Podrijetlo života na Zemlji: hipoteze, teorije, osnovni pojmovi

Poznato je da znanstveni časopisi nastoje ne prihvatiti za objavljivanje članke posvećene problemima koji privlače pažnju svih, ali nemaju jasno rješenje - ozbiljno izdanje o fizici neće objaviti nacrt stroja za stalno gibanje. Ova tema je bila izvor života na Zemlji. Pitanje pojave prirode, pojave čovjeka, tisućama godina brinu se za razmišljanje ljudi, a samo kreacionisti - pristaše božanskog podrijetla svih stvari - pronašli su definitivan odgovor za sebe, ali ta teorija nije znanstvena jer nije podložna provjeri.

Pogledi starih

Drevni kineski i drevni indijski rukopisi govore o pojavi živih bića iz vode i propadajućih ostataka, egipatski hijeroglifi i klinasto pisanje drevnog Babilona govore o rođenju amfibijskih stvorenja u muljevitim sedimentima velikih rijeka. Hipoteze o porijeklu života na Zemlji kroz spontanu generaciju bile su očigledne za mudrace iz daleke prošlosti.

Drevni filozofi također su dali primjere pojave životinja iz neživih materija, ali njihove teorijske osnove bile su različite prirode: materijalističke i idealističke. Demokrit (460-370 g. Pr. Kr.) Našao je uzrok nastanka života u posebnoj interakciji najmanjih, vječnih i nedjeljivih čestica - atoma. Platon (428-347. Pr. Kr.) I Aristotel (384.-322. Prije Krista. E.) Podrijetlo života na Zemlji pripisano je čudesnim učincima na beživotnu materiju višeg načela koji dušu unosi u objekte prirode.

Ideja o postojanju neke vrste “životne sile”, koja doprinosi pojavi živih bića, pokazala se vrlo stabilnom. Za mnoge znanstvenike koji su živjeli u srednjem vijeku i kasnije, sve do kraja XIX. Stoljeća, nastali su pogledi na podrijetlo života na Zemlji.

Teorija spontane generacije

Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723) s izumom mikroskopa napravio je najmanji mikroorganizam koji je otkrio glavni predmet kontroverze između znanstvenika koji su podijelili dvije glavne teorije o nastanku života na Zemlji - biogenezu i abiogenezu. Bivši su vjerovali da je sav život mogao biti samo stvaranje živog bića, potonji je vjerovao mogućim spontanim stvaranjem organske tvari u otopinama smještenim u posebnim uvjetima. Suština ovog spora do sada se nije promijenila.

Eksperimenti nekih prirodoslovaca dokazali su mogućnost spontane pojave najjednostavnijih mikroorganizama, a pristalice biogeneze u potpunosti su odbacile tu mogućnost. Louis Pasteur (1822.-1895.), Koristeći strogo znanstvene metode i visoku točnost svojih eksperimenata, dokazao je odsutnost mitske vitalne sile koja se prenosi zrakom i potiče živuće bakterije. Međutim, u svojim je djelima dopustio mogućnost spontane generacije u nekim posebnim uvjetima, koje su znanstvenici budućih generacija morali otkriti.

Teorija evolucije

Spisi velikog Charlesa Darwina (1809.-1882.) Uzdrmali su temelje mnogih prirodnih znanosti. Proklamirano pojavljivanje velike raznolikosti bioloških vrsta iz jednog zajedničkog pretka ponovno je učinilo život na Zemlji najvažnijim pitanjem znanosti. teorija prirodna selekcija u početku joj je bilo teško pronaći svoje pristalice, a sada prolazi kroz kritične napade koji izgledaju razumno prilično, ali upravo je darvinizam temelj modernih prirodnih znanosti.

Nakon Darwina, podrijetlo života na biologiji Zemlje nije se moglo uzeti u obzir s njihovih prethodnih pozicija. Znanstvenici iz mnogih grana biološke znanosti uvjerili su se u istinitost evolucijskog puta razvoja organizama. Neka se suvremeni pogledi na zajedničkog pretka, koje je Darwin postavio u temelj drveća života, promijenili na mnogo načina, ali istina općeg koncepta je nepokolebljiva.

