Originea vieții pe pământ

Problema originii vieții a căpătat acum un farmec irezistibil pentru întreaga omenire. Nu numai că atrage atenția oamenilor de știință din diferite țări și specialități, dar, în general, este de interes pentru toți oamenii din lume. Acum este general acceptat că apariția vieții pe Pământ a fost un proces natural, destul de susceptibil de cercetare științifică. Acest proces s-a bazat pe evoluția compușilor de carbon, care a avut loc în Univers cu mult înainte de apariția sistemului nostru solar și a continuat doar în timpul formării planetei Pământ - în timpul formării scoarței, hidrosferei și atmosferei sale.

De la începutul vieții, natura a fost în continuă dezvoltare. Procesul de evoluție se desfășoară de sute de milioane de ani, iar rezultatul său este o varietate de forme de viață, care în multe privințe nu au fost încă descrise și clasificate pe deplin.

Problema originii vieții este greu de studiat, deoarece atunci când știința abordează problemele dezvoltării ca pe crearea uneia noi calitativ, ea se află la limita capacităților sale ca ramură a culturii bazată pe dovezi și verificare experimentală a declarații.

Oamenii de știință de astăzi nu sunt capabili să reproducă procesul de origine a vieții cu aceeași acuratețe ca în urmă cu câteva miliarde de ani. Chiar și cel mai atent înscenat experiment va fi doar un model de experiment, lipsit de o serie de factori care au însoțit apariția vieții pe Pământ. Dificultatea constă în imposibilitatea efectuării unui experiment direct asupra apariției vieții (unicitatea acestui proces împiedică utilizarea metodei științifice principale).

Problema originii vieții este interesantă nu numai în sine, ci și datorită legăturii sale strânse cu problema diferenței dintre lucrurile vii și nevii, precum și cu legătura cu problema evoluției vieții.

Capitolul 1. Ce este viața? Diferența dintre viu și neviu.

Pentru a înțelege modelele de evoluție ale lumii organice de pe Pământ, este necesar să avem o înțelegere generală a evoluției și proprietăților de bază ale viețuitoarelor. Pentru a face acest lucru, este necesar să se caracterizeze ființele vii în ceea ce privește unele dintre trăsăturile lor și să evidențieze principalele niveluri de organizare a vieții.

Se credea cândva că lucrurile vii pot fi distinse de cele nevii prin proprietăți precum metabolismul, mobilitatea, iritabilitatea, creșterea, reproducerea și adaptabilitatea. Dar analiza a arătat că separat toate aceste proprietăți se găsesc și în natura neînsuflețită și, prin urmare, nu pot fi considerate drept proprietăți specifice ale vii. Într-una dintre ultimele și cele mai reușite încercări, viețuitoarele sunt caracterizate de următoarele trăsături formulate de B. M. Mednikov sub forma axiomelor biologiei teoretice:

Toate organismele vii se dovedesc a fi unitatea fenotipului a și programul de construcție a acestuia (genotip), care se moștenește din generație în generație (axiomele lui A. Weisman).

Programul genetic este format într-un mod matricial. Ca matrice pe care se construiește gena generației viitoare, se folosește gena generației precedente (axiomele lui N.K. Koltsov).

În procesul de transmitere din generație în generație, programele genetice, ca urmare a diverselor motive, se schimbă aleatoriu și nu direcționat și numai întâmplător astfel de schimbări pot avea succes într-un mediu dat (axioma I a lui Charles Darwin).

Modificările aleatorii ale programelor genetice în timpul formării fenotipului a sunt multiplicate de multe ori (axiomele a de N.V. Timofeev-Resovsky).

Modificările intensificate în mod repetat în programele genetice sunt supuse selecției de condițiile de mediu (axioma a 2-a a lui Ch. Darwin).

„Discreția și integritatea sunt două proprietăți fundamentale ale organizării vieții pe Pământ. Obiectele vii din natură sunt relativ izolate unele de altele (indivizi, populații, specii). Orice individ al unui animal multicelular este format din celule, iar orice celulă și creatură unicelulară constau din anumite organite. Organelele constau din substanțe organice macromoleculare discrete, care la rândul lor constau din atomi discreti și particule elementare. În același timp, o organizație complexă este de neconceput fără interacțiunea părților și structurilor sale - fără integritate.

Integritatea sistemelor biologice este diferită din punct de vedere calitativ de integritatea celor nevii și, mai presus de toate, că integritatea celor vii este menținută în procesul de dezvoltare. Sistemele vii sunt sisteme deschise, schimbă constant materie și energie cu mediul. Ele sunt caracterizate de entropie negativă (o creștere în ordine), care aparent crește în procesul de evoluție organică. Este probabil ca capacitatea de auto-organizare a materiei să se manifeste la cei vii.

„Printre sistemele vii, nu există doi indivizi, populații și specii identice. Această unicitate a manifestării discretității și integrității celor vii se bazează pe fenomenul remarcabil de reduplicare covariantă.

Reduplicarea covariantă (auto-reproducere cu modificări), realizată pe baza principiului matricei (suma primelor trei axiome), este, aparent, singura proprietate specifică vieții (sub forma existenței ei cunoscută la noi pe Pământ). Se bazează pe capacitatea unică de a se auto-reproduce principalele sisteme de control (ADN, cromozomi și gene).

„Viața este una dintre formele existenței materiei, care ia naștere în mod natural în anumite condiții în procesul dezvoltării sale.”

Deci, ce este a trăi și cum diferă de neviu. Cea mai exactă definiție a vieții a fost dată cu aproximativ 100 de ani în urmă de F. Engels: „Viața este un mod de existență a corpurilor proteice, iar acest mod de existență constă în esență în auto-reînnoirea constantă a constituenților chimici ai acestor corpuri”. Termenul „proteină” nu era încă definit destul de precis la acea vreme și era de obicei atribuit protoplasmei în ansamblu. Dându-și seama de caracterul incomplet al definiției sale, Engels a scris: „Definiția noastră a vieții, desigur, este foarte insuficientă, deoarece este departe de a putea acoperi toate fenomenele vieții, ci, dimpotrivă, se limitează la cele mai generale. și cel mai simplu dintre ele... Pentru a ne face o idee cu adevărat exhaustivă a vieții, ar trebui să urmărim toate formele de manifestare a acesteia, de la cea mai de jos la cea mai înaltă.

În plus, există câteva diferențe fundamentale între cei vii și cei nevii în termeni materiale, structurali și funcționali. Din punct de vedere material, compoziția vieții include în mod necesar compuși organici macromoleculari foarte ordonați numiți biopolimeri - proteine ​​și acizi nucleici (ADN și ARN). Din punct de vedere structural, lucrurile vii diferă de cele nevii prin structura lor celulară. În termeni funcționali, corpurile vii se caracterizează prin reproducerea lor înșiși. Stabilitatea și reproducerea există și în sistemele nevii. Dar în corpurile vii există un proces de auto-reproducere. Nu ceva le reproduce, ci ei înșiși. Acesta este un moment fundamental nou.

De asemenea, corpurile vii diferă de cele nevii prin prezența metabolismului, capacitatea de a crește și de a se dezvolta, reglarea activă a compoziției și funcțiilor lor, capacitatea de mișcare, iritabilitate, adaptabilitatea la mediu etc. O proprietate integrală a viu este activitate, activitate. „Toate ființele vii trebuie fie să acționeze, fie să piară. Șoarecele trebuie să fie în mișcare continuă, pasărea trebuie să zboare, peștele trebuie să înoate și chiar și planta trebuie să crească.”

Viața este posibilă numai în anumite condiții fizice și chimice (temperatura, prezența apei, un număr de săruri etc.). Cu toate acestea, încetarea proceselor de viață, de exemplu, atunci când semințele sunt uscate sau organismele mici sunt înghețate, nu duce la o pierdere a viabilității. Dacă structura este păstrată intactă, aceasta asigură restabilirea proceselor vitale la revenirea la condiții normale.

Cu toate acestea, o distincție strict științifică între viu și neviu întâmpină anumite dificultăți. Deci, de exemplu, virușii din afara celulelor unui alt organism nu au niciuna dintre atributele unui organism viu. Au un aparat ereditar, dar le lipsesc principalele enzime necesare metabolismului și, prin urmare, se pot crește și se înmulți numai prin pătrunderea în celulele organismului gazdă și folosind sistemele sale enzimatice. În funcție de caracteristica pe care o considerăm importantă, clasificăm virușii ca sisteme vii sau nu.

Deci, rezumând toate cele de mai sus, vom da o definiție a vieții:

„Viața este procesul de existență a sistemelor biologice (de exemplu, o celulă, un organism al unei plante, un animal), care se bazează pe substanțe organice complexe și sunt capabile să se auto-reproducă, menținându-și existența ca urmare a schimbul de energie, materie și informații cu mediul.”

Capitolul 2. Concepte despre originea vieții.

a) Ideea de origine spontană.

La început, problema originii vieții nu a existat deloc în știință, deoarece oamenii de știință din lumea antică au admis posibilitatea generării constante a vieții din nevii. Marele Aristotel (sec. IV î.Hr.) nu avea nicio îndoială cu privire la generarea spontană a broaștelor. Filosoful Plotin în secolul al III-lea î.Hr. a susținut că ființele vii apar spontan în pământ în procesul de decădere. Această idee a generației spontane de organisme, aparent, a părut foarte convingătoare pentru multe generații ale strămoșilor noștri îndepărtați, deoarece a existat fără a se schimba timp de multe secole, până în secolul al XVII-lea.

b) Ideea originii vieții conform principiului „vii - din vii”.

În secolul al XVII-lea, experimentele medicului toscan Francesco Redi au arătat că fără muște, viermii nu s-ar găsi în carnea putrezită, iar dacă soluțiile organice ar fi fierte, microorganismele nu ar putea apărea deloc în ele. Și abia în anii 60. Omul de știință francez din secolul al XIX-lea Louis Pasteur a demonstrat în experimentele sale că microorganismele apar în soluții organice doar pentru că germenul a fost introdus acolo mai devreme.

Astfel, experimentele lui Pasteur au avut un dublu sens -

Au dovedit inconsecvența conceptului de generare spontană a vieții.

Ei au fundamentat ideea că toate viețuitoarele moderne provin doar din viețuitoare.

c) Ideea originii cosmice a vieții.

Cam în aceeași perioadă în care Pasteur și-a demonstrat experimentele, omul de știință german G. Richter a dezvoltat teoria aducerii ființelor vii pe Pământ din spațiu. El a susținut că embrionii ar putea ajunge pe Pământ împreună cu praful cosmic și meteoriții și să inițieze evoluția viețuitoarelor, care a dat naștere întregii diversități a vieții terestre. Acest concept a fost numit conceptul de panspermie. A fost împărtășită de oameni de știință precum G. Helmholtz, W. Thompson, care a contribuit la răspândirea sa largă în cercurile științifice. Dar ea nu a primit dovezi științifice, deoarece organismele primitive sau embrionii ar trebui să moară sub influența razelor ultraviolete și a radiațiilor cosmice.

d) Ipoteza lui A. I. Oparin.

În 1924, a fost publicată cartea „Originea vieții” a savantului sovietic A.I. Oparin, unde a demonstrat experimental că substanțele organice se pot forma abiogen sub acțiunea sarcinilor electrice, a energiei termice și a razelor ultraviolete asupra amestecurilor de gaze care conțin vapori de apă, amoniac, metan etc. Sub influența diverșilor factori naturali, evoluția hidrocarburilor a dus la formarea aminoacizilor, nucleidelor și polimerilor acestora, care, pe măsură ce concentrația de substanțe organice în bulionul primar al hidrosferei a crescut, au contribuit la formarea sistemelor coloidale, așa-numitele coacervate, care, ieșindu-se în evidență față de mediu și având o structură internă inegală, au reacționat diferit față de mediul extern. Transformarea compușilor carbonului în perioada chimică de evoluție a fost facilitată de atmosfera cu proprietățile sale reducătoare, care apoi a început să dobândească proprietăți oxidante, ceea ce este caracteristic atmosferei în prezent.

Ipoteza și Oparinul au contribuit la studiul concret al originii celor mai simple forme de viață. A pus bazele modelării fizico-chimice a proceselor de formare a moleculelor de aminoacizi, baze nucleice, hidrocarburi în condițiile presupusei atmosfere primare a Pământului.

e) Concepte moderne despre originea vieții.

Astăzi, problema originii vieții este studiată de un front larg al diverselor științe. În funcție de ce proprietatea cea mai fundamentală a ființei vii este studiată și care predomină în acest studiu (substanță, informații, energie), toate conceptele moderne despre originea vieții pot fi împărțite condiționat în:

Conceptul originii substratului vieții (la care aderă biochimiștii conduși de A. I. Oparin).

Conceptul de origine a energiei. Este dezvoltat de oamenii de știință de frunte sinergici I. Prigozhin, M. Eigen.

Conceptul de origine a informației. A fost dezvoltat de A. N. Kolmogorov, A. A. Lyapunov, D. S. Chernavsky.

Conceptul de origine a genelor.

Autorul acestui concept este geneticianul american G. Meller. El admite că o moleculă vie capabilă să se reproducă ar putea apărea brusc, întâmplător, ca urmare a interacțiunii celor mai simple substanțe. El crede că unitatea elementară a eredității - gena - este și baza vieții. Și viața sub formă de genă, în opinia sa, a apărut printr-o combinație aleatorie de grupuri atomice și molecule care au existat în apele oceanului primar. Dar calculele matematice ale acestui concept arată improbabilitatea completă a unui astfel de eveniment.

F. Engels a fost unul dintre primii care au sugerat că viața nu a apărut brusc, ci s-a format în cursul unui lung drum de dezvoltare evolutivă a materiei. Ideea evolutivă stă la baza ipotezei unei dezvoltări complexe, în mai multe etape a materiei, care a precedat originea vieții pe Pământ.

