Početak ljudskog života na zemlji. Pojava života na Zemlji

Pojava života na Zemlji jedna je od najimpresivnijih misterija koja je opsjedala umove čovječanstva kroz čitavu našu inteligentnu istoriju. Danas dobro znamo kada se prvi život pojavio na našoj planeti.

To se dogodilo prije oko 4 milijarde, dok je kambrijska eksplozija, tj. period brzog nastajanja višećelijskih organizama odgovara vremenu od prije 540 miliona godina. Od tada se život na Zemlji poboljšavao tokom dugog vremenskog perioda, zbog darvinističke evolucije. Ogromne promjene koje su se dogodile u ljudskom životu i svemiru pokazuju da se naša evolucija čak i ubrzava. Naša tehnologija i sam život postaju sve napredniji. Idemo naprijed ogromnim ubrzanjem, a danas ne znamo šta može biti rezultat tih ubrzanja.

Kako je nastao prvi život na Zemlji? Knjiga Postanka kaže da je život, uključujući i samog čovjeka, stvorio Bog od praha zemaljskog (“Bog je stvorio čovjeka od praha zemaljskog,” Postanak). Zanimljivo je da, generalno, ovo odgovara stvarnosti, iako se, naravno, ne objašnjava kako se to zapravo dogodilo. Odgovor na ovo pitanje može se pronaći kroz nauku, čiji je zadatak da objasni prirodne procese u našem Univerzumu. Nauka ne operiše sa nedokazanim izjavama. Cilj nauke nije samo da prati sve faze nastanka života na Zemlji, već i da te faze reprodukuje u laboratorijskim uslovima, kao što su, na primer, fizičari objasnili ne samo mehanizme termonuklearnih reakcija unutar Sunca, oslobađajući gigantske energije, ali i stvorio hidrogensku bombu koja radi na istim principima. Fizičari ga zovu malo Sunce na Zemlji. Njemački naučnik G. Bethe dobio je Nobelovu nagradu za svoje objašnjenje termonuklearnih procesa unutar Sunca.

Danas su naučnici dokazali da su živi organizmi nastali iz nežive materije u dugom lancu transformacija od jednostavnih molekula do prvog života - bakterija. Bakterija je jednoćelijski organizam, dok su složene žive strukture višećelijske. Na primjer, osoba se sastoji od triliona ćelija, dok bakterija ima samo jednu. Štaviše, koristeći ove lance, znanstvenici pokušavaju u laboratoriju stvoriti potpuno samoreproducirajuće vještačke organizme. Ove studije nam omogućavaju da testiramo da li je naše razumevanje složenih procesa koji su doveli do pojave prvog života tačno. 2009. godine naučnici su u laboratoriji stvorili prvi molekularni sistem koji se kopirao i mogao evoluirati.

Biolozi su pronašli način da formiraju složene genetske molekule (RNA i DNK) koristeći jednostavne molekule (O, C, N, P) koji su postojali na rana faza razvoja Zemlje prije nekoliko milijardi godina. Otkriće strukture RNK i DNK omogućava nam da shvatimo ključnu osobinu bioloških molekula - da se kopiraju i evoluiraju. DNK je složen molekul sa molekulskom težinom od jednog triliona, dok RNK ima molekulsku masu od samo 35.000 Dozvolite mi da vas podsetim da je molekulska težina vode 18, a ugljenika 12. Glavni elementi života na Zemlji su voda. i ugljenik. Ugljik je sposoban formirati različite kemijske veze s drugim elementima i proizvoditi složene organske molekule, uključujući lipide, ugljikohidrate, proteine ​​i genetske molekule RNK i DNK, koji su osnovni molekuli života. Dakle, život na našoj Zemlji je život zasnovan na ugljiku, iako su i drugi oblici života mogući na drugim mjestima u Univerzumu, na primjer, život baziran na silicijumu.

Poznato je da su glavni elementi u svemiru vodonik i helijum. Pažljivi čitalac može se zapitati kako su se na našoj planeti pojavili složeni molekuli ili teški elementi osim vodonika i helijuma. Ko ih je "doveo" na Zemlju? Odgovor na ovo pitanje dobro nam je poznat iz astronomije: takozvane supermasivne zvijezde proizvode u svojim dubinama mnoge nama poznate kemijske elemente kao rezultat raznih termonuklearnih reakcija. Nakon smrti takvih zvijezda, one izbacuju ove elemente u galaksiju, koji postaju dio međuzvjezdane prašine i planeta. Svi teški elementi na Zemlji rezultat su eksplozija supernove, koje su na kraju dovele do prvog života na Zemlji.

Bez ovih elemenata život bi jednostavno bio nemoguć. Možemo čak i tvrditi (možda s ponosom!) da smo dio zvijezda (“Mi smo zvijezde!”). Na primjer, prisustvo željeza u našim tijelima, koje određuje boju naše krvi, rezultat je proizvodnje željeza unutar zvijezda, koje se oslobađa nakon smrti zvijezde. Spektralna analiza materije unutar zvijezda i galaksija pokazuje da se sva tijela u Univerzumu sastoje od istog skupa elemenata koji čine periodni sistem, a svi živi organizmi, uključujući i biljni svijet, imaju zajedničkog pretka, tj. potiču iz istog korena drveta života. Samo drvo života sastoji se od tri glavna dijela (eukarije, arheje, bakterije) i samo dvije grane “eukarije” uključuju cijeli biljni i životinjski svijet. Život na Zemlji nije nastao odmah, već nakon skoro 10 milijardi godina od Velikog praska, kada su se pojavili svi potrebni uslovi za nastanak prvog života. Zanimljivo je da je i naš Univerzum nastao džinovskom eksplozijom iz jedne "tačke". Ova "tačka", koju fizičari zovu "singularnost", imala je izuzetnu mala velicina i gotovo beskonačne gustine. Zbog inflacije (brze ekspanzije) i ubrzanja, naš svemir je danas postao gigantski. Svetlost može preći Univerzum za samo 14 milijardi godina, iako pređe udaljenost od Zemlje do Sunca za samo osam minuta.

Vratimo se, međutim, glavnom pitanju ovog članka - kako je nastao prvi život na Zemlji. Dalekih 1950-ih, dva izuzetna naučnika sa Univerziteta u Čikagu L. Miller i H. Urey izveli su zanimljiv eksperiment koji je pokazao da se život može prirodno formirati iz skupa različitih molekula (H2. H2O, CH4, NH3) koji su postojali na ranu Zemlju i niz hemijskih reakcija. Eksperiment je pokazao da se osnovni molekuli života - aminokiseline (proteini) i nukleinske kiseline (RNA i DNK baze) - mogu lako dobiti iz molekula koji su bili prisutni u primordijalnoj atmosferi rane Zemlje. Stavili su vodu, vodonik, metan i amonijum u staklenu cev i kroz nju propuštali jaku električnu struju, što je analogno munjama u prirodi. Nakon nedelju dana, u epruveti su pronađeni različiti organski molekuli, uključujući proteine. Potonji su odgovorni za sve složene metaboličke funkcije žive ćelije. Međutim, takvi eksperimenti, iako su bili prvi važan korak na putu od nežive materije do prvog života, nisu mogli da objasne mnoge druge procese koji uključuju tranziciju od aminokiselina (proteina) u prvi život i, posebno, kako bi se primitivna ćelija mogla razmnožavati, evoluirati, tj. kako je to dovelo do pojave novog života.

IN U poslednje vreme naučnici su uspjeli da objasne sve osnovne procese kako su prvi živi organizmi na Zemlji nastali iz nežive materije (na primjer, časopis “Scientific American”, septembar 2009.). Ovi procesi uključuju formiranje nukleotida koji se sastoje od šećera, fosfata, cijanidnih baza, acetilena i vode, genetskih molekula RNK i DNK i protoćelije iz koje nastaje prvi život. Molekul RNK je možda formiran od jednostavnih molekula prisutnih na ranoj Zemlji prije formiranja prvog života. Bio je to prvi genetski materijal koji je formirao život na Zemlji, zajedno sa DNK, što je kasnije bilo rezultat evolucije. RNK stvara DNK, koja zauzvrat stvara proteine. "RNA svijet" uključuje pojavu prvog živog organizma - protoćelije sa RNA genomom, sposobne za samokopiranje i darvinovsku evoluciju, dok "DNK svijet" uključuje bakterijske ćelije sa DNK genomom, proteinima i početkom stabla života sa zajedničkim pretkom za sav život na Zemlji. I RNK i DNK imaju duge baze (od 2 do 40 u slučaju RNK i od 1000 do milion u slučaju tipičnog gena) koje uključuju šećere, fosfate i jednostavne molekule - cijanid, acetilen, formaldehid i vodu - koji se nalaze u ranoj Zemlji. Nukleinske kiseline (RNA i DNK) su odgovorne za genetski kod i daju uputstva za sve procese unutar ćelije. Da bi formirale proteine, nukleinske kiseline moraju formirati duge i složene lance. Svi molekuli DNK u svim živim organizmima na Zemlji imaju istu strukturu, iako imaju drugačiji skup gena i razlikuju se jedni od drugih po različitim vezama svoje DNK.

Dakle, u prvoj fazi su jednostavne i organske molekule, kao i razne hemijske reakcije, dovele do stvaranja nukleotida. Tri komponente nukleotida - šećeri, fosfati i baze nukleinskih kiselina - nastale su spontano od jednostavnih molekula. Tada su spojeni nukleotidi nastali prvi genetski molekul - RNK, a zatim, u kasnijoj fazi razvoja, molekul DNK. Nukleinske kiseline, koje su skup nukleotida, sadrže genetske informacije. Sljedeća faza je formiranje primitivne ćelije s RNA genomom, uključujući membranu i sposobnu za samokopiranje diobom. Protoćelija je počela da se razvija. Metabolizam, koji uključuje niz hemijskih reakcija, omogućio je protoćeliji da dobije energiju iz svog okruženja. Sljedeća faza je formiranje DNK i nastanak nove ćelije sa DNK genomom, koji igra ulogu primarne genetske molekule. RNA sada igra posrednu ulogu između DNK i proteina. Pojavljuje se prva bakterija sa DNK genomom i membranom. Sposoban je za samokopiranje i sposoban je da se razvija. Ako je ranije RNK bila odgovorna za stvaranje proteina, sada proteini preuzimaju funkcije RNK u provođenju samokopiranja stanice i metaboličkih procesa. Zanimljivo je da stari paradoks – koji je bio prvi, “kokoška ili jaje” – pronalazi jednostavno objašnjenje zasnovano na ovim procesima: prvo je bilo kokoš (nukleinske kiseline), a zatim se pojavilo jaje (proteini). Tada su proteini (jaje) poslužili kao početak formiranja nukleinske kiseline(piletina).

Život je hemijski sistem sposoban za samokopiranje i darvinističku evoluciju. E. Schrödinger, jedan od osnivača kvantne mehanike, u svojoj knjizi “Život sa stanovišta fizike” dao je sljedeću definiciju života: “Živi sistemi se sami sastavljaju nasuprot prirodnoj težnji ka neredu, ili entropiji.”

Hajde da sumiramo. Život je počeo nakon što su hemijski molekuli na ranoj Zemlji formirali nukleotide, bitne elemente RNK. Zatim je formirana protoćelija sa RNA genomom, u sledećoj fazi formirana je DNK i prva bakterija sa DNK genomom. Bakterije su ostale nepromijenjene milijardama godina i počele su evoluirati u složenije organizme kada je počela era nazvana kambrijska eksplozija, kada je životinjsko carstvo evoluiralo od malih i primitivnih organizama u višećelijske organizme. U isto vrijeme, na osnovu darvinističke evolucije, pojavila se ogromna raznolikost životinjskog svijeta i prije oko 5 miliona godina pojavila su se prva humanoidna stvorenja, hominidi. Nedavno je otkriven hominid Ardi, star 4,4 miliona godina i možda predstavlja prvu fazu u ljudskoj evoluciji. Moderni ljudi, homo sapiens, pojavili su se prije otprilike 50.000-100.000 godina u jugoistočnoj Africi, a kasnije su se proširili po cijelom svijetu. Prije 5000 godina izgrađene su egipatske piramide. Prije otprilike dvije stotine godina postali smo tehnološka civilizacija kada je otkrivena električna energija, pojavile su se parne mašine i avioni. Ako se ovo vrijeme uporedi sa starošću našeg Univerzuma (14 milijardi godina), onda je to samo 0,00001% ovog vremena, tj. Mi smo mlada civilizacija, iako smo uspjeli u mnogo čemu. Drugo poređenje se zasniva na upotrebi kosmičkog kalendara. Ako pretpostavimo da je čitava istorija Univerzuma bila jednaka jednoj godini, onda su se prvi moderni ljudi pojavili prije samo dva minuta, prije 11 sekundi su izgrađene egipatske piramide, prije jedne sekunde Galileo i Kepler su dokazali da je Sunčev sistem heliocentričan i pre samo pola sekunde postali smo tehnološka civilizacija.