Teorija stacionarnog stanja

Laboratorijsko pobijanje spontane spontane generacije bakterija i drugih mikroorganizama, svijest o složenoj biokemijskoj strukturi stanice, zajedno s idejama darvinizma, imalo je poseban utjecaj na pojavu alternativnih verzija teorije o podrijetlu života na Zemlji. Godine 1880. William Preyer (1841.-1897.) Predložio je jedan od novih prijedloga. Vjerovao je da nema potrebe govoriti o rađanju života na našoj planeti, budući da postoji zauvijek, i da nije imao početak kao takav, nepromjenjiv je i stalno spreman za ponovno rođenje u svim pogodnim uvjetima.

Ideje Preyera i njegovih sljedbenika su isključivo povijesnog i filozofskog interesa, jer su kasnije astronomi i fizičari izračunali vrijeme za konačno postojanje planetarnih sustava, fiksirali konstantno, ali postojano širenje Svemira, tj. Nikada nije bilo vječno ili trajno.

Želja da se svijet promatra kao jedinstveno globalno živo biće odražava gledišta velikog ruskog znanstvenika i filozofa - Vladimira Ivanoviča Vernadskog (1863-1945), koji je također imao vlastitu ideju o podrijetlu života na Zemlji. Ona se temeljila na shvaćanju života kao integralnog obilježja Svemira, kozmosa. Prema Vernadskom, činjenica da znanost nije mogla pronaći slojeve koji ne sadrže tragove organske tvari, govorila je o geološkoj vječnosti života. Jedan od načina na koji se život pojavio na mladoj planeti, Vernadski je svoje kontakte nazvao svemirskim objektima - kometima, asteroidima i meteoritima. Ovdje se njegova teorija spojila s drugom verzijom koja objašnjava porijeklo života na Zemlji metodom panspermije.

Kolijevka života - prostor

Panspermia (grčki - "sjemenska mješavina", "sjeme svugdje") smatra život temeljnim svojstvom materije i ne objašnjava načine njezina nastanka, već prostor označava kao izvor životnih klica koje padaju na nebeska tijela s uvjetima prikladnim za njihovo klijanje.

Prvi spomen temeljnih pojmova panspermije može se naći u spisima starogrčkog filozofa Anaksagore (500-428. Pr. Kr.). e.), au XVIII. stoljeću govorio je o svom francuskom diplomatu i geologu Benoitu de Maya (1656-1738 gg.). Te su ideje obnovili Svante August Arrhenius (1859.-1927.), Lord Kelvin William Thomson (1824.-1907.) I Hermann von Helmholtz (1821.-1894.).

Proučavanje okrutnog utjecaja na žive organizme kozmičkog zračenja i temperaturni uvjeti međuplanetarnog prostora učinili su takve hipoteze o podrijetlu života na Zemlji vrlo nevažnim, ali s početkom svemirskog doba povećao se interes za panpermiju.

Godine 1973. dobitnik Nobelove nagrade Francis Crick (1916-2004) predložio je izvanzemaljsku proizvodnju molekularnih živućih sustava i pogodio ih na Zemlji s meteoritima i kometima. U isto vrijeme, šanse abiogeneze na našoj planeti ocijenjene su kao vrlo niske. Podrijetlo i razvoj života na Zemlji samosboravanjem organska tvar istaknuti znanstvenik na visokoj razini nije razmatrao stvarnost.

Okamenjene biološke strukture pronađene su u meteoritima diljem planeta, slični tragovi pronađeni su u uzorcima tla uzetih s Mjeseca i Marsa. S druge strane, provode se brojni eksperimenti na tretiranju biostruktura s utjecajima koji su mogući kada se nalaze u svemiru i kada prolaze kroz atmosferu sličnu onoj na Zemlji.

Važan eksperiment proveden je 2006. godine u sklopu misije Deep Impact. Komet Tempel bio je zaboden posebnom sondom-udarnom napravom, koju je izdao automatski uređaj. Analiza kometske tvari, koja je nastala kao posljedica utjecaja, pokazala je prisutnost vode i raznolikost organski spojevi.

Zaključak: budući da se pojava teorije panspermije značajno promijenila. Moderna znanost različito tretira one primarne elemente života koji su mogli biti dostavljeni našem mladom planetu od strane svemirskih objekata. Istraživanja i eksperimenti dokazuju održivost živih stanica u međuplanetarnim putovanjima. Sve to čini ideju izvanzemaljskog podrijetla zemaljskog života relevantnom. Osnovni pojmovi o podrijetlu života na Zemlji su teorije u koje uđe pantpermija ili kao glavni dio, ili kao način za isporuku komponenti na Zemlju kako bi se stvorila živa materija.