Biologii moderni dovedesc că nu există o formulă universală a vieții (adică una care să reflecte pe deplin esența ei) și nu poate fi. O astfel de înțelegere presupune o abordare istorică a cunoașterii biologice ca o înțelegere a esenței vieții, în cursul căreia însăși conceptele despre originea vieții și ideile despre formele în care o astfel de cunoaștere este posibilă s-au schimbat.

Schimbul bioenergie-informațional ca bază pentru apariția vieții.

Unul dintre cele mai noi concepte despre originea vieții pe Pământ este conceptul de schimb de bioenergie-informații. Conceptul de schimb bioenergie-informațional a apărut în domeniul biofizicii, bioenergeticii și ecologiei în legătură cu cele mai recente realizări în aceste domenii ale științei. Termenul de bioenergoinformatică a fost introdus de doctorul în științe tehnice, profesor la Universitatea Tehnică de Stat din Moscova, numit după V.I. N. E. Bauman V. N. Volchenko în 1989, când el și asociații săi au susținut prima Conferință a întregii uniuni despre informatica bioenergetică la Moscova.

Studiul schimbului bioenergie-informațional a dat motive pentru a sugera unitatea informațională a Universului, prezența în el a unei substanțe precum „Informația – Conștiință”, și nu doar forme cunoscute de materie și energie.

Unul dintre elementele acestui concept este prezența în Univers a unei idei comune, plan. Această ipoteză este confirmată de astrofizica modernă, conform căreia proprietățile fundamentale ale Universului, valorile principalelor constante fizice și chiar formele legilor fizice sunt strâns legate de structura Universului pe toate scările sale și cu posibilitatea Vieții.

De aici urmează al doilea element al conceptului de informatică bioenergetică - Universul trebuie considerat ca un sistem viu. Iar în sistemele vii, factorul Conștiinței (informația), împreună cu materia și energia, ar trebui să ocupe un loc foarte semnificativ. Astfel, putem vorbi despre necesitatea trinității Universului: materie, energie și informație.

Capitolul 3. Cum a apărut viața pe Pământ.

Conceptul modern al originii vieții pe Pământ este rezultatul unei ample sinteze a științelor naturii, a multor teorii și ipoteze propuse de cercetători de diverse specialități.

Pentru apariția vieții pe Pământ, atmosfera primară (a planetei) este importantă. Atmosfera primară a Pământului conținea metan, amoniac, vapori de apă și hidrogen. Acționând asupra unui amestec al acestor gaze cu sarcini electrice și radiații ultraviolete, oamenii de știință au reușit să obțină substanțe organice complexe care alcătuiesc proteinele vii. „Piedele de construcție” elementare ale viețuitoarelor sunt elemente chimice precum carbonul, oxigenul, azotul și hidrogenul. O celulă vie în greutate conține 70% oxigen, 17% carbon, 10% hidrogen, 3% azot, urmat de fosfor, potasiu, clor, sulf, calciu, sodiu, magneziu și fier. Deci, primul pas spre apariția vieții este formarea substanțelor organice din anorganice. Este asociat cu prezența unor „materii prime” chimice, a căror sinteza poate avea loc la o anumită radiație, presiune, temperatură, umiditate. Apariția celor mai simple organisme vii a fost precedată de o lungă evoluție chimică. Dintr-un număr relativ mic de compuși (ca urmare a selecției naturale) au apărut substanțe cu proprietăți adecvate vieții. Compușii care au apărut pe bază de carbon au format „supa primară” a hidrosferei. Potrivit oamenilor de știință, substanțele care conțin azot și carbon au apărut în adâncurile topite ale Pământului și au fost aduse la suprafață în timpul activității vulcanice. Al doilea pas în apariția compușilor este asociat cu apariția în oceanul primar al Pământului a unor substanțe complexe ordonate - biopolimeri: acizi nucleici, proteine. Cum s-a realizat formarea biopolimerilor?

Dacă presupunem că în această perioadă toți compușii organici se aflau în oceanul primar al Pământului, atunci compuși organici mai complecși s-ar putea forma pe suprafața oceanului sub formă de peliculă subțire și în apă puțin adâncă încălzită de soare. Un mediu lipsit de oxigen a facilitat sinteza polimerilor din compuși anorganici. Oxigenul, ca cel mai puternic agent oxidant, ar distruge moleculele emergente. Compuși organici relativ simpli au început să se combine în molecule biologice mari. S-au format enzime - substanțe proteice-catalizatori care contribuie la formarea sau dezintegrarea moleculelor. Ca urmare a activității enzimelor, au apărut cele mai importante „elemente primare ale vieții” - acizi nucleici, substanțe polimerice complexe (formate din monomeri). Monomerii din celulele nucleice sunt aranjați în așa fel încât să poarte anumite informații, cod pe care fiecărui aminoacid inclus în proteină îi corespunde un anumit set de trei nucleotide, așa-numitul triplet al acidului nucleic. Pe baza acizilor nucleici, proteinele pot fi deja construite și poate avea loc schimbul de materie și energie cu mediul extern. Simbioza acizilor nucleici a format „sisteme de control genetic molecular”.

Această etapă, aparent, a fost punctul de plecare, un punct de cotitură în apariția vieții pe Pământ. Moleculele de acid nucleic au dobândit proprietăți de auto-reproducere de tipul lor, au început să controleze procesul de formare a substanțelor proteice. Originile tuturor viețuitoarelor au fost revertaza și sinteza matricei de la ADN la ARN, evoluția sistemului molecular ARN în cel ADN. Așa a apărut „genomul biosferei”.

Căldura și frigul, fulgerele, reacția ultravioletă, încărcăturile electrice atmosferice, rafale de vânt și jeturi de apă - toate acestea au asigurat începutul sau atenuarea reacțiilor biochimice, natura cursului lor, „exploziile” genelor. Până la sfârșitul etapei biochimice au apărut astfel de formațiuni structurale precum membranele, delimitând amestecul de substanțe organice de mediul extern.

Membranele au jucat un rol major în construirea tuturor celulelor vii. Corpurile tuturor plantelor și animalelor sunt alcătuite din unitățile de bază ale vieții - celule. Conținutul viu al celulei este protoplasma. Oamenii de știință moderni au ajuns la concluzia că primele organisme de pe Pământ au fost procariote unicelulare - organisme lipsite de nucleu ("karyo" - tradus din greacă "nucleu"). În structura lor, ele seamănă acum cu bacterii sau alge albastre-verzi.

Pentru existența primelor molecule „vii”, procariotele, este necesar, ca pentru toate viețuitoarele, un aflux de energie din exterior. Fiecare celulă este o mică „stație energetică”. Acidul adenozin trifosforic și alți compuși care conțin fosfor servesc drept sursă directă de energie pentru celule. Celulele primesc energie din alimente, sunt capabile nu numai să cheltuiască, ci și să stocheze energie.

Subiectul de discuție este întrebarea dacă un singur tip de organism a apărut pentru prima dată pe Pământ sau a apărut o mare varietate a acestora. Se presupune că multe dintre primele bulgări de protoplasmă vie au apărut.

Cu aproximativ 2 miliarde de ani în urmă, un nucleu a apărut în celulele vii. Din procariote au apărut eucariotele - organisme unicelulare cu nucleu. Există 25-30 de specii pe Pământ. Cele mai simple dintre ele sunt ameba. La eucariote, există un nucleu decorat în celulă cu o substanță care conține codul pentru sinteza proteinelor. Aproximativ în această perioadă, a existat o „alegere” a unui mod de viață vegetal sau animal. Principala diferență dintre aceste stiluri de viață este legată de modul de nutriție, odată cu apariția unui proces atât de important pentru viața pe Pământ precum fotosinteza. Fotosinteza este crearea de substanțe organice, cum ar fi zaharurile, din dioxid de carbon și apă folosind energie și lumină. Datorită fotosintezei, plantele produc substanțe organice, datorită cărora are loc o creștere a masei plantelor.

Concluzie.

În ultimii zece ani, înțelegerea originii vieții a făcut progrese uriașe. Rămâne de sperat că următorul deceniu va aduce și mai mult: noi cercetări sunt foarte active în multe domenii.

Dar, tocmai, teoria evoluției face posibilă înțelegerea strategiei optime pentru relația dintre om și fauna sălbatică din jur și ne permite să punem problema dezvoltării principiilor evoluției controlate. Elemente separate ale unei astfel de evoluții controlate sunt deja vizibile astăzi, de exemplu, în încercări nu doar de utilizare comercială, ci și de management economic al evoluției speciilor individuale de animale și plante.

Studiul proceselor evolutive este important pentru protecția mediului. Omul, invadând natura, nu a învățat încă să prevadă și să prevină consecințele nedorite ale intervenției sale. O persoană folosește hexacloran, preparate cu mercur și multe alte substanțe toxice pentru a controla dăunătorii. Acest lucru duce imediat la „răspunsul” evolutiv al naturii – apariția unor rase de insecte rezistente la pesticide, „superșobolani”, rezistente la anticoagulante etc.

Adesea, la fel de catastrofală este poluarea industrială. Milioane de tone de praf de spălat, care cad în apele uzate, ucid organismele superioare și provoacă o dezvoltare fără precedent a cianurii și a unor microorganisme. Evoluția în aceste cazuri îmbracă forme urâte și este posibil ca în viitor umanitatea să se confrunte cu o „amenințare evolutivă” neașteptată din partea unor microorganisme super-rezistente la poluarea industrială, bacterii și cianuri care pot schimba fața planetei noastre într-un mod nedorit. direcţie.

Bibliografie

1. Agapova O. V., Agapov V. I. Prelegeri despre conceptele științelor naturale moderne. Curs universitar. - Ryazan, 2000.

2. Vernadsky V. I. Începutul și eternitatea vieții. - M.: Republica, 1989.

3. Gorelov A. A. Concepte ale științelor naturale moderne. – M.: Gândirea, 2000.

4. Dubnishcheva G. D. Concepte ale științelor naturale moderne: Proc. pentru stud. universități / Ed. M. F. Jukova. - Novosibirsk: YuKEA, 1999.

5. Concepte ale științelor naturale moderne. Seria „Manuale și materiale didactice”. - Rostov n/a, 2000.

6. Nikolov T. „Mod lung de viață”, M., Mir, 1999 Selye G. De la vis la descoperire. - M., 2001.

7. Ponnamperuma S. „Originea vieții”, M., Mir, 1999

8. Dicționar enciclopedic sovietic. - M.: Sov. enciclopedie, 2002.

9. Yablokov A. V., Yusufov A. G. Doctrina evoluționistă (darwinism): Proc. pentru biol. specialist. universități. - Ed. a 3-a. - M .: Mai sus. şcoală,

Munți fără viață, stânci și apă, o lună uriașă pe cer și un bombardament constant de meteoriți - cel mai probabil peisaj al Pământului de acum 4 miliarde de ani

Viața a apărut din materia anorganică din spațiu sau a apărut pe Pământ? Această dilemă îl confruntă în mod necesar pe cercetătorul interesat de problema originii vieții. Până acum, nimeni nu a reușit să demonstreze corectitudinea vreuneia dintre cele două ipoteze care există în prezent, la fel cum, totuși, nu a fost posibil să se vină cu o a treia cale de soluționare.

Prima ipoteză despre originea vieții pe Pământ este veche, are în atuurile sale cifre solide ale științei europene: G. Helmholtz, L. Pasteur, S. Arrhenius, V. Vernadsky, F. Crick. Complexitatea materiei vii, probabilitatea scăzută de generare spontană a acesteia pe planetă, precum și eșecul experimentatorilor de a sintetiza materia vie din materie nevie, îi conduc pe oamenii de știință în tabăra adepților acestei abordări. Există numeroase variații cu privire la modul exact în care viața a ajuns pe Pământ, dintre care cea mai faimoasă este teoria panspermiei. Potrivit ei, viața este răspândită în spațiul interstelar, dar din moment ce nu există condiții de dezvoltare, materia vie se transformă în spermatozoizi sau spori și astfel se mișcă prin spațiu. Cu miliarde de ani în urmă, cometele au adus spermatozoizi pe Pământ, unde s-a format un mediu favorabil pentru dezvăluirea lor.

Spermatozoizii sunt embrioni mici care pot rezista la fluctuații mari de temperatură, radiații cosmice și alți factori de mediu care sunt dăunătoare viețuitoarelor. După cum sugerează astronomul englez F. Hoyle, particulele de praf interstelar, printre care pot exista bacterii într-o înveliș de grafit, sunt potrivite pentru rolul spermatozoizilor. Până în prezent, nu a fost găsit niciun spermă în spațiu. Dar chiar dacă ar fi găsite, o astfel de descoperire uimitoare nu ar face decât să schimbe problema originii vieții de pe planeta noastră în alt loc. Și nu am fi evitat întrebările de unde au ajuns spermatozoizii pe Pământ și cum au provenit. A doua parte a dilemei - cum a apărut viața din materia anorganică - nu este atât de romantică, deoarece se bazează pe legile fizicii și chimiei. Această abordare îngustă, mecanicistă, numită teoria abiogenezei, încorporează eforturile multor specialiști. Poate din cauza specificității sale, această abordare sa dovedit fructuoasă și a avansat secțiuni întregi de biochimie, biologie evolutivă și cosmologie de-a lungul a jumătate de secol.

Potrivit oamenilor de știință, sinteza unei celule vii nu este departe, este o chestiune de tehnologie și o chestiune de timp. Dar va fi o celulă născută în eprubetă răspunsul la întrebarea cum a început viața pe Pământ? Improbabil. Celula sintetică va dovedi doar că abiogeneza este cumva posibilă. Dar acum 4 miliarde de ani pe Pământ, lucrurile s-ar fi putut întâmpla altfel. De exemplu, da. Suprafața Pământului s-a răcit acum 4,5 miliarde de ani. Atmosfera era subțire, iar cometele bombardau activ Pământul, livrând substanțe organice din abundență. Materia extraterestră s-a așezat în rezervoare calde puțin adânci încălzite de vulcani: lava s-a revărsat pe fund, au crescut insule, izvoarele termale - fumarole - bat. Continentele la acea vreme nu erau la fel de puternice și mari ca acum, s-au deplasat cu ușurință de-a lungul scoarței terestre, conectate și dezintegrate.