Pogledajmo u našu budućnost i zapitajmo se da li je naša evolucija gotova. Da bismo odgovorili na ovo pitanje moramo razumjeti zašto dolazi do evolucije, tj. promjene u našem tijelu tokom vremena i da li se novi geni pojavljuju u našem genomu. Odgovor na drugo pitanje je pronađen – da, pojavljuju se dodatni geni i naša evolucija ne samo da se nastavlja, već se i ubrzava vremenom. Eva Jablonsky, biološka teoretičarka sa Univerziteta u Tel Avivu, objavila je svoje istraživanje koje pokazuje da postoji više od stotinu nasljednih promjena koje nedostaju u DNK sekvenci. Ove promjene uključuju bakterije, gljive, biljke, kao i životinje. Otrovne tvari, prehrana, pa čak i stres mogu uzrokovati promjene u genomu. Mutacije su uzrok nastanka novih gena. Mi se danas mijenjamo brže nego u bilo koje vrijeme u našoj istoriji.

Zanimljivo je da je ubrzanje našeg svemira otkriveno relativno nedavno. Postoji li ikakva veza između ubrzanja svemira i ubrzanja naše evolucije? Da bi objasnili razlog ubrzanja Univerzuma, fizičari su pretpostavili postojanje tamne energije, tj. posebna odbojna sila, koja određuje ubrzanje Univerzuma. Danas malo znamo o prirodi ove sile, uprkos činjenici da stotine naučnika širom sveta pokušavaju da razotkriju njenu strukturu.

Vrijeme je najosnovnija karakteristika Univerzuma i ono je odgovorno za sve promjene u našem svijetu. Razlog za promjene u svijetu može biti taj što se temperatura svemira dramatično promijenila - sa 1032K u vrijeme Velikog praska (ova temperatura je trilion triliona puta viša od temperature u centru najtoplijih zvijezda) na 3K danas (-270C) tokom 14 milijardi godina. Ova temperatura se mjeri spektrom preostalog zračenja svemira, koji ispunjava cijeli naš Univerzum i koji je jasan dokaz realnosti Velikog praska i činjenice da je postojao početak svijeta. Tako oštro smanjenje temperature prostora povezano je s njegovim širenjem (inflacijom). Naravno, ovo širenje i pad temperature ne može a da ne utiče na brzinu svih procesa u Univerzumu, uzrokujući promene ne samo u Univerzumu, već utiče i na tempo naše evolucije, koja će se nastaviti sve dok postoji i menja se naš Univerzum. na vrijeme. Ako temperatura svemira padne na nulu, naš Univerzum će nestati, što će značiti kraj evolucije i samog života. Zanimljivo je da od četiri scenarija za razvoj našeg Univerzuma, koji se razmatraju u astronomiji, postoje dokazi da će naš Univerzum na kraju propasti, zbog nekontroliranog širenja i smanjenja temperature na apsolutnu nulu. Ovaj zaključak se zasniva na analizi podataka o eksplozijama tzv. “bijelih patuljaka” (white dwarf supernova explosion).

Tada će još jedan Veliki prasak najaviti početak novog univerzuma i novog svijeta. Ovaj novi univerzum će proći potpuno drugačiji put razvoja i imaće drugačije zakone fizike sa različitim fundamentalnim konstantama, kao što su brzina svetlosti, masa elektrona, gravitaciona konstanta itd., i, naravno, drugačiji život. Danas naučnici raspravljaju o mogućnosti postojanja drugih univerzuma (multiverzuma), u kojima je život takođe moguć, ali zasnovan na drugim principima i drugim zakonima prirode.

Ilja Gulkarov, Čikago

Poreklo života na Zemlji jedno je od najtežih, a istovremeno relevantnih i najzanimljivijih pitanja moderne prirodne nauke.

Zemlja je vjerovatno nastala prije 4,5-5 milijardi godina od ogromnog oblaka kosmičke prašine. čije su čestice bile sabijene u vruću loptu. Iz njega je ispuštena vodena para u atmosferu, a voda je milionima godina u obliku kiše padala iz atmosfere na Zemlju koja se polako hladila. Praistorijski okean formiran je u depresijama zemljine površine. Prvobitni život u njemu je nastao prije otprilike 3,8 milijardi godina.

Pojava života na Zemlji

Kako je nastala sama planeta i kako su se na njoj pojavila mora? Postoji jedna široko prihvaćena teorija o tome. Prema njoj, Zemlja je nastala od oblaka kosmičke prašine koji sadrže sve hemijske elemente poznate u prirodi, koji su sabijeni u loptu. Vruća vodena para izlazila je sa površine ove usijane lopte, obavijajući je neprekidnim oblacima. Vodena para u oblacima se polako hladila i pretvarala u vodu, koja je u obliku obilnih neprekidnih kiša padala na još vruće, goruće. Zemlja. Na svojoj površini se ponovo pretvorio u vodenu paru i vratio u atmosferu. Tokom miliona godina, Zemlja je postepeno gubila toliko toplote da je njena tečna površina počela da se stvrdnjava kako se hladila. Tako je nastala zemljina kora.

Prošli su milioni godina, a temperatura Zemljine površine je još više pala. Oborinska voda je prestala da isparava i počela je da teče u ogromne lokve. Tako je počeo uticaj vode na zemljine površine. A onda je uslijed pada temperature nastala prava poplava. Voda, koja je prethodno isparila u atmosferu i pretvorila se u njenu komponentu, neprekidno je padala na Zemlju, uz grmljavinu i munje iz oblaka su padali snažni pljuskovi.

Malo po malo, voda se nakupila u najdubljim udubljenjima zemljine površine, koja više nije imala vremena da potpuno ispari. Bilo ga je toliko da se postepeno na planeti formirao praistorijski okean. Munja je prošarala nebo. Ali ovo niko nije video. Na Zemlji još nije bilo života. Neprekidna kiša počela je da nagriza planine. Iz njih je tekla voda u bučnim potocima i olujnim rijekama. Tokom miliona godina, vodeni tokovi su duboko erodirali površinu zemlje i na nekim mjestima su se pojavile doline. Sadržaj vode u atmosferi se smanjio i sve više se akumulirao na površini planete.

Neprekidni oblačni pokrivač postajao je sve tanji, sve dok jednog lepog dana prvi zračak sunca nije dodirnuo Zemlju. Neprekidna kiša je prestala. Većinu kopna prekrivao je praistorijski okean. Iz svojih gornjih slojeva voda je isprala ogromnu količinu rastvorljivih minerala i soli, koje su pale u more. Voda iz njega je neprekidno isparavala, stvarajući oblake, a soli su se taložile, a vremenom je dolazilo do postepenog zaslanjivanja morske vode. Očigledno, pod nekim uvjetima koji su postojali u drevnim vremenima, nastale su tvari iz kojih su nastali posebni kristalni oblici. Oni su rasli, kao i svi kristali, i iznjedrili nove kristale, koji su sebi dodavali sve više i više tvari.

Kao izvor energije u ovom procesu poslužila je sunčeva svjetlost i moguće vrlo jaka električna pražnjenja. Možda su prvi stanovnici Zemlje - prokarioti, organizmi bez formirane jezgre, slični modernim bakterijama - nastali iz takvih elemenata. Bili su anaerobi, odnosno nisu koristili slobodni kiseonik za disanje, koji još nije postojao u atmosferi. Izvor hrane za njih bila su organska jedinjenja koja su nastala na još beživotnoj Zemlji kao rezultat izlaganja sunčevom ultraljubičastom zračenju, munjevitim pražnjenjima i toplotom nastale tokom vulkanskih erupcija.

Život je tada postojao u tankom bakterijskom filmu na dnu rezervoara i na vlažnim mjestima. Ovo doba razvoja života naziva se arhejsko. Od bakterija, a možda i na potpuno nezavisan način, nastali su sićušni jednoćelijski organizmi - najstarije protozoe.

Kako je izgledala primitivna Zemlja?

Pređimo naprijed na prije 4 milijarde godina. Atmosfera ne sadrži slobodan kisik; nalazi se samo u oksidima. Gotovo bez zvukova osim zvižduka vjetra, šištanja vode koja izbija lavom i udara meteorita o površinu Zemlje. Nema biljaka, nema životinja, nema bakterija. Možda je ovako izgledala Zemlja kada se na njoj pojavio život? Iako je ovaj problem već dugo zabrinjavao mnoge istraživače, njihova mišljenja o ovom pitanju uvelike se razlikuju. Stene su mogle ukazivati ​​na stanje na Zemlji u to vreme, ali su one davno uništene kao rezultat geoloških procesa i kretanja zemljine kore.

Teorije o nastanku života na Zemlji

U ovom članku ćemo ukratko govoriti o nekoliko hipoteza o nastanku života, koje odražavaju moderne naučne ideje. Prema Stanley Milleru, poznatom stručnjaku u oblasti nastanka života, o nastanku života i početku njegove evolucije možemo govoriti od trenutka kada su se organski molekuli samoorganizirali u strukture koje su se mogle reproducirati. . Ali ovo postavlja druga pitanja: kako su ovi molekuli nastali; zašto su se mogli razmnožavati i okupljati u one strukture koje su dovele do živih organizama; koji su uslovi potrebni za to?

Postoji nekoliko teorija o nastanku života na Zemlji. Na primjer, jedna od dugogodišnjih hipoteza kaže da je na Zemlju donesen iz svemira, ali nema uvjerljivih dokaza za to. Osim toga, život koji poznajemo je iznenađujuće prilagođen da postoji upravo u zemaljskim uslovima, pa da je nastao izvan Zemlje, bio bi na planeti zemaljskog tipa. Većina savremenih naučnika veruje da je život nastao na Zemlji, u njenim morima.

Teorija biogeneze

U razvoju doktrina o nastanku života značajno mjesto zauzima teorija biogeneze – nastanak živih bića samo od živih bića. Ali mnogi ga smatraju neodrživim, jer suštinski suprotstavlja živo i neživo i potvrđuje ideju vječnosti života, koju je nauka odbacila. Abiogeneza - ideja o porijeklu živih bića od neživih stvari - izvorna hipoteza moderna teorija porijeklo života. Godine 1924., poznati biohemičar A.I. Oparin je sugerirao da bi uz snažna električna pražnjenja u Zemljinoj atmosferi, koja se prije 4-4,5 milijardi godina sastojala od amonijaka, metana, ugljičnog dioksida i vodene pare, mogla nastati najjednostavnija organska jedinjenja neophodna za nastanak. život. Obistinilo se predviđanje akademika Oparina. Američki istraživač S. Miller je 1955. godine, propuštajući električne naboje kroz mješavinu plinova i para, dobio najjednostavnije masne kiseline, ureu, octenu i mravlju kiselinu i nekoliko aminokiselina. Tako je sredinom 20. stoljeća eksperimentalno provedena abiogena sinteza proteinskih i drugih organskih supstanci u uvjetima koji su reproducirali uvjete primitivne Zemlje.

Teorija panspermije

Teorija panspermije je mogućnost prijenosa organskih spojeva i spora mikroorganizama iz jednog kosmičkog tijela u drugo. Ali uopšte ne daje odgovor na pitanje: kako je život nastao u Univerzumu? Postoji potreba da se potkrijepi nastanak života u toj tački u Univerzumu, čija je starost, prema teoriji Velikog praska, ograničena na 12-14 milijardi godina. Prije ovog vremena nije bilo ni elementarnih čestica. A ako nema jezgara i elektrona, nema ni hemijskih supstanci. Zatim su se u roku od nekoliko minuta pojavili protoni, neutroni, elektroni i materija je ušla na put evolucije.