Teorija biokemijske evolucije Oparina-Haldanea

Ideja spontanog stvaranja živih organizama anorganske tvari uvijek je ostala gotovo jedina alternativa kreacionizmu, a 1924. objavljena je monografija od 70 stranica, koja je toj ideji dala snagu razvijene i utemeljene teorije. Ovo djelo nazvano je "Porijeklo života", a autor je bio ruski znanstvenik - Alexander Ivanovič Oparin (1894-1980). Godine 1929., kada djela Oparina još nisu prevedena na engleski jezik, engleski biolog John Haldane (1860.-1936.) Izrazio je slične koncepcije porijekla života na Zemlji.

Oparin je sugerirao da, ako se primitivna atmosfera mlade planete Zemlje smanjuje (to jest, ne sadrži kisik), snažan nalet energije (npr. Munje ili ultraljubičasto zračenje) može doprinijeti sintezi organskih spojeva iz anorganske tvari. Potom bi takve molekule mogle formirati ugruške i akumulacije - kapljice koacervate, koje su protoorganizmi oko kojih se formiraju košulje - rudimenti membrane, dolazi do razdvajanja, stvarajući razliku u naboju, dakle pokret - početak metabolizma, početke metabolizma, itd. Koatservati su smatrani temeljima za početak evolucijskih procesa koji su doveli do stvaranja prvih oblika života.

Haldane je uveo koncept "primarne juhe" - početni ocean zemlje, koji je postao ogroman kemijski laboratorij, povezan s moćnim izvorom hrane - sunčevom svjetlošću. Kombinacija ugljičnog dioksida, amonijaka i ultraljubičastog zračenja dovela je do pojave koncentrirane populacije organskih monomera i polimera. Kasnije su se takve formacije kombinirale s pojavom lipidne membrane oko njih, a njihov razvoj doveo je do stvaranja žive stanice.

Glavne faze porijekla života na Zemlji (Oparin-Haldane)

Prema teoriji pojave svemira iz hrpe energije, Veliki prasak se dogodio prije otprilike 14 milijardi godina, a prije oko 4,6 milijardi godina stvoreno je stvaranje planeta Sunčevog sustava.

Mlada Zemlja, postupno se ohladila, dobila je čvrstu ljusku oko koje se pojavila atmosfera. Primarna atmosfera sadržavala je vodenu paru i plinove, koji su kasnije služili kao sirovina za organsku sintezu: ugljikov oksid i dioksid, sumporovodik, metan, amonijak, spojevi cijanida.

Bombardiranje svemirskih objekata koji su sadržavali vodu u zamrznutom stanju i kondenzacija vodene pare u atmosferi doveli su do stvaranja Svjetskog oceana, u kojem su se otopili različiti kemijski spojevi. Snažna grmljavina pratila je stvaranje atmosfere kroz koju je prodirala jaka ultraljubičasta zraka. U takvim uvjetima došlo je do sinteze aminokiselina, šećera i drugih najjednostavnijih organskih tvari.

Na kraju prve milijarde godina postojanja Zemlje, proces polimerizacije najjednostavnijih monomera u proteine ​​(polipeptide) i nukleinske kiseline (Polinukleotidi). Počeli su oblikovati probiološke spojeve - koacervate (s početkom jezgre, metabolizmom i membranom).

3,5-3 milijardi godina prije Krista - stadij formacije protobionta sa samo-reprodukcijom, kontroliranim metabolizmom, membranom s promjenjivom propusnošću.

3 milijarde godina prije Krista e. - nastanak staničnih organizama, nukleinskih kiselina, primarnih bakterija, početak biološke evolucije.

Eksperimentalni dokazi za hiparitmu Oparin-Haldane

Mnogi su znanstvenici pozitivno ocijenili osnovne koncepte podrijetla života na Zemlji na temelju abiogeneze, iako su od samog početka otkrili uska grla i rezerve u teoriji Oparin-Haldane. U različitim zemljama počeli su se provoditi ispitivanja ispitivanja hipoteze, od kojih je najpoznatiji klasični eksperiment koji su 1953. proveli američki znanstvenici Stanley Miller (1930–2007) i Harold Urey (1893–1981).

Suština eksperimenta bila je simulirati uvjete rane Zemlje u laboratoriju, u kojima se mogu sintetizirati najjednostavniji organski spojevi. U uređaju je cirkulirala mješavina plina, slična sastavu primarne zemljine atmosfere. Dizajn uređaja omogućio je imitaciju vulkanske aktivnosti, a električna pražnjenja koja su se prenosila kroz smjesu stvorila su efekt munje.