Luna era mai aproape, pământul se învârtea mai repede, zilele erau mai scurte, mareele erau mai mari, iar furtunile mai puternice. Deasupra tuturor se întindeau ceruri de culoarea oțelului, întunecate de furtunile de praf, nori de cenușă vulcanică și cioburi de rocă explodate de impactul meteoriților. Treptat s-a dezvoltat o atmosferă bogată în azot, dioxid de carbon și vapori de apă. Abundența gazelor cu efect de seră a provocat încălzirea globală. În condiții atât de extreme, a avut loc sinteza materiei vii. A fost un miracol, un accident care s-a întâmplat în ciuda evoluției universului, sau acesta este singurul mod în care poate apărea viața? Deja în stadiile incipiente, s-a manifestat una dintre principalele trăsături ale materiei vii - adaptabilitatea la condițiile de mediu. Atmosfera timpurie conținea puțin oxigen liber, ozonul era deficitar, iar pământul era scăldat în raze ultraviolete care sunt mortale pentru viață. Deci planeta ar fi rămas nelocuită dacă celulele nu ar fi inventat un mecanism de protecție împotriva radiațiilor ultraviolete. Acest scenariu pentru apariția vieții în ansamblu nu diferă de cel propus de Darwin. Au fost adăugate noi detalii - au învățat ceva studiind cele mai vechi roci și experimentând, au ghicit ceva. Deși este cel mai rezonabil, acest scenariu este și cel mai controversat. Oamenii de știință se luptă pe fiecare punct, oferind numeroase alternative. Îndoielile apar încă de la început: de unde a venit materia organică primară, a sintetizat-o pe Pământ sau a căzut din cer?

idee revoluționară

Bazele științifice ale abiogenezei, sau originea viețuitoarelor din lucruri nevii, au fost puse de biochimistul rus A.I. Oparin. În 1924, ca om de știință în vârstă de 30 de ani, Oparin a publicat articolul „Originea vieții”, care, potrivit colegilor săi, „conținea semințele unei revoluții intelectuale”. Publicarea cărții lui Oparin în limba engleză în 1938 a devenit o senzație și a atras importante resurse intelectuale occidentale către problema vieții. În 1953, S. Miller, un student absolvent la Universitatea din Chicago, a efectuat un experiment de succes privind sinteza abiogenă. El a creat condițiile Pământului timpuriu într-o eprubetă de laborator și a obținut un set de aminoacizi ca rezultat al unei reacții chimice. Astfel, teoria lui Oparin a început să primească confirmare experimentală.

Oparin şi preotul

Potrivit memoriilor colegilor, academicianul A.I. Oparin a fost un materialist convins și ateu. Acest lucru este confirmat de teoria sa a abiogenezei, care, se pare, nu lasă nicio speranță pentru o explicație supranaturală a misterelor vieții. Cu toate acestea, opiniile și personalitatea omului de știință au atras la el oameni cu viziuni complet opuse. Fiind angajat în activități științifice și educaționale, participând la mișcarea pacifistă, a călătorit mult în străinătate. Odată, cândva în anii 1950, Oparin a ținut prelegeri în Italia despre problema originii vieții. După raport, i s-a spus că nimeni altul decât președintele Academiei Pontificale de Științe din Vatican a vrut să-l cunoască. Alexandru Ivanovici, om sovietic fiind și cunoscând foarte bine atitudinea părtinitoare a intelectualității străine față de URSS, nu se aștepta la nimic bun de la reprezentantul Bisericii Catolice, probabil la un fel de provocare. Cu toate acestea, cunoștința a avut loc. Cuviosul Signor i-a strâns mâna cu Oparin, i-a mulțumit pentru prelegere și a exclamat: „Domnule profesor, sunt încântat de cât de frumos ați revelat providența lui Dumnezeu!”

Probabilitatea vieții

Teoria abiogenezei sugerează că viața își are originea într-un anumit stadiu al dezvoltării materiei. De la formarea Universului și a primelor particule, materia a pornit pe o cale de schimbare constantă. Mai întâi, au apărut atomii și moleculele, apoi au apărut stelele și praful, planetele au apărut din el și s-a născut viața pe planete. Viul ia naștere din neînsuflețit, supunând unei legi superioare, a cărei esență ne este încă necunoscută. Viața nu ar fi putut apărea pe Pământ, unde existau condiții adecvate. Desigur, este imposibil să infirmi această generalizare metafizică, dar semințele îndoielii au răsărit. Cert este că condițiile necesare sintezei vieții sunt foarte numeroase, adesea contrazicând faptele și unele cu altele. De exemplu, nu există dovezi că Pământul timpuriu a avut o atmosferă reducătoare. Nu este clar cum a apărut codul genetic. Surprinde prin complexitatea sa structura unei celule vii și funcțiile acesteia. Care este probabilitatea originii vieții? Aici sunt cateva exemple.

Proteinele constau doar din așa-numiții aminoacizi „stângi”, adică molecule asimetrice care rotesc polarizarea luminii care trece prin ei spre stânga. De ce numai aminoacizii stângaci sunt utilizați în construcția proteinelor este necunoscut. Poate s-a întâmplat întâmplător și undeva în univers există ființe vii, formate din aminoacizii potriviți. Cel mai probabil, în bulionul primar, unde a avut loc sinteza proteinelor inițiale, au existat în egală măsură aminoacizi stânga și dreapta. Și doar apariția unei structuri „stânga” cu adevărat vie a rupt această simetrie și sinteza biogenă a aminoacizilor a mers pe calea „stânga”.

Calculul pe care Fred Hoyle îl dă în cartea sa „Evoluția din spațiu” este impresionant. Probabilitatea de a genera aleatoriu 2.000 de enzime celulare a câte 200 de aminoacizi fiecare este de 10 - 4.000 - un număr absurd de mic, chiar dacă întregul cosmos ar fi supă organică.

Probabilitatea de a sintetiza o proteină constând din 300 de aminoacizi este o șansă în 2×10 390 . Din nou, foarte puțin. Dacă reducem numărul de aminoacizi dintr-o proteină la 20, atunci numărul de combinații posibile pentru sinteza unei astfel de proteine ​​va fi 1018, ceea ce este doar cu un ordin de mărime mai mare decât numărul de secunde în 4,5 miliarde de ani. Este ușor de observat că evoluția pur și simplu nu a avut timp să sorteze toate opțiunile și să o aleagă pe cea mai bună. Dacă luăm în considerare faptul că aminoacizii din proteine ​​sunt legați în anumite secvențe, și nu aleatoriu, atunci probabilitatea de a sintetiza o moleculă proteică va fi aceeași ca și cum o maimuță ar fi tipărit aleatoriu una dintre tragediile lui Shakespeare, adică aproape zero.

Oamenii de știință au calculat că molecula de ADN implicată în cel mai simplu ciclu de codificare a proteinelor ar fi trebuit să fie formată din 600 de nucleotide într-o anumită secvență. Probabilitatea de sinteza aleatorie a unui astfel de ADN este de 10 -400, cu alte cuvinte, aceasta va necesita 10.400 de încercări.

Nu toți oamenii de știință sunt de acord cu astfel de calcule de probabilitate. Ei subliniază că este incorect să se calculeze șansele sintezei proteinelor prin selecția aleatorie a combinațiilor, deoarece moleculele au preferințe, iar unele legături chimice sunt întotdeauna mai probabile decât altele. Potrivit biochimistului australian Ian Musgrave, este în general lipsit de sens să se calculeze probabilitatea abiogenezei. În primul rând, formarea polimerilor din monomeri nu este întâmplătoare, ci respectă legile fizicii și chimiei. În al doilea rând, este greșit să calculăm formarea moleculelor moderne de proteine, ADN sau ARN, deoarece acestea nu făceau parte din primele sisteme vii. Poate că în structura organismelor care există astăzi, nu mai rămâne nimic din vremuri trecute. Acum se crede că primele organisme au fost sisteme foarte simple de molecule scurte, constând din doar 30-40 de monomeri. Viața a început cu organisme foarte simple, complicând treptat designul. Natura nici nu a încercat să construiască un Boeing 747 imediat. În al treilea rând, nu vă fie frică de probabilitatea scăzută. O șansă într-un milion de milioane? Și ce, pentru că poate cădea din prima încercare.

Ce este viața

Filosofii nu sunt singuri în căutarea unei definiții a vieții. O astfel de definiție este necesară pentru ca biochimiștii să înțeleagă: ce s-a întâmplat într-o eprubetă - viu sau neviu? Paleontologi care studiază cele mai vechi roci în căutarea începutului vieții. Exobiologii caută organisme de origine extraterestră. Nu este ușor să definești viața. În cuvintele Marii Enciclopedii Sovietice, „o distincție strict științifică între obiectele vii și cele nevii întâmpină anumite dificultăți”. Într-adevăr, ce este caracteristic doar unui organism viu? Poate un set de semne externe? Ceva alb, moale, în mișcare, care scoate sunete. Plantele, microbii și multe alte organisme nu se încadrează în această definiție primitivă, deoarece sunt tăcuți și nu se mișcă. Poți considera viața din punct de vedere chimic ca materie formată din compuși organici complecși: aminoacizi, proteine, grăsimi. Dar atunci un simplu amestec mecanic al acestor compuși ar trebui considerat viu, ceea ce nu este adevărat. O definiție mai bună, asupra căreia există un consens științific larg, se referă la funcțiile unice ale sistemelor vii.

Capacitatea de a se reproduce, atunci când o copie exactă a informațiilor ereditare este transmisă descendenților, este inerentă întregii vieți pământești și chiar și cea mai mică particulă a acesteia - o celulă. De aceea celula este luată ca unitate de măsură a vieții. Componentele celulelor: proteine, aminoacizi, enzime - luate separat, nu vor mai fi vii. Acest lucru duce la concluzia importantă că experimentele de succes privind sinteza acestor substanțe nu pot fi considerate un răspuns la întrebarea despre originea vieții. Va exista o revoluție în acest domeniu doar atunci când va deveni clar cum a luat ființă întreaga celulă. Fără îndoială, descoperitorii misterului vor primi Premiul Nobel. Pe lângă funcția de reproducere, există o serie de proprietăți necesare, dar insuficiente ale sistemului pentru a fi numit viu. Un organism viu se poate adapta la schimbările de mediu la nivel genetic. Acest lucru este foarte important pentru supraviețuire. Datorită variabilității, viața a supraviețuit pe Pământul timpuriu, în timpul catastrofelor și în timpul erelor glaciare severe.

O proprietate importantă a unui sistem viu este activitatea catalitică, adică capacitatea de a efectua numai anumite reacții. Metabolismul se bazează pe această proprietate - alegerea substanțelor necesare din mediu, prelucrarea lor și obținerea energiei necesare vieții ulterioare. Schema metabolică, care nu este altceva decât un algoritm de supraviețuire, este conectată în codul genetic al celulei și este transmisă descendenților prin mecanismul eredității. Chimiștii cunosc multe sisteme cu activitate catalitică, care, totuși, nu se pot reproduce și, prin urmare, nu pot fi considerate vii.

Experiment decisiv

Nu există nicio speranță că într-o zi celula a ieșit de la sine din atomii elementelor chimice. Aceasta este o opțiune incredibilă. O celulă bacteriană simplă conține sute de gene, mii de proteine ​​și diferite molecule. Fred Hoyle a glumit că sinteza unei celule este la fel de incredibilă ca asamblarea unui Boeing într-un uragan care a măturat un depozit de vechituri. Și totuși, Boeing-ul există, ceea ce înseamnă că a fost cumva „asamblat”, sau mai degrabă „auto-asamblat”. Potrivit ideilor actuale, „auto-asamblarea” Boeing-ului a început în urmă cu 4,5 miliarde de ani, procesul a decurs treptat și a fost prelungit în timp pentru un miliard de ani. De macar Cu 3,5 miliarde de ani în urmă, o celulă vie exista deja pe Pământ.

Pentru sinteza viețuitoarelor din lucruri nevii, în stadiul inițial, în atmosfera și în corpurile de apă ale planetei trebuie să fie prezenți compuși organici și anorganici simpli: C, C 2 , C 3 , CH, CN, CO, CS , HCN, CH 3 CH, NH, O, OH, H 2 O, S. Stanley Miller, în celebrele sale experimente privind sinteza abiogenă, a amestecat hidrogen, metan, amoniac și vapori de apă, apoi a trecut amestecul încălzit prin descărcări electrice și a răcit aceasta. O săptămână mai târziu, în balon s-a format un lichid maro care conține șapte aminoacizi, inclusiv glicină, alanină și acid aspartic, care fac parte din proteinele celulare. Experimentul lui Miller a arătat cum se pot forma substanțele organice prebiologice - substanțe care sunt implicate în sinteza unor componente celulare mai complexe. De atunci, biologii consideră această problemă rezolvată, în ciuda problemei grave. Faptul este că sinteza abiogenă a aminoacizilor are loc numai în condiții reducătoare, motiv pentru care Oparin credea că atmosfera Pământului timpuriu este metan-amoniac. Dar geologii nu sunt de acord cu această concluzie.

Problemă de atmosferă timpurie

Metanul și amoniacul nu au de unde să provină în cantități mari pe Pământ, spun experții. În plus, acești compuși sunt foarte instabili și sunt distruși de lumina soarelui, o atmosferă de metan-amoniac nu ar putea exista chiar dacă aceste gaze ar fi eliberate din intestinele planetei. Potrivit geologilor, atmosfera Pământului în urmă cu 4,5 miliarde de ani era dominată de dioxid de carbon și azot, care creează chimic un mediu neutru. Acest lucru este dovedit de compoziția celor mai vechi roci, care la acea vreme erau topite din manta. Cele mai vechi roci de pe planetă, vechi de 3,9 miliarde de ani, au fost descoperite în Groenlanda. Acestea sunt așa-numitele gneisuri gri - roci magmatice foarte alterate de compoziție medie. Schimbarea acestor roci a durat milioane de ani sub influența fluidelor de dioxid de carbon ale mantalei, care au saturat simultan atmosfera. În astfel de condiții, sinteza abiogenă este imposibilă.

