Para apreciar esse milagre em seu verdadeiro valor, você precisa se familiarizar com várias teorias modernas que descrevem diferentes opções e estágios do nascimento da vida. De um conjunto vivo, mas sem vida, de compostos orgânicos simples a proto-organismos que conheceram a morte e entraram em uma interminável corrida de variabilidade biológica. Afinal, esses dois termos - variabilidade e morte - não estão dando origem a toda a soma da vida? ..
1. Panspermia
A hipótese de trazer vida à Terra a partir de outros corpos cósmicos tem muitos defensores autorizados. Essa posição foi ocupada pelo grande cientista alemão Hermann Helmholtz e pelo químico sueco Svante Arrhenius, pelo pensador russo Vladimir Vernadsky e pelo Lord Physicist britânico Kelvin. No entanto, a ciência é o reino dos fatos e, após a descoberta da radiação cósmica e seu efeito destrutivo sobre todos os seres vivos, a panspermia parecia ter morrido.
Mas quanto mais os cientistas mergulham na questão, mais nuances surgem. Então, agora - incluindo a criação de vários experimentos em naves espaciais - estamos muito mais sérios sobre a capacidade dos organismos vivos de suportar radiação e frio, falta de água e outros "encantos" de estar no espaço sideral. As descobertas de vários compostos orgânicos em asteróides e cometas, em acumulações distantes de gás e poeira e nuvens protoplanetárias são numerosas e inquestionáveis. Mas as alegações de que eles continham vestígios de algo suspeitosamente parecido com micróbios permanecem sem comprovação.
É fácil perceber que, apesar de todo o seu fascínio, a teoria da panspermia apenas transfere a questão da origem da vida para outro lugar e outro tempo. O que quer que tenha trazido os primeiros organismos à Terra - seja um meteorito acidental ou um plano astuto de alienígenas altamente desenvolvidos, eles tiveram que nascer em algum lugar e de alguma forma. Não deixe aqui e muito mais longe no passado - mas a vida teve que crescer a partir de matéria sem vida. A pergunta "Como?" restos.
1.Não científico: Geração Espontânea
A origem espontânea de matéria viva altamente desenvolvida a partir de matéria inanimada - como o nascimento de larvas de moscas em carne podre - pode ser associada a Aristóteles, que generalizou os pensamentos de muitos predecessores e formou uma doutrina holística da geração espontânea. Como outros elementos da filosofia de Aristóteles, a geração espontânea era a doutrina dominante na Europa medieval e desfrutou de algum apoio até os experimentos de Louis Pasteur, que finalmente mostraram que mesmo as larvas de moscas precisam de moscas progenitoras para produzir. A geração espontânea não deve ser confundida com as teorias modernas da origem abiogênica da vida: a diferença entre elas é fundamental.
2. Caldo primário
Essa noção está intimamente relacionada aos experimentos clássicos realizados na década de 1950 por Stanley Miller e Harold Urey. No laboratório, os cientistas simularam as condições que poderiam existir na superfície da jovem Terra - uma mistura de metano, monóxido de carbono e hidrogênio molecular, inúmeras descargas elétricas, radiação ultravioleta - e logo mais de 10% do carbono do metano passou para na forma de várias moléculas orgânicas. Nos experimentos de Miller - Urey, foram obtidos mais de 20 aminoácidos, açúcares, lipídios e precursores de ácidos nucleicos.
Variações modernas desses experimentos clássicos usam configurações muito mais complexas que se aproximam mais das condições da Terra primitiva. Os efeitos dos vulcões são simulados com suas emissões de sulfeto de hidrogênio e dióxido de enxofre, a presença de nitrogênio, etc. Desta forma, os cientistas conseguem obter uma quantidade enorme e diversificada de matéria orgânica - potenciais blocos de construção de vida potencial. O principal problema desses experimentos continua sendo o racemato: isômeros de moléculas opticamente ativas (como aminoácidos) são formados em uma mistura em quantidades iguais, enquanto toda a vida conhecida por nós (com exceções isoladas e estranhas) inclui apenas L-isômeros.
No entanto, voltaremos a esse problema mais adiante. Aqui vale acrescentar que recentemente - em 2015 - o professor de Cambridge John Sutherland (John Sutherland) e sua equipe mostraram a possibilidade da formação de todas as "moléculas da vida" básicas, os componentes do DNA, RNA e proteínas de uma forma muito conjunto simples de componentes iniciais. Os personagens principais dessa mistura são o cianeto de hidrogênio e o sulfeto de hidrogênio, que não são tão raros no espaço. A eles resta acrescentar algumas substâncias minerais e metais, que estão disponíveis em quantidades suficientes na Terra, como fosfatos, sais de cobre e ferro. Os cientistas construíram um esquema de reação detalhado que poderia criar uma rica "sopa primordial" para que os polímeros apareçam nela e a evolução química completa entre em ação.
A hipótese da origem abiogênica da vida a partir da "sopa orgânica", que foi testada pelos experimentos de Miller e Urey, foi apresentada em 1924 pelo bioquímico soviético Alexander Oparin. E embora nos "anos sombrios" do apogeu do Lysenkoism, o cientista tenha ficado do lado dos oponentes da genética científica, seus méritos são grandes. Em reconhecimento ao papel do acadêmico, o principal prêmio concedido pela Sociedade Científica Internacional para o Estudo da Origem da Vida (ISSOL), a Medalha Oparin, leva seu nome. O prêmio é concedido a cada seis anos e, em diferentes momentos, foi concedido tanto a Stanley Miller quanto ao grande pesquisador de cromossomos, o Prêmio Nobel Jack Szostak. Em reconhecimento às enormes contribuições de Harold Urey, a ISSOL concede a Medalha Urey entre as Medalhas Oparin (também a cada seis anos). O resultado foi um prêmio evolutivo único e real - com um nome mutável.
3. Evolução química
A teoria tenta descrever a transformação de substâncias orgânicas relativamente simples em sistemas químicos bastante complexos, os precursores da própria vida, sob a influência de fatores externos, seleção e mecanismos de auto-organização. O conceito básico dessa abordagem é o "chauvinismo água-carbono", que apresenta esses dois componentes (água e carbono - NS) como absolutamente necessários e fundamentais para o surgimento e desenvolvimento da vida, seja na Terra ou em algum lugar além de suas fronteiras. E o principal problema continua sendo as condições sob as quais o "chauvinismo água-carbono" pode se transformar em complexos químicos muito sofisticados, capazes - acima de tudo - de auto-replicação.
De acordo com uma das hipóteses, a organização primária das moléculas poderia ocorrer nos microporos dos argilominerais, que desempenhavam um papel estrutural. O químico escocês Alexander Graham Cairns-Smith apresentou essa ideia há alguns anos. Em sua superfície interna, como em uma matriz, biomoléculas complexas podem se estabelecer e polimerizar: cientistas israelenses mostraram que tais condições possibilitam o crescimento de cadeias proteicas suficientemente longas. As quantidades necessárias de sais metálicos, que desempenham um papel importante como catalisadores de reações químicas, também podem se acumular aqui. As paredes de argila poderiam servir como membranas celulares, separando o espaço "interno", no qual ocorrem reações químicas cada vez mais complexas, e separando-o do caos externo.
As superfícies de minerais cristalinos podem servir como “matrizes” para o crescimento de moléculas poliméricas: a estrutura espacial de sua rede cristalina é capaz de selecionar apenas isômeros ópticos do mesmo tipo, por exemplo, L-aminoácidos, resolvendo o problema discutido acima . A energia para o "metabolismo" primário poderia ser fornecida por reações inorgânicas - como a redução do mineral pirita (FeS2) com hidrogênio (para sulfeto de ferro e sulfeto de hidrogênio). Nesse caso, nem raios nem luz ultravioleta são necessários para o aparecimento de biomoléculas complexas, como nos experimentos de Miller-Urey. Assim, podemos nos livrar dos aspectos nocivos de sua ação.
A jovem Terra não estava protegida de componentes nocivos - e até mortais - da radiação solar. Mesmo organismos modernos e evolucionários seriam incapazes de suportar essa forte luz ultravioleta - apesar do próprio Sol ser muito mais jovem e não fornecer calor suficiente ao planeta. Disso surgiu a hipótese de que na época em que o milagre da origem da vida estava acontecendo, toda a Terra poderia estar coberta por uma espessa camada de gelo - centenas de metros; e isso é o melhor. Escondendo-se sob essa camada de gelo, a vida poderia se sentir bastante segura tanto da radiação ultravioleta quanto dos frequentes impactos de meteoritos que ameaçavam matá-la pela raiz. O ambiente relativamente frio também poderia estabilizar a estrutura das primeiras macromoléculas.
4. Fumantes negros
De fato, a radiação ultravioleta na jovem Terra, cuja atmosfera ainda não continha oxigênio e não tinha uma coisa tão maravilhosa como uma camada de ozônio, deveria ter sido mortal para qualquer vida nascente. Daí surgiu a suposição de que os frágeis ancestrais dos organismos vivos foram forçados a existir em algum lugar, escondendo-se do fluxo contínuo de raios esterilizantes. Por exemplo, nas profundezas da água - é claro, onde há minerais suficientes, mistura, calor e energia para reações químicas. E existem esses lugares.
No final do século 20, ficou claro que o fundo do oceano não poderia ser um refúgio para monstros medievais: as condições aqui são muito difíceis, a temperatura é baixa, não há radiação e a matéria orgânica rara só pode se acomodar da superfície. Na verdade, esses são os semi-desertos mais vastos - com algumas exceções notáveis: bem ali, nas profundezas da água, perto das saídas das fontes geotérmicas, a vida está literalmente em pleno andamento. A água preta rica em sulfeto é quente, agitada e cheia de minerais.
Os fumantes do oceano negro são ecossistemas muito ricos e distintos: as bactérias que se alimentam deles usam as reações ferro-enxofre de que já falamos. Eles são a base para uma vida próspera, incluindo uma série de vermes e camarões únicos. Talvez eles tenham sido a base e a origem da vida no planeta: pelo menos teoricamente, tais sistemas carregam tudo o que é necessário para isso.
2.Não científico: Espíritos, deuses, ancestrais
Quaisquer mitos cosmológicos sobre a origem do mundo são sempre coroados com mitos antropogônicos - sobre a origem do homem. E nessas fantasias, só se pode invejar a imaginação dos autores antigos: na questão do que, como e por que surgiu o cosmos, onde e como surgiu a vida - e as pessoas - as versões soaram muito diferentes e quase sempre belas. Plantas, peixes e animais foram capturados no fundo do mar por um enorme corvo, pessoas rastejaram como vermes do corpo do primeiro ancestral Pangu, foram moldadas de barro e cinzas, nasceram dos casamentos de deuses e monstros. Tudo isso é surpreendentemente poético, mas, claro, não tem nada a ver com ciência.
De acordo com os princípios do materialismo dialético, a vida é uma "unidade e luta" de dois princípios: informações mutáveis e herdadas, por um lado, e funções bioquímicas, estruturais, por outro. Um é impossível sem o outro - e a questão de onde a vida começou, com informações e ácidos nucléicos, ou com funções e proteínas, continua sendo uma das mais difíceis. E uma das soluções bem conhecidas para esse problema paradoxal é a hipótese do “mundo do RNA”, que apareceu no final dos anos 1960 e finalmente tomou forma no final dos anos 1980.
RNA - macromoléculas, no armazenamento e transmissão de informações não é tão eficiente quanto o DNA, e no desempenho de funções enzimáticas - não tão impressionante quanto proteínas. Mas as moléculas de RNA são capazes de ambos e, até agora, servem como um elo de transmissão na troca de informações da célula e catalisam várias reações nela. As proteínas são incapazes de se replicar sem a informação do DNA, e o DNA é incapaz de se replicar sem as "habilidades" das proteínas. O RNA, por outro lado, pode ser completamente autônomo: é capaz de catalisar sua própria "reprodução" - e isso é suficiente para começar.
