Kada žemėje prasidėjo gyvybė? Gyvenimas žemėje (7 nuotraukos)

Mokslas

Pasak mokslininkų, gyvybė žemėje prasidėjo maždaug prieš 3 milijardus metų: per šį laiką paprasčiausi organizmai išsivystė į sudėtingas gyvybės formas. Tačiau mokslininkams vis dar yra paslaptis, kaip planetoje atsirado gyvybė, ir jie pateikė keletą teorijų, paaiškinančių šį reiškinį:

1. Elektros kibirkštys

Garsiajame Miller-Urey eksperimente mokslininkai įrodė, kad žaibas galėjo prisidėti prie pagrindinių gyvybės atsiradimui reikalingų medžiagų kūrimo: elektros kibirkštys sudaro aminorūgštis atmosferoje, kurią sudaro didžiulis vandens, metano, amoniako ir vandenilio kiekis. Tada iš aminorūgščių išsivystė sudėtingesnės gyvybės formos. Ši teorija šiek tiek pasikeitė po to, kai mokslininkai išsiaiškino, kad planetos atmosferoje prieš milijardus metų buvo stinga vandenilio. Mokslininkai teigia, kad metanas, amoniakas ir vandenilis buvo vulkaniniuose debesyse, prisotintuose elektros krūvių.

2. Molis

Chemikas Alexanderis Grahamas Cairnsas-Smithas iš Glazgo universiteto (Škotija) iškėlė teoriją, kad gyvybės aušroje molyje buvo daug organinių junginių, kurie buvo arti vienas kito, ir kad molis padėjo suorganizuoti šias medžiagas į struktūras, panašias į mūsų genus.

DNR kaupia informaciją apie molekulių struktūrą, o genetinė DNR seka rodo, kaip aminorūgštys turi būti integruotos į baltymus. Cairns-Smith teigia, kad molio kristalai padėjo organizuoti organines molekules į tvarkingas struktūras, o vėliau pačios molekulės pradėjo tai daryti „be molio pagalbos“.

3. Giliavandenės angos

Pagal šią teoriją, gyvybė atsirado iš povandeninių hidroterminių angų, kurios išmetė daug vandenilio turinčias molekules. Ant akmenuoto paviršiaus šios molekulės gali susijungti ir tapti mineraliniais katalizatoriais reakcijoms, kurios paskatino gyvybės gimimą. Net ir dabar tokiose hidroterminėse angose, kuriose gausu cheminės ir šiluminės energijos, gyvena gana daug gyvų būtybių.

4. Ledo pradžia

Prieš 3 milijardus metų Saulė nešvietė taip ryškiai kaip dabar, todėl Žemę pasiekė mažiau šilumos. Visai įmanoma, kad žemės paviršius buvo padengtas storu ledo sluoksniu, kuris saugojo trapią organinę medžiagą po juo esančiame vandenyje nuo ultravioletinių spindulių ir kosminio poveikio. Be to, šaltis padėjo molekulėms išgyventi ilgiau, leisdamas reakcijas, kurios paskatino gyvybės gimimą.

5. RNR pasaulis

DNR reikia baltymų, kad susidarytų, o baltymams reikia DNR, kad susidarytų. Kaip jie galėjo susiformuoti vienas be kito? Mokslininkai teigė, kad šiame procese dalyvavo RNR, kuri, kaip ir DNR, saugo informaciją. Iš RNR atitinkamai susidarė baltymai ir DNR., kuris jį pakeitė dėl didesnio efektyvumo.

Iškilo dar vienas klausimas: „Kaip atsirado RNR?“. Vieni mano, kad jis planetoje atsirado spontaniškai, kiti neigia tokią galimybę.

6. „Paprasta“ teorija

Kai kurie mokslininkai teigė, kad gyvybė išsivystė ne iš sudėtingų molekulių, tokių kaip RNR, o iš paprastų, sąveikaujančių viena su kita. Jie galėjo būti paprastuose apvalkaluose, panašiuose į ląstelių membranas. Dėl šių paprastų molekulių sąveikos sudėtinga kurios reaguoja efektyviau.

7. Panspermija

Pagaliau, gyvybė galėjo atsirasti ne mūsų planetoje, o atnešta iš kosmoso: moksle šis reiškinys vadinamas panspermija. Ši teorija turi labai tvirtą pagrindą: dėl kosminio smūgio nuo Marso periodiškai atsiskiria akmenų fragmentai, kurie pasiekia Žemę. Po to, kai mokslininkai atrado Marso meteoritus mūsų planetoje, jie pasiūlė, kad šie objektai atsineštų bakterijų. Jei jais tiki, tai mes visi marsiečiai. Kiti tyrinėtojai teigė, kad kometos iš kitų žvaigždžių sistemų atnešė gyvybę. Net jei jie bus teisūs, žmonija ieškos atsakymo į kitą klausimą: „Kaip kosmose atsirado gyvybė?“.

Instrukcija

Šiuo metu biocheminė gyvybės kilmės teorija laikoma pripažinta. Ją sukūrė sovietų valdžia mokslininkas Aleksandras Oparinas 1924 m. Remiantis šia teorija, išvaizda ir tolesnis gyvenimas neįmanomas be ankstesnės ilgalaikės cheminės evoliucijos, kurią sudaro organinių molekulių atsiradimas ir vystymasis.

Maždaug prieš 4 milijardus metų Žemė jau turėjo tvirtą plutą ir atmosferą, kuri gerokai skyrėsi nuo dabartinės, joje praktiškai nebuvo deguonies, tačiau vandenilio, metano, azoto ir vandens garų buvo perteklius. Deguonies trūkumas, be kurio neįmanoma įsivaizduoti šiuolaikinis gyvenimas, pirmajame cheminės evoliucijos etape buvo palaima, nes deguonis yra stiprus oksidatorius, o esant dideliam jo kiekiui organinės molekulės tiesiog negalėjo susidaryti.