Academicianul E.M. Galimov, director al Institutului de Geochimie și Chimie Analitică. IN SI. Vernadsky RAS. El a calculat că scoarța terestră a apărut foarte devreme, în primii 50-100 de milioane de ani după formarea planetei, și era predominant metalică. Într-un astfel de caz, mantaua trebuie să fi eliberat într-adevăr metan și amoniac în cantități suficiente pentru a crea condiții reducătoare. Oamenii de știință americani K. Sagan și K. Chaiba au propus un mecanism de autoprotecție a atmosferei de metan împotriva distrugerii. Conform schemei lor, descompunerea metanului sub acțiunea radiațiilor ultraviolete ar putea duce la crearea unui aerosol din particulele organice din atmosfera superioară. Aceste particule au absorbit radiația solară și au protejat mediul reducător al planetei. Adevărat, acest mecanism a fost dezvoltat pentru Marte, dar este aplicabil Pământului timpuriu.

Condițiile potrivite pentru formarea organicelor prebiologice nu au durat mult pe Pământ. În următorii 200-300 de milioane de ani, mantaua a început să se oxideze, ceea ce a dus la eliberarea de dioxid de carbon din ea și la o modificare a compoziției atmosferei. Dar până atunci, mediul pentru originea vieții fusese deja pregătit.

Unde a dus mutul iapa

Viața primordială ar fi putut avea originea în jurul vulcanilor. Imaginați-vă numeroase defecte și crăpături pe fundul încă fragil al oceanelor, curgând magmă și gaze clocotite. În astfel de zone, saturate cu vapori de hidrogen sulfurat, se formează depozite de sulfuri metalice: fier, zinc, cupru. Ce se întâmplă dacă sinteza organicelor primare ar avea loc direct pe suprafața mineralelor fier-sulf folosind reacția dioxidului de carbon și hidrogenului? Din fericire, există o mulțime de ambele în jur: dioxidul de carbon și monoxidul sunt eliberate din magmă, iar hidrogenul este eliberat din apă în timpul interacțiunii sale chimice cu magma fierbinte. Există, de asemenea, un aflux de energie necesară sintezei.

Această ipoteză este în concordanță cu datele geologice și se bazează pe presupunerea că organismele timpurii au trăit în condiții extreme, cum ar fi bacteriile chemosintetice moderne. În anii 60 ai secolului XX, cercetătorii au descoperit vulcani subacvatici pe fundul Oceanului Pacific - fumători de culoare. Acolo, în cluburi de gaze otrăvitoare, fără acces la lumina soarelui și la oxigen, la o temperatură de + 120 ° există colonii de microorganisme. Condiții asemănătoare cu fumătorii negri au fost deja pe Pământ în urmă cu 2,5 miliarde de ani, așa cum demonstrează straturile de stromatoliți - urme ale activității vitale a algelor albastre-verzi. Forme similare acestor microbi se numără printre rămășițele celor mai vechi organisme vechi de 3,5 miliarde de ani.

Pentru a confirma ipoteza vulcanică, este necesar un experiment care să arate că sinteza abiogenă este posibilă în condițiile date. Lucrările în această direcție sunt efectuate de grupuri de biochimiști din SUA, Germania, Anglia și Rusia, dar până acum fără succes. Rezultate încurajatoare au fost obținute în 2003 de către un tânăr cercetător Mihail Vladimirov de la laboratorul de biochimie evolutivă al Institutului de Biochimie. UN. Bach RAS. El a creat în laborator un afumător negru artificial: un disc de pirit (FeS 2) a fost plasat într-o autoclavă umplută cu ser fiziologic, care a servit drept catod; dioxidul de carbon și curentul electric au trecut prin sistem. O zi mai târziu, în autoclavă a apărut acidul formic - cea mai simplă materie organică, care este implicată în metabolismul celulelor vii și servește ca material pentru sinteza abiogenă a unor substanțe biologice mai complexe.

Cianobacterii capabile să fixeze azotul atmosferic

Vânători de planete locuibile

Ambele teorii despre originea vieții, panspermia și abiogeneza, presupun că viața nu este un fenomen unic în Univers, trebuie să fie pe alte planete. Dar cum să-l găsesc? Multă vreme a existat singura metodă de căutare a vieții, care nu a dat încă rezultate pozitive - prin semnale radio de la extratereștri. La sfârșitul secolului al XX-lea, a apărut o nouă idee - folosirea telescoapelor pentru a căuta planete în afara sistemului solar. Vânătoarea de exoplanete a început. În 1995, a fost prins primul exemplar: o planetă cu o masă de jumătate din Jupiter, care orbitează rapid în jurul celei de-a 51-a stele din constelația Pegasus. În urma a aproape 10 ani de căutări, au fost descoperite 118 sisteme planetare care conțin 141 de planete. Niciunul dintre aceste sisteme nu este similar cu Solarul, nici una dintre planete - cu Pământul. Exoplanetele găsite sunt apropiate ca masă de Jupiter, adică sunt mult mai mari decât Pământul. Giganții îndepărtați sunt nelocuibili datorită particularităților orbitelor lor. Unele dintre ele se rotesc foarte aproape de steaua lor, ceea ce înseamnă că suprafețele lor sunt fierbinți și nu există apă lichidă în care să se dezvolte viața. Restul planetelor - minoritatea lor - se deplasează pe o orbită eliptică alungită, care afectează dramatic clima: schimbarea anotimpurilor acolo trebuie să fie foarte bruscă, iar acest lucru este dăunător organismelor.

Ambele teorii despre originea vieții, panspermia și abiogeneza, presupun că viața nu este un fenomen unic în Univers, trebuie să fie pe alte planete. Dar cum să-l găsesc? Multă vreme a existat singura metodă de căutare a vieții, care nu a dat încă rezultate pozitive - prin semnale radio de la extratereștri. La sfârșitul secolului al XX-lea, a apărut o nouă idee - folosirea telescoapelor pentru a căuta planete în afara sistemului solar. Vânătoarea de exoplanete a început. În 1995, a fost prins primul exemplar: o planetă cu o masă de jumătate din Jupiter, care orbitează rapid în jurul celei de-a 51-a stele din constelația Pegasus. În urma a aproape 10 ani de căutări, au fost descoperite 118 sisteme planetare care conțin 141 de planete. Niciunul dintre aceste sisteme nu este similar cu Solarul, nici una dintre planete - cu Pământul. Exoplanetele găsite sunt apropiate ca masă de Jupiter, adică sunt mult mai mari decât Pământul. Giganții îndepărtați sunt nelocuibili datorită particularităților orbitelor lor. Unele dintre ele se rotesc foarte aproape de steaua lor, ceea ce înseamnă că suprafețele lor sunt fierbinți și nu există apă lichidă în care să se dezvolte viața. Restul planetelor - minoritatea lor - se deplasează pe o orbită eliptică alungită, care afectează dramatic clima: schimbarea anotimpurilor acolo trebuie să fie foarte bruscă, iar acest lucru este dăunător organismelor.

Faptul că nu a fost descoperit niciun sistem planetar de tip solar a provocat afirmații pesimiste ale unor oameni de știință. Poate că planetele mici de piatră sunt foarte rare în Univers, sau Pământul nostru este, în general, singurul de acest fel, sau poate pur și simplu ne lipsește acuratețea măsurătorilor. Dar speranța moare ultima, iar astronomii continuă să-și perfecționeze metodele. Acum ei caută planete nu prin observare directă, ci prin semne indirecte, pentru că rezoluția telescoapelor nu este suficientă. Astfel, poziția giganților asemănătoare lui Jupiter este calculată din perturbația gravitațională pe care o exercită pe orbitele stelelor lor. În 2006, Agenția Spațială Europeană va lansa satelitul Korot, care va căuta planete de masă terestră prin estomparea unei stele în timp ce aceasta trece pe discul său. Același mod de a căuta planete va fi satelitul Kepler al NASA, începând din 2007. Peste încă 2 ani, NASA va organiza o misiune de interferometrie spațială - o metodă foarte sensibilă de detectare a planetelor mici prin impactul lor asupra corpurilor de masă mai mare. Abia până în 2015 oamenii de știință vor construi dispozitive pentru observare directă - va fi o întreagă flotă de telescoape spațiale numite „Vânător de planete asemănătoare Pământului”, capabile să caute simultan semne de viață.

Când vor fi descoperite planete asemănătoare Pământului, o nouă eră va începe în știință, iar oamenii de știință se pregătesc pentru acest eveniment acum. De la mare distanță, trebuie să poți recunoaște urme de viață în atmosfera planetei, chiar dacă formele sale cele mai primitive - bacterii sau cele mai simple organisme pluricelulare. Probabilitatea de a descoperi viața primitivă în Univers este mai mare decât a intra în contact cu oamenii verzi, deoarece viața există pe Pământ de mai bine de 4 miliarde de ani, dintre care doar un secol cade asupra unei civilizații dezvoltate. Înainte de apariția semnalelor create de om, era posibil să învățăm despre existența noastră doar prin prezența unor compuși speciali în atmosferă - biomarkeri. Principalul biomarker este ozonul, care indică prezența oxigenului. Vaporii de apă înseamnă prezența apei lichide. Dioxidul de carbon și metanul sunt emise de unele tipuri de organisme. Căutarea biomarkerilor pe planete îndepărtate va fi încredințată misiunii Darwin, pe care oamenii de știință europeni o vor lansa în 2015. Șase telescoape în infraroșu vor orbita la 1,5 milioane de kilometri de Pământ și vor cerceta câteva mii de sisteme planetare din apropiere. Prin cantitatea de oxigen din atmosferă, proiectul Darwin este capabil să determine o viață foarte tânără, veche de câteva sute de milioane de ani.

Dacă în radiația atmosferei planetei există linii spectrale a trei substanțe - ozon, vapori de apă și metan - aceasta este o dovadă suplimentară în favoarea prezenței vieții. Următorul pas este stabilirea tipului și gradului său de dezvoltare. De exemplu, prezența moleculelor de clorofilă ar însemna că există bacterii și plante pe planetă care folosesc fotosinteza pentru energie. Dezvoltarea de biomarkeri de generație următoare este o sarcină foarte promițătoare, dar este încă un viitor îndepărtat.

sursă organică

Dacă nu ar exista condiții pe Pământ pentru sinteza organicelor prebiologice, atunci acestea ar putea fi în spațiu. În 1961, biochimistul american John Oro a publicat un articol despre originea cometă a moleculelor organice. Pământul tânăr, neprotejat de o atmosferă densă, a fost supus unui bombardament masiv de către comete, care constau în principal din gheață, dar conțin și amoniac, formaldehidă, acid cianhidric, cianoacetilenă, adenină și alți compuși necesari sintezei abiogene a aminoacizilor, acizii nucleici și grași - principalele componente celule. Potrivit astronomilor, 1.021 kg de materie cometară au căzut pe suprafața Pământului. Apa cometelor a format oceanele, unde viața a înflorit sute de milioane de ani mai târziu.

Observațiile confirmă că există substanțe organice simple și chiar aminoacizi în corpurile cosmice și în norii de praf interstelar. Analiza spectrală a arătat prezența adeninei și a purinei în coada cometei Haley-Bopp, iar pirimidină a fost găsită în meteoritul Murchison. Formarea acestor compuși în spațiul cosmic nu contrazice legile fizicii și chimiei.

Ipoteza cometei este populară și în rândul cosmologilor, deoarece explică apariția vieții pe Pământ după formarea Lunii. După cum se crede în mod obișnuit, în urmă cu aproximativ 4,5 miliarde de ani, Pământul s-a ciocnit cu un corp cosmic uriaș. Suprafața sa s-a topit, o parte din substanță a intrat pe orbită, unde s-a format un mic satelit, Luna. După o astfel de catastrofă, pe planetă nu ar fi trebuit să rămână substanțe organice și apă. De unde au venit? Cometele le-au adus înapoi.

Problema polimerilor

Proteinele celulare, ADN-ul, ARN-ul sunt toți polimeri, molecule foarte lungi, ca firele. Structura polimerilor este destul de simplă, ei constau din părți care se repetă într-o anumită ordine. De exemplu, celuloza este cea mai comună moleculă din lume, care face parte din plante. O moleculă de celuloză este formată din zeci de mii de atomi de carbon, hidrogen și oxigen, dar în același timp nu este altceva decât o repetiție multiplă a moleculelor de glucoză mai scurte legate între ele, ca într-un colier. Proteinele sunt un lanț de aminoacizi. ADN și ARN - o secvență de nucleotide. Și în total, acestea sunt secvențe foarte lungi. Astfel, genomul uman decodat este format din 3 miliarde de perechi de nucleotide.

În celulă, polimerii sunt produși în mod constant prin reacții chimice matrice complexe. Pentru a obține o proteină, un aminoacid trebuie să desprindă grupa hidroxil OH de la un capăt și atomul de hidrogen de la celălalt și numai după aceea să „lipească” următorul aminoacid. Este ușor de observat că apa se formează în acest proces și din nou și din nou. Eliberarea apei, deshidratarea, este un proces foarte străvechi, cheie pentru originea vieții. Cum s-a întâmplat când nu exista nicio celulă cu fabrica sa de proteine? Există, de asemenea, o problemă cu un iaz cald și puțin adânc - leagănul sistemelor vii. Într-adevăr, în timpul polimerizării, apa trebuie îndepărtată, dar acest lucru este imposibil dacă există multă ea în jur.

gena argilei

Trebuia să existe ceva în supa primordială care să ajute să se nască sistemul viu, să accelereze procesul și să furnizeze energie. În anii 1950, cristalograful englez John Bernal a sugerat că argila obișnuită, care este acoperită din belșug cu fundul oricărui rezervor, ar putea servi ca un astfel de asistent. Mineralele argiloase au contribuit la formarea biopolimerilor și la apariția mecanismului de ereditate. Ipoteza lui Bernal a devenit mai puternică de-a lungul anilor și a atras mulți adepți. S-a dovedit că particulele de argilă iradiate cu ultraviolete stochează rezerva de energie rezultată, care este cheltuită pentru reacția de asamblare a biopolimerului. În prezența argilei, monomerii se adună în molecule autoreplicabile, un fel de ARN.

