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 tumbukan planet atau benda lain. Karena adanya cangkang 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 membicarakan 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 tunggal akumulasi energi, 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 tuanya) 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 mulai 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 memerlukan pembuktian. 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 dada 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 konstituen 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-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 memiliki hubungan langsung dengan DNA, (asam deoksiribonukleat) RNA (asam ribonukleat), serta beberapa HMC (senyawa dengan berat molekul tinggi, dalam hal ini protein.)
Konsep tersebut dibentuk melalui penelitian ilmiah, mengungkapkan 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 gerakan 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 semua umat manusia dan kehidupan di Bumi.
Gagasan tentang kehidupan di Bumi ambigu. Ada beberapa hipotesis tentang asal usul kehidupan di Bumi.
kreasionisme – kehidupan duniawi diciptakan oleh Sang Pencipta. Para pengikut hampir semua ajaran agama yang paling umum menganut ide-ide tentang penciptaan dunia oleh Tuhan. Saat ini tidak mungkin untuk membuktikan atau menyangkal konsep kreasionis.
Hipotesis keabadian hidup - kehidupan, seperti alam semesta itu sendiri, selalu ada, dan akan ada selamanya, tidak memiliki awal dan akhir. Pada saat yang sama, tubuh dan formasi yang terpisah - galaksi, bintang, planet, organisme - muncul dan mati, mis. keberadaannya dibatasi oleh waktu. Kehidupan dapat menyebar dari satu galaksi ke galaksi lain, dan gagasan tentang "melayang" kehidupan dari luar angkasa ke Bumi ini disebut panspermia. Gagasan "keabadian dan ketidakbermulaan" kehidupan dianut oleh banyak ilmuwan, di antaranya S.P. Kostychev, V.I. Vernadsky.
Hipotesis generasi spontan kehidupan dari benda mati. Ide-ide tentang generasi spontan kehidupan telah diungkapkan sejak jaman dahulu. Selama ribuan tahun mereka percaya pada kemungkinan generasi kehidupan spontan yang konstan, menganggapnya sebagai cara biasa untuk kemunculan makhluk hidup dari benda mati. Menurut banyak ilmuwan Abad Pertengahan, ikan bisa lahir dari lumpur, cacing dari tanah, tikus dari kain, lalat dari daging busuk.
Pada abad ke-17 ilmuwan Italia F. Redi secara eksperimental menunjukkan ketidakmungkinan generasi makhluk hidup spontan yang konstan. Di beberapa bejana kaca dia menaruh potongan daging. Dia membiarkan beberapa dari mereka terbuka, dan menutupi beberapa dengan kain muslin. Larva lalat hanya muncul di wadah terbuka, tidak di wadah tertutup. Prinsip Redi: "yang hidup berasal dari yang hidup". Akhirnya, versi generasi spontan konstan organisme hidup dibantah di pertengahan abad ke-19. L.Pasteur. Eksperimen secara meyakinkan menunjukkan bahwa di era modern, organisme hidup dengan ukuran berapa pun diturunkan dari organisme hidup lainnya.
Hipotesis evolusi biokimia. Menurut ide-ide yang diungkapkan di tahun 20-an. abad ke-20 A.I. Oparin, dan kemudian J. Haldane, kehidupan, atau lebih tepatnya, makhluk hidup, muncul dari benda mati di Bumi sebagai akibat dari evolusi biokimia.
Kondisi munculnya kehidupan dalam evolusi biokimia
Saat ini, para ilmuwan telah mengusulkan penjelasan yang kurang lebih mungkin tentang bagaimana berbagai bentuk kehidupan secara bertahap, selangkah demi selangkah, berkembang dari benda mati dalam kondisi utama Bumi. Kondisi berikut berkontribusi pada munculnya kehidupan melalui evolusi kimia:
- tidak adanya kehidupan awal;
- kehadiran di atmosfer senyawa dengan sifat pereduksi (dengan hampir tidak adanya oksigen O 2);
— keberadaan air dan nutrisi;
- adanya sumber energi (suhu yang relatif tinggi, pelepasan listrik yang kuat, radiasi UV tingkat tinggi).
Mekanisme asal usul kehidupan
Usia Bumi sekitar 4,6-4,7 miliar tahun. Kehidupan memiliki sejarahnya sendiri, yang dimulai, menurut data paleontologi, 3–3,5 miliar tahun yang lalu.
Pada tahun 1924 akademisi Rusia A.I. Oparin mengajukan hipotesis tentang mekanisme asal usul kehidupan. Pada tahun 1953 ilmuwan Amerika S. Miller dan G. Urey eksperimental mengkonfirmasi hipotesis pembentukan zat organik (monomer) dari gas yang ada di atmosfer utama bumi.
