļ: eksperimenta apstākļi ir pārāk sterili.

Zinātnieki paņēma nepieciešamās vielas un pilnībā aizmirsa par tām, kas, iespējams, pastāvēja arī agrīnā Zeme. Bet Sutherland darbs parāda, ka, pievienojot maisījumam jaunas vielas, rodas sarežģītāki savienojumi.

Pats Šostaks ar to saskārās 2005. gadā, kad mēģināja ievadīt RNS enzīmu savās šūnās. Fermentam bija nepieciešams magnijs, kas iznīcināja protocītu membrānu.

Risinājums bija elegants. Tā vietā, lai izveidotu pūslīšus tikai no vienas taukskābes, izveidojiet tos no divu skābju maisījuma. Iegūtie pūslīši varētu tikt galā ar magniju, kas nozīmē, ka tie varētu darboties kā RNS enzīmu "nesēji".

Turklāt Šostaks saka, ka pirmie gēni, iespējams, bija haotiski.

Mūsdienu organismi gēnu pārnešanai izmanto tīru DNS, taču, visticamāk, tīra DNS jau pašā sākumā vienkārši neeksistēja. Tās vietā varētu būt RNS nukleotīdu un DNS nukleotīdu maisījums.

2012. gadā Šostaks parādīja, ka šāds maisījums var savākties "mozaīkas" molekulās, kas izskatās un izturas kā tīra RNS. Un tas pierāda, ka jauktu RNS un DNS molekulu teorijai ir tiesības pastāvēt.

Šie eksperimenti runāja par sekojošo - nav svarīgi, vai pirmajiem organismiem varētu būt tīra RNS vai tīra DNS.

"Patiesībā es atgriezos pie idejas, ka pirmais polimērs bija līdzīgs RNS, bet izskatījās nedaudz haotiskāks," saka Šostaks.

RNS alternatīvas

Iespējams, ka RNS varētu būt vairāk alternatīvu tagad, papildus jau esošajiem TNC un PNA, kas tika apspriesti iepriekš. Mēs nezinām, vai tie pastāvēja uz agrīnās Zemes, bet, pat ja tādi pastāvēja, pirmie organismi tos varēja izmantot kopā ar RNS.

Tā vairs nebija "RNS pasaule", bet gan "kaut kā vienkārši-nē pasaule".

No tā visa var secināt, ka pirmā dzīvās šūnas pašizveidošana nemaz nebija tik grūta, kā mums šķita iepriekš. Jā, šūnas ir sarežģīti mehānismi. Bet, kā izrādījās, viņi strādās, kaut arī ne ideāli, pat ja viņiem ir aizsietas acis no lūžņu materiāliem.

Šķiet, ka šādām rupjām šūnām struktūras ziņā, šķiet, bija maz iespēju izdzīvot agrajā Zeme. No otras puses, viņiem nebija konkurences, viņus neapdraudēja plēsēji, tāpēc daudzējādā ziņā dzīve uz senatnīgās Zemes bija vieglāka nekā tagad.

Bet ir viens "Bet"

Bet ir viena problēma, kuru nevarēja atrisināt ne Sazerlends, ne Šostaks, un tā ir diezgan nopietna.

Pirmajam organismam bija jābūt kaut kādai vielmaiņas formai. No paša sākuma dzīvei ir jābūt spējai saņemt enerģiju, pretējā gadījumā šī dzīve iet bojā.

Šajā brīdī Sazerlends piekrita Maika Rasela, Bila Martina un citu “primārās vielmaiņas” atbalstītāju idejām.

“Teoriju par“ RNS pasauli ”un“ primāro metabolismu ”piekritēji veltīgi strīdējās savā starpā. Abām pusēm bija labi argumenti, ”skaidro Saterlends.

"Vielmaiņa kaut kā kaut kur sākās," raksta Šostaks. "Bet tas, kas kļuva par ķīmiskās enerģijas avotu, ir liels jautājums."

Pat ja Martins un Rasels uzskata, ka dzīve sākās dziļās atverēs, daudzas viņu teorijas daļas ir tuvu patiesībai. Pirmais ir svarīgā metālu loma dzīvības rašanās procesā.

