Asal usul kehidupan di bumi

Masalah asal usul kehidupan kini telah menjadi daya tarik yang tak tertahankan bagi seluruh umat manusia. Ini tidak hanya menarik perhatian para ilmuwan dari berbagai negara dan spesialisasi, tetapi secara umum menarik bagi semua orang di dunia. Sekarang diterima secara umum bahwa munculnya kehidupan di Bumi adalah proses alami, cukup dapat diterima untuk penelitian ilmiah. Proses ini didasarkan pada evolusi senyawa karbon, yang terjadi di Semesta jauh sebelum munculnya tata surya kita dan hanya berlanjut selama pembentukan planet Bumi - selama pembentukan kerak, hidrosfer, dan atmosfernya.

Sejak awal kehidupan, alam terus berkembang. Proses evolusi telah berlangsung selama ratusan juta tahun, dan hasilnya adalah berbagai bentuk kehidupan, yang dalam banyak hal belum sepenuhnya dijelaskan dan diklasifikasikan.

Pertanyaan tentang asal usul kehidupan sulit untuk diteliti, karena ketika sains mendekati masalah-masalah pembangunan sebagai penciptaan yang baru secara kualitatif, ia menemukan dirinya pada batas kemampuannya sebagai cabang budaya berdasarkan pembuktian dan verifikasi eksperimental dari pernyataan.

Para ilmuwan saat ini tidak dapat mereproduksi proses asal usul kehidupan dengan akurasi yang sama seperti beberapa miliar tahun yang lalu. Bahkan eksperimen yang paling hati-hati dipentaskan hanya akan menjadi eksperimen model, tanpa sejumlah faktor yang menyertai kemunculan kehidupan di Bumi. Kesulitannya terletak pada ketidakmungkinan melakukan eksperimen langsung tentang munculnya kehidupan (keunikan proses ini mencegah penggunaan metode ilmiah utama).

Pertanyaan tentang asal usul kehidupan menarik tidak hanya dalam dirinya sendiri, tetapi juga karena hubungannya yang erat dengan masalah perbedaan antara makhluk hidup dan tidak hidup, serta hubungannya dengan masalah evolusi kehidupan.

Bab 1. Apa itu hidup? Perbedaan antara hidup dan tidak hidup.

Untuk memahami pola evolusi dunia organik di Bumi, diperlukan pemahaman umum tentang evolusi dan sifat dasar makhluk hidup. Untuk melakukan ini, perlu untuk mengkarakterisasi makhluk hidup dalam beberapa fitur mereka dan menyoroti tingkat utama organisasi kehidupan.

Pernah diyakini bahwa makhluk hidup dapat dibedakan dari benda mati dengan sifat-sifat seperti metabolisme, mobilitas, lekas marah, pertumbuhan, reproduksi, dan kemampuan beradaptasi. Tetapi analisis menunjukkan bahwa secara terpisah semua sifat ini juga ditemukan di antara alam mati, dan karena itu tidak dapat dianggap sebagai sifat khusus makhluk hidup. Dalam salah satu upaya terakhir dan paling sukses, makhluk hidup dicirikan oleh fitur-fitur berikut yang dirumuskan oleh B. M. Mednikov dalam bentuk aksioma biologi teoretis:

Semua organisme hidup ternyata merupakan kesatuan fenotipe a dan program untuk konstruksinya (genotipe), yang diwarisi dari generasi ke generasi (aksioma A. Weisman).

Program genetik dibentuk dengan cara matriks. Sebagai matriks di mana gen generasi masa depan dibangun, gen generasi sebelumnya digunakan (aksioma N.K. Koltsov).

Dalam proses transmisi dari generasi ke generasi, program genetik, sebagai akibat dari berbagai alasan, berubah secara acak dan tidak terarah, dan hanya secara kebetulan perubahan tersebut dapat berhasil dalam lingkungan tertentu (aksioma pertama Charles Darwin).

Perubahan acak dalam program genetik selama pembentukan fenotipe a dikalikan berkali-kali (aksioma a oleh N.V. Timofeev-Resovsky).

Perubahan intensif berulang dalam program genetik tunduk pada seleksi oleh kondisi lingkungan (aksioma ke-2 dari Bab Darwin).

“Kebijaksanaan dan integritas adalah dua sifat mendasar dari organisasi kehidupan di Bumi. Benda-benda hidup di alam relatif terisolasi satu sama lain (individu, populasi, spesies). Setiap individu dari hewan multiseluler terdiri dari sel, dan setiap sel dan makhluk uniseluler terdiri dari organel tertentu. Organel terdiri dari zat organik makromolekul diskrit, yang pada gilirannya terdiri dari atom diskrit dan partikel elementer. Pada saat yang sama, organisasi yang kompleks tidak terpikirkan tanpa interaksi bagian-bagian dan strukturnya - tanpa integritas.

Integritas sistem biologis secara kualitatif berbeda dari integritas yang tidak hidup, dan di atas segalanya, integritas makhluk hidup dipertahankan dalam proses perkembangan. Sistem kehidupan adalah sistem terbuka, mereka terus-menerus bertukar materi dan energi dengan lingkungan. Mereka dicirikan oleh entropi negatif (peningkatan urutan), yang tampaknya meningkat dalam proses evolusi organik. Sangat mungkin bahwa kemampuan pengorganisasian diri materi dimanifestasikan dalam makhluk hidup.

“Di antara sistem kehidupan, tidak ada dua individu yang identik, populasi dan spesies. Keunikan manifestasi diskrit dan integritas makhluk hidup ini didasarkan pada fenomena reduplikasi kovarian yang luar biasa.

Reduplikasi kovarian (reproduksi diri dengan perubahan), yang dilakukan berdasarkan prinsip matriks (jumlah dari tiga aksioma pertama), tampaknya merupakan satu-satunya properti khusus untuk kehidupan (dalam bentuk keberadaannya yang kita ketahui di Bumi). Ini didasarkan pada kemampuan unik untuk mereproduksi sendiri sistem kontrol utama (DNA, kromosom, dan gen)."

“Kehidupan adalah salah satu bentuk keberadaan materi, yang muncul secara alami dalam kondisi tertentu dalam proses perkembangannya.”

Jadi, apa yang hidup dan apa bedanya dengan yang tidak hidup. Definisi kehidupan yang paling tepat diberikan sekitar 100 tahun yang lalu oleh F. Engels: “Hidup adalah cara keberadaan tubuh protein, dan cara keberadaan ini pada dasarnya terdiri dari pembaruan diri yang konstan dari konstituen kimia dari tubuh-tubuh ini.” Istilah "protein" belum didefinisikan secara tepat pada waktu itu dan biasanya dikaitkan dengan protoplasma secara keseluruhan. Menyadari ketidaklengkapan definisinya, Engels menulis: “Definisi kita tentang kehidupan, tentu saja, sangat tidak memadai, karena jauh dari mencakup semua fenomena kehidupan, tetapi, sebaliknya, terbatas pada yang paling umum dan paling sederhana di antara yang lain. mereka ... Untuk mendapatkan ide kehidupan yang benar-benar lengkap, kita harus melacak semua bentuk manifestasinya, dari yang terendah hingga yang tertinggi.

Selain itu, ada beberapa perbedaan mendasar antara yang hidup dan yang tidak hidup dalam hal material, struktural dan fungsional. Dalam istilah materi, komposisi makhluk hidup harus mencakup senyawa organik makromolekul yang sangat teratur yang disebut biopolimer - protein dan asam nukleat (DNA dan RNA). Secara struktural, makhluk hidup berbeda dari makhluk tidak hidup dalam struktur selulernya. Dalam istilah fungsional, tubuh hidup dicirikan oleh reproduksi diri mereka sendiri. Stabilitas dan reproduksi juga ada dalam sistem tak hidup. Tetapi dalam tubuh makhluk hidup ada proses reproduksi diri. Bukan sesuatu yang mereproduksi mereka, tetapi mereka sendiri. Ini adalah momen yang pada dasarnya baru.

Juga, tubuh hidup berbeda dari yang tidak hidup dengan adanya metabolisme, kemampuan untuk tumbuh dan berkembang, pengaturan aktif komposisi dan fungsinya, kemampuan untuk bergerak, lekas marah, kemampuan beradaptasi dengan lingkungan, dll. Sifat integral dari hidup adalah aktivitas, aktivitas. “Semua makhluk hidup harus bertindak atau binasa. Tikus harus terus bergerak, burung harus terbang, ikan harus berenang, dan bahkan tanaman harus tumbuh.”

Kehidupan hanya mungkin dalam kondisi fisik dan kimia tertentu (suhu, keberadaan air, sejumlah garam, dll.). Namun, penghentian proses kehidupan, misalnya, ketika benih dikeringkan atau organisme kecil dibekukan, tidak menyebabkan hilangnya viabilitas. Jika struktur dipertahankan utuh, itu memastikan pemulihan proses vital setelah kembali ke kondisi normal.

Namun, perbedaan ilmiah yang ketat antara yang hidup dan yang tidak hidup menghadapi kesulitan-kesulitan tertentu. Jadi, misalnya, virus di luar sel organisme lain tidak memiliki atribut apa pun dari organisme hidup. Mereka memiliki alat turun-temurun, tetapi mereka kekurangan enzim utama yang diperlukan untuk metabolisme, dan karena itu mereka dapat tumbuh dan berkembang biak hanya dengan menembus sel-sel organisme inang dan menggunakan sistem enzimnya. Tergantung pada fitur apa yang kami anggap penting, kami mengklasifikasikan virus sebagai sistem yang hidup atau tidak.

Jadi, meringkas semua hal di atas, kami akan memberikan definisi kehidupan:

“Kehidupan adalah proses keberadaan sistem biologis (misalnya, sel, organisme tumbuhan, hewan), yang didasarkan pada zat organik kompleks dan mampu bereproduksi sendiri, mempertahankan keberadaannya sebagai hasil dari pertukaran energi, materi, dan informasi dengan lingkungan.”

Bab 2. Konsep asal usul kehidupan.

a) Gagasan asal spontan.

Pada awalnya, masalah asal usul kehidupan sama sekali tidak ada dalam sains, karena para ilmuwan dunia kuno mengakui kemungkinan generasi konstan yang hidup dari yang tidak hidup. Aristoteles yang agung (abad ke-4 SM) tidak meragukan generasi spontan katak. Filsuf Plotinus pada abad ke-3 SM berpendapat bahwa makhluk hidup muncul secara spontan di dalam tanah dalam proses pembusukan. Gagasan tentang generasi spontan organisme ini, tampaknya, tampaknya sangat meyakinkan bagi banyak generasi nenek moyang kita yang jauh, karena itu ada tanpa berubah selama berabad-abad, hingga abad ke-17.

b) Gagasan tentang asal usul kehidupan menurut prinsip "yang hidup - dari yang hidup".

Pada abad ke-17, percobaan dokter Tuscan Francesco Redi menunjukkan bahwa tanpa lalat, cacing tidak akan ditemukan dalam daging yang membusuk, dan jika larutan organik direbus, maka mikroorganisme tidak dapat muncul di dalamnya sama sekali. Dan hanya di tahun 60-an. Ilmuwan Prancis abad ke-19 Louis Pasteur menunjukkan dalam eksperimennya bahwa mikroorganisme muncul dalam larutan organik hanya karena kuman itu diperkenalkan di sana sebelumnya.

Jadi, eksperimen Pasteur memiliki arti ganda -

Mereka membuktikan inkonsistensi konsep generasi spontan kehidupan.

Mereka memperkuat gagasan bahwa semua makhluk hidup modern hanya berasal dari makhluk hidup.

c) Gagasan tentang asal usul kehidupan kosmik.

Sekitar periode yang sama ketika Pasteur mendemonstrasikan eksperimennya, ilmuwan Jerman G. Richter mengembangkan teori membawa makhluk hidup ke Bumi dari luar angkasa. Dia berpendapat bahwa embrio bisa sampai ke Bumi bersama dengan debu kosmik dan meteorit dan memulai evolusi makhluk hidup, yang memunculkan semua keragaman kehidupan terestrial. Konsep ini disebut konsep panspermia. Itu dibagikan oleh para ilmuwan seperti G. Helmholtz, W. Thompson, yang berkontribusi pada penyebarannya yang luas di kalangan ilmiah. Tetapi dia tidak menerima bukti ilmiah, karena organisme atau embrio primitif harus mati di bawah pengaruh sinar ultraviolet dan radiasi kosmik.

d) Hipotesis A. I. Oparin.

Pada tahun 1924, buku "The Origin of Life" oleh ilmuwan Soviet A. I. Oparin diterbitkan, di mana ia secara eksperimental membuktikan bahwa zat organik dapat dibentuk secara abiogenik di bawah aksi muatan listrik, energi panas, dan sinar ultraviolet pada campuran gas yang mengandung uap air, amonia, metana, dll. Di bawah pengaruh berbagai faktor alam, evolusi hidrokarbon mengarah pada pembentukan asam amino, nukleida dan polimernya, yang, ketika konsentrasi zat organik dalam kaldu utama hidrosfer meningkat, berkontribusi pada pembentukan sistem koloid, yang disebut koaservat, yang, menonjol dari lingkungan dan memiliki struktur internal yang tidak sama, bereaksi secara berbeda terhadap lingkungan eksternal. Transformasi senyawa karbon dalam periode kimia evolusi difasilitasi oleh atmosfer dengan sifat pereduksinya, yang kemudian mulai memperoleh sifat pengoksidasi, yang merupakan karakteristik atmosfer saat ini.

Hipotesis dan Oparin berkontribusi pada studi konkret tentang asal usul bentuk kehidupan yang paling sederhana. Ini meletakkan dasar untuk pemodelan fisikokimia dari proses pembentukan molekul asam amino, basa nukleat, hidrokarbon di bawah kondisi atmosfer primer Bumi yang diasumsikan.

e) Konsep modern tentang asal usul kehidupan.

Saat ini, masalah asal usul kehidupan sedang dipelajari oleh berbagai bidang ilmu. Bergantung pada apa properti paling mendasar dari makhluk hidup yang dipelajari dan berlaku dalam penelitian ini (zat, ​​informasi, energi), semua konsep modern tentang asal usul kehidupan dapat secara kondisional dibagi menjadi:

Konsep asal substrat kehidupan (dianut oleh ahli biokimia yang dipimpin oleh A. I. Oparin).

Konsep asal energi. Ini sedang dikembangkan oleh ilmuwan sinergis terkemuka I. Prigozhin, M. Eigen.

Konsep asal informasi. Ini dikembangkan oleh A. N. Kolmogorov, A. A. Lyapunov, D. S. Chernavsky.

Konsep asal gen.

Penulis konsep ini adalah ahli genetika Amerika G. Meller. Dia mengakui bahwa molekul hidup yang mampu bereproduksi dapat muncul secara tiba-tiba, secara kebetulan, sebagai hasil interaksi zat-zat yang paling sederhana. Dia percaya bahwa unit dasar hereditas - gen - juga merupakan dasar kehidupan. Dan kehidupan dalam bentuk gen, menurutnya, muncul dari kombinasi acak kelompok atom dan molekul yang ada di perairan laut primer. Tetapi perhitungan matematis dari konsep ini menunjukkan ketidakmungkinan lengkap dari peristiwa semacam itu.

