Wie konnte Leben auf der Erde entstehen? Wann entstand das Leben auf der Erde oder endete unsere Evolution? Materie als objektive Realität

Ursprung des Lebens auf der Erde

Das Problem der Entstehung des Lebens hat mittlerweile einen unwiderstehlichen Reiz für die ganze Menschheit erlangt. Es zieht nicht nur die Aufmerksamkeit von Wissenschaftlern aus verschiedenen Ländern und Fachrichtungen auf sich, sondern ist im Allgemeinen für alle Menschen auf der ganzen Welt von Interesse. Es ist heute allgemein anerkannt, dass die Entstehung des Lebens auf der Erde ein natürlicher Prozess war, der der wissenschaftlichen Forschung durchaus zugänglich ist. Dieser Prozess basierte auf der Entwicklung von Kohlenstoffverbindungen, die im Universum lange vor der Entstehung unseres Sonnensystems stattfand und sich erst während der Entstehung des Planeten Erde fortsetzte - während der Bildung seiner Kruste, Hydrosphäre und Atmosphäre.

Seit Anbeginn des Lebens befindet sich die Natur in ständiger Entwicklung. Der Evolutionsprozess dauert Hunderte von Millionen Jahren an und sein Ergebnis ist eine Vielfalt von Lebensformen, die in vielerlei Hinsicht noch nicht vollständig beschrieben und klassifiziert sind.

Die Frage nach dem Ursprung des Lebens ist schwer zu untersuchen, denn wenn die Wissenschaft die Probleme der Entwicklung als eine qualitativ neue Hervorbringung angeht, findet sie sich an der Grenze ihrer Möglichkeiten als ein auf Beweisen und experimenteller Überprüfung basierender Kulturzweig wieder Aussagen.

Wissenschaftler können heute den Prozess der Entstehung des Lebens nicht mehr mit der gleichen Genauigkeit reproduzieren wie vor mehreren Milliarden Jahren. Selbst das sorgfältigste Experiment wird nur ein Modellexperiment sein, ohne eine Reihe von Faktoren, die das Erscheinen des Lebens auf der Erde begleitet haben. Die Schwierigkeit liegt in der Unmöglichkeit, ein direktes Experiment zur Entstehung des Lebens durchzuführen (die Einzigartigkeit dieses Prozesses verhindert die Verwendung der wichtigsten wissenschaftlichen Methode).

Die Frage nach dem Ursprung des Lebens ist nicht nur an sich interessant, sondern auch wegen ihres engen Zusammenhangs mit dem Problem des Unterschieds zwischen Lebenden und Unbelebten sowie mit dem Zusammenhang mit dem Problem der Evolution des Lebens.

Kapitel 1. Was ist Leben? Der Unterschied zwischen lebend und nicht lebend.

Um die Evolutionsmuster der organischen Welt auf der Erde zu verstehen, ist es notwendig, ein allgemeines Verständnis der Evolution und der grundlegenden Eigenschaften von Lebewesen zu haben. Dazu ist es notwendig, Lebewesen in Bezug auf einige ihrer Merkmale zu charakterisieren und die wichtigsten Ebenen der Lebensorganisation hervorzuheben.

Früher glaubte man, dass Lebewesen von nicht lebenden Dingen durch Eigenschaften wie Stoffwechsel, Mobilität, Reizbarkeit, Wachstum, Fortpflanzung und Anpassungsfähigkeit unterschieden werden können. Aber die Analyse zeigte, dass alle diese Eigenschaften einzeln auch in der unbelebten Natur zu finden sind und daher nicht als spezifische Eigenschaften der Lebenden betrachtet werden können. In einem der letzten und erfolgreichsten Versuche zeichnen sich Lebewesen durch folgende Merkmale aus, die von B. M. Mednikov in Form von Axiomen der theoretischen Biologie formuliert wurden:

Alle lebenden Organismen erweisen sich als die Einheit des Phänotyps a und des Programms zu seiner Konstruktion (Genotyp), das von Generation zu Generation vererbt wird (Axiome von A. Weisman).

Das genetische Programm ist matrixartig aufgebaut. Als Matrix, auf der das Gen der zukünftigen Generation aufgebaut ist, wird das Gen der vorherigen Generation verwendet (Axiome von N. K. Koltsov).

Bei der Übertragung von Generation zu Generation ändern sich genetische Programme aus verschiedenen Gründen zufällig und ungerichtet, und nur zufällig können solche Änderungen in einer bestimmten Umgebung erfolgreich sein (das 1. Axiom von Charles Darwin).

Zufällige Änderungen in genetischen Programmen während der Bildung des Phänotyps a werden um ein Vielfaches multipliziert (Axiome a von N. V. Timofeev-Resovsky).

Immer wieder verstärkte Veränderungen in genetischen Programmen unterliegen der Selektion durch Umweltbedingungen (das 2. Axiom von Ch. Darwin).

„Diskretion und Integrität sind zwei grundlegende Eigenschaften der Organisation des Lebens auf der Erde. Lebewesen in der Natur sind relativ isoliert voneinander (Individuen, Populationen, Arten). Jedes Individuum eines vielzelligen Tieres besteht aus Zellen, und alle Zellen und einzelligen Lebewesen bestehen aus bestimmten Organellen. Organellen bestehen aus diskreten makromolekularen organischen Substanzen, die wiederum aus diskreten Atomen und Elementarteilchen bestehen. Gleichzeitig ist eine komplexe Organisation ohne das Zusammenspiel ihrer Teile und Strukturen nicht denkbar – ohne Integrität.

Die Integrität biologischer Systeme unterscheidet sich qualitativ von der Integrität der Nicht-Lebenden und vor allem darin, dass die Integrität der Lebenden im Entwicklungsprozess erhalten bleibt. Lebende Systeme sind offene Systeme, sie tauschen ständig Materie und Energie mit der Umwelt aus. Sie zeichnen sich durch negative Entropie (Zunahme der Ordnung) aus, die offenbar im Verlauf der organischen Evolution zunimmt. Es ist wahrscheinlich, dass sich die Fähigkeit zur Selbstorganisation der Materie in den Lebenden manifestiert.

„Unter lebenden Systemen gibt es keine zwei identischen Individuen, Populationen und Arten. Diese Einzigartigkeit der Manifestation der Diskretion und Integrität des Lebendigen basiert auf dem bemerkenswerten Phänomen der kovarianten Reduktion.

Die kovariante Reduplikation (Selbstreproduktion mit Änderungen), die auf der Grundlage des Matrixprinzips (der Summe der ersten drei Axiome) durchgeführt wird, ist anscheinend die einzige Eigenschaft des Lebens (in Form seiner uns bekannten Existenz). Erde). Es basiert auf der einzigartigen Fähigkeit, die wichtigsten Kontrollsysteme (DNA, Chromosomen und Gene) selbst zu reproduzieren."

„Leben ist eine der Daseinsformen der Materie, die unter bestimmten Bedingungen im Prozess ihrer Entwicklung natürlich entsteht.“

Also, was ist Leben und wie unterscheidet es sich von Nicht-Leben? Die genaueste Definition des Lebens wurde vor etwa 100 Jahren von F. Engels gegeben: "Das Leben ist eine Daseinsweise von Eiweißkörpern, und diese Daseinsweise besteht wesentlich in der ständigen Selbsterneuerung der chemischen Bestandteile dieser Körper." Der Begriff „Eiweiß“ war damals noch nicht ganz genau definiert und wurde meist dem Protoplasma als Ganzes zugeschrieben. Engels erkannte die Unvollständigkeit seiner Definition und schrieb: „Unsere Definition des Lebens ist natürlich sehr unzureichend, da sie bei weitem nicht alle Phänomene des Lebens abdeckt, sondern sich im Gegenteil auf die allgemeinsten und einfachsten beschränkt sie ... Um eine wirklich erschöpfende Vorstellung vom Leben zu bekommen, müssten wir alle Formen seiner Manifestation verfolgen, von den niedrigsten bis zu den höchsten.

Darüber hinaus gibt es einige grundlegende Unterschiede zwischen dem Lebenden und dem Nichtlebenden in materieller, struktureller und funktionaler Hinsicht. In materieller Hinsicht umfasst die Zusammensetzung der Lebewesen notwendigerweise hochgeordnete makromolekulare organische Verbindungen, die als Biopolymere bezeichnet werden - Proteine und Nukleinsäuren (DNA und RNA). Strukturell unterscheiden sich Lebewesen von Nicht-Lebewesen in ihrer Zellstruktur. Funktionell sind lebende Körper durch die Reproduktion ihrer selbst gekennzeichnet. Stabilität und Reproduktion existieren auch in nicht lebenden Systemen. Aber in lebenden Körpern gibt es einen Prozess der Selbstreproduktion. Nicht etwas reproduziert sie, sondern sie selbst. Dies ist ein grundlegend neuer Moment.

Außerdem unterscheiden sich lebende Körper von nicht lebenden durch den Stoffwechsel, die Fähigkeit zu wachsen und sich zu entwickeln, die aktive Regulierung ihrer Zusammensetzung und Funktionen, die Fähigkeit, sich zu bewegen, Reizbarkeit, Anpassungsfähigkeit an die Umwelt usw. Eine wesentliche Eigenschaft von das leben ist tätigkeit, tätigkeit. „Alle Lebewesen müssen entweder handeln oder untergehen. Die Maus muss in ständiger Bewegung sein, der Vogel muss fliegen, der Fisch muss schwimmen und sogar die Pflanze muss wachsen.“

Leben ist nur unter bestimmten physikalischen und chemischen Bedingungen (Temperatur, Vorhandensein von Wasser, einer Reihe von Salzen usw.) möglich. Der Stillstand von Lebensvorgängen, beispielsweise beim Trocknen von Saatgut oder Tiefkühlen von Kleinlebewesen, führt jedoch nicht zu einem Verlust der Lebensfähigkeit. Wenn die Struktur intakt bleibt, gewährleistet sie die Wiederherstellung lebenswichtiger Prozesse bei der Rückkehr zu normalen Bedingungen.

Eine streng wissenschaftliche Unterscheidung zwischen Lebendigem und Unbelebtem stößt jedoch auf gewisse Schwierigkeiten. So haben beispielsweise Viren außerhalb der Zellen eines anderen Organismus keine der Eigenschaften eines lebenden Organismus. Sie haben einen erblichen Apparat, aber ihnen fehlen die wichtigsten für den Stoffwechsel notwendigen Enzyme, und deshalb können sie nur wachsen und sich vermehren, indem sie in die Zellen des Wirtsorganismus eindringen und dessen Enzymsysteme nutzen. Je nachdem, welches Merkmal wir für wichtig halten, klassifizieren wir Viren als lebende Systeme oder nicht.

Wenn wir also alles oben Gesagte zusammenfassen, werden wir eine Definition des Lebens geben:

„Leben ist der Prozess der Existenz biologischer Systeme (z. B. einer Zelle, eines Organismus, einer Pflanze, eines Tieres), die auf komplexen organischen Substanzen beruhen und in der Lage sind, sich selbst zu reproduzieren und dadurch ihre Existenz aufrechtzuerhalten der Austausch von Energie, Materie und Informationen mit der Umwelt.“

Kapitel 2. Konzepte des Ursprungs des Lebens.

a) Die Idee der spontanen Entstehung.

Zunächst existierte das Problem der Entstehung des Lebens in der Wissenschaft überhaupt nicht, weil die Wissenschaftler der Antike die Möglichkeit der ständigen Erzeugung des Lebendigen aus dem Nichtlebenden einräumten. Der große Aristoteles (4. Jahrhundert v. Chr.) hatte keine Zweifel an der spontanen Zeugung von Fröschen. Der Philosoph Plotin argumentierte im 3. Jahrhundert v. Chr., dass Lebewesen im Prozess des Zerfalls spontan im Boden entstehen. Diese Idee der spontanen Erzeugung von Organismen schien vielen Generationen unserer entfernten Vorfahren offenbar sehr überzeugend zu sein, da sie viele Jahrhunderte lang bis zum 17. Jahrhundert unverändert existierte.

b) Die Vorstellung vom Ursprung des Lebens nach dem Prinzip „das Lebendige – vom Lebendigen“.

Im 17. Jahrhundert zeigten die Experimente des toskanischen Arztes Francesco Redi, dass ohne Fliegen keine Würmer in verrottendem Fleisch zu finden wären, und wenn organische Lösungen gekocht würden, könnten darin überhaupt keine Mikroorganismen entstehen. Und erst in den 60er Jahren. Der französische Wissenschaftler Louis Pasteur aus dem 19. Jahrhundert zeigte in seinen Experimenten, dass Mikroorganismen nur deshalb in organischen Lösungen vorkommen, weil der Keim dort früher eingeschleppt wurde.

Somit hatten Pasteurs Experimente eine doppelte Bedeutung -

Sie bewiesen die Widersprüchlichkeit des Konzepts der spontanen Erzeugung von Leben.

Sie begründeten die Idee, dass alle modernen Lebewesen nur von Lebewesen stammen.

c) Die Vorstellung vom kosmischen Ursprung des Lebens.

Etwa zur gleichen Zeit, als Pasteur seine Experimente demonstrierte, entwickelte der deutsche Wissenschaftler G. Richter die Theorie, Lebewesen aus dem Weltraum auf die Erde zu bringen. Er argumentierte, dass die Embryonen zusammen mit kosmischem Staub und Meteoriten auf die Erde gelangen und die Evolution von Lebewesen einleiten könnten, die die ganze Vielfalt des irdischen Lebens hervorbrachte. Dieses Konzept wurde das Konzept der Panspermie genannt. Es wurde von Wissenschaftlern wie G. Helmholtz, W. Thompson geteilt, was zu seiner weiten Verbreitung in wissenschaftlichen Kreisen beitrug. Sie erhielt jedoch keinen wissenschaftlichen Beweis, da primitive Organismen oder Embryonen unter dem Einfluss von ultravioletten Strahlen und kosmischer Strahlung sterben müssten.

d) Hypothese von A. I. Oparin.

1924 wurde das Buch "Der Ursprung des Lebens" des sowjetischen Wissenschaftlers A. I. Oparin veröffentlicht, in dem er experimentell bewies, dass organische Substanzen unter Einwirkung von elektrischen Ladungen, thermischer Energie und ultravioletten Strahlen auf Gasgemische, die Wasserdampf enthalten, abiogen gebildet werden können. Ammoniak, Methan usw. Unter dem Einfluss verschiedener natürlicher Faktoren führte die Entwicklung von Kohlenwasserstoffen zur Bildung von Aminosäuren, Nukliden und ihren Polymeren, was mit zunehmender Konzentration organischer Substanzen in der Primärbrühe der Hydrosphäre dazu beitrug die Bildung von kolloidalen Systemen, den sogenannten Koazervaten, die sich von der Umgebung abheben und eine ungleiche innere Struktur haben Sie reagieren unterschiedlich auf die äußere Umgebung. Die Umwandlung von Kohlenstoffverbindungen in der chemischen Evolutionsperiode wurde durch die Atmosphäre mit ihren reduzierenden Eigenschaften erleichtert, die dann begann, oxidierende Eigenschaften anzunehmen, die für die heutige Atmosphäre charakteristisch sind.

Hypothese und Oparin trugen zur konkreten Untersuchung des Ursprungs der einfachsten Lebensformen bei. Es legte den Grundstein für die physikalisch-chemische Modellierung der Prozesse der Bildung von Aminosäuremolekülen, Nukleinbasen und Kohlenwasserstoffen unter den Bedingungen der angenommenen Primäratmosphäre der Erde.

e) Moderne Konzepte zur Entstehung des Lebens.

Heute wird das Problem der Entstehung des Lebens von einer breiten Front verschiedener Wissenschaften untersucht. Je nachdem, welche grundlegendste Eigenschaft des Lebewesens untersucht wird und in dieser Studie vorherrscht (Substanz, Information, Energie), können alle modernen Konzepte der Entstehung des Lebens bedingt unterteilt werden in:

Das Konzept des Substratursprungs des Lebens (es wird von Biochemikern unter der Leitung von A. I. Oparin eingehalten).

Das Konzept des Energieursprungs. Es wird von führenden synergetischen Wissenschaftlern I. Prigozhin, M. Eigen entwickelt.

Das Konzept der Informationsherkunft. Es wurde von A. N. Kolmogorov, A. A. Lyapunov, D. S. Chernavsky entwickelt.