Daudzu dabā esošo enzīmu kodolā ir metāla atoms. Parasti tā ir fermenta “aktīvā” daļa, bet pārējā molekula ir atbalsta struktūra.

Pirmajā dzīvē sarežģīti fermenti nevarēja būt klāt, tāpēc, visticamāk, viņa kā katalizatorus izmantoja "tukšos" metālus.

Katalizatori un fermenti

Ginters Vaktenhauzers teica to pašu, ierosinot, ka dzīve veidojas uz dzelzs pirīta. Rasels arī norāda, ka ūdens hidrotermālajās ventilācijas atverēs ir piesātināts ar metāliem, kas var būt katalizatori, un Martina pētījumi par pēdējo universālo kopīgo senču mūsdienu baktērijās liecina, ka tas satur daudz fermentu, kuru pamatā ir dzelzs.

Tas viss liek domāt, ka daudzas Saterlendas ķīmiskās reakcijas bija veiksmīgas tikai uz vara (un sēra rēķina, kā uzsvēra Wachtershauser), un ka RNS Šostaka protocelos ir nepieciešams magnijs.

Var būt, ka dzīvības radīšanai ir svarīgas arī hidrotermālās atveres.

"Ja paskatās uz mūsdienu metabolismu, jūs varat redzēt elementus, kas runā paši par sevi, piemēram, dzelzs un sēra kopas," skaidro Šostaks. "Tas atbilst idejai, ka dzīve radusies ventilācijas atverē vai tās tuvumā, kur ūdens ir piesātināts ar dzelzi un sēru."

Ņemot to vērā, ir jāpiebilst tikai viena lieta. Ja ieslēdzas Sutherland un Shostak pareizais veids tad viens ventilācijas atveru teorijas aspekts noteikti ir maldība: dzīve nevarēja sākties jūras dziļumos.

"Ķīmiskie procesi, kurus mēs esam atklājuši, ir ļoti atkarīgi no ultravioletā starojuma," saka Sazerlands.

Vienīgais šāda starojuma avots ir saule, tāpēc reakcijām jānotiek tieši zem tās stariem. Tas izsvītro dziļūdens versiju.

Šostaks piekrīt, ka jūras dziļumu nevar uzskatīt par dzīves šūpuli. "Sliktākais ir tas, ka tie ir izolēti no mijiedarbības ar atmosfēru, kas ir ar enerģiju bagātu izejvielu, piemēram, cianīda, avots."

Bet visas šīs problēmas nepadara hidrotermālo ventilācijas atveru teoriju bezjēdzīgu. Varbūt šīs atveres atradās seklā ūdenī, kur tām varēja piekļūt saules gaisma un cianīds.

Dzīve radās nevis okeānā, bet gan uz sauszemes

Armens Mulkidzhanjans piedāvāja alternatīvu. Ko darīt, ja dzīve radās ūdenī, bet ne okeānā, bet uz sauszemes? Proti, vulkāniskā dīķī.

Mulkidžanans vērsa uzmanību uz šūnu ķīmisko sastāvu: it īpaši, kādas vielas viņi lieto un kuras noraida. Izrādījās, ka jebkura organisma šūnas satur daudz fosfātu, kālija un citu metālu, izņemot nātriju.

Mūsdienu šūnas uztur metālu līdzsvaru, izsūknējot tos no vides, taču pirmajām šūnām šādas iespējas nebija - sūknēšanas mehānisms vēl nebija izstrādāts. Tāpēc Mulkidzhanjans ieteica pirmajām šūnām parādīties tur, kur bija aptuvens vielu kopums, kas veido šūnas šūnās.

Tas nekavējoties izslēdz okeānu no iespējamās dzīves šūpoles saraksta. Dzīvajās šūnās ir daudz vairāk kālija un fosfātu un daudz mazāk nātrija nekā okeānā.

Šai teorijai vairāk piemērotas ģeotermālās avoti pie vulkāniem. Šajos dīķos ir tāds pats metālu maisījums kā šūnās.