Majoritatea mineralelor argiloase sunt similare structural cu polimerii. Ele constau dintr-un număr mare de straturi interconectate prin legături chimice slabe. O astfel de panglică minerală crește de la sine, fiecare strat următor îl repetă pe cel anterior și uneori apar defecte - mutații, ca în genele reale. Chimistul scoțian A.J. Kearns-Smith a susținut că gena argilei a fost primul organism de pe Pământ. Trecând între straturile de particule de argilă, moleculele organice au interacționat cu ele, au adoptat modul de stocare a informațiilor și de creștere, s-ar putea spune, au învățat ei. Pentru o vreme, mineralele și proto-viața au coexistat pașnic, dar în curând a avut loc o pauză sau o preluare genetică, potrivit lui Kearns-Smith, după care viața a părăsit căminul mineralului și și-a început propria dezvoltare.

Cei mai vechi microbi

Șisturile negre vechi de 3,5 miliarde de ani din Australia de Vest conțin rămășițele celor mai vechi organisme descoperite vreodată pe Pământ. Vizibile doar la microscop, bilele și fibrele aparțin procariotelor - microbi în a căror celulă nu există încă nucleu, iar spirala ADN este așezată direct în citoplasmă. Cele mai vechi fosile au fost descoperite în 1993 de către paleobiologul american William Schopf. Rocile vulcanice și sedimentare ale Complexului Pilbara, la vest de Marele Deșert de Nisip din Australia, sunt unele dintre cele mai vechi roci de pe pământ. Printr-o coincidență fericită, aceste formațiuni nu s-au schimbat atât de mult sub influența unor procese geologice puternice și au păstrat rămășițele unor creaturi timpurii în straturile intermediare.

Sa dovedit a fi dificil să ne asigurăm că bile și fibre minuscule erau organisme vii în trecut. Un rând de mărgele mici într-o rocă poate fi orice: minerale, substanțe organice non-biologice, o iluzie optică. În total, Schopf a numărat 11 tipuri de fosile legate de procariote. Dintre acestea, 6, conform omului de știință, sunt cianobacterii sau alge albastru-verzi. Specii similare încă există pe Pământ în apă dulce și oceane, în izvoarele termale și în apropierea vulcanilor. Schopf a numărat șase semne prin care obiectele suspecte din șisturi negre ar trebui considerate vii.

Acestea sunt semnele:
1. Fosilele sunt compuse din materie organică
2. Au o structură complexă - fibrele constau din celule de diferite forme: cilindri, cutii, discuri
3. Există multe obiecte - doar 200 de fosile includ 1.900 de celule
4. Obiectele sunt asemănătoare între ele, ca reprezentanții moderni ai aceleiași populații
5. Acestea erau organisme bine adaptate la condițiile Pământului timpuriu. Trăiau pe fundul mării, protejați de radiațiile ultraviolete de un strat gros de apă și mucus.
6. Obiectele s-au înmulțit ca bacteriile moderne, așa cum demonstrează descoperirile de celule în stadiul de diviziune.

Descoperirea unor astfel de cianobacterii străvechi înseamnă că în urmă cu aproape 3,5 miliarde de ani existau organisme care consumau dioxid de carbon și produceau oxigen, erau capabile să se ascundă de radiațiile solare și să se recupereze după răni, așa cum fac speciile moderne. Biosfera a început deja să prindă contur. Pentru știință, acesta este un moment picant. După cum recunoaște William Schopf, la astfel de rase respectabile el ar prefera să găsească creaturi mai primitive. La urma urmei, descoperirea celor mai vechi cianobacterii împinge înapoi începutul vieții pentru o perioadă ștearsă pentru totdeauna din istoria geologică, este puțin probabil ca geologii să o poată detecta și citi vreodată. Cu cât rocile sunt mai vechi, cu atât au fost mai mult timp sub presiune, temperatură, intemperii. Pe lângă Australia de Vest, pe planetă a supraviețuit un singur loc cu roci foarte vechi, unde pot fi găsite fosile - în estul Africii de Sud, în regatul Swaziland. Dar rasele africane au suferit schimbări dramatice de-a lungul a miliarde de ani, iar urmele de organisme antice s-au pierdut.

În prezent, geologii nu au găsit începutul vieții în rocile Pământului. Strict vorbind, ei nu pot numi intervalul de timp în care nu existau deloc organisme vii. Nici nu pot urmări etapele timpurii - cu până la 3,5 miliarde de ani în urmă - ale evoluției celor vii. În mare parte din cauza lipsei de dovezi geologice, misterul originii vieții rămâne nerezolvat.

Realist și suprarealist

Prima conferință a Societății Internaționale pentru Studiul Originii Vieții (ISSOL) a avut loc în 1973 la Barcelona. Emblema acestei conferințe a fost desenată de Salvador Dali. Iată cum a fost. John Oro, un biochimist american, a fost prietenos cu artistul. În 1973, s-au întâlnit la Paris, au luat masa la Maxim's și au mers la o prelegere despre holografie. După prelegere, Dali l-a invitat în mod neașteptat pe om de știință să vină la hotelul său a doua zi. Oro a venit și Dali i-a înmânat un desen simbolizând problema chiralității în sistemele vii. Două cristale cresc din băltoaica care curge într-un model de clepsidră inversat, indicând timpul final al evoluției. O figură feminină stă în stânga, un bărbat stă în dreapta și ține în mână o aripă de fluture, un vierme ADN șerpuiește între cristale. Cristalele de cuarț din stânga și din dreapta prezentate în figură sunt preluate din cartea lui Oparin din 1957, Originea vieții pe Pământ. Spre surprinderea omului de știință, Dali a ținut această carte în camera lui! După conferință, soții Oparin au mers să viziteze Dali, pe coasta Cataloniei. Ambele vedete mureau de dorința de a comunica. A urmat o lungă conversație între realist și suprarealist, animată de limbajul expresiilor faciale și al gesturilor - până la urmă, Oparin vorbea doar rusă.

Lumea ARN

În teoria abiogenezei, căutarea originii vieții duce la ideea unui sistem care este mai simplu decât o celulă. Celula modernă este extraordinar de complexă, activitatea sa se sprijină pe trei piloni: ADN, ARN și proteine. ADN-ul stochează informații ereditare, proteinele desfășoară reacții chimice conform schemei stabilite în ADN, informațiile de la ADN la proteine ​​sunt transmise prin ARN. Ce poate fi inclus într-un sistem simplificat? Unele dintre componentele celulei, care poate, cel puțin, să se reproducă și să regleze metabolismul.

Căutarea celei mai vechi molecule, cu care, de fapt, a început viața, durează de aproape un secol. Asemenea geologilor care reconstruiesc istoria pământului din straturile de rocă, biologii descoperă evoluția vieții în funcție de structura celulei. O serie de descoperiri din secolul al XX-lea au condus la ipoteza unei gene născute spontan, care a devenit progenitoarea vieții. Este firesc să ne gândim că molecula de ADN ar putea fi o genă atât de primară, deoarece stochează informații despre structura sa și modificările din ea. Treptat, au aflat că ADN-ul nu poate transmite el însuși informații altor generații, pentru aceasta are nevoie de ajutoare - ARN și proteine. Când au fost descoperite noi proprietăți ale ARN-ului în a doua jumătate a secolului al XX-lea, s-a dovedit că această moleculă era mai potrivită pentru rolul principal în jocul despre originea vieții.

Molecula de ARN este mai simplă ca structură decât ADN-ul. Este mai scurt și constă dintr-un fir. Această moleculă poate servi ca catalizator, adică poate efectua reacții chimice selective, de exemplu, conectează aminoacizi împreună și, în special, își realizează propria replicare, adică reproducerea. După cum se știe, activitatea catalitică selectivă este una dintre principalele proprietăți inerente sistemelor vii. În celulele moderne, numai proteinele îndeplinesc această funcție. Poate că această abilitate le-a trecut de-a lungul timpului și, odată ce acest lucru a fost făcut de ARN.

Pentru a afla de ce altceva este capabil ARN-ul, oamenii de știință au început să-l reproducă artificial. Într-o soluție saturată cu molecule de ARN, propria sa viață fierbe. Locuitorii fac schimb de părți și se reproduc, adică informațiile sunt transmise descendenților. Selecția spontană a moleculelor dintr-o astfel de colonie seamănă cu selecția naturală, ceea ce înseamnă că poate fi controlată. Pe măsură ce crescătorii cresc noi rase de animale, ei au început, de asemenea, să crească ARN cu proprietățile dorite. De exemplu, molecule care ajută la unirea nucleotidelor în lanțuri lungi; molecule de temperatură ridicată și așa mai departe.

Colonii de molecule în vase Petri - aceasta este lumea ARN-ului, doar artificială. Lumea naturală a ARN-ului ar fi putut apărea acum 4 miliarde de ani în bălți calde și lacuri mici, unde a avut loc reproducerea spontană a moleculelor. Treptat, moleculele au început să se adune în comunități și să concureze între ele pentru un loc sub soare, cel mai în formă a supraviețuit. Adevărat, transferul de informații în astfel de colonii este inexact, iar caracteristicile nou dobândite ale unui „individ” individual se pot pierde, dar acest neajuns este acoperit de un număr mare de combinații. Selecția ARN-ului a fost foarte rapidă și în jumătate de miliard de ani ar fi putut apărea o celulă. Dând un impuls apariției vieții, lumea ARN-ului nu a dispărut, ea continuă să existe în interiorul tuturor organismelor de pe Pământ.

Lumea ARN-ului este aproape vie, mai are doar un pas până la renașterea completă - pentru a produce o celulă. Celula este separată de mediu printr-o membrană puternică, ceea ce înseamnă că următoarea etapă în evoluția lumii ARN este încheierea coloniilor, unde moleculele sunt legate între ele, într-o membrană grasă. O astfel de protocelulă s-ar putea întâmpla întâmplător, dar pentru a deveni o celulă vie cu drepturi depline, membrana a trebuit să fie reprodusă din generație în generație. Cu ajutorul selecției artificiale în colonie, este posibil să se elimine ARN-ul care este responsabil de creșterea membranei, dar s-a întâmplat cu adevărat acest lucru? Autorii experimentelor de la Massachusetts Institute of Technology SUA subliniază că rezultatele obținute în laborator nu vor fi neapărat similare cu asamblarea reală a unei celule vii și pot fi departe de adevăr. Cu toate acestea, nu a fost încă posibil să se creeze o celulă vie într-o eprubetă. Lumea ARN-ului nu și-a dezvăluit pe deplin secretele.

Cum a apărut viața pe Pământ? Detaliile sunt necunoscute omenirii, dar principiile de temelie au fost stabilite. Există două teorii principale și multe minore. Deci, conform versiunii principale, componentele organice au venit pe Pământ din spațiul cosmic, conform altuia, totul s-a întâmplat pe Pământ. Iată câteva dintre cele mai populare învățături.

panspermie

Cum a apărut Pământul nostru? Biografia planetei este unică, iar oamenii încearcă să o dezvăluie în moduri diferite. Există o ipoteză că viața care există în Univers este distribuită cu ajutorul meteoroizilor (corpuri cerești de dimensiuni intermediare între praful interplanetar și un asteroid), asteroizi și planete. Se presupune că există forme de viață care pot rezista la expunere (radiații, vid, temperaturi scăzute etc.). Se numesc extremofili (inclusiv bacterii și microorganisme).

Ei ajung în resturi și praf, care sunt aruncate în spațiu după ce au salvat, astfel, viața după moartea unor corpuri mici ale sistemului solar. Bacteriile pot călători în repaus pentru perioade lungi de timp înainte de o nouă coliziune aleatorie cu alte planete.

De asemenea, se pot amesteca cu discuri protoplanetare (nor dens de gaz în jurul unei planete tinere). Dacă într-un loc nou „soldații persistenti, dar somnoroși” cad în condiții favorabile, aceștia devin activi. Începe procesul de evoluție. Istoria este dezlegată cu ajutorul sondelor. Datele de la instrumente care s-au aflat în interiorul cometelor indică faptul că, în marea majoritate a cazurilor, este confirmată probabilitatea că toți suntem „un pic străini”, deoarece leagănul vieții este spațiul.

Biopoieza

Și iată o altă părere despre cum a apărut viața. Pe Pământ există viu și neviu. Unele științe salută abiogeneza (biopoeza), care explică modul în care, în cursul transformării naturale, viața biologică a apărut din materia anorganică. Majoritatea aminoacizilor (numiți și blocurile de construcție ale tuturor organismelor vii) pot fi formați folosind reacții chimice naturale care nu au legătură cu viața.

Acest lucru este confirmat de experimentul Muller-Urey. În 1953, un om de știință a condus electricitatea printr-un amestec de gaze și a produs câțiva aminoacizi în condiții de laborator care le imită pe cele ale Pământului timpuriu. La toate ființele vii, aminoacizii sunt transformați în proteine ​​sub influența acizilor nucleici, custozii memoriei genetice.

Acestea din urmă sunt sintetizate independent prin mijloace biochimice, iar proteinele accelerează (catalizează) procesul. Care dintre moleculele organice este prima? Și cum au interacționat? Abiogeneza este în proces de găsire a unui răspuns.

Tendințe cosmogonice

Aceasta este doctrina spațiului. Într-un anumit context al științei spațiale și al astronomiei, termenul se referă la teoria creării (și studiului) sistemului solar. Încercările de a gravita către cosmogonia naturalistă nu rezistă controlului. În primul rând, teoriile științifice existente nu pot explica principalul lucru: cum a apărut Universul însuși?

În al doilea rând, nu există un model fizic care să explice primele momente ale existenței universului. În teoria menționată, nu există un concept de gravitație cuantică. Deși teoreticienii corzilor spun că particulele elementare apar din vibrațiile și interacțiunile corzilor cuantice, cei care studiază originea și consecințele Big Bang-ului (cosmologia cuantică în buclă) nu sunt de acord cu acest lucru. Ei cred că au formule pentru a descrie modelul în termeni de ecuații de câmp.