Da bi se potkrijepila ova teorija, koriste se višestruka viđenja NLO-a, slike objekata nalik na rakete i "astronaute" na stijenama i izvještaji o navodnim susretima sa vanzemaljcima. Proučavajući materijale meteorita i kometa, u njima su otkriveni mnogi "prekursori života" - tvari poput cijanogena, cijanovodične kiseline i organskih spojeva, koji su možda igrali ulogu "sjemena" koje je palo na golu Zemlju.

Zagovornici ove hipoteze bili su dobitnici Nobelove nagrade F. Crick i L. Orgel. F. Crick se zasnivao na dva indirektna dokaza: univerzalnosti genetski kod: neophodan za normalan metabolizam svih živih bića, molibden, koji je danas izuzetno rijedak na planeti.

Nastanak života na Zemlji nemoguće je bez meteorita i kometa

Istraživač sa Texas Tech univerziteta, nakon analize ogromne količine prikupljenih informacija, iznio je teoriju o tome kako bi život mogao nastati na Zemlji. Naučnik je uvjeren da je pojava ranih oblika najjednostavniji život na našoj planeti bilo bi nemoguće bez učešća kometa i meteorita koji su pali na nju. Istraživač je podijelio svoj rad na 125. godišnjem sastanku Geološkog društva Amerike, održanom 31. oktobra u Denveru, Colorado.

Autor rada, profesor geonauke na Texas Tech University (TTU) i kustos univerzitetskog muzeja paleontologije, Sankar Chatterjee, rekao je da je do ovog zaključka došao nakon analize informacija o ranoj geološkoj historiji naše planete i usporedbe ove podaci sa razne teorije hemijska evolucija.

Stručnjak smatra da ovaj pristup omogućava objašnjenje jednog od najskrivenijih i najnepotpunije proučavanih perioda u istoriji naše planete. Prema mnogim geolozima, većina svemirskih "bombardiranja", u kojima su učestvovale komete i meteoriti, dogodila se prije oko 4 milijarde godina. Chatterjee vjeruje da je najraniji život na Zemlji nastao u kraterima koji su ostali pali meteoriti i komete. I najvjerovatnije se to dogodilo u periodu "kasnog teškog bombardiranja" (prije 3,8-4,1 milijardi godina), kada se sudar malih svemirskih objekata s našom planetom naglo povećao. U to vrijeme bilo je nekoliko hiljada slučajeva pada kometa. Zanimljivo je da ovu teoriju indirektno podržava Nice model. Prema njoj, stvarni broj kometa i meteorita koji su u to vrijeme trebali pasti na Zemlju odgovara stvarnom broju kratera na Mjesecu, koji je zauzvrat bio svojevrsni štit za našu planetu i nije dozvoljavao beskonačno bombardiranje da ga uništi.

Neki naučnici sugerišu da je rezultat ovog bombardovanja kolonizacija života u Zemljinim okeanima. Međutim, nekoliko studija na ovu temu ukazuje da naša planeta ima više rezervi vode nego što bi trebalo. A ovaj višak se pripisuje kometama koje su nam došle iz Oortovog oblaka, koji se navodno nalazi jednu svjetlosnu godinu od nas.

Chatterjee ističe da su krateri nastali ovim sudarima bili ispunjeni otopljenom vodom iz samih kometa, kao i neophodnim kemijskim gradivnim blokovima potrebnim za formiranje jednostavnih organizama. Istovremeno, naučnik vjeruje da su se ona mjesta na kojima se život nije pojavio ni nakon takvog bombardiranja jednostavno pokazala kao neprikladna za to.

“Kada je Zemlja nastala prije otprilike 4,5 milijardi godina, bilo je potpuno neprikladno da se na njoj pojavljuju živi organizmi. Bio je to pravi uzavreli kotao od vulkana, otrovnog vrućeg gasa i meteorita koji su neprestano padali na njega”, piše onlajn magazin AstroBiology, pozivajući se na naučnika.

“I nakon milijardu godina, postala je tiha i mirna planeta, bogata ogromnim rezervama vode, naseljena raznim predstavnicima mikrobnog života - precima svih živih bića.”

Život na Zemlji mogao je nastati zahvaljujući glini

Grupa naučnika predvođena Danom Luom sa Univerziteta Cornell došla je do hipoteze da bi obična glina mogla poslužiti kao koncentrator za drevne biomolekule.

U početku, istraživači se nisu bavili problemom nastanka života - tražili su način da povećaju efikasnost sistema sinteze proteina bez ćelija. Umjesto da dopuste DNK i proteinima koji ih podržavaju da slobodno plutaju u reakcionoj smjesi, naučnici su pokušali da ih natjeraju u čestice hidrogela. Ovaj hidrogel, poput sunđera, apsorbirao je reakcijsku smjesu, sorbirao potrebne molekule, a kao rezultat toga, sve potrebne komponente su bile zaključane u malom volumenu - slično onome što se događa u ćeliji.

Autori studije su zatim pokušali da koriste glinu kao jeftinu zamenu za hidrogel. Ispostavilo se da su čestice gline slične česticama hidrogela, postajući svojevrsni mikroreaktori za interakciju biomolekula.

Dobivši takve rezultate, naučnici nisu mogli a da se ne prisjete problema nastanka života. Čestice gline, sa svojom sposobnošću da sorbiraju biomolekule, zapravo bi mogle poslužiti kao prvi bioreaktori za prve biomolekule, prije nego što su još nabavile membrane. U prilog ovoj hipotezi ide i činjenica da je ispiranje silikata i drugih minerala iz stijena u glinu počelo, prema geološkim procjenama, neposredno prije nego što su, prema mišljenju biologa, najstarije biomolekule počele da se udružuju u protoćelije.

U vodi, tačnije u rastvoru, malo toga bi se moglo dogoditi, jer su procesi u rastvoru apsolutno haotični, a sva jedinjenja veoma nestabilna. Glina moderna nauka- tačnije, površina mineralnih čestica gline - smatra se matricom na kojoj se mogu formirati primarni polimeri. Ali ovo je također samo jedna od mnogih hipoteza, od kojih svaka ima svoje prednosti i slabosti. Ali da biste simulirali porijeklo života u punoj mjeri, zaista morate biti Bog. Iako se danas na Zapadu već pojavljuju članci s naslovima “Konstruiranje ćelije” ili “Modeliranje ćelija”. Na primjer, jedan od posljednjih nobelovaca, James Szostak, sada aktivno pokušava stvoriti učinkovite modele stanica koje se same razmnožavaju, reproducirajući svoju vrstu.

Teorija spontane generacije

Teorija o spontanom nastanku života bila je široko rasprostranjena u starom svetu - Vavilonu, Kini, Starom Egiptu i Ancient Greece(ove teorije se posebno držao Aristotel).

Naučnici Drevni svijet a srednjovjekovna Evropa vjerovala je da živa bića neprestano nastaju iz nežive materije: crvi iz prljavštine, žabe iz blata, krijesnice iz jutarnje rose itd. Tako je poznati holandski naučnik iz 17. veka. Van Helmont je u svojoj naučnoj raspravi prilično ozbiljno opisao iskustvo u kojem je, tokom 3 sedmice, dobio miševe direktno iz prljave košulje i šake pšenice u zaključanom mračnom ormaru. Po prvi put, italijanski naučnik Francesco Redi (1688) odlučio je da široko rasprostranjenu teoriju podvrgne eksperimentalnom testiranju. Stavio je nekoliko komada mesa u posude i neke od njih prekrio muslinom. U otvorenim posudama na površini trulog mesa pojavili su se bijeli crvi - larve muha. U posudama prekrivenim muslinom nije bilo larvi muha. Tako je F. Redi uspio dokazati da se larve muha ne pojavljuju od trulog mesa, već od jaja koja su muhe ponijele na njegovoj površini.

Godine 1765., poznati italijanski naučnik i doktor Lazzaro Spalanzani kuvao je čorbe od mesa i povrća u zatvorenim staklenim tikvicama. Čorbe u zatvorenim tikvicama nisu se pokvarile. Zaključio je da je visoka temperatura ubila sva živa bića koja bi mogla uzrokovati kvarenje čorbe. Međutim, eksperimenti F. Redija i L. Spalanzanija nisu uvjerili sve. Vitalistički naučnici (od latinskog vita - život) vjerovali su da se u kuhanom bujonu ne događa spontano nastajanje živih bića, jer se u njemu uništava posebna "vitalna sila" koja ne može prodrijeti u zapečaćenu posudu, jer se prenosi kroz zrak.

Sporovi o mogućnosti spontanog nastanka života intenzivirali su se u vezi sa otkrićem mikroorganizama. Ako složena živa bića ne mogu spontano da se generišu, možda mikroorganizmi mogu?

S tim u vezi, Francuska akademija je 1859. godine objavila dodjelu nagrade onome ko će konačno odlučiti o pitanju mogućnosti ili nemogućnosti spontanog nastajanja života. Ovu nagradu je 1862. godine primio poznati francuski hemičar i mikrobiolog Louis Pasteur. Baš kao i Spalanzani, on je prokuhao hranljivu čorbu u staklenoj tikvici, ali tikva nije bila obična, već sa vratom u obliku cijevi u obliku 5. Vazduh, a samim tim i „životna sila“, mogao je da prodre u tikvicu, ali prašina, a sa njom i mikroorganizmi prisutni u vazduhu, nataložili su se u potkoljenici epruvete u obliku 5, a bujon u boci je ostao sterilan (Sl. 2.1.1). Međutim, čim je vrat tikvice bio slomljen ili je potkoljenica cijevi u obliku 5 isprana sterilnom juhom, juha je počela brzo postati mutna - u njoj su se pojavili mikroorganizmi.

Tako je, zahvaljujući radovima Louisa Pasteura, teorija spontanog nastajanja prepoznata kao neodrživa i u znanstvenom svijetu utemeljena teorija biogeneze čija je kratka formulacija „sve živo od živih bića“.

Međutim, ako svi živi organizmi u historijski predvidivom razdoblju ljudskog razvoja potječu samo od drugih živih organizama, prirodno se postavlja pitanje: kada i kako su se prvi živi organizmi pojavili na Zemlji?

Teorija stvaranja

Teorija kreacionizma pretpostavlja da su svi živi organizmi (ili samo njihovi najjednostavniji oblici) stvoreni („dizajnirani“) od strane nekog natprirodnog bića (božanstva, apsolutne ideje, superuma, supercivilizacije, itd.) u određenom vremenskom periodu. Očigledno je da je to stajalište kojeg su se sljedbenici većine vodećih svjetskih religija, a posebno kršćanske, pridržavali od davnina.

Teorija kreacionizma je i danas prilično raširena, ne samo u vjerskim već i u naučnim krugovima. Obično se koristi za objašnjenje najsloženijih pitanja biohemijske i biološke evolucije koja trenutno nemaju rješenje, a vezana su za nastanak proteina i nukleinskih kiselina, formiranje mehanizma interakcije među njima, nastanak i formiranje pojedinačnih složenih organela ili organa (kao što su ribosomi, oko ili mozak). Djela periodičnog “stvaranja” također objašnjavaju odsustvo jasnih prijelaznih veza iz jedne vrste životinja
drugome, na primjer, od crva do člankonožaca, od majmuna do ljudi, itd. Mora se naglasiti da je filozofski spor o primatu svijesti (nadum, apsolutna ideja, božanstvo) ili materije fundamentalno nerješiv, budući da pokušaj da se bilo kakve poteškoće moderne biokemije i evolucijske teorije objasne fundamentalno neshvatljivim natprirodnim aktima stvaranja ova pitanja izvan okvira naučnog istraživanja, teorija kreacionizma se ne može klasifikovati kao naučna teorija o poreklu života na Zemlji.

Teorije stabilnog stanja i panspermije

Obje ove teorije predstavljaju komplementarne elemente jedne slike svijeta, čija je suština sljedeća: univerzum postoji zauvijek i život u njemu postoji zauvijek (stacionarno stanje). Život se sa planete na planetu prenosi od strane putnika vanjski prostor“sjeme života”, koje može biti dio kometa i meteorita (panspermija). Slične stavove o porijeklu života imao je, posebno, osnivač doktrine o biosferi, akademik V.I. Vernadsky.