Das Konzept des Genursprungs.

Der Autor dieses Konzepts ist der amerikanische Genetiker G. Meller. Er räumt ein, dass ein lebendes, vermehrungsfähiges Molekül plötzlich, zufällig durch das Zusammenwirken einfachster Substanzen entstehen könnte. Er glaubt, dass die elementare Einheit der Vererbung – das Gen – auch die Grundlage des Lebens ist. Und Leben in Form eines Gens entstand seiner Meinung nach durch eine zufällige Kombination von Atomgruppen und Molekülen, die in den Gewässern des Primärozeans existierten. Aber die mathematischen Berechnungen dieses Konzepts zeigen die völlige Unwahrscheinlichkeit eines solchen Ereignisses.

F. Engels war einer der ersten, der darauf hinwies, dass das Leben nicht plötzlich entstand, sondern im Laufe eines langen Weges der evolutionären Entwicklung der Materie entstand. Der evolutionären Idee liegt die Hypothese einer komplexen, mehrstufigen Entwicklung der Materie zugrunde, die der Entstehung des Lebens auf der Erde vorausging.

Moderne Biologen beweisen, dass es keine universelle Formel des Lebens gibt (das heißt, eine, die seine Essenz vollständig widerspiegelt) und es auch nicht geben kann. Ein solches Verständnis setzt eine historische Herangehensweise an biologisches Wissen als ein Verständnis des Wesens des Lebens voraus, in dessen Verlauf sich die Vorstellungen vom Ursprung des Lebens und die Vorstellungen über die Formen, in denen solches Wissen möglich ist, verändert haben.

Bioenergie-Informationsaustausch als Grundlage für die Entstehung von Leben.

Eines der neuesten Konzepte zur Entstehung des Lebens auf der Erde ist das Konzept des Bioenergie-Informationsaustauschs. Das Konzept des Bioenergie-Informationsaustausches entstand im Bereich der Biophysik, Bioenergetik und Ökologie im Zusammenhang mit den neuesten Errungenschaften auf diesen Wissenschaftsgebieten. Der Begriff Bioenergoinformatik wurde vom Doktor der Technischen Wissenschaften, Professor an der Moskauer Staatlichen Technischen Universität, benannt nach V.I. N. E. Bauman V. N. Volchenko im Jahr 1989, als er und seine Mitarbeiter die erste All-Union Conference on Bioenergy Informatics in Moskau abhielten.

Die Untersuchung des Informationsaustausches zwischen Bioenergie und Information gab Anlass, die Informationseinheit des Universums, das Vorhandensein einer solchen Substanz wie "Information - Bewusstsein" und nicht nur bekannte Formen von Materie und Energie darin vorzuschlagen.

Eines der Elemente dieses Konzepts ist das Vorhandensein einer gemeinsamen Idee, eines gemeinsamen Plans im Universum. Diese Hypothese wird durch die moderne Astrophysik bestätigt, wonach die grundlegenden Eigenschaften des Universums, die Werte der wichtigsten physikalischen Konstanten und sogar die Formen physikalischer Gesetze eng mit der Struktur des Universums auf allen seinen Skalen und mit der zusammenhängen Möglichkeit des Lebens.

Daraus folgt das zweite Element des Konzepts der Bioenergieinformatik – das Universum muss als lebendes System betrachtet werden. Und in lebenden Systemen sollte der Faktor Bewusstsein (Information) zusammen mit Materie und Energie einen sehr wichtigen Platz einnehmen. Daher können wir über die Notwendigkeit der Dreieinigkeit des Universums sprechen: Materie, Energie und Information.

Kapitel 3. Wie das Leben auf der Erde entstand.

Das moderne Konzept des Ursprungs des Lebens auf der Erde ist das Ergebnis einer breiten Synthese von Naturwissenschaften, vieler Theorien und Hypothesen, die von Forschern verschiedener Fachrichtungen aufgestellt wurden.

Für die Entstehung des Lebens auf der Erde ist die Primäratmosphäre (des Planeten) wichtig. Die Primäratmosphäre der Erde enthielt Methan, Ammoniak, Wasserdampf und Wasserstoff. Durch die Einwirkung auf eine Mischung dieser Gase mit elektrischen Ladungen und ultravioletter Strahlung gelang es den Wissenschaftlern, komplexe organische Substanzen zu erhalten, aus denen lebende Proteine bestehen. Die elementaren „Bausteine“ der Lebewesen sind chemische Elemente wie Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff. Eine lebende Zelle enthält nach Gewicht 70 Prozent Sauerstoff, 17 Prozent Kohlenstoff, 10 Prozent Wasserstoff, 3 Prozent Stickstoff, gefolgt von Phosphor, Kalium, Chlor, Schwefel, Kalzium, Natrium, Magnesium und Eisen. Der erste Schritt zur Entstehung des Lebens ist also die Bildung organischer Substanzen aus anorganischen. Es ist mit dem Vorhandensein chemischer "Rohstoffe" verbunden, deren Synthese bei einer bestimmten Strahlung, einem bestimmten Druck, einer bestimmten Temperatur und einer bestimmten Feuchtigkeit erfolgen kann. Der Entstehung der einfachsten Lebewesen ging eine lange chemische Evolution voraus. Aus einer relativ geringen Anzahl von Verbindungen (durch natürliche Auslese) entstanden Substanzen mit lebenstauglichen Eigenschaften. Verbindungen, die auf Basis von Kohlenstoff entstanden sind, bildeten die „Ursuppe“ der Hydrosphäre. Wissenschaftlern zufolge entstanden stickstoff- und kohlenstoffhaltige Substanzen in den geschmolzenen Tiefen der Erde und wurden während der vulkanischen Aktivität an die Oberfläche gebracht. Der zweite Schritt bei der Entstehung von Verbindungen ist mit der Entstehung geordneter komplexer Substanzen im Primärozean der Erde verbunden - Biopolymere: Nukleinsäuren, Proteine. Wie wurde die Bildung von Biopolymeren durchgeführt?

Wenn wir davon ausgehen, dass sich während dieser Zeit alle organischen Verbindungen im Urozean der Erde befanden, dann könnten sich komplexere organische Verbindungen in Form eines dünnen Films und in von der Sonne erhitztem Flachwasser auf der Meeresoberfläche bilden. Eine sauerstofffreie Umgebung erleichterte die Synthese von Polymeren aus anorganischen Verbindungen. Sauerstoff als stärkstes Oxidationsmittel würde die entstehenden Moleküle zerstören. Relativ einfache organische Verbindungen begannen sich zu großen biologischen Molekülen zu verbinden. Enzyme wurden gebildet - Proteinsubstanzen-Katalysatoren, die zur Bildung oder Auflösung von Molekülen beitragen. Als Ergebnis der Aktivität von Enzymen entstanden die wichtigsten "Primärelemente des Lebens" - Nukleinsäuren, komplexe polymere Substanzen (bestehend aus Monomeren). Monomere in Nukleinzellen sind so angeordnet, dass sie bestimmte Informationen tragen, einen Code, dass jede im Protein enthaltene Aminosäure einem bestimmten Satz von drei Nukleotiden entspricht, dem sogenannten Nukleinsäuretriplett. Auf der Basis von Nukleinsäuren können bereits Proteine aufgebaut und ein Stoff- und Energieaustausch mit der äußeren Umgebung stattfinden. Die Symbiose von Nukleinsäuren bildet "molekulargenetische Kontrollsysteme".

Dieses Stadium war offenbar der Ausgangspunkt, ein Wendepunkt in der Entstehung des Lebens auf der Erde. Nukleinsäuremoleküle erlangten die Eigenschaften der Selbstreproduktion ihrer eigenen Art und begannen, den Prozess der Bildung von Proteinsubstanzen zu kontrollieren. Die Ursprünge aller Lebewesen waren die Revertase- und Matrixsynthese von DNA zu RNA, die Evolution des RNA-Molekülsystems in das DNA-System. So entstand das „Genom der Biosphäre“.

Hitze und Kälte, Blitze, UV-Reaktion, atmosphärische elektrische Ladungen, Windböen und Wasserstrahlen - all dies sorgte für den Beginn oder die Abschwächung biochemischer Reaktionen, die Art ihres Verlaufs, Gen-"Bursts". Am Ende der biochemischen Phase erschienen solche strukturellen Formationen wie Membranen, die das Gemisch organischer Substanzen von der äußeren Umgebung abgrenzten.

Membranen haben eine wichtige Rolle beim Aufbau aller lebenden Zellen gespielt. Die Körper aller Pflanzen und Tiere bestehen aus den Grundeinheiten des Lebens – Zellen. Der lebende Inhalt der Zelle ist Protoplasma. Moderne Wissenschaftler sind zu dem Schluss gekommen, dass die ersten Organismen auf der Erde einzellige Prokaryoten waren - Organismen ohne Kern ("karyo" - übersetzt aus dem griechischen "Kern"). In ihrer Struktur ähneln sie nun Bakterien oder Blaualgen.

Für die Existenz der ersten "lebenden" Moleküle, Prokaryoten, ist, wie bei allen Lebewesen, eine Energiezufuhr von außen notwendig. Jede Zelle ist eine kleine „Energiestation“. Adenosintriphosphorsäure und andere phosphorhaltige Verbindungen dienen als direkte Energiequelle für Zellen. Zellen erhalten Energie aus der Nahrung, sie können Energie nicht nur verbrauchen, sondern auch speichern.

Gegenstand der Diskussion ist die Frage, ob auf der Erde zuerst eine einzige Art von Organismen oder eine große Vielfalt von ihnen aufgetreten ist. Es wird angenommen, dass viele der ersten Klumpen lebenden Protoplasmas entstanden sind.

Vor ungefähr 2 Milliarden Jahren erschien ein Zellkern in lebenden Zellen. Aus Prokaryoten entstanden Eukaryoten - einzellige Organismen mit Zellkern. Es gibt 25-30 Arten von ihnen auf der Erde. Die einfachsten von ihnen sind Amöben. Bei Eukaryoten befindet sich in der Zelle ein dekorierter Zellkern mit einer Substanz, die den Code für die Proteinsynthese enthält. Ungefähr zu dieser Zeit gab es eine "Wahl" zwischen einer pflanzlichen und einer tierischen Lebensweise. Der Hauptunterschied zwischen diesen Lebensstilen hängt mit der Art der Ernährung zusammen, mit der Entstehung eines so wichtigen Prozesses für das Leben auf der Erde wie der Photosynthese. Photosynthese ist die Erzeugung organischer Substanzen wie Zucker aus Kohlendioxid und Wasser unter Verwendung von Energie und Licht. Dank der Photosynthese produzieren Pflanzen organische Substanzen, wodurch die Masse der Pflanzen zunimmt.

Fazit.

In den letzten zehn Jahren hat das Verständnis des Ursprungs des Lebens enorme Fortschritte gemacht. Es bleibt zu hoffen, dass das nächste Jahrzehnt noch mehr bringen wird: Neue Forschung ist in vielen Bereichen sehr aktiv.

Aber gerade die Evolutionstheorie ermöglicht es, die optimale Strategie für die Beziehung zwischen dem Menschen und der umgebenden Tierwelt zu verstehen, und ermöglicht es uns, die Frage nach der Entwicklung der Prinzipien der kontrollierten Evolution aufzuwerfen. Einzelne Elemente einer solchen kontrollierten Evolution sind bereits heute sichtbar, beispielsweise in Versuchen nicht nur zur kommerziellen Nutzung, sondern zur wirtschaftlichen Steuerung der Evolution einzelner Tier- und Pflanzenarten.

Die Untersuchung evolutionärer Prozesse ist wichtig für den Umweltschutz. Der Mensch, der in die Natur eindringt, hat noch nicht gelernt, die unerwünschten Folgen seines Eingriffs vorherzusehen und zu verhindern. Eine Person verwendet Hexachloran, Quecksilberpräparate und viele andere giftige Substanzen, um Schädlinge zu bekämpfen. Dies führt unmittelbar zur evolutionären „Reaktion“ der Natur – der Entstehung pestizidresistenter Insektenrassen, „Superratten“, resistent gegen Gerinnungshemmer etc.

Oft ebenso katastrophal ist die industrielle Umweltverschmutzung. Millionen Tonnen Waschpulver, die ins Abwasser gelangen, töten höhere Organismen ab und verursachen eine beispiellose Entwicklung von Cyanid und einigen Mikroorganismen. Die Evolution nimmt in diesen Fällen hässliche Formen an, und es ist möglich, dass die Menschheit in Zukunft einer unerwarteten „evolutionären Bedrohung“ durch einige superresistente Mikroorganismen, Bakterien und Zyanide gegenübersteht, die das Gesicht unseres Planeten auf unerwünschte Weise verändern können Richtung.

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Leblose Berge, Felsen und Wasser, ein riesiger Mond am Himmel und ein ständiger Meteoritenbeschuss - die wahrscheinlichste Landschaft der Erde vor 4 Milliarden Jahren

Entstand das Leben aus anorganischer Materie im Weltraum oder entstand es auf der Erde? Vor diesem Dilemma steht zwangsläufig der Forscher, der sich für das Problem der Entstehung des Lebens interessiert. Bisher konnte niemand die Richtigkeit einer der beiden derzeit existierenden Hypothesen beweisen, ebenso wenig wie es jedoch gelang, einen dritten Lösungsweg zu finden.

Die erste Hypothese über den Ursprung des Lebens auf der Erde ist alt, sie hat solide Persönlichkeiten der europäischen Wissenschaft in ihrem Vermögen: G. Helmholtz, L. Pasteur, S. Arrhenius, V. Vernadsky, F. Crick. Die Komplexität lebender Materie, die geringe Wahrscheinlichkeit ihrer spontanen Entstehung auf dem Planeten sowie das Versagen von Experimentatoren, lebende Materie aus nicht lebender Materie zu synthetisieren, führen Wissenschaftler in das Lager der Anhänger dieses Ansatzes. Es gibt zahlreiche Variationen darüber, wie genau das Leben auf die Erde kam, von denen die berühmteste die Panspermie-Theorie ist. Ihrer Meinung nach ist das Leben im interstellaren Raum weit verbreitet, aber da es keine Bedingungen für die Entwicklung gibt, verwandelt sich lebende Materie in Spermien oder Sporen und bewegt sich so durch den Weltraum. Vor Milliarden von Jahren brachten Kometen Spermien auf die Erde, wo eine für ihre Freisetzung günstige Umgebung entstand.

Spermien sind kleine Embryonen, die großen Temperaturschwankungen, kosmischer Strahlung und anderen für Lebewesen schädlichen Umweltfaktoren standhalten können. Wie der englische Astronom F. Hoyle vorgeschlagen hat, eignen sich interstellare Staubpartikel, unter denen sich möglicherweise Bakterien in einer Graphithülle befinden, für die Rolle von Spermien. Bis heute wurde kein Sperma im Weltraum gefunden. Aber selbst wenn sie gefunden würden, würde eine solch erstaunliche Entdeckung das Problem der Entstehung des Lebens nur von unserem Planeten an einen anderen Ort verlagern. Und wir wären der Frage nicht ausgewichen, woher die Spermien auf der Erde gekommen sind und wie sie entstanden sind. Der zweite Teil des Dilemmas – wie Leben aus anorganischer Materie entstand – ist nicht so romantisch, da er auf den Gesetzen der Physik und Chemie beruht. Dieser enge, mechanistische Ansatz, der als Theorie der Abiogenese bezeichnet wird, beinhaltet die Bemühungen vieler Spezialisten. Vielleicht wegen seiner Spezifität hat sich dieser Ansatz als fruchtbar erwiesen und im Laufe eines halben Jahrhunderts ganze Bereiche der Biochemie, Evolutionsbiologie und Kosmologie vorangebracht.

Laut Wissenschaftlern ist die Synthese einer lebenden Zelle nicht mehr weit, es ist eine Frage der Technologie und eine Frage der Zeit. Aber wird eine im Reagenzglas geborene Zelle die Antwort auf die Frage sein, wie das Leben auf der Erde begann? Kaum. Die synthetische Zelle wird nur beweisen, dass Abiogenese irgendwie möglich ist. Aber vor 4 Milliarden Jahren auf der Erde hätte es anders kommen können. Zum Beispiel ja. Vor 4,5 Milliarden Jahren kühlte die Erdoberfläche ab. Die Atmosphäre war dünn und Kometen bombardierten aktiv die Erde und lieferten organische Stoffe in Hülle und Fülle. Außerirdische Materie siedelte sich in flachen, warmen, von Vulkanen erhitzten Stauseen an: Lava ergoss sich am Boden, Inseln wuchsen, heiße Quellen - Fumarolen - schlugen. Die Kontinente waren damals nicht so stark und groß wie heute, sie bewegten sich leicht entlang der Erdkruste, verbunden und zerfallen.