Žemei pakankamai atvėsus, jos atmosferoje pradėjo vykti organinių molekulių sintezės procesai ir šie procesai vyko abiogeniškai, tai yra, sintezė nevyko padedant, kurios dar nebuvo, o dėl į atsitiktines reakcijas tarp cheminių. Energijos sintezei teikė žaibas, kosminė spinduliuotė ir, svarbiausia, kietoji ultravioletinė Saulės spinduliuotė. Abiogeninės sintezės galimybė buvo visiškai įrodyta, nes ją galima lengvai pakartoti laboratorijoje, be to, dabar ji stebima vulkaninės veiklos metu.

Palaipsniui pirminės atmosferos temperatūra krito, kai kurios medžiagos pradėjo pereiti iš dujinės būsenos į skystą, prasidėjo lietūs, susiformavo pirmieji vandenynai, prisotinti paprastų organinių junginių, kurie pradėjo aktyviai sąveikauti, kurdami vis sudėtingesnius junginius. .

1986 metais buvo suformuluota RNR pasaulio teorija, pagal kurią pirmieji junginiai, galintys atgaminti panašias į save molekules, buvo ribonukleino rūgšties molekulės. RNR molekulės negali būti vadinamos gyvais organizmais, nes jos neturėjo apvalkalo, atskiriančio jas nuo aplinkos.

Daroma prielaida, kad apvalkalai atsirado pirmosiose RNR, kai atsitiktinai pateko į riebalų rūgščių sferas. Lukštų viduje tapo įmanomas sudėtingų biocheminių medžiagų apykaitos procesų atsiradimas. Evoliucijos procese išliko daugiau gyvybingų junginių, todėl atsirado pirmieji paprasčiausi gyvi organizmai.

Yra keletas kitų teorijų apie gyvybės atsiradimą Žemėje:
- spontaniškos gyvybės atsiradimo teorija žinoma nuo antikos laikų, buvo manoma, kad gyvi organizmai atsitiktinai atsiranda iš negyvos medžiagos, pavyzdžiui, musės - iš pūvančios mėsos, paukščiai - iš lapų ir kt.;
– kreacionizmo teorija teigia, kad gyvas būtybes sukūrė superprotas – svetima civilizacija, Dievas, absoliuti idėja;
– yra teorija, pagal kurią gyvybė į mūsų planetą buvo atnešta iš kosmoso, tačiau ši teorija tiesiog perkelia gyvybės kilmę į kitą vietą ir nepaaiškina jos mechanizmo.

Susiję vaizdo įrašai

Visata susideda iš daugybės galaktikų ir žvaigždžių, turinčių planetų sistemas, kurios gali būti gana tinkamos organizmams egzistuoti. Ar tai reiškia, kad lauke gali įsižiebti gyvos medžiagos kibirkštis saulės sistema, po kurio jis buvo atvežtas į Žemės planetą? Klausimai, susiję su gyvybės kilme, rūpėjo kelioms mokslininkų kartoms.

Instrukcija

Prieš kelerius metus Amerikos spauda skelbė, kad grupė Kopenhagos universiteto mokslininkų išsiaiškino, kad gyvybė visatoje atsirado maždaug prieš 13 milijardų metų, tai yra beveik iš karto po hipotetinio Didžiojo sprogimo. Fizikai kruopščiai ištyrė tolimas galaktikas, kurių šviesos spinduliavimas neša informaciją apie šį tolimą laiką. Tačiau ne visi ekspertai Europos mokslininkų išvadas laiko pagrįstomis.

Iki sensacingo Kopenhagos fizikų atradimo buvo manoma, kad paprasčiausios gyvybės formos Visatos erdvėje galėjo atsirasti palyginti neseniai – prieš tris keturis milijardus metų. Tačiau net ir toks laiko atstumas šiuolaikiniam žmogui atrodo milžiniškas, net jei atsižvelgsime į tai, kad Žemės planeta susiformavo maždaug prieš 4,5 mlrd.

Toje tolimoje eroje sunkus cheminiai elementai, kurios nebuvo visatos gimimo metu. Ateities gyvenimo pagrindas, remiantis ankstesnėmis išvadomis, galėtų būti tik termobranduolinės reakcijos, vykusios pirmųjų žvaigždžių žarnyne. Jiems paleisti prireikė kelių milijardų metų.

Tačiau šiuolaikinius tyrinėtojus domina ne tik galimas gyvybės egzistavimo amžius, bet ir jos atsiradimo vieta. Šiuolaikiniai tyrinėtojai šiuo požiūriu yra suskirstyti į dvi stovyklas. Kai kurie mokslininkai teigia, kad gyvenimas yra unikalus reiškinys Visatoje. Ir atsirado Žemėje, kurios sąlygos buvo optimalios paprasčiausioms baltymų sistemoms, atsiradusioms iš senovinio cheminio „sultinio“, susidaryti.

Yra manančių, kad pagrindinės gyvybės formos yra išsibarsčiusios visoje didžiulėje visatoje. Keliaudami su kosminiais kūnais, Žemės planetą pasiekė ir mikroorganizmai, kuriuos sąlyginai galima pavadinti „proto-gyvybe“. Šiame saulės sistemos kampelyje buvo sąlygos, kurios leido mikroorganizmams išsivystyti į sudėtingesnes gyvybės formas. Šie gyvosios medžiagos evoliucijos procesai tęsėsi milijardus metų.