Međutim, teorija stabilnog stanja, koja pretpostavlja beskonačno dugo postojanje svemira, ne slaže se s podacima moderne astrofizike, prema kojima je svemir nastao relativno nedavno (prije oko 16 milijardi godina) primarnom eksplozijom.

Očigledno je da obje teorije (panspermija i stacionarno stanje) uopće ne nude objašnjenje za mehanizam primarnog nastanka života, prenoseći ga na druge planete (panspermija) ili gurajući ga u vrijeme u beskonačnost (teorija stacionarnog stanja) .

Poreklo života na Zemlji jedno je od najtežih, a istovremeno relevantnih i najzanimljivijih pitanja moderne prirodne nauke.

Zemlja je vjerovatno nastala prije 4,5-5 milijardi godina od ogromnog oblaka kosmičke prašine. čije su čestice bile sabijene u vruću loptu. Iz njega je ispuštena vodena para u atmosferu, a voda je milionima godina u obliku kiše padala iz atmosfere na Zemlju koja se polako hladila. Praistorijski okean formiran je u depresijama zemljine površine. Prvobitni život u njemu je nastao prije otprilike 3,8 milijardi godina.

Pojava života na Zemlji

Kako je nastala sama planeta i kako su se na njoj pojavila mora? Postoji jedna široko prihvaćena teorija o tome. Prema njoj, Zemlja je nastala od oblaka kosmičke prašine koji sadrže sve hemijske elemente poznate u prirodi, koji su sabijeni u loptu. Vruća vodena para izlazila je sa površine ove usijane lopte, obavijajući je neprekidnim oblacima. Vodena para u oblacima se polako hladila i pretvarala u vodu, koja je u obliku obilnih neprekidnih kiša padala na još vruće, goruće. Zemlja. Na svojoj površini se ponovo pretvorio u vodenu paru i vratio u atmosferu. Tokom miliona godina, Zemlja je postepeno gubila toliko toplote da je njena tečna površina počela da se stvrdnjava kako se hladila. Tako je nastala zemljina kora.

Prošli su milioni godina, a temperatura Zemljine površine je još više pala. Oborinska voda je prestala da isparava i počela je da teče u ogromne lokve. Tako je počeo uticaj vode na površinu zemlje. A onda je uslijed pada temperature nastala prava poplava. Voda, koja je prethodno isparila u atmosferu i pretvorila se u njenu komponentu, neprekidno je padala na Zemlju, uz grmljavinu i munje iz oblaka su padali snažni pljuskovi.

Malo po malo, voda se nakupila u najdubljim udubljenjima zemljine površine, koja više nije imala vremena da potpuno ispari. Bilo ga je toliko da se postepeno na planeti formirao praistorijski okean. Munja je prošarala nebo. Ali ovo niko nije video. Na Zemlji još nije bilo života. Neprekidna kiša počela je da nagriza planine. Iz njih je tekla voda u bučnim potocima i olujnim rijekama. Tokom miliona godina, vodeni tokovi su duboko erodirali površinu zemlje i na nekim mjestima su se pojavile doline. Sadržaj vode u atmosferi se smanjio i sve više se akumulirao na površini planete.

Neprekidni oblačni pokrivač postajao je sve tanji, sve dok jednog lepog dana prvi zračak sunca nije dodirnuo Zemlju. Neprekidna kiša je prestala. Većinu kopna prekrivao je praistorijski okean. Iz svojih gornjih slojeva voda je isprala ogromnu količinu rastvorljivih minerala i soli, koje su pale u more. Voda iz njega je neprekidno isparavala, stvarajući oblake, a soli su se taložile, a vremenom je dolazilo do postepenog zaslanjivanja morske vode. Očigledno, pod nekim uvjetima koji su postojali u drevnim vremenima, nastale su tvari iz kojih su nastali posebni kristalni oblici. Oni su rasli, kao i svi kristali, i iznjedrili nove kristale, koji su sebi dodavali sve više i više tvari.

Kao izvor energije u ovom procesu poslužila je sunčeva svjetlost i moguće vrlo jaka električna pražnjenja. Možda su prvi stanovnici Zemlje - prokarioti, organizmi bez formirane jezgre, slični modernim bakterijama - nastali iz takvih elemenata. Bili su anaerobi, odnosno nisu koristili slobodni kiseonik za disanje, koji još nije postojao u atmosferi. Izvor hrane za njih bila su organska jedinjenja koja su nastala na još beživotnoj Zemlji kao rezultat izlaganja sunčevom ultraljubičastom zračenju, munjevitim pražnjenjima i toplotom nastale tokom vulkanskih erupcija.

Život je tada postojao u tankom bakterijskom filmu na dnu rezervoara i na vlažnim mjestima. Ovo doba razvoja života naziva se arhejsko. Od bakterija, a možda i na potpuno nezavisan način, nastali su sićušni jednoćelijski organizmi - najstarije protozoe.

Kako je izgledala primitivna Zemlja?

Pređimo naprijed na prije 4 milijarde godina. Atmosfera ne sadrži slobodan kisik; nalazi se samo u oksidima. Gotovo bez zvukova osim zvižduka vjetra, šištanja vode koja izbija lavom i udara meteorita o površinu Zemlje. Nema biljaka, nema životinja, nema bakterija. Možda je ovako izgledala Zemlja kada se na njoj pojavio život? Iako je ovaj problem već dugo zabrinjavao mnoge istraživače, njihova mišljenja o ovom pitanju uvelike se razlikuju. Stene su mogle ukazivati ​​na stanje na Zemlji u to vreme, ali su one davno uništene kao rezultat geoloških procesa i kretanja zemljine kore.

Teorije o nastanku života na Zemlji

U ovom članku ćemo ukratko govoriti o nekoliko hipoteza o nastanku života, koje odražavaju moderne naučne ideje. Prema Stanley Milleru, poznatom stručnjaku u oblasti nastanka života, o nastanku života i početku njegove evolucije možemo govoriti od trenutka kada su se organski molekuli samoorganizirali u strukture koje su se mogle reproducirati. . Ali ovo postavlja druga pitanja: kako su ovi molekuli nastali; zašto su se mogli razmnožavati i okupljati u one strukture koje su dovele do živih organizama; koji su uslovi potrebni za to?

Postoji nekoliko teorija o nastanku života na Zemlji. Na primjer, jedna od dugogodišnjih hipoteza kaže da je na Zemlju donesen iz svemira, ali nema uvjerljivih dokaza za to. Osim toga, život koji poznajemo je iznenađujuće prilagođen da postoji upravo u zemaljskim uslovima, pa da je nastao izvan Zemlje, bio bi na planeti zemaljskog tipa. Većina savremenih naučnika veruje da je život nastao na Zemlji, u njenim morima.

Teorija biogeneze

U razvoju doktrina o nastanku života značajno mjesto zauzima teorija biogeneze – nastanak živih bića samo od živih bića. Ali mnogi ga smatraju neodrživim, jer suštinski suprotstavlja živo i neživo i potvrđuje ideju vječnosti života, koju je nauka odbacila. Abiogeneza - ideja o nastanku živih bića od neživih stvari - početna je hipoteza moderne teorije o nastanku života. Godine 1924., poznati biohemičar A.I. Oparin je sugerirao da bi uz snažna električna pražnjenja u Zemljinoj atmosferi, koja se prije 4-4,5 milijardi godina sastojala od amonijaka, metana, ugljičnog dioksida i vodene pare, mogla nastati najjednostavnija organska jedinjenja neophodna za nastanak. život. Obistinilo se predviđanje akademika Oparina. Američki istraživač S. Miller je 1955. godine, propuštajući električne naboje kroz mješavinu plinova i para, dobio najjednostavnije masne kiseline, ureu, octenu i mravlju kiselinu i nekoliko aminokiselina. Tako je sredinom 20. stoljeća eksperimentalno provedena abiogena sinteza proteinskih i drugih organskih supstanci u uvjetima koji su reproducirali uvjete primitivne Zemlje.

Teorija panspermije

Teorija panspermije je mogućnost prijenosa organskih spojeva i spora mikroorganizama iz jednog kosmičkog tijela u drugo. Ali uopšte ne daje odgovor na pitanje: kako je život nastao u Univerzumu? Postoji potreba da se potkrijepi nastanak života u toj tački u Univerzumu, čija je starost, prema teoriji Velikog praska, ograničena na 12-14 milijardi godina. Prije ovog vremena nije bilo ni elementarnih čestica. A ako nema jezgara i elektrona, nema ni hemijskih supstanci. Zatim su se u roku od nekoliko minuta pojavili protoni, neutroni, elektroni i materija je ušla na put evolucije.

Da bi se potkrijepila ova teorija, koriste se višestruka viđenja NLO-a, slike objekata nalik na rakete i "astronaute" na stijenama i izvještaji o navodnim susretima sa vanzemaljcima. Proučavajući materijale meteorita i kometa, u njima su otkriveni mnogi "prekursori života" - tvari poput cijanogena, cijanovodične kiseline i organskih spojeva, koji su možda igrali ulogu "sjemena" koje je palo na golu Zemlju.

Zagovornici ove hipoteze bili su dobitnici Nobelove nagrade F. Crick i L. Orgel. F. Crick se zasnivao na dva indirektna dokaza: univerzalnosti genetskog koda: potrebi za normalnim metabolizmom molibdena svih živih bića, što je danas izuzetno rijetko na planeti.

Nastanak života na Zemlji nemoguće je bez meteorita i kometa

Istraživač sa Texas Tech univerziteta, nakon analize ogromne količine prikupljenih informacija, iznio je teoriju o tome kako bi život mogao nastati na Zemlji. Naučnik je uvjeren da bi pojava ranih oblika najjednostavnijeg života na našoj planeti bila nemoguća bez učešća kometa i meteorita koji su pali na nju. Istraživač je podijelio svoj rad na 125. godišnjem sastanku Geološkog društva Amerike, održanom 31. oktobra u Denveru, Colorado.

Autor rada, profesor geonauke na Texas Tech University (TTU) i kustos univerzitetskog muzeja paleontologije, Sankar Chatterjee, rekao je da je do ovog zaključka došao nakon analize informacija o ranoj geološkoj historiji naše planete i usporedbe ove podatke sa različitim teorijama hemijske evolucije.

Stručnjak smatra da ovaj pristup omogućava objašnjenje jednog od najskrivenijih i najnepotpunije proučavanih perioda u istoriji naše planete. Prema mnogim geolozima, većina svemirskih "bombardiranja", u kojima su učestvovale komete i meteoriti, dogodila se prije oko 4 milijarde godina. Chatterjee vjeruje da je najraniji život na Zemlji nastao u kraterima koji su ostali pali meteoriti i komete. I najvjerovatnije se to dogodilo u periodu "kasnog teškog bombardiranja" (prije 3,8-4,1 milijardi godina), kada se sudar malih svemirskih objekata s našom planetom naglo povećao. U to vrijeme bilo je nekoliko hiljada slučajeva pada kometa. Zanimljivo je da ovu teoriju indirektno podržava Nice model. Prema njoj, stvarni broj kometa i meteorita koji su u to vrijeme trebali pasti na Zemlju odgovara stvarnom broju kratera na Mjesecu, koji je zauzvrat bio svojevrsni štit za našu planetu i nije dozvoljavao beskonačno bombardiranje da ga uništi.

Neki naučnici sugerišu da je rezultat ovog bombardovanja kolonizacija života u Zemljinim okeanima. Međutim, nekoliko studija na ovu temu ukazuje da naša planeta ima više rezervi vode nego što bi trebalo. A ovaj višak se pripisuje kometama koje su nam došle iz Oortovog oblaka, koji se navodno nalazi jednu svjetlosnu godinu od nas.

Chatterjee ističe da su krateri nastali ovim sudarima bili ispunjeni otopljenom vodom iz samih kometa, kao i neophodnim kemijskim gradivnim blokovima potrebnim za formiranje jednostavnih organizama. Istovremeno, naučnik vjeruje da su se ona mjesta na kojima se život nije pojavio ni nakon takvog bombardiranja jednostavno pokazala kao neprikladna za to.