F. Engels adalah salah satu orang pertama yang menyatakan bahwa kehidupan tidak muncul secara tiba-tiba, tetapi terbentuk dalam perjalanan panjang perkembangan evolusioner materi. Ide evolusi mendasari hipotesis perkembangan materi yang kompleks dan multi-tahap yang mendahului asal usul kehidupan di Bumi.

Ahli biologi modern membuktikan bahwa tidak ada formula kehidupan yang universal (yaitu, formula yang sepenuhnya mencerminkan esensinya) dan tidak mungkin ada. Pemahaman seperti itu mengandaikan pendekatan historis terhadap pengetahuan biologis sebagai pemahaman tentang esensi kehidupan, di mana konsep-konsep tentang asal usul kehidupan dan ide-ide tentang bentuk-bentuk di mana pengetahuan semacam itu dimungkinkan diubah.

Pertukaran informasi-bioenergi sebagai dasar munculnya kehidupan.

Salah satu konsep terbaru tentang asal usul kehidupan di Bumi adalah konsep pertukaran informasi-bioenergi. Konsep pertukaran informasi-bioenergi muncul di bidang biofisika, bioenergi dan ekologi sehubungan dengan pencapaian terbaru di bidang ilmu ini. Istilah bioenergoinformatika diperkenalkan oleh Doktor Ilmu Teknik, profesor di Universitas Teknik Negeri Moskow dinamai V.I. N. E. Bauman V. N. Volchenko pada tahun 1989, ketika ia dan rekan-rekannya mengadakan Konferensi All-Union pertama tentang Informatika Bioenergi di Moskow.

Studi tentang pertukaran informasi bioenergi memberi alasan untuk menyarankan kesatuan informasi Semesta, kehadiran di dalamnya zat seperti "Informasi - Kesadaran", dan bukan hanya bentuk materi dan energi yang diketahui.

Salah satu elemen dari konsep ini adalah kehadiran ide umum, rencana di Semesta. Hipotesis ini dikonfirmasi oleh astrofisika modern, yang menurutnya sifat-sifat dasar Semesta, nilai-nilai konstanta fisik dasar dan bahkan bentuk-bentuk hukum fisika terkait erat dengan struktur Semesta pada semua skalanya dan dengan kemungkinan Kehidupan.

Dari sini mengikuti elemen kedua dari konsep bioenergi informatika - Semesta harus dianggap sebagai sistem yang hidup. Dan dalam sistem kehidupan, faktor Kesadaran (informasi), bersama dengan materi dan energi, harus menempati tempat yang sangat penting. Dengan demikian, kita dapat berbicara tentang perlunya trinitas Semesta: materi, energi, dan informasi.

Bab 3. Bagaimana kehidupan muncul di Bumi.

Konsep modern tentang asal usul kehidupan di Bumi adalah hasil sintesis yang luas dari ilmu-ilmu alam, banyak teori dan hipotesis yang diajukan oleh para peneliti dari berbagai spesialisasi.

Untuk munculnya kehidupan di Bumi, atmosfer utama (planet) adalah penting. Atmosfer utama bumi mengandung metana, amonia, uap air, dan hidrogen. Dengan bekerja pada campuran gas-gas ini dengan muatan listrik dan radiasi ultraviolet, para ilmuwan berhasil memperoleh zat organik kompleks yang membentuk protein hidup. "Blok bangunan" dasar makhluk hidup adalah unsur kimia seperti karbon, oksigen, nitrogen, dan hidrogen. Sel hidup menurut beratnya mengandung 70 persen oksigen, 17 persen karbon, 10 persen hidrogen, 3 persen nitrogen, diikuti oleh fosfor, kalium, klorin, belerang, kalsium, natrium, magnesium, dan besi. Jadi, langkah pertama menuju munculnya kehidupan adalah pembentukan zat organik dari anorganik. Ini terkait dengan keberadaan "bahan baku" kimia, yang sintesisnya dapat terjadi pada radiasi, tekanan, suhu, kelembaban tertentu. Munculnya organisme hidup paling sederhana didahului oleh evolusi kimia yang panjang. Dari sejumlah kecil senyawa (sebagai hasil seleksi alam), muncul zat dengan sifat yang cocok untuk kehidupan. Senyawa yang muncul atas dasar karbon membentuk "sup utama" hidrosfer. Menurut para ilmuwan, zat yang mengandung nitrogen dan karbon muncul di kedalaman cair Bumi dan dibawa ke permukaan selama aktivitas vulkanik. Langkah kedua dalam kemunculan senyawa dikaitkan dengan kemunculan di lautan utama Bumi dari zat kompleks yang dipesan - biopolimer: asam nukleat, protein. Bagaimana pembentukan biopolimer dilakukan?

Jika kita berasumsi bahwa selama periode ini semua senyawa organik berada di lautan utama Bumi, maka senyawa organik yang lebih kompleks dapat terbentuk di permukaan lautan dalam bentuk lapisan tipis dan di air dangkal yang dipanaskan oleh matahari. Lingkungan bebas oksigen memfasilitasi sintesis polimer dari senyawa anorganik. Oksigen, sebagai oksidator terkuat, akan menghancurkan molekul-molekul yang muncul. Senyawa organik yang relatif sederhana mulai bergabung menjadi molekul biologis besar. Enzim terbentuk - zat protein-katalisator yang berkontribusi pada pembentukan atau disintegrasi molekul. Sebagai hasil dari aktivitas enzim, "elemen utama kehidupan" yang paling penting muncul - asam nukleat, zat polimer kompleks (terdiri dari monomer). Monomer dalam sel nukleat diatur sedemikian rupa sehingga mereka membawa informasi tertentu, kode bahwa setiap asam amino yang termasuk dalam protein sesuai dengan satu set tiga nukleotida tertentu, yang disebut triplet asam nukleat. Berdasarkan asam nukleat, protein sudah dapat dibangun dan pertukaran materi dan energi dengan lingkungan eksternal dapat terjadi. Simbiosis asam nukleat membentuk "sistem kontrol genetik molekuler".

Tahap ini, rupanya, adalah titik awal, titik balik munculnya kehidupan di Bumi. Molekul asam nukleat memperoleh sifat reproduksi sendiri dari jenisnya sendiri, mulai mengontrol proses pembentukan zat protein. Asal usul semua makhluk hidup adalah sintesis revertase dan matriks dari DNA menjadi RNA, evolusi sistem molekuler RNA menjadi DNA. Inilah bagaimana "genom biosfer" muncul.

Panas dan dingin, kilat, reaksi ultraviolet, muatan listrik atmosfer, hembusan angin dan pancaran air - semua ini memberikan awal atau pelemahan reaksi biokimia, sifat jalannya, gen "meledak". Pada akhir tahap biokimia, formasi struktural seperti membran muncul, membatasi campuran zat organik dari lingkungan eksternal.

Membran telah memainkan peran utama dalam pembangunan semua sel hidup. Tubuh semua tumbuhan dan hewan terdiri dari unit dasar kehidupan - sel. Isi hidup sel adalah protoplasma. Ilmuwan modern telah sampai pada kesimpulan bahwa organisme pertama di Bumi adalah prokariota bersel tunggal - organisme tanpa inti ("karyo" - diterjemahkan dari bahasa Yunani "inti"). Dalam struktur mereka, mereka sekarang menyerupai bakteri atau ganggang biru-hijau.

Untuk keberadaan molekul "hidup" pertama, prokariota, perlu, seperti untuk semua makhluk hidup, masuknya energi dari luar. Setiap sel adalah "stasiun energi" kecil. Asam trifosfat adenosin dan senyawa lain yang mengandung fosfor berfungsi sebagai sumber energi langsung untuk sel. Sel menerima energi dari makanan, mereka tidak hanya mampu menghabiskan, tetapi juga menyimpan energi.

Subyek diskusi adalah pertanyaan apakah satu jenis organisme pertama kali muncul di Bumi atau berbagai macam dari mereka muncul. Diasumsikan bahwa banyak gumpalan pertama protoplasma hidup muncul.

Sekitar 2 miliar tahun yang lalu, nukleus muncul di sel hidup. Dari prokariota, eukariota muncul - organisme bersel tunggal dengan nukleus. Ada 25-30 spesies di Bumi. Yang paling sederhana adalah amuba. Pada eukariota, ada inti sel yang dihiasi dengan zat yang mengandung kode untuk sintesis protein. Kira-kira pada saat ini, ada "pilihan" cara hidup tumbuhan atau hewan. Perbedaan utama antara gaya hidup ini terkait dengan cara nutrisi, dengan munculnya proses penting bagi kehidupan di Bumi seperti fotosintesis. Fotosintesis adalah penciptaan zat organik, seperti gula, dari karbon dioksida dan air menggunakan energi dan cahaya. Berkat fotosintesis, tanaman menghasilkan zat organik, yang menyebabkan peningkatan massa tanaman.

Kesimpulan.

Selama sepuluh tahun terakhir, memahami asal usul kehidupan telah membuat kemajuan yang luar biasa. Masih diharapkan bahwa dekade berikutnya akan membawa lebih banyak lagi: penelitian baru sangat aktif di banyak bidang.

Namun, tepatnya, teori evolusi memungkinkan untuk memahami strategi optimal untuk hubungan antara manusia dan satwa liar di sekitarnya, dan memungkinkan kita untuk mengajukan pertanyaan tentang pengembangan prinsip-prinsip evolusi terkontrol. Unsur-unsur terpisah dari evolusi yang terkendali seperti itu sudah terlihat hari ini, misalnya, dalam upaya tidak hanya untuk penggunaan komersial, tetapi untuk manajemen ekonomi dari evolusi individu spesies hewan dan tumbuhan.

Studi tentang proses evolusi penting untuk perlindungan lingkungan. Manusia, yang menyerang alam, belum belajar untuk meramalkan dan mencegah konsekuensi yang tidak diinginkan dari intervensinya. Seseorang menggunakan heksakloran, preparat merkuri, dan banyak zat beracun lainnya untuk mengendalikan hama. Ini segera mengarah pada "respons" evolusioner alam - munculnya ras serangga yang tahan pestisida, "superrat", tahan terhadap antikoagulan, dll.

Seringkali sama bencananya dengan polusi industri. Jutaan ton bubuk pencuci, jatuh ke dalam air limbah, membunuh organisme tingkat tinggi dan menyebabkan perkembangan sianida dan beberapa mikroorganisme yang belum pernah terjadi sebelumnya. Evolusi dalam kasus-kasus ini mengambil bentuk yang buruk, dan ada kemungkinan bahwa di masa depan umat manusia akan menghadapi "ancaman evolusi" yang tidak terduga dari beberapa mikroorganisme, bakteri, dan sianida yang sangat tahan terhadap polusi industri yang dapat mengubah wajah planet kita dengan cara yang tidak diinginkan. arah.

Bibliografi

1. Agapova O. V., Agapov V. I. Kuliah tentang konsep ilmu alam modern. Kursus Universitas. - Ryazan, 2000.

2. Vernadsky V. I. Awal dan keabadian kehidupan. - M.: Republika, 1989.

3. Gorelov A. A. Konsep ilmu alam modern. – M.: Pikiran, 2000.

4. Dubnishcheva G. D. Konsep ilmu alam modern: Proc. untuk pejantan. universitas / Ed. M.F. Zhukova. - Novosibirsk: YukEA, 1999.

5. Konsep ilmu alam modern. Seri "Buku teks dan alat bantu pengajaran". - Rostov n / a, 2000.

6. Nikolov T. "Jalan hidup yang panjang", M., Mir, 1999 Selye G. Dari mimpi hingga penemuan. -M., 2001.

7. Ponnamperuma S. “Asal Mula Kehidupan”, M., Mir, 1999

8. Kamus ensiklopedis Soviet. - M.: Sov. ensiklopedia, 2002.

9. Yablokov A. V., Yusufov A. G. Doktrin evolusioner (Darwinisme): Proc. untuk biol. spesialis. universitas. - edisi ke-3. - M.: Lebih tinggi. sekolah,

Gunung tak bernyawa, batu dan air, bulan besar di langit dan pemboman meteorit yang konstan - lanskap Bumi yang paling mungkin 4 miliar tahun yang lalu

Apakah kehidupan berasal dari materi anorganik di luar angkasa, ataukah kehidupan berasal dari Bumi? Dilema ini tentu menghadapkan peneliti yang tertarik pada masalah asal usul kehidupan. Sejauh ini, tidak ada yang dapat membuktikan kebenaran dari salah satu dari dua hipotesis yang ada saat ini, seperti halnya, bagaimanapun, tidak mungkin untuk menemukan cara solusi ketiga.

Hipotesis pertama tentang asal usul kehidupan di Bumi sudah tua, ia memiliki tokoh-tokoh ilmu pengetahuan Eropa yang solid dalam asetnya: G. Helmholtz, L. Pasteur, S. Arrhenius, V. Vernadsky, F. Crick. Kompleksitas materi hidup, kemungkinan rendahnya generasi spontannya di planet ini, serta kegagalan para peneliti untuk mensintesis materi hidup dari materi tidak hidup, membawa para ilmuwan ke kubu penganut pendekatan ini. Ada banyak variasi tentang bagaimana kehidupan sampai ke Bumi, yang paling terkenal adalah teori panspermia. Menurutnya, kehidupan tersebar luas di ruang antarbintang, tetapi karena tidak ada kondisi untuk perkembangan, materi hidup berubah menjadi sperma, atau spora, dan dengan demikian bergerak melalui ruang. Miliaran tahun yang lalu, komet membawa sperma ke Bumi, di mana lingkungan yang menguntungkan untuk pengungkapannya terbentuk.

Sperma adalah embrio kecil yang dapat menahan fluktuasi suhu yang besar, radiasi kosmik, dan faktor lingkungan lain yang merugikan makhluk hidup. Seperti yang disarankan oleh astronom Inggris F. Hoyle, partikel debu antarbintang, di antaranya mungkin ada bakteri dalam cangkang grafit, cocok untuk peran sperma. Sampai saat ini, tidak ada sperma yang ditemukan di luar angkasa. Tetapi bahkan jika mereka ditemukan, penemuan luar biasa seperti itu hanya akan menggeser masalah asal usul kehidupan dari planet kita ke tempat lain. Dan kami tidak akan menghindari pertanyaan dari mana sperma tiba di Bumi dan bagaimana asalnya. Bagian kedua dari dilema - bagaimana kehidupan muncul dari materi anorganik - tidak begitu romantis, karena bergantung pada hukum fisika dan kimia. Pendekatan mekanistik yang sempit ini, yang disebut teori abiogenesis, menggabungkan upaya banyak spesialis. Mungkin karena kekhususannya, pendekatan ini telah terbukti bermanfaat dan telah memajukan seluruh bagian biokimia, biologi evolusioner, dan kosmologi selama setengah abad.

Menurut para ilmuwan, sintesis sel hidup tidak jauh, ini adalah masalah teknologi dan masalah waktu. Tetapi akankah sel yang lahir dari tabung percobaan menjadi jawaban atas pertanyaan tentang bagaimana kehidupan di Bumi dimulai? Hampir tidak. Sel sintetik hanya akan membuktikan bahwa abiogenesis mungkin terjadi. Tetapi 4 miliar tahun yang lalu di Bumi, hal-hal bisa terjadi secara berbeda. Misalnya, ya. Permukaan Bumi mendingin 4,5 miliar tahun yang lalu. Atmosfernya tipis, dan komet secara aktif membombardir Bumi, menghasilkan bahan organik yang berlimpah. Materi luar angkasa menetap di reservoir hangat dangkal yang dipanaskan oleh gunung berapi: lava mengalir di bagian bawah, pulau-pulau tumbuh, mata air panas - fumarol - berdenyut. Benua-benua pada waktu itu tidak sekuat dan sebesar sekarang, mereka dengan mudah bergerak di sepanjang kerak bumi, terhubung dan hancur.