Cu ajutorul ipotezelor cosmogonice, oamenii au explicat uniformitatea mișcării și compoziției corpurilor cerești. Cu mult înainte de apariția vieții pe Pământ, materia a umplut tot spațiul și apoi a evoluat.

Endosimbiont

Versiunea endosimbiotică a fost formulată pentru prima dată de botanistul rus Konstantin Merezhkovsky în 1905. El credea că unele organite au apărut ca bacterii cu viață liberă și au fost duse într-o altă celulă ca endosimbioți. Mitocondriile au evoluat din proteobacterii (în special Rickettsiale sau rude apropiate) și cloroplaste din cianobacterii.

Acest lucru sugerează că mai multe forme de bacterii au intrat în simbioză cu formarea unei celule eucariote (eucariotele sunt celule ale organismelor vii care conțin un nucleu). Transferul orizontal al materialului genetic între bacterii este facilitat și de relațiile simbiotice.

Apariția unei varietăți de forme de viață poate fi precedată de Ultimul strămoș comun (LUA) al organismelor moderne.

Naștere spontană

Până la începutul secolului al XIX-lea, oamenii au respins în general „brudarea” ca o explicație a modului în care a început viața pe Pământ. Generarea spontană neașteptată a anumitor forme de viață din materie neînsuflețită le părea de neplauzită. Dar ei credeau în existența eterogenezei (o schimbare a metodei de reproducere), atunci când una dintre formele de viață provine de la o altă specie (de exemplu, albinele din flori). Ideile clasice despre generarea spontană se rezumă la următoarele: unele organisme vii complexe au apărut datorită descompunerii substanțelor organice.

Potrivit lui Aristotel, acesta era un adevăr ușor de observat: afidele apar din roua care cade pe plante; muștele - din hrana stricat, șoarecii - din fânul murdar, crocodilii - din buștenii putrezici de pe fundul rezervoarelor și așa mai departe. Teoria generației spontane (refuzată de creștinism) a existat în secret de secole.

Este general acceptat că teoria a fost în cele din urmă respinsă în secolul al XIX-lea de experimentele lui Louis Pasteur. Omul de știință nu a studiat originea vieții, a studiat apariția microbilor pentru a putea lupta împotriva bolilor infecțioase. Cu toate acestea, dovezile lui Pasteur nu mai erau controversate, ci strict științifice.

Teoria argilei și creația secvențială

Apariția vieții pe bază de lut? Este posibil? Un chimist scoțian pe nume A.J. Kearns-Smith de la Universitatea din Glasgow în 1985 este autorul unei astfel de teorii. Pe baza unor presupuneri similare ale altor oameni de știință, el a susținut că particulele organice, aflându-se între straturile de argilă și interacționând cu acestea, au adoptat modul de stocare a informațiilor și de creștere. Astfel, omul de știință a considerat „gena argilei” ca fiind primară. Inițial, mineralul și viața în curs de dezvoltare au existat împreună, dar la un anumit stadiu au „fugit”.

Ideea de distrugere (haos) în lumea în curs de dezvoltare a deschis calea teoriei catastrofismului ca unul dintre precursorii teoriei evoluției. Susținătorii săi cred că Pământul a fost afectat de evenimente bruște, de scurtă durată, turbulente în trecut și că prezentul este cheia trecutului. Fiecare catastrofă următoare a distrus viața existentă. Creația ulterioară a reînviat-o deja diferită de cea anterioară.

doctrină materialistă

Și iată o altă versiune a modului în care a apărut viața pe Pământ. A fost înaintat de către materialişti. Ei cred că viața a apărut ca urmare a transformărilor chimice treptate extinse în timp și spațiu, care, după toate probabilitățile, au avut loc acum aproape 3,8 miliarde de ani. Această dezvoltare se numește moleculară, afectează zona acizilor dezoxiribonucleici și ribonucleici și a proteinelor (proteine).

Ca tendință științifică, doctrina a apărut în anii 1960, când s-au efectuat cercetări active care afectează biologia moleculară și evolutivă, genetica populației. Oamenii de știință au încercat apoi să înțeleagă și să valideze descoperirile recente referitoare la acizii nucleici și proteinele.

Unul dintre subiectele cheie care a stimulat dezvoltarea acestui domeniu de cunoaștere a fost evoluția funcției enzimatice, utilizarea divergenței acidului nucleic ca „ceas molecular”. Dezvăluirea sa a contribuit la un studiu mai profund al divergenței (ramificării) speciilor.

origine organică

Despre cum a apărut viața pe Pământ, susținătorii acestei doctrine argumentează după cum urmează. Formarea speciilor a început cu mult timp în urmă - cu peste 3,5 miliarde de ani în urmă (numărul indică perioada în care există viața). Probabil, la început a avut loc un proces lent și gradual de transformare, iar apoi a început o etapă rapidă (în cadrul Universului) de îmbunătățire, o tranziție de la o stare statică la alta sub influența condițiilor existente.

Evoluția, cunoscută sub numele de biologică sau organică, este procesul de schimbare în timp a uneia sau mai multor trăsături moștenite găsite în populațiile de organisme. Trăsăturile ereditare sunt trăsături distinctive speciale, inclusiv anatomice, biochimice și comportamentale, care se transmit de la o generație la alta.

Evoluția a dus la diversitatea și diversificarea tuturor organismelor vii (diversificare). Lumea noastră plină de culoare a fost descrisă de Charles Darwin drept „forme nesfârșite, cele mai frumoase și cele mai minunate”. Avem impresia că originea vieții este o poveste fără început sau sfârșit.

creație specială

Conform acestei teorii, toate formele de viață care există astăzi pe planeta Pământ sunt create de Dumnezeu. Adam și Eva sunt primul bărbat și prima femeie creați de Atotputernic. Viața pe Pământ a început cu ei, cred creștinii, musulmanii și evreii. Trei religii au fost de acord că Dumnezeu a creat universul în șapte zile, făcând din a șasea zi punctul culminant al muncii: el l-a creat pe Adam din praful pământului și pe Eva din coasta sa.

În ziua a șaptea, Dumnezeu S-a odihnit. Apoi a inspirat și a trimis să aibă grijă de grădina numită Eden. În centru au crescut Arborele Vieții și Arborele Cunoașterii binelui. Dumnezeu a îngăduit să se mănânce fructele tuturor pomilor din grădină, cu excepția Pomului Cunoașterii („căci în ziua în care le vei mânca vei muri”).

Dar oamenii nu s-au supus. Coranul spune că Adam s-a oferit să guste din măr. Dumnezeu i-a iertat pe păcătoși și i-a trimis pe amândoi pe pământ ca reprezentanți ai Săi. Și totuși... De unde a venit viața de pe Pământ? După cum puteți vedea, nu există un singur răspuns. Deși oamenii de știință moderni sunt din ce în ce mai înclinați către teoria abiogenă (anorganică) a originii tuturor viețuitoarelor.

Există o ipoteză despre posibila introducere a bacteriilor, microbilor și a altor organisme minuscule prin introducerea corpurilor cerești. Organismele au evoluat și, ca urmare a transformărilor pe termen lung, viața a apărut treptat pe Pământ. Ipoteza are în vedere organisme care pot funcționa chiar și într-un mediu anoxic și la temperaturi anormal de ridicate sau scăzute.

Acest lucru se datorează prezenței bacteriilor migratoare pe asteroizi și meteoriți, care sunt fragmente de la ciocnirile de planete sau alte corpuri. Datorită prezenței unei învelișuri exterioare rezistente la uzură, precum și datorită capacității de a încetini toate procesele de viață (uneori transformându-se într-un spor), acest tip de viață este capabil să se miște foarte mult timp și foarte mult timp. distante.

Când ajung în condiții mai primitoare, „călătorii intergalactici” activează principalele funcții de susținere a vieții. Și fără să-și dea seama, ele formează, în timp, viața pe Pământ.

Trăind din non-vie

Faptul existenței substanțelor sintetice și organice astăzi este de netăgăduit. Mai mult, încă din secolul al XIX-lea, omul de știință german Friedrich Wöhler a sintetizat materia organică (uree) din materie anorganică (cianat de amoniu). Apoi au fost sintetizate hidrocarburile. Astfel, viața de pe planeta Pământ este foarte probabil ca urmare a sintezei din material anorganic. Prin abiogeneză sunt prezentate teorii despre originea vieții.

Deoarece rolul principal în structura oricărui organism organic este jucat de aminoacizi. Ar fi logic să presupunem că au fost implicați în așezarea Pământului cu viața. Pe baza datelor obținute din experimentul lui Stanley Miller și Harold Urey (formarea aminoacizilor prin trecerea unei sarcini electrice prin gaze), putem vorbi despre posibilitatea formării aminoacizilor. La urma urmei, aminoacizii sunt blocurile de construcție cu care sunt construite sistemele complexe ale corpului și, respectiv, orice viață.

Ipoteza cosmogonica

Probabil cea mai populară interpretare dintre toate, pe care o știe fiecare elev. Teoria Big Bang a fost și rămâne un subiect fierbinte de discuție. Big Bang-ul a venit dintr-un punct singular de acumulare de energie, în urma căruia Universul s-a extins semnificativ. S-au format corpuri cosmice. În ciuda întregii consistențe, Teoria Big Bang nu explică formarea universului în sine. De fapt, nicio ipoteză existentă nu o poate explica.

Simbioza organelelor organismelor nucleare

Această versiune a originii vieții pe Pământ se mai numește și endosimbioză. Prevederile clare ale sistemului au fost elaborate de botanistul și zoologul rus K. S. Merezhkovsky. Esența acestui concept constă în coabitarea reciproc avantajoasă a organelului cu celula. Ceea ce, la rândul său, sugerează endosimbioza, ca simbioză benefică ambelor părți cu formarea celulelor eucariote (celule în care este prezent un nucleu). Apoi, cu ajutorul transferului de informații genetice între bacterii, s-a realizat dezvoltarea și creșterea populației acestora. Conform acestei versiuni, toată dezvoltarea ulterioară a vieții și a formelor de viață se datorează strămoșului anterior al speciilor moderne.

Generatie spontana

Acest tip de afirmație în secolul al XIX-lea nu putea fi luată fără o parte de scepticism. Apariția bruscă a speciilor, și anume formarea vieții din lucruri nevii, părea o fantezie pentru oamenii de atunci. În același timp, eterogeneza (metoda de reproducere, în urma căreia se nasc indivizi foarte diferiți de părinți) a fost recunoscută ca o explicație rezonabilă a vieții. Un exemplu simplu ar fi formarea unui sistem complex viabil din substanțe în descompunere.

De exemplu, în același Egipt, hieroglifele egiptene raportează apariția unei vieți diverse din apă, nisip, resturi de plante în descompunere și putrezire. Această știre nu i-ar fi surprins pe filosofii greci antici. Acolo, credința despre originea vieții din neînsuflețit era percepută ca un fapt care nu necesita fundamentare. Marele filozof grec Aristotel a vorbit despre adevărul vizibil în acest fel: „afidele sunt formate din alimente putrede, crocodilul este rezultatul proceselor în putrezirea buștenilor sub apă”. În mod misterios, dar în ciuda a tot felul de persecuții din partea bisericii, convingerea sub sânul misterului a trăit un secol.

Dezbaterile despre viața pe Pământ nu pot continua la nesfârșit. De aceea, la sfârșitul secolului al XIX-lea, microbiologul și chimistul francez Louis Pasteur și-a efectuat analizele. Cercetările sale au fost strict științifice. Experimentul a fost realizat în 1860-1862. Datorită eliminării disputelor dintr-o stare de somn, Pasteur a putut rezolva problema generației spontane a vieții. (Pentru care a fost distins cu premiul de la Academia Franceză de Științe)

Crearea existenței din lut obișnuit

Sună a nebunie, dar în realitate acest subiect are dreptul la viață. La urma urmei, nu degeaba omul de știință scoțian, A.J. Cairns-Smith, a prezentat o teorie a proteinelor despre viață. Stând puternic la baza unor studii similare, el a vorbit despre interacțiunea la nivel molecular dintre constituenții organici și argila simplă... Fiind sub influența acesteia, componentele au format sisteme stabile în care s-au produs modificări în structura ambelor componente, iar apoi formarea unei vieți durabile. Într-un mod atât de unic și original, Kearns-Smith și-a explicat poziția. Cristalele de argilă, cu incluziuni biologice în el, au dat naștere vieții împreună, după care „cooperarea” lor s-a încheiat.

Teoria catastrofelor permanente

Conform conceptului dezvoltat de Georges Cuvier, lumea pe care o poți vedea chiar acum nu este deloc primară. Și ce este el, deci este doar o altă verigă dintr-un lanț rupt constant. Aceasta înseamnă că trăim într-o lume care va suferi în cele din urmă o extincție în masă a vieții. În același timp, nu totul de pe Pământ a fost supus distrugerii globale (de exemplu, a avut loc o inundație). Unele specii, în cursul adaptabilității lor, au supraviețuit, populând astfel Pământul. Structura speciilor și a vieții, potrivit lui Georges Cuvier, a rămas neschimbată.

Materia ca realitate obiectivă

Tema principală a predării o constituie diverse sfere și domenii care aduc mai aproape de înțelegerea evoluției, din punctul de vedere al științelor exacte. (materialismul este o viziune asupra lumii în filosofie care dezvăluie toate circumstanțele cauzale, fenomenele și factorii realității. Legile sunt aplicabile omului, societății, Pământului). Teoria a fost înaintată de cunoscuți adepți ai materialismului, care cred că viața de pe Pământ a luat naștere din transformări la nivelul chimiei. Mai mult, acestea au avut loc acum aproape 4 miliarde de ani. Explicația vieții are o legătură directă cu ADN, (acid dezoxiribonucleic) ARN (acid ribonucleic), precum și cu unele DIU (compuși cu greutate moleculară mare, în acest caz- proteine.)

