Life on Earth dök upp för mer än 3,5 miljarder år sedan - det är svårt att fastställa ögonblicket mer exakt, bara för att det inte är lätt att dra gränsen mellan”nästan levande” och”verkligen levande”. Vi kan dock säga säkert att detta magiska ögonblick sträckte sig ut i många, långa miljoner år. Fortfarande var det ett verkligt mirakel.
För att uppskatta detta mirakel till dess verkliga värde måste du bekanta dig med ett antal moderna teorier som beskriver olika alternativ och stadier i livets födelse. Från en livlig men livlös uppsättning enkla organiska föreningar till protoorganismer som har känt döden och gått in i en oändlig ras av biologisk variation. Trots allt är inte dessa två termer - mutabilitet och död - som ger upphov till hela livssumman?..
1. Panspermia
Hypotesen om att föra liv till jorden från andra kosmiska kroppar har många auktoritativa försvarare. Denna position innehades av den stora tyska forskaren Hermann Helmholtz och den svenska kemisten Svante Arrhenius, den ryska tänkaren Vladimir Vernadsky och den brittiska lordfysikern Kelvin. Vetenskapen är emellertid ett faktaområde och efter upptäckten av kosmisk strålning och dess destruktiva effekt på alla levande saker verkade panspermia dö.
Men ju djupare forskare kastar sig in i frågan, desto fler nyanser dyker upp. Så nu - inklusive att genomföra ett flertal experiment på rymdskepp - tar vi mycket mer allvarligt på levande organismer förmåga att tolerera strålning och kyla, brist på vatten och andra "läckerheter" att vara i yttre rymden. Fynden av alla typer av organiska föreningar på asteroider och kometer, i avlägsna gas- och dammkluster och protoplanetära moln är många och utan tvekan. Men påståenden om upptäckten i dem av spår av något som misstänkt liknar mikrober förblir obevisade.
Det är lätt att se att teorin om panspermia för all sin fascination endast överför frågan om livets ursprung till en annan plats och till en annan tid. Oavsett vad som förde de första organismerna till jorden - en oavsiktlig meteorit eller en listig plan med högt utvecklade utlänningar, måste de födas någonstans och på något sätt. Låt inte här och mycket längre tidigare - men livet måste växa ur livlös materia. Frågan "Hur?" resterna.
Kampanjvideo:
1. Ovetenskaplig: Spontan generation
Det spontana ursprunget till högt utvecklade levande material från icke-levande material - som födelsen av fluglarver i ruttnande kött - kan förknippas med Aristoteles, som generaliserade tankarna från många föregångare och bildade en holistisk doktrin om spontan generation. Liksom andra delar av Aristoteles filosofi var spontan generation den dominerande läran i Medeltida Europa och åtnjöt lite stöd tills experimenten från Louis Pasteur, som slutgiltigt visade att även flyglarver behövde föräldrarflugor för att dyka upp. Förväxla inte spontan generation med moderna teorier om livets abiogene ursprung: skillnaden mellan dem är grundläggande.
2. Primär buljong
Detta koncept är nära besläktat med de klassiska experimenten som hade lyckats få statusen på 1950-talet av Stanley Miller och Harold Urey. I laboratoriet modellerade forskare förhållandena som kunde existera nära ytan på den unga jorden - en blandning av metan, kolmonoxid och molekylväte, många elektriska urladdningar, ultraviolett ljus - och snart omvandlades mer än 10% av kolet från metan till form av olika organiska molekyler. Mer än 20 aminosyror, sockerarter, lipider och nukleinsyraprekursorer erhölls i Miller-Urey-experimenten.
Moderna variationer av dessa klassiska experiment använder mycket mer sofistikerade inställningar som bättre matchar villkoren för den tidiga jorden. De simulerar effekterna av vulkaner med deras utsläpp av vätesulfid och svaveldioxid, närvaron av kväve, etc. På detta sätt lyckas forskare få en enorm och mångfaldig organiskt material - potentiella byggstenar för potentiellt liv. Huvudproblemet med dessa experiment förblir racemat: isomerer av optiskt aktiva molekyler (såsom aminosyror) bildas i en blandning i lika stora mängder, medan allt liv som vi känner till (med några få och konstiga undantag) endast innehåller L-isomerer.
Men vi kommer tillbaka till det här problemet senare. Det bör också tilläggas här att nyligen - 2015 - visade Cambridge-professor John Sutherland och hans team möjligheten att bilda alla de grundläggande "molekylerna i livet", komponenter av DNA, RNA och proteiner från en mycket enkel uppsättning initiala komponenter. Huvudpersonerna i denna blandning är vätecyanid och vätesulfid, som inte är så sällsynta i rymden. För dem återstår det att lägga till några mineraler och metaller som finns i tillräckliga mängder på jorden, såsom fosfater, koppar och järnsalter. Forskare har byggt ett detaljerat reaktionsschema som mycket väl kan skapa en rik "primordial soppa" så att polymerer dyker upp i den och fullfjädrad kemisk utveckling kommer in.