Der Mond war näher, die Erde drehte sich schneller, die Tage waren kürzer, die Gezeiten höher und die Stürme heftiger. Darüber erstreckte sich ein stahlfarbener Himmel, verdunkelt von Staubstürmen, Vulkanaschewolken und von Meteoriteneinschlägen herausgeschleuderten Gesteinssplittern. Allmählich entwickelte sich eine stickstoff-, kohlendioxid- und wasserdampfreiche Atmosphäre. Der Überfluss an Treibhausgasen hat die globale Erwärmung verursacht. Unter solch extremen Bedingungen fand die Synthese lebender Materie statt. War es ein Wunder, ein Unfall, der sich trotz der Entwicklung des Universums ereignete, oder ist dies die einzige Möglichkeit, wie Leben entstehen kann? Bereits in frühen Stadien manifestierte sich eines der Hauptmerkmale lebender Materie - die Anpassungsfähigkeit an Umweltbedingungen. Die frühe Atmosphäre enthielt wenig freien Sauerstoff, Ozon war mangelhaft und die Erde wurde in ultraviolette Strahlen getaucht, die für das Leben tödlich sind. Der Planet wäre also unbewohnt geblieben, wenn die Zellen nicht einen Mechanismus zum Schutz vor ultravioletter Strahlung erfunden hätten. Dieses Szenario für die Entstehung des Lebens insgesamt unterscheidet sich nicht von dem von Darwin vorgeschlagenen. Neue Details wurden hinzugefügt - sie lernten etwas, indem sie die ältesten Felsen studierten und experimentierten, sie errieten etwas. Dieses Szenario ist zwar das vernünftigste, aber auch das umstrittenste. Wissenschaftler kämpfen um jeden Punkt und bieten zahlreiche Alternativen an. Zweifel kommen von Anfang an auf: Woher kam die organische Primärsubstanz, wurde sie auf der Erde synthetisiert oder fiel sie vom Himmel?

revolutionäre Idee

Die wissenschaftlichen Grundlagen der Abiogenese, also der Entstehung von Lebewesen aus Nichtlebewesen, wurden von dem russischen Biochemiker A.I. Oparin. 1924 veröffentlichte Oparin als 30-jähriger Wissenschaftler den Artikel "Der Ursprung des Lebens", der nach Ansicht seiner Kollegen "den Keim einer intellektuellen Revolution enthielt". Die Veröffentlichung von Oparins Buch in englischer Sprache im Jahr 1938 wurde zu einer Sensation und zog bedeutende westliche intellektuelle Ressourcen für das Problem des Lebens an. 1953 führte S. Miller, ein Doktorand an der University of Chicago, ein erfolgreiches Experiment zur abiogenen Synthese durch. Er schuf die Bedingungen der frühen Erde in einem Laborreagenzglas und erhielt als Ergebnis einer chemischen Reaktion eine Reihe von Aminosäuren. So begann Oparins Theorie, experimentelle Bestätigung zu erhalten.

Oparin und der Priester

Nach den Erinnerungen von Kollegen, Akademiker A.I. Oparin war überzeugter Materialist und Atheist. Dies wird durch seine Theorie der Abiogenese bestätigt, die anscheinend keine Hoffnung auf eine übernatürliche Erklärung der Mysterien des Lebens lässt. Trotzdem zogen die Ansichten und die Persönlichkeit des Wissenschaftlers Menschen mit völlig entgegengesetzten Weltanschauungen an. Er beschäftigte sich mit wissenschaftlicher und pädagogischer Arbeit, nahm an der pazifistischen Bewegung teil und reiste viel ins Ausland. Einmal, irgendwann in den 1950er Jahren, hielt Oparin in Italien einen Vortrag über das Problem der Entstehung des Lebens. Nach dem Bericht wurde ihm mitgeteilt, dass niemand Geringeres als der Präsident der Päpstlichen Akademie der Wissenschaften aus dem Vatikan ihn treffen wolle. Alexander Iwanowitsch, ein Sowjetmann, der die voreingenommene Haltung der ausländischen Intelligenz gegenüber der UdSSR sehr gut kannte, erwartete von dem Vertreter der katholischen Kirche nichts Gutes, wahrscheinlich eine Art Provokation. Trotzdem kam die Bekanntschaft zustande. Reverend Signor schüttelte Oparin die Hand, dankte ihm für den Vortrag und rief aus: „Professor, ich freue mich, wie schön Sie die Vorsehung Gottes offenbart haben!“

Wahrscheinlichkeit des Lebens

Die Theorie der Abiogenese legt nahe, dass das Leben zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Entwicklung der Materie entstand. Seit der Entstehung des Universums und den ersten Teilchen hat sich die Materie auf einen Weg ständiger Veränderung begeben. Zuerst entstanden Atome und Moleküle, dann erschienen Sterne und Staub, daraus entstanden Planeten und auf den Planeten wurde Leben geboren. Das Lebendige entsteht aus dem Unbelebten und gehorcht einem höheren Gesetz, dessen Wesen uns noch unbekannt ist. Auf der Erde hätte kein Leben entstehen können, wo es geeignete Bedingungen gegeben hätte. Natürlich ist es unmöglich, diese metaphysische Verallgemeinerung zu widerlegen, aber die Saat des Zweifels ist aufgegangen. Tatsache ist, dass die für die Synthese des Lebens notwendigen Bedingungen sehr zahlreich sind und oft den Tatsachen und einander widersprechen. Zum Beispiel gibt es keine Beweise dafür, dass die frühe Erde eine reduzierende Atmosphäre hatte. Wie der genetische Code entstanden ist, ist unklar. Überrascht mit seiner Komplexität die Struktur einer lebenden Zelle und ihre Funktionen. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit für die Entstehung des Lebens? Hier sind einige Beispiele.

Proteine bestehen nur aus sogenannten "linken" Aminosäuren, also asymmetrischen Molekülen, die die Polarisation des durch sie hindurchtretenden Lichts nach links drehen. Warum beim Proteinaufbau nur linkshändige Aminosäuren verwendet werden, ist unbekannt. Vielleicht ist es zufällig passiert und irgendwo im Universum gibt es Lebewesen, die aus den richtigen Aminosäuren bestehen. Höchstwahrscheinlich gab es in der Primärbrühe, wo die Synthese der anfänglichen Proteine stattfand, gleichermaßen linke und rechte Aminosäuren. Und erst das Auftreten einer wirklich lebendigen "linken" Struktur brach diese Symmetrie und die biogene Synthese von Aminosäuren ging den "linken" Weg.

Die Rechnung, die Fred Hoyle in seinem Buch „Evolution from Space“ angibt, ist beeindruckend. Die Wahrscheinlichkeit, zufällig 2.000 Zellenzyme mit je 200 Aminosäuren zu erzeugen, beträgt 10 – 4.000 – eine absurd kleine Zahl, selbst wenn der gesamte Kosmos organische Suppe wäre.

Die Wahrscheinlichkeit, ein aus 300 Aminosäuren bestehendes Protein zu synthetisieren, ist eins zu 2×10 390 . Wieder sehr wenig. Wenn wir die Anzahl der Aminosäuren in einem Protein auf 20 reduzieren, dann beträgt die Anzahl der möglichen Kombinationen für die Synthese eines solchen Proteins 1018, was nur eine Größenordnung größer ist als die Anzahl der Sekunden in 4,5 Milliarden Jahren. Es ist leicht zu erkennen, dass die Evolution einfach keine Zeit hatte, alle Optionen zu sortieren und die beste auszuwählen. Wenn wir berücksichtigen, dass die Aminosäuren in Proteinen in bestimmten Sequenzen und nicht zufällig verbunden sind, ist die Wahrscheinlichkeit, ein Proteinmolekül zu synthetisieren, dieselbe, als ob ein Affe zufällig eine von Shakespeares Tragödien gedruckt hätte, also fast null.

Wissenschaftler berechneten, dass das DNA-Molekül, das am einfachsten Proteincodierungszyklus beteiligt ist, aus 600 Nukleotiden in einer bestimmten Sequenz hätte bestehen müssen. Die Wahrscheinlichkeit einer zufälligen Synthese einer solchen DNA beträgt 10 – 400, mit anderen Worten, dies erfordert 10.400 Versuche.

Nicht alle Wissenschaftler sind mit solchen Wahrscheinlichkeitsrechnungen einverstanden. Sie weisen darauf hin, dass es falsch ist, die Chancen der Proteinsynthese durch zufällige Auswahl von Kombinationen zu berechnen, da Moleküle Präferenzen haben und einige chemische Bindungen immer wahrscheinlicher sind als andere. Laut dem australischen Biochemiker Ian Musgrave ist es im Allgemeinen sinnlos, die Wahrscheinlichkeit der Abiogenese zu berechnen. Erstens ist die Bildung von Polymeren aus Monomeren kein Zufall, sondern gehorcht den Gesetzen der Physik und Chemie. Zweitens ist es falsch, die Bildung moderner Protein-, DNA- oder RNA-Moleküle zu berechnen, weil sie nicht Teil der ersten lebenden Systeme waren. Vielleicht ist in der Struktur der heute existierenden Organismen nichts von vergangenen Zeiten übriggeblieben. Heute nimmt man an, dass die ersten Organismen sehr einfache Systeme aus kurzen Molekülen waren, die nur aus 30-40 Monomeren bestanden. Das Leben begann mit sehr einfachen Organismen, was das Design allmählich verkomplizierte. Die Natur hat nicht einmal versucht, gleich eine Boeing 747 zu bauen. Drittens haben Sie keine Angst vor geringer Wahrscheinlichkeit. Eine Chance zu einer Million Millionen? Und was solls, denn es kann beim ersten Versuch herausfallen.

Was ist Leben

Philosophen sind bei der Suche nach einer Definition des Lebens nicht allein. Eine solche Definition ist für Biochemiker notwendig, um zu verstehen: Was geschah in einem Reagenzglas – lebend oder nicht lebend? Paläontologen, die die ältesten Gesteine auf der Suche nach dem Beginn des Lebens untersuchen. Exobiologen auf der Suche nach Organismen außerirdischen Ursprungs. Es ist nicht einfach, das Leben zu definieren. Nach den Worten der Großen Sowjetischen Enzyklopädie "stößt eine streng wissenschaftliche Unterscheidung zwischen lebenden und nicht lebenden Objekten auf gewisse Schwierigkeiten." Was ist in der Tat nur für einen lebenden Organismus charakteristisch? Vielleicht eine Reihe äußerer Zeichen? Etwas Weißes, Weiches, sich Bewegendes, Geräusche machendes. Pflanzen, Mikroben und viele andere Organismen fallen nicht unter diese primitive Definition, weil sie schweigen und sich nicht bewegen. Aus chemischer Sicht kann man Leben als Materie betrachten, die aus komplexen organischen Verbindungen besteht: Aminosäuren, Proteine, Fette. Aber dann sollte eine einfache mechanische Mischung dieser Verbindungen als lebendig angesehen werden, was nicht stimmt. Eine bessere Definition, über die ein breiter wissenschaftlicher Konsens besteht, bezieht sich auf die einzigartigen Funktionen lebender Systeme.

Die Fähigkeit zur Reproduktion, wenn eine exakte Kopie der Erbinformationen an die Nachkommen weitergegeben wird, ist allem irdischen Leben und sogar seinem kleinsten Teilchen - einer Zelle - innewohnend. Deshalb wird die Zelle als Maßeinheit des Lebens genommen. Die Bestandteile der Zellen: Proteine, Aminosäuren, Enzyme - getrennt genommen, werden nicht am Leben sein. Dies führt zu der wichtigen Schlussfolgerung, dass erfolgreiche Experimente zur Synthese dieser Substanzen nicht als Antwort auf die Frage nach dem Ursprung des Lebens angesehen werden können. Eine Revolution auf diesem Gebiet wird es erst geben, wenn klar wird, wie die ganze Zelle entstanden ist. Ohne Zweifel werden die Entdecker des Mysteriums mit dem Nobelpreis ausgezeichnet. Neben der Reproduktionsfunktion gibt es eine Reihe notwendiger, aber unzureichender Eigenschaften des Systems, um als lebendig bezeichnet zu werden. Ein lebender Organismus kann sich auf genetischer Ebene an Umweltveränderungen anpassen. Dies ist sehr wichtig für das Überleben. Dank der Variabilität überlebte das Leben auf der frühen Erde, während Katastrophen und während schwerer Eiszeiten.

Eine wichtige Eigenschaft eines lebenden Systems ist die katalytische Aktivität, also die Fähigkeit, nur bestimmte Reaktionen durchzuführen. Der Stoffwechsel basiert auf dieser Eigenschaft - der Auswahl der notwendigen Substanzen aus der Umwelt, ihrer Verarbeitung und der Gewinnung der für das weitere Leben notwendigen Energie. Das Stoffwechselschema, das nichts weiter als ein Überlebensalgorithmus ist, ist im genetischen Code der Zelle fest verdrahtet und wird durch den Vererbungsmechanismus an die Nachkommen weitergegeben. Chemiker kennen viele Systeme mit katalytischer Aktivität, die sich jedoch nicht vermehren können und daher nicht als lebendig gelten können.

Entscheidendes Experiment

Es besteht keine Hoffnung, dass sich die Zelle eines Tages von selbst aus den Atomen chemischer Elemente entwickelt. Dies ist eine unglaubliche Option. Eine einfache Bakterienzelle enthält Hunderte von Genen, Tausende von Proteinen und verschiedene Moleküle. Fred Hoyle scherzte, dass die Synthese einer Zelle so unglaublich sei wie die Montage einer Boeing in einem Hurrikan, der über einen Schrottplatz fegte. Und doch existiert die Boeing, was bedeutet, dass sie irgendwie „zusammengebaut“ oder besser gesagt „selbst zusammengebaut“ wurde. Nach heutigen Vorstellungen begann die „Selbstorganisation“ der Boeing vor 4,5 Milliarden Jahren, der Prozess verlief schrittweise und wurde zeitlich um eine Milliarde Jahre verlängert. Durch wenigstens Vor 3,5 Milliarden Jahren existierte bereits eine lebende Zelle auf der Erde.

Für die Synthese von Lebewesen aus nicht lebenden Dingen müssen in der Anfangsphase einfache organische und anorganische Verbindungen in der Atmosphäre und den Gewässern des Planeten vorhanden sein: C, C 2 , C 3 , CH, CN, CO, CS , HCN, CH 3 CH, NH, O, OH, H 2 O, S. Stanley Miller, mischte in seinen berühmten Experimenten zur abiogenen Synthese Wasserstoff, Methan, Ammoniak und Wasserdampf, leitete dann die erhitzte Mischung durch elektrische Entladungen und kühlte sie ab es. Eine Woche später bildete sich in der Flasche eine braune Flüssigkeit, die sieben Aminosäuren enthielt, darunter Glycin, Alanin und Asparaginsäure, die Teil von Zellproteinen sind. Millers Experiment zeigte, wie präbiologische Organika gebildet werden könnten – Substanzen, die an der Synthese komplexerer Zellbestandteile beteiligt sind. Seitdem betrachten Biologen dieses Problem trotz des schwerwiegenden Problems als gelöst. Tatsache ist, dass die abiogene Synthese von Aminosäuren nur unter reduzierenden Bedingungen stattfindet, weshalb Oparin die Atmosphäre der frühen Erde für Methan-Ammoniak hielt. Aber Geologen stimmen dieser Schlussfolgerung nicht zu.