Šostaks šo ideju stingri atbalsta. "Man šķiet, ka sekls ezers vai dīķis ģeotermiski aktīvā apgabalā būtu ideāls visiem apstākļiem," viņš apstiprina. "Mums ir nepieciešamas hidrotermālās ventilācijas atveres, bet ne dziļas, bet drīzāk līdzīgas tām, kas atrodamas vulkāniski aktīvās vietās, piemēram, Jeloustonā."

Šādā vietā varēja notikt Saterlendas ķīmiskās reakcijas. Avotos ir nepieciešamais vielu kopums, ūdens līmenis svārstās, tāpēc dažas vietas laiku pa laikam izžūst, un netrūkst saules ultravioleto staru.

Turklāt Šostaks saka, ka šie dīķi ir lieliski piemēroti viņa protoceliem.

"Protokoli parasti uztur zemu temperatūru, kas ir noderīga RNS kopēšanai un citiem vienkārša metabolisma veidiem," saka Šostaks. "Bet laiku pa laikam tie īsi uzsilst, kas veicina RNS virkņu atdalīšanu un sagatavo tos turpmākai sevis pavairošanai." Aukstā vai karstā ūdens plūsmas var arī palīdzēt dalīties protocelos.

Ģeotermālās avoti pie vulkāniem varētu kļūt par dzīves dzimteni.

Dzīvēm varēja palīdzēt meteorīti

Balstoties uz visiem esošajiem argumentiem, Saterlends piedāvā trešo variantu - meteorīta krišanas vietu.

Pirmajos 500 miljonos pastāvēšanas gados zeme regulāri tika pakļauta meteorītu lietusgāzēm - tās joprojām krīt arī šodien, bet daudz retāk. Pienācīga izmēra meteorīta trieciena vieta varētu radīt tādus pašus apstākļus kā Mulkidzhanjana pieminētie dīķi.

Pirmkārt, meteorīti galvenokārt ir metāls. Un vietās, kur viņi nokrita, bieži ir daudz metālu, piemēram, dzelzs un sēra. Un, pats galvenais, vietās, kur nokrīt meteorīts Zemes garoza kas noved pie ģeotermālās aktivitātes un karstā ūdens.

Sauterlenda apraksta mazas upes un vijoles, kas līst pa jaunizveidoto krāteru nogāzēm, kas no klintīm izvelk vielas, kuru pamatā ir cianīds - viss ultravioletā starojuma ietekmē. Katrā pilinātājā ir nedaudz atšķirīgs vielu maisījums no citiem, tā rezultātā rodas dažādas reakcijas un rodas vairākas organiskas vielas.

Galu galā straumes saplūst krātera dibenā esošajā vulkāniskajā dīķī. Varbūt tieši šādā dīķī vienlaikus savāca visas nepieciešamās vielas, no kurām tika izveidoti pirmie protocīti.

"Šī ir ļoti specifiska notikumu gaita," piekrīt Saterlenda. Bet viņš sliecas uz to, pamatojoties uz atrastajām ķīmiskajām reakcijām: "Tas ir vienīgais notikumu kurss, kurā varētu notikt visas manos eksperimentos parādītās reakcijas."

Šostaks par to vēl nav pilnībā pārliecināts, taču viņš piekrīt, ka Sutherlanda idejas ir pelnījušas lielu uzmanību: “Man šķiet, ka šie notikumi varēja notikt meteorīta trieciena vietā. Bet man patīk arī ideja par vulkāniskām sistēmām. Ir spēcīgi argumenti par labu abām versijām. "

Kad mēs saņemsim atbildi uz jautājumu: kā dzīve sākās?

Šķiet, ka debates drīz nebeigsies, un zinātnieki nenāks uzreiz pie kopēja viedokļa. Lēmums tiks pieņemts, pamatojoties uz pieredzi ar ķīmiskās reakcijas un vienšūnas. Ja izrādās, ka vienā no iespējām trūkst galvenās vielas vai tiek izmantota viela, kas iznīcina protocelus, tā tiks uzskatīta par nepareizu.