Hypotesen om livets abiogene ursprung från en "organisk buljong", som testades med experimenten av Miller och Urey, lades fram 1924 av den sovjetiska biokemisten Alexander Oparin. Och även om forskaren tog sig emot motståndarna till vetenskaplig genetik i de "mörka åren" under Lysenkoismens storhetstid, så är hans fördelar stora. Som ett erkännande av en akademiker som roll, bär hans namn den viktigaste utmärkelsen som delas ut av International Scientific Society for the Study of the Origin of Life (ISSOL) - Oparin-medaljen. Priset delas ut vart sjätte år och har vid olika tillfällen tilldelats både Stanley Miller och den stora kromosomforskaren, Nobelpristagaren Jack Shostak. Som erkännande av Harold Urey enorma bidrag, utdelar ISSOL Urey-medaljen mellan Oparin-medaljen (också vart sjätte år). Resultatet är en unik, verklig evolutionär utmärkelsen - med ett förändrat namn.
3. Kemisk utveckling
Teorin försöker beskriva omvandlingen av relativt enkla organiska ämnen till ganska komplexa kemiska system, föregångarna till själva livet, under påverkan av yttre faktorer, mekanismerna för selektion och självorganisation. Det grundläggande konceptet för detta tillvägagångssätt är "vatten-kol-chauvinism", som representerar dessa två komponenter (vatten och kol - NS) som absolut nödvändigt och nyckeln för uppkomsten och utvecklingen av liv, vare sig på jorden eller någon annanstans bortom. Och huvudproblemet förblir förhållandena under vilka”vatten-kol-chauvinism” kan utvecklas till mycket sofistikerade kemiska komplex som först och främst kan självreplicera.
Enligt en av hypoteserna kan den primära organisationen av molekyler inträffa i mikroporerna av lermineraler, som spelade en strukturell roll. Den skotska kemisten Alexander Graham Cairns-Smith lade fram denna idé för några år sedan. Komplexa biomolekyler kan sätta sig och polymerisera på deras inre yta, som på en matris: Israeliska forskare har visat att sådana förhållanden gör det möjligt att odla tillräckligt långa proteinkedjor. Här kan de erforderliga mängderna av metallsalter ackumuleras, vilket spelar en viktig roll som katalysatorer för kemiska reaktioner. Lerväggar kan fungera som cellmembran och dela det "inre" utrymmet, i vilket fler och mer komplexa kemiska reaktioner äger rum, och separerar det från det yttre kaoset.
Ytorna på kristallina mineraler kan tjäna som "matriser" för tillväxt av polymermolekyler: den rumsliga strukturen i deras kristallgitter kan bara välja optiska isomerer av en typ - till exempel L-aminosyror - lösa problemet som vi talade om ovan. Energi för den primära "metabolismen" kan tillföras genom oorganiska reaktioner, såsom reduktion av mineralpyriten (FeS2) med väte (till järnsulfid och vätesulfid). I detta fall krävs varken blixtnedslag eller ultraviolett strålning för uppkomsten av komplexa biomolekyler, som i Miller-Urey-experimenten. Det betyder att vi kan bli av med de skadliga aspekterna av deras handling.
Young Earth skyddades inte från skadliga - och till och med dödliga - komponenter av solstrålning. Till och med moderna, evolutionärt testade organismer skulle inte kunna motstå denna hårda ultravioletta strålning - trots att solen själv var mycket yngre och inte gav tillräckligt med värme till planeten. Från detta uppstod hypotesen att i den tid då underet med livets ursprung inträffade kunde hela jorden täckas med ett tjockt islager - hundratals meter; och det är till det bästa. Gömde sig under denna isark, livet kunde känna sig helt säkert mot ultraviolett strålning och från täta meteoritstrejker som hotade att förstöra det i knoppen. Den relativt svala miljön kan också stabilisera strukturen för de första makromolekylerna.
4. Svarta rökare
Faktum är att ultraviolett strålning på den unga jorden, vars atmosfär ännu inte innehöll syre och inte hade en så underbar sak som ozonskiktet, borde ha varit dödlig under alla framväxande liv. Detta gav upphov till antagandet att de bräckliga förfäderna till levande organismer tvingades existera någonstans, dölja för den kontinuerliga strömmen att sterilisera alla och alla strålar. Till exempel djupt under vattnet - naturligtvis där det finns tillräckligt med mineraler, blandning, värme och energi för kemiska reaktioner. Och sådana platser hittades.