Kad ir kaip būtų, gyvybės atsiradimą Visatos mastu mokslininkai vertina ne kaip atsitiktinį, o kaip natūralų procesą. Nuo pat susiformavimo materija nuolat vystėsi nuo paprastų iki sudėtingų formų. Atomai ir molekulės pamažu susijungė į materiją, atsirado maži ir labai dideli kosminiai objektai. Medžiagos vystymosi logika, kuri dar nėra visiškai pritaikyta materialistiniam paaiškinimui, lėmė materijos komplikaciją ir sudėtingų struktūrų atsiradimą iš „pirmųjų gyvybės statybinių blokų“ – aminorūgščių.

Tiesioginis gyvybės atsiradimo ir formavimosi procesas Visatoje iki šiol mokslininkams tebėra paslaptis. Šiandien galime kalbėti tik apie daugiau ar mažiau teisingas prielaidas, kurias reikia atidžiai patikrinti. Reikšmingą pagalbą tam gali suteikti vadinamosios reliktinės spinduliuotės, pernešančios pirminę informaciją apie milijardus metų trukusios materijos evoliucijos eigą, tyrimai.

Susiję vaizdo įrašai

Šaltiniai:

• Didžioji gyvenimo paslaptis 2019 m

Žinoma, žmonės nėra vieni visatoje. Tiesiog žmonija dar nepasirengusi pripažinti protingos gyvybės egzistavimo už Saulės sistemos ribų. Savanaudiškumas ir įprastas pasaulio vaizdas kasdieniame šurmulyje sunkiai įžvelgia tai, kas slypi nuo žvalios akies.

Retas žmogus nesusimąstė, ar Visatoje yra kita gyvybė, išskyrus žemiškąją. Būtų naivu ir net savanaudiška manyti, kad protinga gyvybė egzistuoja tik Žemės planetoje. Faktai apie NSO atsiradimą įvairiose pasaulio vietose, istoriniai rankraščiai, archeologiniai kasinėjimai rodo, kad žmonės visatoje nėra vieni. Negana to, yra „kontaktininkų“, kurie bendrauja su kitų civilizacijų atstovais. Bent jau jie taip teigia.

Dvigubi standartai

Deja, dauguma atradimų, padarytų globojant vyriausybei, priskiriami prie „Visiškai slaptų“, kurie nuo paprastų žmonių slepia daugybę faktų apie kitų gyvybės formų buvimą Visatoje. Pavyzdžiui, dingo keli tūkstančiai nuo Marso paviršiaus nufotografuotų vaizdų, kuriuose buvo pavaizduoti kanalai, neįprasti pastatai ir piramidės.

Galite ilgai kalbėti apie galimą gyvenimą Saulės sistemoje ir už jos ribų, bet mokslo pasaulis Mums reikia įrodymų, kuriuos galėtume paliesti ir pamatyti.

Paskutinis įdomus atradimas

Jau kelias kartas mokslininkai bandė rasti įrodymų, kad visatoje egzistuoja protinga gyvybė. Neseniai įvyko dar vienas Amerikos astronomų draugijos posėdis, kurio metu buvo paskelbtas svarbus įvykis: naudojant Keplerio observatorijos įrangą pavyko atrasti planetą, kuri tiek savo parametrais, tiek astronomija labai panaši į Žemę. padėtis.

Atrodytų, kad taip yra? Pasirodo, atrastos planetos atmosferoje yra vandens suformuotų debesų! Žinoma, debesų buvimas vis tiek nieko nesako, jei atsižvelgsime į gyvybės buvimo planetoje klausimą. Nors prieš trisdešimt metų mokslininkai tikino, kad vandens buvimas planetoje reikš, kad joje yra gyvybės. Debesys yra tiesioginis vandens buvimo įrodymas.

Nors seniai žinoma, kad Venera taip pat turi debesų, jie susideda iš sieros rūgšties. Tokiomis sąlygomis gyvybė negali vystytis planetos paviršiuje.

Norėdami atsakyti į daugybę klausimų, NASA globojami mokslininkai nusprendė 2017 metais išsiųsti palydovą, kuris peržengs Saulės sistemos ribas. Jis turės rasti įrodymų apie protingą gyvenimą už jos ribų.

O gal verta ieškoti ne Žemės?

Daugelio tyrinėtojų teigimu, mūsų Žemę periodiškai aplanko kitų civilizacijų atstovai. Būtent jie paliko Kerčės katakombas, požeminius kodus po Uralo kalnais, Peru, Antarktidoje, kurios vis dar naudojamos. Labai gerai apie juos parašyta G. Sidorovo knygose „Chronologinė ir ezoterinė žmogaus civilizacijos raidos analizė“. Jos puslapiuose yra daug faktų, patvirtinančių protingos gyvybės egzistavimą už Saulės sistemos ribų.

Iki šiol ekspertai negali atsakyti į klausimą, kaip piramidės buvo statomos Egipte, Meksikoje ir Peru. Visiškai pagrįsta manyti, kad juos pastatė atstovai

Sunku rasti žmogų, kuris nesusimąstytų, kaip atsirado gyvybė Žemėje. Yra daug idėjų šia tema, nuo Biblijos ir Darvino iki šiuolaikinė teorija evoliucija, kuri nuolat keičiasi pagal naujausius mokslininkų atradimus.

Žinoma, visi girdėjo apie dinozaurus, matė juos filmuose ir muziejuose, ir tik nedaugelis ginčija jų istorinę egzistavimą.