Conceptul a fost format prin cercetare științifică, dezvăluind esența biologiei moleculare și genetice, genetica. Sursele sunt autoritare, mai ales având în vedere tinerețea lor. La urma urmei, studiile asupra ipotezei despre lumea ARN-ului au început să fie efectuate la sfârșitul secolului al XX-lea. O contribuție uriașă la teorie a avut-o Carl Richard Woese.

Învățăturile lui Charles Darwin

Vorbind despre originea speciilor, este imposibil să nu menționăm o persoană cu adevărat genială precum Charles Darwin. Opera sa de viață, selecția naturală, a pus bazele mișcărilor atee de masă. Pe de altă parte, a dat un impuls fără precedent științei, un teren inepuizabil pentru cercetare și experimentare. Esența doctrinei a fost supraviețuirea speciilor de-a lungul istoriei, prin adaptarea organismelor la condițiile locale, formarea de noi trăsături care ajută într-un mediu competitiv.

Evoluția se referă la unele procese care vizează schimbarea vieții unui organism și a organismului însuși în timp. Sub trăsături ereditare, ele înseamnă transferul de informații comportamentale, genetice sau de alt tip (transmitere de la mamă la copil.)

Principalele forțe ale mișcării evoluției, după Darwin, este lupta pentru dreptul la existență, prin selecția și variabilitatea speciilor. Sub influența ideilor darwiniene, la începutul secolului al XX-lea, s-au desfășurat activ cercetări în materie de ecologie, precum și de genetică. Predarea zoologiei s-a schimbat radical.

Crearea lui Dumnezeu

Mulți oameni de pe tot globul mărturisesc încă credința în Dumnezeu. Creaționismul este o interpretare a formării vieții pe Pământ. Interpretarea constă într-un sistem de afirmații bazate pe Biblie și consideră viața ca o ființă creată de un zeu creator. Datele sunt preluate din „Vechiul Testament”, „Evanghelie” și din alte scrieri sacre.

Interpretările despre crearea vieții în diferite religii sunt oarecum similare. Potrivit Bibliei, pământul a fost creat în șapte zile. Cerul, corpul ceresc, apa și altele asemenea, au fost create în cinci zile. În a șasea zi, Dumnezeu l-a creat pe Adam din lut. Văzând un om plictisit și singuratic, Dumnezeu a decis să creeze o altă minune. Luând coasta lui Adam, el a creat-o pe Eva. A șaptea zi a fost recunoscută drept zi liberă.

Adam și Eva au trăit fără probleme, până când diavolul răuvoitor în formă de șarpe a decis să o ispitească pe Eva. La urma urmei, în mijlocul paradisului stătea pomul cunoașterii binelui și răului. Prima mamă l-a invitat pe Adam să împartă masa, încălcând astfel cuvântul dat lui Dumnezeu (el a interzis atingerea fructelor interzise).

Primii oameni sunt expulzați în lumea noastră, pornind astfel istoria întregii omeniri și a vieții de pe Pământ.

Întrebarea despre originea vieții pe Pământ este una dintre cele mai dificile întrebări ale științei naturale moderne, la care până acum nu există un răspuns clar.

Există mai multe teorii despre originea vieții pe Pământ, dintre care cele mai faimoase sunt:

• teoria generarii spontane (spontane);
• teoria creaționismului (sau creației);
• teoria stării de echilibru;
• teoria panspermiei;
• teoria evoluției biochimice (teoria A.I. Oparin).

Luați în considerare principalele prevederi ale acestor teorii.

Teoria generării spontane (spontane).

Teoria generării spontane a vieții a fost larg răspândită în lumea antică - Babilon, China, Egiptul Antic și Grecia Antică (Aristotel, în special, a aderat la această teorie).

Oamenii de știință din lumea antică și din Europa medievală credeau că ființele vii apar constant din materie neînsuflețită: viermi din noroi, broaște din noroi, licurici din roua dimineții etc. Deci, celebrul om de știință olandez al secolului al XVII-lea. Van Helmont a descris destul de serios în tratatul său științific o experiență în care a luat șoareci într-un dulap închis la culoare direct dintr-o cămașă murdară și o mână de grâu în 3 săptămâni. Pentru prima dată, omul de știință italian Francesco Redi (1688) a decis să supună verificării experimentale o teorie larg acceptată. A pus câteva bucăți de carne în vase și pe unele le-a acoperit cu muselină. În vasele deschise, viermii albi au apărut pe suprafața cărnii putrezite - larve de muște. Nu existau larve de musca in vasele acoperite cu muselina. Astfel, F. Redi a reușit să demonstreze că larvele de muște nu apar din carnea putrezită, ci din ouăle depuse de muște la suprafața acesteia.

În 1765, celebrul om de știință și medic italian Lazzaro Spalanzani a fiert carne și bulion de legume în baloane de sticlă închise. Cioroanele din baloane închise nu s-au deteriorat. El a ajuns la concluzia că, sub influența temperaturii ridicate, toate creaturile vii capabile să provoace alterarea bulionului au murit. Cu toate acestea, experimentele lui F. Redi și L. Spalanzani nu au convins pe toată lumea. Oamenii de știință vitaliști (din lat. vita- viața) credea că generarea spontană a ființelor vii nu are loc într-un bulion fiert, deoarece în ea este distrusă o „forță vitală” specială, care nu poate pătrunde într-un vas sigilat, deoarece este transportată prin aer.

Disputele cu privire la posibilitatea generării spontane a vieții s-au intensificat în legătură cu descoperirea microorganismelor. Dacă ființele vii complexe nu se pot reproduce spontan, poate că microorganismele se pot reproduce?

În acest sens, în 1859, Academia Franceză anunță acordarea unui premiu celui care decide în cele din urmă problema posibilității sau imposibilității generării spontane a vieții. Acest premiu a fost primit în 1862 de celebrul chimist și microbiolog francez Louis Pasteur. La fel ca Spalanzani, a fiert bulion nutritiv într-un balon de sticlă, dar balonul nu era obișnuit, ci cu un gât în ​​formă de tub în formă de 5. Aerul și, prin urmare, „forța vitală”, ar putea pătrunde în balon, dar praful și, odată cu acesta, microorganismele prezente în aer, s-au așezat în cotul inferior al tubului în formă de 5, iar bulionul din balon a rămas steril. (Fig. 1). Cu toate acestea, a meritat să spargeți gâtul balonului sau să clătiți genunchiul inferior al tubului în formă de 5 cu bulion steril, deoarece bulionul a început să devină tulbure - au apărut microorganisme în el.

Astfel, datorită lucrării lui Louis Pasteur, teoria generației spontane a fost recunoscută ca insutenabilă și teoria biogenezei a fost stabilită în lumea științifică, o scurtă formulare a cărei este - „tot ce este viu provine din viețuitoare”.

Orez. 1. Balon Pasteur

Cu toate acestea, dacă toate organismele vii din perioada previzibilă istoric a dezvoltării umane provin doar din alte organisme vii, se pune în mod natural întrebarea: când și cum au apărut primele organisme vii pe Pământ?

Teoria creației

Teoria creației presupune că toate organismele vii (sau numai formele lor cele mai simple) au fost create („proiectate”) într-o anumită perioadă de timp de o ființă supranaturală (zeitate, idee absolută, supraminte, supercivilizație etc.). Este evident că adepții majorității religiilor principale ale lumii, în special religia creștină, au aderat la acest punct de vedere din cele mai vechi timpuri.

Teoria creaționismului este încă destul de răspândită, nu numai în mediile religioase, ci și în mediile științifice. Este de obicei folosit pentru a explica cele mai complexe, nerezolvate probleme ale evoluției biochimice și biologice asociate cu apariția proteinelor și acizilor nucleici, formarea mecanismului de interacțiune între ele, apariția și formarea organelor sau organelor complexe individuale (cum ar fi ribozomul, ochiul sau creierul). Actele de „creație” periodică explică și absența unor legături de tranziție clare de la un tip de animal
la alta, de exemplu, de la viermi la artropode, de la maimute la oameni etc. Trebuie subliniat că disputa filosofică despre primatul conștiinței (supraminții, ideea absolută, zeitatea) sau materiei este, totuși, fundamental de nerezolvat, deoarece o încercare de a explica orice dificultăți ale biochimiei moderne și ale teoriei evoluționiste prin acte supranaturale fundamental de neînțeles ale creației necesită aceste probleme dincolo de sfera cercetării științifice, teoria creaționismului nu poate fi atribuită categoriei de teorii științifice despre originea vieții pe Pământ.

Starea de echilibru și teorii ale panspermiei

Ambele teorii sunt elemente complementare ale unei singure imagini a lumii, a cărei esență este următoarea: universul există pentru totdeauna și viața există în el pentru totdeauna (stare staționară). Viața este transportată de la o planetă la alta de „semințele de viață” care călătoresc în spațiul cosmic, care pot face parte din comete și meteoriți (panspermie). Păreri similare cu privire la originea vieții au avut, în special, academicianul V.I. Vernadsky.

Totuși, teoria stării staționare, care presupune o existență infinit de lungă a universului, nu este în concordanță cu datele astrofizicii moderne, conform cărora universul a apărut relativ recent (acum aproximativ 16 miliarde de ani) prin intermediul unei explozii primare. .

Este evident că ambele teorii (panspermia și starea staționară) nu oferă deloc o explicație a mecanismului originii primare a vieții, transferându-l pe alte planete (panspermie) sau mutându-l la infinit în timp (teoria unui staționar). stat).

Teoria evoluției biochimice (teoria A.I. Oparin)

Dintre toate teoriile despre originea vieții, cea mai răspândită și recunoscută în lumea științifică este teoria evoluției biochimice, propusă în 1924 de biochimistul sovietic Academician A.I. Oparin (în 1936 a descris-o în detaliu în cartea sa Apariția vieții).

Esența acestei teorii este că evoluția biologică - i.e. apariția, dezvoltarea și complicarea diferitelor forme de organisme vii, a fost precedată de evoluția chimică - o perioadă lungă din istoria Pământului, asociată cu apariția, complicarea și îmbunătățirea interacțiunii dintre unitățile elementare, „cărămizi” care alcătuiesc toate viețuitoarele – molecule organice.

Evoluție prebiologică (chimică).

Potrivit majorității oamenilor de știință (în primul rând astronomi și geologi), Pământul s-a format ca corp ceresc în urmă cu aproximativ 5 miliarde de ani. prin condensarea particulelor unui nor de gaz și praf care se rotesc în jurul Soarelui.

Sub influența forțelor de compresiune, particulele din care este format Pământul eliberează o cantitate imensă de căldură. Reacțiile termonucleare încep în intestinele Pământului. Ca urmare, Pământul devine foarte fierbinte. Astfel, acum 5 miliarde de ani Pământul era o minge fierbinte care se repezi prin spațiul cosmic, a cărei temperatură la suprafață atingea 4000-8000°C (râde. 2).

Treptat, datorită radiației de energie termică în spațiul cosmic, Pământul începe să se răcească. Acum aproximativ 4 miliarde de ani Pământul se răcește atât de mult încât la suprafața lui se formează o crustă tare; în același timp, substanțele ușoare, gazoase, scapă din intestinele sale, ridicându-se și formând atmosfera primară. Compoziția atmosferei primare era semnificativ diferită de cea modernă. Aparent, în atmosfera Pământului antic nu exista oxigen liber, iar compoziția sa includea substanțe în stare redusă, precum hidrogenul (H 2 ), metanul (CH 4 ), amoniacul (NH 3 ), vaporii de apă (H 2 ). O ), și posibil, de asemenea, azot (N 2 ), monoxid de carbon și dioxid de carbon (CO și CO 2).

Natura reducătoare a atmosferei primare a Pământului este extrem de importantă pentru originea vieții, deoarece substanțele în stare redusă sunt foarte reactive și, în anumite condiții, sunt capabile să interacționeze între ele, formând molecule organice. Absența oxigenului liber în atmosfera Pământului primar (practic tot oxigenul Pământului a fost legat sub formă de oxizi) este, de asemenea, o condiție prealabilă importantă pentru apariția vieții, deoarece oxigenul se oxidează ușor și, prin urmare, distruge compușii organici. Prin urmare, în prezența oxigenului liber în atmosferă, acumularea unei cantități semnificative de materie organică pe Pământul antic ar fi fost imposibilă.

Acum aproximativ 5 miliarde de ani- apariția Pământului ca corp ceresc; temperatura suprafeței — 4000-8000°C

Acum aproximativ 4 miliarde de ani - formarea scoarței terestre și a atmosferei primare

La 1000°C- în atmosfera primară începe sinteza moleculelor organice simple

Energia pentru sinteza este data de:

Temperatura atmosferei primare este sub 100 ° C - formarea oceanului primar -

Sinteza moleculelor organice complexe - biopolimeri din molecule organice simple:

• molecule organice simple – monomeri
• molecule organice complexe – biopolimeri

Sistem. 2. Principalele etape ale evoluției chimice

Când temperatura atmosferei primare atinge 1000°C, în ea începe sinteza moleculelor organice simple, cum ar fi aminoacizi, nucleotide, acizi grași, zaharuri simple, alcooli polihidroxici, acizi organici etc. Energia de sinteză este furnizată de descărcări de fulgere, activitate vulcanică, radiații spațiale dure și, în sfârșit, radiația ultravioletă a Soarelui, de care Pământul nu este încă protejat de ecranul de ozon, iar radiația ultravioletă este cea pe care oamenii de știință o consideră principala sursă de energie pentru abiogen (aceasta este, trecând fără participarea organismelor vii) sinteza substanțelor organice.

Recunoașterea și răspândirea largă a teoriei A.I. Oparina a fost mult facilitată de faptul că procesele de sinteză abiogenă a moleculelor organice sunt ușor de reprodus în experimente model.

Posibilitatea sintetizării substanțelor organice din substanțe anorganice este cunoscută încă de la începutul secolului al XIX-lea. Deja în 1828, remarcabilul chimist german F. Wöhler a sintetizat o substanță organică - ureea din anorganic - cianat de amoniu. Cu toate acestea, posibilitatea sintezei abiogene a substanțelor organice în condiții apropiate de cele ale Pământului antic a fost demonstrată pentru prima dată în experimentul lui S. Miller.