Mot slutet av det tjugonde århundradet blev det tydligt att havsbotten inte på något sätt kunde vara ett fristad för medeltida monster: förhållandena är för hårda, temperaturen är låg, det finns ingen strålning och sällsynt organiskt material kan bara sätta sig från ytan. I själva verket är det de mest omfattande halvöknarna - med några anmärkningsvärda undantag: precis där, djupt under vattnet, nära utloppet till geotermiska källor, är livet bokstavligen i full gång. Svartvatten mättat med sulfider är varmt, blandat aktivt och innehåller mycket mineraler.
Rökare från Svarta havet är mycket rika och distinkta ekosystem: bakterierna som matar på dem använder järn-svavelreaktionerna, som vi redan har diskuterat. De är grunden för ett helt blommande liv, inklusive en mängd unika maskar och räkor. Kanske var de basen för livets ursprung på planeten: åtminstone teoretiskt har sådana system allt som behövs för detta.
2. Ovetenskapligt: Andar, gudar, förfäder
Alla kosmologiska myter om världens ursprung krönas alltid med antropogoniska - om människans ursprung. Och i dessa fantasier kan man bara avundas på forntida författares fantasi: på frågan om vad, hur och varför kosmos uppstod, var och hur livet - och människor - dök upp, låter versionerna mycket annorlunda och nästan alltid vackra. Växter, fisk och djur fångades från havsbotten av en enorm korp, människor kröp ut ur förfädernas kropp Pangu som maskar, gjutna av lera och aska, föddes från äktenskap av gudar och monster. Allt detta är förvånansvärt poetiskt, men det har naturligtvis inget med vetenskap att göra.
5. RNA: s värld
I överensstämmelse med principerna för dialektisk materialism är livet en "enhet och kamp" av två principer: förändring och ärftlig information, å ena sidan, och biokemiska, strukturella funktioner, å andra sidan. Det ena är omöjligt utan det andra - och frågan om var livet började, med information och nukleinsyror eller med funktioner och proteiner, är fortfarande en av de svåraste. Och en av de välkända lösningarna på detta paradoxala problem är RNA-världshypotesen, som dök upp i slutet av 1960-talet och slutligen tog form i slutet av 1980-talet.
RNA - makromolekyler, vid lagring och överföring av information är inte lika effektiva som DNA och vid utförande av enzymatiska funktioner - inte lika imponerande som proteiner. Men RNA-molekyler kan båda, och tills nu fungerar de som en transmissionslänk i informationsutbytet av cellen och katalyserar ett antal reaktioner i den. Proteiner är oförmögna att replikera utan DNA-information, och DNA är inte i stånd till detta utan protein "färdigheter." RNA kan å andra sidan vara helt autonom: det kan katalysera sin egen "reproduktion" - och det räcker för en början.
Studier inom ramen för RNA-världshypotesen har visat att dessa makromolekyler har förmåga till full kemisk utveckling. Ta till exempel ett illustrativt exempel som demonstreras av biofysiker från Kalifornien under ledning av Lesley Orgel: om etidiumbromid sätts till en lösning av RNA som kan självreplikation, som fungerar som ett gift för detta system, och blockerar RNA-syntes, lite efter lite, med en förändring i generationer av makromolekyler, i blandningen RNA förekommer som är resistenta även mot mycket höga koncentrationer av toxinet. Något som detta, under utveckling, de första RNA-molekylerna kunde hitta ett sätt att syntetisera de första verktyg-proteinerna, och sedan - i kombination med dem - "upptäcka" för sig själva den dubbla spiralen av DNA, den ideala bäraren av ärftlig information.
3. Ovetenskapligt: Immutability
Inget mer vetenskapligt än berättelserna om de första förfäderna kan kallas vyerna med det höga namnet Theory of a Stationary State. Enligt hennes anhängare har inget liv någonsin uppstått - precis som jorden inte föddes och inte heller uppstod kosmos: de var helt enkelt alltid, alltid och kommer att förbli. Allt detta är inte mer motiverat än Pangu-maskarna: för att ta en sådan "teori" på allvar måste man glömma de otaliga fynd från paleontologi, geologi och astronomi. Och faktiskt att överge hela den grandiosa byggnaden av modern vetenskap - men då är det kanske värt att ge upp allt som beror på dess invånare, inklusive datorer och smärtfri tandbehandling.
6. Protoceller
Enkel replikering räcker emellertid inte för "normalt liv": varje liv är för det första ett rumsligt isolerat område i miljön som skiljer metaboliska processer, underlättar förloppet av vissa reaktioner och tillåter att andra utesluts. Med andra ord är livet en cell avgränsad av ett semipermeabelt membran sammansatt av lipider. Och "protoceller" borde ha dykt upp redan i de tidigaste stadierna av livet på jorden - den första hypotesen om deras ursprung uttrycktes av Alexander Oparin, som är välkänd för oss. Enligt hans åsikt kan droppar hydrofoba lipider som liknar gula droppar olja som flyter i vatten fungera som "protomembraner".