Nors iki 1842 metų žmonija net nesuvokė, kad skirtingose ​​planetos vietose rasti milžiniškų gyvūnų kaulai priklauso tam pačiam tipui, vadindami juos „drakonais“ arba priskirdami palaikus titanams, kovojusiems Trojos kare. Prireikė mokslininkų, kurie palygino duomenis ir pavadino keistąsias liekanas, įžvalgos: dinozaurai. Ir šiandien mes puikiai žinome, kaip atrodė šie milžiniški driežai, išnykę prieš milijonus metų, aprašė daugybę jų rūšių, ir kiekvienas vaikas žino, kas jie tokie.

Tai, kad šie milžiniški ropliai atsirado Žemėje prieš 225–250 milijonų metų ir visiškai išmirė maždaug 66 milijonus metų prieš mūsų erą, nesukrečia daugumos paprastų žmonių, kurie nesidomi mokslo detalėmis. Natūralu, kad prisimename ir su dinozaurais giminingus krokodilus, kurie kaip rūšis atsirado prieš 83 milijonus metų ir sugebėjo išgyventi nuo neatmenamų laikų. Tačiau visi šie skaičiai retai koreliuoja mūsų mintyse pagal mastelį.

Kiek žmonijai metų?

Nedaug žmonių žino amžių moderni išvaizda Homo Sapiens, o tai reiškia protingą žmogų, kuriam, mokslininkų vertinimu, tik 200 tūkstančių metų. Tai reiškia, kad žmonijos, kaip rūšies, amžius yra 1250 kartų mažesnis už roplių klasės, kuriai priklausė dinozaurai, amžių.

Jei norime suvokti, kaip mūsų planetoje iš pradžių atsirado gyvybė, būtina įsilieti į sąmonę ir sutvarkyti šiuos duomenis. O iš kur atsirado patys žmonės, kurie šiandien bando suprasti šį gyvenimą?

Šiandien į viešumą iškilo slapta mokslininkų medžiaga. Sukrečianti eksperimentų istorija Pastaraisiais metais, perrašęs evoliucijos teoriją ir nušvietęs, kaip mūsų planetoje prasidėjo gyvybė, susprogdino ilgametes dogmas. Genetikos paslaptys, dažniausiai prieinamos tik siauram „iniciatyvų“ ratui, davė vienareikšmišką atsakymą į Darvino prielaidą.

Homo Sapiens (protingo žmogaus) protas yra tik 200 tūkstančių metų. O mūsų planetoje – 4,5 mlrd.

Slaptos medžiagos

Dar prieš kelis šimtmečius buvo galima tikėtis, kad tokios idėjos bus įgyvendintos ant laužo. Giordano Bruno buvo sudegintas už ereziją šiek tiek daugiau nei prieš 400 metų, 1600 m. vasario mėn. Tačiau šiandien pogrindiniai drąsių pionierių tyrimai tapo viešai žinoma.

Dar prieš 50 metų neišmanėliai tėčiai dažnai augindavo kitų vyrų vaikus, net pati mama ne visada žinojo tiesą. Šiandien tėvystės nustatymas yra įprasta analizė. Kiekvienas iš mūsų gali užsisakyti DNR tyrimą ir sužinoti, kas buvo jo protėviai, kieno gyslomis teka kraujas. Kartų pėdsakai amžinai įspausti genetiniame kode.

Šiame kodekse yra atsakymas į patį opiausią žmonijos protus kamuojantį klausimą: kaip prasidėjo gyvenimas?

Slapta mokslininkų medžiaga atskleidžia noro rasti vienintelį tikrą atsakymą istoriją. Tai istorija apie atkaklumą, atkaklumą ir nuostabų kūrybiškumą, apimanti didžiausius šiuolaikinio mokslo atradimus.

Siekdami suprasti, kaip prasidėjo gyvybė, žmonės ėjo tyrinėti tolimiausių planetos kampelių. Šių paieškų metu kai kurie mokslininkai už savo eksperimentus buvo įvardinti kaip „draugai“, o kiti juos turėjo atlikti totalitarinio režimo kontrolėje.

Kaip prasidėjo gyvenimas žemėje?

Galbūt tai yra pats sunkiausias iš visų esamų klausimų. Tūkstančius metų didžioji dauguma žmonių tai aiškino viena teze – „gyvybę sukūrė dievai“. Kiti paaiškinimai buvo tiesiog neįsivaizduojami. Tačiau laikui bėgant situacija pasikeitė. Visą praėjusį šimtmetį mokslininkai bandė tiksliai išsiaiškinti, kaip atsirado pirmoji gyvybė planetoje, rašo Michaelas Marshallas BBC.

Dauguma šiuolaikinių mokslininkų, tyrinėjančių gyvybės kilmę, yra įsitikinę, kad juda teisinga kryptimi – o vykstantys eksperimentai tik sustiprina jų pasitikėjimą. Niutono atradimai iš genetikos perrašo žinių knygą nuo pirmojo puslapio iki paskutinio.

• Ne taip seniai mokslininkai atrado seniausią žmogaus protėvį, gyvenusį planetoje maždaug prieš 540 mln. Tyrėjai teigia, kad būtent iš šio „dantyto maišelio“ atsirado visi stuburiniai gyvūnai. Bendro protėvio dydis buvo tik milimetras.
• Šiuolaikiniams tyrinėtojams netgi pavyko sukurti pirmąjį pusiau sintetinį organizmą su esminiais DNR pokyčiais. Mes jau labai arti naujų baltymų sintezės, tai yra visiškai dirbtinės gyvybės. Vos per porą šimtmečių žmonija sugebėjo įvaldyti naujo tipo gyvų organizmų kūrimą.
• Mes ne tik kuriame naujus organizmus, bet ir užtikrintai redaguojame esamus. Mokslininkai netgi sukūrė „programinę įrangą“, leidžiančią redaguoti DNR grandinę naudojant korinio ryšio įrankius. Beje, tik 1% DNR turi genetinę informaciją, teigia mokslininkai. Kam skirti kiti 99 proc.
• DNR yra tokia universali, kad gali saugoti informaciją kaip standžiajame diske. Jie jau įrašė filmą į DNR ir be problemų sugebėjo atsisiųsti informaciją atgal, nes anksčiau rinkdavo failus iš diskelio.