Bulan lebih dekat, bumi berputar lebih cepat, hari-hari lebih pendek, gelombang pasang lebih tinggi, dan badai lebih parah. Di atasnya terbentang langit berwarna baja, digelapkan oleh badai debu, awan abu vulkanik, dan pecahan batu yang diledakkan oleh hantaman meteorit. Atmosfer yang kaya akan nitrogen, karbon dioksida, dan uap air berangsur-angsur berkembang. Melimpahnya gas rumah kaca telah menyebabkan pemanasan global. Di bawah kondisi ekstrem seperti itu, sintesis materi hidup terjadi. Apakah itu keajaiban, kecelakaan yang terjadi terlepas dari evolusi alam semesta, atau apakah ini satu-satunya cara kehidupan dapat muncul? Sudah pada tahap awal, salah satu ciri utama makhluk hidup memanifestasikan dirinya - kemampuan beradaptasi dengan kondisi lingkungan. Atmosfer awal mengandung sedikit oksigen bebas, kekurangan ozon, dan bumi bermandikan sinar ultraviolet yang mematikan bagi kehidupan. Jadi planet ini akan tetap tidak berpenghuni jika sel-selnya tidak menemukan mekanisme untuk melindungi dari radiasi ultraviolet. Skenario munculnya kehidupan secara keseluruhan ini tidak berbeda dengan yang dikemukakan oleh Darwin. Detail baru ditambahkan - mereka mempelajari sesuatu dengan mempelajari bebatuan paling kuno dan bereksperimen, mereka menebak sesuatu. Sementara yang paling masuk akal, skenario ini juga yang paling kontroversial. Para ilmuwan berjuang di setiap titik, menawarkan banyak alternatif. Keraguan muncul sejak awal: dari mana bahan organik utama berasal, apakah itu disintesis di Bumi atau jatuh dari langit?

ide revolusioner

Fondasi ilmiah abiogenesis, atau asal usul makhluk hidup dari benda mati, diletakkan oleh ahli biokimia Rusia A.I. Oparin. Pada tahun 1924, sebagai ilmuwan berusia 30 tahun, Oparin menerbitkan artikel "The Origin of Life", yang, menurut rekan-rekannya, "mengandung benih-benih revolusi intelektual." Penerbitan buku Oparin dalam bahasa Inggris pada tahun 1938 menjadi sensasi dan menarik sumber daya intelektual Barat yang signifikan untuk masalah kehidupan. Pada tahun 1953, S. Miller, seorang mahasiswa pascasarjana di University of Chicago, berhasil melakukan eksperimen sintesis abiogenik. Dia menciptakan kondisi awal Bumi dalam tabung reaksi laboratorium dan memperoleh satu set asam amino sebagai hasil dari reaksi kimia. Dengan demikian, teori Oparin mulai menerima konfirmasi eksperimental.

Oparin dan pendeta

Menurut memoar rekan-rekan, Akademisi A.I. Oparin adalah seorang materialis dan ateis yang percaya diri. Ini ditegaskan oleh teorinya tentang abiogenesis, yang tampaknya tidak meninggalkan harapan untuk penjelasan supernatural tentang misteri kehidupan. Namun demikian, pandangan dan kepribadian ilmuwan menarik orang-orang dari pandangan dunia yang sangat berlawanan dengannya. Terlibat dalam karya ilmiah dan pendidikan, berpartisipasi dalam gerakan pasifis, ia sering bepergian ke luar negeri. Suatu ketika, sekitar tahun 1950-an, Oparin memberi kuliah di Italia tentang masalah asal usul kehidupan. Setelah laporan itu, dia diberitahu bahwa tidak lain adalah presiden Akademi Ilmu Pengetahuan Kepausan dari Vatikan yang ingin bertemu dengannya. Alexander Ivanovich, sebagai seorang pria Soviet dan mengetahui dengan baik sikap bias kaum intelektual asing terhadap Uni Soviet, tidak mengharapkan sesuatu yang baik dari perwakilan Gereja Katolik, mungkin semacam provokasi. Namun demikian, kenalan itu terjadi. Pendeta Signor berjabat tangan dengan Oparin, mengucapkan terima kasih atas ceramahnya, dan berseru: "Profesor, saya senang dengan betapa indahnya Anda telah mengungkapkan pemeliharaan Tuhan!"

Kemungkinan hidup

Teori abiogenesis menunjukkan bahwa kehidupan berasal dari tahap tertentu dalam perkembangan materi. Sejak pembentukan Semesta dan partikel pertama, materi telah memulai jalur perubahan konstan. Pertama, atom dan molekul muncul, kemudian bintang dan debu muncul, planet muncul darinya, dan kehidupan lahir di planet. Yang hidup muncul dari yang mati, mematuhi beberapa hukum yang lebih tinggi, yang esensinya masih belum kita ketahui. Kehidupan tidak mungkin muncul di Bumi, di mana ada kondisi yang sesuai. Tentu saja, tidak mungkin untuk menyangkal generalisasi metafisik ini, tetapi benih keraguan telah tumbuh. Faktanya adalah bahwa kondisi yang diperlukan untuk sintesis kehidupan sangat banyak, seringkali bertentangan dengan fakta dan satu sama lain. Misalnya, tidak ada bukti bahwa Bumi purba memiliki atmosfer yang berkurang. Tidak jelas bagaimana kode genetik berasal. Mengejutkan dengan kompleksitasnya struktur sel hidup dan fungsinya. Berapa probabilitas asal usul kehidupan? Berikut adalah beberapa contoh.

Protein hanya terdiri dari apa yang disebut asam amino "kiri", yaitu molekul asimetris yang memutar polarisasi cahaya yang melewatinya ke kiri. Mengapa hanya asam amino kidal yang digunakan dalam konstruksi protein tidak diketahui. Mungkin itu terjadi secara kebetulan dan di suatu tempat di alam semesta ada makhluk hidup, yang terdiri dari asam amino yang tepat. Kemungkinan besar, dalam kaldu primer, di mana sintesis protein awal terjadi, ada asam amino kiri dan kanan yang sama. Dan hanya penampakan struktur "kiri" yang benar-benar hidup yang mematahkan simetri ini dan sintesis biogenik asam amino berjalan di jalur "kiri".

Perhitungan yang diberikan Fred Hoyle dalam bukunya "Evolution from Space" sangat mengesankan. Probabilitas menghasilkan 2.000 enzim sel secara acak dari 200 asam amino masing-masing adalah 10 - 4.000 - jumlah yang sangat kecil, bahkan jika seluruh kosmos adalah sup organik.

Peluang mensintesis satu protein yang terdiri dari 300 asam amino adalah satu peluang dalam 2×10 390 . Sekali lagi, sangat sedikit. Jika kita mengurangi jumlah asam amino dalam protein menjadi 20, maka jumlah kemungkinan kombinasi untuk sintesis protein semacam itu adalah 1018, yang hanya urutan besarnya lebih besar dari jumlah detik dalam 4,5 miliar tahun. Sangat mudah untuk melihat bahwa evolusi tidak punya waktu untuk memilah-milah semua opsi dan memilih yang terbaik. Jika kita memperhitungkan bahwa asam amino dalam protein terhubung dalam urutan tertentu, dan tidak secara acak, maka kemungkinan mensintesis molekul protein akan sama seperti jika monyet secara acak mencetak salah satu tragedi Shakespeare, yaitu, hampir nol.

Para ilmuwan menghitung bahwa molekul DNA yang terlibat dalam siklus pengkodean protein paling sederhana seharusnya terdiri dari 600 nukleotida dalam urutan tertentu. Probabilitas sintesis acak DNA tersebut adalah 10 -400, dengan kata lain, ini akan membutuhkan 10.400 upaya.

Tidak semua ilmuwan setuju dengan perhitungan probabilitas seperti itu. Mereka menunjukkan bahwa tidak benar untuk menghitung peluang sintesis protein dengan pemilihan kombinasi acak, karena molekul memiliki preferensi, dan beberapa ikatan kimia selalu lebih mungkin daripada yang lain. Menurut ahli biokimia Australia Ian Musgrave, pada umumnya tidak ada artinya menghitung probabilitas abiogenesis. Pertama, pembentukan polimer dari monomer tidak disengaja, tetapi mematuhi hukum fisika dan kimia. Kedua, salah menghitung pembentukan molekul protein, DNA atau RNA modern karena mereka bukan bagian dari sistem kehidupan pertama. Mungkin dalam struktur organisme yang ada saat ini, tidak ada yang tersisa dari masa lalu. Sekarang diyakini bahwa organisme pertama adalah sistem molekul pendek yang sangat sederhana, yang hanya terdiri dari 30-40 monomer. Kehidupan dimulai dengan organisme yang sangat sederhana, secara bertahap memperumit desain. Alam bahkan tidak langsung mencoba membangun Boeing 747. Ketiga, jangan takut dengan probabilitas rendah. Satu kesempatan dalam satu juta juta? Dan jadi apa, karena bisa rontok pada percobaan pertama.

Apa itu hidup

Para filsuf tidak sendirian dalam mencari definisi kehidupan. Definisi seperti itu perlu dipahami oleh ahli biokimia: apa yang terjadi dalam tabung reaksi - hidup atau tidak hidup? Ahli paleontologi yang mempelajari batuan tertua untuk mencari awal kehidupan. Ahli eksobiologi mencari organisme yang berasal dari luar bumi. Tidak mudah untuk mendefinisikan hidup. Dalam kata-kata Great Soviet Encyclopedia, "pembedaan ilmiah yang ketat antara benda hidup dan tak hidup menghadapi kesulitan tertentu." Memang, apa karakteristik hanya untuk organisme hidup? Mungkin satu set tanda-tanda eksternal? Sesuatu yang putih, lembut, bergerak, mengeluarkan suara. Tumbuhan, mikroba, dan banyak organisme lain tidak termasuk dalam definisi primitif ini, karena mereka diam dan tidak bergerak. Anda dapat menganggap kehidupan dari sudut pandang kimia sebagai materi yang terdiri dari senyawa organik kompleks: asam amino, protein, lemak. Tapi kemudian campuran mekanis sederhana dari senyawa ini harus dianggap hidup, yang tidak benar. Definisi yang lebih baik, di mana terdapat konsensus ilmiah yang luas, berkaitan dengan fungsi unik sistem kehidupan.

Kemampuan untuk bereproduksi, ketika salinan tepat dari informasi turun-temurun ditransmisikan ke keturunan, melekat dalam semua kehidupan duniawi, dan bahkan partikel terkecilnya - sel. Itulah sebabnya sel diambil sebagai satuan ukuran kehidupan. Komponen sel: protein, asam amino, enzim - diambil secara terpisah, tidak akan hidup. Ini mengarah pada kesimpulan penting bahwa eksperimen yang berhasil pada sintesis zat-zat ini tidak dapat dianggap sebagai jawaban atas pertanyaan tentang asal usul kehidupan. Akan ada revolusi di bidang ini hanya ketika menjadi jelas bagaimana seluruh sel muncul. Tanpa ragu, para penemu misteri akan dianugerahi Hadiah Nobel. Selain fungsi reproduksi, ada sejumlah sifat sistem yang diperlukan, tetapi tidak mencukupi untuk disebut hidup. Organisme hidup dapat beradaptasi dengan perubahan lingkungan pada tingkat genetik. Ini sangat penting untuk kelangsungan hidup. Berkat variabilitas, kehidupan bertahan di Bumi awal, selama bencana dan selama zaman es yang parah.

Sifat penting dari sistem kehidupan adalah aktivitas katalitik, yaitu kemampuan untuk melakukan reaksi tertentu saja. Metabolisme didasarkan pada properti ini - pilihan zat yang diperlukan dari lingkungan, pemrosesannya dan perolehan energi yang diperlukan untuk kehidupan selanjutnya. Skema metabolisme, yang tidak lebih dari algoritma kelangsungan hidup, tertanam dalam kode genetik sel dan ditransmisikan ke keturunan melalui mekanisme keturunan. Ahli kimia tahu banyak sistem dengan aktivitas katalitik, yang, bagaimanapun, tidak dapat mereproduksi, dan karena itu tidak dapat dianggap hidup.

Eksperimen yang menentukan

Tidak ada harapan bahwa suatu saat sel itu ternyata dengan sendirinya dari atom-atom unsur kimia. Ini adalah pilihan yang luar biasa. Sebuah sel bakteri sederhana mengandung ratusan gen, ribuan protein dan molekul yang berbeda. Fred Hoyle bercanda bahwa sintesis sel sama menakjubkannya dengan perakitan Boeing dalam badai yang menyapu tempat barang rongsokan. Namun, Boeing ada, yang berarti entah bagaimana "dirakit", atau lebih tepatnya "dirakit sendiri". Menurut gagasan saat ini, "perakitan mandiri" Boeing dimulai 4,5 miliar tahun yang lalu, prosesnya berjalan secara bertahap dan diperpanjang dalam waktu selama satu miliar tahun. Oleh paling sedikit 3,5 miliar tahun yang lalu, sel hidup sudah ada di Bumi.

Untuk sintesis makhluk hidup dari benda mati, pada tahap awal, senyawa organik dan anorganik sederhana harus ada di atmosfer dan badan air planet ini: C, C 2 , C 3 , CH, CN, CO, CS , HCN, CH 3 CH, NH, O, OH, H 2 O, S. Stanley Miller, dalam eksperimennya yang terkenal tentang sintesis abiogenik, campuran hidrogen, metana, amonia dan uap air, kemudian melewatkan campuran yang dipanaskan melalui pelepasan listrik dan didinginkan dia. Seminggu kemudian, cairan coklat terbentuk dalam labu yang mengandung tujuh asam amino, termasuk glisin, alanin dan asam aspartat, yang merupakan bagian dari protein seluler. Eksperimen Miller menunjukkan bagaimana organik prebiologis dapat dibentuk - zat yang terlibat dalam sintesis komponen sel yang lebih kompleks. Sejak saat itu, para ahli biologi menganggap masalah ini selesai, meski masalah serius. Faktanya adalah bahwa sintesis asam amino abiogenik hanya terjadi dalam kondisi reduksi, itulah sebabnya Oparin percaya bahwa atmosfer awal Bumi adalah metana-amonia. Tapi ahli geologi tidak setuju dengan kesimpulan ini.

Masalah suasana awal

Metana dan amonia tidak memiliki tempat asal dalam jumlah besar di Bumi, kata para ahli. Selain itu, senyawa ini sangat tidak stabil dan dihancurkan oleh sinar matahari, atmosfer metana-amonia tidak akan ada bahkan jika gas-gas ini dilepaskan dari perut planet ini. Menurut ahli geologi, atmosfer bumi 4,5 miliar tahun yang lalu didominasi oleh karbon dioksida dan nitrogen, yang secara kimiawi menciptakan lingkungan yang netral. Ini dibuktikan dengan komposisi batuan tertua, yang pada saat itu melebur dari mantel. Batuan tertua di planet ini, berusia 3,9 miliar tahun, ditemukan di Greenland. Ini adalah apa yang disebut gneisses abu-abu - batuan beku yang sangat berubah dengan komposisi sedang. Perubahan batuan ini berlangsung selama jutaan tahun di bawah pengaruh cairan karbon dioksida dari mantel, yang secara bersamaan menjenuhkan atmosfer. Dalam kondisi seperti itu, sintesis abiogenik tidak mungkin dilakukan.