“Kada je Zemlja nastala prije otprilike 4,5 milijardi godina, bilo je potpuno neprikladno da se na njoj pojavljuju živi organizmi. Bio je to pravi uzavreli kotao od vulkana, otrovnog vrućeg gasa i meteorita koji su neprestano padali na njega”, piše onlajn magazin AstroBiology, pozivajući se na naučnika.

“I nakon milijardu godina, postala je tiha i mirna planeta, bogata ogromnim rezervama vode, naseljena raznim predstavnicima mikrobnog života - precima svih živih bića.”

Život na Zemlji mogao je nastati zahvaljujući glini

Grupa naučnika predvođena Danom Luom sa Univerziteta Cornell došla je do hipoteze da bi obična glina mogla poslužiti kao koncentrator za drevne biomolekule.

U početku, istraživači se nisu bavili problemom nastanka života - tražili su način da povećaju efikasnost sistema sinteze proteina bez ćelija. Umjesto da dopuste DNK i proteinima koji ih podržavaju da slobodno plutaju u reakcionoj smjesi, naučnici su pokušali da ih natjeraju u čestice hidrogela. Ovaj hidrogel, poput sunđera, apsorbirao je reakcijsku smjesu, sorbirao potrebne molekule, a kao rezultat toga, sve potrebne komponente su bile zaključane u malom volumenu - slično onome što se događa u ćeliji.

Autori studije su zatim pokušali da koriste glinu kao jeftinu zamenu za hidrogel. Ispostavilo se da su čestice gline slične česticama hidrogela, postajući svojevrsni mikroreaktori za interakciju biomolekula.

Dobivši takve rezultate, naučnici nisu mogli a da se ne prisjete problema nastanka života. Čestice gline, sa svojom sposobnošću da sorbiraju biomolekule, zapravo bi mogle poslužiti kao prvi bioreaktori za prve biomolekule, prije nego što su još nabavile membrane. U prilog ovoj hipotezi ide i činjenica da je ispiranje silikata i drugih minerala iz stijena u glinu počelo, prema geološkim procjenama, neposredno prije nego što su, prema mišljenju biologa, najstarije biomolekule počele da se udružuju u protoćelije.

U vodi, tačnije u rastvoru, malo toga bi se moglo dogoditi, jer su procesi u rastvoru apsolutno haotični, a sva jedinjenja veoma nestabilna. Moderna nauka smatra glinu – tačnije, površinu čestica glinenih minerala – kao matricu na kojoj bi se mogli formirati primarni polimeri. Ali ovo je također samo jedna od mnogih hipoteza, od kojih svaka ima svoje prednosti i slabosti. Ali da biste simulirali porijeklo života u punoj mjeri, zaista morate biti Bog. Iako se danas na Zapadu već pojavljuju članci s naslovima “Konstruiranje ćelije” ili “Modeliranje ćelija”. Na primjer, jedan od posljednjih nobelovaca, James Szostak, sada aktivno pokušava stvoriti učinkovite modele stanica koje se same razmnožavaju, reproducirajući svoju vrstu.

Pitanje kada se život pojavio na Zemlji oduvijek je brinulo ne samo naučnike, već i sve ljude. Odgovori na to

skoro sve religije. Iako još uvijek nema tačnog naučnog odgovora na ovo pitanje, neke činjenice nam omogućavaju da postavimo manje-više razumne hipoteze. Istraživači su pronašli uzorak stijene na Grenlandu

sa malim prskanjem ugljenika. Starost uzorka je više od 3,8 milijardi godina. Izvor ugljika je najvjerovatnije bila neka vrsta organske tvari - za to vrijeme potpuno je izgubila strukturu. Naučnici vjeruju da je ova grumen ugljika možda najstariji trag života na Zemlji.

Kako je izgledala primitivna Zemlja?

Pređimo naprijed na prije 4 milijarde godina. Atmosfera ne sadrži slobodan kisik; nalazi se samo u oksidima. Gotovo bez zvukova osim zvižduka vjetra, šištanja vode koja izbija lavom i udara meteorita o površinu Zemlje. Nema biljaka, nema životinja, nema bakterija. Možda je ovako izgledala Zemlja kada se na njoj pojavio život? Iako je ovaj problem već dugo zabrinjavao mnoge istraživače, njihova mišljenja o ovom pitanju uvelike se razlikuju. Stene su mogle ukazivati ​​na stanje na Zemlji u to vreme, ali su one davno uništene kao rezultat geoloških procesa i kretanja zemljine kore.

U ovom članku ćemo ukratko govoriti o nekoliko hipoteza o nastanku života, koje odražavaju moderne naučne ideje. Prema Stanley Milleru, poznatom stručnjaku u oblasti nastanka života, o nastanku života i početku njegove evolucije možemo govoriti od trenutka kada su se organski molekuli samoorganizirali u strukture koje su se mogle reproducirati. . Ali ovo postavlja druga pitanja: kako su ovi molekuli nastali; zašto su se mogli razmnožavati i okupljati u one strukture koje su dovele do živih organizama; koji su uslovi potrebni za to?

Prema jednoj hipotezi, život je počeo u komadu leda. Iako mnogi naučnici vjeruju da je ugljični dioksid u atmosferi održavao uslove staklene bašte, drugi vjeruju da je na Zemlji vladala zima. Na niskim temperaturama, sva hemijska jedinjenja su stabilnija i stoga se mogu akumulirati u većim količinama nego na visokim temperaturama. Fragmenti meteorita doneseni iz svemira, emisije iz hidrotermalnih otvora i hemijske reakcije koje se dešavaju tokom električnih pražnjenja u atmosferi bili su izvori amonijaka i organskih jedinjenja kao što su formaldehid i cijanid. Ušavši u vodu Svjetskog okeana, smrzli su se zajedno s njim. U stupu leda, molekule organskih supstanci su se približile i stupile u interakcije koje su dovele do stvaranja glicina i drugih aminokiselina. Okean je bio prekriven ledom, koji je štitio novonastala jedinjenja od uništenja ultraljubičastim zračenjem. Ovaj ledeni svijet bi se mogao otopiti, na primjer, ako bi na planetu pao ogroman meteorit (slika 1).

Charles Darwin i njegovi savremenici vjerovali su da je život mogao nastati u vodi. Mnogi naučnici se i dalje pridržavaju ove tačke gledišta. U zatvorenom i relativno malom rezervoaru, organske tvari koje donose vode koje se u njega ulijevaju mogle bi se akumulirati u potrebnim količinama. Ova jedinjenja su zatim dalje koncentrisana na unutrašnje površine slojevitih minerala, koji bi mogli katalizirati reakcije. Na primjer, dvije molekule fosfaldehida koje su se susrele na površini minerala reagovale su jedna s drugom i formirale su fosforilirani molekul ugljikohidrata, mogući prekursor ribonukleinske kiseline (slika 2).

Ili je možda život nastao u područjima vulkanske aktivnosti? Neposredno nakon svog formiranja, Zemlja je bila lopta magme koja diše vatru. Tokom vulkanskih erupcija i sa gasovima koji se oslobađaju iz rastopljene magme, razni hemijske supstance, neophodan za sintezu organskih molekula. Da, molekule ugljen monoksid, kada se nađu na površini minerala pirita, koji ima katalitička svojstva, mogli su reagirati sa spojevima koji imaju metilne grupe i formirati octenu kiselinu iz koje su potom sintetizirani drugi organski spojevi (slika 3).

Američki naučnik Stenli Miler je prvi put uspeo da dobije organske molekule - aminokiseline - u laboratorijskim uslovima koji simuliraju one koji su bili na primitivnoj Zemlji 1952. Tada su ovi eksperimenti postali senzacija, a njihov autor je stekao svetsku slavu. Trenutno nastavlja da sprovodi istraživanja u oblasti prebiotičke (prije života) hemije na Univerzitetu u Kaliforniji. Instalacija na kojoj je izveden prvi eksperiment bio je sistem tikvica, u jednoj od kojih je bilo moguće dobiti snažno električno pražnjenje na naponu od 100.000 V.

Miller je ovu bocu napunio prirodnim plinovima - metanom, vodonikom i amonijakom, koji su bili prisutni u atmosferi primitivne Zemlje. Boca ispod sadržavala je malu količinu vode, simulirajući okean. Električno pražnjenje je po jačini bilo blizu munje, a Miller je očekivao da će pod njegovim djelovanjem nastati hemijska jedinjenja koja će, kada dođu u vodu, međusobno reagirati i formirati složenije molekule.

Rezultat je nadmašio sva očekivanja. Nakon što je uveče isključio instalaciju i vratio se sljedećeg jutra, Miller je otkrio da je voda u tikvici poprimila žućkastu boju. Ono što se pojavilo je supa od aminokiselina, građevnih blokova proteina. Stoga je ovaj eksperiment pokazao kako se lako mogu formirati primarni sastojci života. Sve što je bilo potrebno je mešavina gasova, malog okeana i malo munje.

Drugi naučnici su skloni vjerovati da je drevna atmosfera Zemlje bila drugačija od one koju je Miller modelirao, a najvjerovatnije se sastojala od ugljičnog dioksida i dušika. Koristeći ovu mješavinu plina i Millerovu eksperimentalnu postavku, kemičari su pokušali proizvesti organska jedinjenja. Međutim, njihova koncentracija u vodi bila je beznačajna kao da se kap boje za hranu otopi u bazenu. Naravno, teško je zamisliti kako bi život mogao nastati u tako razvodnjenom rješenju.

Ako je zaista doprinos zemaljskih procesa stvaranju rezervi primarne organske materije bio tako neznatan, odakle je uopće došao? Možda iz svemira? Asteroidi, komete, meteoriti, pa čak i čestice međuplanetarne prašine mogu nositi organska jedinjenja, uključujući aminokiseline. Ovi vanzemaljski objekti mogli bi obezbijediti dovoljne količine organskih jedinjenja za nastanak života da uđe u prvobitni okean ili malo vodeno tijelo.

Redoslijed i vremenski interval događaja, počevši od formiranja primarne organske tvari pa do pojave života kao takvog, ostaje i vjerovatno će zauvijek ostati misterija koja brine mnoge istraživače, kao i pitanje čega. u stvari, smatraj to životom.

Trenutno postoji nekoliko naučnih definicija života, ali sve nisu tačne. Neki od njih su toliko široki da ispod njih padaju neživi predmeti poput vatre ili mineralnih kristala. Druge su preuske, pa se po njima mazge koje ne rađaju potomstvo ne priznaju kao žive.

Jedan od najuspješnijih definira život kao samoodrživi hemijski sistem sposoban da se ponaša u skladu sa zakonima darvinističke evolucije. To znači da, prvo, grupa živih jedinki mora proizvesti sebi slične potomke, koji nasljeđuju osobine svojih roditelja. Drugo, u generacijama potomaka moraju se manifestirati posljedice mutacija - genetske promjene koje se nasljeđuju narednim generacijama i uzrokuju varijabilnost populacije. I treće, neophodno je da funkcioniše sistem prirodne selekcije, usled čega neke jedinke dobijaju prednost u odnosu na druge i preživljavaju u promenjenim uslovima, proizvodeći potomstvo.

Koji elementi sistema su bili neophodni da bi imao karakteristike živog organizma? Veliki broj biohemičara i molekularni biolozi Vjeruje se da molekule RNK imaju potrebna svojstva. RNK - ribonukleinske kiseline - su posebne molekule. Neki od njih mogu da se repliciraju, mutiraju, prenoseći na taj način informacije, pa bi stoga mogli da učestvuju u prirodnoj selekciji. Istina, oni nisu u stanju sami katalizirati proces replikacije, iako se znanstvenici nadaju da će u bliskoj budućnosti biti pronađen fragment RNK s takvom funkcijom. Ostali molekuli RNK su uključeni u „čitanje“ genetskih informacija i njihovo prenošenje do ribozoma, gdje se sintetiziraju proteinski molekuli, u čemu sudjeluje i treća vrsta RNA molekula.

Dakle, najprimitivniji živi sistem mogao bi biti predstavljen molekulama RNK koji se dupliciraju, prolaze kroz mutacije i podliježu prirodnoj selekciji. U toku evolucije, zasnovane na RNK, nastale su specijalizovane molekule DNK - čuvari genetskih informacija - i ništa manje specijalizovane proteinske molekule, koje su preuzele funkcije katalizatora za sintezu svih trenutno poznatih bioloških molekula.