Ar laikote save išsilavinusiu ir šiuolaikišku žmogumi? Tada tereikia žinoti.

Nors DNR buvo atrasta dar 1869 m., šios žinios pirmą kartą buvo panaudotos kriminalistikoje tik 1986 m.

Čia yra gyvybės atsiradimo Žemėje istorija

Gyvenimas senas. Dinozaurai yra bene žinomiausi iš visų išnykusių būtybių, tačiau jie atsirado tik prieš 250 milijonų metų. Pirmoji gyvybė planetoje atsirado daug anksčiau.

Manoma, kad seniausios fosilijos yra maždaug 3,5 milijardo metų senumo. Kitaip tariant, jie yra 14 kartų vyresni už pirmuosius dinozaurus!

Tačiau tai nėra riba. Pavyzdžiui, 2016 metų rugpjūtį buvo rasta iškastinių bakterijų, kurių amžius siekia 3,7 mlrd. Tai 15 tūkstančių kartų senesnis už dinozaurus!

Pati Žemė nėra daug senesnė už šias bakterijas – mūsų planeta galutinai susiformavo maždaug prieš 4,5 mlrd. Tai yra, pirmoji gyvybė Žemėje atsirado gana „greitai“, po maždaug 800 milijonų metų planetoje egzistavo bakterijos - gyvi organizmai, kurie, pasak mokslininkų, laikui bėgant sugebėjo tapti sudėtingesni ir sukelti paprastų organizmų vandenyne. pirma, o pabaigoje baigiasi ir pati žmonių giminė.

Naujausia Kanados ataskaita patvirtina šiuos duomenis: seniausių bakterijų amžius vertinamas nuo 3 770 iki 4 300 milijardų metų. Tai reiškia, kad gyvybė mūsų planetoje, tikėtina, atsirado „maždaug“ 200 milijonų metų po jos susiformavimo. Rasti mikroorganizmai gyveno ant geležies. Jų palaikai buvo rasti kvarco uolienose.

Jei darysime prielaidą, kad gyvybė atsirado Žemėje – tai skamba pagrįstai, turint omenyje, kad jos dar neradome kituose kosminiuose kūnuose, nei kitose planetose, nei meteoritų fragmentuose, atneštuose iš kosmoso, tai turėjo įvykti tuo laikotarpiu, kuri apima milijardą metų nuo planetos galutinai susiformavimo iki mūsų laikais rastų fosilijų atsiradimo datos.

Taigi, susiaurinę mus dominantį laiko tarpą, remdamiesi naujausiais tyrimais, galime daryti prielaidą, kokia tiksliai buvo pirmoji gyvybė Žemėje.

Iš kasinėjimų metu rastų skeletų mokslininkai atkūrė priešistorinių milžinų išvaizdą.

Kiekvienas gyvas organizmas susideda iš ląstelių (taip pat ir jūs)

Dar XIX amžiuje biologai nustatė, kad visi gyvi organizmai susideda iš „ląstelių“ – mažyčių įvairių formų ir dydžių organinių medžiagų gumulėlių.

Ląstelės pirmą kartą buvo aptiktos dar XVII amžiuje – tuo pat metu išradus gana galingus mikroskopus, tačiau tik po pusantro šimtmečio mokslininkai priėjo prie tos pačios išvados: ląstelės yra visos planetos gyvybės pagrindas.

Žinoma, išoriškai žmogus neatrodo kaip žuvis ar dinozaurus, o tik pažiūri pro mikroskopą, kad įsitikintum, jog žmonės susideda iš beveik tų pačių ląstelių kaip ir gyvūnų pasaulio atstovai. Be to, tos pačios ląstelės yra augalų ir grybų pagrindas.

Visi organizmai yra sudaryti iš ląstelių, įskaitant jus.

Gausiausia gyvybės forma yra vienaląstės bakterijos

Iki šiol daugumą gyvybės formų galima drąsiai vadinti mikroorganizmais, kurių kiekviena susideda tik iš vienos ląstelės.

Labiausiai žinomas tokio gyvenimo tipas yra bakterijos, gyvenančios bet kurioje pasaulio vietoje.

2016 metų balandį mokslininkai pristatė atnaujintą „gyvybės medžio“ variantą: savotišką šeimos medį kiekvienai gyvų organizmų rūšiai. Didžioji dauguma šio medžio „šakų“ yra užimtos bakterijų. Be to, medžio forma rodo, kad visos gyvybės Žemėje protėvis buvo bakterija. Kitaip tariant, visa gyvų organizmų įvairovė (taip pat ir jūs) kilo iš vienos bakterijos.

Taigi galime tiksliau prieiti prie gyvybės kilmės klausimo. Norint atkurti tą pačią pirmąją ląstelę, būtina kuo tiksliau atkurti sąlygas, kurios planetoje vyravo daugiau nei prieš 3,5 milijardo metų.

Taigi kaip sunku?

Vienaląstės bakterijos yra labiausiai paplitusi gyvybės forma Žemėje.