Saat ini, sudah ada banyak bukti yang tak terbantahkan bahwa atmosfer utama Bumi adalah anoxic dan mungkin terutama terdiri dari uap air H 2 O, hidrogen H 2 dan karbon dioksida CO 2 dengan sedikit campuran gas lain (NH 3 , CH 4 , CO, H 2 S). Kehidupan yang muncul di Bumi secara bertahap mengubah kondisi ini dan mengubah kimia kulit bagian atas planet.
Asal usul kehidupan di Bumi - detail untuk pikiran yang ingin tahu
Berdasarkan teori biokimia A.I. Oparina dengan tidak adanya oksigen dan organisme hidup, abiogeno senyawa organik paling sederhana disintesis - monomer, prekursor makromolekul biologis materi hidup dan sejumlah senyawa organik lainnya.
Sumber energi yang mungkin untuk pembentukan zat organik tanpa partisipasi organisme hidup, tampaknya, adalah pelepasan listrik, radiasi ultraviolet, partikel radioaktif, sinar kosmik, gelombang kejut dari meteorit yang jatuh ke atmosfer bumi, panas dari aktivitas vulkanik yang intens. Dengan tidak adanya oksigen untuk menghancurkan mereka, serta organisme hidup yang akan menggunakannya sebagai makanan, bahan organik yang terbentuk secara abiogenik terakumulasi di lautan - " kaldu utama».
Langkah selanjutnya adalah pembentukan yang lebih besar polimer dari monomer organik kecil, sekali lagi tanpa partisipasi organisme hidup. Ilmuwan Amerika S. Fox, sebagai hasil pemanasan campuran asam amino kering, memperoleh polipeptida dengan panjang yang berbeda. Mereka disebut proteinoid, mis. zat berprotein. Rupanya, di Bumi primitif, pembentukan proteinoid dan polinukleotida dengan urutan acak asam amino atau nukleotida dapat terjadi selama penguapan air di reservoir yang tersisa setelah air surut.
Setelah polimer terbentuk, ia dapat mempengaruhi pembentukan polimer lain. Beberapa proteinoid mampu, seperti enzim, untuk mengkatalisis reaksi kimia tertentu: kemampuan ini mungkin merupakan fitur utama yang menentukan evolusi selanjutnya. Eksperimen menunjukkan bahwa satu polinukleotida yang dihasilkan dari campuran nukleotida dapat berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis yang lain.
Polipeptida, karena amfoterisitasnya, membentuk kompleks hidrofilik koloid (yaitu, molekul air, membentuk cangkang di sekitar molekul protein, memisahkannya dari seluruh massa air). Dalam hal ini, kompleks individu dikaitkan satu sama lain, yang mengarah pada pembentukan tetesan yang diisolasi dari media primer. coacervate mampu menyerap dan secara selektif mengumpulkan berbagai senyawa. Seleksi alam mendukung kelangsungan hidup sistem coacervate paling stabil yang mampu membuat komplikasi lebih lanjut.
Pengorganisasian diri lebih lanjut dari molekul kompleks, yang terjadi karena konsentrasi molekul lipid pada batas antara koaservat dan lingkungan eksternal, menyebabkan pembentukan partisi tipe membran. Dalam rongga internal coacervates, di mana molekul hanya dapat menembus secara selektif, evolusi telah dimulai dari reaksi kimia ke reaksi biokimia. Salah satu langkah terpenting dalam teori ini adalah kombinasi kemampuan polinukleotida dengan aktivitas katalitik protein enzim.
Sudut pandang Oparin dan pendukungnya pada dasarnya terbentuk hipotesis hoobiosis : dasar struktural nenek moyang praseluler (bioid) terdiri dari mikrosistem terbuka (coacervate) seperti kehidupan, seperti seluler, yang mampu melakukan metabolisme unsur dengan partisipasi mekanisme enzimatik. Substansi protein primer.
Hipotesis Genobiosis : yang utama adalah sistem makromolekul, mirip dengan gen, yang mampu bereproduksi sendiri. Molekul RNA diakui sebagai primer.
Tahap awal perkembangan kehidupan di Bumi
Gagasan modern tentang kehidupan di Bumi bermuara pada fakta bahwa sel-sel primitif pertama muncul di lingkungan perairan Bumi 3,8 miliar tahun yang lalu - anaerobik, prokariota heterotrofik , mereka memakan zat organik abiogenik yang disintesis atau rekan-rekan mereka yang kurang beruntung; kebutuhan energi dipenuhi dengan fermentasi.
Dengan peningkatan jumlah sel prokariotik heterotrofik, pasokan senyawa organik di laut primer habis. Dalam kondisi ini, organisme mampu autotrofi, yaitu untuk sintesis organik org. zat dari anorganik. Rupanya, organisme autotrofik pertama adalah bakteri kemosintesis. Langkah selanjutnya adalah pengembangan reaksi menggunakan sinar matahari - fotosintesis.