Estudos dentro da estrutura da hipótese do “RNA World” mostraram que essas macromoléculas também são capazes de evolução química completa. Para tomar pelo menos um exemplo claro demonstrado pelos biofísicos californianos liderados por Lesley Orgel: se o brometo de etídio, que serve como veneno para esse sistema que bloqueia a síntese de RNA, é adicionado a uma solução de RNA auto-replicante, então, pouco a pouco, com uma mudança nas gerações de macromoléculas, em uma mistura aparecem RNAs que são resistentes mesmo a concentrações muito altas da toxina. Aproximadamente dessa forma, enquanto evoluíam, as primeiras moléculas de RNA poderiam encontrar uma maneira de sintetizar as primeiras ferramentas proteicas e então, em combinação com elas, “descobrir” por si mesmas a dupla hélice do DNA, um portador ideal da informação hereditária.
3.Não científico: Imutabilidade
Não mais científicas do que as histórias sobre os ancestrais podem ser chamadas de visões que levam o grande nome da Teoria do Estado Estacionário. De acordo com seus defensores, nenhuma vida jamais surgiu - assim como a Terra não nasceu, o cosmos também não apareceu: eles simplesmente sempre existiram, sempre existirão. Tudo isso não é mais justificado do que os vermes Pangu: para levar a sério tal “teoria”, é preciso esquecer as inúmeras descobertas da paleontologia, geologia e astronomia. E, de fato, abandonar todo o edifício grandioso da ciência moderna - mas então, provavelmente, vale a pena abandonar tudo o que deveria ser para seus habitantes, incluindo computadores e tratamento odontológico indolor.
6.Protocélulas
No entanto, a simples replicação não é suficiente para a “vida normal”: qualquer vida é, antes de tudo, uma área espacialmente isolada do ambiente, separando processos metabólicos, facilitando o curso de algumas reações e permitindo a exclusão de outras. Em outras palavras, a vida é uma célula limitada por uma membrana semipermeável composta por lipídios. E as "protocélulas" já deveriam ter aparecido nos estágios iniciais da existência da vida na Terra - a primeira hipótese sobre sua origem foi expressa por Alexander Oparin, bem conhecido por nós. Em sua opinião, “protomembranas” poderiam ser gotículas de lipídios hidrofóbicos, que lembram gotas amarelas de óleo flutuando na água.
Em geral, as ideias do cientista são aceitas pela ciência moderna, e Jack Shostak, que recebeu a Medalha Oparin por seu trabalho, também tratou desse tema. Juntamente com Katarzyna Adamala, ele conseguiu criar uma espécie de modelo de “protocélula”, cujo análogo da membrana não consistia em lipídios modernos, mas em moléculas orgânicas ainda mais simples, ácidos graxos, que poderiam se acumular nos locais de origem dos primeiros proto-organismos. Shostak e Adamala conseguiram até “reviver” suas estruturas adicionando íons de magnésio (estimulando o trabalho das RNA polimerases) e ácido cítrico (estabilizando a estrutura das membranas gordurosas) ao meio.
Como resultado, eles obtiveram um sistema completamente simples, mas um tanto vivo; em qualquer caso, era uma protocélula normal que continha um ambiente protegido por membrana para a propagação do RNA. A partir deste momento, você pode encerrar o último capítulo da pré-história da vida - e iniciar os primeiros capítulos de sua história. No entanto, este é um tema completamente diferente, por isso vamos falar de apenas um, mas extremamente importante conceito relacionado aos primeiros passos na evolução da vida e o surgimento de uma enorme variedade de organismos.
4. Não científico: eterno retorno
Representação "marcada" da filosofia indiana, na filosofia ocidental associada às obras de Immanuel Kant, Friedrich Nietzsche e Mircea Eliade. Uma imagem poética da peregrinação eterna de cada alma viva através de um número infinito de mundos e seus habitantes, seu renascimento em um inseto insignificante, ou em um poeta exaltado, ou mesmo em uma criatura desconhecida para nós, um demônio ou um deus. Apesar da ausência de ideias de reencarnação, essa ideia é muito próxima de Nietzsche: a eternidade é eterna, o que significa que qualquer evento nela pode - e deve ser repetido novamente. E todo ser gira sem parar nesse carrossel de retorno universal, de modo que apenas a cabeça está girando, e o próprio problema da origem primária desaparece em algum lugar em um caleidoscópio de incontáveis repetições.
7. Endossimbiose
Dê uma olhada no espelho, olhe nos seus olhos: a criatura que você está olhando é o híbrido mais complexo que surgiu desde tempos imemoriais. No final do século 19, o naturalista alemão-inglês Andreas Schimper notou que os cloroplastos, as organelas das células vegetais responsáveis pela fotossíntese, se replicam separadamente da própria célula. Logo surgiu a hipótese de que os cloroplastos são simbiontes, células de bactérias fotossintéticas, uma vez engolidas pelo hospedeiro - e deixadas para viver aqui para sempre.
Claro, não temos cloroplastos, caso contrário poderíamos comer a luz do sol, como sugerem algumas seitas pseudo-religiosas. No entanto, na década de 1920, a hipótese da endossimbiose foi expandida para incluir as mitocôndrias, as organelas que consomem oxigênio e fornecem energia a todas as nossas células. Até hoje, essa hipótese adquiriu o status de uma teoria completa e repetidamente comprovada - basta dizer que as mitocôndrias e os plastídios têm seu próprio genoma, mecanismos de divisão mais ou menos independentes das células e seus próprios sistemas de síntese de proteínas.
Na natureza, também foram encontrados outros endossimbiontes que não têm bilhões de anos de coevolução por trás deles e estão em um nível menos profundo de integração na célula. Por exemplo, algumas amebas não têm suas próprias mitocôndrias, mas há bactérias incluídas no interior e desempenhando seu papel. Existem hipóteses sobre a origem endossimbiótica de outras organelas - incluindo flagelos e cílios, e até mesmo o núcleo da célula: segundo alguns pesquisadores, todos nós, eucariotos, fomos resultado de uma fusão sem precedentes entre bactérias e archaea. Essas versões ainda não foram confirmadas com rigor, mas uma coisa é clara: mal surgindo, a vida começou a absorver os vizinhos - e interagir com eles, dando origem a uma nova vida.
5. Não científico: criacionismo
O próprio conceito de criacionismo surgiu no século 19, quando os defensores de várias versões da aparência do mundo e da vida, propostas pelos autores da Torá, da Bíblia e de outros livros sagrados das religiões monoteístas, começaram a ser chamadas dessa palavra. No entanto, em essência, os criacionistas não ofereceram nada de novo em comparação com esses livros, repetidamente tentando refutar as descobertas rigorosas e completas da ciência - mas, na verdade, repetidamente perdendo uma posição após a outra. Infelizmente, as ideias dos cientistas pseudocriacionistas de hoje são muito mais fáceis de entender: entender as teorias da ciência real requer muito esforço.
A origem da vida na Terra é um problema chave e não resolvido da ciência natural, muitas vezes servindo de base para um confronto entre ciência e religião. Se a existência da evolução da matéria viva na natureza pode ser considerada comprovada, uma vez que seus mecanismos foram descobertos, os arqueólogos descobriram organismos antigos, mais simples organizados, então nenhuma hipótese da origem da vida tem uma base de evidências tão extensa. Podemos observar a evolução com nossos próprios olhos, pelo menos na seleção. Ninguém foi capaz de criar um ser vivo a partir de um inanimado.
Apesar do grande número de hipóteses sobre a origem da vida, apenas uma delas tem uma explicação científica aceitável. É uma hipótese abiogênese- uma longa evolução química que ocorreu nas condições especiais da Terra antiga e precedeu a evolução biológica. Ao mesmo tempo, substâncias orgânicas simples foram sintetizadas primeiro a partir de substâncias inorgânicas, das quais as mais complexas, depois surgiram os biopolímeros, as etapas seguintes são mais especulativas e dificilmente comprovadas. A hipótese da abiogênese tem muitos problemas não resolvidos, diferentes visões sobre certos estágios da evolução química. No entanto, alguns de seus pontos foram confirmados empiricamente.
Outras hipóteses para a origem da vida - panspermia(introdução da vida a partir do espaço), criacionismo(criação do criador), geração espontânea(organismos vivos aparecem de repente em matéria inanimada), curso estável(a vida sempre existiu). A impossibilidade de geração espontânea de vida no inanimado foi provada por Louis Pasteur (século XIX) e vários cientistas antes dele, mas não tão categoricamente (F. Redi - século XVII). A hipótese da panspermia não resolve o problema da origem da vida, mas a transfere da Terra para o espaço sideral ou para outros planetas. No entanto, é difícil refutar essa hipótese, especialmente aqueles de seus representantes que afirmam que a vida foi trazida à Terra não por meteoritos (neste caso, os seres vivos poderiam queimar nas camadas da atmosfera, ser submetidos à ação destrutiva de radiação cósmica, etc.), mas por seres inteligentes. Mas como eles chegaram à Terra? Do ponto de vista da física (o enorme tamanho do Universo e a incapacidade de superar a velocidade da luz), isso dificilmente é possível.
Pela primeira vez, a possível abiogênese foi comprovada por A.I. Oparin (1923-1924), mais tarde esta hipótese foi desenvolvida por J. Haldane (1928). No entanto, a ideia de que a vida na Terra poderia ser precedida pela formação abiogênica de compostos orgânicos foi expressa por Darwin. A teoria da abiogênese foi finalizada e está sendo finalizada por outros cientistas até hoje. Seu principal problema não resolvido são os detalhes da transição de sistemas não vivos complexos para organismos vivos simples.
Em 1947, J. Bernal, baseado nos desenvolvimentos de Oparin e Haldane, formulou a teoria da biopoiese, distinguindo três etapas na abiogênese: 1) a ocorrência abiogênica de monômeros biológicos; 2) formação de biopolímeros; 3) a formação de membranas e a formação de organismos primários (protobiontes).
Abiogênese
O cenário hipotético da origem da vida de acordo com a teoria da abiogênese é descrito abaixo em termos gerais.
A idade da Terra é de cerca de 4,5 bilhões de anos. A água líquida no planeta, tão necessária para a vida, segundo os cientistas, não apareceu antes de 4 bilhões de anos atrás. Ao mesmo tempo, há 3,5 bilhões de anos, já existia vida na Terra, o que é comprovado pela descoberta de rochas de tais idades com vestígios da atividade vital de microrganismos. Assim, os primeiros organismos simples surgiram de forma relativamente rápida - em menos de 500 milhões de anos.
Quando a Terra se formou, sua temperatura poderia chegar a 8000 ° C. Quando o planeta esfriou, metais e carbono, como os elementos mais pesados, se condensaram e formaram a crosta terrestre. Ao mesmo tempo, a atividade vulcânica estava ocorrendo, a crosta se movia e se contraía, dobras e rupturas se formavam sobre ela. As forças gravitacionais levaram à compactação da crosta, enquanto a energia foi liberada na forma de calor.
Gases leves (hidrogênio, hélio, nitrogênio, oxigênio, etc.) não foram retidos pelo planeta e escaparam para o espaço. Mas esses elementos permaneceram na composição de outras substâncias. Até a temperatura na Terra cair abaixo de 100°C, toda a água estava em estado de vapor. Depois que a temperatura caiu, a evaporação e a condensação se repetiram muitas vezes, houve chuvas fortes com trovoadas. A lava quente e as cinzas vulcânicas, uma vez na água, criaram diferentes condições ambientais. Em alguns, certas reações podem ocorrer.