Frühes Atmosphärenproblem

Methan und Ammoniak können auf der Erde nirgendwo in großen Mengen herkommen, sagen Experten. Darüber hinaus sind diese Verbindungen sehr instabil und werden durch Sonnenlicht zerstört, eine Methan-Ammoniak-Atmosphäre könnte nicht existieren, selbst wenn diese Gase aus den Eingeweiden des Planeten freigesetzt würden. Geologen zufolge wurde die Erdatmosphäre vor 4,5 Milliarden Jahren von Kohlendioxid und Stickstoff dominiert, was chemisch eine neutrale Umgebung schafft. Davon zeugt die Zusammensetzung der ältesten Gesteine, die damals aus dem Erdmantel erschmolzen wurden. Die ältesten Gesteine der Erde, 3,9 Milliarden Jahre alt, wurden in Grönland gefunden. Dies sind die sogenannten grauen Gneise - stark alterierte Eruptivgesteine mittlerer Zusammensetzung. Die Veränderung dieser Gesteine dauerte Millionen von Jahren unter dem Einfluss von Kohlendioxidflüssigkeiten des Mantels, die gleichzeitig die Atmosphäre sättigten. Unter solchen Bedingungen ist eine abiogene Synthese unmöglich.

Akademiker E. M. Galimov, Direktor des Instituts für Geochemie und Analytische Chemie. IN UND. Wernadski RAS. Er berechnete, dass die Erdkruste sehr früh, in den ersten 50-100 Millionen Jahren nach der Entstehung des Planeten, entstand und überwiegend metallisch war. In einem solchen Fall muss der Mantel tatsächlich Methan und Ammoniak in ausreichender Menge freigesetzt haben, um reduzierende Bedingungen zu schaffen. Die amerikanischen Wissenschaftler K. Sagan und K. Chaiba schlugen einen Mechanismus zum Selbstschutz der Methanatmosphäre vor Zerstörung vor. Nach ihrem Schema könnte die Zersetzung von Methan unter Einwirkung von ultravioletter Strahlung zur Bildung eines Aerosols aus organischen Partikeln in der oberen Atmosphäre führen. Diese Partikel absorbierten die Sonnenstrahlung und schützten die sich reduzierende Umgebung des Planeten. Dieser Mechanismus wurde zwar für den Mars entwickelt, ist aber auf die frühe Erde anwendbar.

Geeignete Bedingungen für die Bildung präbiologischer organischer Stoffe hielten auf der Erde nicht lange an. In den nächsten 200-300 Millionen Jahren begann der Mantel zu oxidieren, was zur Freisetzung von Kohlendioxid und einer Veränderung der Zusammensetzung der Atmosphäre führte. Aber zu diesem Zeitpunkt war die Umgebung für die Entstehung des Lebens bereits vorbereitet.

Auf dem Grund des Meeres

Ursprüngliches Leben könnte um Vulkane herum entstanden sein. Stellen Sie sich zahlreiche Verwerfungen und Risse auf dem immer noch fragilen Grund der Ozeane vor, aus denen Magma und brodelnde Gase sickern. In solchen mit Schwefelwasserstoffdampf gesättigten Zonen bilden sich Ablagerungen von Metallsulfiden: Eisen, Zink, Kupfer. Was wäre, wenn die Synthese von primären organischen Stoffen direkt auf der Oberfläche von Eisen-Schwefel-Mineralien durch die Reaktion von Kohlendioxid und Wasserstoff stattfinden würde? Glücklicherweise gibt es viel von beidem: Kohlendioxid und Monoxid werden aus Magma freigesetzt, und Wasserstoff wird aus Wasser bei seiner chemischen Wechselwirkung mit heißem Magma freigesetzt. Es gibt auch einen Energiezufluss, der für die Synthese notwendig ist.

Diese Hypothese stimmt mit geologischen Daten überein und basiert auf der Annahme, dass frühe Organismen wie moderne chemosynthetische Bakterien unter extremen Bedingungen lebten. In den 60er Jahren des 20. Jahrhunderts entdeckten Forscher Unterwasservulkane am Grund des Pazifischen Ozeans - schwarze Raucher. Dort gibt es in Clubs giftiger Gase ohne Zugang zu Sonnenlicht und Sauerstoff bei einer Temperatur von + 120 ° Kolonien von Mikroorganismen. Ähnliche Bedingungen wie Schwarze Raucher gab es bereits vor 2,5 Milliarden Jahren auf der Erde, wie die Schichten von Stromatolithen belegen – Spuren der lebenswichtigen Aktivität von Blaualgen. Formen, die diesen Mikroben ähnlich sind, gehören zu den Überresten der ältesten Organismen, die 3,5 Milliarden Jahre alt sind.

Um die vulkanische Hypothese zu bestätigen, ist ein Experiment erforderlich, das zeigt, dass eine abiogene Synthese unter den gegebenen Bedingungen möglich ist. Arbeiten in dieser Richtung werden von Gruppen von Biochemikern aus den USA, Deutschland, England und Russland durchgeführt, bisher jedoch ohne Erfolg. Ermutigende Ergebnisse wurden 2003 von einem jungen Forscher Mikhail Vladimirov aus dem Labor für Evolutionsbiochemie des Instituts für Biochemie erzielt. EIN. Bach RAS. Er stellte im Labor einen künstlichen schwarzen Raucher her: Eine Scheibe aus Pyrit (FeS 2) wurde in einen mit Salzlösung gefüllten Autoklaven gelegt, der als Kathode diente; Kohlendioxid und elektrischer Strom wurden durch das System geleitet. Einen Tag später erschien im Autoklaven Ameisensäure - die einfachste organische Substanz, die am Stoffwechsel lebender Zellen beteiligt ist und als Material für die abiogene Synthese komplexerer biologischer Substanzen dient.

Cyanobakterien, die Luftstickstoff binden können

Bewohnbare Planetenjäger

Beide Theorien zur Entstehung des Lebens, Panspermie und Abiogenese, gehen davon aus, dass das Leben kein einzigartiges Phänomen im Universum ist, sondern auf anderen Planeten sein muss. Aber wie findet man es? Lange Zeit gab es die einzige Methode zur Suche nach Leben, die noch keine positiven Ergebnisse erbrachte - durch Funksignale von Außerirdischen. Ende des 20. Jahrhunderts entstand eine neue Idee – mit Teleskopen nach Planeten außerhalb des Sonnensystems zu suchen. Die Jagd nach Exoplaneten hat begonnen. 1995 wurde das erste Exemplar gefangen: ein Planet mit einer Masse von der Hälfte des Jupiters, der schnell den 51. Stern im Sternbild Pegasus umkreist. Als Ergebnis von fast 10 Jahren Suche wurden 118 Planetensysteme mit 141 Planeten entdeckt. Keines dieser Systeme ähnelt der Sonne, keiner der Planeten - der Erde. Die gefundenen Exoplaneten haben eine ähnliche Masse wie Jupiter, das heißt, sie sind viel größer als die Erde. Entfernte Riesen sind aufgrund der Besonderheiten ihrer Umlaufbahnen unbewohnbar. Einige von ihnen rotieren sehr nahe an ihrem Stern, was bedeutet, dass ihre Oberflächen heiß sind und es kein flüssiges Wasser gibt, in dem sich Leben entwickelt. Der Rest der Planeten - ihre Minderheit - bewegt sich auf einer langgestreckten elliptischen Umlaufbahn, was sich dramatisch auf das Klima auswirkt: Der Wechsel der Jahreszeiten muss dort sehr scharf sein, und das ist schädlich für Organismen.

Die Tatsache, dass kein sonnenartiges Planetensystem entdeckt wurde, hat bei einigen Wissenschaftlern zu pessimistischen Aussagen geführt. Vielleicht sind kleine Steinplaneten im Universum sehr selten, oder unsere Erde ist im Allgemeinen die einzige ihrer Art, oder vielleicht fehlt uns einfach die Genauigkeit der Messungen. Aber die Hoffnung stirbt zuletzt, und Astronomen feilen weiter an ihren Methoden. Jetzt suchen sie Planeten nicht durch direkte Beobachtung, sondern durch indirekte Zeichen, weil die Auflösung von Teleskopen nicht ausreicht. So wird die Position jupiterähnlicher Riesen aus der Gravitationsstörung berechnet, die sie auf die Bahnen ihrer Sterne ausüben. Im Jahr 2006 wird die Europäische Weltraumorganisation den Korot-Satelliten starten, der nach Planeten mit erdähnlicher Masse suchen wird, indem er einen Stern dimmt, während er seine Scheibe passiert. Die gleiche Art der Planetenjagd wird ab 2007 der Kepler-Satellit der NASA sein. In weiteren 2 Jahren wird die NASA eine Weltraum-Interferometrie-Mission organisieren - eine sehr empfindliche Methode zur Erkennung kleiner Planeten durch ihren Aufprall auf Körper mit größerer Masse. Erst 2015 werden Wissenschaftler Geräte zur direkten Beobachtung bauen - es wird eine ganze Flotte von Weltraumteleskopen namens "Erdähnlicher Planetenjäger" sein, die gleichzeitig nach Lebenszeichen suchen können.

Wenn erdähnliche Planeten entdeckt werden, beginnt eine neue Ära in der Wissenschaft, und die Wissenschaftler bereiten sich jetzt auf dieses Ereignis vor. Aus großer Entfernung muss man in der Atmosphäre des Planeten Spuren von Leben erkennen können, selbst wenn es sich um seine primitivsten Formen handelt - Bakterien oder die einfachsten vielzelligen Organismen. Die Wahrscheinlichkeit, primitives Leben im Universum zu entdecken, ist höher als Kontakt mit grünen Männern, da das Leben auf der Erde seit mehr als 4 Milliarden Jahren existiert, von denen nur ein Jahrhundert auf eine entwickelte Zivilisation entfällt. Vor dem Erscheinen von künstlichen Signalen war es nur durch das Vorhandensein spezieller Verbindungen in der Atmosphäre möglich - Biomarker - etwas über unsere Existenz zu erfahren. Der wichtigste Biomarker ist Ozon, das auf das Vorhandensein von Sauerstoff hinweist. Wasserdampf bedeutet das Vorhandensein von flüssigem Wasser. Kohlendioxid und Methan werden von einigen Arten von Organismen freigesetzt. Die Suche nach Biomarkern auf fernen Planeten wird der Darwin-Mission anvertraut, die europäische Wissenschaftler 2015 starten werden. Sechs Infrarotteleskope werden 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt umkreisen und mehrere tausend nahegelegene Planetensysteme vermessen. Anhand der Sauerstoffmenge in der Atmosphäre kann das Darwin-Projekt sehr junges Leben bestimmen, das mehrere hundert Millionen Jahre alt ist.

Wenn in der Strahlung der Atmosphäre des Planeten Spektrallinien von drei Substanzen - Ozon, Wasserdampf und Methan - vorhanden sind, ist dies ein zusätzlicher Beweis für das Vorhandensein von Leben. Der nächste Schritt besteht darin, Art und Grad der Entwicklung festzustellen. Zum Beispiel würde das Vorhandensein von Chlorophyllmolekülen bedeuten, dass es auf dem Planeten Bakterien und Pflanzen gibt, die die Photosynthese zur Energiegewinnung nutzen. Die Entwicklung von Biomarkern der nächsten Generation ist eine vielversprechende Aufgabe, aber noch eine ferne Zukunft.

organische Quelle

Wenn es auf der Erde keine Bedingungen für die Synthese präbiologischer organischer Stoffe gäbe, könnten sie sich im Weltraum befinden. Bereits 1961 veröffentlichte der amerikanische Biochemiker John Oro einen Artikel über den kometenartigen Ursprung organischer Moleküle. Die junge Erde, die nicht durch eine dichte Atmosphäre geschützt ist, wurde einem massiven Beschuss durch Kometen ausgesetzt, die hauptsächlich aus Eis bestehen, aber auch Ammoniak, Formaldehyd, Blausäure, Cyanoacetylen, Adenin und andere Verbindungen enthalten, die für die abiogene Synthese von Aminosäuren notwendig sind. Nukleinsäuren und Fettsäuren - die Hauptbestandteile der Zellen. Astronomen zufolge fielen 1.021 kg Kometenmaterie auf die Erdoberfläche. Das Wasser der Kometen formte die Ozeane, in denen Hunderte von Millionen Jahren später das Leben blühte.

Beobachtungen bestätigen, dass es in kosmischen Körpern und interstellaren Staubwolken einfache organische Stoffe und sogar Aminosäuren gibt. Die Spektralanalyse zeigte das Vorhandensein von Adenin und Purin im Schweif des Haley-Bopp-Kometen, und Pyrimidin wurde im Murchison-Meteoriten gefunden. Die Bildung dieser Verbindungen im Weltraum widerspricht nicht den Gesetzen der Physik und Chemie.

Die Kometenhypothese ist auch unter Kosmologen beliebt, weil sie das Auftreten von Leben auf der Erde nach der Entstehung des Mondes erklärt. Wie allgemein angenommen wird, kollidierte die Erde vor etwa 4,5 Milliarden Jahren mit einem riesigen kosmischen Körper. Seine Oberfläche schmolz, ein Teil der Substanz spritzte in die Umlaufbahn, wo daraus ein kleiner Satellit, der Mond, entstand. Nach einer solchen Katastrophe hätten keine organischen Stoffe und kein Wasser auf dem Planeten zurückbleiben dürfen. Wo kommst du her? Kometen brachten sie zurück.

Das Problem der Polymere

Zelluläre Proteine, DNA, RNA sind alles Polymere, sehr lange Moleküle, wie Fäden. Die Struktur von Polymeren ist ziemlich einfach, sie bestehen aus Teilen, die sich in einer bestimmten Reihenfolge wiederholen. Beispielsweise ist Zellulose das weltweit am häufigsten vorkommende Molekül, das Bestandteil von Pflanzen ist. Ein Zellulosemolekül besteht aus Zehntausenden von Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Sauerstoffatomen, ist aber gleichzeitig nichts anderes als eine mehrfache Wiederholung kürzerer Glukosemoleküle, die wie an einer Halskette aneinandergereiht sind. Proteine sind eine Kette von Aminosäuren. DNA und RNA - eine Sequenz von Nukleotiden. Und das sind insgesamt sehr lange Sequenzen. Somit besteht das entschlüsselte menschliche Genom aus 3 Milliarden Nukleotidpaaren.

In der Zelle werden ständig Polymere durch komplexe matrixchemische Reaktionen produziert. Um ein Protein zu erhalten, muss eine Aminosäure die Hydroxylgruppe OH von einem Ende und das Wasserstoffatom von dem anderen lösen und erst danach die nächste Aminosäure „ankleben“. Es ist leicht zu erkennen, dass bei diesem Vorgang immer wieder Wasser entsteht. Die Freisetzung von Wasser, die Austrocknung, ist ein sehr alter Prozess, der Schlüssel zur Entstehung des Lebens. Wie kam es dazu, dass es noch keine Zelle mit ihrer Eiweißfabrik gab? Es gibt auch ein Problem mit einem warmen flachen Teich - der Wiege lebender Systeme. Tatsächlich muss während der Polymerisation Wasser entfernt werden, aber das ist unmöglich, wenn viel davon vorhanden ist.

Ton-Gen

Es musste etwas in der Ursuppe sein, das dem lebenden System half, geboren zu werden, den Prozess beschleunigte und Energie lieferte. In den 1950er Jahren schlug der englische Kristallograph John Bernal vor, dass gewöhnlicher Ton, der reichlich mit dem Boden jedes Reservoirs bedeckt ist, als solcher Assistent dienen könnte. Tonmineralien trugen zur Bildung von Biopolymeren und zur Entstehung des Vererbungsmechanismus bei. Bernals Hypothese ist im Laufe der Jahre immer stärker geworden und hat viele Anhänger angezogen. Es stellte sich heraus, dass ultraviolett bestrahlte Tonpartikel die entstehende Energiereserve speichern, die für die Aufbaureaktion des Biopolymers aufgewendet wird. In Gegenwart von Ton fügen sich die Monomere zu selbstreplizierenden Molekülen zusammen, ähnlich wie RNA.

Die meisten Tonminerale sind Polymeren strukturell ähnlich. Sie bestehen aus einer Vielzahl von Schichten, die durch schwache chemische Bindungen miteinander verbunden sind. Ein solches Mineralband wächst von selbst, jede nächste Schicht wiederholt die vorherige, und manchmal treten Defekte auf - Mutationen, wie bei echten Genen. Der schottische Chemiker A.J. Kearns-Smith behauptete, das Tongen sei der erste Organismus auf der Erde. Organische Moleküle, die zwischen die Schichten von Tonpartikeln gelangten, interagierten mit ihnen, nahmen die Art der Speicherung von Informationen und Wachstum an, man könnte sagen, sie lernten. Eine Zeit lang existierten Mineralien und Proto-Leben friedlich nebeneinander, aber bald gab es laut Kearns-Smith einen Bruch oder eine genetische Übernahme, wonach das Leben die mineralische Heimat verließ und seine eigene Entwicklung begann.