I allmänhet accepteras forskarens idéer av modern vetenskap, och Jack Shostak, som fick Oparin-medaljen för sitt arbete, var också involverad i detta ämne. Tillsammans med Katarzyna Adamala lyckades han skapa en slags "protocell" -modell, vars analoga membran inte bestod av moderna lipider, men av ännu enklare organiska molekyler, fettsyror, som väl kunde ha samlats på ursprungsplatserna för de första protoorganismerna. Shostak och Adamala lyckades till och med "återuppliva" sina strukturer genom att lägga till magnesiumjoner (stimulera RNA-polymerasernas arbete) och citronsyra (stabilisera strukturen i fettmembranen) till mediet.
Som ett resultat slutade de med ett helt enkelt, men något levande system; i alla fall var det en normal protocell som innehöll en membranskyddad miljö för RNA-reproduktion. Från detta ögonblick kan du stänga det sista kapitlet i livets förhistoria - och börja de första kapitlen i dess historia. Detta är emellertid ett helt annat ämne, så vi kommer bara att prata om ett, men oerhört viktigt begrepp relaterat till de första stegen i livets utveckling och uppkomsten av en enorm variation av organismer.
4. Ovetenskaplig: Evig återkomst
En "företags" representation av den indiska filosofin, i västerländsk filosofi förknippad med verk av Immanuel Kant, Friedrich Nietzsche och Mircea Eliade. En poetisk bild av den eviga vandringen av varje levande själ genom ett oändligt antal världar och deras invånare, dess omvandling till ett obetydligt insekt, sedan till en upphöjd poet, eller till och med till ett okänt för oss, en demon eller en gud. Trots bristen på idéer om reinkarnation är Nietzsche verkligen nära denna idé: evigheten är evig, vilket innebär att varje händelse i den kan - och borde upprepas igen. Och varje varelse kretsar oändligt om denna karusell av universell återkomst, så att bara huvudet snurrar, och själva problemet med primärt ursprung försvinner någonstans i ett kalejdoskop av otaliga upprepningar.
7. Endosymbios
Titta på dig själv i spegeln, kika in i ögonen: varelsen som du tittar på varandra är en komplex hybrid som har uppstått i tidiga tider. Redan i slutet av 1800-talet märkte den tysk-engelska naturforskaren Andreas Schimper att kloroplaster, växtcellorganellerna som ansvarar för fotosyntes, replikerar separat från själva cellen. Snart fanns en hypotes om att kloroplaster är symbionter, celler av fotosyntetiska bakterier, som en gång svalts av värden - och lämnades att leva här för alltid.
Naturligtvis har vi inte kloroplaster, annars skulle vi kunna äta på solljus, som vissa pseudo-religiösa sekter antyder. Men på 1920-talet utvidgades endosymbioshypotesen till att omfatta mitokondrier, organeller som förbrukar syre och levererar energi till alla våra celler. Hittills har denna hypotese fått status som en fullfjädrad, upprepade gånger beprövad teori - tillräckligt för att säga att mitokondrier och plastider har sitt eget genom, mer eller mindre celldelningsmekanismer och sina egna proteinsyntesystem.
I naturen har andra endosymbionter också funnits som inte har miljarder år av gemensam utveckling bakom sig och ligger på en mindre djup integrationsnivå i cellen. Till exempel har vissa amebor inte sina egna mitokondrier, men det finns bakterier som ingår i och utför sin roll. Det finns hypoteser om det endosymbiotiska ursprunget till andra organeller - inklusive flagella och cilia, och till och med cellkärnan: enligt vissa forskare är alla oss eukaryoter resultatet av en enastående fusion mellan bakterier och archaea. Dessa versioner har ännu inte hittat strikt bekräftelse, men en sak är tydlig: så snart det uppstod, började livet ta upp sina grannar - och interagera med dem och födde nytt liv.
5. Ovetenskapligt: Kreationism
Själva konceptet med kreasionism uppstod under 1800-talet, när detta ord började kallas för anhängare av olika versioner av utseendet på världen och livet, föreslagna av författarna till Tora, Bibeln och andra heliga böcker om monoteistiska religioner. Men i själva verket erbjöd kreasionisterna inget nytt i jämförelse med dessa böcker, om och om igen och försökte motbevisa de rigorösa och grundliga resultaten från vetenskapen - och faktiskt om och om igen att förlora den ena positionen efter den andra. Tyvärr är idéerna från moderna pseudovetenskapliga skapare mycket lättare att förstå: det krävs mycket ansträngning för att förstå teorierna om verklig vetenskap.
Sergey Vasiliev