Nakon tjedne cirkulacije smjese kroz sustav, desetina ugljika prenesena je na organske spojeve, pronađene su aminokiseline, šećeri, lipidi i spojevi prethodnih aminokiselina. Ponovljeni i modificirani eksperimenti u potpunosti su potvrdili mogućnost abiogeneze u simuliranim uvjetima rane Zemlje. U narednim godinama drugi su laboratoriji izvodili ponovljene pokuse. U sastav smjese plinova dodan je vodikov sulfid kao moguća komponenta vulkanskih emisija, napravljene su i druge ne-kardinalne promjene. U većini slučajeva iskustvo sinteze organskih spojeva bilo je uspješno, iako pokušaji da se ide dalje i dobiju složeniji elementi koji se približavaju sastavu žive stanice, nisu bili uspješni.

Svijet RNA

Do kraja 20. stoljeća, mnogi znanstvenici koji nisu prestali biti zainteresirani za problem porijekla života na Zemlji, postalo je jasno da, uz svu simetriju teorijskih konstrukcija i različitu eksperimentalnu potvrdu, Oparin-Haldaneova teorija ima očigledne, možda neodoljive, nedostatke. Glavna je bila nemogućnost objašnjavanja pojave svojstava u protobiontima koji određuju za živi organizam - umnožavanje uz očuvanje nasljednih osobina. Otkrićem genetskih staničnih struktura, s definicijom funkcije i strukture DNA, s razvojem mikrobiologije pojavio se novi kandidat za ulogu molekule prvog života.

Postala je molekula ribonukleinske kiseline - RNA. Ova makromolekula, koja je dio svih živih stanica, lanac je nukleotida - najjednostavnijih organskih jedinica koje se sastoje od dušikovih atoma, monosaharida - riboze i fosfatne skupine. Slijed nukleotida je kod nasljednih informacija, a kod virusa, na primjer, RNA igra ulogu koju DNA igra u složenim staničnim strukturama.

Osim toga, znanstvenici su otkrili jedinstvenu sposobnost nekih RNA molekula da umetnu lomove u druge lance ili spoje pojedinačne elemente RNA, a neke igraju ulogu autokatalizatora - to jest, doprinose brzoj reprodukciji. Relativno mala veličina makromolekule RNA i njezina pojednostavljena, u usporedbi s DNA, struktura (u jednom lancu) učinila je ribonukleinsku kiselinu glavnim kandidatom za ulogu glavnog elementa prebioloških sustava.

Konačnu teoriju o nastanku žive tvari na planetu formulirao je 1986. Walter Gilbert (rođen 1932.) - američki fizičar, mikrobiolog i biokemičar. Nisu se svi stručnjaci složili s tim stajalištem o podrijetlu života na Zemlji. Kratko nazvana "RNA Svijet", teorija strukture prebiološkog svijeta našeg planeta ne može odgovoriti na jednostavno pitanje kako se pojavila prva RNA molekula sa željenim svojstvima, čak i ako je postojala ogromna količina "građevnog materijala" u obliku nukleotida, itd.

Pau World

Odgovor je pokušao pronaći u svibnju 2004. Simon Nicholas Platts, a 2006. godine skupina znanstvenika na čelu s Pascalom Ehrenfreundom. Poliaromatski ugljikovodici su predloženi kao polazni materijal za RNA s katalitičkim svojstvima.

Svijet PAH-ova temeljio se na visokoj prevalenciji tih spojeva u vidljivom prostoru (oni su morali biti prisutni u "primarnom bujonu" mlade Zemlje) i osobitostima njihove prstenaste strukture, doprinoseći njihovoj brzoj vezi s dušikovim bazama, ključnim komponentama RNA. Teorija PAH-a još jednom govori o aktualnosti nekih odredbi panspermije.

Jedinstveni život na jedinstvenoj planeti

Dok se znanstvenici prije tri milijarde godina nisu mogli vratiti, tajna podrijetla života na našoj planeti neće biti otkrivena - mnogi od onih koji su se bavili ovim problemom došli su do tog zaključka. Osnovni pojmovi o podrijetlu života na Zemlji su: teorija abiogeneze i teorija panspermije. Mogu se ukrštati na mnogo načina, ali najvjerojatnije neće moći odgovoriti: kako se među ogromnim kozmosom pojavio iznenađujuće precizno uravnotežen sustav sa Zemlje i njenog satelita, Mjeseca, kako je život na njemu nastao ...