Die ältesten Mikroben

Die 3,5 Milliarden Jahre alten Schwarzschiefer von Westaustralien enthalten die Überreste der ältesten Organismen, die jemals auf der Erde entdeckt wurden. Nur unter dem Mikroskop sichtbar, gehören die Kugeln und Fasern zu Prokaryoten – Mikroben, in deren Zelle noch kein Zellkern vorhanden ist und die DNA-Helix direkt im Zytoplasma verlegt ist. Die ältesten Fossilien wurden 1993 vom amerikanischen Paläobiologen William Schopf entdeckt. Die Vulkan- und Sedimentgesteine des Pilbara-Komplexes westlich der Great Sandy Desert in Australien gehören zu den ältesten Gesteinen der Erde. Durch einen glücklichen Zufall haben sich diese Formationen unter dem Einfluss starker geologischer Prozesse nicht so sehr verändert und die Überreste früher Lebewesen in den Zwischenschichten bewahrt.

Es stellte sich als schwierig heraus, in der Vergangenheit sicherzustellen, dass winzige Kugeln und Fasern lebende Organismen waren. Eine Reihe kleiner Perlen in einem Stein kann alles sein: Mineralien, nicht-biologische organische Stoffe, eine optische Täuschung. Insgesamt zählte Schopf 11 Arten von Fossilien, die mit Prokaryoten verwandt sind. 6 davon sind laut dem Wissenschaftler Cyanobakterien oder Blaualgen. Ähnliche Arten gibt es noch immer auf der Erde in Süßwasser und Ozeanen, in heißen Quellen und in der Nähe von Vulkanen. Schopf zählte sechs Anzeichen auf, anhand derer verdächtige Objekte in Schwarzschiefer als lebendig angesehen werden sollten.

Das sind die Zeichen:
1. Fossilien bestehen aus organischem Material
2. Sie haben eine komplexe Struktur - die Fasern bestehen aus Zellen unterschiedlicher Form: Zylinder, Kästen, Scheiben
3. Es gibt viele Objekte - nur 200 Fossilien enthalten 1.900 Zellen
4. Objekte sind einander ähnlich, wie moderne Vertreter derselben Population
5. Dies waren Organismen, die gut an die Bedingungen der frühen Erde angepasst waren. Sie lebten auf dem Meeresgrund, geschützt vor ultravioletter Strahlung durch eine dicke Wasser- und Schleimschicht.
6. Die Objekte vermehrten sich wie moderne Bakterien, wie die Funde von Zellen im Teilungsstadium belegen.

Die Entdeckung solch alter Cyanobakterien bedeutet, dass es vor fast 3,5 Milliarden Jahren Organismen gab, die Kohlendioxid verbrauchten und Sauerstoff produzierten, sich vor Sonneneinstrahlung verstecken und sich von Verletzungen erholen konnten, wie es moderne Arten tun. Die Biosphäre nimmt bereits Gestalt an. Für die Wissenschaft ist dies ein pikanter Moment. Wie William Schopf zugibt, würde er in solch respektablen Rassen lieber primitivere Kreaturen finden. Schließlich verschiebt die Entdeckung der ältesten Cyanobakterien den Beginn des Lebens um einen Zeitraum, der für immer aus der Erdgeschichte gelöscht wurde, und es ist unwahrscheinlich, dass Geologen sie jemals entdecken und lesen können. Je älter die Felsen, desto länger waren sie unter Druck, Temperatur, Verwitterung. Neben Westaustralien ist auf dem Planeten nur ein Ort mit sehr alten Gesteinen erhalten geblieben, an dem Fossilien gefunden werden können - im Osten Südafrikas im Königreich Swasiland. Aber afrikanische Rassen haben sich über Milliarden von Jahren dramatisch verändert, und Spuren alter Organismen sind verloren gegangen.

Derzeit haben Geologen den Beginn des Lebens in den Gesteinen der Erde nicht gefunden. Genau genommen können sie die Zeitspanne, in der es überhaupt keine lebenden Organismen gab, nicht benennen. Sie können auch nicht die frühen Stadien der Evolution der Lebewesen – bis vor 3,5 Milliarden Jahren – verfolgen. Vor allem aufgrund des Mangels an geologischen Beweisen bleibt das Geheimnis des Ursprungs des Lebens ungelöst.

Realist und Surrealist

Die erste Konferenz der International Society for the Study of the Origin of Life (ISSOL) fand 1973 in Barcelona statt. Das Emblem für diese Konferenz wurde von Salvador Dali gezeichnet. Hier ist, wie es war. John Oro, ein amerikanischer Biochemiker, war mit dem Künstler befreundet. 1973 trafen sie sich in Paris, aßen bei Maxim und besuchten einen Vortrag über Holographie. Nach dem Vortrag lud Dali den Wissenschaftler unerwartet ein, am nächsten Tag in sein Hotel zu kommen. Oro kam und Dali überreichte ihm eine Zeichnung, die das Problem der Chiralität in lebenden Systemen symbolisierte. Aus der sickernden Pfütze wachsen zwei Kristalle in einem umgekehrten Sanduhrmuster, was auf die Endzeit der Evolution hinweist. Links sitzt eine weibliche Figur, rechts steht ein Mann und hält einen Schmetterlingsflügel, zwischen den Kristallen windet sich ein DNA-Wurm. Die in der Abbildung gezeigten linken und rechten Quarzkristalle stammen aus Oparins Buch The Origin of Life on Earth von 1957. Zur Überraschung des Wissenschaftlers bewahrte Dali dieses Buch in seinem Zimmer auf! Nach der Konferenz besuchten die Oparins Dali an der Küste Kataloniens. Beide Berühmtheiten starben vor Verlangen nach Kommunikation. Zwischen dem Realisten und dem Surrealisten entspann sich ein langes Gespräch, belebt durch die Sprache der Mimik und Gestik – schließlich sprach Oparin nur Russisch.

RNA-Welt

In der Theorie der Abiogenese führt die Suche nach dem Ursprung des Lebens zu der Vorstellung eines Systems, das einfacher ist als eine Zelle. Die moderne Zelle ist außerordentlich komplex, ihre Arbeit ruht auf drei Säulen: DNA, RNA und Proteinen. DNA speichert Erbinformationen, Proteine führen chemische Reaktionen nach dem in der DNA festgelegten Schema durch, Informationen von DNA zu Proteinen werden durch RNA übertragen. Was kann in ein vereinfachtes System aufgenommen werden? Einer der Bestandteile der Zelle, der sich zumindest selbst reproduzieren und den Stoffwechsel regulieren kann.

Die Suche nach dem ältesten Molekül, mit dem eigentlich das Leben begann, dauert fast ein Jahrhundert an. Wie Geologen die Erdgeschichte aus Gesteinsschichten rekonstruieren, entdecken Biologen die Evolution des Lebens anhand der Struktur der Zelle. Eine Reihe von Entdeckungen im 20. Jahrhundert führte zu der Hypothese eines spontan geborenen Gens, das zum Vorläufer des Lebens wurde. Es liegt auf der Hand, dass das DNA-Molekül ein solches primäres Gen sein könnte, weil es Informationen über seine Struktur und Änderungen darin speichert. Nach und nach fanden sie heraus, dass die DNA selbst keine Informationen an andere Generationen weitergeben kann, dafür braucht sie Helfer – RNA und Proteine. Als in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts neue Eigenschaften der RNA entdeckt wurden, stellte sich heraus, dass dieses Molekül besser für die Hauptrolle im Stück um die Entstehung des Lebens geeignet war.

Das RNA-Molekül ist einfacher aufgebaut als DNA. Es ist kürzer und besteht aus einem Faden. Dieses Molekül kann als Katalysator dienen, also gezielt chemische Reaktionen durchführen, beispielsweise Aminosäuren miteinander verbinden, und insbesondere seine eigene Replikation, also Reproduktion, durchführen. Wie bekannt ist, ist die selektive katalytische Aktivität eine der Haupteigenschaften, die lebenden Systemen innewohnt. In modernen Zellen übernehmen nur Proteine diese Funktion. Vielleicht ging diese Fähigkeit im Laufe der Zeit auf sie über, und einmal wurde dies von RNA erledigt.

Um herauszufinden, wozu RNA sonst noch fähig ist, begannen Wissenschaftler, sie künstlich zu züchten. In einer mit RNA-Molekülen gesättigten Lösung kocht sein eigenes Leben. Die Bewohner tauschen Teile aus und reproduzieren sich, dh Informationen werden an Nachkommen weitergegeben. Die spontane Selektion von Molekülen in einer solchen Kolonie ähnelt der natürlichen Selektion, ist also kontrollierbar. Als Züchter neue Tierrassen züchteten, begannen sie auch, RNA mit gewünschten Eigenschaften zu züchten. Zum Beispiel Moleküle, die dabei helfen, Nukleotide zu langen Ketten zusammenzufügen; Hochtemperaturmoleküle und so weiter.

Kolonien von Molekülen in Petrischalen - das ist die Welt der RNA, nur künstlich. Die natürliche Welt der RNA könnte vor 4 Milliarden Jahren in warmen Pfützen und kleinen Seen entstanden sein, wo eine spontane Vermehrung von Molekülen stattfand. Allmählich begannen sich die Moleküle in Gemeinschaften zu versammeln und miteinander um einen Platz unter der Sonne zu konkurrieren, der Stärkste überlebte. Die Informationsübertragung in solchen Kolonien ist zwar ungenau und die neu erworbenen Merkmale eines einzelnen "Individuums" können verloren gehen, aber dieser Mangel wird durch eine große Anzahl von Kombinationen gedeckt. Die Selektion der RNA ging sehr schnell, und in einer halben Milliarde Jahren hätte eine Zelle entstehen können. Die Welt der RNA, die der Entstehung des Lebens Impulse gab, verschwand nicht, sie existiert weiterhin in allen Organismen auf der Erde.

Die Welt der RNA ist fast lebendig, ihr bleibt nur noch ein Schritt zur vollständigen Wiederbelebung – die Produktion einer Zelle. Die Zelle ist durch eine starke Membran von der Umgebung getrennt, was bedeutet, dass die nächste Stufe in der Evolution der RNA-Welt der Abschluss von Kolonien, in denen die Moleküle miteinander verwandt sind, zu einer Fettmembran ist. Eine solche Protozelle könnte zufällig entstanden sein, aber um eine vollwertige lebende Zelle zu werden, musste die Membran von Generation zu Generation reproduziert werden. Mit Hilfe künstlicher Selektion in der Kolonie ist es möglich, die RNA zu entfernen, die für das Wachstum der Membran verantwortlich ist, aber ist das wirklich passiert? Die Autoren der Experimente vom Massachusetts Institute of Technology USA betonen, dass die im Labor erzielten Ergebnisse nicht unbedingt dem realen Zusammenbau einer lebenden Zelle ähneln und möglicherweise weit von der Wahrheit entfernt sind. Es ist jedoch noch nicht gelungen, eine lebende Zelle in einem Reagenzglas zu erzeugen. Die Welt der RNA hat ihre Geheimnisse noch nicht vollständig preisgegeben.

Wie ist das Leben auf der Erde entstanden? Die Details sind der Menschheit unbekannt, aber die Grundprinzipien wurden festgelegt. Es gibt zwei Haupttheorien und viele kleinere. Laut der Hauptversion kamen die organischen Komponenten also aus dem Weltraum auf die Erde, einer anderen zufolge geschah alles auf der Erde. Hier sind einige der beliebtesten Lehren.

Panspermie

Wie ist unsere Erde entstanden? Die Biographie des Planeten ist einzigartig, und die Menschen versuchen, sie auf unterschiedliche Weise zu enträtseln. Es gibt eine Hypothese, dass das Leben, das im Universum existiert, mit Hilfe von Meteoroiden (Himmelskörper, die in der Größe zwischen interplanetarem Staub und einem Asteroiden liegen), Asteroiden und Planeten verteilt wird. Es wird davon ausgegangen, dass es Lebensformen gibt, die einer Exposition (Strahlung, Vakuum, niedrige Temperaturen usw.) standhalten können. Sie werden Extremophile genannt (einschließlich Bakterien und Mikroorganismen).

Sie geraten in Trümmer und Staub, die nach dem Tod kleiner Körper des Sonnensystems in den Weltraum geschleudert werden und so Leben retten. Bakterien können lange Zeit in Ruhe reisen, bevor sie erneut zufällig mit anderen Planeten kollidieren.

Sie können sich auch mit protoplanetaren Scheiben vermischen (dichte Gaswolke um einen jungen Planeten). Geraten „hartnäckige, aber schläfrige Soldaten“ an einem neuen Ort in günstige Verhältnisse, werden sie aktiv. Der Evolutionsprozess beginnt. Die Geschichte wird mit Hilfe von Sonden enträtselt. Daten von Instrumenten, die sich im Inneren von Kometen befunden haben, zeigen, dass in den allermeisten Fällen die Wahrscheinlichkeit bestätigt ist, dass wir alle „ein bisschen fremd“ sind, da die Wiege des Lebens der Weltraum ist.

Biopoese

Und hier ist eine andere Meinung darüber, wie das Leben entstanden ist. Auf der Erde gibt es Lebendes und Unbelebtes. Einige Wissenschaften begrüßen die Abiogenese (Biopoese), die erklärt, wie im Laufe der natürlichen Transformation aus anorganischer Materie biologisches Leben hervorgegangen ist. Die meisten Aminosäuren (auch als Bausteine aller lebenden Organismen bezeichnet) können durch natürliche chemische Reaktionen gebildet werden, die nichts mit dem Leben zu tun haben.

Dies wird durch das Müller-Urey-Experiment bestätigt. 1953 leitete ein Wissenschaftler Elektrizität durch ein Gasgemisch und produzierte mehrere Aminosäuren unter Laborbedingungen, die denen der frühen Erde nachempfunden waren. In allen Lebewesen werden Aminosäuren unter dem Einfluss von Nukleinsäuren, den Hütern des genetischen Gedächtnisses, in Proteine umgewandelt.

Letztere werden auf biochemischem Weg selbstständig synthetisiert, und Proteine beschleunigen (katalysieren) den Prozess. Welches der organischen Moleküle ist das erste? Und wie haben sie interagiert? Die Abiogenesis ist dabei, eine Antwort zu finden.

Kosmogonische Trends

Das ist die Lehre vom Raum. In einem bestimmten Kontext der Weltraumwissenschaft und Astronomie bezieht sich der Begriff auf die Theorie der Entstehung (und Erforschung) des Sonnensystems. Versuche, sich einer naturalistischen Kosmogonie zuzuwenden, halten einer Überprüfung nicht stand. Erstens können die bestehenden wissenschaftlichen Theorien die Hauptsache nicht erklären: Wie ist das Universum selbst entstanden?

Zweitens gibt es kein physikalisches Modell, das die frühesten Momente der Existenz des Universums erklärt. In der erwähnten Theorie gibt es kein Konzept der Quantengravitation. Obwohl Stringtheoretiker sagen, dass Elementarteilchen aus den Schwingungen und Wechselwirkungen von Quantenstrings entstehen, sind diejenigen, die den Ursprung und die Folgen des Urknalls untersuchen (Loop-Quantenkosmologie), damit nicht einverstanden. Sie glauben, dass sie Formeln haben, um das Modell in Form von Feldgleichungen zu beschreiben.

Mit Hilfe kosmogonischer Hypothesen erklärten die Menschen die Gleichmäßigkeit der Bewegung und Zusammensetzung von Himmelskörpern. Lange bevor das Leben auf der Erde erschien, füllte Materie den gesamten Raum und entwickelte sich dann.

Endosymbiont

Die endosymbiotische Version wurde erstmals 1905 vom russischen Botaniker Konstantin Merezhkovsky formuliert. Er glaubte, dass einige Organellen als frei lebende Bakterien entstanden und als Endosymbionten in eine andere Zelle aufgenommen wurden. Mitochondrien entwickelten sich aus Proteobakterien (insbesondere Rickettsiales oder nahe Verwandte) und Chloroplasten aus Cyanobakterien.