Assim, as condições físicas e químicas na Terra primitiva eram favoráveis para a formação de substâncias orgânicas a partir de inorgânicas. A atmosfera era do tipo redutor, não havia oxigênio livre e nem camada de ozônio. Portanto, a radiação ultravioleta e cósmica penetrou na Terra. Outras fontes de energia foram o calor da crosta terrestre, que ainda não esfriou, vulcões em erupção, tempestades, decaimento radioativo.
Metano, óxidos de carbono, amônia, sulfeto de hidrogênio, compostos de cianeto e vapor de água estavam presentes na atmosfera. Várias das substâncias orgânicas mais simples foram sintetizadas a partir deles. Além disso, aminoácidos, açúcares, bases nitrogenadas, nucleotídeos e outros compostos orgânicos mais complexos podem ser formados. Muitos deles serviram como monômeros para futuros polímeros biológicos. A ausência de oxigênio livre na atmosfera favoreceu as reações.
Experimentos químicos (pela primeira vez em 1953 por S. Miller e G. Urey), simulando as condições da Terra antiga, provaram a possibilidade de síntese abiogênica de substâncias orgânicas a partir de inorgânicas. Pela passagem de descargas elétricas através de uma mistura gasosa que imitava a atmosfera primitiva, na presença de vapor d'água, obtinham-se aminoácidos, ácidos orgânicos, bases nitrogenadas, ATP, etc.
Deve-se notar que na antiga atmosfera da Terra, as substâncias orgânicas mais simples poderiam ser formadas não apenas abiogenicamente. Eles também foram trazidos do espaço, contidos em poeira vulcânica. Além disso, pode ser uma grande quantidade de matéria orgânica.
Compostos orgânicos de baixo peso molecular se acumularam no oceano, criando a chamada sopa primordial. As substâncias foram adsorvidas na superfície dos depósitos de argila, o que aumentou sua concentração.
Sob certas condições da Terra antiga (por exemplo, no barro, nas encostas dos vulcões de resfriamento), a polimerização de monômeros poderia ocorrer. Foi assim que as proteínas e os ácidos nucleicos foram formados - biopolímeros, que mais tarde se tornaram a base química da vida. Em um ambiente aquoso, a polimerização é improvável, uma vez que a despolimerização geralmente ocorre em água. A experiência comprovou a possibilidade de sintetizar um polipeptídeo a partir de aminoácidos em contato com pedaços de lava quente.
O próximo passo importante para a origem da vida é a formação de gotas coacervadas na água ( coacervados) de polipeptídeos, polinucleotídeos, outros compostos orgânicos. Tais complexos poderiam ter uma camada externa que imitava uma membrana e preservava sua estabilidade. Coacervados foram obtidos experimentalmente em soluções coloidais.
As moléculas de proteína são anfotéricas. Eles atraem moléculas de água para si, de modo que uma concha se forma ao redor deles. Obtêm-se complexos hidrofílicos coloidais, isolados da massa de água. Como resultado, uma emulsão é formada em água. Além disso, os coloides se fundem e formam coacervados (o processo é chamado de coacervação). A composição coloidal do coacervado dependeu da composição do meio em que foi formado. Em diferentes reservatórios da Terra antiga, formaram-se coacervados de composição química diferente. Alguns deles eram mais estáveis e podiam, em certa medida, realizar metabolismo seletivo com o meio ambiente. Houve uma espécie de seleção natural bioquímica.
Os coacervados são capazes de absorver seletivamente certas substâncias do ambiente e liberar nele alguns produtos de reações químicas que ocorrem neles. É como o metabolismo. Com o acúmulo de substâncias, os coacervados cresceram e, quando atingiram um tamanho crítico, se decompuseram em partes, cada uma das quais manteve as características da organização original.
Nos próprios coacervados podem ocorrer reações químicas. Durante a absorção de íons metálicos por coacervados, enzimas podem ser formadas.
No processo de evolução, restaram apenas os sistemas capazes de autorregulação e autorreprodução. Isso marcou o início do próximo estágio na origem da vida - o surgimento protobiontes(de acordo com algumas fontes, isso é o mesmo que coacervados) - corpos que possuem uma composição química complexa e várias propriedades dos seres vivos. Os protobiontes podem ser considerados os coacervados mais estáveis e bem-sucedidos.
A membrana pode ser formada da seguinte maneira. Os ácidos graxos combinam-se com álcoois para formar lipídios. Os lipídios formaram filmes na superfície dos corpos d'água. Suas cabeças carregadas estão voltadas para a água, enquanto as extremidades não polares estão voltadas para fora. Moléculas de proteínas flutuando na água foram atraídas para as cabeças de lipídios, resultando na formação de filmes de lipoproteínas duplas. Com o vento, esse filme pode dobrar e formar bolhas. Os coacervados podem ter ficado presos acidentalmente nessas vesículas. Quando tais complexos apareceram novamente na superfície da água, eles já estavam cobertos com uma segunda camada de lipoproteína (devido às interações hidrofóbicas das extremidades apolares dos lipídios frente a frente). O layout geral da membrana dos organismos vivos de hoje é duas camadas de lipídios no interior e duas camadas de proteínas localizadas nas bordas. Mas ao longo de milhões de anos de evolução, a membrana tornou-se mais complexa devido à inclusão de proteínas imersas na camada lipídica e penetrando-a, saliências e saliências de seções individuais da membrana, etc.
Coacervados (ou protobiontes) podem obter moléculas de ácido nucleico já existentes capazes de auto-reprodução. Além disso, em alguns protobiontes, pode ocorrer tal rearranjo que o ácido nucleico começa a codificar a proteína.
A evolução dos protobiontes não é mais química, mas pré-biológica. Isso levou a uma melhora na função catalítica das proteínas (começaram a desempenhar o papel de enzimas), membranas e sua permeabilidade seletiva (o que torna o protobionte um conjunto estável de polímeros), o surgimento da síntese de matriz (transferência de informações do nucléico ácido para ácido nucleico e de ácido nucleico para proteína).
| Evolução | resultados | |
|---|---|---|
| 1 | Evolução química - síntese de compostos |
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| 2 | Evolução pré-biológica - seleção química: os protobiontes mais estáveis e auto-reprodutivos permanecem |
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| 3 | Evolução biológica - seleção biológica: a luta pela existência, a sobrevivência dos mais adaptados às condições ambientais |
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Um dos maiores mistérios sobre a origem da vida é como o RNA passou a codificar a sequência de aminoácidos das proteínas. A questão se refere ao RNA, não ao DNA, pois acredita-se que no início o ácido ribonucleico desempenhava não apenas um papel na implementação da informação hereditária, mas também era responsável pelo seu armazenamento. O DNA o substituiu mais tarde, emergindo do RNA por transcrição reversa. O DNA é melhor em armazenar informações e é mais estável (menos propenso a reações). Portanto, no processo de evolução, foi ela quem ficou como guardiã das informações.
Em 1982, T. Chek descobriu a atividade catalítica do RNA. Além disso, o RNA pode ser sintetizado sob certas condições, mesmo na ausência de enzimas, e também formar cópias de si mesmo. Portanto, pode-se supor que os RNAs foram os primeiros biopolímeros (a hipótese do mundo do RNA). Algumas seções de RNA podem acidentalmente codificar peptídeos úteis para o protobionte, enquanto outras seções de RNA se tornaram íntrons extirpados no curso da evolução.
Um feedback apareceu em protobiontes - RNA codifica proteínas enzimáticas, proteínas enzimáticas aumentam a quantidade de ácidos nucleicos.
Começo da evolução biológica
A evolução química e a evolução dos protobiontes duraram mais de 1 bilhão de anos. A vida surgiu e sua evolução biológica começou.
Alguns protobiontes deram origem a células primitivas, que incluem a totalidade das propriedades dos seres vivos que observamos hoje. Eles implementaram o armazenamento e transmissão de informações hereditárias, seu uso para criar estruturas e metabolismo. A energia para os processos vitais era fornecida pelas moléculas de ATP, e surgiram membranas típicas das células.
Os primeiros organismos eram heterótrofos anaeróbios. Eles obtiveram a energia armazenada no ATP através da fermentação. Um exemplo é a glicólise - a quebra de açúcares sem oxigênio. Esses organismos comem às custas de substâncias orgânicas do caldo primário.
Mas as reservas de moléculas orgânicas foram gradualmente esgotadas, à medida que as condições da Terra mudaram, e novos orgânicos quase não foram sintetizados abiogenicamente. Sob condições de competição por recursos alimentares, a evolução dos heterótrofos acelerou.
A vantagem foi obtida pelas bactérias, que acabaram sendo capazes de fixar o dióxido de carbono com a formação de substâncias orgânicas. A síntese autotrófica de nutrientes é mais complexa do que a nutrição heterotrófica, por isso não poderia ter surgido nas primeiras formas de vida. De algumas substâncias sob a influência da energia da radiação solar, foram formados compostos necessários para a célula.
Os primeiros organismos fotossintéticos não produziram oxigênio. A fotossíntese com sua liberação provavelmente apareceu mais tarde em organismos semelhantes às atuais algas verde-azuladas.
O acúmulo de oxigênio na atmosfera, o aparecimento de uma tela de ozônio e a diminuição da quantidade de radiação ultravioleta levaram à quase impossibilidade da síntese abiogênica de substâncias orgânicas complexas. Por outro lado, as formas de vida emergentes tornaram-se mais resilientes sob tais condições.
A respiração de oxigênio se espalhou na Terra. Os organismos anaeróbios sobreviveram apenas em alguns lugares (por exemplo, existem bactérias anaeróbicas que vivem em fontes termais subterrâneas).
INTRODUÇÃO SEÇÃO 1. TEORIAS BÁSICAS DA ORIGEM DA VIDA NA TERRA.
1.1 Criacionismo.
1.2 Hipótese de geração espontânea.
1.3 Teoria de um estado estacionário.
1.4 Hipótese da panspermia.
SEÇÃO 2. TEORIA DA PROTEÍNA-COACERVADO OPARINA.
2.1 A essência da teoria.
2.2 Alexander Ivanovich Oparin.
2.3 Origens da evolução química "Sopa primária".
2.4 Etapas do processo de origem da vida.
SEÇÃO 3. A NECESSIDADE DE ESTUDAR A ORIGEM DA VIDA.
SEÇÃO 4. APRESENTAÇÕES MODERNAS SOBRE A ORIGEM DA VIDA.
CONCLUSÃO.
LITERATURA.
INTRODUÇÃO
A questão da origem da vida na Terra e a probabilidade de sua existência em outros planetas do Universo há muito atrai o interesse de cientistas e filósofos, bem como de pessoas comuns. Nos últimos anos, a atenção a esse "eterno problema" aumentou significativamente.
Isso se deve a duas circunstâncias: em primeiro lugar, o progresso significativo na modelagem laboratorial de algumas etapas da evolução da matéria, que levou à origem da vida, e, em segundo lugar, o rápido desenvolvimento da pesquisa espacial, tornando cada vez mais real procure por qualquer forma de vida nos planetas do sistema solar. , mas no futuro e além.
A origem da vida é uma das questões mais misteriosas, uma resposta exaustiva que dificilmente será recebida. Muitas hipóteses e até teorias sobre a origem da vida, explicando os vários aspectos desse fenômeno, ainda não são capazes de superar uma circunstância essencial - confirmar experimentalmente o fato do aparecimento da vida. A ciência moderna não tem evidências diretas de como e onde a vida surgiu. Existem apenas construções lógicas e evidências indiretas obtidas através de experimentos de modelos e dados no campo da paleontologia, geologia, astronomia, etc.
Ao mesmo tempo, a questão da origem da vida ainda não foi definitivamente resolvida. Existem muitas hipóteses para a origem da vida.