Hidrogen sulfida adalah sumber elektron untuk bakteri fotosintetik pertama. Jauh kemudian, cyanobacteria (ganggang biru-hijau) mengembangkan proses yang lebih kompleks untuk memperoleh elektron dari air. Oksigen mulai menumpuk di atmosfer bumi sebagai produk sampingan dari fotosintesis. Ini adalah prasyarat untuk kemunculan dalam perjalanan evolusi pernapasan aerobik. Kemampuan untuk mensintesis lebih banyak ATP selama respirasi memungkinkan organisme untuk tumbuh dan berkembang biak lebih cepat, serta memperumit struktur dan metabolisme mereka.
Diyakini bahwa sel prokariotik adalah nenek moyang eukariota. Berdasarkan teori sel simbiogenesis sel eukariotik adalah struktur kompleks yang terdiri dari beberapa sel prokariotik yang saling melengkapi. Sejumlah data menunjukkan asal mitokondria dan kloroplas, dan kemungkinan flagela, dari sel prokariotik awal yang menjadi simbion internal sel anaerob yang lebih besar.
Transformasi mendalam dalam struktur dan fungsi secara signifikan meningkatkan kemungkinan evolusi eukariota, yang muncul hanya 0,9 miliar tahun yang lalu, mampu mencapai tingkat multiseluler dan membentuk flora dan fauna modern. Sebagai perbandingan, harus dikatakan bahwa dari saat sel prokariotik pertama muncul (3,8 miliar tahun yang lalu) hingga munculnya sel eukariotik pertama, butuh 2,5 miliar tahun.
Asal usul kehidupan di Bumi: Tahapan utama dalam pengembangan biosfer
| aeon | Zaman | Periode | Usia (awal), juta tahun | dunia organik |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Kriptozoikum | archaeus | 4500±100 | Pembentukan bumi. Asal usul prokariota dan eukariota primitif. | |
| Proterozoikum | 2600±100 | Alga, bakteri, semua jenis invertebrata adalah umum. | ||
| Fanerozoikum | Paleozoikum | Kambrium | 570±10 | Kemakmuran alga dan invertebrata air. |
| Ordovisium | 495±20 | |||
| Silurus | 418±15 | Penampilan tumbuhan darat (psilophytes) dan invertebrata. | ||
| Devonian | 400±10 | Flora kaya psilophytes, lumut, seperti pakis, jamur, crossopterygium dan lungfish muncul. | ||
| Karbon | 360±10 | Kelimpahan pakis pohon, hilangnya psilophytes. Amfibi, moluska, ikan mendominasi; reptil muncul. | ||
| Permian | 290±10 | Flora yang kaya dari herba dan pakis biji, penampilan gymnospermae; punahnya tumbuhan paku pohon. Dominasi invertebrata laut, hiu; perkembangan reptil; trilobita sedang sekarat. | ||
| Mesozoikum | Trias | 245±10 | Gymnospermae kuno mendominasi; pakis benih sedang sekarat. Amfibi dan reptil mendominasi; ikan bertulang dan mamalia muncul. | |
| Yura | 204±5 | Gymnospermae modern mendominasi; angiospermae pertama muncul; gymnospermae kuno mati. Reptil raksasa, ikan bertulang, dan serangga mendominasi. | ||
| Kapur | 130±5 | Angiospermae modern mendominasi; pakis dan gymnospermae berkurang. Ikan bertulang, burung pertama, dan mamalia kecil mendominasi; reptil raksasa sedang sekarat. | ||
| Kenozoikum | Paleogen | 65±3 | Angiospermae tersebar luas, terutama yang herba. Mamalia, burung, serangga mendominasi. Banyak reptil dan cephalopoda menghilang. | |
| Neogen | 23±1 | |||
| Antropogen (Kuarter) | 1,8 | Flora dan fauna masa kini. Evolusi dan dominasi manusia. |
Keanekaragaman makhluk hidup merupakan dasar dari organisasi dan
keberlanjutan biosfer
Keanekaragaman hayati modern: dari 5 hingga 30 juta spesies di Bumi. Keanekaragaman Hayati- sebagai hasil dari interaksi dua proses - spesiasi dan kepunahan. Keanekaragaman hayati adalah "sumber daya" planet yang paling berharga. Keanekaragaman hayati mencakup dua konsep: keragaman genetik atau keragaman sifat genetik pada individu dari spesies yang sama dan keragaman spesies atau jumlah spesies yang berbeda dalam suatu komunitas atau seluruh biosfer. Keanekaragaman hayati menyediakan sumber baru makanan, energi, bahan baku, produk kimia dan obat-obatan. Keragaman genetik memungkinkan spesies untuk meningkatkan, beradaptasi, menggunakan sumber daya yang diperlukan, menemukan tempat dalam siklus biogeokimia Bumi. Keanekaragaman hayati adalah polis asuransi alam terhadap bencana.