Akademisi E.M. Galimov, direktur Institut Geokimia dan Kimia Analitik. DI DAN. Vernadsky RAS. Dia menghitung bahwa kerak bumi muncul sangat awal, dalam 50-100 juta tahun pertama setelah pembentukan planet, dan didominasi oleh logam. Dalam kasus seperti itu, mantel pasti telah melepaskan metana dan amonia dalam jumlah yang cukup untuk menciptakan kondisi reduksi. Ilmuwan Amerika K. Sagan dan K. Chaiba mengusulkan mekanisme untuk perlindungan diri atmosfer metana dari kehancuran. Menurut skema mereka, penguraian metana di bawah aksi radiasi ultraviolet dapat menyebabkan terciptanya aerosol dari partikel organik di atmosfer bagian atas. Partikel-partikel ini menyerap radiasi matahari dan melindungi lingkungan yang berkurang di planet ini. Benar, mekanisme ini dikembangkan untuk Mars, tetapi ini berlaku untuk Bumi awal.

Kondisi yang cocok untuk pembentukan organik prebiologis tidak bertahan lama di Bumi. Selama 200-300 juta tahun berikutnya, mantel mulai teroksidasi, yang menyebabkan pelepasan karbon dioksida darinya dan perubahan komposisi atmosfer. Tetapi pada saat itu, lingkungan untuk asal usul kehidupan sudah disiapkan.

Di dasar laut

Kehidupan primordial bisa saja berasal dari sekitar gunung berapi. Bayangkan banyak patahan dan retakan di dasar lautan yang masih rapuh, mengeluarkan magma dan gas yang mendidih. Di zona seperti itu, jenuh dengan uap hidrogen sulfida, endapan logam sulfida terbentuk: besi, seng, tembaga. Bagaimana jika sintesis organik primer terjadi langsung pada permukaan mineral besi-sulfur menggunakan reaksi karbon dioksida dan hidrogen? Untungnya, ada banyak keduanya di sekitar: karbon dioksida dan monoksida dilepaskan dari magma, dan hidrogen dilepaskan dari air selama interaksi kimianya dengan magma panas. Ada juga masuknya energi yang diperlukan untuk sintesis.

Hipotesis ini konsisten dengan data geologi dan didasarkan pada asumsi bahwa organisme awal hidup dalam kondisi ekstrem, seperti bakteri kemosintetik modern. Pada 60-an abad XX, para peneliti menemukan gunung berapi bawah laut di dasar Samudra Pasifik - perokok hitam. Di sana, di klub gas beracun, tanpa akses ke sinar matahari dan oksigen, pada suhu + 120 ° ada koloni mikroorganisme. Kondisi serupa dengan perokok hitam sudah ada di Bumi 2,5 miliar tahun yang lalu, sebagaimana dibuktikan oleh lapisan stromatolit - jejak aktivitas vital ganggang biru-hijau. Bentuk yang mirip dengan mikroba ini termasuk di antara sisa-sisa organisme paling purba yang berusia 3,5 miliar tahun.

Untuk mengkonfirmasi hipotesis vulkanik, diperlukan eksperimen yang akan menunjukkan bahwa sintesis abiogenik dimungkinkan dalam kondisi tertentu. Pekerjaan ke arah ini dilakukan oleh kelompok ahli biokimia dari Amerika Serikat, Jerman, Inggris dan Rusia, tetapi sejauh ini tidak berhasil. Hasil yang menggembirakan diperoleh pada tahun 2003 oleh seorang peneliti muda Mikhail Vladimirov dari laboratorium biokimia evolusi Institut Biokimia. SEBUAH. Bach RAS. Dia menciptakan perokok hitam buatan di laboratorium: piringan pirit (FeS 2) ditempatkan dalam autoklaf yang diisi dengan garam, yang berfungsi sebagai katoda; karbon dioksida dan arus listrik melewati sistem. Sehari kemudian, asam format muncul di autoklaf - bahan organik paling sederhana, yang terlibat dalam metabolisme sel hidup dan berfungsi sebagai bahan untuk sintesis abiogenik zat biologis yang lebih kompleks.

Cyanobacteria mampu memperbaiki nitrogen atmosfer

Pemburu Planet yang Dapat Dihuni

Kedua teori asal usul kehidupan, panspermia dan abiogenesis, menganggap bahwa kehidupan bukanlah fenomena unik di Semesta, melainkan di planet lain. Tapi bagaimana menemukannya? Untuk waktu yang lama ada satu-satunya metode pencarian kehidupan, yang belum memberikan hasil positif - dengan sinyal radio dari alien. Pada akhir abad ke-20, muncul ide baru - menggunakan teleskop untuk mencari planet di luar tata surya. Perburuan exoplanet telah dimulai. Pada tahun 1995, spesimen pertama ditangkap: sebuah planet dengan massa setengah Jupiter, dengan cepat mengorbit bintang ke-51 di konstelasi Pegasus. Sebagai hasil dari hampir 10 tahun pencarian, 118 sistem planet yang berisi 141 planet ditemukan. Tak satu pun dari sistem ini mirip dengan Matahari, tidak ada planet - ke Bumi. Eksoplanet yang ditemukan memiliki massa yang dekat dengan Jupiter, yaitu, mereka jauh lebih besar dari Bumi. Raksasa jauh tidak dapat dihuni karena kekhasan orbitnya. Beberapa dari mereka berotasi sangat dekat dengan bintangnya, yang berarti permukaannya panas dan tidak ada air cair tempat kehidupan berkembang. Planet-planet lainnya - minoritasnya - bergerak dalam orbit elips memanjang, yang secara dramatis mempengaruhi iklim: perubahan musim di sana pasti sangat tajam, dan ini merugikan organisme.

Kedua teori asal usul kehidupan, panspermia dan abiogenesis, menganggap bahwa kehidupan bukanlah fenomena unik di Semesta, melainkan di planet lain. Tapi bagaimana menemukannya? Untuk waktu yang lama ada satu-satunya metode pencarian kehidupan, yang belum memberikan hasil positif - dengan sinyal radio dari alien. Pada akhir abad ke-20, muncul ide baru - menggunakan teleskop untuk mencari planet di luar tata surya. Perburuan exoplanet telah dimulai. Pada tahun 1995, spesimen pertama ditangkap: sebuah planet dengan massa setengah Jupiter, dengan cepat mengorbit bintang ke-51 di konstelasi Pegasus. Sebagai hasil dari hampir 10 tahun pencarian, 118 sistem planet yang berisi 141 planet ditemukan. Tak satu pun dari sistem ini mirip dengan Matahari, tidak ada planet - ke Bumi. Eksoplanet yang ditemukan memiliki massa yang dekat dengan Jupiter, yaitu, mereka jauh lebih besar dari Bumi. Raksasa jauh tidak dapat dihuni karena kekhasan orbitnya. Beberapa dari mereka berotasi sangat dekat dengan bintangnya, yang berarti permukaannya panas dan tidak ada air cair tempat kehidupan berkembang. Planet-planet lainnya - minoritasnya - bergerak dalam orbit elips memanjang, yang secara dramatis mempengaruhi iklim: perubahan musim di sana pasti sangat tajam, dan ini merugikan organisme.

Fakta bahwa tidak ada sistem planet tipe matahari yang ditemukan telah menyebabkan pernyataan pesimis dari beberapa ilmuwan. Mungkin planet batu kecil sangat langka di Semesta, atau Bumi kita umumnya satu-satunya dari jenisnya, atau mungkin kita hanya kekurangan akurasi pengukuran. Tapi harapan mati terakhir, dan para astronom terus mengasah metode mereka. Sekarang mereka mencari planet bukan dengan pengamatan langsung, tetapi dengan tanda-tanda tidak langsung, karena resolusi teleskop tidak cukup. Dengan demikian, posisi raksasa mirip Jupiter dihitung dari gangguan gravitasi yang mereka berikan pada orbit bintangnya. Pada tahun 2006, Badan Antariksa Eropa akan meluncurkan satelit Korot, yang akan mencari planet bermassa terestrial dengan meredupkan bintang saat melewati cakramnya. Cara yang sama untuk berburu planet akan menjadi satelit Kepler NASA, mulai tahun 2007. Dalam 2 tahun lagi, NASA akan mengatur misi interferometri ruang angkasa - metode yang sangat sensitif untuk mendeteksi planet kecil dengan dampaknya terhadap benda bermassa lebih besar. Hanya pada tahun 2015 para ilmuwan akan membangun perangkat untuk pengamatan langsung - itu akan menjadi seluruh armada teleskop ruang angkasa yang disebut "pemburu planet mirip Bumi", yang mampu secara bersamaan mencari tanda-tanda kehidupan.

Ketika planet mirip Bumi ditemukan, era baru akan dimulai dalam sains, dan para ilmuwan sedang mempersiapkan peristiwa ini sekarang. Dari jarak yang sangat jauh, seseorang harus dapat mengenali jejak kehidupan di atmosfer planet ini, bahkan jika bentuknya yang paling primitif - bakteri atau organisme multiseluler yang paling sederhana. Kemungkinan menemukan kehidupan primitif di Semesta lebih tinggi daripada melakukan kontak dengan manusia hijau, karena kehidupan telah ada di Bumi selama lebih dari 4 miliar tahun, di mana hanya satu abad jatuh pada peradaban maju. Sebelum munculnya sinyal buatan manusia, adalah mungkin untuk mempelajari keberadaan kita hanya dengan adanya senyawa khusus di atmosfer - biomarker. Biomarker utama adalah ozon, yang menunjukkan adanya oksigen. Uap air berarti adanya air cair. Karbon dioksida dan metana dikeluarkan oleh beberapa jenis organisme. Pencarian biomarker di planet yang jauh akan dipercayakan pada misi Darwin, yang akan diluncurkan oleh para ilmuwan Eropa pada tahun 2015. Enam teleskop inframerah akan mengorbit 1,5 juta kilometer dari Bumi dan mengamati beberapa ribu sistem planet terdekat. Dengan jumlah oksigen di atmosfer, proyek Darwin mampu menentukan kehidupan yang sangat muda, beberapa ratus juta tahun.

Jika dalam radiasi atmosfer planet ada garis spektral dari tiga zat - ozon, uap air dan metana - ini adalah bukti tambahan yang mendukung keberadaan kehidupan. Langkah selanjutnya adalah menetapkan jenis dan tingkat perkembangannya. Misalnya, kehadiran molekul klorofil berarti ada bakteri dan tumbuhan di planet ini yang menggunakan fotosintesis untuk energi. Pengembangan biomarker generasi berikutnya adalah tugas yang sangat menjanjikan, tetapi masih jauh di masa depan.

sumber organik

Jika tidak ada kondisi di Bumi untuk sintesis organik prabiologis, maka mereka bisa berada di luar angkasa. Kembali pada tahun 1961, ahli biokimia Amerika John Oro menerbitkan sebuah artikel tentang asal mula komet dari molekul organik. Bumi muda, yang tidak dilindungi oleh atmosfer padat, menjadi sasaran pemboman besar-besaran oleh komet, yang sebagian besar terdiri dari es, tetapi juga mengandung amonia, formaldehida, hidrogen sianida, sianoasetilin, adenin, dan senyawa lain yang diperlukan untuk sintesis asam amino abiogenik, asam nukleat dan lemak - komponen utama sel. Menurut para astronom, 1.021 kg materi komet jatuh di permukaan bumi. Air komet membentuk lautan, tempat kehidupan berkembang ratusan juta tahun kemudian.

Pengamatan mengkonfirmasi bahwa ada organik sederhana dan bahkan asam amino dalam tubuh kosmik dan awan debu antarbintang. Analisis spektral menunjukkan adanya adenin dan purin di ekor komet Haley-Bopp, dan pirimidin ditemukan di meteorit Murchison. Pembentukan senyawa ini di luar angkasa tidak bertentangan dengan hukum fisika dan kimia.

Hipotesis komet juga populer di kalangan kosmolog karena menjelaskan penampakan kehidupan di Bumi setelah pembentukan Bulan. Seperti yang diyakini secara umum, sekitar 4,5 miliar tahun yang lalu, Bumi bertabrakan dengan benda kosmik yang sangat besar. Permukaannya meleleh, bagian dari zat itu terciprat ke orbit, tempat satelit kecil, Bulan, terbentuk darinya. Setelah bencana seperti itu, tidak ada bahan organik dan air yang tersisa di planet ini. Dari mana mereka berasal? Komet membawa mereka kembali.

Masalah polimer

Protein seluler, DNA, RNA semuanya merupakan polimer, molekul yang sangat panjang, seperti benang. Struktur polimer cukup sederhana, mereka terdiri dari bagian-bagian yang berulang dalam urutan tertentu. Misalnya, selulosa adalah molekul paling umum di dunia, yang merupakan bagian dari tanaman. Satu molekul selulosa terdiri dari puluhan ribu atom karbon, hidrogen dan oksigen, tetapi pada saat yang sama tidak lebih dari pengulangan beberapa molekul glukosa yang lebih pendek yang dihubungkan bersama, seperti dalam kalung. Protein adalah rantai asam amino. DNA dan RNA - urutan nukleotida. Dan secara total, ini adalah urutan yang sangat panjang. Dengan demikian, genom manusia yang didekodekan terdiri dari 3 miliar pasang nukleotida.

Di dalam sel, polimer secara konstan diproduksi oleh reaksi kimia matriks yang kompleks. Untuk mendapatkan protein, satu asam amino perlu melepaskan gugus hidroksil OH dari satu ujung dan atom hidrogen dari ujung lainnya, dan hanya setelah itu "rekatkan" asam amino berikutnya. Sangat mudah untuk melihat bahwa air terbentuk dalam proses ini, dan lagi dan lagi. Pelepasan air, dehidrasi, adalah proses yang sangat kuno, kunci asal usul kehidupan. Bagaimana itu bisa terjadi ketika tidak ada sel dengan pabrik proteinnya? Ada juga masalah dengan kolam dangkal yang hangat - tempat lahirnya sistem kehidupan. Memang, selama polimerisasi, air harus dihilangkan, tetapi ini tidak mungkin jika ada banyak air di sekitarnya.

gen tanah liat

Pasti ada sesuatu dalam sup primordial yang membantu sistem kehidupan dilahirkan, mempercepat proses dan memasok energi. Pada 1950-an, ahli kristalografi Inggris John Bernal menyarankan bahwa tanah liat biasa, yang banyak ditutupi dengan dasar reservoir apa pun, dapat berfungsi sebagai asisten semacam itu. Mineral lempung berkontribusi pada pembentukan biopolimer dan munculnya mekanisme hereditas. Hipotesis Bernal telah tumbuh lebih kuat selama bertahun-tahun dan menarik banyak pengikut. Ternyata partikel tanah liat yang disinari ultraviolet menyimpan cadangan energi yang dihasilkan, yang dihabiskan untuk reaksi perakitan biopolimer. Di hadapan tanah liat, monomer berkumpul menjadi molekul yang mereplikasi diri, seperti RNA.