Dies deutet darauf hin, dass mehrere Formen von Bakterien mit der Bildung einer eukaryotischen Zelle eine Symbiose eingegangen sind (Eukaryoten sind Zellen lebender Organismen, die einen Zellkern enthalten). Die horizontale Übertragung von genetischem Material zwischen Bakterien wird auch durch symbiotische Beziehungen erleichtert.

Der Entstehung einer Vielzahl von Lebensformen könnte der letzte gemeinsame Vorfahre (LUA) moderner Organismen vorausgegangen sein.

Spontane Geburt

Bis zum Beginn des 19. Jahrhunderts lehnten die Menschen „Plötzlichkeit“ im Allgemeinen als Erklärung dafür ab, wie das Leben auf der Erde begann. Die unerwartete spontane Entstehung bestimmter Lebensformen aus unbelebter Materie erschien ihnen unglaubwürdig. Aber sie glaubten an die Existenz von Heterogenese (eine Änderung der Fortpflanzungsmethode), wenn eine der Lebensformen von einer anderen Art stammt (z. B. Bienen von Blumen). Klassische Ideen zur spontanen Erzeugung laufen auf Folgendes hinaus: Einige komplexe lebende Organismen entstanden durch die Zersetzung organischer Substanzen.

Laut Aristoteles war dies eine leicht zu beobachtende Wahrheit: Blattläuse entstehen aus Tau, der auf Pflanzen fällt; Fliegen - von verdorbenem Essen, Mäuse - von schmutzigem Heu, Krokodile - von verrottenden Baumstämmen am Boden von Stauseen und so weiter. Die Theorie der spontanen Zeugung (vom Christentum widerlegt) existierte heimlich seit Jahrhunderten.

Es ist allgemein anerkannt, dass die Theorie im 19. Jahrhundert durch die Experimente von Louis Pasteur endgültig widerlegt wurde. Der Wissenschaftler untersuchte nicht den Ursprung des Lebens, sondern das Auftreten von Mikroben, um Infektionskrankheiten bekämpfen zu können. Pasteurs Beweise waren jedoch nicht mehr umstritten, sondern streng wissenschaftlich.

Tontheorie und sequentielle Erstellung

Die Entstehung des Lebens auf der Grundlage von Ton? Ist es möglich? Ein schottischer Chemiker namens A.J. Kearns-Smith von der University of Glasgow im Jahr 1985 ist der Autor einer solchen Theorie. Basierend auf ähnlichen Annahmen anderer Wissenschaftler argumentierte er, dass organische Partikel, die sich zwischen den Tonschichten befinden und mit ihnen interagieren, die Art und Weise der Speicherung von Informationen und des Wachstums übernommen haben. Daher hielt der Wissenschaftler das „Ton-Gen“ für primär. Ursprünglich existierten das Mineral und das werdende Leben zusammen, aber in einem bestimmten Stadium „liefen sie zusammen“.

Die Idee der Zerstörung (Chaos) in den Schwellenländern ebnete den Weg für die Katastrophentheorie als einen der Vorläufer der Evolutionstheorie. Ihre Befürworter glauben, dass die Erde in der Vergangenheit von plötzlichen, kurzlebigen, turbulenten Ereignissen betroffen war und dass die Gegenwart der Schlüssel zur Vergangenheit ist. Jede nächste Katastrophe zerstörte das bestehende Leben. Die nachfolgende Schöpfung belebte es bereits anders als das vorherige.

materialistische Lehre

Und hier ist eine andere Version davon, wie das Leben auf der Erde entstand. Es wurde von den Materialisten vorgeschlagen. Sie glauben, dass das Leben als Ergebnis allmählicher chemischer Transformationen entstand, die sich über Zeit und Raum erstreckten und aller Wahrscheinlichkeit nach vor fast 3,8 Milliarden Jahren stattfanden. Diese Entwicklung nennt man molekular, sie betrifft den Bereich der Desoxyribonukleinsäuren und Ribonukleinsäuren und Proteine (Eiweiße).

Als wissenschaftlicher Trend entstand die Doktrin in den 1960er Jahren, als aktive Forschung betrieben wurde, die die Molekular- und Evolutionsbiologie und die Populationsgenetik betraf. Die Wissenschaftler versuchten dann, die jüngsten Entdeckungen in Bezug auf Nukleinsäuren und Proteine zu verstehen und zu validieren.

Eines der Schlüsselthemen, das die Entwicklung dieses Wissensgebiets stimulierte, war die Evolution der enzymatischen Funktion, die Nutzung der Nukleinsäuredivergenz als "molekulare Uhr". Seine Offenlegung trug zu einer tieferen Untersuchung der Divergenz (Verzweigung) von Arten bei.

organischen Ursprungs

Über das Erscheinen des Lebens auf der Erde argumentieren Befürworter dieser Doktrin wie folgt. Die Artenbildung begann vor langer Zeit - vor mehr als 3,5 Milliarden Jahren (die Zahl gibt den Zeitraum an, in dem Leben existiert). Wahrscheinlich gab es zunächst einen langsamen und allmählichen Transformationsprozess, und dann begann eine schnelle (innerhalb des Universums) Verbesserungsphase, ein Übergang von einem statischen Zustand in einen anderen unter dem Einfluss bestehender Bedingungen.

Evolution, bekannt als biologisch oder organisch, ist der Prozess der Veränderung eines oder mehrerer vererbter Merkmale, die in Populationen von Organismen gefunden werden. Erbliche Merkmale sind besondere Unterscheidungsmerkmale, einschließlich anatomischer, biochemischer und verhaltensbezogener Merkmale, die von einer Generation zur nächsten weitergegeben werden.

Die Evolution hat zur Vielfalt und Diversifizierung aller lebenden Organismen geführt (Diversifikation). Unsere bunte Welt wurde von Charles Darwin als „endlose Formen, die schönsten und wunderbarsten“ beschrieben. Man bekommt den Eindruck, dass der Ursprung des Lebens eine Geschichte ohne Anfang und Ende ist.

besondere Kreation

Nach dieser Theorie sind alle Lebensformen, die heute auf dem Planeten Erde existieren, von Gott geschaffen. Adam und Eva sind der erste Mann und die erste Frau, die vom Allmächtigen geschaffen wurden. Mit ihnen hat das Leben auf der Erde begonnen, glauben Christen, Muslime und Juden. Drei Religionen waren sich einig, dass Gott das Universum innerhalb von sieben Tagen erschuf und den sechsten Tag zum Höhepunkt der Arbeit machte: Er schuf Adam aus dem Staub der Erde und Eva aus seiner Rippe.

Am siebten Tag ruhte Gott. Dann atmete er ein und schickte los, um sich um den Garten namens Eden zu kümmern. In der Mitte wuchsen der Baum des Lebens und der Baum der Erkenntnis des Guten. Gott hat erlaubt, dass die Früchte aller Bäume im Garten gegessen werden, mit Ausnahme des Baums der Erkenntnis („denn an dem Tag, an dem du sie isst, wirst du sterben“).

Aber die Leute waren ungehorsam. Der Koran sagt, dass Adam angeboten hat, den Apfel zu probieren. Gott vergab den Sündern und sandte sie beide als seine Stellvertreter auf die Erde. Und doch... Woher kam das Leben auf der Erde? Wie Sie sehen können, gibt es keine einzige Antwort. Obwohl moderne Wissenschaftler zunehmend der abiogenen (anorganischen) Theorie des Ursprungs aller Lebewesen zuneigen.

Es gibt eine Hypothese über die mögliche Einführung von Bakterien, Mikroben und anderen winzigen Organismen durch die Einführung von Himmelskörpern. Organismen entwickelten sich und als Ergebnis langfristiger Transformationen erschien allmählich Leben auf der Erde. Die Hypothese betrachtet Organismen, die sogar in einer anoxischen Umgebung und bei ungewöhnlich hohen oder niedrigen Temperaturen funktionieren können.

Dies ist auf das Vorhandensein von Wanderbakterien auf Asteroiden und Meteoriten zurückzuführen, die Fragmente von Kollisionen von Planeten oder anderen Körpern sind. Aufgrund des Vorhandenseins einer verschleißfesten Außenhülle sowie aufgrund der Fähigkeit, alle Lebensprozesse zu verlangsamen (manchmal in eine Spore zu verwandeln), kann sich diese Art von Leben sehr lange und sehr lange bewegen Entfernungen.

Wenn „intergalaktische Reisende“ in gastfreundlichere Bedingungen geraten, aktivieren sie die wichtigsten lebenserhaltenden Funktionen. Und ohne es zu merken, bilden sie im Laufe der Zeit das Leben auf der Erde.

Lebend von Nichtlebend

Die Tatsache, dass es heute synthetische und organische Substanzen gibt, ist unbestreitbar. Darüber hinaus synthetisierte der deutsche Wissenschaftler Friedrich Wöhler bereits im 19. Jahrhundert organische Stoffe (Harnstoff) aus anorganischen Stoffen (Ammoniumcyanat). Dann wurden Kohlenwasserstoffe synthetisiert. Das Leben auf dem Planeten Erde ist also sehr wahrscheinlich durch Synthese aus anorganischem Material entstanden. Durch Abiogenese werden Theorien über die Entstehung des Lebens aufgestellt.

Da die Hauptrolle in der Struktur eines organischen Organismus von Aminosäuren gespielt wird. Es wäre logisch anzunehmen, dass sie an der Besiedlung der Erde mit Leben beteiligt waren. Basierend auf den Daten aus dem Experiment von Stanley Miller und Harold Urey (Bildung von Aminosäuren durch Hindurchleiten einer elektrischen Ladung durch Gase) können wir über die Möglichkeit der Bildung von Aminosäuren sprechen. Schließlich sind Aminosäuren die Bausteine, aus denen komplexe Systeme des Körpers bzw. jedes Lebens aufgebaut sind.

Kosmogonische Hypothese

Die wohl beliebteste Interpretation überhaupt, die jeder Student kennt. Die Big Bang Theory war und ist ein heißes Diskussionsthema. Der Urknall kam von einem einzigartigen Punkt der Energieakkumulation, wodurch sich das Universum erheblich ausdehnte. Kosmische Körper wurden gebildet. Trotz aller Konsequenz erklärt die Urknalltheorie nicht die Entstehung des Universums selbst. Tatsächlich kann keine existierende Hypothese dies erklären.

Symbiose von Organellen von Kernorganismen

Diese Version der Entstehung des Lebens auf der Erde wird auch als Endosymbiose bezeichnet. Die klaren Bestimmungen des Systems wurden von dem russischen Botaniker und Zoologen K. S. Merezhkovsky erstellt. Die Essenz dieses Konzepts liegt in der für beide Seiten vorteilhaften Kohabitation der Organelle mit der Zelle. Was wiederum auf Endosymbiose hindeutet, als eine für beide Seiten vorteilhafte Symbiose mit der Bildung von eukaryotischen Zellen (Zellen, in denen ein Zellkern vorhanden ist). Dann wurde mit Hilfe der Übertragung genetischer Informationen zwischen Bakterien ihre Entwicklung und Populationsvermehrung durchgeführt. Nach dieser Version ist jede weitere Entwicklung von Leben und Lebensformen auf den früheren Vorfahren moderner Arten zurückzuführen.

Spontane Generation

Diese Art von Aussage im neunzehnten Jahrhundert konnte nicht ohne eine gewisse Skepsis aufgenommen werden. Das plötzliche Auftreten von Arten, nämlich die Entstehung von Leben aus Nicht-Lebewesen, erschien den Menschen dieser Zeit wie eine Fantasie. Gleichzeitig wurde die Heterogenese (die Fortpflanzungsmethode, durch die Individuen geboren werden, die sich von den Eltern stark unterscheiden) als vernünftige Erklärung des Lebens anerkannt. Ein einfaches Beispiel wäre die Bildung eines komplexen lebensfähigen Systems aus zerfallenden Substanzen.

Zum Beispiel berichten ägyptische Hieroglyphen im selben Ägypten vom Auftreten eines vielfältigen Lebens aus Wasser, Sand, zerfallenden und verrottenden Pflanzenresten. Diese Nachricht hätte die antiken griechischen Philosophen nicht überrascht. Dort wurde der Glaube an die Entstehung des Lebens aus dem Unbelebten als Tatsache wahrgenommen, die keiner Begründung bedarf. Der große griechische Philosoph Aristoteles sprach so von der sichtbaren Wahrheit: „Blattläuse entstehen aus verrotteter Nahrung, Krokodil ist das Ergebnis von Prozessen in verrottenden Baumstämmen unter Wasser.“ Geheimnisvoll, aber trotz aller Art von Verfolgung durch die Kirche lebte die Überzeugung unter dem Busen des Mysteriums ein Jahrhundert lang.

Debatten über das Leben auf der Erde können nicht ewig weitergehen. Deshalb führte Ende des 19. Jahrhunderts der französische Mikrobiologe und Chemiker Louis Pasteur seine Analysen durch. Seine Forschung war streng wissenschaftlich. Das Experiment wurde 1860-1862 durchgeführt. Dank der Beseitigung von Streitigkeiten aus einem schläfrigen Zustand konnte Pasteur das Problem der spontanen Erzeugung des Lebens lösen. (Wofür er den Preis der Französischen Akademie der Wissenschaften erhielt)

Erschaffung der Existenz aus gewöhnlichem Ton

Es klingt wie Wahnsinn, aber in Wirklichkeit hat dieses Thema das Recht auf Leben. Schließlich hat der schottische Wissenschaftler A.J. Cairns-Smith nicht umsonst eine Proteintheorie über das Leben aufgestellt. Er bildete stark die Grundlage ähnlicher Studien und sprach über die Wechselwirkung auf molekularer Ebene zwischen organischen Bestandteilen und einfachem Ton ... Unter seinem Einfluss bildeten die Komponenten stabile Systeme, in denen Änderungen in der Struktur beider Komponenten auftraten, und dann die Aufbau eines nachhaltigen Lebens. Auf so einzigartige und originelle Weise hat Kearns-Smith seine Position erklärt. Tonkristalle mit darin enthaltenen biologischen Einschlüssen brachten das gemeinsame Leben hervor, wonach ihre „Zusammenarbeit“ endete.

Theorie der permanenten Katastrophen

Nach dem von Georges Cuvier entwickelten Konzept ist die Welt, die Sie gerade sehen, keineswegs primär. Und was er ist, ist also nur ein weiteres Glied in einer konsequent zerrissenen Kette. Das bedeutet, dass wir in einer Welt leben, die letztendlich ein Massensterben von Leben erleiden wird. Gleichzeitig wurde nicht alles auf der Erde global zerstört (z. B. gab es eine Flut). Einige Arten überlebten im Zuge ihrer Anpassungsfähigkeit und besiedelten damit die Erde. Die Struktur der Arten und des Lebens blieb laut Georges Cuvier unverändert.

Materie als objektive Realität

Das Hauptthema des Unterrichts sind verschiedene Sphären und Bereiche, die das Verständnis der Evolution aus der Sicht der exakten Wissenschaften näher bringen. (Materialismus ist eine Weltanschauung in der Philosophie, die alle kausalen Umstände, Phänomene und Faktoren der Realität offenbart. Gesetze gelten für den Menschen, die Gesellschaft, die Erde). Die Theorie wurde von bekannten Anhängern des Materialismus aufgestellt, die glauben, dass das Leben auf der Erde aus Transformationen auf der Ebene der Chemie entstanden ist. Außerdem ereigneten sie sich vor fast 4 Milliarden Jahren. Die Erklärung des Lebens steht in direktem Zusammenhang mit DNA (Desoxyribonukleinsäure), RNA (Ribonukleinsäure) sowie einigen IUPs (Verbindungen mit hohem Molekulargewicht, in dieser Fall- Proteine.)

Das Konzept wurde durch wissenschaftliche Forschung gebildet, die die Essenz der Molekular- und Genbiologie, der Genetik, enthüllt. Die Quellen sind maßgeblich, insbesondere angesichts ihrer Jugend. Immerhin begannen Studien der Hypothese über die Welt der RNA Ende des zwanzigsten Jahrhunderts. Einen großen Beitrag zur Theorie leistete Carl Richard Woese.