Struktur keanekaragaman hayati. Satuan dari sistem tersebut adalah demes dan populasi. kumpulan gen populasi.
Evolusi keanekaragaman hayati. Tren Evolusi End-to-End - Meningkatkan Keanekaragaman, terganggu oleh penurunan tajam sebagai akibat dari kepunahan massal spesies.
Dampak manusia terhadap keanekaragaman hayati. Kerusakan langsung dari aktivitas manusia. Kerusakan tidak langsung dari dampak yang melanggar keseimbangan hubungan dan proses dalam ekosistem.
Konservasi keanekaragaman hayati. Inventarisasi dan perlindungan keanekaragaman hayati. Menggabungkan hak asasi manusia dengan hak-hak hewan. Bioetika. Kombinasi prinsip etika dan kepentingan ekonomi. Konservasi dan evolusi alami keanekaragaman hayati.
Keanekaragaman hayati sebagai indikator dampak. Baik komponen individual keanekaragaman hayati maupun indikator total digunakan. Pelanggaran terhadap struktur fungsi atau urutan suksesi perkembangan ekosistem biasanya dinyatakan dalam pengurangan keanekaragaman hayati.
Saat ini, sekitar 3 juta spesies organisme hidup telah dideskripsikan di Bumi. Dalam taksonomi modern organisme hidup, ada hierarki taksa berikut: kingdom, departemen (jenis taksonomi hewan), kelas, ordo (urutan dalam taksonomi hewan), keluarga, genus, spesies. Selain itu, taksa perantara dibedakan: supra dan sub-kerajaan, supra dan subdivisi, dll.
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 wadah dan menutupi beberapa di antaranya dengan kain kasa. 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 rusak. 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 diangkut 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” periodik juga menjelaskan tidak adanya mata rantai 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 diselesaikan, 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 intinya 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. kemunculan, perkembangan, dan komplikasi berbagai bentuk organisme hidup, didahului oleh evolusi kimia - periode panjang dalam sejarah Bumi, terkait dengan kemunculan, komplikasi, dan peningkatan interaksi antara unit dasar, "batu bata" yang membentuk semua makhluk hidup - 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).
Lambat laun, 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 utama. Komposisi atmosfer primer sangat berbeda dari yang 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 °С
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 gunung berapi, 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 kosmik, ultraviolet dan radiasi 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 kuno, 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 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 berlangsung 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 bergabung secara spontan menjadi satu molekul. Molekul RNA baru ini sudah akan mengkode protein kompleks yang besar (Gambar 4).
Rupanya, selubung protein awalnya melakukan fungsi pelindung terutama, 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 dari evolusi biokimia, molekul RNA, yang mengkode 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 yang kompleks antara protein dan asam nukleat berlangsung? Menurut teori A.I. Oparin, yang disebut tetes coacervate menjadi tempat kelahiran kehidupan.
Beras. 4. Hipotesis munculnya interaksi antara protein dan asam nukleat: a) dalam proses penyalinan sendiri RNA, kesalahan menumpuk (1 - nukleotida yang sesuai dengan RNA asli; 2 - nukleotida yang tidak sesuai dengan RNA asli - kesalahan dalam menyalin); 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 penyambungan diri yang melekat pada molekul RNA, bagian-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 dengan selubung protein (virus modern paling primitif, misalnya, virus mosaik tembakau, memiliki struktur yang serupa)
Fenomena koaservasi terdiri dari fakta 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 "berlipat ganda", 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 satu detasemen setetes dari permukaan air tertutup dengan lapisan lipid), atau membran 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, pertumbuhannya dan "tunas", serta "menutupi" mereka dengan membran dari lapisan lipid ganda dengan 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 reproduksi diri yang akurat, penyalinan diri. 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.
Valery Spiridonov, kandidat pertama untuk transplantasi kepala, untuk RIA Novosti
Selama bertahun-tahun, umat manusia telah berusaha mengungkap penyebab sebenarnya dan sejarah munculnya kehidupan di planet kita. Sedikit lebih dari seratus tahun yang lalu, di hampir semua negara, orang bahkan tidak berpikir untuk mempertanyakan teori intervensi ilahi dan penciptaan dunia oleh makhluk spiritual yang lebih tinggi.
Situasi berubah setelah publikasi pada bulan November 1859 dari karya terbesar Charles Darwin, dan sekarang ada banyak kontroversi seputar topik ini. Jumlah pendukung teori evolusi Darwin di Eropa dan Asia lebih dari 60-70%, sekitar 20% di AS dan sekitar 19% di Rusia menurut data akhir dekade terakhir.