Kebanyakan mineral lempung secara struktural mirip dengan polimer. Mereka terdiri dari sejumlah besar lapisan yang saling berhubungan oleh ikatan kimia yang lemah. Pita mineral seperti itu tumbuh dengan sendirinya, setiap lapisan berikutnya mengulangi yang sebelumnya, dan kadang-kadang terjadi cacat - mutasi, seperti pada gen nyata. Ahli kimia Skotlandia A.J. Kearns-Smith mengklaim bahwa gen tanah liat adalah organisme pertama di Bumi. Berada di antara lapisan partikel tanah liat, molekul organik berinteraksi dengannya, mengadopsi cara menyimpan informasi dan pertumbuhan, bisa dikatakan, mereka pelajari. Untuk sementara, mineral dan proto-kehidupan hidup berdampingan secara damai, tetapi segera ada jeda, atau pengambilalihan genetik, menurut Kearns-Smith, setelah itu kehidupan meninggalkan rumah mineral dan memulai perkembangannya sendiri.

Mikroba paling purba

Serpih hitam berusia 3,5 miliar tahun di Australia Barat mengandung sisa-sisa organisme paling kuno yang pernah ditemukan di Bumi. Hanya terlihat di bawah mikroskop, bola dan serat milik prokariota - mikroba yang selnya masih belum memiliki nukleus dan heliks DNA diletakkan langsung di sitoplasma. Fosil tertua ditemukan pada tahun 1993 oleh ahli paleobiologi Amerika William Schopf. Batuan vulkanik dan sedimen di Kompleks Pilbara, di sebelah barat Gurun Pasir Besar di Australia, adalah beberapa batuan tertua di Bumi. Secara kebetulan yang membahagiakan, formasi ini tidak banyak berubah di bawah pengaruh proses geologis yang kuat dan telah mengawetkan sisa-sisa makhluk purba di antarlapisan.

Ternyata sulit untuk memastikan bahwa bola dan serat kecil adalah organisme hidup di masa lalu. Deretan manik-manik kecil di batu bisa berupa apa saja: mineral, organik non-biologis, ilusi optik. Secara total, Schopf menghitung 11 jenis fosil yang terkait dengan prokariota. Dari jumlah tersebut, 6, menurut ilmuwan, adalah cyanobacteria, atau ganggang biru-hijau. Spesies serupa masih ada di Bumi di air tawar dan lautan, di mata air panas dan di dekat gunung berapi. Schopf menghitung enam tanda di mana benda-benda mencurigakan dalam serpih hitam harus dianggap hidup.

Ini tanda-tandanya:
1. Fosil tersusun dari bahan organik
2. Mereka memiliki struktur yang kompleks - serat terdiri dari sel-sel dengan berbagai bentuk: silinder, kotak, cakram
3. Ada banyak objek - hanya 200 fosil termasuk 1.900 sel
4. Objek mirip satu sama lain, seperti perwakilan modern dari populasi yang sama
5. Ini adalah organisme yang beradaptasi dengan baik dengan kondisi awal Bumi. Mereka hidup di dasar laut, terlindung dari radiasi ultraviolet oleh lapisan tebal air dan lendir.
6. Benda-benda tersebut berkembang biak seperti bakteri modern, terbukti dengan ditemukannya sel pada tahap pembelahan.

Penemuan cyanobacteria purba seperti itu berarti bahwa hampir 3,5 miliar tahun yang lalu ada organisme yang mengonsumsi karbon dioksida dan menghasilkan oksigen, mampu bersembunyi dari radiasi matahari dan pulih dari cedera, seperti yang dilakukan spesies modern. Biosfer sudah mulai terbentuk. Bagi sains, ini adalah momen yang mengasyikkan. Seperti yang diakui William Schopf, dalam keturunan terhormat seperti itu dia lebih suka menemukan makhluk yang lebih primitif. Bagaimanapun, penemuan cyanobacteria paling kuno mendorong kembali awal kehidupan untuk periode yang terhapus dari sejarah geologi selamanya, tidak mungkin ahli geologi dapat mendeteksi dan membacanya. Semakin tua batuan, semakin lama mereka berada di bawah tekanan, suhu, lapuk. Selain Australia Barat, hanya satu tempat dengan bebatuan yang sangat kuno yang bertahan di planet tempat fosil dapat ditemukan - di timur Afrika Selatan di kerajaan Swaziland. Tetapi keturunan Afrika telah mengalami perubahan dramatis selama miliaran tahun, dan jejak organisme purba telah hilang.

Saat ini, para ahli geologi belum menemukan awal kehidupan di bebatuan Bumi. Sebenarnya, mereka tidak dapat menyebutkan interval waktu ketika tidak ada organisme hidup sama sekali. Mereka juga tidak dapat melacak tahap awal - hingga 3,5 miliar tahun yang lalu - dari evolusi makhluk hidup. Sebagian besar karena kurangnya bukti geologis, misteri asal usul kehidupan tetap belum terpecahkan.

Realis dan Surealis

Konferensi pertama Masyarakat Internasional untuk Studi Asal Usul Kehidupan (ISSOL) diadakan pada tahun 1973 di Barcelona. Lambang untuk konferensi ini digambar oleh Salvador Dali. Berikut adalah bagaimana itu. John Oro, seorang ahli biokimia Amerika, bersahabat dengan artis itu. Pada tahun 1973, mereka bertemu di Paris, makan malam di Maxim's, dan menghadiri kuliah tentang holografi. Setelah ceramah, Dali tiba-tiba mengundang ilmuwan itu untuk datang ke hotelnya keesokan harinya. Oro datang dan Dali memberinya gambar yang melambangkan masalah kiralitas dalam sistem kehidupan. Dua kristal tumbuh dari genangan air yang mengalir dalam pola jam pasir terbalik, mengisyaratkan akhir waktu evolusi. Sesosok wanita duduk di sebelah kiri, seorang pria berdiri di sebelah kanan dan memegang sayap kupu-kupu, seekor cacing DNA berputar di antara kristal. Kristal kuarsa kiri dan kanan yang ditunjukkan pada gambar diambil dari buku Oparin tahun 1957, The Origin of Life on Earth. Yang mengejutkan ilmuwan, Dali menyimpan buku ini di kamarnya! Setelah konferensi, Oparin pergi mengunjungi Dali, di pantai Catalonia. Kedua selebriti itu sekarat karena keinginan untuk berkomunikasi. Percakapan panjang terjadi antara realis dan surealis, dijiwai oleh bahasa ekspresi wajah dan gerak tubuh - lagi pula, Oparin hanya berbicara dalam bahasa Rusia.

Dunia RNA

Dalam teori abiogenesis, pencarian asal usul kehidupan mengarah pada gagasan tentang sistem yang lebih sederhana dari sel. Sel modern sangat kompleks, pekerjaannya bertumpu pada tiga pilar: DNA, RNA, dan protein. DNA menyimpan informasi herediter, protein melakukan reaksi kimia sesuai dengan skema yang ditetapkan dalam DNA, informasi dari DNA ke protein ditransmisikan oleh RNA. Apa yang bisa dimasukkan dalam sistem yang disederhanakan? Beberapa salah satu komponen sel, yang setidaknya dapat mereproduksi dirinya sendiri dan mengatur metabolisme.

Pencarian molekul paling kuno, yang dengannya, pada kenyataannya, kehidupan dimulai, telah berlangsung selama hampir satu abad. Seperti ahli geologi yang merekonstruksi sejarah bumi dari lapisan batuan, ahli biologi menemukan evolusi kehidupan menurut struktur sel. Serangkaian penemuan di abad ke-20 memunculkan hipotesis tentang gen yang lahir secara spontan yang menjadi nenek moyang kehidupan. Adalah wajar untuk berpikir bahwa molekul DNA bisa menjadi gen primer seperti itu, karena ia menyimpan informasi tentang struktur dan perubahannya di dalamnya. Lambat laun, mereka menemukan bahwa DNA sendiri tidak dapat mengirimkan informasi ke generasi lain, untuk ini diperlukan pembantu - RNA dan protein. Ketika sifat baru RNA ditemukan pada paruh kedua abad ke-20, ternyata molekul ini lebih cocok untuk peran utama dalam permainan tentang asal usul kehidupan.

Molekul RNA lebih sederhana dalam struktur daripada DNA. Ini lebih pendek dan terdiri dari satu utas. Molekul ini dapat berfungsi sebagai katalis, yaitu, melakukan reaksi kimia selektif, misalnya, menghubungkan asam amino bersama, dan khususnya, melakukan replikasinya sendiri, yaitu reproduksi. Seperti diketahui, aktivitas katalitik selektif adalah salah satu sifat utama yang melekat pada sistem kehidupan. Dalam sel modern, hanya protein yang melakukan fungsi ini. Mungkin kemampuan ini diberikan kepada mereka dari waktu ke waktu, dan sekali ini dilakukan oleh RNA.

Untuk mengetahui apa lagi yang mampu dilakukan RNA, para ilmuwan mulai membiakkannya secara artifisial. Dalam larutan jenuh dengan molekul RNA, hidupnya sendiri mendidih. Penduduk bertukar bagian dan mereproduksi diri mereka sendiri, yaitu, informasi ditransmisikan ke keturunan. Seleksi spontan molekul dalam koloni seperti itu menyerupai seleksi alam, yang berarti dapat dikendalikan. Saat peternak menumbuhkan hewan keturunan baru, mereka juga mulai menumbuhkan RNA dengan sifat yang diinginkan. Misalnya, molekul yang membantu menjahit nukleotida menjadi rantai panjang; molekul suhu tinggi, dan sebagainya.

Koloni molekul dalam cawan Petri - ini adalah dunia RNA, hanya buatan. Dunia alami RNA bisa muncul 4 miliar tahun yang lalu di genangan air hangat dan danau kecil, tempat reproduksi molekul secara spontan terjadi. Perlahan-lahan, molekul-molekul mulai berkumpul dalam komunitas dan bersaing satu sama lain untuk mendapatkan tempat di bawah matahari, yang paling kuat bertahan. Benar, transfer informasi dalam koloni semacam itu tidak akurat, dan fitur yang baru diperoleh dari "individu" individu mungkin hilang, tetapi kekurangan ini ditutupi oleh sejumlah besar kombinasi. Pemilihan RNA sangat cepat, dan dalam setengah miliar tahun sebuah sel bisa muncul. Memberikan dorongan untuk munculnya kehidupan, dunia RNA tidak menghilang, ia terus ada di dalam semua organisme di Bumi.

Dunia RNA hampir hidup, hanya memiliki satu langkah tersisa untuk menyelesaikan kebangkitan - untuk menghasilkan sel. Sel dipisahkan dari lingkungan oleh membran yang kuat, yang berarti bahwa tahap selanjutnya dalam evolusi dunia RNA adalah kesimpulan dari koloni, di mana molekul terkait satu sama lain, menjadi membran lemak. Sel proto seperti itu bisa saja terjadi secara tidak sengaja, tetapi untuk menjadi sel hidup yang lengkap, membran harus direproduksi dari generasi ke generasi. Dengan bantuan seleksi buatan dalam koloni, adalah mungkin untuk menghilangkan RNA yang bertanggung jawab untuk pertumbuhan membran, tetapi apakah ini benar-benar terjadi? Penulis eksperimen dari Massachusetts Institute of Technology menekankan bahwa hasil yang diperoleh di laboratorium belum tentu sama dengan perakitan sel hidup yang sebenarnya, dan mungkin jauh dari kebenaran. Namun, belum memungkinkan untuk membuat sel hidup dalam tabung reaksi. Dunia RNA belum sepenuhnya mengungkapkan rahasianya.

Bagaimana awal mula kehidupan di Bumi? Detailnya tidak diketahui umat manusia, tetapi prinsip-prinsip landasan telah ditetapkan. Ada dua teori utama dan banyak teori kecil. Jadi, menurut versi utama, komponen organik datang ke Bumi dari luar angkasa, menurut yang lain, semuanya terjadi di Bumi. Berikut adalah beberapa ajaran yang paling populer.

panspermia

Bagaimana Bumi kita muncul? Biografi planet ini unik, dan orang-orang mencoba mengungkapnya dengan cara yang berbeda. Ada hipotesis bahwa kehidupan yang ada di alam semesta didistribusikan dengan bantuan meteoroid (benda langit berukuran menengah antara debu antarplanet dan asteroid), asteroid dan planet. Diasumsikan bahwa ada bentuk kehidupan yang dapat menahan paparan (radiasi, vakum, suhu rendah, dll.). Mereka disebut extremophiles (termasuk bakteri dan mikroorganisme).

Mereka masuk ke puing-puing dan debu, yang dibuang ke luar angkasa setelah diselamatkan, dengan demikian, kehidupan setelah kematian benda-benda kecil tata surya. Bakteri dapat melakukan perjalanan saat istirahat untuk jangka waktu yang lama sebelum tabrakan acak lainnya dengan planet lain.

Mereka juga dapat bercampur dengan cakram protoplanet (awan gas padat di sekitar planet muda). Jika di tempat baru "prajurit yang gigih tetapi mengantuk" jatuh ke dalam kondisi yang menguntungkan, mereka menjadi aktif. Proses evolusi dimulai. Sejarah terurai dengan bantuan probe. Data dari instrumen yang telah ada di dalam komet menunjukkan bahwa dalam sebagian besar kasus, kemungkinan dikonfirmasi bahwa kita semua "sedikit alien", karena tempat lahir kehidupan adalah ruang angkasa.

Biopoiesis

Dan inilah pendapat lain tentang bagaimana kehidupan berasal. Di Bumi ada yang hidup dan tidak hidup. Beberapa ilmu menyambut abiogenesis (biopoesis), yang menjelaskan bagaimana, dalam proses transformasi alam, kehidupan biologis muncul dari materi anorganik. Sebagian besar asam amino (juga disebut bahan penyusun semua organisme hidup) dapat dibentuk menggunakan reaksi kimia alami yang tidak terkait dengan kehidupan.

Hal ini dikonfirmasi oleh percobaan Muller-Urey. Pada tahun 1953, seorang ilmuwan menjalankan listrik melalui campuran gas dan menghasilkan beberapa asam amino dalam kondisi laboratorium yang meniru kondisi awal Bumi. Pada semua makhluk hidup, asam amino diubah menjadi protein di bawah pengaruh asam nukleat, penjaga memori genetik.

Yang terakhir disintesis secara independen dengan cara biokimia, dan protein mempercepat (mengkatalisis) proses. Manakah dari molekul organik yang pertama? Dan bagaimana mereka berinteraksi? Abiogenesis sedang dalam proses menemukan jawaban.

Tren kosmogonik

Ini adalah doktrin ruang. Dalam konteks tertentu ilmu antariksa dan astronomi, istilah tersebut mengacu pada teori penciptaan (dan studi) tata surya. Upaya untuk condong ke arah kosmogoni naturalistik tidak tahan terhadap pengawasan. Pertama, teori-teori ilmiah yang ada tidak dapat menjelaskan hal utama: bagaimana Semesta itu sendiri muncul?