În 1953, un tânăr cercetător american, student absolvent la Universitatea din Chicago, Stanley Miller, a reprodus într-un balon de sticlă cu electrozi lipiți în el atmosfera primară a Pământului, care, conform oamenilor de știință din acea vreme, era compusă din hidrogen, metan CH4, amoniac NH și vapori de apă H20 (Fig. 3). Prin acest amestec de gaze, S. Miller a trecut timp de o săptămână descărcări electrice simulând furtuni. La sfârșitul experimentului, în balon s-au găsit α-aminoacizi (glicină, alanină, asparagină, glutamina), acizi organici (succinic, lactic, acetic, glicocolic), acid y-hidroxibutiric și uree. La repetarea experimentului, S. Miller a reușit să obțină nucleotide individuale și lanțuri scurte de polinucleotide de cinci până la șase legături.

Orez. 3. Instalare de S. Miller

În experimentele ulterioare de sinteză abiogenă efectuate de diverși cercetători, au fost folosite nu numai descărcări electrice, ci și alte tipuri de energie caracteristice Pământului antic, cum ar fi radiațiile cosmice, ultraviolete și radioactive, temperaturile ridicate inerente activității vulcanice, precum și diverse opțiuni pentru amestecuri de gaze, imitând atmosfera originală. Ca urmare, a fost obținut aproape întregul spectru de molecule organice caracteristice viețuitoarelor: aminoacizi, nucleotide, substanțe asemănătoare grăsimilor, zaharuri simple, acizi organici.

Mai mult, sinteza abiogenă a moleculelor organice poate avea loc și pe Pământ în prezent (de exemplu, în cursul activității vulcanice). În același timp, nu numai acidul cianhidric HCN, care este un precursor al aminoacizilor și nucleotidelor, ci și aminoacizii individuali, nucleotidele și chiar substanțele organice complexe precum porfirinele pot fi găsite în emisiile vulcanice. Sinteza abiogenă a substanțelor organice este posibilă nu numai pe Pământ, ci și în spațiul cosmic. Cei mai simpli aminoacizi se găsesc în meteoriți și comete.

Când temperatura atmosferei primare a scăzut sub 100 ° C, ploi fierbinți au căzut pe Pământ și a apărut oceanul primar. Odată cu șuvoiele de ploaie, substanțele organice sintetizate abiogen au pătruns în oceanul primar, ceea ce l-a transformat, dar în expresia figurată a biochimistului englez John Haldane, într-o „supă primară” diluată. Aparent, în oceanul primordial încep procesele de formare a moleculelor organice simple — monomeri ai moleculelor organice complexe — biopolimeri (vezi Fig. 2).

Cu toate acestea, procesele de polimerizare a nucleozidelor, aminoacizilor și zaharurilor individuale sunt reacții de condensare, ele procedează cu eliminarea apei, prin urmare, mediul apos nu contribuie la polimerizare, ci, dimpotrivă, la hidroliza biopolimerilor (adică. , distrugerea lor cu adaos de apă).

Formarea biopolimerilor (în special a proteinelor din aminoacizi) ar putea avea loc în atmosferă la o temperatură de aproximativ 180°C, de unde au fost spălați în oceanul primar cu precipitații atmosferice. În plus, este posibil ca pe Pământul antic, aminoacizii să fi fost concentrați în rezervoare de uscare și polimerizați într-o formă uscată sub influența luminii ultraviolete și a căldurii fluxurilor de lavă.

În ciuda faptului că apa promovează hidroliza biopolimerilor, sinteza biopolimerilor într-o celulă vie are loc tocmai într-un mediu apos. Acest proces este catalizat de proteine ​​catalitice speciale - enzime, iar energia necesară sintezei este eliberată în timpul descompunerii adenozin trifosfat - ATP. Este posibil ca sinteza biopolimerilor în mediul acvatic al oceanului primar să fi fost catalizată de suprafața anumitor minerale. S-a demonstrat experimental că o soluție de aminoacid alanină se poate polimeriza într-un mediu apos în prezența unui tip special de alumină. În acest caz, se formează peptida polialanina. Reacția de polimerizare a alaninei este însoțită de descompunerea ATP.

Polimerizarea nucleotidelor este mai ușoară decât polimerizarea aminoacizilor. S-a demonstrat că în soluții cu o concentrație mare de sare, nucleotidele individuale polimerizează spontan, transformându-se în acizi nucleici.

Viața tuturor ființelor vii moderne este un proces de interacțiune continuă între cei mai importanți biopolimeri ai unei celule vii - proteine ​​și acizi nucleici.

Proteinele sunt „moleculele de lucru”, „moleculele inginerești” ale unei celule vii. Descriind rolul lor în metabolism, biochimiștii folosesc adesea expresii figurative precum „proteina funcționează”, „enzima conduce reacția”. Cea mai importantă funcție a proteinelor este catalitică. După cum știți, catalizatorii sunt substanțe care accelerează reacțiile chimice, dar ei înșiși nu sunt incluși în produșii finali ai reacției. Rezervoarele-catalizatori se numesc enzime. Enzimele în îndoire și de mii de ori accelerează reacțiile metabolice. Metabolismul și, prin urmare, viața fără ele este imposibil.

Acizi nucleici- acestea sunt „molecule-calculatoare”, moleculele sunt deținătorii informațiilor ereditare. Acizii nucleici nu stochează informații despre toate substanțele unei celule vii, ci doar despre proteine. Este suficient să reproduceți în celula fiică proteinele caracteristice celulei mamă, astfel încât acestea să recreeze cu exactitate toate caracteristicile chimice și structurale ale celulei mamă, precum și natura și rata metabolismului inerente acesteia. Acizii nucleici înșiși sunt reproduși și datorită activității catalitice a proteinelor.

Astfel, misterul originii vieții este misterul apariției mecanismului de interacțiune dintre proteine ​​și acizi nucleici. Ce informații are știința modernă despre acest proces? Ce molecule au fost baza primară a vieții - proteinele sau acizii nucleici?

Oamenii de știință cred că, în ciuda rolului cheie al proteinelor în metabolismul organismelor vii moderne, primele molecule „vii” nu au fost proteine, ci acizi nucleici, și anume acizii ribonucleici (ARN).

În 1982, biochimistul american Thomas Check a descoperit proprietățile autocatalitice ale ARN-ului. El a arătat experimental că într-un mediu care conține concentrații mari de săruri minerale, ribonucleotidele polimerizează spontan (spontan), formând polinucleotide - molecule de ARN. Pe lanțurile polinucleotidice originale ale ARN, ca și pe o matrice, copiile ARN sunt formate prin împerecherea bazelor azotate complementare. Reacția de copiere a șablonului ARN este catalizată de molecula originală de ARN și nu necesită participarea enzimelor sau a altor proteine.

Ceea ce sa întâmplat în continuare este destul de bine explicat prin ceea ce s-ar putea numi „selecție naturală” la nivel molecular. În timpul autocopierii (auto-asamblarii) moleculelor de ARN, apar inevitabil inexactități și erori. Copiile de ARN eronate sunt copiate din nou. Când copiați din nou, pot apărea din nou erori. Ca rezultat, populația de molecule de ARN într-o anumită parte a oceanului primar va fi eterogenă.

Deoarece procesele de dezintegrare a ARN au loc, de asemenea, în paralel cu procesele de sinteză, moleculele fie cu o stabilitate mai mare, fie cu proprietăți autocatalitice mai bune se vor acumula în mediul de reacție (adică, molecule care se copiază mai repede, se „multesc” mai repede).

Pe unele molecule de ARN, ca pe o matrice, poate apărea autoasamblarea fragmentelor mici de proteine ​​- peptide. În jurul moleculei de ARN se formează o „înveliș” proteic.

Alături de funcțiile autocatalitice, Thomas Check a descoperit fenomenul de auto-splicing în moleculele de ARN. Ca urmare a auto-splicing-ului, regiunile ARN care nu sunt protejate de peptide sunt îndepărtate spontan din ARN (sunt, așa cum spunea, „decupate” și „ejectate”), iar regiunile ARN rămase care codifică fragmente de proteine ​​„cresc împreună”. ”, adică se combină spontan într-o singură moleculă. Această nouă moleculă de ARN va codifica deja o proteină complexă mare (Figura 4).

Aparent, inițial tecile proteice au îndeplinit în primul rând o funcție de protecție, protejând ARN-ul de distrugere și crescând astfel stabilitatea acestuia în soluție (aceasta este funcția învelișurilor proteice în cei mai simpli virusuri moderne).

Evident, la un anumit stadiu al evoluției biochimice, moleculele de ARN, care codifică nu numai proteine ​​protectoare, ci și proteine ​​catalitice (enzime) care accelerează brusc rata de copiere a ARN-ului, au câștigat un avantaj. Aparent, așa a luat naștere procesul de interacțiune dintre proteine ​​și acizi nucleici, pe care acum îi numim viață.

În procesul de dezvoltare ulterioară, datorită apariției unei proteine ​​cu funcțiile unei enzime, transcriptaza inversă, pe moleculele de ARN monocatenar, au început să fie sintetizate molecule de acid dezoxiribonucleic (ADN) formate din două catene. Absența unei grupe OH în poziția 2" a dezoxiribozei face moleculele de ADN mai stabile în raport cu clivajul hidrolitic în soluții ușor alcaline, și anume, reacția mediului în rezervoarele primare a fost ușor alcalină (această reacție a mediului a fost, de asemenea, păstrată). în citoplasma celulelor moderne).

Unde a avut loc dezvoltarea unui proces complex de interacțiune între proteine ​​și acizi nucleici? Conform teoriei lui A.I. Oparin, așa-numitele picături coacervate au devenit locul de naștere al vieții.

Orez. 4. Ipoteza apariției interacțiunii dintre proteine ​​și acizi nucleici: a) în procesul de autocopie a ARN-ului se acumulează erori (1 - nucleotide corespunzătoare ARN-ului original; 2 - nucleotide care nu corespund ARN-ului original - erori la copiere); b) datorită proprietăților sale fizico-chimice, aminoacizii se „lipesc” de o parte a moleculei de ARN (3 - moleculă de ARN; 4 - aminoacizi), care, interacționând între ei, se transformă în molecule proteice scurte - peptide. Ca rezultat al auto-splicing-ului inerent moleculelor de ARN, părțile moleculei de ARN care nu sunt protejate de peptide sunt distruse, iar cele rămase „cresc” într-o singură moleculă care codifică o proteină mare. Rezultatul este o moleculă de ARN acoperită cu o înveliș proteic (cei mai primitivi viruși moderni, de exemplu, virusul mozaicului tutunului, au o structură similară)

Fenomenul de coacervare constă în faptul că în anumite condiții (de exemplu, în prezența electroliților) substanțele macromoleculare sunt separate din soluție, dar nu sub formă de precipitat, ci sub forma unei soluții mai concentrate - coacervat. . Când este agitat, coacervatul se rupe în picături mici separate. În apă, astfel de picături sunt acoperite cu o înveliș de hidratare care le stabilizează (o înveliș de molecule de apă) - fig. 5.

Picăturile de coacervat au o oarecare aparență de metabolism: sub influența forțelor pur fizice și chimice, pot absorbi selectiv anumite substanțe din soluție și pot elibera produsele lor de degradare în mediu. Datorită concentrației selective de substanțe din mediul înconjurător, ele pot crește, dar când ajung la o anumită dimensiune, încep să se „înmulțească”, înmugurire picături mici, care, la rândul lor, pot crește și „muguri”.

Picăturile coacervate rezultate din concentrarea soluțiilor proteice în procesul de amestecare sub acțiunea valurilor și a vântului pot fi acoperite cu o înveliș lipidic: o singură membrană asemănătoare micelelor de săpun (cu o singură detașare a unei picături de pe suprafața apei acoperite). cu un strat lipidic), sau o membrană dublă asemănătoare cu o membrană celulară (când o picătură acoperită cu o membrană lipidică cu un singur strat cade din nou pe filmul lipidic care acoperă suprafața rezervorului - Fig. 5).

Procesele de apariție a picăturilor coacervate, creșterea și „mugurirea”, precum și „îmbrăcarea” acestora cu o membrană dintr-un strat dublu lipidic sunt ușor de modelat în laborator.

Pentru picăturile coacervate, există și un proces de „selecție naturală” în care picăturile cele mai stabile rămân în soluție.

În ciuda asemănării exterioare a picăturilor coacervate cu celulele vii, picăturilor coacervate le lipsește semnul principal al unui lucru viu - capacitatea de auto-reproducere precisă, autocopiere. Evident, precursorii celulelor vii au fost astfel de picături coacervate, care includeau complexe de molecule replicatoare (ARN sau ADN) și proteinele pe care le codifică. Este posibil ca complexele ARN-proteină să fi existat multă vreme în afara picăturilor coacervate sub forma așa-numitei „gene de viață liberă”, sau este posibil ca formarea lor să fi avut loc direct în interiorul unor picături coacervate.

Posibilă cale de tranziție de la picături coacervate la erupții primitive:

a) formarea unui coacervat; 6) stabilizarea picăturilor de coacervat într-o soluție apoasă; c) - formarea unui strat dublu lipidic în jurul picăturii, asemănător unei membrane celulare: 1 - picătură coacervată; 2 - strat monomolecular de lipide pe suprafața rezervorului; 3 — formarea unui singur strat lipidic în jurul picăturii; 4 — formarea unui strat dublu lipidic în jurul picăturii, asemănător unei membrane celulare; d) - o picătură coacervată înconjurată de un strat dublu lipidic, cu un complex proteină-nucleotide inclus în compoziția sa - un prototip al primei celule vii

Din punct de vedere istoric, procesul extrem de complex al originii vieții pe Pământ, care nu este pe deplin înțeles de știința modernă, a trecut extrem de repede. Timp de 3,5 miliarde de ani, așa-numitul. evoluția chimică s-a încheiat cu apariția primelor celule vii și a început evoluția biologică.