Tas nozīmē, ka pirmo reizi vēsturē mēs esam uz pilnīgākā skaidrojuma par to, kā sākās dzīve, robežas.

"Uzdevumi vairs nešķiet neiespējami," optimistiski saka Saterlenda.

Pagaidām Shostak un Sutherland pieeja “viss uzreiz” ir tikai aptuvenas skices. Bet katrs šīs pieejas arguments ir pierādīts gadu desmitiem ilgiem eksperimentiem.

Šī koncepcija balstās uz visām iepriekšējām pieejām. Tajā apvienotas visas labākās prakses, vienlaikus risinot katras pieejas individuālās problēmas.

Piemēram, tas neatspēko Rasela teoriju par hidrotermālajām ventilācijas atverēm, bet izmanto tās veiksmīgākos elementus.

Kas notika pirms 4 miljardiem gadu

Mēs precīzi nezinām, kas notika pirms 4 miljardiem gadu.

"Pat ja jūs izveidojat reaktoru, no kura izlec E. coli ... jūs nevarat teikt, ka tas ir šīs pašas pirmās dzīves reprodukcija," saka Martins.

Labākais, ko mēs varam darīt, ir vizualizēt notikumu gaitu, pamatojot savu redzējumu ar pierādījumiem: eksperimentiem ķīmijā, visām zināšanām par agrīno Zemi un visu, ko bioloģija saka par agrīno dzīvi.

Rezultātā pēc gadsimtiem ilgiem smagiem centieniem mēs redzēsim, kā sāk veidoties notikumu patiesās norises vēsture.

Tas nozīmē, ka mēs tuvojamies lielākajam cilvēces vēstures sadalījumam: sadalījumam starp tiem, kas apgūst dzīves rašanās vēsturi, un tiem, kuri līdz šim brīdim nepiedzīvoja un tāpēc to nekad nevarēs iemācīties.

Visi tie, kas 1859. gadā nedzīvoja Darvina sugu izcelsmes publikāciju, nomira bez mazākās nojausmas par cilvēku izcelsmi, jo neko nezināja par evolūciju. Bet šodien visi, izņemot vairākas izolētas kopienas, var uzzināt patiesību par mūsu radniecību ar citiem dzīvnieku pasaules pārstāvjiem.

Tādā pašā veidā visi, kas dzimuši pēc Jurija Gagarina nonākšanas Zemes orbītā, kļuva par sabiedrības locekļiem, kas spēj ceļot uz citām pasaulēm. Lai arī ne visi planētas iedzīvotāji ir bijuši ārpus planētas, ceļojumi kosmosā jau ir kļuvuši par modernu realitāti.

Jauna realitāte

Šie fakti nemanāmi maina mūsu pasaules uztveri. Viņi mūs padara gudrākus. Evolūcija māca mums novērtēt jebkuru dzīvo radību, jo mūs visus var uzskatīt par radiniekiem, kaut arī tālu. Ceļojums kosmosā māca paskatīties uz mūsu planētu no ārpuses, lai saprastu, cik tā ir unikāla un trausla.

Daži no tagad dzīvojošajiem cilvēkiem drīz būs pirmie vēsturē, kuri varēs pastāstīt par savu izcelsmi. Viņi zinās par kopīgo senču un viņa dzīvesvietu.

Šīs zināšanas mūs mainīs. No tīri zinātniskā viedokļa tas dos mums priekšstatu par dzīves dzimšanas iespējām Visumā un kur tās meklēt. Tas mums atklās arī dzīves būtību.

Bet mēs varam tikai nojaust, kāda gudrība parādīsies mūsu priekšā brīdī, kad tiek atklāts dzīves izcelsmes noslēpums. Katru mēnesi un gadu mēs esam tuvāk tam, lai atrisinātu lielo dzīves izcelsmes noslēpumu uz mūsu planētas. Šobrīd tiek veikti jauni atklājumi, lasot šīs rindas.

Lasīt arī:

Dalieties ar šo rakstu