Em diferentes épocas e em diferentes culturas, as seguintes ideias foram consideradas:
Criacionismo (a vida foi criada pelo Criador);
Geração espontânea (geração espontânea; a vida surgiu repetidamente da matéria inanimada);
Hipótese do estado estacionário (a vida sempre existiu);
Hipótese da Panspermia (vida trazida para a Terra de outros planetas);
Hipóteses bioquímicas (a vida surgiu em condições terrestres durante processos que obedecem a leis físicas e químicas, ou seja, como resultado da evolução bioquímica);
O objetivo do trabalho é considerar as principais teorias sobre a origem da vida na Terra.
É importante notar que, para atingir o objetivo, as seguintes tarefas são consideradas:
Revise as principais teorias
criacionismo
Teoria da geração espontânea da vida
Teoria do estado estacionário
Hipótese de Pansermia
Para explorar a teoria básica proteína-coacervado de A.I. Oparina
Leia a biografia de A.I. Oparina
Descreva as origens da evolução química "sopa primordial"
Determinar as etapas do processo de surgimento da vida na Terra
A necessidade de estudar a origem da vida na Terra
Visões modernas sobre a origem da vida
Na realização do trabalho, foram utilizados os seguintes métodos: geográfico comparativo, análise de fontes literárias, histórico.
O trabalho foi escrito com base nesses materiais: monografias, edições traduzidas, artigos de uma coleção de artigos científicos, componentes de livros, literatura da Internet.
SEÇÃO 1. PRINCIPAIS TEORIAS DA ORIGEM DA VIDA NA TERRA
1.1criacionismo
O criacionismo (do inglês. creation - creation) é um conceito religioso e filosófico, dentro do qual toda a diversidade do mundo orgânico, da humanidade, do planeta Terra, bem como do mundo como um todo, são considerados tão intencionalmente criados por algum supremo ser ou divindade. A teoria do criacionismo, remetendo a resposta à questão da origem da vida à religião (a criação da vida por Deus), segundo o critério de Popper, está fora do campo da pesquisa científica (pois é irrefutável: é impossível provar por métodos científicos que Deus criou a vida e que Deus a criou.) Além disso, esta teoria não dá uma resposta satisfatória à questão das causas do surgimento e existência do próprio ser supremo, geralmente simplesmente postulando sua ausência de começo.
1.2Hipótese de geração espontânea
Essa teoria ganhou força na China antiga, na Babilônia e no Egito como uma alternativa ao criacionismo com o qual coexistia. Os ensinamentos religiosos de todos os tempos e de todos os povos costumavam atribuir a aparência de vida a um ou outro ato criativo da divindade. Muito ingenuamente resolveu esta questão e os primeiros pesquisadores da natureza. Aristóteles (384-322 aC), que é frequentemente aclamado como o fundador da biologia, defendia a teoria da geração espontânea da vida. Mesmo para uma mente tão notável da antiguidade como Aristóteles, não era difícil aceitar a ideia de que animais - vermes, insetos e até peixes - pudessem surgir da lama. Pelo contrário, este filósofo argumentou que todo corpo seco, tornando-se molhado, e, inversamente, todo corpo molhado, tornando-se seco, dá à luz animais.
De acordo com a hipótese de geração espontânea de Aristóteles, certas "partículas" de matéria contêm algum tipo de "princípio ativo", que, sob condições adequadas, pode criar um organismo vivo. Aristóteles estava certo ao pensar que esse princípio ativo está contido em um ovo fertilizado, mas erroneamente acreditou que ele também está presente no vento solar, na lama e na carne podre.
“Estes são os fatos - os seres vivos podem surgir não apenas pelo acasalamento de animais, mas também pela decomposição do solo. O mesmo acontece com as plantas: algumas se desenvolvem a partir de sementes, enquanto outras, por assim dizer, geram espontaneamente sob a ação de toda a natureza, surgindo da terra em decomposição ou de certas partes das plantas ”(Aristóteles).
A autoridade de Aristóteles teve uma influência excepcional sobre os pontos de vista dos estudiosos medievais. A opinião desse filósofo em suas mentes estava bizarramente entrelaçada com conceitos religiosos, muitas vezes dando conclusões ridículas e até francamente estúpidas em termos modernos. A preparação de uma pessoa viva ou sua semelhança, "homúnculo", em um frasco, misturando e destilando vários produtos químicos, era considerada na Idade Média, embora muito difícil e sem lei, mas sem dúvida factível. A obtenção de animais a partir de materiais inanimados parecia tão simples e comum para os cientistas da época que o famoso alquimista e médico Van Helmont (1577-1644) dá diretamente uma receita, após a qual os ratos podem ser preparados artificialmente cobrindo um recipiente com grãos com água e sujeira. trapos. Este cientista de muito sucesso descreveu um experimento no qual ele supostamente criou camundongos em três semanas. Para isso, eram necessários uma camisa suja, um armário escuro e um punhado de trigo. Van Helmont considerou o suor humano o princípio ativo no processo do mouse.
Várias fontes que datam dos séculos XVI e XVII descrevem em detalhes a transformação da água, pedras e outros objetos inanimados em répteis, pássaros e animais. Grindel von Ach ainda mostra sapos, supostamente emergindo do orvalho de maio, e Aldrovand retrata o processo de renascimento de pássaros e insetos de galhos e frutos de árvores.
Quanto mais a ciência natural se desenvolvia, mais importantes se tornavam a observação e a experiência precisas no conhecimento da natureza, e não apenas o raciocínio e a sofisticação, mais estreito era o escopo da teoria da geração espontânea. Já em 1688, o biólogo e médico italiano Francesco Redi, que vivia em Florença, abordou o problema da origem da vida com mais rigor e questionou a teoria da geração espontânea. Dr. Redi, por meio de experimentos simples, provou a falta de fundamento das opiniões sobre a geração espontânea de vermes em carne podre. Ele descobriu que os pequenos vermes brancos eram larvas de moscas. Após realizar uma série de experimentos, ele recebeu dados que confirmam a ideia de que a vida só pode surgir de uma vida anterior (o conceito de biogênese).
“A condenação seria inútil se não pudesse ser confirmada pela experiência. Então, em meados de julho, peguei quatro grandes vasos com bocas largas, coloquei terra em um deles, alguns peixes em outro, enguias do Arno no terceiro, um pedaço de vitela leiteira no quarto, fechei-os bem e selei-os. Depois coloquei o mesmo em outros quatro recipientes, deixando-os abertos... Logo a carne e o peixe dos recipientes sem lacre foram vermifugados; moscas podiam ser vistas voando livremente dentro e fora das embarcações. Mas não vi um único verme nos vasos selados, embora muitos dias tenham se passado depois que os peixes mortos foram colocados neles ”(Redi).
Assim, no que diz respeito aos seres vivos visíveis a olho nu, a proposição da geração espontânea mostrou-se insustentável. Mas no final do século XVII. Kircher e Leeuwenhoek descobriram o mundo das menores criaturas, invisíveis a olho nu e distinguíveis apenas através de um microscópio. Esses “menores animais vivos” (como Leeuwenhoek chamou as bactérias e ciliados que descobriu) podiam ser encontrados onde quer que ocorresse a decomposição, em decocções e infusões de plantas que permaneceram por muito tempo, em carne podre, caldo, leite azedo, fezes. , em placa. “Na minha boca”, escreveu Leeuwenhoek, “há mais deles (germes) do que pessoas no Reino Unido”. Basta colocar substâncias perecíveis e facilmente apodrecidas em um local quente por algum tempo, pois neles se desenvolvem imediatamente criaturas vivas microscópicas, que não existiam antes. De onde vêm essas criaturas? Eles vieram de embriões que caíram acidentalmente no líquido apodrecido? Quantos desses germes devem estar em toda parte! Involuntariamente apareceu o pensamento de que foi aqui, em decocções e infusões apodrecidas, que ocorreu a geração espontânea de micróbios vivos a partir de matéria inanimada. Esta opinião em meados do século XVIII recebeu forte confirmação nas experiências do padre escocês Needham. Needham tomou caldo de carne ou decocções de substâncias vegetais, colocou-os em recipientes bem fechados e os ferveu por um curto período de tempo. Ao mesmo tempo, de acordo com Needham, todos os embriões deveriam ter morrido, enquanto os novos não podiam entrar do lado de fora, pois os vasos estavam bem fechados. No entanto, depois de um tempo, micróbios apareceram nos líquidos. A partir disso, o referido cientista concluiu que estava presente no fenômeno da geração espontânea.
Ao mesmo tempo, outro cientista, o italiano Spallanzani, se opôs a essa opinião. Repetindo os experimentos de Needham, ele se convenceu de que um aquecimento mais prolongado de recipientes contendo líquidos orgânicos os desidrata completamente. Em 1765, Lazzaro Spallanzani realizou o seguinte experimento: depois de ferver caldos de carne e vegetais por várias horas, ele os selou imediatamente, após o que os removeu do fogo. Depois de examinar os líquidos alguns dias depois, Spallanzani não encontrou nenhum sinal de vida neles. A partir disso, ele concluiu que a alta temperatura destruiu todas as formas de seres vivos e que, sem elas, nada de vivo poderia ter surgido.
Uma disputa acirrada eclodiu entre representantes de duas visões opostas. Spallanzani argumentou que os líquidos nos experimentos de Needham não foram aquecidos o suficiente e os embriões de seres vivos permaneceram lá. A isso, Needham objetava que não aqueceu muito os líquidos, mas, pelo contrário, Spallanzani os aqueceu demais e, por um método tão rude, destruiu a "força geradora" das infusões orgânicas, que é muito caprichosa e inconstante.
Consequentemente, cada um dos disputantes permaneceu em suas posições originais, e a questão da geração espontânea de micróbios em líquidos em decomposição não foi resolvida de nenhuma maneira por um século inteiro. Durante este tempo, muitas tentativas foram feitas empiricamente para provar ou refutar a geração espontânea, mas nenhuma delas levou a resultados definitivos.
A questão tornou-se cada vez mais confusa e só em meados do século XIX foi finalmente resolvida graças à brilhante pesquisa do brilhante cientista francês.
Louis Pasteur assumiu o problema da origem da vida em 1860. A essa altura, ele já havia feito muito no campo da microbiologia e conseguiu resolver os problemas que ameaçavam a sericultura e a vinificação. Ele também provou que as bactérias são onipresentes e que materiais não vivos podem ser facilmente contaminados por seres vivos se não forem devidamente esterilizados. Em vários experimentos, ele mostrou que em todos os lugares, e especialmente perto de habitações humanas, os menores germes correm no ar. Eles são tão leves que flutuam livremente no ar, apenas muito lenta e gradualmente afundando no chão.
Como resultado de uma série de experimentos baseados nos métodos de Spallanzani, Pasteur provou a validade da teoria da biogênese e finalmente refutou a teoria da geração espontânea.
Pasteur explicou o misterioso aparecimento de microrganismos nos experimentos de pesquisadores anteriores, seja pelo descondicionamento incompleto do meio, seja pela proteção insuficiente dos líquidos contra a penetração de germes. Se o conteúdo do frasco for completamente fervido e protegido de germes que possam entrar no frasco com o ar fluindo para o frasco, em cem casos em cem o líquido não apodrecerá e a formação de micróbios não ocorrerá.
É importante notar que Pasteur utilizou uma grande variedade de métodos para despressurizar o ar que entrava no frasco: ou calcinava o ar em tubos de vidro e metal, ou protegia o gargalo do frasco com um tampão de algodão, que retinha todos os menores partículas suspensas no ar, ou, finalmente, passaram o ar através de um fino tubo de vidro dobrado na forma da letra S; neste caso, todos os núcleos ficaram retidos mecanicamente nas superfícies úmidas das curvas do tubo.