Kedua, tidak ada model fisik yang menjelaskan saat-saat awal keberadaan alam semesta. Dalam teori tersebut, tidak ada konsep gravitasi kuantum. Meskipun ahli teori string mengatakan bahwa partikel elementer muncul dari getaran dan interaksi string kuantum, mereka yang mempelajari asal-usul dan konsekuensi Big Bang (loop quantum cosmology) tidak setuju dengan hal ini. Mereka percaya bahwa mereka memiliki formula untuk menggambarkan model dalam persamaan medan.

Dengan bantuan hipotesis kosmogonik, orang menjelaskan keseragaman gerakan dan komposisi benda langit. Jauh sebelum kehidupan muncul di Bumi, materi memenuhi semua ruang dan kemudian berevolusi.

Endosimbion

Versi endosimbiosis pertama kali dirumuskan oleh ahli botani Rusia Konstantin Merezhkovsky pada tahun 1905. Dia percaya bahwa beberapa organel berasal dari bakteri yang hidup bebas dan dibawa ke sel lain sebagai endosimbion. Mitokondria berevolusi dari proteobacteria (khususnya Rickettsiales atau kerabat dekat) dan kloroplas dari cyanobacteria.

Hal ini menunjukkan bahwa beberapa bentuk bakteri masuk ke dalam simbiosis dengan pembentukan sel eukariotik (eukariota adalah sel organisme hidup yang mengandung nukleus). Transfer horizontal materi genetik antara bakteri juga difasilitasi oleh hubungan simbiosis.

Munculnya berbagai bentuk kehidupan mungkin telah didahului oleh Last Common ancestor (LUA) organisme modern.

Kelahiran spontan

Sampai awal abad ke-19, orang-orang pada umumnya mengabaikan "ketibaan" sebagai penjelasan tentang bagaimana kehidupan dimulai di Bumi. Generasi spontan tak terduga dari bentuk-bentuk kehidupan tertentu dari benda mati tampaknya tidak masuk akal bagi mereka. Tetapi mereka percaya adanya heterogenesis (perubahan cara reproduksi), ketika salah satu bentuk kehidupan berasal dari spesies lain (misalnya, lebah dari bunga). Gagasan klasik tentang generasi spontan bermuara pada hal berikut: beberapa organisme hidup yang kompleks muncul karena penguraian zat organik.

Menurut Aristoteles, ini adalah kebenaran yang mudah diamati: kutu daun muncul dari embun yang jatuh pada tanaman; lalat - dari makanan busuk, tikus - dari jerami kotor, buaya - dari batang kayu yang membusuk di dasar waduk, dan sebagainya. Teori generasi spontan (dibantah oleh agama Kristen) diam-diam ada selama berabad-abad.

Secara umum diterima bahwa teori itu akhirnya dibantah pada abad ke-19 oleh eksperimen Louis Pasteur. Ilmuwan tidak mempelajari asal usul kehidupan, ia mempelajari penampilan mikroba untuk dapat melawan penyakit menular. Namun, bukti Pasteur tidak lagi kontroversial, tetapi sangat ilmiah.

Teori Tanah Liat dan Penciptaan Sekuensial

Munculnya kehidupan atas dasar tanah liat? Apa itu mungkin? Seorang ahli kimia Skotlandia bernama A.J. Kearns-Smith dari Universitas Glasgow pada tahun 1985 adalah penulis teori semacam itu. Berdasarkan asumsi serupa oleh ilmuwan lain, ia berpendapat bahwa partikel organik, yang berada di antara lapisan tanah liat dan berinteraksi dengannya, mengadopsi cara menyimpan informasi dan tumbuh. Dengan demikian, ilmuwan menganggap "gen tanah liat" sebagai yang utama. Awalnya, mineral dan kehidupan yang baru lahir ada bersama-sama, tetapi pada tahap tertentu mereka "berlari".

Gagasan kehancuran (chaos) di dunia yang sedang berkembang membuka jalan bagi teori katastrofisme sebagai salah satu cikal bakal teori evolusi. Para pendukungnya percaya bahwa Bumi telah dipengaruhi oleh peristiwa-peristiwa yang tiba-tiba, berumur pendek, dan bergejolak di masa lalu, dan bahwa masa kini adalah kunci masa lalu. Setiap bencana berikutnya menghancurkan kehidupan yang ada. Ciptaan berikutnya menghidupkannya kembali yang sudah berbeda dari yang sebelumnya.

doktrin materialistis

Dan inilah versi lain tentang bagaimana kehidupan bermula di Bumi. Hal itu dikemukakan oleh kaum materialis. Mereka percaya bahwa kehidupan muncul sebagai hasil dari transformasi kimia bertahap yang diperpanjang dalam ruang dan waktu, yang kemungkinan besar terjadi hampir 3,8 miliar tahun yang lalu. Perkembangan ini disebut molekular, itu mempengaruhi area asam deoksiribonukleat dan ribonukleat dan protein (protein).

Sebagai tren ilmiah, doktrin itu muncul pada 1960-an, ketika penelitian aktif dilakukan yang mempengaruhi biologi molekuler dan evolusioner, genetika populasi. Para ilmuwan kemudian mencoba memahami dan memvalidasi penemuan terbaru mengenai asam nukleat dan protein.

Salah satu topik utama yang mendorong pengembangan bidang pengetahuan ini adalah evolusi fungsi enzimatik, penggunaan divergensi asam nukleat sebagai "jam molekuler". Pengungkapannya berkontribusi pada studi yang lebih dalam tentang divergensi (percabangan) spesies.

asal organik

Tentang bagaimana kehidupan muncul di Bumi, para pendukung doktrin ini berpendapat sebagai berikut. Pembentukan spesies dimulai sejak lama - lebih dari 3,5 miliar tahun yang lalu (angka tersebut menunjukkan periode di mana kehidupan ada). Mungkin, pada awalnya ada proses transformasi yang lambat dan bertahap, dan kemudian tahap perbaikan yang cepat (dalam kerangka Semesta) dimulai, transisi dari satu keadaan statis ke keadaan statis lainnya di bawah pengaruh kondisi yang ada.

Evolusi, yang dikenal sebagai biologis atau organik, adalah proses perubahan dari waktu ke waktu satu atau lebih sifat bawaan yang ditemukan dalam populasi organisme. Sifat herediter adalah ciri pembeda khusus, termasuk anatomi, biokimia, dan perilaku, yang diturunkan dari satu generasi ke generasi lainnya.

Evolusi telah menyebabkan keanekaragaman dan diversifikasi semua organisme hidup (diversifikasi). Dunia kita yang penuh warna digambarkan oleh Charles Darwin sebagai "bentuk tak berujung, yang paling indah dan paling indah." Seseorang mendapat kesan bahwa asal usul kehidupan adalah sebuah cerita tanpa awal atau akhir.

kreasi khusus

Menurut teori ini, semua bentuk kehidupan yang ada saat ini di planet Bumi diciptakan oleh Tuhan. Adam dan Hawa adalah pria dan wanita pertama yang diciptakan oleh Yang Maha Kuasa. Kehidupan di Bumi dimulai dengan mereka, percaya orang Kristen, Muslim dan Yahudi. Tiga agama sepakat bahwa Tuhan menciptakan alam semesta dalam tujuh hari, menjadikan hari keenam sebagai puncak kerja: Dia menciptakan Adam dari debu tanah dan Hawa dari tulang rusuknya.

Pada hari ketujuh Tuhan beristirahat. Kemudian dia menarik napas dan dikirim untuk menjaga taman yang disebut Eden. Di tengah tumbuh Pohon Kehidupan dan Pohon Pengetahuan tentang Kebaikan. Tuhan mengizinkan buah dari semua pohon di taman untuk dimakan, kecuali Pohon Pengetahuan ("karena pada hari kamu memakannya kamu akan mati").

Tapi orang-orang tidak menurut. Al-Qur'an mengatakan bahwa Adam menawarkan untuk mencicipi apel. Tuhan mengampuni orang berdosa dan mengirim keduanya ke bumi sebagai wakil-Nya. Namun... Dari mana asal kehidupan di Bumi? Seperti yang Anda lihat, tidak ada jawaban tunggal. Meskipun para ilmuwan modern semakin condong ke arah teori abiogenik (anorganik) tentang asal usul semua makhluk hidup.

Ada hipotesis tentang kemungkinan masuknya bakteri, mikroba, dan organisme kecil lainnya melalui pengenalan benda langit. Organisme berkembang dan sebagai hasil dari transformasi jangka panjang, kehidupan secara bertahap muncul di Bumi. Hipotesis menganggap organisme yang dapat berfungsi bahkan dalam lingkungan anoksik dan pada suhu tinggi atau rendah yang tidak normal.

Hal ini disebabkan adanya bakteri migran pada asteroid dan meteorit, yang merupakan pecahan dari tabrakan planet atau benda lain. Karena adanya kulit luar yang tahan aus, serta karena kemampuannya untuk memperlambat semua proses kehidupan (terkadang berubah menjadi spora), kehidupan semacam ini dapat bergerak untuk waktu yang sangat lama dan dalam waktu yang sangat lama. jarak.

Saat memasuki kondisi yang lebih ramah, "pelancong intergalaksi" mengaktifkan fungsi pendukung kehidupan utama. Dan tanpa disadari, mereka membentuk, seiring waktu, kehidupan di Bumi.

Hidup dari tak hidup

Fakta keberadaan zat sintetis dan organik saat ini tidak dapat disangkal. Selain itu, pada abad kesembilan belas, ilmuwan Jerman Friedrich Wöhler mensintesis bahan organik (urea) dari bahan anorganik (amonium sianat). Kemudian hidrokarbon disintesis. Dengan demikian, kehidupan di planet Bumi kemungkinan besar berasal dari sintesis dari bahan anorganik. Melalui abiogenesis, teori asal usul kehidupan dikemukakan.

Karena peran utama dalam struktur organisme organik apa pun dimainkan oleh asam amino. Masuk akal untuk berasumsi bahwa mereka terlibat dalam penyelesaian Bumi dengan kehidupan. Berdasarkan data yang diperoleh dari percobaan Stanley Miller dan Harold Urey (pembentukan asam amino dengan melewatkan muatan listrik melalui gas), kita dapat berbicara tentang kemungkinan pembentukan asam amino. Bagaimanapun, asam amino adalah blok bangunan yang dengannya sistem kompleks tubuh dan kehidupan apa pun, masing-masing, dibangun.

Hipotesis kosmogonik

Mungkin interpretasi paling populer dari semuanya, yang diketahui setiap siswa. Teori Big Bang telah dan tetap menjadi topik hangat diskusi. Big Bang berasal dari titik akumulasi energi tunggal, sebagai akibatnya Alam Semesta mengembang secara signifikan. Tubuh kosmik terbentuk. Terlepas dari semua konsistensi, Teori Big Bang tidak menjelaskan pembentukan alam semesta itu sendiri. Faktanya, tidak ada hipotesis yang bisa menjelaskannya.

Simbiosis organel organisme nuklir

Versi asal usul kehidupan di Bumi ini juga disebut endosimbiosis. Ketentuan sistem yang jelas disusun oleh ahli botani dan zoologi Rusia K. S. Merezhkovsky. Inti dari konsep ini terletak pada hidup bersama yang saling menguntungkan antara organel dengan sel. Yang, pada gilirannya, menunjukkan endosimbiosis, sebagai simbiosis yang menguntungkan kedua belah pihak dengan pembentukan sel eukariotik (sel di mana nukleus hadir). Kemudian, dengan bantuan transfer informasi genetik antara bakteri, perkembangan dan peningkatan populasi mereka dilakukan. Menurut versi ini, semua perkembangan lebih lanjut dari kehidupan dan bentuk kehidupan disebabkan oleh nenek moyang spesies modern sebelumnya.

Generasi spontan

Pernyataan semacam ini di abad kesembilan belas, tidak dapat diambil tanpa bagian dari skeptisisme. Kemunculan spesies secara tiba-tiba, yaitu terbentuknya kehidupan dari benda mati, tampak seperti fantasi bagi orang-orang pada masa itu. Pada saat yang sama, heterogenesis (metode reproduksi, sebagai akibatnya individu dilahirkan yang sangat berbeda dari orang tua) diakui sebagai penjelasan yang masuk akal tentang kehidupan. Sebuah contoh sederhana akan menjadi pembentukan sistem yang layak kompleks dari zat yang membusuk.

Misalnya, di Mesir yang sama, hieroglif Mesir melaporkan munculnya kehidupan yang beragam dari air, pasir, sisa-sisa tanaman yang membusuk dan membusuk. Berita ini tentu tidak mengejutkan para filosof Yunani kuno. Di sana, kepercayaan tentang asal usul kehidupan dari benda mati dianggap sebagai fakta yang tidak perlu dibuktikan. Filsuf besar Yunani Aristoteles berbicara tentang kebenaran yang terlihat dengan cara ini: "kutu daun terbentuk dari makanan busuk, Buaya adalah hasil dari proses pembusukan kayu di bawah air." Secara misterius, tetapi terlepas dari segala macam penganiayaan dari gereja, keyakinan di bawah pangkuan misteri hidup selama satu abad.

Perdebatan tentang kehidupan di Bumi tidak bisa berlangsung selamanya. Itulah sebabnya, pada akhir abad kesembilan belas, ahli mikrobiologi dan kimiawan Prancis Louis Pasteur melakukan analisisnya. Penelitiannya sangat ilmiah. Percobaan dilakukan pada tahun 1860-1862. Berkat penghapusan perselisihan dari keadaan mengantuk, Pasteur mampu memecahkan masalah generasi spontan kehidupan. (Untuk itu ia dianugerahi hadiah oleh Akademi Ilmu Pengetahuan Prancis)

Penciptaan keberadaan dari tanah liat biasa

Kedengarannya seperti kegilaan, tetapi pada kenyataannya topik ini memiliki hak untuk hidup. Lagi pula, tidak sia-sia ilmuwan Skotlandia, A.J. Cairns-Smith, mengajukan teori protein tentang kehidupan. Sangat membentuk dasar dari studi serupa, ia berbicara tentang interaksi pada tingkat molekuler antara komponen organik dan tanah liat sederhana ... Berada di bawah pengaruhnya, komponen membentuk sistem yang stabil di mana perubahan terjadi pada struktur kedua komponen, dan kemudian pembentukan kehidupan yang berkelanjutan. Dengan cara yang unik dan orisinal, Kearns-Smith menjelaskan posisinya. Kristal tanah liat, dengan inklusi biologis di dalamnya, melahirkan kehidupan bersama, setelah itu "kerja sama" mereka berakhir.

Teori bencana permanen

Menurut konsep yang dikembangkan oleh Georges Cuvier, dunia yang dapat Anda lihat saat ini sama sekali bukan yang utama. Dan siapa dia, jadi itu hanyalah mata rantai lain dalam rantai yang terputus secara konsisten. Ini berarti bahwa kita hidup di dunia yang pada akhirnya akan mengalami kepunahan massal kehidupan. Pada saat yang sama, tidak semua yang ada di Bumi mengalami kehancuran global (misalnya, ada banjir). Beberapa spesies, dalam proses adaptasinya, bertahan, dengan demikian menghuni Bumi. Struktur spesies dan kehidupan, menurut Georges Cuvier, tetap tidak berubah.