U nekom trenutku, “živi sistem” DNK, RNK i proteina našao se utočište unutar vrećice koju je formirala lipidna membrana, a ova struktura, zaštićenija od vanjskih utjecaja, poslužila je kao prototip prvih stanica koje su iznjedrile na tri glavne grane života, koje su u modernom svijetu predstavljene bakterijama, arhejama i eukariotima. Što se tiče datuma i redoslijeda pojavljivanja takvih primarnih ćelija, to ostaje misterija. Osim toga, prema jednostavnim probabilističkim procjenama, nema dovoljno vremena za evolucijski prijelaz od organskih molekula do prvih organizama - prvi najjednostavniji organizmi pojavili su se previše iznenada.

Dugi niz godina naučnici su vjerovali da je malo vjerovatno da je život mogao nastati i razviti u periodu kada je Zemlja bila stalno izložena sudarima s velikim kometama i meteoritima, što je period koji se završio prije otprilike 3,8 milijardi godina. Međutim, nedavno su u najstarijim sedimentnim stijenama na Zemlji, pronađenim na jugozapadu Grenlanda, otkriveni tragovi složenih ćelijskih struktura koje datiraju prije najmanje 3,86 milijardi godina. To znači da su prvi oblici života mogli nastati milionima godina prije nego što je prestalo bombardiranje naše planete od strane velikih kosmičkih tijela. Ali tada je moguć potpuno drugačiji scenario (slika 4).

Svemirski objekti koji padaju na Zemlju mogli su igrati centralnu ulogu u nastanku života na našoj planeti, budući da su, prema brojnim istraživačima, ćelije slične bakterijama mogle nastati na drugoj planeti i zatim stići do Zemlje zajedno sa asteroidima. Jedan dokaz koji podržava teoriju o vanzemaljskom poreklu života pronađen je unutar meteorita u obliku krompira i nazvanog ALH84001. Ovaj meteorit je prvobitno bio komad marsove kore, koji je potom bačen u svemir kao rezultat eksplozije kada se veliki asteroid sudario s površinom Marsa, što se dogodilo prije oko 16 miliona godina. A prije 13 hiljada godina, nakon dugog putovanja unutar Sunčevog sistema, ovaj fragment marsovske stijene u obliku meteorita sletio je na Antarktik, gdje je nedavno otkriven. At detaljna studija Unutar meteorita otkrivene su štapićaste strukture koje po obliku podsjećaju na fosilizirane bakterije, što je izazvalo žestoku naučnu raspravu o mogućnosti života duboko u marsovskoj kori. Bit će moguće riješiti ove sporove najkasnije 2005. godine, kada će američka Nacionalna uprava za aeronautiku i svemir implementirati program letenja međuplanetarne letjelice na Mars kako bi uzela uzorke marsove kore i dopremila uzorke na Zemlju. A ako naučnici uspeju da dokažu da su mikroorganizmi nekada naseljavali Mars, onda možemo sa većim stepenom pouzdanosti govoriti o vanzemaljskom poreklu života i mogućnosti da se život donese iz svemira (Sl. 5).

Rice. 5. Naše porijeklo je od mikroba.

Šta smo naslijedili od drevnih oblika života? Poređenje u nastavku jednoćelijskih organizama sa ljudskim ćelijama otkriva mnoge sličnosti.

1. Seksualna reprodukcija Dvije specijalizirane reproduktivne stanice algi - gamete - spajaju se i formiraju ćeliju koja nosi genetski materijal oba roditelja. Ovo nevjerovatno podsjeća na oplodnju ljudske jajne ćelije spermom.

2. Trepavice Tanke cilije na površini jednoćelijskog paramecijuma njišu se poput sitnih vesala i pružaju mu kretanje u potrazi za hranom. Sličan pokrivač za trepavice Airways ljudi, luče sluz i hvataju strane čestice.

3. Snimite druge ćelije Ameba upija hranu, okružujući je pseudopodijom, koja nastaje proširenjem i izduženjem dijela ćelije. U životinjskom ili ljudskom tijelu, nalik amebi krvne ćelije na sličan način, oni proširuju pseudopodiju kako bi apsorbirali opasnu bakteriju. Ovaj proces se naziva fagocitoza.

4. Mitohondrije Prve eukariotske stanice nastale su kada je ameba uhvatila prokariotske stanice aerobnih bakterija, koje su se razvile u mitohondrije. I iako bakterije i mitohondrije ćelije (pankreasa) nisu mnogo slični, imaju jednu funkciju - da proizvode energiju oksidacijom hrane.

5. Flagella Dugačak bičak ljudske sperme omogućava joj da se kreće velikom brzinom. Bakterije i jednostavni eukarioti također imaju flagele sa sličnom unutrašnjom strukturom. Sastoji se od para mikrotubula okruženih sa devet drugih.

Evolucija života na Zemlji: od jednostavnog do složenog

U ovom trenutku, a vjerovatno i u budućnosti, nauka neće moći odgovoriti na pitanje kako je izgledao prvi organizam koji se pojavio na Zemlji - predak od kojeg su nastale tri glavne grane drveta života. Jedna od grana su eukarioti, čije ćelije imaju formirano jezgro koje sadrži genetski materijal i specijalizovane organele: mitohondrije koje proizvode energiju, vakuole itd. Eukariotski organizmi uključuju alge, gljive, biljke, životinje i ljude.

Druga grana su bakterije - prokariotski (prednuklearni) jednoćelijski organizmi koji nemaju izraženo jezgro i organele. I na kraju, treća grana su jednoćelijski organizmi koji se nazivaju archaea, ili archaebacteria, čije ćelije imaju istu strukturu kao prokarioti, ali potpuno drugačiju hemijsku strukturu lipida.

Mnoge arhebakterije su u stanju da prežive u izuzetno nepovoljnim uslovima životne sredine. Neki od njih su termofili i žive samo u toplim izvorima s temperaturama od 90°C ili čak i više, gdje bi drugi organizmi jednostavno umirali. Osjećajući se odlično u takvim uslovima, ovi jednoćelijski organizmi troše gvožđe i supstance koje sadrže sumpor, kao i brojne hemijska jedinjenja, otrovan za druge oblike života. Prema naučnicima, pronađene termofilne arhebakterije su izuzetno primitivni organizmi i, u evolucijskom smislu, bliski rođaci najstarijih oblika života na Zemlji.

Zanimljivo je da savremeni predstavnici sve tri grane života, najsličniji svojim precima, i dalje žive na mestima sa visokim temperaturama. Na osnovu toga, neki naučnici su skloni vjerovati da je, najvjerovatnije, život nastao prije oko 4 milijarde godina na dnu okeana u blizini toplih izvora, izbijajući potoke bogate metalima i visokoenergetskim supstancama. U interakciji jedni s drugima i sa vodom tada sterilnog okeana, ulazeći u razne kemijske reakcije, ova jedinjenja su dovela do temeljno novih molekula. Tako se desetinama miliona godina u ovoj „hemijskoj kuhinji” pripremalo najveće jelo – život. A prije oko 4,5 milijardi godina, na Zemlji su se pojavili jednoćelijski organizmi, čije se usamljeno postojanje nastavilo tokom pretkambrija.

Eksplozija evolucije koja je dovela do višećelijskih organizama dogodila se mnogo kasnije, prije nešto više od pola milijarde godina. Iako su mikroorganizmi toliko mali da jedna kap vode može sadržavati milijarde, opseg njihovog rada je ogroman.

Smatra se da u početku nije bilo slobodnog kiseonika u zemljinoj atmosferi i okeanima, a pod tim uslovima živeli su i razvijali se samo anaerobni mikroorganizmi. Poseban korak u evoluciji živih bića bila je pojava fotosintetskih bakterija, koje su, koristeći svjetlosnu energiju, pretvarale ugljični dioksid u spojeve ugljikohidrata koji su služili kao hrana drugim mikroorganizmima. Ako je prva fotosintetika proizvodila metan ili sumporovodik, tada su mutanti koji su se jednom pojavili počeli proizvoditi kisik tijekom fotosinteze. Kako se kisik akumulirao u atmosferi i vodama, anaerobne bakterije, za koje je štetan, zauzele su niše bez kisika.

Drevni fosili pronađeni u Australiji stari 3,46 milijardi godina otkrili su strukture za koje se vjeruje da su ostaci cijanobakterija, prvih fotosintetskih mikroorganizama. O nekadašnjoj dominaciji anaerobnih mikroorganizama i cijanobakterija svjedoče stromatoliti pronađeni u plitkim obalnim vodama nezagađenih slanih voda. Oblikom podsjećaju na velike gromade i predstavljaju zanimljivu zajednicu mikroorganizama koji žive u krečnjačkim ili dolomitnim stijenama nastalim kao rezultat njihovog životnog djelovanja. Na dubini od nekoliko centimetara od površine, stromatoliti su zasićeni mikroorganizmima: zapravo gornji sloj fotosintetske cijanobakterije koje proizvode kisik živi; nalaze se dublje bakterije koje su u određenoj mjeri tolerantne na kisik i ne zahtijevaju svjetlost; donji sloj sadrži bakterije koje mogu živjeti samo u nedostatku kisika. Smješteni u različitim slojevima, ovi mikroorganizmi čine sistem ujedinjen složenim odnosima među njima, uključujući i odnose s hranom. Iza mikrobnog filma nalazi se stijena nastala kao rezultat interakcije ostataka mrtvih mikroorganizama s kalcijevim karbonatom otopljenim u vodi. Naučnici vjeruju da kada na primitivnoj Zemlji nije bilo kontinenata i da su se iznad površine oceana uzdizali samo arhipelazi vulkana, plitke vode bile su prepune stromatolitima.

Kao rezultat aktivnosti fotosintetskih cijanobakterija, kisik se pojavio u oceanu, a otprilike 1 milijardu godina nakon toga počeo se akumulirati u atmosferi. Prvo, nastali kisik je stupio u interakciju sa željezom otopljenim u vodi, što je dovelo do pojave željeznih oksida, koji su se postepeno taložili na dnu. Tako su kroz milione godina, uz učešće mikroorganizama, nastala ogromna ležišta željezne rude iz koje se danas topi čelik.

Zatim, kada je glavnina željeza u okeanima oksidirana i više nije mogla vezati kisik, ono je pobjeglo u atmosferu u plinovitom obliku.

Nakon što su fotosintetske cijanobakterije stvorile određenu zalihu organske tvari bogate energijom iz ugljičnog dioksida i obogatile Zemljinu atmosferu kisikom, nastale su nove bakterije - aerobi, koji mogu postojati samo u prisustvu kisika. Kiseonik im je potreban za oksidaciju (sagorevanje) organskih jedinjenja, a značajan deo nastale energije pretvara se u biološki dostupan oblik – adenozin trifosfat (ATP). Ovaj proces je energetski veoma povoljan: anaerobne bakterije pri razgradnji jedne molekule glukoze dobijaju samo 2 molekula ATP-a, a aerobne bakterije koje koriste kiseonik dobijaju 36 molekula ATP-a.

Pojavom kiseonika dovoljnog za aerobni način života debitovale su i eukariotske ćelije koje za razliku od bakterija imaju jezgro i organele poput mitohondrija, lizozoma, a u algama i višim biljkama - hloroplaste, gde se odvijaju fotosintetske reakcije. Postoji zanimljiva i utemeljena hipoteza o nastanku i razvoju eukariota, koju je prije skoro 30 godina iznio američki istraživač L. Margulis. Prema ovoj hipotezi, mitohondrije koje funkcioniraju kao tvornice energije u eukariotskoj ćeliji su aerobne bakterije, a hloroplasti biljnih stanica u kojima se odvija fotosinteza su cijanobakterije, koje su primitivne amebe vjerojatno apsorbirale prije oko 2 milijarde godina. Kao rezultat obostrano korisnih interakcija, apsorbirane bakterije su postale unutrašnji simbionti i formirale stabilan sistem sa ćelijom koja ih je apsorbirala - eukariotsku ćeliju.