Lehren von Charles Darwin

Wenn man über den Ursprung der Arten spricht, ist es unmöglich, eine so wirklich brillante Person wie Charles Darwin nicht zu erwähnen. Sein Lebenswerk, die natürliche Auslese, legte den Grundstein für atheistische Massenbewegungen. Andererseits verlieh sie der Wissenschaft einen beispiellosen Aufschwung, einen unerschöpflichen Boden für Forschung und Experimente. Die Essenz der Doktrin war das Überleben von Arten im Laufe der Geschichte, durch die Anpassung von Organismen an lokale Bedingungen, die Bildung neuer Merkmale, die in einem wettbewerbsorientierten Umfeld helfen.

Evolution bezieht sich auf einige Prozesse, die darauf abzielen, das Leben eines Organismus und den Organismus selbst im Laufe der Zeit zu verändern. Unter erblichen Merkmalen verstehen sie die Übertragung von Verhaltens-, genetischen oder anderen Arten von Informationen (Übertragung von der Mutter auf das Kind).

Die Hauptkräfte der Evolutionsbewegung sind laut Darwin der Kampf um das Existenzrecht durch Selektion und Variabilität der Arten. Unter dem Einfluss darwinistischer Ideen wurde zu Beginn des 20. Jahrhunderts sowohl in Bezug auf die Ökologie als auch auf die Genetik aktiv geforscht. Der Zoologieunterricht hat sich radikal verändert.

Schöpfung Gottes

Viele Menschen aus der ganzen Welt bekennen sich immer noch zum Glauben an Gott. Kreationismus ist eine Interpretation der Entstehung des Lebens auf der Erde. Die Interpretation besteht aus einem auf der Bibel basierenden System von Aussagen und betrachtet das Leben als ein von einem Schöpfergott geschaffenes Wesen. Die Daten stammen aus dem „Alten Testament“, dem „Evangelium“ und anderen heiligen Schriften.

Interpretationen der Erschaffung des Lebens in verschiedenen Religionen sind ziemlich ähnlich. Laut Bibel wurde die Erde in sieben Tagen erschaffen. Der Himmel, der Himmelskörper, Wasser und Co. sind in fünf Tagen entstanden. Am sechsten Tag erschuf Gott Adam aus Ton. Als Gott einen gelangweilten, einsamen Mann sah, beschloss Gott, ein weiteres Wunder zu erschaffen. Er nahm Adams Rippe und erschuf Eva. Der siebte Tag wurde als Ruhetag anerkannt.

Adam und Eva lebten ohne Probleme, bis der bösartige Teufel in Form einer Schlange beschloss, Eva zu verführen. Schließlich stand mitten im Paradies der Baum der Erkenntnis von Gut und Böse. Die erste Mutter lud Adam ein, das Essen zu teilen, und verletzte damit das Wort, das Gott gegeben wurde (er verbot, die verbotenen Früchte zu berühren).

Die ersten Menschen werden in unsere Welt vertrieben und damit beginnt die Geschichte der gesamten Menschheit und des Lebens auf der Erde.

Die Frage nach der Entstehung des Lebens auf der Erde ist eine der schwierigsten Fragen der modernen Naturwissenschaft, auf die es bisher keine eindeutige Antwort gibt.

Es gibt mehrere Theorien über den Ursprung des Lebens auf der Erde, von denen die bekanntesten sind:

Theorie der spontanen (spontanen) Zeugung;
die Theorie des Kreationismus (oder Schöpfung);
Steady-State-Theorie;
Theorie der Panspermie;
Theorie der biochemischen Evolution (die Theorie von A.I. Oparin).

Betrachten Sie die wichtigsten Bestimmungen dieser Theorien.

Theorie der spontanen (spontanen) Erzeugung

Die Theorie der spontanen Erzeugung des Lebens war in der Antike weit verbreitet - Babylon, China, das alte Ägypten und das antike Griechenland (insbesondere Aristoteles hielt an dieser Theorie fest).

Wissenschaftler der Antike und des mittelalterlichen Europas glaubten, dass Lebewesen ständig aus unbelebter Materie entstehen: Würmer aus Schlamm, Frösche aus Schlamm, Glühwürmchen aus Morgentau usw. So der berühmte niederländische Wissenschaftler des 17. Jahrhunderts. Van Helmont beschrieb in seiner wissenschaftlichen Abhandlung ganz ernsthaft ein Erlebnis, bei dem er Mäuse in einem verschlossenen dunklen Schrank direkt von einem schmutzigen Hemd und einer Handvoll Weizen in 3 Wochen bekam. Der italienische Wissenschaftler Francesco Redi (1688) beschloss erstmals, eine weithin akzeptierte Theorie einer experimentellen Überprüfung zu unterziehen. Er legte mehrere Fleischstücke in Gefäße und bedeckte einige davon mit Musselin. In offenen Gefäßen erschienen weiße Würmer auf der Oberfläche von verrottendem Fleisch - Fliegenlarven. In den mit Musselin bedeckten Gefäßen befanden sich keine Fliegenlarven. So gelang es F. Redi zu beweisen, dass Fliegenlarven nicht aus verrottendem Fleisch entstehen, sondern aus Eiern, die von Fliegen auf seiner Oberfläche abgelegt werden.

1765 kochte der berühmte italienische Wissenschaftler und Arzt Lazzaro Spalanzani Fleisch- und Gemüsebrühen in verschlossenen Glaskolben. Brühen in verschlossenen Kolben verschlechterten sich nicht. Er kam zu dem Schluss, dass unter dem Einfluss hoher Temperaturen alle Lebewesen starben, die in der Lage waren, die Brühe zu verderben. Die Experimente von F. Redi und L. Spalanzani überzeugten jedoch nicht alle. Vitalistische Wissenschaftler (von lat. Lebenslauf- Leben) glaubte, dass eine spontane Erzeugung von Lebewesen in einer gekochten Brühe nicht stattfindet, da darin eine besondere „Lebenskraft“ zerstört wird, die nicht in ein verschlossenes Gefäß eindringen kann, da sie durch die Luft transportiert wird.

Im Zusammenhang mit der Entdeckung von Mikroorganismen verschärften sich die Auseinandersetzungen über die Möglichkeit der spontanen Erzeugung von Leben. Wenn komplexe Lebewesen sich nicht spontan vermehren können, dann vielleicht Mikroorganismen?

In diesem Zusammenhang kündigte die Französische Akademie 1859 die Verleihung eines Preises an denjenigen an, der endgültig über die Frage der Möglichkeit oder Unmöglichkeit der spontanen Erzeugung von Leben entscheidet. Diese Auszeichnung wurde 1862 dem berühmten französischen Chemiker und Mikrobiologen Louis Pasteur verliehen. Genau wie Spalanzani kochte er Nährbrühe in einem Glaskolben, aber der Kolben war nicht gewöhnlich, sondern hatte einen Hals in Form eines 5-förmigen Rohrs. Luft und damit die "Lebenskraft" konnten in die Flasche eindringen, aber der Staub und damit die in der Luft vorhandenen Mikroorganismen setzten sich im unteren Bogen des 5-förmigen Rohrs ab, und die Brühe in der Flasche blieb steril (Abb. 1). Es lohnte sich jedoch, den Flaschenhals zu brechen oder das untere Knie des 5-förmigen Röhrchens mit steriler Brühe zu spülen, da die Brühe schnell trübe wurde - Mikroorganismen traten darin auf.

So wurde dank der Arbeit von Louis Pasteur die Theorie der spontanen Zeugung als unhaltbar anerkannt und die Theorie der Biogenese in der wissenschaftlichen Welt etabliert, deren kurze Formulierung - "Alles Lebendige ist von Lebewesen."

Reis. 1. Pasteurkolben

Wenn jedoch alle Lebewesen in der historisch absehbaren Zeit der Menschheitsentwicklung nur aus anderen Lebewesen hervorgegangen sind, stellt sich natürlich die Frage: Wann und wie sind die ersten Lebewesen auf der Erde entstanden?

Schöpfungstheorie

Schöpfungstheorie geht davon aus, dass alle lebenden Organismen (oder nur ihre einfachsten Formen) in einem bestimmten Zeitraum von einem übernatürlichen Wesen (Gottheit, absolute Idee, Supermind, Superzivilisation usw.) geschaffen („entworfen“) wurden. Es ist offensichtlich, dass die Anhänger der meisten führenden Weltreligionen, insbesondere der christlichen Religion, seit alters her an diesem Standpunkt festhielten.

Die Theorie des Kreationismus ist immer noch weit verbreitet, nicht nur in religiösen, sondern auch in wissenschaftlichen Kreisen. Es wird normalerweise verwendet, um die komplexesten, ungelösten Probleme der biochemischen und biologischen Evolution zu erklären, die mit der Entstehung von Proteinen und Nukleinsäuren, der Bildung des Wechselwirkungsmechanismus zwischen ihnen, der Entstehung und Bildung einzelner komplexer Organellen oder Organe (wie z Ribosom, Auge oder Gehirn). Akte der periodischen „Schöpfung“ erklären auch das Fehlen klarer Übergangsverbindungen von einer Tierart
zum anderen, zum Beispiel von Würmern zu Arthropoden, von Affen zu Menschen usw. Es muss betont werden, dass der philosophische Streit um den Primat des Bewusstseins (Supermind, absolute Idee, Gottheit) oder der Materie grundsätzlich unlösbar ist, da ein Versuch, etwaige Schwierigkeiten der modernen Biochemie und Evolutionstheorie durch grundsätzlich unverständliche übernatürliche Schöpfungsakte zu erklären, unternimmt Da diese Fragen über den Rahmen der wissenschaftlichen Forschung hinausgehen, kann die Theorie des Kreationismus nicht der Kategorie der wissenschaftlichen Theorien über die Entstehung des Lebens auf der Erde zugeordnet werden.

Steady-State- und Panspermie-Theorien

Diese beiden Theorien sind komplementäre Elemente eines einzigen Weltbildes, dessen Essenz wie folgt lautet: Das Universum existiert für immer und Leben existiert darin für immer (stationärer Zustand). Das Leben wird von Planet zu Planet durch „Samen des Lebens“ getragen, die im Weltraum reisen und Teil von Kometen und Meteoriten (Panspermie) sein können. Ähnliche Ansichten über den Ursprung des Lebens wurden insbesondere von Akademiker V.I. Wernadski.

Allerdings ist die Theorie des stationären Zustands, die von einer unendlich langen Existenz des Universums ausgeht, nicht mit den Daten der modernen Astrophysik vereinbar, wonach das Universum erst vor relativ kurzer Zeit (vor etwa 16 Milliarden Jahren) durch eine Primärexplosion entstanden ist .

Es liegt auf der Hand, dass beide Theorien (Panspermie und stationärer Zustand) überhaupt keine Erklärung für den Mechanismus der primären Entstehung des Lebens bieten, es auf andere Planeten übertragen (Panspermie) oder zeitlich ins Unendliche verschieben (Theorie eines stationären Zustands). Zustand).

Theorie der biochemischen Evolution (Theorie von A.I. Oparin)

Von allen Theorien über den Ursprung des Lebens ist die in der wissenschaftlichen Welt verbreitetste und anerkannteste die Theorie der biochemischen Evolution, die 1924 vom sowjetischen Biochemiker Akademiker A.I. Oparin (1936 beschrieb er es ausführlich in seinem Buch The Emergence of Life).

Die Essenz dieser Theorie ist, dass die biologische Evolution – d.h. der Entstehung, Entwicklung und Komplikation verschiedener Formen lebender Organismen ging die chemische Evolution voraus - eine lange Periode in der Erdgeschichte, die mit der Entstehung, Komplikation und Verbesserung der Wechselwirkung zwischen elementaren Einheiten, "Ziegeln", verbunden ist alle Lebewesen - organische Moleküle.

Präbiologische (chemische) Evolution

Nach Ansicht der meisten Wissenschaftler (hauptsächlich Astronomen und Geologen) ist die Erde vor etwa 5 Milliarden Jahren als Himmelskörper entstanden. durch Kondensation von Partikeln einer um die Sonne rotierenden Gas- und Staubwolke.

Unter dem Einfluss von Druckkräften setzen die Partikel, aus denen die Erde besteht, eine enorme Wärmemenge frei. Thermonukleare Reaktionen beginnen im Darm der Erde. Dadurch wird die Erde sehr heiß. Also vor 5 Milliarden Jahren Die Erde war eine heiße Kugel, die durch den Weltraum raste und deren Oberflächentemperatur 4000-8000°C erreichte (lacht. 2).

Allmählich beginnt die Erde aufgrund der Abstrahlung von Wärmeenergie in den Weltraum abzukühlen. Vor etwa 4 Milliarden Jahren Die Erde kühlt so stark ab, dass sich auf ihrer Oberfläche eine harte Kruste bildet; gleichzeitig entweichen leichte, gasförmige Substanzen aus seinen Eingeweiden, steigen auf und bilden die Primäratmosphäre. Die Zusammensetzung der Primäratmosphäre unterschied sich erheblich von der modernen. Anscheinend gab es in der Atmosphäre der alten Erde keinen freien Sauerstoff, und ihre Zusammensetzung umfasste Substanzen in reduziertem Zustand wie Wasserstoff (H 2), Methan (CH 4), Ammoniak (NH 3), Wasserdampf (H 2 O ) und möglicherweise auch Stickstoff (N 2 ), Kohlenmonoxid und Kohlendioxid (CO und CO 2 ).

Der reduzierende Charakter der Primäratmosphäre der Erde ist für die Entstehung des Lebens von großer Bedeutung, da Stoffe im reduzierten Zustand hochreaktiv sind und unter bestimmten Bedingungen miteinander in Wechselwirkung treten können und organische Moleküle bilden. Auch das Fehlen von freiem Sauerstoff in der Atmosphäre der Urerde (praktisch der gesamte Sauerstoff der Erde war in Form von Oxiden gebunden) ist eine wichtige Voraussetzung für die Entstehung von Leben, da Sauerstoff leicht oxidiert und dabei organische Verbindungen zerstört. Daher wäre in Gegenwart von freiem Sauerstoff in der Atmosphäre die Ansammlung einer erheblichen Menge organischer Materie auf der alten Erde unmöglich gewesen.

Vor etwa 5 Milliarden Jahren- die Entstehung der Erde als Himmelskörper; Oberflächentemperatur — 4000-8000°C

Vor etwa 4 Milliarden Jahren - Entstehung der Erdkruste und Primäratmosphäre

Bei 1000 Grad- In der Primäratmosphäre beginnt die Synthese einfacher organischer Moleküle

Die Energie für die Synthese ist gegeben durch:

Die Temperatur der Primäratmosphäre liegt unter 100 °C - die Entstehung des Primärozeans -

Synthese komplexer organischer Moleküle - Biopolymere aus einfachen organischen Molekülen:

einfache organische Moleküle - Monomere
komplexe organische Moleküle - Biopolymere

Planen. 2. Hauptstadien der chemischen Evolution

Wenn die Temperatur der Primäratmosphäre 1000°C erreicht, beginnt darin die Synthese einfacher organischer Moleküle, wie Aminosäuren, Nukleotide, Fettsäuren, einfacher Zucker, mehrwertige Alkohole, organische Säuren usw. Die Energie für die Synthese wird von geliefert Blitzentladungen, vulkanische Aktivität, harte Weltraumstrahlung und schließlich die ultraviolette Strahlung der Sonne, vor der die Erde noch nicht durch den Ozonschirm geschützt ist, und es ist die ultraviolette Strahlung, die Wissenschaftler als die Hauptenergiequelle für abiogene (d. h ist, ohne Beteiligung lebender Organismen) Synthese organischer Substanzen.

Die Anerkennung und weite Verbreitung der Theorie der K.I. Oparin wurde wesentlich erleichtert durch die Tatsache, dass die Prozesse der abiogenen Synthese organischer Moleküle in Modellversuchen leicht reproduziert werden können.

Die Möglichkeit, organische Stoffe aus anorganischen Stoffen zu synthetisieren, ist seit Anfang des 19. Jahrhunderts bekannt. Bereits 1828 synthetisierte der herausragende deutsche Chemiker F. Wöhler eine organische Substanz - Harnstoff aus anorganischem - Ammoniumcyanat. Die Möglichkeit der abiogenen Synthese organischer Substanzen unter Bedingungen, die denen der alten Erde nahekommen, wurde jedoch erstmals im Experiment von S. Miller gezeigt.