Eksperimentų pradžia

Daugelį šimtmečių klausimas "kaip prasidėjo gyvenimas?" beveik niekada nežiūrima rimtai. Juk, kaip jau prisiminėme pačioje pradžioje, atsakymas buvo žinomas: gyvybę sukūrė Kūrėjas.

Iki XIX amžiaus dauguma žmonių tikėjo „vitalizmu“. Šis mokymas grindžiamas idėja, kad visos gyvos būtybės yra apdovanotos ypatinga antgamtine galia, kuri jas skiria nuo negyvų objektų.

Vitalizmo idėjos dažnai atkartodavo religinius postulatus. Biblijoje rašoma, kad Dievas, padedamas „gyvybės dvelksmo“, atgaivino pirmuosius žmones, o nemirtinga siela yra viena iš vitalizmo apraiškų.

Tačiau yra viena problema. Vitalizmo idėjos iš esmės klaidingos.

Iki XIX amžiaus pradžios mokslininkai atrado keletą medžiagų, kurios buvo randamos tik gyvuose daiktuose. Viena iš šių medžiagų buvo šlapalas, kurio yra šlapime, ir jo buvo galima gauti 1799 m.

Tačiau šis atradimas neprieštaravo vitalizmo sampratai. Karbamidas atsirado tik gyvuose organizmuose, todėl galbūt jiems buvo suteiktas ypatingas gyvybingumas, dėl kurio jie buvo išskirtiniai.

Vitalizmo mirtis

Tačiau 1828 metais vokiečių chemikas Friedrichas Wöhleris sugebėjo susintetinti karbamidą iš neorganinio junginio – amonio cianato, kuris neturėjo nieko bendra su gyvomis būtybėmis. Kiti mokslininkai sugebėjo pakartoti jo eksperimentą ir netrukus paaiškėjo, kad visus organinius junginius galima gauti iš paprastesnių – neorganinių.

Tai pažymėjo vitalizmo, kaip mokslinės koncepcijos, pabaigą.

Tačiau žmonėms buvo gana sunku atsikratyti savo įsitikinimų. Tai, kad tik gyvoms būtybėms būdinguose organiniuose junginiuose tikrai nėra nieko ypatingo, daugeliui atrodė, kad tai atėmė iš gyvybės magijos elementą, žmones iš dieviškų būtybių pavertęs kone mašinomis. Žinoma, tai labai prieštaravo Biblijai.

Net kai kurie mokslininkai toliau kovojo už vitalizmą. 1913 m. anglų biochemikas Benjaminas Moore'as karštai propagavo savo „biotinės energijos“ teoriją, kuri iš esmės buvo tas pats vitalizmas, bet su kitokiu viršeliu. Vitalizmo idėja žmogaus sieloje emociniu lygmeniu rado gana stiprias šaknis.

Šiandien jos atspindžių galima rasti netikėčiausiose vietose. Paimkime, pavyzdžiui, keletą mokslinės fantastikos istorijų, kuriose veikėjo „gyvybės energija“ gali būti papildyta arba išsunkta. Pagalvokite apie Doctor Who „atkūrimo energiją“, kurią naudoja Time Lord rasė. Šią energiją būtų galima papildyti, jei ji pasibaigtų. Nors idėja atrodo futuristinė, iš tikrųjų tai yra senamadiškų teorijų atspindys.

Taigi, po 1828 m., mokslininkai pagaliau turėjo rimtą priežastį ieškoti naujo gyvybės kilmės paaiškinimo, šį kartą atmetant spėliones apie dievišką įsikišimą.

Bet jie nepradėjo ieškoti. Atrodytų, tyrimo tema užsiminė pati, bet iš tikrųjų gyvybės atsiradimo paslapties nebuvo kreiptasi kelis dešimtmečius. Galbūt visi vis dar buvo pernelyg prisirišę prie vitalizmo, kad galėtų judėti toliau.

Chemikas Friedrichas Wöhleris sugebėjo iš neorganinių medžiagų susintetinti karbamidą – organinį junginį.

Darvinas ir evoliucijos teorija

Didelis lūžis biologiniuose tyrimuose XIX amžiuje buvo Charleso Darwino sukurta ir kitų mokslininkų tęsiama evoliucijos teorija.

Darvino teorija, išdėstyta knygoje „Rūšių kilmė“ 1859 m., paaiškino, kaip visa gyvūnų pasaulio įvairovė atsirado iš vieno protėvio.

Darvinas teigė, kad Dievas nesukūrė kiekvienos gyvų būtybių rūšies atskirai, o visos šios rūšys yra kilusios iš primityvaus organizmo, atsiradusio prieš milijonus metų, kuris dar vadinamas paskutiniu visuotiniu bendru protėviu.

Idėja pasirodė itin prieštaringa, nes ji paneigė Biblijos postulatus. Darvino teorija buvo sulaukta nuožmios kritikos, ypač iš pasipiktinusių krikščionių.

Tačiau evoliucijos teorija nė žodžio nepasakė apie tai, kaip atsirado pats pirmasis organizmas.

Kaip atsirado pirmasis gyvenimas?

Darvinas suprato, kad tai esminis klausimas, bet (galbūt nenorėdamas įsivelti į dar vieną konfliktą su dvasininkais) palietė tai tik 1871 m. laiške. Emocinis laiško tonas parodė, kad mokslininkas suvokė gilią šio klausimo prasmę:

„... Bet jei dabar [o, kas būtų didelis, jei!] kažkokiame šiltame rezervuare, kuriame yra visos reikalingos amonio ir fosforo druskos ir prieinamas šviesai, šilumai, elektrai ir pan., chemiškai susidarė baltymas, galintis toliau ir sudėtingiau transformuotis ... "

Kitaip tariant: įsivaizduokite mažą vandens telkinį, pripildytą paprastų organinių junginių ir po saule. Kai kurie junginiai gali pradėti sąveikauti, sukurdami sudėtingesnes medžiagas, tokias kaip baltymai, kurios, savo ruožtu, taip pat sąveikaus ir vystysis.