Proučavanja fosilnih ostataka organizama u stijenama različite geološke starosti pokazala su da su stotinama miliona godina nakon njihovog nastanka, eukariotski oblici života bili predstavljeni mikroskopskim sfernim jednoćelijskim organizmima poput kvasca, a njihov evolucijski razvoj tekao je vrlo sporo. tempo. Ali prije nešto više od milijardu godina pojavile su se mnoge nove vrste eukariota, što je označilo dramatičan skok u evoluciji života.

Prije svega, to je bilo zbog pojave spolne reprodukcije. A ako se bakterije i jednoćelijski eukarioti razmnožavaju stvaranjem genetski identičnih kopija samih sebe i bez potrebe za seksualnim partnerom, onda se spolna reprodukcija u visoko organiziranim eukariotskim organizmima događa na sljedeći način. Dvije haploidne polne ćelije roditelja, koje imaju jedan set hromozoma, spajaju se u zigotu koja ima dvostruki set hromozoma sa genima oba partnera, što stvara mogućnosti za nove kombinacije gena. Pojava seksualne reprodukcije dovela je do pojave novih organizama, koji su ušli u arenu evolucije.

Tri četvrtine cjelokupnog postojanja života na Zemlji predstavljali su isključivo mikroorganizmi, sve dok nije došlo do kvalitativnog skoka u evoluciji koji je doveo do pojave visoko organiziranih organizama, uključujući i čovjeka. Hajde da pratimo glavne prekretnice u istoriji života na Zemlji u silaznoj liniji.

Prije 1,2 milijarde godina dogodila se eksplozija evolucije, uzrokovana pojavom spolnog razmnožavanja i obilježena pojavom visoko organiziranih oblika života - biljaka i životinja.

Formiranje novih varijacija u mješovitom genotipu koje nastaje tokom polne reprodukcije manifestiralo se u vidu biodiverziteta novih životnih oblika.

Prije 2 milijarde godina pojavile su se složene eukariotske stanice kada su jednoćelijski organizmi zakomplikovali svoju strukturu apsorbirajući druge prokariotske stanice. Neke od njih - aerobne bakterije - pretvorile su se u mitohondrije - energetske stanice za disanje kisika. Druge - fotosintetske bakterije - počele su provoditi fotosintezu unutar ćelije domaćina i postale hloroplasti u algama i biljnim stanicama. Eukariotske ćelije, koje imaju ove organele i jasno različito jezgro koje sadrži genetski materijal, čine sve moderne složene oblike života - od kalupa do ljudi.

Prije 3,9 milijardi godina pojavili su se jednoćelijski organizmi koji su vjerovatno izgledali kao moderne bakterije i arhebakterije. I drevne i moderne prokariotske stanice imaju relativno jednostavnu strukturu: nemaju formirano jezgro i specijalizirane organele, njihova želeasta citoplazma sadrži DNK makromolekule - nosioce genetskih informacija i ribozome na kojima se odvija sinteza proteina, a na njima se proizvodi energija. citoplazmatska membrana koja okružuje ćeliju.

Prije 4 milijarde godina, RNK se misteriozno pojavila. Moguće je da je nastao od jednostavnijih organskih molekula koji su se pojavili na primitivnoj zemlji. Vjeruje se da su drevne molekule RNK imale funkciju nosioca genetskih informacija i proteinskih katalizatora, bile su sposobne za replikaciju (samo-duplikaciju), mutirale i bile podložne prirodnoj selekciji. U modernim ćelijama RNK nema ili ne ispoljava ova svojstva, ali igra vrlo važnu ulogu kao posrednik u prijenosu genetskih informacija od DNK do ribozoma, u kojima se odvija sinteza proteina.

A.L. Prokhorov
Zasnovano na članku Richarda Monasterskog
u časopisu National Geographic, 1998. br. 3

Iz arhive "Kontinenta"

Dobro je poznato da je naš svemir nastao prije oko 14 milijardi godina kao rezultat džinovske eksplozije poznate u nauci kao Veliki prasak. Nastanak Univerzuma „ni iz čega“ nije u suprotnosti s poznatim zakonima fizike: pozitivna energija tvari nastala nakon eksplozije je točno jednaka negativnoj energiji gravitacije, tako da je ukupna energija takvog procesa nula. Nedavno su naučnici raspravljali i o mogućnosti formiranja drugih univerzuma - "mjehurića". Svijet se, prema ovim teorijama, sastoji od beskonačnog broja svemira o kojima još uvijek ništa ne znamo. Zanimljivo je da se u trenutku eksplozije nije formirao samo trodimenzionalni prostor, već, što je veoma važno, vreme povezano sa prostorom. Vrijeme je razlog za sve promjene koje su se dogodile u svemiru nakon Velikog praska. Ove promene su se dešavale uzastopno, korak po korak kako se strelica vremena povećavala, i uključivale formiranje ogromnog broja galaksija (reda od 100 milijardi), zvezda (broj galaksija pomnožen sa 100 milijardi), planetarnih sistema i, na kraju, sam život, uključujući i inteligentni život. Da bi zamislili koliko zvijezda ima u svemiru, astronomi prave ovo zanimljivo poređenje: broj zvijezda u našem svemiru uporediv je s brojem zrna pijeska na svim plažama Zemlje, uključujući mora, rijeke i okeane. Univerzum zamrznut u vremenu bio bi nepromijenjen i malo interesantan i u njemu ne bi bilo razvoja, tj. sve one promjene koje su se kasnije dogodile i na kraju dovele do postojeće slike svijeta.

Naša galaksija je stara 12,4 milijarde godina, a naš solarni sistem 4,6 milijardi godina. Starost meteorita i najstarijih stijena na Zemlji je nešto manja od 3,8-4,4 milijarde godina. Prvi jednoćelijski organizmi, lišeni prokariotskih jezgara i zeleno-plavih bakterija, pojavili su se prije 3,0-3,5 milijardi godina. Ovo su najjednostavniji biološki sistemi, sposobni da formiraju proteine, lance aminokiselina koji se sastoje od osnovnih elemenata života C, H, O, N, S i vodećih nezavisna slikaživot. Jednostavne zeleno-plave "alge", tj. vodene biljke bez vaskularnog tkiva i „arhebakterije“ ili stare bakterije (koje se koriste za pripremu lijekova) i dalje su važan dio naše biosfere. Ove bakterije su prva uspješna adaptacija života na Zemlji. Zanimljivo je da zeleno-plave bakterije i drugi prokarioti ostaju gotovo nepromijenjeni milijardama godina, dok se izumrli dinosauri i druge vrste nikada više ne mogu roditi, jer uslovi na Zemlji su se uveliko promijenili i oni više ne mogu proći kroz sve faze razvoja kroz koje su prošli tih dalekih godina. Ako iz ovog ili onog razloga život na Zemlji prestane (zbog sudara sa ogromnim meteoritom, kao rezultat eksplozije supernove u blizini Sunčevog sistema, ili našeg vlastitog samouništenja), ne može ponovo početi u istom oblik, jer su sadašnji uslovi fundamentalno drugačiji od onih koji su bili pre oko četiri milijarde godina (na primer, prisustvo slobodnog kiseonika u atmosferi, kao i promene u Zemljinoj fauni). Evolucija, jedinstvena u svojoj suštini, više se ne može ponoviti u istom obliku i proći kroz sve faze kroz koje je prošla u proteklih milijardi godina. Dr Pejson iz Nacionalne laboratorije Los Alamos u SAD izneo je veoma zanimljivu ideju o ulozi evolucije u organizaciji sistema živih struktura: „Život je niz molekularnih interakcija. Ako otkrijemo drugi princip osim evolucije u biologiji, naučit ćemo stvarati žive sisteme u laboratoriji i tako razumjeti mehanizam nastanka života.” Razlog zašto ne možemo u laboratoriji izvršiti transformaciju vrsta (npr. muva Drosophila u neku drugu vrstu) je taj što su u prirodnim uslovima za to bili potrebni milioni godina, a danas ne znamo ni jedan drugi princip kako to izazvati transformacija.

Kako se broj prokariota povećavao, oni su "izmislili" fenomen fotosinteze, tj. složeni lanac kemijskih reakcija u kojima se energija sunčeve svjetlosti, zajedno s ugljičnim dioksidom i vodom, pretvara u kisik i glukozu. U biljkama se fotosinteza odvija u hloroplastima, koji se nalaze u njihovim listovima, što rezultira atmosferskim kisikom. Atmosfera zasićena kiseonikom pojavila se prije 2-2,5 milijarde. Eukarioti, višećelijske ćelije koje sadrže jezgro sa genetskom informacijom, kao i organele, formirane su prije 1-2 milijarde godina. Organele se nalaze u prokariotskim ćelijama, kao iu životinjskim i biljnim ćelijama. DNK je genetski materijal svake žive ćelije koja sadrži nasljedne informacije. Nasljedni geni nalaze se na hromozomima, koji sadrže proteine ​​vezane za DNK. Svi organizmi – bakterije, flora i fauna – uprkos ogromnoj raznolikosti vrsta, imaju zajedničko porijeklo, tj. imaju zajedničkog pretka. Drvo života sastoji se od tri glavne grane - Bakterije, Arheje, Eukarije. Posljednja grupa uključuje cijeli biljni i životinjski svijet. Svi poznati živi organizmi proizvode proteine ​​koristeći samo 20 osnovnih aminokiselina (iako je ukupan broj aminokiselina u prirodi 70), a koriste i isti energetski molekul ATP za skladištenje energije u stanicama. Oni također koriste DNK molekule za prenošenje gena s jedne generacije na drugu. Gen je osnovna jedinica naslijeđa, dio DNK koji sadrži informacije potrebne za sintezu proteina. Razni organizmi imaju slične gene koji mogu biti podvrgnuti mutaciji ili poboljšati tokom duge evolucije. Od bakterija do ameba i od amebe do ljudi, geni su odgovorni za karakteristike organizama i poboljšanje vrsta, dok proteini podržavaju život. Svi živi organizmi koriste DNK da prenesu svoje gene na sljedeću generaciju. Genetske informacije se prenosi sa DNK na protein putem složenog lanca transformacija preko RNK, koja je slična DNK, ali se od nje razlikuje po svojoj strukturi. U lancu transformacija hemija®biologija®život sintetiše se organski molekul. Biolozi su dobro svjesni svih ovih transformacija. Najnevjerovatniji od njih je dešifriranje genetskog koda (The Human Genome Project), koji zadivljuje maštu i složenošću i savršenstvom. Genetski kod je univerzalan za sve tri grane drveta života.

Najzanimljivije pitanje na koje neko čovječanstvo traži odgovor kroz svoju historiju je kako je nastao prvi život, a posebno da li je nastao na Zemlji ili je donio iz međuzvjezdanog medija uz pomoć meteorita. Svi osnovni molekuli života, uključujući aminokiseline i DNK, također se nalaze u meteoritima. Teorija usmjerene panspermije sugerira da je život nastao u međuzvjezdanom prostoru (pitam se gdje?) i migrira kroz ogroman prostor, ali ova teorija ne može objasniti kako život može preživjeti u teškim uvjetima svemira (opasna radijacija, niske temperature, nedostatak atmosfere itd. .). Naučnici podržavaju teoriju da su prirodni, iako primitivni uslovi na Zemlji doveli do formiranja jednostavnih organskih molekula, kao i do razvoja oblika različite hemijske aktivnosti, što je na kraju pokrenulo drvo života. Veoma zanimljiv eksperiment Miller i Urey, provedeni 1953. godine, dokazali su stvaranje složenih organskih molekula (aldehida, karboksila i aminokiselina) propuštanjem snažnog električnog pražnjenja - analoga munje u prirodnim uvjetima - kroz mješavinu plinova CH4, NH3, H2O , H2, koji su bili prisutni u primarnoj atmosferi Zemlje. Ovaj eksperiment je pokazao da su osnovne hemijske komponente života, tj. biološki molekuli mogu se prirodno formirati simulacijom primitivnih uslova na Zemlji. Međutim, nisu otkriveni nikakvi oblici života, uključujući polimerizaciju molekula DNK, koji bi, po svemu sudeći, mogli nastati samo kao rezultat dugotrajne evolucije.