Materi sebagai realitas objektif

Tema utama pengajaran adalah berbagai bidang dan bidang yang mendekatkan pemahaman evolusi, dari sudut pandang ilmu eksakta. (materialisme adalah pandangan dunia dalam filsafat yang mengungkapkan semua keadaan kausal, fenomena dan faktor realitas. Hukum berlaku untuk manusia, masyarakat, Bumi). Teori ini dikemukakan oleh penganut materialisme terkenal, yang percaya bahwa kehidupan di Bumi berasal dari transformasi di tingkat kimia. Selain itu, mereka terjadi hampir 4 miliar tahun yang lalu. Penjelasan tentang kehidupan berhubungan langsung dengan DNA, (asam deoksiribonukleat) RNA (asam ribonukleat), serta beberapa IUD (senyawa dengan berat molekul tinggi, dalam kasus ini- protein.)

Konsep tersebut dibentuk melalui penelitian ilmiah, mengungkap esensi biologi molekuler dan genetika, genetika. Sumbernya berwibawa, terutama mengingat masa muda mereka. Bagaimanapun, studi tentang hipotesis tentang dunia RNA mulai dilakukan pada akhir abad kedua puluh. Kontribusi besar untuk teori dibuat oleh Carl Richard Woese.

Ajaran Charles Darwin

Berbicara tentang asal usul spesies, tidak mungkin untuk tidak menyebut orang yang benar-benar brilian seperti Charles Darwin. Karya hidupnya, seleksi alam, meletakkan dasar bagi gerakan massa ateis. Di sisi lain, ia memberikan dorongan yang belum pernah terjadi sebelumnya bagi sains, landasan yang tak habis-habisnya untuk penelitian dan eksperimen. Inti dari doktrin ini adalah kelangsungan hidup spesies sepanjang sejarah, dengan menyesuaikan organisme dengan kondisi lokal, pembentukan fitur baru yang membantu dalam lingkungan yang kompetitif.

Evolusi mengacu pada beberapa proses yang bertujuan untuk mengubah kehidupan suatu organisme dan organisme itu sendiri dari waktu ke waktu. Di bawah sifat-sifat turun-temurun, mereka berarti transfer informasi perilaku, genetik, atau jenis lain (transmisi dari ibu ke anak.)

Kekuatan utama pergerakan evolusi, menurut Darwin, adalah perjuangan untuk hak untuk hidup, melalui seleksi dan keragaman spesies. Di bawah pengaruh ide-ide Darwin, pada awal abad kedua puluh, penelitian secara aktif dilakukan dalam hal ekologi, serta genetika. Ajaran zoologi telah berubah secara radikal.

Ciptaan Tuhan

Banyak orang dari seluruh dunia masih mengaku beriman kepada Tuhan. Kreasionisme adalah interpretasi dari pembentukan kehidupan di Bumi. Penafsiran terdiri dari sistem pernyataan berdasarkan Alkitab dan menganggap kehidupan sebagai makhluk yang diciptakan oleh dewa pencipta. Data diambil dari "Perjanjian Lama", "Injil" dan tulisan suci lainnya.

Interpretasi tentang penciptaan kehidupan dalam agama yang berbeda agak mirip. Menurut Alkitab, bumi diciptakan dalam tujuh hari. Langit, benda angkasa, air dan sejenisnya, diciptakan dalam lima hari. Pada hari keenam, Tuhan menciptakan Adam dari tanah liat. Melihat seorang pria yang bosan dan kesepian, Tuhan memutuskan untuk menciptakan keajaiban lain. Mengambil tulang rusuk Adam, dia menciptakan Hawa. Hari ketujuh diakui sebagai hari libur.

Adam dan Hawa hidup tanpa kesulitan, sampai iblis jahat berupa ular memutuskan untuk menggoda Hawa. Lagi pula, di tengah-tengah surga berdiri pohon pengetahuan tentang yang baik dan yang jahat. Ibu pertama mengundang Adam untuk berbagi makanan, dengan demikian melanggar kata yang diberikan kepada Tuhan (dia melarang menyentuh buah terlarang.)

Orang-orang pertama diusir ke dunia kita, dengan demikian memulai sejarah seluruh umat manusia dan kehidupan di Bumi.

Pertanyaan tentang asal usul kehidupan di Bumi adalah salah satu pertanyaan yang paling sulit dari ilmu pengetahuan alam modern, yang sejauh ini tidak ada jawaban yang jelas.

Ada beberapa teori tentang asal usul kehidupan di Bumi, yang paling terkenal di antaranya adalah:

• teori pembangkitan spontan (spontan);
• teori kreasionisme (atau penciptaan);
• teori keadaan mapan;
• teori panspermia;
• teori evolusi biokimia (teori A.I. Oparin).

Pertimbangkan ketentuan utama dari teori-teori ini.

Teori generasi spontan (spontan)

Teori generasi kehidupan spontan tersebar luas di dunia kuno - Babel, Cina, Mesir Kuno, dan Yunani Kuno (Aristoteles, khususnya, menganut teori ini).

Para ilmuwan dunia kuno dan Eropa abad pertengahan percaya bahwa makhluk hidup terus-menerus muncul dari benda mati: cacing dari lumpur, katak dari lumpur, kunang-kunang dari embun pagi, dll. Jadi, ilmuwan Belanda terkenal abad ke-17. Van Helmont dengan cukup serius menggambarkan dalam risalah ilmiahnya sebuah pengalaman di mana dia mendapatkan tikus di lemari gelap yang terkunci langsung dari kemeja kotor dan segenggam gandum dalam 3 minggu. Untuk pertama kalinya, ilmuwan Italia Francesco Redi (1688) memutuskan untuk menggunakan teori yang diterima secara luas untuk verifikasi eksperimental. Dia menempatkan beberapa potong daging di dalam bejana dan menutupi beberapa di antaranya dengan kain muslin. Di kapal terbuka, cacing putih muncul di permukaan daging yang membusuk - larva lalat. Tidak ada larva lalat di dalam wadah yang dilapisi kain kasa. Dengan demikian, F. Redi berhasil membuktikan bahwa larva lalat tidak muncul dari daging yang membusuk, melainkan dari telur yang diletakkan lalat di permukaannya.

Pada 1765, ilmuwan dan dokter Italia terkenal Lazzaro Spalanzani merebus kaldu daging dan sayuran dalam botol kaca tertutup. Kaldu dalam labu tertutup tidak memburuk. Dia menyimpulkan bahwa di bawah pengaruh suhu tinggi semua makhluk hidup yang mampu menyebabkan pembusukan kaldu mati. Namun, eksperimen F. Redi dan L. Spalanzani tidak meyakinkan semua orang. Ilmuwan vitalis (dari lat. riwayat hidup- kehidupan) percaya bahwa generasi spontan makhluk hidup tidak terjadi dalam kaldu rebus, karena "kekuatan hidup" khusus dihancurkan di dalamnya, yang tidak dapat menembus ke dalam wadah tertutup, karena dibawa melalui udara.

Perselisihan tentang kemungkinan munculnya kehidupan secara spontan meningkat sehubungan dengan penemuan mikroorganisme. Jika makhluk hidup yang kompleks tidak dapat bereproduksi secara spontan, mungkinkah mikroorganisme dapat?

Dalam hal ini, pada tahun 1859, Akademi Prancis mengumumkan pemberian hadiah kepada orang yang akhirnya memutuskan pertanyaan tentang kemungkinan atau ketidakmungkinan generasi kehidupan secara spontan. Penghargaan ini diterima pada tahun 1862 oleh ahli kimia dan mikrobiologi Prancis terkenal Louis Pasteur. Sama seperti Spalanzani, ia merebus kaldu nutrisi dalam labu gelas, tetapi labu itu tidak biasa, tetapi dengan leher berbentuk tabung berbentuk 5. Udara, dan karenanya "kekuatan hidup", dapat menembus ke dalam labu, tetapi debu, dan dengan itu mikroorganisme yang ada di udara, menetap di siku bawah tabung berbentuk 5, dan kaldu di dalam labu tetap steril (Gbr. 1). Namun, ada baiknya mematahkan leher labu atau membilas lutut bagian bawah tabung berbentuk 5 dengan kaldu steril, karena kaldu mulai dengan cepat menjadi keruh - mikroorganisme muncul di dalamnya.

Jadi, berkat karya Louis Pasteur, teori generasi spontan diakui sebagai tidak dapat dipertahankan dan teori biogenesis didirikan di dunia ilmiah, rumusan singkatnya adalah - "segala sesuatu yang hidup berasal dari makhluk hidup."

Beras. 1. Labu pasteur

Namun, jika semua organisme hidup dalam periode perkembangan manusia yang dapat diperkirakan secara historis hanya berasal dari organisme hidup lain, maka muncul pertanyaan secara alami: kapan dan bagaimana organisme hidup pertama muncul di Bumi?

Teori penciptaan

Teori penciptaan mengasumsikan bahwa semua organisme hidup (atau hanya bentuknya yang paling sederhana) diciptakan ("dirancang") dalam periode waktu tertentu oleh beberapa makhluk gaib (dewa, ide absolut, supermind, supercivilization, dll.). Jelas bahwa para pengikut sebagian besar agama terkemuka di dunia, khususnya agama Kristen, menganut sudut pandang ini sejak zaman kuno.

Teori kreasionisme masih cukup luas, tidak hanya di kalangan agama, tetapi juga di kalangan ilmiah. Biasanya digunakan untuk menjelaskan masalah evolusi biokimia dan biologi yang paling kompleks dan belum terselesaikan yang terkait dengan munculnya protein dan asam nukleat, pembentukan mekanisme interaksi di antara mereka, munculnya dan pembentukan organel atau organ kompleks individu (seperti ribosom, mata atau otak). Tindakan "penciptaan" berkala juga menjelaskan tidak adanya hubungan peralihan yang jelas dari satu jenis hewan
ke yang lain, misalnya dari cacing ke artropoda, dari monyet ke manusia, dll. Harus ditekankan bahwa perselisihan filosofis tentang keutamaan kesadaran (supermind, ide absolut, dewa) atau materi pada dasarnya tidak dapat dipecahkan, karena upaya untuk menjelaskan setiap kesulitan biokimia modern dan teori evolusi dengan tindakan supernatural yang tidak dapat dipahami secara fundamental membutuhkan waktu. masalah-masalah ini di luar ruang lingkup penelitian ilmiah, teori kreasionisme tidak dapat dikaitkan dengan kategori teori ilmiah tentang asal usul kehidupan di Bumi.

Teori keadaan mapan dan panspermia

Kedua teori ini merupakan elemen pelengkap dari satu gambaran dunia, yang esensinya adalah sebagai berikut: alam semesta ada selamanya dan kehidupan ada di dalamnya selamanya (keadaan stasioner). Kehidupan dibawa dari planet ke planet oleh "benih kehidupan" bepergian di luar angkasa, yang dapat menjadi bagian dari komet dan meteorit (panspermia). Pandangan serupa tentang asal usul kehidupan dipegang, khususnya, oleh Akademisi V.I. Vernadsky.

Namun, teori keadaan stasioner, yang mengasumsikan keberadaan alam semesta yang panjangnya tak terhingga, tidak konsisten dengan data astrofisika modern, yang menyatakan bahwa alam semesta muncul relatif baru (sekitar 16 miliar tahun yang lalu) melalui ledakan primer. .

Jelas bahwa kedua teori (panspermia dan keadaan diam) sama sekali tidak memberikan penjelasan tentang mekanisme asal mula kehidupan, memindahkannya ke planet lain (panspermia) atau memindahkannya ke waktu tak terhingga (teori keadaan diam). negara).

Teori evolusi biokimia (teori A.I. Oparin)

Dari semua teori asal usul kehidupan, yang paling umum dan diakui di dunia ilmiah adalah teori evolusi biokimia, yang diajukan pada tahun 1924 oleh ahli biokimia Soviet, Akademisi A.I. Oparin (pada tahun 1936 ia menggambarkannya secara rinci dalam bukunya The Emergence of Life).

Inti dari teori ini adalah bahwa evolusi biologis - yaitu. Munculnya, perkembangan dan komplikasi berbagai bentuk organisme hidup didahului oleh evolusi kimia - periode panjang dalam sejarah Bumi yang terkait dengan munculnya, komplikasi dan peningkatan interaksi antara unit dasar, "batu bata" yang membentuk semua makhluk hidup. hal - molekul organik.

Evolusi prabiologis (kimiawi)

Menurut sebagian besar ilmuwan (terutama astronom dan ahli geologi), Bumi terbentuk sebagai benda angkasa sekitar 5 miliar tahun yang lalu. oleh kondensasi partikel gas dan awan debu yang berputar mengelilingi Matahari.

Di bawah pengaruh gaya tekan, partikel-partikel dari mana Bumi terbentuk melepaskan sejumlah besar panas. Reaksi termonuklir dimulai di perut bumi. Akibatnya, bumi menjadi sangat panas. Jadi, 5 miliar tahun yang lalu Bumi adalah bola panas yang mengalir deras di luar angkasa, suhu permukaannya mencapai 4000-8000 °C (tertawa 2).

Secara bertahap, karena radiasi energi panas ke luar angkasa, Bumi mulai mendingin. Sekitar 4 miliar tahun yang lalu Bumi menjadi sangat dingin sehingga terbentuk kerak yang keras di permukaannya; pada saat yang sama, zat-zat ringan dan gas keluar dari perutnya, naik ke atas dan membentuk atmosfer primer. Komposisi atmosfer primer sangat berbeda dari atmosfer modern. Rupanya, tidak ada oksigen bebas di atmosfer Bumi purba, dan komposisinya termasuk zat-zat dalam keadaan tereduksi, seperti hidrogen (H 2), metana (CH 4), amonia (NH 3), uap air (H 2 O ), dan mungkin juga nitrogen (N 2), karbon monoksida dan karbon dioksida (CO dan CO 2).

Sifat reduksi atmosfer utama Bumi sangat penting untuk asal usul kehidupan, karena zat dalam keadaan tereduksi sangat reaktif dan, dalam kondisi tertentu, dapat berinteraksi satu sama lain, membentuk molekul organik. Tidak adanya oksigen bebas di atmosfer bumi primer (hampir semua oksigen bumi terikat dalam bentuk oksida) juga merupakan prasyarat penting bagi munculnya kehidupan, karena oksigen mudah teroksidasi dan dengan demikian menghancurkan senyawa organik. Oleh karena itu, dengan adanya oksigen bebas di atmosfer, akumulasi sejumlah besar bahan organik di Bumi purba tidak mungkin terjadi.

Sekitar 5 miliar tahun yang lalu- munculnya Bumi sebagai benda angkasa; suhu permukaan — 4000-8000 °C

Sekitar 4 miliar tahun yang lalu - pembentukan kerak bumi dan atmosfer primer

Pada 1000 °C- di atmosfer primer, sintesis molekul organik sederhana dimulai

Energi untuk sintesis diberikan oleh:

Suhu atmosfer primer di bawah 100 ° C - pembentukan lautan primer -

Sintesis molekul organik kompleks - biopolimer dari molekul organik sederhana:

• molekul organik sederhana - monomer
• molekul organik kompleks - biopolimer

Skema. 2. Tahap utama evolusi kimia

Ketika suhu atmosfer primer mencapai 1000 °C, sintesis molekul organik sederhana dimulai di dalamnya, seperti asam amino, nukleotida, asam lemak, gula sederhana, alkohol polihidrat, asam organik, dll. Energi untuk sintesis disuplai oleh pelepasan petir, aktivitas vulkanik, radiasi ruang keras dan, akhirnya, radiasi ultraviolet Matahari, dari mana Bumi belum dilindungi oleh lapisan ozon, dan radiasi ultraviolet itulah yang oleh para ilmuwan dianggap sebagai sumber energi utama untuk abiogenik (yang adalah, melewati tanpa partisipasi organisme hidup) sintesis zat organik.