1953 reproduzierte ein junger amerikanischer Forscher, ein Doktorand an der University of Chicago, Stanley Miller, in einem Glaskolben mit eingelöteten Elektroden die Primäratmosphäre der Erde, die nach damaligen Wissenschaftlern aus Wasserstoff bestand, Methan CH 4, Ammoniak NH und Wasserdampf H 2 0 (Abb. 3). Durch dieses Gasgemisch leitete S. Miller eine Woche lang elektrische Entladungen, die Gewitter simulierten. Am Ende des Experiments wurden im Kolben α-Aminosäuren (Glycin, Alanin, Asparagin, Glutamin), organische Säuren (Bernstein-, Milch-, Essig-, Glykolsäure), γ-Hydroxybuttersäure und Harnstoff gefunden. Bei der Wiederholung des Experiments gelang es S. Miller, einzelne Nukleotide und kurze Polynukleotidketten von fünf bis sechs Gliedern zu erhalten.

Reis. 3. Installation von S. Miller

In weiteren Experimenten zur abiogenen Synthese, die von verschiedenen Forschern durchgeführt wurden, wurden nicht nur elektrische Entladungen verwendet, sondern auch andere Arten von Energie, die für die alte Erde charakteristisch sind, wie kosmische, ultraviolette und radioaktive Strahlung, hohe Temperaturen, die der vulkanischen Aktivität innewohnen, sowie verschiedene Optionen für Gasmischungen, die die ursprüngliche Atmosphäre imitieren. Als Ergebnis wurde fast das gesamte Spektrum der für Lebewesen charakteristischen organischen Moleküle gewonnen: Aminosäuren, Nukleotide, fettähnliche Substanzen, einfache Zucker, organische Säuren.

Darüber hinaus kann es derzeit auch auf der Erde zu einer abiogenen Synthese organischer Moleküle kommen (z. B. im Zuge vulkanischer Aktivität). Gleichzeitig findet man in vulkanischen Emissionen nicht nur Blausäure HCN, die eine Vorstufe von Aminosäuren und Nukleotiden ist, sondern auch einzelne Aminosäuren, Nukleotide und sogar so komplexe organische Substanzen wie Porphyrine. Die abiogene Synthese organischer Substanzen ist nicht nur auf der Erde, sondern auch im Weltraum möglich. Die einfachsten Aminosäuren kommen in Meteoriten und Kometen vor.

Als die Temperatur der Primäratmosphäre unter 100 ° C fiel, fiel heißer Regen auf die Erde und der Primärozean erschien. Mit Regenströmen gelangten biogen synthetisierte organische Substanzen in den Primärozean, der ihn, allerdings im übertragenen Sinne des englischen Biochemikers John Haldane, in eine verdünnte „Primärsuppe“ verwandelte. Anscheinend beginnen im Urozean die Prozesse der Bildung einfacher organischer Moleküle – Monomere komplexer organischer Moleküle – Biopolymere (siehe Abb. 2).

Die Polymerisationsprozesse einzelner Nukleoside, Aminosäuren und Zucker sind jedoch Kondensationsreaktionen, sie laufen unter Wasserabspaltung ab, daher trägt das wässrige Medium nicht zur Polymerisation bei, sondern im Gegenteil zur Hydrolyse von Biopolymeren (d.h. , ihre Zerstörung durch Zugabe von Wasser).

Die Bildung von Biopolymeren (insbesondere Proteinen aus Aminosäuren) könnte in der Atmosphäre bei einer Temperatur von etwa 180°C stattfinden, von wo sie mit atmosphärischen Niederschlägen in den Primärozean geschwemmt wurden. Darüber hinaus ist es möglich, dass auf der antiken Erde Aminosäuren in austrocknenden Reservoirs konzentriert und unter dem Einfluss von ultraviolettem Licht und der Hitze von Lavaströmen in trockener Form polymerisiert wurden.

Trotz der Tatsache, dass Wasser die Hydrolyse von Biopolymeren fördert, findet die Synthese von Biopolymeren in einer lebenden Zelle genau in einem wässrigen Medium statt. Dieser Prozess wird durch spezielle katalytische Proteine - Enzyme katalysiert, und die für die Synthese notwendige Energie wird beim Abbau von Adenosintriphosphorsäure - ATP freigesetzt. Es ist möglich, dass die Synthese von Biopolymeren in der aquatischen Umgebung des Primärozeans durch die Oberfläche bestimmter Mineralien katalysiert wurde. Es wurde experimentell gezeigt, dass eine Lösung der Aminosäure Alanin in Gegenwart eines speziellen Aluminiumoxidtyps in wässrigem Medium polymerisieren kann. Dabei wird das Peptid Polyalanin gebildet. Die Polymerisationsreaktion von Alanin wird vom Abbau von ATP begleitet.

Die Polymerisation von Nukleotiden ist einfacher als die Polymerisation von Aminosäuren. Es hat sich gezeigt, dass in Lösungen mit hoher Salzkonzentration einzelne Nukleotide spontan polymerisieren und zu Nukleinsäuren werden.

Das Leben aller modernen Lebewesen ist ein Prozess der kontinuierlichen Interaktion zwischen den wichtigsten Biopolymeren einer lebenden Zelle - Proteinen und Nukleinsäuren.

Proteine sind die "Arbeitsmoleküle", "Ingenieurmoleküle" einer lebenden Zelle. Um ihre Rolle im Stoffwechsel zu beschreiben, verwenden Biochemiker oft solche bildlichen Ausdrücke wie "das Protein funktioniert", "das Enzym führt die Reaktion". Die wichtigste Funktion von Proteinen ist die katalytische. Wie Sie wissen, sind Katalysatoren Substanzen, die chemische Reaktionen beschleunigen, aber sie selbst sind nicht in den Endprodukten der Reaktion enthalten. Tanks-Katalysatoren werden Enzyme genannt. Enzyme in Biegung und tausendfach beschleunigen Stoffwechselreaktionen. Der Stoffwechsel und damit das Leben ohne sie ist unmöglich.

Nukleinsäuren- das sind "Moleküle-Computer", Moleküle sind die Hüter der Erbinformationen. Nukleinsäuren speichern nicht Informationen über alle Substanzen einer lebenden Zelle, sondern nur über Proteine. Es reicht aus, in der Tochterzelle die für die Mutterzelle charakteristischen Proteine zu reproduzieren, damit sie alle chemischen und strukturellen Merkmale der Mutterzelle sowie die ihr innewohnende Art und Geschwindigkeit des Stoffwechsels genau nachbilden. Auch Nukleinsäuren selbst werden aufgrund der katalytischen Aktivität von Proteinen reproduziert.

Somit ist das Mysterium des Ursprungs des Lebens das Mysterium der Entstehung des Wechselwirkungsmechanismus zwischen Proteinen und Nukleinsäuren. Welche Informationen hat die moderne Wissenschaft über diesen Prozess? Welche Moleküle waren die primäre Grundlage des Lebens – Proteine oder Nukleinsäuren?

Wissenschaftler glauben, dass trotz der Schlüsselrolle von Proteinen im Stoffwechsel moderner lebender Organismen die ersten "lebenden" Moleküle keine Proteine, sondern Nukleinsäuren, nämlich Ribonukleinsäuren (RNA), waren.

1982 entdeckte der amerikanische Biochemiker Thomas Check die autokatalytischen Eigenschaften der RNA. Er zeigte experimentell, dass Ribonukleotide in einem Medium mit hohen Konzentrationen an Mineralsalzen spontan (spontan) polymerisieren und Polynukleotide - RNA-Moleküle - bilden. Auf den ursprünglichen Polynukleotidketten der RNA werden wie auf einer Matrix RNA-Kopien durch Paarung komplementärer stickstoffhaltiger Basen gebildet. Die RNA-Template-Kopierreaktion wird durch das ursprüngliche RNA-Molekül katalysiert und erfordert keine Beteiligung von Enzymen oder anderen Proteinen.

Was als nächstes geschah, lässt sich ziemlich gut durch das erklären, was man auf molekularer Ebene als „natürliche Selektion“ bezeichnen könnte. Beim Selbstkopieren (Self-Assembly) von RNA-Molekülen kommt es zwangsläufig zu Ungenauigkeiten und Fehlern. Die fehlerhaften RNA-Kopien werden erneut kopiert. Beim erneuten Kopieren können erneut Fehler auftreten. Infolgedessen wird die Population von RNA-Molekülen in einem bestimmten Teil des Primärozeans heterogen sein.

Da parallel zu den Syntheseprozessen auch RNA-Zerfallsprozesse ablaufen, reichern sich Moleküle mit entweder größerer Stabilität oder besseren autokatalytischen Eigenschaften im Reaktionsmedium an (also Moleküle, die sich schneller kopieren, schneller „vermehren“).

Auf manchen RNA-Molekülen, wie auf einer Matrix, kann es zur Selbstorganisation von kleinen Proteinfragmenten – Peptiden – kommen. Um das RNA-Molekül wird eine Proteinhülle gebildet.

Neben autokatalytischen Funktionen entdeckte Thomas Check das Phänomen des Selbstspleißens in RNA-Molekülen. Durch das Selbstspleißen werden nicht durch Peptide geschützte RNA-Bereiche spontan aus der RNA entfernt (sie werden sozusagen „herausgeschnitten“ und „ausgestoßen“) und die verbleibenden RNA-Bereiche, die Proteinfragmente kodieren, „wachsen zusammen “, d.h. verbinden sich spontan zu einem einzigen Molekül. Dieses neue RNA-Molekül wird bereits für ein großes komplexes Protein kodieren (Abbildung 4).

Anscheinend erfüllten Proteinhüllen anfangs hauptsächlich eine Schutzfunktion, indem sie die RNA vor Zerstörung schützten und dadurch ihre Stabilität in Lösung erhöhten (das ist die Funktion von Proteinhüllen in den einfachsten modernen Viren).

Offensichtlich haben in einem bestimmten Stadium der biochemischen Evolution RNA-Moleküle, die nicht nur Schutzproteine codieren, sondern auch katalytische Proteine (Enzyme), die die RNA-Kopiergeschwindigkeit stark beschleunigen, einen Vorteil erlangt. Anscheinend entstand so der Interaktionsprozess zwischen Proteinen und Nukleinsäuren, den wir heute Leben nennen.

Im Laufe der weiteren Entwicklung begannen dank des Auftretens eines Proteins mit den Funktionen eines Enzyms, der Reversen Transkriptase, auf einzelsträngigen RNA-Molekülen Moleküle der Desoxyribonukleinsäure (DNA) zu synthetisieren, die aus zwei Strängen bestehen. Das Fehlen einer OH-Gruppe in der 2"-Position von Desoxyribose macht DNA-Moleküle stabiler gegenüber hydrolytischer Spaltung in leicht alkalischen Lösungen, nämlich die Reaktion des Mediums in Primärreservoirs war leicht alkalisch (diese Reaktion des Mediums blieb auch erhalten im Zytoplasma moderner Zellen).

Wo fand die Entwicklung eines komplexen Wechselwirkungsprozesses zwischen Proteinen und Nukleinsäuren statt? Nach der Theorie von A.I. Oparin, die sogenannten Koazervat-Tropfen, wurden zur Geburtsstätte des Lebens.

Reis. 4. Hypothese der Entstehung einer Wechselwirkung zwischen Proteinen und Nukleinsäuren: a) Beim Selbstkopieren von RNA häufen sich Fehler (1 - Nukleotide, die der ursprünglichen RNA entsprechen; 2 - Nukleotide, die nicht der ursprünglichen RNA entsprechen - Fehler beim Kopieren); b) Aufgrund ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaften „haften“ Aminosäuren an einem Teil des RNA-Moleküls (3 - RNA-Molekül; 4 - Aminosäuren), die sich in Wechselwirkung miteinander in kurze Proteinmoleküle - Peptide - verwandeln. Als Ergebnis des Selbstspleißens, das RNA-Molekülen innewohnt, werden die Teile des RNA-Moleküls, die nicht durch Peptide geschützt sind, zerstört, und die verbleibenden „wachsen“ zu einem einzigen Molekül, das ein großes Protein codiert. Das Ergebnis ist ein RNA-Molekül, das mit einer Proteinhülle bedeckt ist (die primitivsten modernen Viren, zum Beispiel das Tabakmosaikvirus, haben eine ähnliche Struktur).

Das Phänomen der Koazervation besteht darin, dass unter bestimmten Bedingungen (z. B. in Gegenwart von Elektrolyten) makromolekulare Substanzen von der Lösung getrennt werden, jedoch nicht in Form eines Niederschlags, sondern in Form einer konzentrierteren Lösung - Koazervat . Beim Schütteln zerfällt das Koazervat in einzelne kleine Tröpfchen. Im Wasser sind solche Tropfen mit einer Hydratationshülle (einer Hülle aus Wassermolekülen) bedeckt, die sie stabilisiert - Abb. 5.

Koazervat-Tropfen haben eine Art Stoffwechsel: Unter dem Einfluss rein physikalischer und chemischer Kräfte können sie bestimmte Substanzen selektiv aus der Lösung aufnehmen und ihre Zerfallsprodukte an die Umgebung abgeben. Aufgrund der selektiven Konzentration von Stoffen aus der Umwelt können sie wachsen, aber wenn sie eine bestimmte Größe erreichen, beginnen sie sich zu „vermehren“, wobei kleine Tröpfchen knospen, die wiederum wachsen und „knospen“ können.

Die koazervaten Tröpfchen, die aus der Konzentration von Proteinlösungen beim Vermischen unter Einwirkung von Wellen und Wind entstehen, können mit einer Lipidhülle bedeckt sein: einer einzigen Membran, die Seifenmizellen ähnelt (mit einer einzigen Ablösung eines Tropfens von der Wasseroberfläche bedeckt). mit einer Lipidschicht) oder eine Doppelmembran, die einer Zellmembran ähnelt (wenn ein Tropfen, der mit einer einschichtigen Lipidmembran bedeckt ist, wieder auf den Lipidfilm fällt, der die Oberfläche des Reservoirs bedeckt - Abb. 5).

Die Prozesse der Entstehung koazervater Tröpfchen, deren Wachstum und „Knospung“ sowie deren „Verkleidung“ mit einer Membran aus einer doppelten Lipidschicht lassen sich im Labor leicht modellieren.

Für koazervierte Tröpfchen gibt es auch einen Prozess der "natürlichen Selektion", bei dem die stabilsten Tröpfchen in Lösung bleiben.

Trotz der äußerlichen Ähnlichkeit von Koazervat-Tropfen mit lebenden Zellen fehlt den Koazervat-Tropfen das Hauptmerkmal eines Lebewesens – die Fähigkeit zur genauen Selbstreproduktion, Selbstkopie. Offensichtlich waren die Vorläufer lebender Zellen solche Koazervattropfen, die Komplexe aus Replikatormolekülen (RNA oder DNA) und den von ihnen kodierten Proteinen enthielten. Es ist möglich, dass RNA-Protein-Komplexe lange Zeit außerhalb der Koazervat-Tröpfchen in Form des sogenannten „freilebenden Gens“ existierten oder dass ihre Bildung direkt innerhalb einiger Koazervat-Tröpfchen stattfand.

Möglicher Übergang von koazervaten Tropfen zu primitiven Flares:

a) die Bildung eines Koazervats; 6) Stabilisierung von Koazervattropfen in einer wässrigen Lösung; c) - Bildung einer doppelten Lipidschicht um den Tropfen herum, ähnlich einer Zellmembran: 1 - koazervater Tropfen; 2 - monomolekulare Lipidschicht auf der Oberfläche des Reservoirs; 3 – Bildung einer einzelnen Lipidschicht um den Tropfen herum; 4 — Bildung einer doppelten Lipidschicht um den Tropfen, ähnlich einer Zellmembran; d) - ein von einer doppelten Lipidschicht umgebener Koazervattropfen, in dessen Zusammensetzung ein Protein-Nukleotid-Komplex enthalten ist - ein Prototyp der ersten lebenden Zelle

Aus historischer Sicht verlief der äußerst komplexe Prozess der Entstehung des Lebens auf der Erde, der von der modernen Wissenschaft nicht vollständig verstanden wird, äußerst schnell. Seit 3,5 Milliarden Jahren ist die sog. Die chemische Evolution endete mit dem Auftreten der ersten lebenden Zellen und die biologische Evolution begann.

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