Di banyak negara saat ini ada seruan untuk mengecualikan karya Darwin dari kurikulum sekolah, atau setidaknya untuk mempelajarinya setara dengan teori-teori lain yang masuk akal. Terlepas dari versi agama, yang menjadi kecenderungan sebagian besar penduduk dunia, saat ini ada beberapa teori utama tentang asal usul dan evolusi kehidupan, yang menjelaskan perkembangannya pada berbagai tahap.
panspermia
Pendukung gagasan panspermia yakin bahwa mikroorganisme pertama dibawa ke Bumi dari luar angkasa. Demikian pemikiran ilmuwan-ensiklopedis terkenal Jerman Hermann Helmholtz, fisikawan Inggris Kelvin, ilmuwan Rusia Vladimir Vernadsky, dan ahli kimia Swedia Svante Arrhenius, yang saat ini dianggap sebagai pendiri teori ini.
Telah dikonfirmasi secara ilmiah bahwa meteorit dari Mars dan planet lain telah berulang kali ditemukan di Bumi, mungkin dari komet yang bahkan bisa berasal dari sistem bintang asing. Tidak ada yang meragukan hal ini hari ini, tetapi belum jelas bagaimana kehidupan bisa muncul di dunia lain. Faktanya, para pembela panspermia mengalihkan "tanggung jawab" atas apa yang terjadi pada peradaban asing.
Teori sup primordial
Kelahiran hipotesis ini difasilitasi oleh eksperimen Harold Urey dan Stanley Miller, yang dilakukan pada 1950-an. Mereka mampu menciptakan kembali kondisi yang hampir sama yang ada di permukaan planet kita sebelum asal usul kehidupan. Melalui campuran molekul hidrogen, karbon monoksida dan metana, pelepasan listrik kecil dan sinar ultraviolet dilewatkan.
Akibatnya, metana dan molekul primitif lainnya berubah menjadi zat organik kompleks, termasuk lusinan asam amino, gula, lipid, dan bahkan dasar asam nukleat.
Relatif baru-baru ini, pada bulan Maret 2015, para ilmuwan di Universitas Cambridge yang dipimpin oleh John Sutherland menunjukkan bahwa semua jenis "molekul kehidupan", termasuk RNA, protein, lemak, dan karbohidrat, dapat diperoleh selama reaksi serupa, yang akan melibatkan karbon anorganik sederhana. senyawa, hidrogen sulfida, garam logam dan fosfat.
Tanah liat nafas kehidupan
Salah satu masalah utama dari versi evolusi kehidupan sebelumnya adalah bahwa banyak molekul organik, termasuk gula, DNA, dan RNA, terlalu rapuh untuk terakumulasi dalam jumlah yang cukup di perairan samudra purba Bumi, di mana, seperti yang diyakini sebagian besar sebelumnya. evolusionis, makhluk hidup pertama muncul.
Ahli kimia Inggris Alexander Cairns-Smith percaya bahwa kehidupan memiliki "tanah liat" dan bukan asal air - lingkungan yang optimal untuk akumulasi dan kompleksitas molekul organik kompleks dapat ditemukan di dalam pori-pori dan kristal dalam mineral tanah liat, dan bukan di "primer" Darwin. kolam" atau lautan teori Miller-Urey.
Faktanya, evolusi dimulai pada tingkat kristal, dan baru kemudian, ketika senyawa menjadi cukup kompleks dan stabil, organisme hidup pertama masuk ke "berenang terbuka" di lautan utama Bumi.
Kehidupan di dasar lautan
Gagasan ini bersaing dengan gagasan populer saat ini bahwa kehidupan tidak berasal dari permukaan laut, tetapi di wilayah terdalam di dasarnya, di sekitar "perokok hitam", geyser bawah air, dan sumber panas bumi lainnya.
Emisi mereka kaya akan hidrogen dan zat lain, yang, menurut para ilmuwan, dapat terakumulasi di lereng bebatuan dan memberi kehidupan pertama semua sumber makanan dan katalis reaksi yang diperlukan.
Bukti ini dapat dikenali sebagai ekosistem modern yang ada di sekitar sumber-sumber seperti itu di dasar semua lautan di Bumi - mereka tidak hanya mencakup mikroba, tetapi bahkan makhluk hidup multiseluler.
alam semesta RNA
Teori materialisme dialektis didasarkan pada kesatuan simultan dan perjuangan tanpa akhir dari sepasang prinsip. Kita berbicara tentang hereditas informasi dan perubahan biokimia struktural. Versi asal usul kehidupan, di mana RNA memainkan peran kunci, telah berkembang jauh sejak awal tahun 1960-an hingga akhir 1980-an, ketika ia memperoleh fitur-fitur modernnya.