Onde quer que a proteção fosse suficientemente confiável, o aparecimento de micróbios no líquido não foi observado. Mas talvez o aquecimento prolongado tenha alterado quimicamente o ambiente e o tornado impróprio para a vida? Pasteur também refutou facilmente essa objeção. Ele jogou um pedaço de algodão no líquido esgotado pelo calor, através do qual o ar passava e que, consequentemente, continha germes - o líquido apodreceu rapidamente. Portanto, infusões fervidas são solo bastante adequado para o desenvolvimento de micróbios. Este desenvolvimento não ocorre apenas porque não há germe. Assim que o embrião entra no líquido, ele germina imediatamente e dá uma colheita exuberante.
Os experimentos de Pasteur mostraram com certeza que a geração espontânea de micróbios em infusões orgânicas não ocorre. Todos os organismos vivos se desenvolvem a partir de embriões, ou seja, provêm de outros seres vivos. Ao mesmo tempo, a confirmação da teoria da biogênese deu origem a outro problema. Já que outro organismo vivo é necessário para o surgimento de um organismo vivo, então de onde veio o primeiro organismo vivo? Apenas a teoria do estado estacionário não requer uma resposta a esta pergunta, e em todas as outras teorias supõe-se que em algum estágio da história da vida houve uma transição do inanimado para o vivo.
1.3Teoria do estado estacionário.
De acordo com essa teoria, a Terra nunca veio a existir, mas existiu para sempre; sempre foi capaz de sustentar a vida e, se mudou, mudou muito pouco. De acordo com esta versão, as espécies também nunca surgiram, elas sempre existiram, e cada espécie tem apenas duas possibilidades - ou uma mudança nos números ou extinção.
Ao mesmo tempo, a hipótese de um estado estacionário contradiz fundamentalmente os dados da astronomia moderna, que indicam o tempo finito de existência de quaisquer estrelas e, portanto, sistemas planetários em torno de estrelas. De acordo com estimativas modernas baseadas em taxas de decaimento radioativo, a idade da Terra, do Sol e do Sistema Solar é de ~4,6 bilhões de anos. Portanto, essa hipótese geralmente não é considerada pela ciência acadêmica.
Os proponentes desta teoria não reconhecem que a presença ou ausência de certos restos fósseis pode indicar o tempo de aparecimento ou extinção de uma determinada espécie, e citam como exemplo um representante do peixe de barbatana lobada - celacanto (celacanto). De acordo com dados paleontológicos, os crossópteros foram extintos no final do Cretáceo. Ao mesmo tempo, essa conclusão teve que ser revisada quando representantes vivos dos crossopterygians foram encontrados na região de Madagascar. Os defensores da teoria do estado estacionário argumentam que somente estudando espécies vivas e comparando-as com restos fósseis pode-se concluir a extinção e, neste caso, é muito provável que ela esteja errada. Usando evidências paleontológicas para apoiar a teoria do estado estacionário, seus proponentes interpretam a aparência dos fósseis em um sentido ecológico. Assim, por exemplo, o aparecimento súbito de uma espécie fóssil em um determinado estrato é explicado pelo aumento de sua população ou seu deslocamento para locais favoráveis à preservação de restos.
1.4Hipótese de Pansermia
A hipótese sobre o aparecimento da vida na Terra como resultado da transferência de certos germes de vida de outros planetas é chamada de teoria da pansérmia (do grego παν - todos, todos e σπερμα - semente). Esta hipótese é adjacente à hipótese do estado estacionário. Seus adeptos apoiam a ideia da existência eterna da vida e apresentam a ideia de sua origem repentina. Um dos primeiros a expressar a ideia de uma origem cósmica (súbita) da vida foi o cientista alemão G. Richter em 1865. Segundo Richter, a vida na Terra não se originou de substâncias inorgânicas, mas foi introduzida de outros planetas. A este respeito, surgiram questões sobre como é possível tal transferência de um planeta para outro e como isso poderia ser realizado. As respostas foram procuradas principalmente na física, e não é de surpreender que os primeiros defensores dessas visões fossem os representantes dessa ciência, os destacados cientistas G. Helmholtz, S. Arrhenius, J. Thomson, P.P. Lazarev e outros.
De acordo com as ideias de Thomson e Helmholtz, esporos de bactérias e outros organismos poderiam ter sido trazidos para a Terra com meteoritos. Estudos de laboratório confirmam a alta resistência dos organismos vivos a efeitos adversos, principalmente a baixas temperaturas. Por exemplo, esporos e sementes de plantas não morreram mesmo após exposição prolongada ao oxigênio líquido ou nitrogênio.
Os adeptos modernos do conceito de pansermia (incluindo o biofísico inglês vencedor do Prêmio Nobel F. Crick) acreditam que a vida na Terra foi trazida por acidente ou intencionalmente por alienígenas do espaço. O ponto de vista dos astrônomos C. Wickramasingh (Sri Lanka) e F. Hoyle (Grã-Bretanha) é contíguo à hipótese da pansermia. Eles acreditam que no espaço sideral, principalmente em nuvens de gás e poeira, os microrganismos estão presentes em grande número, onde, segundo os cientistas, eles são formados. Além disso, esses microrganismos são capturados por cometas, que então, passando perto dos planetas, "semeiam os germes da vida".
SEÇÃO 2. TEORIA DA PROTEÍNA-COACERVADO OPARINA
2.1A essência da teoria
A primeira teoria científica sobre a origem dos organismos vivos na Terra foi criada pelo bioquímico soviético A.I. Oparin (1894-1980). Em 1924, ele publicou trabalhos nos quais delineou ideias sobre como a vida poderia ter surgido na Terra. De acordo com essa teoria, a vida surgiu nas condições específicas da Terra antiga, e é considerada por Oparin como um resultado natural da evolução química dos compostos de carbono no Universo.
Segundo Oparin, o processo que levou ao surgimento da vida na Terra pode ser dividido em três etapas:
O surgimento da matéria orgânica.
A formação de biopolímeros (proteínas, ácidos nucléicos, polissacarídeos, lipídios, etc.) a partir de substâncias orgânicas mais simples.
O surgimento de organismos primitivos de auto-reprodução.
A teoria da evolução bioquímica tem o maior número de adeptos entre os cientistas modernos. A Terra surgiu há cerca de cinco bilhões de anos; Inicialmente, a temperatura de sua superfície era muito alta (até vários milhares de graus). À medida que esfriava, formou-se uma superfície sólida (a crosta terrestre - a litosfera).
A atmosfera, que originalmente consistia em gases leves (hidrogênio, hélio), não pôde ser efetivamente retida pela Terra insuficientemente densa, e esses gases foram substituídos por gases mais pesados: vapor d'água, dióxido de carbono, amônia e metano. Quando a temperatura da Terra caiu abaixo de 100 graus Celsius, o vapor de água começou a se condensar, formando os oceanos do mundo. Neste momento, de acordo com as ideias de A.I. Oparin, ocorreu uma síntese abiogênica, ou seja, nos oceanos terrestres primários saturados com vários compostos químicos simples, “no caldo primário” sob a influência do calor vulcânico, descargas atmosféricas, radiação ultravioleta intensa e outros fatores ambientais, a síntese de compostos orgânicos mais complexos, e então começaram os biopolímeros. A formação de substâncias orgânicas foi facilitada pela ausência de organismos vivos - consumidores de matéria orgânica - e do principal agente oxidante - oxigênio. Moléculas de aminoácidos complexas combinadas aleatoriamente em peptídeos, que por sua vez criaram as proteínas originais. A partir dessas proteínas, as criaturas vivas primárias de tamanho microscópico foram sintetizadas.
O problema mais difícil na teoria moderna da evolução é a transformação de substâncias orgânicas complexas em organismos vivos simples. Oparin acreditava que o papel decisivo na transformação do inanimado em vivo pertence às proteínas. Aparentemente, moléculas de proteína, atraindo moléculas de água, formaram complexos hidrofílicos coloidais. Fusão adicional de tais complexos uns com os outros levou à separação de colóides do meio aquoso (coacervação). Na fronteira entre o coacervado (do latim Coacervus - coágulo, pilha) e o meio ambiente, as moléculas lipídicas se alinhavam - uma membrana celular primitiva. Supõe-se que os colóides poderiam trocar moléculas com o meio ambiente (um protótipo de nutrição heterotrófica) e acumular certas substâncias. Outro tipo de molécula forneceu a capacidade de se reproduzir. O sistema de visões de A.I. Oparin foi chamado de "hipótese coacervado".
A hipótese de Oparin foi apenas o primeiro passo no desenvolvimento de ideias bioquímicas sobre a origem da vida. O próximo passo foram os experimentos de L.S. Miller, que em 1953 mostrou como aminoácidos e outras moléculas orgânicas podem ser formadas a partir de componentes inorgânicos da atmosfera primária da Terra sob a influência de descargas elétricas e radiação ultravioleta.
Acadêmico da Academia Russa de Ciências V.N. Parmon e vários outros cientistas sugerem vários modelos para explicar como os processos autocatalíticos podem ocorrer em um meio saturado com moléculas orgânicas, replicando algumas dessas moléculas. Algumas moléculas se replicam com mais sucesso do que outras. Isso inicia o processo de evolução química, que precede a evolução biológica.
Hoje, a hipótese do mundo do RNA prevalece entre os biólogos, afirmando que entre a evolução química, na qual as moléculas individuais se multiplicaram e competiram, e uma vida plena baseada no modelo DNA-RNA-proteína, houve um estágio intermediário em que as moléculas individuais se multiplicaram e competiam entre si.Moléculas de RNA. Já existem estudos mostrando que algumas moléculas de RNA possuem propriedades autocatalíticas e podem se reproduzir sem o envolvimento de moléculas proteicas complexas.
A ciência moderna ainda está longe de uma explicação exaustiva de como a matéria especificamente inorgânica atingiu um alto nível de organização, característico dos processos da vida. No entanto, é claro que este foi um processo de várias etapas, durante o qual o nível de organização da matéria aumentou passo a passo. Restaurar os mecanismos específicos dessa complicação gradual é a tarefa da pesquisa científica futura. Esta pesquisa segue duas áreas principais:
De cima para baixo: análise de objetos biológicos e estudo de possíveis mecanismos para a formação de seus elementos individuais;
De baixo para cima: a complicação da "química" - o estudo de compostos químicos cada vez mais complexos.
Até agora, não foi possível alcançar uma combinação completa dessas duas abordagens. No entanto, os bioengenheiros já conseguiram "de acordo com os projetos", ou seja, de acordo com o código genético conhecido e a estrutura da casca da proteína, montar o organismo vivo mais simples - o vírus - a partir das moléculas biológicas mais simples. Assim, ficou provado que a influência sobrenatural não é necessária para criar um organismo vivo a partir de matéria inanimada. Portanto, é necessário apenas responder à questão de como esse processo poderia ocorrer sem a participação humana, no ambiente natural.
Há uma objeção "estatística" generalizada ao mecanismo abiogênico da origem da vida. Por exemplo, em 1996, o bioquímico alemão Schram calculou que a probabilidade de uma combinação aleatória de 6.000 nucleotídeos no vírus RNA do mosaico do tabaco: 1 chance em 102.000. Esta é uma probabilidade extremamente baixa, o que indica a impossibilidade completa de formação aleatória de tais RNA. Na verdade, porém, essa objeção é construída incorretamente. Ele procede da suposição de que a molécula de RNA viral deve ser formada "do zero" a partir de aminoácidos díspares. No caso de complicação gradual de sistemas químicos e bioquímicos, a probabilidade é calculada de uma maneira completamente diferente. Além disso, não há necessidade de obter apenas esse vírus, e não outro. Levando em conta essas objeções, verifica-se que as estimativas da probabilidade da síntese do surgimento do RNA viral são subestimadas ao ponto de completa inadequação e não podem ser consideradas uma objeção convincente à teoria abiogênica da origem da vida.