Pengakuan dan penyebaran luas teori A.I. Oparin sangat difasilitasi oleh fakta bahwa proses sintesis abiogenik molekul organik mudah direproduksi dalam eksperimen model.

Kemungkinan mensintesis zat organik dari zat anorganik telah diketahui sejak awal abad ke-19. Sudah pada tahun 1828, ahli kimia Jerman yang luar biasa F. Wöhler mensintesis zat organik - urea dari anorganik - amonium sianat. Namun, kemungkinan sintesis abiogenik zat organik di bawah kondisi yang mirip dengan Bumi purba pertama kali ditunjukkan dalam eksperimen S. Miller.

Pada tahun 1953, seorang peneliti muda Amerika, seorang mahasiswa pascasarjana di Universitas Chicago, Stanley Miller, mereproduksi dalam labu kaca dengan elektroda yang disolder ke dalamnya atmosfer utama Bumi, yang menurut para ilmuwan pada waktu itu, terdiri dari hidrogen, metana CH 4, amonia NH, dan uap air H 2 0 (Gbr. 3). Melalui campuran gas ini, S. Miller melewatkan muatan listrik yang mensimulasikan badai petir selama seminggu. Pada akhir percobaan, ditemukan asam -amino (glisin, alanin, asparagin, glutamin), asam organik (suksinat, laktat, asetat, glikokolat), asam -hidroksibutirat dan urea. Ketika mengulangi percobaan, S. Miller berhasil memperoleh nukleotida individu dan rantai polinukleotida pendek dari lima hingga enam tautan.

Beras. 3. Instalasi oleh S. Miller

Dalam percobaan lebih lanjut tentang sintesis abiogenik yang dilakukan oleh berbagai peneliti, tidak hanya pelepasan listrik yang digunakan, tetapi juga jenis energi lain yang menjadi karakteristik Bumi purba, seperti radiasi kosmik, ultraviolet dan radioaktif, suhu tinggi yang melekat pada aktivitas gunung berapi, serta berbagai pilihan untuk campuran gas, meniru suasana aslinya. Akibatnya, hampir seluruh spektrum molekul organik yang menjadi ciri makhluk hidup diperoleh: asam amino, nukleotida, zat mirip lemak, gula sederhana, asam organik.

Selain itu, sintesis abiogenik molekul organik juga dapat terjadi di Bumi pada saat ini (misalnya, selama aktivitas gunung berapi). Pada saat yang sama, tidak hanya asam hidrosianat HCN, yang merupakan prekursor asam amino dan nukleotida, tetapi juga asam amino individu, nukleotida, dan bahkan zat organik kompleks seperti porfirin dapat ditemukan dalam emisi vulkanik. Sintesis zat organik abiogenik dimungkinkan tidak hanya di Bumi, tetapi juga di luar angkasa. Asam amino paling sederhana ditemukan di meteorit dan komet.

Ketika suhu atmosfer primer turun di bawah 100 ° C, hujan panas turun di Bumi dan lautan primer muncul. Dengan aliran hujan, zat organik yang disintesis secara abiogenik memasuki lautan primer, yang mengubahnya, tetapi dalam ekspresi kiasan ahli biokimia Inggris John Haldane, menjadi "sup primer" encer. Rupanya, di lautan purbalah proses pembentukan molekul organik sederhana—monomer molekul organik kompleks—biopolimer dimulai (lihat Gambar 2).

Namun, proses polimerisasi nukleosida individu, asam amino dan gula adalah reaksi kondensasi, mereka melanjutkan dengan eliminasi air, oleh karena itu, media berair tidak berkontribusi pada polimerisasi, tetapi, sebaliknya, pada hidrolisis biopolimer (mis. , kehancurannya dengan penambahan air).

Pembentukan biopolimer (khususnya, protein dari asam amino) dapat terjadi di atmosfer pada suhu sekitar 180 ° C, dari mana mereka dicuci ke laut utama dengan presipitasi atmosfer. Selain itu, ada kemungkinan bahwa di Bumi purba, asam amino terkonsentrasi di reservoir yang mengering dan dipolimerisasi dalam bentuk kering di bawah pengaruh sinar ultraviolet dan panas aliran lava.

Terlepas dari kenyataan bahwa air mempromosikan hidrolisis biopolimer, sintesis biopolimer dalam sel hidup terjadi tepat di media berair. Proses ini dikatalisis oleh protein katalitik khusus - enzim, dan energi yang diperlukan untuk sintesis dilepaskan selama pemecahan adenosin trifosfat - ATP. Ada kemungkinan bahwa sintesis biopolimer di lingkungan perairan laut primer dikatalisis oleh permukaan mineral tertentu. Telah dibuktikan secara eksperimental bahwa larutan asam amino alanin dapat berpolimerisasi dalam media berair dengan adanya jenis alumina khusus. Dalam hal ini, polialanin peptida terbentuk. Reaksi polimerisasi alanin disertai dengan pemecahan ATP.

Polimerisasi nukleotida lebih mudah daripada polimerisasi asam amino. Telah ditunjukkan bahwa dalam larutan dengan konsentrasi garam yang tinggi, nukleotida individu secara spontan berpolimerisasi, berubah menjadi asam nukleat.

Kehidupan semua makhluk hidup modern adalah proses interaksi berkelanjutan antara biopolimer terpenting dari sel hidup - protein dan asam nukleat.

Protein adalah "molekul kerja", "molekul insinyur" dari sel hidup. Menggambarkan peran mereka dalam metabolisme, ahli biokimia sering menggunakan ekspresi kiasan seperti "protein bekerja", "enzim memimpin reaksi." Fungsi protein yang paling penting adalah katalitik. Seperti yang Anda ketahui, katalis adalah zat yang mempercepat reaksi kimia, tetapi mereka sendiri tidak termasuk dalam produk akhir reaksi. Tangki-katalisator disebut enzim. Enzim di belokan dan ribuan kali mempercepat reaksi metabolisme. Metabolisme, dan karenanya hidup tanpa mereka, tidak mungkin.

Asam nukleat- ini adalah "molekul-komputer", molekul adalah penjaga informasi turun-temurun. Asam nukleat tidak menyimpan informasi tentang semua zat sel hidup, tetapi hanya tentang protein. Cukup untuk mereproduksi dalam sel anak karakteristik protein dari sel induk sehingga mereka secara akurat menciptakan kembali semua fitur kimia dan struktural dari sel induk, serta sifat dan laju metabolisme yang melekat di dalamnya. Asam nukleat sendiri juga direproduksi karena aktivitas katalitik protein.

Jadi, misteri asal usul kehidupan adalah misteri munculnya mekanisme interaksi antara protein dan asam nukleat. Informasi apa yang dimiliki sains modern tentang proses ini? Molekul apa yang menjadi dasar utama kehidupan - protein atau asam nukleat?

Para ilmuwan percaya bahwa terlepas dari peran kunci protein dalam metabolisme organisme hidup modern, molekul "hidup" pertama bukanlah protein, tetapi asam nukleat, yaitu asam ribonukleat (RNA).

Pada tahun 1982, ahli biokimia Amerika Thomas Check menemukan sifat autokatalitik RNA. Dia secara eksperimental menunjukkan bahwa dalam media yang mengandung konsentrasi tinggi garam mineral, ribonukleotida secara spontan (spontan) berpolimerisasi, membentuk polinukleotida - molekul RNA. Pada rantai polinukleotida asli RNA, seperti pada matriks, salinan RNA dibentuk oleh pasangan basa nitrogen komplementer. Reaksi penyalinan template RNA dikatalisis oleh molekul RNA asli dan tidak memerlukan partisipasi enzim atau protein lain.

Apa yang terjadi selanjutnya dijelaskan dengan cukup baik oleh apa yang mungkin disebut "seleksi alam" pada tingkat molekuler. Selama penyalinan diri (self-assembly) molekul RNA, ketidakakuratan dan kesalahan pasti muncul. Salinan RNA yang salah disalin lagi. Saat menyalin lagi, kesalahan mungkin terjadi lagi. Akibatnya, populasi molekul RNA di bagian tertentu dari lautan primer akan menjadi heterogen.

Karena proses peluruhan RNA juga terjadi secara paralel dengan proses sintesis, molekul dengan stabilitas yang lebih baik atau sifat autokatalitik yang lebih baik akan terakumulasi dalam media reaksi (yaitu, molekul yang menyalin dirinya sendiri lebih cepat, “berlipat ganda” lebih cepat).

Pada beberapa molekul RNA, seperti pada matriks, perakitan sendiri fragmen protein kecil - peptida dapat terjadi. Sebuah "selubung" protein terbentuk di sekitar molekul RNA.

Seiring dengan fungsi autocatalytic, Thomas Check menemukan fenomena self-splicing dalam molekul RNA. Sebagai hasil dari penyambungan sendiri, daerah RNA yang tidak dilindungi oleh peptida secara spontan dikeluarkan dari RNA (mereka, seolah-olah, "dipotong" dan "dikeluarkan"), dan daerah RNA yang tersisa yang mengkodekan fragmen protein "tumbuh bersama ”, yaitu secara spontan bergabung menjadi satu molekul. Molekul RNA baru ini sudah akan mengkode protein kompleks yang besar (Gambar 4).

Rupanya, pada awalnya selubung protein melakukan terutama fungsi pelindung, melindungi RNA dari kehancuran dan dengan demikian meningkatkan stabilitasnya dalam larutan (ini adalah fungsi selubung protein pada virus modern yang paling sederhana).

Jelas, pada tahap tertentu evolusi biokimia, molekul RNA, yang mengkodekan tidak hanya protein pelindung, tetapi juga protein katalitik (enzim), yang secara tajam mempercepat laju penyalinan RNA, memperoleh keuntungan. Rupanya, begitulah proses interaksi antara protein dan asam nukleat, yang sekarang kita sebut kehidupan, muncul.

Dalam proses pengembangan lebih lanjut, karena munculnya protein dengan fungsi enzim, reverse transcriptase, pada molekul RNA beruntai tunggal, molekul asam deoksiribonukleat (DNA) yang terdiri dari dua untai mulai disintesis. Tidak adanya gugus OH pada posisi 2" deoksiribosa membuat molekul DNA lebih stabil terhadap pembelahan hidrolitik dalam larutan yang sedikit basa, yaitu, reaksi medium dalam reservoir primer sedikit basa (reaksi medium ini juga dipertahankan dalam sitoplasma sel modern).

Di mana perkembangan proses interaksi kompleks antara protein dan asam nukleat berlangsung? Menurut teori A.I. Oparin, yang disebut tetes coacervate menjadi tempat kelahiran kehidupan.

Beras. 4. Hipotesis interaksi protein dan asam nukleat: a) dalam proses penyalinan sendiri RNA, kesalahan menumpuk (1 - nukleotida sesuai dengan RNA asli; 2 - nukleotida yang tidak sesuai dengan RNA asli - kesalahan dalam penyalinan); b) karena sifat fisikokimianya, asam amino "menempel" pada bagian molekul RNA (3 - molekul RNA; 4 - asam amino), yang, berinteraksi satu sama lain, berubah menjadi molekul protein pendek - peptida. Sebagai hasil dari self-splicing yang melekat pada molekul RNA, bagian dari molekul RNA yang tidak dilindungi oleh peptida dihancurkan, dan sisanya "tumbuh" menjadi molekul tunggal yang mengkode protein besar. Hasilnya adalah molekul RNA yang ditutupi selubung protein (virus modern paling primitif, misalnya, virus mosaik tembakau, memiliki struktur serupa)

Fenomena koaservasi terdiri dari kenyataan bahwa dalam kondisi tertentu (misalnya, dengan adanya elektrolit) zat makromolekul dipisahkan dari larutan, tetapi tidak dalam bentuk endapan, tetapi dalam bentuk larutan yang lebih pekat - koaservat . Ketika terguncang, coacervate pecah menjadi tetesan kecil yang terpisah. Dalam air, tetesan seperti itu ditutupi dengan cangkang hidrasi (cangkang molekul air) yang menstabilkannya - gbr. 5.

Tetes coacervate memiliki beberapa kemiripan metabolisme: di bawah pengaruh kekuatan fisik dan kimia murni, mereka dapat secara selektif menyerap zat tertentu dari larutan dan melepaskan produk peluruhannya ke lingkungan. Karena konsentrasi selektif zat dari lingkungan, mereka dapat tumbuh, tetapi ketika mereka mencapai ukuran tertentu, mereka mulai "berkembang biak", menumbuhkan tetesan kecil, yang, pada gilirannya, dapat tumbuh dan "bertunas".

Tetesan coacervate yang dihasilkan dari konsentrasi larutan protein dalam proses pencampuran di bawah aksi gelombang dan angin dapat ditutupi dengan cangkang lipid: membran tunggal yang menyerupai misel sabun (dengan pelepasan tunggal tetesan dari permukaan air yang ditutupi dengan lapisan lipid), atau lapisan ganda yang menyerupai membran sel ( ketika setetes yang ditutupi dengan membran lipid satu lapis jatuh lagi ke film lipid yang menutupi permukaan reservoir - Gambar 5).

Proses munculnya tetesan coacervate, pertumbuhan dan "tunas", serta "membungkus" mereka dengan membran dari lapisan lipid ganda mudah dimodelkan di laboratorium.

Untuk tetesan coacervate, ada juga proses "seleksi alam" di mana tetesan paling stabil tetap berada dalam larutan.

Terlepas dari kemiripan luar dari coacervate drop ke sel hidup, coacervate drop tidak memiliki tanda utama dari makhluk hidup - kemampuan untuk mereproduksi secara akurat, menyalin sendiri. Jelas, prekursor sel hidup adalah tetes coacervate seperti itu, yang mencakup kompleks molekul replikator (RNA atau DNA) dan protein yang mereka kodekan. Ada kemungkinan bahwa kompleks RNA-protein ada untuk waktu yang lama di luar tetesan coacervate dalam bentuk yang disebut "gen hidup bebas", atau ada kemungkinan bahwa pembentukannya terjadi langsung di dalam beberapa tetesan coacervate.

Kemungkinan jalur transisi dari coacervate drop ke flare primitif:

a) pembentukan coacervate; 6) stabilisasi tetes coacervate dalam larutan berair; c) - pembentukan lapisan lipid ganda di sekitar tetesan, mirip dengan membran sel: 1 - penurunan coacervate; 2 - lapisan lipid monomolekul pada permukaan reservoir; 3 — pembentukan lapisan lipid tunggal di sekitar tetesan; 4 — pembentukan lapisan lipid ganda di sekitar tetesan, mirip dengan membran sel; d) - tetesan coacervate yang dikelilingi oleh lapisan lipid ganda, dengan kompleks protein-nukleotida yang termasuk dalam komposisinya - prototipe sel hidup pertama

Dari sudut pandang sejarah, proses yang sangat kompleks dari asal usul kehidupan di Bumi, yang tidak sepenuhnya dipahami oleh sains modern, berlalu dengan sangat cepat. Selama 3,5 miliar tahun, yang disebut. evolusi kimia berakhir dengan munculnya sel-sel hidup pertama dan evolusi biologis dimulai.