Di satu sisi, molekul RNA tidak seefisien dalam menyimpan informasi seperti DNA, tetapi mereka mampu secara bersamaan mempercepat reaksi kimia dan merakit salinannya sendiri. Pada saat yang sama, orang harus memahami bahwa para ilmuwan belum dapat menunjukkan bagaimana seluruh rantai evolusi kehidupan RNA bekerja, dan oleh karena itu teori ini belum menerima pengakuan universal.
sel proto
Pertanyaan penting lainnya dalam evolusi kehidupan adalah misteri bagaimana molekul RNA atau DNA dan protein semacam itu "dipagari" dari dunia luar dan berubah menjadi sel terisolasi pertama, yang isinya dilindungi oleh membran fleksibel atau semipermeabel keras. kerang.
Seorang ahli kimia Soviet terkenal Alexander Oparin menjadi pelopor dalam bidang ini, menunjukkan bahwa tetesan air yang dikelilingi oleh lapisan ganda molekul lemak dapat memiliki sifat yang serupa.
Ide-idenya diwujudkan oleh ahli biologi Kanada yang dipimpin oleh Jack Szostak, pemenang Hadiah Nobel 2009 dalam Fisiologi atau Kedokteran. Timnya mampu "mengemas" kumpulan paling sederhana dari molekul RNA yang mereplikasi diri ke dalam membran molekul lemak dengan menambahkan ion magnesium dan asam sitrat di dalam "sel proto" pertama.
Endosimbiosis
Misteri lain dari evolusi kehidupan adalah bagaimana makhluk multiseluler muncul dan mengapa sel manusia, hewan, dan tumbuhan memiliki tubuh khusus seperti mitokondria dan kloroplas, yang memiliki struktur kompleks yang luar biasa.
Untuk pertama kalinya, ahli botani Jerman Andreas Schimper memikirkan masalah ini, menunjukkan bahwa kloroplas di masa lalu adalah organisme independen, mirip dengan cyanobacteria, yang "berteman" dengan sel-sel nenek moyang tumbuhan dan mulai hidup di dalamnya.
Ide ini kemudian dikembangkan oleh ahli botani Rusia Konstantin Merezhkovsky dan evolusionis Amerika Lynn Margulis, yang menunjukkan bahwa mitokondria dan berpotensi semua organel kompleks lainnya dari sel kita memiliki asal yang sama.
Seperti halnya teori "dunia RNA" dan evolusi kehidupan "tanah liat", gagasan endosimbiosis pada awalnya menimbulkan banyak kritik dari sebagian besar ilmuwan, tetapi saat ini hampir semua evolusionis tidak meragukan kebenarannya.
Siapa yang benar dan siapa yang salah?
Untuk mendukung hipotesis Darwin, banyak karya ilmiah dan studi khusus telah ditemukan, khususnya di bidang "bentuk transisi". Darwin tidak memiliki jumlah artefak arkeologi yang diperlukan di tangannya untuk mengkonfirmasi karya ilmiah, karena sebagian besar ia dipandu oleh tebakan pribadi.
Misalnya, hanya dalam sepuluh tahun terakhir, para ilmuwan telah menemukan sisa-sisa beberapa "mata rantai yang hilang" dari evolusi, seperti Tiktaalik (Tiktaalik) dan Indohyus (Indohyus), yang memungkinkan kita untuk menarik garis antara hewan darat dan ikan, dan paus dan kuda nil.
Di sisi lain, orang-orang yang skeptis sering kali berargumen bahwa spesies hewan seperti itu bukanlah bentuk peralihan sejati, yang menimbulkan perselisihan terus-menerus tanpa akhir antara pendukung Darwinisme dan penentangnya.
Di sisi lain, percobaan pada Escherichia coli biasa dan pada berbagai makhluk multiseluler dengan jelas menunjukkan bahwa evolusi itu nyata, dan bahwa hewan dapat dengan cepat beradaptasi dengan kondisi kehidupan baru, memperoleh ciri-ciri baru yang tidak dimiliki nenek moyang mereka 100-200 generasi yang lalu.
Pada saat yang sama, perlu diingat bahwa sebagian besar masyarakat modern masih cenderung percaya pada keberadaan pikiran ilahi yang lebih tinggi atau peradaban luar bumi yang mendirikan kehidupan di Bumi. Sejauh ini, satu-satunya teori yang benar tidak ada, dan umat manusia belum menjawab pertanyaan ini di masa depan.
Apakah kehidupan adalah hasil dari evolusi atau penciptaan? Dilema ini mengganggu pikiran lebih dari satu generasi ilmuwan. Perselisihan tak berujung pada skor ini menimbulkan teori yang semakin penasaran.
Ketertiban versus kekacauan
Hukum kedua termodinamika (entropi) menyatakan bahwa semua elemen kosmos bergerak dari keteraturan ke kekacauan. Hal ini ditunjukkan oleh ilmuwan NASA Robert Destroy, yang mengklaim bahwa "alam semesta berhenti seperti jam." Kreasionis mengandalkan hukum entropi untuk membuktikan inkonsistensi sudut pandang evolusionis, yang mengasumsikan perkembangan spontan dan komplikasi semua elemen dunia sekitarnya.