2.2 Alexander Ivanovich Oparin e sua teoria da origem da vida
A partir do início de 1935, o Instituto de Bioquímica da Academia de Ciências da URSS iniciou seus trabalhos, fundado por Oparin juntamente com A.N. Bach. Desde a fundação do Instituto, Oparin dirigiu o Laboratório de Enzimologia, que no futuro foi transformado em laboratório de bioquímica evolutiva e estruturas subcelulares. Até 1946 foi vice-diretor, após a morte de A.N. Bach é o diretor deste instituto.
Em 3 de maio de 1924, em uma reunião da Sociedade Botânica Russa, ele apresentou um relatório “Sobre a Origem da Vida”, no qual propunha uma teoria da origem da vida a partir de um caldo de substâncias orgânicas. Em meados do século 20, substâncias orgânicas complexas foram obtidas experimentalmente pela passagem de cargas elétricas através de uma mistura de gases e vapores, o que hipoteticamente coincide com a composição da atmosfera da Terra antiga. Como procélulas, Oparin considerou coacervados - estruturas orgânicas cercadas por membranas gordurosas.
Após a morte em 1951 S.I. Vavilova A.I. Oparin tornou-se o segundo presidente do conselho da All-Union Educational Society "Knowledge". Permaneceu neste cargo até 1956, quando M.B. Mitina.
Em 1970, foi organizada a Sociedade Internacional para o Estudo da Origem da Vida, cujo primeiro presidente e depois presidente honorário foi Oparin. O Comitê Executivo da ISSOL em 1977 estabeleceu a Medalha de Ouro em homenagem a A.I. Oparin (Medalha Eng. Oparin), atribuído à investigação experimental mais importante nesta área.
2.3 As origens da evolução química "Sopa primária"
Apesar de algumas lacunas em nosso conhecimento sobre o primeiro estágio da origem da vida, somos capazes de tirar conclusões bastante definidas. Afinal, sabemos que a síntese de compostos contendo até 24 átomos de carbono e nitrogênio é possível dentro do sistema solar. Talvez, a síntese de compostos mais complexos, incluindo polímeros, também seja possível, embora não existam dados sobre a existência de polímeros com sequência ordenada. Isso é tudo o que podemos dizer sobre a composição do meio conhecido como "caldo primordial".
Com o acúmulo de novas informações, torna-se cada vez mais óbvio que os produtos da síntese primária a partir de moléculas de híbridos simples serão necessariamente formados em condições apropriadas. Essas condições podem ser extremamente diversas e, portanto, as sínteses consideradas não estão associadas a nenhum tempo e lugar estritamente definidos.
Fatos, experimentos e observações indicam a possibilidade de sintetizar compostos químicos bastante complexos na vizinhança de qualquer estrela, desde que haja uma quantidade suficiente de "matérias-primas" - poeira e gases. Assim, o primeiro estágio não é tanto o surgimento da vida, mas a preparação para ela. Tudo começa com materiais formados por processos astrofísicos normais; outras transformações são realizadas em total conformidade com as leis da química, sem envolver quaisquer novos princípios. Ao mesmo tempo, já nesta fase, há uma certa seleção preliminar desses tipos de compostos que serão usados posteriormente para construir seres vivos. Consequentemente, como os processos que ocorrem neste primeiro estágio afetam todo o curso subsequente da biossíntese, eles próprios dependem das condições específicas existentes nos planetas. É por isso que a Terra - o único planeta do sistema solar que tem oceanos em sua superfície - acabou sendo ao mesmo tempo o único planeta com vida desenvolvida.
2.4 Fases da origem da vida
Estágio 1. Este estágio corresponde à crescente complexidade das moléculas e sistemas moleculares que estavam destinados a eventualmente serem incluídos nos sistemas vivos. No primeiro estágio, ocorreu a formação de moléculas de pré-organismos a partir de híbridos de carbono, nitrogênio e oxigênio (ou seja, de metano, amônia e água). Esses gases são encontrados em forma molecular no espaço sideral (nas partes mais frias do universo) mesmo agora. Parece óbvio que a primeira etapa poderia ocorrer em muitos lugares - dos quais conhecemos com certeza apenas a Terra e os meteoritos de origem asteróide. Esse local também pode ser uma nuvem de campo primária. Também acabou sendo possível simular esses processos em laboratório, o que foi feito por Miller e seus seguidores. Nesses experimentos foram obtidas as moléculas biológicas mais importantes: algumas bases orgânicas (por exemplo, adeína), que fazem parte das proteínas; alguns açúcares, notadamente a rabose e seus fosfatos e, finalmente, alguns compostos nitrogenados mais complexos, como as porfirinas, que são constituintes importantes de enzimas oxidativas e transportadores de energia.
Etapa 2. Na segunda etapa, os polímeros foram formados a partir dos componentes da “sopa primordial” de Oparan, que consistia principalmente das moléculas já mencionadas, bem como de moléculas mais complexas, combinando monômeros ou submoléculas semelhantes ou idênticas de forma linear pedido. Em algum estágio crucial na evolução desses polímeros, que parecem ser análogos mais simples dos ácidos nucléicos e proteínas atuais, o mecanismo de reprodução e replicação estritas, que muitos biólogos consideram uma característica importante da própria vida, deve ter surgido. Até agora, só podemos reconstruir logicamente os processos que poderiam levar a isso nas condições que aparentemente existiam na Terra naquela época, ou seja, na presença de água livre, bem como moléculas de gás e íons metálicos em solução. É difícil imaginar que tudo isso possa ocorrer em corpos celestes anidros como a Lua, e ainda mais em meteoritos de origem asteróide, contendo água apenas em estado ligado - na forma de hidratos ou gelo.
SEÇÃO 3. A NECESSIDADE DE PESQUISA SOBRE A ORIGEM DA VIDA
O principal motivo prático para estudar a origem da vida é que sem ela não seremos capazes de compreender a vida moderna e, portanto, não seremos capazes de controlá-la. É preciso estudar a emergência da vida para compreender sua essência, suas possibilidades e limitações, e só então para desenvolver a primeira e superar a segunda. Em um sentido mais amplo, o estudo da origem da vida é mais uma tentativa de encontrar o sentido da vida. Desde os tempos antigos, o sentido da vida era visto em uma variedade de coisas, mas com o tempo, a falsidade de vários caminhos do sentido da vida, seu fracasso final, tornou-se cada vez mais clara. Até a Idade Média e até mais tarde, o propósito da vida no sistema geral da ordem mundial era considerado conhecido. Diferentes pessoas em diferentes civilizações resolveram essa questão de maneiras diferentes, mas essas soluções eram tão semelhantes que podem ser consideradas variantes da mesma resposta - a resposta mais simples era que a vida faz sentido nos planos de um Deus onisciente e onipotente. A vontade do Senhor deve ser cumprida e, se às vezes é difícil entender em que consiste, várias interpretações são permitidas. Mas de todas essas respostas, apenas uma pode estar correta. E qual é esta resposta - é dada a conhecer não a todos, mas apenas aos verdadeiros crentes.
A revolução científica que começou no século 17 gradualmente minou os fundamentos da fé. Mas mesmo nas mentes daqueles que, de uma forma ou de outra, com suas descobertas e insights intelectuais destruíram a fortaleza da fé (às vezes completamente inconscientemente), a fé ainda existia. Paradoxalmente, quanto mais poderoso o ataque, mais as mentes das pessoas se apegaram a essa crença. Daí a resistência a outros pesquisadores, que, naturalmente, tiveram que acabar com as visões religiosas sobre o Universo. Embora a resistência a novas ideias tenha deixado de ser tão feroz quanto nos dias de Copérnico e até de Darwin, ela ainda existe. No entanto, o pouco que se sabe sobre a possível origem da vida é suficiente para abalar os fundamentos da fé muito mais profundamente do que qualquer outra descoberta no passado foi capaz de fazer. A estrutura do Universo como um todo e os processos que ocorrem nele começam a ficar claros para nós, mesmo que apenas em linhas gerais, e depois disso nada pode permanecer inalterado.
A necessidade de mitos explicando a origem e o destino do homem surgiu no alvorecer da história, e muitos desses mitos são conhecidos desde os tempos antigos, mas ainda não apareceu nada que satisfaça igualmente a mente e o coração. Por um lado, a fé foi chamada para corrigir a imperfeição da mente humana e suas observações e, por outro, o que era considerado uma imagem científica do Universo começou a parecer sem sentido, seco e insatisfatório. Agora, finalmente, começamos a ver o sentido desejado, e isso não se deve à criação de uma "filosofia reconfortante", mas praticamente à redução dos encargos da vida e ao aumento das capacidades humanas.
SEÇÃO 4. VISÕES MODERNAS SOBRE A ORIGEM DA VIDA NA TERRA
A teoria da I.A. A oparina e outras hipóteses semelhantes têm uma desvantagem significativa: não há um único fato que confirme a possibilidade de síntese abiogênica na Terra de pelo menos o organismo vivo mais simples a partir de compostos sem vida. Milhares de tentativas de tal síntese foram feitas em vários laboratórios ao redor do mundo. Por exemplo, o cientista americano S. Miller, baseado em suposições sobre a composição da atmosfera primária da Terra, passou descargas elétricas através de uma mistura de metano, amônia, hidrogênio e vapor de água em um dispositivo especial. Ele conseguiu obter moléculas de aminoácidos - aqueles "blocos de construção" básicos que compõem a base da vida - proteínas. Esses experimentos foram repetidos muitas vezes, alguns dos cientistas conseguiram obter cadeias bastante longas de peptídeos (proteínas simples). Apenas! Ninguém teve a sorte de sintetizar nem mesmo o mais simples organismo vivo. Hoje em dia o princípio de Redi é popular entre os cientistas: "Os vivos - somente dos vivos".
Mas suponha que tais tentativas um dia sejam coroadas de sucesso. O que essa experiência provará? Só que para a síntese da vida são necessários a mente humana, a ciência avançada complexa e a tecnologia moderna. Nada disso existia na Terra original. Além disso, a síntese de compostos orgânicos complexos a partir de compostos simples contraria a segunda lei da termodinâmica, que proíbe a transição de sistemas materiais de um estado de maior probabilidade para um estado de menor probabilidade, e o desenvolvimento de compostos orgânicos simples para complexos. de bactérias para humanos, ocorreu nessa direção. Aqui não observamos nada além do processo criativo. A segunda lei da termodinâmica é uma lei imutável, a única lei que nunca foi questionada, violada ou refutada. Portanto, a ordem (informação do gene) não pode surgir espontaneamente da desordem dos processos aleatórios, o que é confirmado pela teoria da probabilidade.
Recentemente, a pesquisa matemática desferiu um golpe esmagador na hipótese da síntese abiogênica. Os matemáticos calcularam que a probabilidade de geração espontânea de um organismo vivo a partir de blocos sem vida é quase zero. Assim, L. Blumenfeld provou que a probabilidade de formação aleatória de pelo menos uma molécula de DNA (ácido desoxirribonucleico - um dos componentes mais importantes do código genético) durante toda a existência da Terra é de 1/10.800. pense na pequena quantidade insignificante desse número! De fato, em seu denominador há uma figura, onde depois de um há uma série de 800 zeros, e esse número é um número incrível de vezes maior que o número total de todos os átomos do Universo. O astrofísico americano moderno C. Wickramasinghe expressou figurativamente a impossibilidade da síntese abiogênica: surgem de seus componentes”.
Contradizem a teoria da síntese abiogênica e os dados geológicos. Por mais que penetremos nas profundezas da história geológica, não encontramos vestígios da "era azóica", ou seja, o período em que não existia vida na Terra.