Mintis buvo gana paviršutiniška. Tačiau vis dėlto tai sudarė pirmųjų hipotezių apie gyvybės kilmę pagrindą.

Darvinas ne tik sukūrė evoliucijos teoriją, bet ir pasiūlė, kad gyvybė atsirado šiltame vandenyje, prisotintame reikiamų neorganinių junginių.

Aleksandro Oparino revoliucinės idėjos

Ir pirmieji žingsniai šia kryptimi buvo žengti visai ne ten, kur galima būtų tikėtis. Galbūt manote, kad tokie tyrimai, kurie reiškia minties laisvę, turėjo būti atlikti, pavyzdžiui, JK arba JAV. Tačiau iš tikrųjų pirmąsias hipotezes apie gyvybės kilmę gimtosiose stalininės SSRS platybėse iškėlė mokslininkas, kurio vardo tikriausiai niekada negirdėjote.

Yra žinoma, kad Stalinas uždarė daugybę genetikos tyrimų. Vietoj to jis propagavo agronomo Trofimo Lysenkos idėjas, kurios, jo nuomone, labiau tinka komunistinei ideologijai. Mokslininkai, atlikę tyrimus genetikos srityje, buvo įpareigoti viešai palaikyti Lysenkos idėjas, kitaip jie rizikuoja atsidurti stovyklose.

Būtent tokioje įtemptoje atmosferoje savo eksperimentus turėjo atlikti biochemikas Aleksandras Ivanovičius Oparinas. Tai buvo įmanoma, nes jis įrodė esąs patikimas komunistas: palaikė Lysenkos idėjas ir netgi gavo Lenino ordiną – garbingiausią apdovanojimą iš visų tuo metu egzistavusių apdovanojimų.

Sovietų biochemikas Aleksandras Oparinas pasiūlė, kad pirmieji gyvi organizmai susiformavo kaip koacervatai.

Nauja teorija apie pirmosios gyvybės žemėje kilmę

Oparinas aprašė, kokia buvo Žemė pirmosiomis dienomis po jos susiformavimo. Planetos paviršius buvo karštas ir pritraukė mažus meteoritus. Aplink buvo tik pusiau išlydyti akmenys, kuriuose buvo daugybė cheminių medžiagų, kurių daugelis yra anglies pagrindu.

Galiausiai Žemė pakankamai atvėso, kad garai pirmą kartą pavirto į skystą vandenį ir taip atsirado pirmasis lietus. Po kurio laiko planetoje atsirado karšti vandenynai, kuriuose gausu anglies pagrindu pagamintų cheminių medžiagų. Kiti įvykiai gali vystytis pagal du scenarijus.

Pirmasis reiškė medžiagų sąveiką, kurioje atsiras sudėtingesni junginiai. Oparinas teigė, kad planetos vandens baseine galėjo susidaryti gyviems organizmams svarbios cukrus ir aminorūgštys.

Pagal antrąjį scenarijų kai kurios medžiagos, sąveikaudamos, pradėjo formuoti mikroskopines struktūras. Kaip žinia, daugelis organinių junginių vandenyje netirpsta: pavyzdžiui, aliejus sudaro sluoksnį vandens paviršiuje. Tačiau kai kurios medžiagos, susilietus su vandeniu, sudaro iki 0,01 cm (0,004 colio) skersmens sferinius rutuliukus arba „koacervuoja“.

Stebint koacervatus mikroskopu, galima pastebėti jų panašumą į gyvas ląsteles. Jie auga, keičia formą ir kartais dalijasi į dvi dalis. Jie taip pat sąveikauja su aplinkiniais junginiais, todėl juose gali susikaupti kitos medžiagos. Oparinas teigė, kad koacervatai buvo šiuolaikinių ląstelių protėviai.

Johno Haldane'o pirmoji gyvenimo teorija

Po penkerių metų, 1929 m., anglų biologas Johnas Burdonas Sandersonas Haldane'as savarankiškai pateikė savo teoriją su panašiomis idėjomis, kuri buvo paskelbta „Rationalist Annual“.

Iki to laiko Haldane'as jau buvo labai prisidėjęs prie evoliucijos teorijos kūrimo, prisidėdamas prie Darvino idėjų integravimo į genetikos mokslą.

Ir jis buvo labai įsimintinas žmogus. Kartą eksperimento metu dekompresinėje kameroje jis patyrė ausies būgnelio plyšimą, apie kurį vėliau parašė taip: „Membrana jau gyja, ir net jei joje liks skylė, tada, nepaisant kurtumo, ji bus galima apgalvotai išleisti iš ten tabako dūmų žiedus, o tai, manau, svarbus pasiekimas“.

Kaip ir Oparinas, Haldane'as tiksliai pasiūlė, kaip organiniai junginiai galėtų sąveikauti vandenyje: „(anksčiau) pirmieji vandenynai pasiekdavo karšto sultinio konsistenciją“. Taip buvo sudarytos sąlygos atsirasti „pirmiesiems gyviems ar pusiau gyviems organizmams“. Tomis pačiomis sąlygomis „naftos plėvelės“ viduje galėtų būti ir paprasčiausi organizmai.

Johnas Haldane'as, nepriklausomai nuo Oparino, pateikė panašias idėjas apie pirmųjų organizmų kilmę.