Teolog abad ke-19 William Peley menarik analogi berikut. Kita tahu bahwa jam saku tidak muncul dengan sendirinya, tetapi dibuat oleh manusia: maka struktur kompleks seperti tubuh manusia juga merupakan hasil penciptaan.
Charles Darwin menentang pandangan ini dengan teorinya tentang kekuatan seleksi alam, yang berdasarkan variabilitas herediter dalam proses evolusi yang panjang, mampu membentuk struktur organik yang paling kompleks.
“Tetapi kehidupan organik tidak mungkin muncul dari benda mati,” kreasionis menunjukkan titik lemah dalam teori Darwin.
Baru-baru ini saja studi kimiawan Stanley Miller dan Harold Urey memungkinkan untuk memperoleh argumen untuk membela teori evolusi.
Eksperimen ilmuwan Amerika mengkonfirmasi hipotesis bahwa ada kondisi di Bumi primitif yang berkontribusi pada munculnya molekul biologis dari zat anorganik. Menurut temuan mereka, molekul terbentuk di atmosfer sebagai hasil dari reaksi kimia biasa, dan kemudian, jatuh ke laut dengan hujan, menyebabkan kelahiran sel pertama.
Berapa umur bumi?
Pada tahun 2010, ahli biokimia Amerika Douglas Theobald mencoba membuktikan bahwa semua kehidupan di Bumi memiliki nenek moyang yang sama. Dia secara matematis menganalisis urutan protein yang paling umum dan menemukan bahwa manusia, lalat, tumbuhan, dan bakteri memiliki molekul yang dipilih. Probabilitas nenek moyang yang sama, menurut perhitungan ilmuwan, adalah 102860.
Menurut teori evolusi, proses transisi dari organisme paling sederhana ke organisme tertinggi membutuhkan waktu miliaran tahun. Tetapi kreasionis mengklaim bahwa ini tidak mungkin, karena usia Bumi tidak melebihi beberapa puluh ribu tahun.
Semua spesies hewan dan tumbuhan, menurut pendapat mereka, muncul hampir secara bersamaan dan independen satu sama lain - dalam bentuk yang dapat kita amati sekarang.
Ilmu pengetahuan modern, yang mengandalkan data analisis radioisotop dari sampel terestrial dan materi meteorit, menentukan usia Bumi sebagai 4,54 miliar tahun. Namun, seperti yang ditunjukkan oleh beberapa eksperimen, metode penanggalan semacam itu dapat memiliki kesalahan yang sangat serius.
Pada tahun 1968, American Journal of Geographical Research menerbitkan analisis radioisotop batuan vulkanik yang terbentuk di Hawaii sebagai akibat dari letusan gunung berapi yang terjadi pada tahun 1800. Usia batuan ditentukan dalam kisaran 22 juta hingga 2 miliar tahun.
Analisis radiokarbon juga meninggalkan banyak pertanyaan, dengan bantuan penanggalan sisa-sisa biologis dilakukan. Metode ini memungkinkan batas usia 60.000 tahun untuk sampel dengan 10 waktu paruh karbon-14. Tetapi bagaimana menjelaskan fakta bahwa karbon-14 ditemukan dalam sampel "kayu Jurassic"? “Hanya karena usia Bumi telah menua secara tidak wajar,” tegas para kreasionis.
Ahli paleontologi Harold Coffin mencatat bahwa pembentukan batuan sedimen terjadi tidak merata dan sulit untuk menentukan usia sebenarnya dari planet kita dari mereka. Misalnya, fosil fosil pohon di dekat Joggins, Kanada, yang menembus lapisan bumi secara vertikal sejauh 3 meter atau lebih, menunjukkan bahwa tumbuhan terkubur di bawah lapisan batuan dalam waktu yang sangat singkat sebagai akibat dari peristiwa bencana.
Evolusi cepat
Dengan asumsi bahwa Bumi tidak terlalu kuno, mungkinkah evolusi "sesuai" dengan kerangka waktu yang lebih padat? Pada tahun 1988, tim ahli biologi Amerika yang dipimpin oleh Richard Lensky memutuskan untuk melakukan percobaan jangka panjang yang mensimulasikan proses evolusi di laboratorium menggunakan contoh bakteri E. coli.
12 koloni bakteri ditempatkan dalam media yang identik, di mana hanya glukosa yang ada sebagai sumber nutrisi, serta sitrat, yang, dengan adanya oksigen, tidak dapat diserap oleh bakteri.
Para ilmuwan telah mengamati E. coli selama 20 tahun, selama waktu itu lebih dari 44 ribu generasi bakteri telah berubah. Selain perubahan ukuran bakteri yang khas dari semua koloni, para ilmuwan menemukan fitur menarik yang melekat hanya pada satu koloni: di dalamnya, bakteri di suatu tempat antara generasi ke-31 dan ke-32 menunjukkan kemampuan untuk menyerap sitrat.