Agora paleontólogos em rochas cuja idade chega a 3,8 bilhões de anos, ou seja, perto da época da formação da Terra (4-4,5 bilhões de anos atrás, segundo estimativas recentes), encontraram fósseis de criaturas bastante complexas - bactérias, azul -algas verdes, fungos simples. V. Vernadsky tinha certeza de que a vida é geologicamente eterna, ou seja, não houve época na história geológica em que nosso planeta não tivesse vida. "O problema da abiogênese (geração espontânea de organismos vivos)", escreveu o cientista em 1938, "continua infrutífero e paralisa o trabalho científico realmente atrasado".
Agora, a forma de vida está extremamente ligada à hidrosfera. Isso é evidenciado pelo menos pelo fato de que a água é a parte principal da massa de qualquer organismo terrestre (uma pessoa, por exemplo, consiste em mais de 70% de água e organismos como águas-vivas - 97-98%). É óbvio que a vida na Terra só se formou quando a hidrosfera apareceu nela, e isso, segundo informações geológicas, aconteceu quase desde o início da existência do nosso planeta. Muitas das propriedades dos organismos vivos se devem precisamente às propriedades da água, enquanto a própria água é um composto fenomenal. Assim, de acordo com P. Privalov, a água é um sistema cooperativo em que qualquer ação é distribuída de forma "relay", ou seja, há uma "ação distante".
Alguns cientistas acreditam que toda a hidrosfera da Terra, em essência, é uma "molécula" gigante de água. Foi estabelecido que a água pode ser ativada por campos eletromagnéticos naturais de origem terrestre e cósmica (em particular, artificiais). A recente descoberta por cientistas franceses da "memória da água" foi extremamente interessante. Talvez o fato de a biosfera da Terra ser um único superorganismo se deva a essas propriedades da água? Afinal, os organismos são partes constituintes, “gotas” dessa supermolécula de água terrestre.
Embora ainda conheçamos apenas a vida proteína-nucléico-aquática terrestre, isso não significa que suas outras formas não possam existir no Cosmos sem limites. Alguns cientistas, em particular os americanos, G. Feinberg e R. Shapiro, modelam essas variantes hipoteticamente possíveis:
Plasmóides - vida em atmosferas estelares devido a forças magnéticas associadas a grupos de descargas elétricas móveis;
Radiobes - vida em nuvens interestelares baseada em agregados de átomos que estão em diferentes estados de excitação;
Lavobs são formas de vida baseadas em silício que podem existir em lagos de lava derretida em planetas muito quentes;
Hidrogênio - vida que pode existir em baixas temperaturas em planetas cobertos com "reservatórios" de metano líquido, e extrair energia da conversão de ortohidrogênio em parahidrogênio;
Os termófagos são uma espécie de vida cósmica que extrai energia do gradiente de temperatura na atmosfera ou nos oceanos dos planetas.
Claro, essas formas de vida exóticas até agora existem apenas na imaginação de cientistas e escritores de ficção científica. No entanto, a possibilidade da existência real de alguns deles, em particular plasmóides, não está descartada. Existem algumas razões para acreditar que na Terra, paralelamente à "nossa" forma de vida, existe outro tipo dela, semelhante aos plasmóides mencionados. Estes incluem alguns tipos de OVNIs (objetos voadores não identificados), formações semelhantes a relâmpagos esféricos, bem como invisíveis aos olhos, mas fixados por filme fotográfico colorido, “coágulos” de energia voando na atmosfera, que em alguns casos apresentaram comportamento razoável.
Assim, agora há razão para afirmar que a vida na Terra surgiu desde o início de sua existência e surgiu, de acordo com C. Wickramasinghe, “de um sistema vivo galáctico geral penetrante”.
CONCLUSÃO
Temos o direito lógico de reconhecer a diferença fundamental entre os vivos e os não vivos? Existem fatos na natureza ao nosso redor que nos convencem de que a vida existe para sempre e tem tão pouco em comum com a natureza inanimada que sob nenhuma circunstância poderia se formar, se destacar dela? Podemos reconhecer organismos como formações completamente, fundamentalmente diferentes do resto do mundo?
A biologia do século 20 aprofundou a compreensão das características essenciais dos seres vivos, revelando os fundamentos moleculares da vida. No centro da imagem biológica moderna do mundo está a ideia de que o mundo vivo é um sistema grandioso de sistemas altamente organizados.
Sem dúvida, novos conhecimentos serão incluídos nos modelos de origem da vida, e serão cada vez mais justificados. Mas quanto mais qualitativamente o novo difere do antigo, mais difícil é explicar sua origem.
É preciso estudar a emergência da vida para compreender sua essência, suas possibilidades e limitações, e só então para desenvolver a primeira e superar a segunda.
A vida é um dos fenômenos naturais mais complexos. Desde os tempos antigos, tem sido percebido como misterioso e incognoscível - é por isso que sempre houve uma luta acirrada entre materialistas e idealistas em relação às questões de sua origem. Alguns adeptos de visões idealistas consideram a vida como um começo espiritual e não material que surgiu como resultado da criação divina. Os materialistas, ao contrário, acreditam que a vida na Terra surgiu da matéria inanimada por geração espontânea (abiogênese) ou foi trazida de outros mundos, ou seja, é um produto de outros organismos vivos (biogênese).
De acordo com os conceitos científicos modernos, a vida é o processo de existência de sistemas complexos constituídos por grandes moléculas orgânicas e substâncias inorgânicas e capazes de se auto-reproduzir, auto-desenvolver-se e manter sua existência como resultado da troca de energia e matéria com o meio Ambiente. Assim, a ciência biológica se posiciona em posições materialistas.
Ao mesmo tempo, a questão da origem da vida ainda não foi definitivamente resolvida.
LITERATURA
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Existe uma hipótese sobre a possível introdução de bactérias, micróbios e outros organismos minúsculos através da introdução de corpos celestes. Os organismos evoluíram e, como resultado de transformações de longo prazo, a vida gradualmente apareceu na Terra. A hipótese considera organismos que podem funcionar mesmo em um ambiente anóxico e em temperaturas anormalmente altas ou baixas.
Isso se deve à presença de bactérias migrantes em asteroides e meteoritos, que são fragmentos de colisões de planetas ou outros corpos. Devido à presença de uma casca externa resistente ao desgaste, bem como devido à capacidade de retardar todos os processos da vida (às vezes se transformando em esporo), esse tipo de vida é capaz de se mover por muito tempo e por muito tempo distâncias.
Ao entrar em condições mais hospitaleiras, os “viajantes intergalácticos” ativam as principais funções de suporte à vida. E sem perceber, eles formam, com o tempo, a vida na Terra.
O fato da existência de substâncias sintéticas e orgânicas hoje é inegável. Além disso, no século XIX, o cientista alemão Friedrich Wöhler sintetizou matéria orgânica (ureia) a partir de matéria inorgânica (cianato de amônio). Em seguida, os hidrocarbonetos foram sintetizados. Assim, a vida no planeta Terra provavelmente se originou por síntese de material inorgânico. Através da abiogênese, teorias da origem da vida são apresentadas.
Uma vez que o principal papel na estrutura de qualquer organismo orgânico é desempenhado por aminoácidos. Seria lógico supor que eles estivessem envolvidos no assentamento da Terra com vida. Com base nos dados obtidos no experimento de Stanley Miller e Harold Urey (a formação de aminoácidos pela passagem de uma carga elétrica através de gases), podemos falar sobre a possibilidade de formação de aminoácidos. Afinal, os aminoácidos são os blocos de construção com os quais os sistemas complexos do corpo e de qualquer vida, respectivamente, são construídos.
Hipótese cosmogônica
Provavelmente a interpretação mais popular de todas, que todo estudante conhece. A Teoria do Big Bang tem sido e continua sendo um tema quente de discussão. O Big Bang surgiu de um ponto singular de acumulação de energia, pelo qual o Universo se expandiu significativamente. Corpos cósmicos foram formados. Apesar de toda a consistência, a Teoria do Big Bang não explica a formação do universo em si. Na verdade, nenhuma hipótese existente pode explicá-lo.
Simbiose de organelas de organismos nucleares
Essa versão da origem da vida na Terra também é chamada de endossimbiose. As disposições claras do sistema foram elaboradas pelo botânico e zoólogo russo K. S. Merezhkovsky. A essência deste conceito reside na coabitação mutuamente benéfica da organela com a célula. O que, por sua vez, sugere endossimbiose, como uma simbiose benéfica para ambas as partes com a formação de células eucarióticas (células nas quais está presente um núcleo). Então, com a ajuda da transferência de informações genéticas entre bactérias, foi realizado seu desenvolvimento e aumento populacional. De acordo com esta versão, todo o desenvolvimento posterior da vida e das formas de vida se deve ao ancestral anterior das espécies modernas.
Geração espontânea
Esse tipo de afirmação, no século XIX, não poderia ser tomada sem uma parcela de ceticismo. O súbito aparecimento de espécies, ou seja, a formação de vida a partir de coisas não vivas, parecia uma fantasia para as pessoas daquela época. Ao mesmo tempo, a heterogênese (o método de reprodução, pelo qual nascem indivíduos muito diferentes dos pais) foi reconhecida como uma explicação razoável da vida. Um exemplo simples seria a formação de um sistema complexo viável a partir de substâncias em decomposição.
Por exemplo, no mesmo Egito, os hieróglifos egípcios relatam o aparecimento de uma vida diversa de água, areia, restos de plantas em decomposição e podres. Esta notícia não teria surpreendido os antigos filósofos gregos. Ali, a crença sobre a origem da vida a partir do inanimado era percebida como um fato que não exigia comprovação. O grande filósofo grego Aristóteles falou da verdade visível desta forma: “os pulgões são formados a partir de comida podre, o crocodilo é o resultado de processos em troncos podres debaixo d'água”. Misteriosamente, mas apesar de todo tipo de perseguição da Igreja, a convicção sob o seio do mistério viveu por um século.
Os debates sobre a vida na Terra não podem durar para sempre. É por isso que, no final do século XIX, o microbiologista e químico francês Louis Pasteur realizou suas análises. Sua pesquisa era estritamente científica. O experimento foi realizado em 1860-1862. Graças à remoção de disputas de um estado sonolento, Pasteur conseguiu resolver o problema da geração espontânea da vida. (Pelo qual recebeu o prêmio da Academia Francesa de Ciências)
Criação da existência a partir de argila comum
Parece loucura, mas na realidade esse tema tem direito à vida. Afinal, não é em vão que o cientista escocês A.J. Cairns-Smith apresentou uma teoria da proteína sobre a vida. Fortemente formando a base de estudos semelhantes, ele falou sobre a interação em nível molecular entre os constituintes orgânicos e a argila simples... formação de uma vida sustentável. De uma forma tão única e original, Kearns-Smith explicou sua posição. Cristais de argila, com inclusões biológicas, deram origem à vida juntos, após o que sua “cooperação” terminou.
Teoria das catástrofes permanentes
De acordo com o conceito desenvolvido por Georges Cuvier, o mundo que você pode ver agora não é nada primário. E o que ele é, então é apenas mais um elo em uma corrente consistentemente rasgada. Isso significa que vivemos em um mundo que acabará por sofrer uma extinção em massa da vida. Ao mesmo tempo, nem tudo na Terra foi submetido à destruição global (por exemplo, houve uma inundação). Algumas espécies, no curso de sua adaptabilidade, sobreviveram, povoando assim a Terra. A estrutura das espécies e da vida, de acordo com Georges Cuvier, permaneceu inalterada.