U međuvremenu su se počele pojavljivati ​​složenije strukture, ogromne ćelije - organi i velike žive formacije koje se sastoje od miliona i milijardi ćelija (na primjer, osoba se sastoji od deset triliona ćelija). Složenost sistema zavisila je od protoka vremena i dubine prirodne selekcije, koja je očuvala vrste koje su bile najprilagođenije novim životnim uslovima. Iako su se svi jednostavni eukarioti razmnožavali fisijom, seksualnim odnosom nastali su složeniji sistemi. U drugom slučaju, svaka nova ćelija uzima polovinu gena od jednog roditelja, a drugu polovinu od drugog.

Život veoma dugo dug period njegove istorije (skoro 90%) postojao je u mikroskopskim i nevidljivim oblicima. Prije otprilike 540 miliona godina počelo je potpuno novo revolucionarno razdoblje, poznato u nauci kao Kambrijska era. Ovo je period brze pojave ogromnog broja višećelijskih vrsta sa tvrdom ljuskom, kosturom i moćnom ljuskom. Pojavile su se prve ribe i kralježnjaci, biljke iz okeana su počele da migriraju širom Zemlje. Prvi insekti i njihovi potomci doprinijeli su širenju životinjskog svijeta po Zemlji. Insekti s krilima, vodozemci, prva stabla, gmizavci, dinosaurusi i mamuti, prve ptice i prvi cvjetovi su se počeli pojavljivati ​​sukcesivno (dinosaurusi su nestali prije 65 miliona godina, očigledno zbog džinovskog sudara Zemlje sa masivnim meteoritom). Zatim je došao period delfina, kitova, ajkula i primata, predaka majmuna. Prije otprilike 3 miliona godina stvorenja su bila neobično velika i moćna razvijen mozak, hominidi (prvi preci ljudi). Pojava prvog čovjeka (homo sapiens) datira prije 200.000 godina. Prema nekim teorijama, pojava prvog čovjeka, koji se kvalitativno razlikuje od svih ostalih vrsta životinjskog svijeta, može biti rezultat snažne mutacije hominida, koji je bio izvor formiranja novog alela (alela) - modifikovani oblik jednog od gena. Pojava modernog čovjeka datira prije otprilike 100.000 godina, istorijski i kulturni dokazi naše istorije ne prelaze 3000-74000 godina, ali smo tehnološki napredna civilizacija postali tek nedavno, tek prije 200 godina!

Život na Zemlji je proizvod biološke evolucije koja datira otprilike 3,5 milijardi godina. Pojava života na Zemlji rezultat je velikog broja povoljnim uslovima– astronomske, geološke, hemijske i biološke. Svi živi organizmi, od bakterija do ljudi, imaju zajedničkog pretka i sastoje se od nekoliko osnovnih molekula koji su zajednički svim objektima u našem svemiru. Glavna svojstva živih organizama su da reagiraju, rastu, reprodukuju i prenose informacije s jedne generacije na drugu. Mi, zemaljska civilizacija, uprkos svojoj mladosti, postigli smo mnogo: savladali smo atomsku energiju, dešifrovali ljudski genetski kod, stvorili složene tehnologije, počeli eksperimentisati u oblasti genetskog inženjeringa (sintetičkog života), bavimo se kloniranjem, i rade na povećanju našeg životnog vijeka (i danas naučnici raspravljaju o mogućnosti povećanja očekivanog životnog vijeka na 800 godina ili više), počeli su letjeti u svemir, izumili kompjutere i čak pokušavaju uspostaviti kontakt s vanzemaljskom civilizacijom (SETI program, Pretraga za vanzemaljsku inteligenciju). Jer druga civilizacija će proći potpuno drugačiji put razvoja, biće potpuno drugačija od naše. U tom smislu, svaka civilizacija je jedinstvena na svoj način - možda je to jedan od razloga zašto je SETI program bio neuspješan. Počeli smo da se miješamo u svetinju, tj. u procese koji bi u prirodnom okruženju trajali milione i milione godina.

Da bismo bolje razumeli koliko smo mladi, pretpostavimo da je ukupna istorija Zemlje godinu dana i da je naša istorija počela 1. januara. U ovoj skali, prokarioti i plavo-zelene bakterije pojavili su se već 1. juna, što je ubrzo dovelo do oksigenirane atmosfere. Kambrionska era počela je 13. novembra. Dinosaurusi su živeli na Zemlji od 13. decembra do 26. decembra, a prvi hominidi su se pojavili 31. decembra popodne. Do Nove godine, mi, već moderni ljudi, poslali smo prvu poruku u svemir - u drugi dio naše Galaksije. Samo za oko 100.000 godina (ili za 15 minuta na našoj skali) naša poruka (još niko nije pročitana) napustit će našu galaksiju i pojuriti u druge galaksije. Hoće li se ikada pročitati? Nećemo znati. Najvjerovatnije ne.

Ne samo da bi bile potrebne milijarde godina da se civilizacija slična našoj pojavi u drugom dijelu Univerzuma. Važno je da takva civilizacija ima dovoljno vremena za svoj razvoj i transformaciju u tehnološku, a što je najvažnije da se ne uništi (to je još jedan razlog zašto ne možemo pronaći drugu civilizaciju, iako je tražimo više od 50 godina). godine: može propasti prije nego što uspije postati tehnološka). Naša tehnologija može imati štetan uticaj na atmosferu. Već danas smo zabrinuti zbog pojave ozonskih rupa u našoj atmosferi, koje su se jako povećale u posljednjih 50 godina (ozon je troatomski molekul kisika, koji je, općenito, otrov). To je rezultat naše tehnološke aktivnosti. Ozonska školjka nas štiti od opasnog ultraljubičastog zračenja Sunca. Takvo zračenje, u prisustvu ozonskih rupa, dovešće do povećanja temperature Zemlje i, kao rezultat, do globalnog zagrevanja. Površina Marsa danas je sterilna zbog odsustva ozonskog omotača. U proteklih 20 godina, ozonska rupa u Zemljinoj atmosferi narasla je do veličine velikog kontinenta. Povećanje temperature od čak 2 stepena dovešće do topljenja leda, porasta nivoa okeana, kao i njihovog isparavanja i opasnog povećanja ugljen-dioksida u atmosferi. Tada će doći do novog zagrijavanja atmosfere, a taj proces će se nastaviti sve dok sva mora i okeani ne ispare (naučnici ovu pojavu nazivaju odbjeglim efektom staklene bašte). Nakon isparavanja okeana, količina ugljičnog dioksida u atmosferi će se povećati za oko 100.000 puta i iznositi oko 100%, što će dovesti do potpunog i nepovratnog uništenja ne samo ozonskog omotača Zemljine atmosfere, već i sav život na Zemlji. Ovaj razvoj događaja već se desio u istoriji našeg Sunčevog sistema na Veneri. Prije 4 milijarde godina, uslovi na Veneri bili su bliski onima na Zemlji i, možda, tamo je čak bilo života, jer... Sunce u tim dalekim vremenima nije sijalo tako jako (poznato je da se intenzitet sunčevog zračenja postepeno povećava). Moguće je da je život sa Venere migrirao na Zemlju, a sa Zemlje, kako se sunčevo zračenje povećava, migrira na Mars, iako je, po svemu sudeći, takav razvoj malo vjerojatan zbog problema migracije živih ćelija kroz svemir. Količina ugljičnog dioksida u atmosferi Venere danas iznosi 98%, a atmosferski pritisak je skoro sto puta veći nego na Zemlji. Možda je ovo rezultat globalno zagrijavanje i isparavanje Venerinih okeana. Venera i Mars nas uče važnu lekciju, tj. danas znamo šta se može dogoditi našoj planeti ako se ne preduzmu mjere. Drugi problem je vezan za povećanje sunčeve radijacije, što će u konačnici uzrokovati nepovratni efekat staklene bašte na Zemlji sa poznatim rezultatom.

Naš razvoj je eksponencijalan i ubrzan. Zemljina populacija se udvostručuje svakih 40 godina i povećala se sa otprilike 200 hiljada na 6 milijardi u proteklih 2000 godina. Međutim, zar takav brzi razvoj ne sadrži sjeme opasnosti za naše postojanje? Hoćemo li uništiti našu civilizaciju? Hoćemo li imati vremena da postanemo visoko razvijena civilizacija i shvatimo našu istoriju? Hoćemo li moći da odletimo duboko u svemir i pronađemo drugu civilizaciju poput naše? Prema Ajnštajnu, najneverovatnija stvar na svetu je da je svet poznat. Možda je to jedna od najintrigantnijih karakteristika ljudske civilizacije - sposobnost otkrivanja tajni svijeta. Možemo razumjeti svijet u kojem živimo i razumjeti zakone koji njime upravljaju. Međutim, zašto ovi zakoni postoje? Zašto je brzina svjetlosti, na primjer, jednaka 300.000 km/sec ili zašto je dobro poznati broj i u matematici (odnos obima kruga i njegovog prečnika) tačno 3,14159...? Američki fizičar A. Michelson primio nobelova nagrada za mjerenje brzine svjetlosti s neviđenom preciznošću (da vas podsjetim da je ovo gigantska vrijednost: krećući se takvom brzinom našli bismo se na Mjesecu za otprilike jednu sekundu, na Suncu za 8 minuta, a u središtu galaksija za 28.000 godina). Drugi primjer je da je za dekodiranje genetskog koda, koji se sastoji od 30 miliona komada, svaki dug 500-600 slova, bilo potrebno 15 godina rada koristeći složene programe i kompjutere. Ispostavilo se da je dužina čitavog koda jednaka dužini od 100 miliona slova. Ovo otkriće je napravljeno na prijelazu dva milenijuma i pokazalo je da možemo biti u stanju liječiti bolesti bilo koje složenosti ispravljanjem grešaka u odgovarajućem dijelu oštećenog gena. Matematičari su uz pomoć brzih kompjutera izračunali broj I sa neverovatnom tačnošću do triliona decimala kako bi znali njegovu tačnu vrednost i opisali ovaj broj nekom jednostavnom formulom. Ko je smislio ove brojke i zašto su to što jesu? Kako je genetski kod mogao biti tako savršen? Kako su fizičke konstante povezane s našim svemirom? Naravno, oni odražavaju geometrijsku strukturu našeg svemira i, očigledno, imaju različita značenja različiti univerzumi. To danas ne znamo, kao ni mnoge druge stvari. Ali trudimo se da pronađemo opšti zakoni našeg svijeta ili čak jednog zakona iz kojeg bi se mogli izvesti svi drugi zakoni u konkretnom slučaju, a takođe, što je vrlo važno, razumjeti značenje svjetskih konstanti. Takođe ne znamo da li je naše postojanje povezano sa ispunjavanjem neke vrste misije.

Ali vratimo se našoj istoriji i našoj evoluciji. Da li se završilo i šta znači? Šta će biti sa nama za milione godina, ako, naravno, uspemo da rešimo svoje tehnološke probleme i ne uništimo sami sebe? Šta znači pojavljivanje u našoj istoriji tako briljantnih ličnosti kao što su Ajnštajn, Šekspir ili Mocart? Da li je moguće imati novu mutaciju i stvoriti drugu savršeniju vrstu od ljudi? Može li ova nova vrsta riješiti probleme svemira i dati smisao našoj istoriji? Otkrili smo zakone i izmjerili svjetske konstante sa zadivljujućom preciznošću, ali ne razumijemo zašto su takve kakve jesu ili kakva je njihova uloga u svemiru. Kada bi se te konstante samo malo promijenile, onda bi cijela naša istorija izgledala drugačije. Uprkos svoj složenosti i misteriji genetskog koda, misterije samog Univerzuma izgledaju beskrajne. Koja je suština ovih misterija i hoćemo li ih moći dešifrirati? Naravno da ćemo se promijeniti. Ali kako? Da li smo mi najviša i poslednja karika u dugoj istoriji našeg razvoja? Da li je naša istorija rezultat nekog genijalnog plana ili je jednostavno rezultat stotina i hiljada povoljnih uslova koje je omogućilo vreme i duga evolucija? Nema sumnje da nema granica našem razvoju i da je beskrajan, kao što je i svijet beskrajan, koji se sastoji od miliona i miliona univerzuma koji se neprestano uništavaju i iznova formiraju.

Ilja Gulkarov, profesor, doktor fizičko-matematičkih nauka, Čikago
18. juna 2005