Pada tahun 1971, ilmuwan Italia membawa 5 individu kadal dinding ke pulau Pod Markara, yang terletak di Laut Adriatik. Tidak seperti habitat sebelumnya, pulau ini memiliki sedikit serangga yang dimakan kadal, tetapi banyak rumput. Para ilmuwan memeriksa hasil percobaan mereka hanya pada tahun 2004. Apa yang mereka lihat?
Kadal telah beradaptasi dengan lingkungan yang tidak biasa: populasi mereka telah mencapai 5.000 individu, tetapi yang paling penting, penampilan dan struktur organ dalam telah berubah pada reptil. Secara khusus, kekuatan kepala dan gigitan meningkat untuk mengatasi daun besar, dan bagian baru di saluran pencernaan muncul - ruang fermentasi, yang memungkinkan usus kadal mencerna selulosa yang keras. Jadi, hanya dalam 33 tahun, kadal dinding berubah dari predator menjadi herbivora!
Tautan lemah
Jika sains mampu mengkonfirmasi perubahan intraspesifik secara eksperimental, maka kemungkinan munculnya spesies baru dalam proses evolusi masih tetap eksklusif dalam teori. Pendukung kreasionisme tidak hanya menunjukkan kepada evolusionis tidak adanya bentuk peralihan dari organisme hidup, tetapi juga mencoba untuk secara ilmiah mengkonfirmasi kegagalan teori evolusi tentang asal usul spesies.
Ahli genetika Spanyol Svante Paabo berhasil mengekstrak DNA dari fragmen tulang belakang Neanderthal yang diperkirakan hidup sekitar 50.000 tahun yang lalu. Analisis komparatif DNA manusia modern dan Neanderthal menunjukkan bahwa Neanderthal bukanlah nenek moyang kita.
Ahli genetika AS Alan Wilson, menggunakan metode DNA mitokondria, mungkin dapat mengetahui kapan "Hawa" muncul di Bumi. Penelitiannya memberi usia 150-200 ribu tahun. Ilmuwan Jepang Satoshi Horai memberikan data serupa. Menurutnya, manusia modern muncul di Afrika sekitar 200 ribu tahun yang lalu, dan dari sana pindah ke Eurasia, di mana ia dengan cepat menggantikan Neanderthal.
Berdasarkan data dari catatan fosil, ahli biologi Jonathan Wells mengamati, ”Cukup jelas bahwa, pada tingkat kerajaan, filum, dan kelas, keturunan dari nenek moyang yang sama melalui modifikasi tidak dapat dianggap sebagai fakta yang tak terbantahkan.”
Titik kontak
Penganut pandangan evolusioner dan kreasionis tentang asal usul kehidupan tidak selalu memiliki perbedaan pendapat yang mendasar. Jadi, banyak ilmuwan penciptaan adalah pendukung zaman kuno Bumi, dan di antara para teolog ada banyak kritik terhadap kreasionisme literal.
Sebagai contoh, Protodeacon Andrey Kuraev menulis sebagai berikut: “Dalam Ortodoksi tidak ada dasar tekstual maupun doktrinal untuk menolak evolusionisme… Ortodoksi, tidak seperti paganisme, yang mengutuk materi, dan Protestantisme, yang merampas hak dunia ciptaan untuk berkreasi bersama, telah tidak ada alasan untuk menyangkal tesis, yang menurutnya Pencipta menciptakan materi yang mampu berkembang dengan baik.
Ahli matematika dan filsuf Rusia Julius Schroeder mencatat bahwa kita tidak tahu bagaimana mengukur durasi enam hari di mana Tuhan menciptakan dunia pada skala yang kita ketahui, karena waktu itu sendiri diciptakan pada hari yang sama. “Urutan penciptaan konsisten dengan ide-ide kosmologi modern,” catat sang ilmuwan.
Doktor Ilmu Biologi Yuri Simakov menganggap seseorang sebagai produk rekayasa genetika. Dia menyarankan bahwa percobaan itu dilakukan di persimpangan dua spesies - Neanderthal dan Homo sapiens. Menurut ahli biologi, ada "intervensi pikiran yang kompleks dan disengaja, yang seharusnya lebih besar dari kita."
Staf di Aula Evolusi di Kebun Binatang St. Louis memutuskan dengan bercanda untuk mendamaikan kedua teori tersebut. Di pintu masuk, mereka memasang tanda yang berbunyi: "Ini sama sekali tidak menegaskan bahwa dunia kehidupan tidak dapat diciptakan dengan segera - ini hanya tampak seperti itu muncul sebagai hasil dari evolusi yang panjang."