A matéria como realidade objetiva
O tema principal do ensino são várias esferas e áreas que aproximam a compreensão da evolução do ponto de vista das ciências exatas. (o materialismo é uma visão de mundo na filosofia que revela todas as circunstâncias causais, fenômenos e fatores da realidade. As leis são aplicáveis ao homem, à sociedade, à Terra). A teoria foi apresentada por conhecidos adeptos do materialismo, que acreditam que a vida na Terra se originou de transformações no nível da química. Além disso, eles ocorreram há quase 4 bilhões de anos. A explicação da vida está diretamente relacionada ao DNA, (ácido desoxirribonucleico) RNA (ácido ribonucleico), bem como a alguns HMCs (compostos de alto peso molecular, neste caso proteínas).
O conceito foi formado por meio de pesquisas científicas, revelando a essência da biologia molecular e genética, a genética. As fontes são confiáveis, especialmente devido à sua juventude. Afinal, os estudos da hipótese sobre o mundo do RNA começaram a ser realizados no final do século XX. Uma enorme contribuição para a teoria foi feita por Carl Richard Woese.
Ensinamentos de Charles Darwin
Falando sobre a origem das espécies, é impossível não mencionar uma pessoa verdadeiramente brilhante como Charles Darwin. O trabalho de sua vida, a seleção natural, lançou as bases para movimentos ateus de massa. Por outro lado, deu um impulso sem precedentes à ciência, um terreno inesgotável para pesquisa e experimentação. A essência da doutrina era a sobrevivência das espécies ao longo da história, adaptando os organismos às condições locais, a formação de novas características que auxiliassem em um ambiente competitivo.
A evolução refere-se a alguns processos destinados a mudar a vida de um organismo e o próprio organismo ao longo do tempo. Sob traços hereditários, eles significam a transferência de informações comportamentais, genéticas ou de outro tipo (transmissão de mãe para filho).
As principais forças do movimento da evolução, segundo Darwin, é a luta pelo direito de existir, por meio da seleção e variabilidade das espécies. Sob a influência das ideias darwinianas, no início do século XX, a pesquisa foi realizada ativamente em termos de ecologia, além de genética. O ensino da zoologia mudou radicalmente.
Criação de Deus
Muitas pessoas de todo o mundo ainda professam fé em Deus. O criacionismo é uma interpretação da formação da vida na Terra. A interpretação consiste em um sistema de afirmações baseado na Bíblia e considera a vida como um ser criado por um deus criador. Os dados são retirados do "Antigo Testamento", "Evangelho" e outros escritos sagrados.
As interpretações da criação da vida em diferentes religiões são um tanto semelhantes. Segundo a Bíblia, a terra foi criada em sete dias. O céu, o corpo celeste, a água e afins foram criados em cinco dias. No sexto dia, Deus criou Adão do barro. Vendo um homem entediado e solitário, Deus decidiu criar outro milagre. Tomando a costela de Adão, ele criou Eva. O sétimo dia foi reconhecido como um dia de folga.
Adão e Eva viveram sem problemas, até que o malévolo diabo na forma de uma cobra decidiu tentar Eva. Afinal, no meio do paraíso estava a árvore do conhecimento do bem e do mal. A primeira mãe convidou Adão para compartilhar a refeição, violando assim a palavra dada a Deus (ele proibiu tocar nos frutos proibidos).
As primeiras pessoas são expulsas para o nosso mundo, iniciando assim a história de toda a humanidade e da vida na Terra.
Você conhece a origem da vida?
3. Qual é o princípio básico do método científico?
O problema da origem da vida em nosso planeta é um dos centrais da ciência natural moderna. Desde os tempos antigos, as pessoas tentam encontrar a resposta para essa pergunta.
Criacionismo (lat, sgeatio - criação).
Em diferentes épocas, diferentes povos tiveram suas próprias ideias sobre a origem da vida. Eles estão refletidos nos livros sagrados de várias religiões, que explicam o surgimento da vida como um ato do Criador (a vontade de Deus). A hipótese da origem divina dos seres vivos só pode ser aceita pela fé, pois não pode ser verificada ou refutada experimentalmente. Portanto, não pode ser considerado científico pontos de vista.
A hipótese da origem espontânea da vida.
Desde os tempos antigos até meados do século XVII. os cientistas não duvidavam da possibilidade de geração espontânea de vida. Acreditava-se que os seres vivos podem aparecer a partir de matéria inanimada, por exemplo, peixes - de lodo, vermes - do solo, camundongos - de trapos, moscas - de carne podre, e também que algumas formas podem dar origem a outras, por exemplo, os animais podem se formar a partir de frutas (ver, p. 343).
Assim, o grande Aristóteles, estudando enguias, descobriu que entre elas não há indivíduos com caviar ou leite. Com base nisso, ele sugeriu que as enguias nascem de "salsichas" de lodo, formadas a partir da fricção de um peixe adulto contra o fundo.
O primeiro golpe no conceito de geração espontânea veio dos experimentos da cientista italiana Francesca Redi, que em 1668 provou a impossibilidade de geração espontânea de moscas em carne podre.
Apesar disso, as ideias de geração espontânea de vida persistiram até meados do século XIX. Somente em 1862 o cientista francês Louis Pasteur finalmente refutou a hipótese da geração espontânea da vida.
As obras do Mestre tornaram possível afirmar que o princípio "Todas as coisas vivas - de coisas vivas" é verdadeiro para todos os conhecidos organismos em nosso planeta, mas não resolveram a questão da origem da vida.
Hipótese da panspermia.
A prova da impossibilidade de geração espontânea de vida deu origem a outro problema. Se outro organismo vivo é necessário para o surgimento de um organismo vivo, então de onde veio o primeiro organismo vivo? Isso impulsionou o surgimento da hipótese da panspermia, que teve e tem muitos adeptos, inclusive entre cientistas proeminentes, que acreditam que pela primeira vez a vida não se originou na Terra, mas de alguma forma foi introduzida em nosso planeta.
No entanto, a hipótese da panspermia apenas tenta explicar o surgimento da vida na Terra. Não responde à questão de como a vida começou.
A negação do fato da geração espontânea da vida na atualidade não contradiz as ideias sobre a possibilidade fundamental do desenvolvimento da vida no passado a partir da matéria inorgânica.
A hipótese da evolução bioquímica.
Na década de 1920, o cientista russo A. I. Oparin e o inglês J. Haldane apresentaram uma hipótese sobre a origem da vida no processo de bioquímica evolução compostos de carbono, que formaram a base das idéias modernas.
Em 1924, AI Oparin publicou as principais disposições de sua hipótese sobre a origem da vida na Terra. Ele partiu do fato de que nas condições modernas o surgimento de seres vivos da natureza inanimada é impossível. Abiogênico (ou seja, sem a participação de organismos vivos) o surgimento de matéria viva só foi possível nas condições da atmosfera antiga e na ausência de organismos vivos.
Segundo A. I. Oparin, na atmosfera primária do planeta, saturada de vários gases, com poderosas descargas elétricas, bem como sob a influência da radiação ultravioleta (não havia oxigênio na atmosfera e, portanto, não havia tela protetora de ozônio , a atmosfera estava se reduzindo) e poderiam ser formados compostos orgânicos de alta radiação que se acumulavam no oceano, formando uma "sopa primordial".
Sabe-se que em soluções concentradas de substâncias orgânicas (proteínas, ácidos nucléicos, lipídios) sob certas condições, coágulos chamados gotas de coacervado, ou coacervados, podem se formar. Os coacervados não se decompõem em atmosfera redutora. A partir da solução, eles receberam produtos químicos, sintetizaram novos compostos, como resultado, cresceram e se tornaram mais complexos.
Os coacervados já se assemelhavam aos organismos vivos, mas ainda não o eram, pois não possuíam uma estrutura interna ordenada inerente aos organismos vivos e não eram capazes de se reproduzir. Coacervados de proteínas foram considerados por A.I., Oparin como probiontes - os precursores de um organismo vivo. Ele assumiu que, em um certo estágio, os probiontes proteicos incluíam ácidos nucleicos, criando complexos únicos.
A interação de proteínas e ácidos nucléicos levou ao surgimento de propriedades vivas como a auto-reprodução, a preservação da informação hereditária e sua transmissão para as gerações subsequentes.
Os probiontes, nos quais o metabolismo foi combinado com a capacidade de se reproduzir, já podem ser considerados como procélulas primitivas.
Em 1929, o cientista inglês J. Haldane também apresentou a hipótese da origem abiogênica da vida, mas segundo seus pontos de vista, o primário não era um sistema coarcervado capaz de trocar substâncias com o meio ambiente, mas um sistema macromolecular capaz de reprodução. Em outras palavras, A. I. Oparin deu prioridade às proteínas e J. Haldane - aos ácidos nucleicos.
A hipótese Oparin-Holdein ganhou muitos adeptos, pois recebeu confirmação experimental da possibilidade de síntese abiogênica de biopolímeros orgânicos.
Em 1953, o cientista americano Stanley Miller, na instalação que criou (Fig. 141), simulou as condições que presumivelmente existiam na atmosfera primária da Terra. Como resultado dos experimentos, foram obtidos aminoácidos. Experimentos semelhantes foram repetidos muitas vezes em vários laboratórios e permitiram comprovar a possibilidade fundamental de sintetizar praticamente todos os monômeros dos principais biopolímeros sob tais condições. Posteriormente, verificou-se que, sob certas condições, é possível sintetizar biopolímeros orgânicos mais complexos a partir de monômeros: polipeptídeos, polinucleotídeos, polissacarídeos e lipídios.
Mas a hipótese de Oparin-Haldane também tem um lado fraco, que é apontado por seus oponentes. No quadro dessa hipótese, não é possível explicar o problema principal: como ocorreu o salto qualitativo do inanimado para o vivo. De fato, para a auto-reprodução de ácidos nucléicos, são necessárias proteínas enzimáticas e, para a síntese de proteínas, ácidos nucléicos.
Criacionismo. Geração espontânea. Hipótese da panspermia. A hipótese da evolução bioquímica. Coacervados. Probiontes.
1. Por que a noção da origem divina da vida não pode ser confirmada nem refutada?
2. Quais são as principais disposições da hipótese Oparin-Haldane?
3. Que evidência experimental pode ser dada em favor desta hipótese?
4. Qual é a diferença entre a hipótese de A. I. Oparin e a hipótese de J. Haldane?
5. Que argumentos os oponentes apresentam ao criticar a hipótese de Oparin-Haldane?
Dê possíveis argumentos "a favor" e "contra" a hipótese de panspermia.
Ch. Darwin escreveu em 1871: “Mas agora ... em algum reservatório quente contendo todos os sais de amônio e fósforo necessários e acessível à luz, calor, eletricidade, etc., uma proteína capaz de transformações cada vez mais complexas, então essa substância seria imediatamente destruída ou absorvida, o que era impossível no período anterior ao surgimento dos seres vivos.
Confirme ou refute esta afirmação de Charles Darwin.
Ao entender a essência da vida e sua origem na cultura da civilização humana, há muito tempo existem duas ideias - biogênese e abiogênese. A ideia de biogênese (a origem dos seres vivos a partir dos seres vivos) vem de antigas construções religiosas orientais, para as quais era comum a ideia da ausência do início e do fim dos fenômenos naturais. A realidade da vida eterna para essas culturas é logicamente aceitável, assim como a eternidade da matéria, o Cosmos.
Uma ideia alternativa - a abiogênese (a origem da vida a partir da não-vida) remonta a civilizações que existiam muito antes de nossa era nos vales dos rios Tigre e Eufrates. Esta área foi sujeita a inundações constantes, e não é de estranhar que tenha se tornado o berço do catastrofismo, que influenciou a civilização europeia através do judaísmo e do cristianismo. As catástrofes, por assim dizer, interrompem a conexão, a cadeia de gerações, sugerem sua criação, reaparecimento. A este respeito, a crença na geração espontânea periódica de um organismo sob a influência de causas naturais ou sobrenaturais foi difundida na cultura europeia.
Kamensky A. A., Kriksunov E. V., Pasechnik V. V. Biologia Grau 10
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