Oparino-Haldane'o hipotezė

Taigi pirmieji biologai, iškėlę šią teoriją, buvo Oparinas ir Haldane'as. Tačiau mintis, kad Dievas nedalyvavo gyvų organizmų formavime, ar net kokia nors abstrakti “ gyvenimo jėga“ buvo radikalus. Kaip ir Darvino evoliucijos teorija, ši mintis krikščionybei buvo antausis į veidą.

SSRS valdžia buvo visiškai patenkinta šiuo faktu. Sovietmečiu šalyje viešpatavo ateizmas, o valdžia su džiaugsmu palaikė materialistinius tokių sudėtingų reiškinių kaip gyvenimas paaiškinimus. Beje, Haldane'as taip pat buvo ateistas ir komunistas.

„Tais laikais į šią idėją buvo žiūrima tik per savo įsitikinimų prizmę: religingi žmonės ją vertino priešiškai, kitaip nei komunistinių idėjų šalininkai“, – sako Armenas Mulkidzhanyanas, gyvybės kilmės ekspertas iš Osnabriuko universiteto 2010 m. Vokietija. „Sovietų Sąjungoje ši idėja buvo priimta su džiaugsmu, nes jiems nereikėjo Dievo. Ir Vakaruose jai pritarė visi tie patys kairiųjų pažiūrų šalininkai, komunistai ir kt.

Sąvoka, kad gyvybė susiformavo organinių junginių „pirminėje sriuboje“, vadinama Oparino-Haldane'o hipotezė. Ji atrodė pakankamai įtikinamai, bet buvo viena problema. Tuo metu nebuvo nei vieno praktinio eksperimento, kuris įrodytų šios hipotezės teisingumą.

Tokie eksperimentai prasidėjo tik po beveik ketvirčio amžiaus.

Pirmieji eksperimentai sukurti gyvybę „mėgintuvėlyje“

Gyvybės kilmės klausimu susidomėjo Haroldas Urey – garsus mokslininkas, jau 1934 metais gavęs Nobelio chemijos premiją ir net dalyvavęs kuriant atominę bombą.

Antrojo pasaulinio karo metu Urey dalyvavo Manheteno projekte, rinkdamas nestabilų uraną-235, reikalingą bombos šerdies gamybai. Pasibaigus karui, Urey pasisakė už civilinę branduolinių technologijų kontrolę.

Yuuri susidomėjo cheminiais reiškiniais, vykstančiais kosmose. O didžiausią susidomėjimą jam kėlė procesai, vykę formuojantis Saulės sistemai. Vienoje iš savo paskaitų jis atkreipė dėmesį į tai, kad pirmosiomis dienomis Žemėje greičiausiai nebuvo deguonies. Ir šios sąlygos buvo idealios „pirminės sriubos“, apie kurią kalbėjo Oparinas ir Haldane'as, susidarymui, nes kai kurios reikalingos medžiagos buvo tokios silpnos, kad jos ištirptų kontakte su deguonimi.

Paskaitoje dalyvavo doktorantas Stanley Milleris, kuris kreipėsi į Urey su pasiūlymu atlikti eksperimentą remiantis šia idėja. Yuuri iš pradžių buvo skeptiškas, bet vėliau Milleris sugebėjo jį įtikinti.

1952 m. Milleris atliko garsiausią eksperimentą, skirtą paaiškinti gyvybės Žemėje kilmę.

Stanley Millerio eksperimentas tapo žinomiausiu gyvų organizmų kilmės mūsų planetoje tyrimo istorijoje.

Garsiausias eksperimentas apie gyvybės kilmę Žemėje

Pasiruošimas neužtruko. Milleris sujungė keletą stiklinių kolbų, kuriose cirkuliavo 4 medžiagos, kurios tariamai egzistavo ankstyvojoje Žemėje: verdantis vanduo, vandenilis, amoniakas ir metanas. Dujos buvo sistemingos kibirkšties iškrovos – tai buvo žaibo smūgių, kurie ankstyvojoje Žemėje buvo įprastas reiškinys, modeliavimas.

Milleris išsiaiškino, kad „vanduo kolboje po pirmos dienos tapo akivaizdžiai rausvas, o po pirmosios savaitės tirpalas tapo drumstas ir tamsiai raudonas“. Vyko naujų formavimasis cheminiai junginiai.

Kai Milleris išanalizavo tirpalo sudėtį, jis nustatė, kad jame yra dvi aminorūgštys: glicinas ir alaninas. Kaip žinote, aminorūgštys dažnai apibūdinamos kaip gyvybės statybinės medžiagos. Šios aminorūgštys naudojamos formuojant baltymus, kurie kontroliuoja daugumą biocheminių procesų mūsų organizme. Milleris tiesiogine prasme nuo nulio sukūrė du svarbiausius gyvo organizmo komponentus.

1953 metais eksperimento rezultatai buvo paskelbti prestižiniame žurnale Science. Yuuri, kaip garbingas, nors ir nebūdingas jo amžiaus mokslininkui, pašalino savo vardą iš pavadinimo, palikdamas visą šlovę Milleriui. Nepaisant to, tyrimas paprastai vadinamas „Miller-Urey eksperimentu“.

Miller-Urey eksperimento reikšmė

„Millero-Urey eksperimento vertė yra ta, kad jis parodo, kad net ir paprastoje atmosferoje gali susidaryti daug biologinių molekulių“, – sako Kembridžo molekulinės biologijos laboratorijos mokslininkas Johnas Sutherlandas.

Ne visos eksperimento detalės buvo tikslios, kaip vėliau paaiškėjo. Tiesą sakant, tyrimai parodė, kad ankstyvojoje Žemės atmosferoje buvo ir kitų dujų. Tačiau tai nesumenkina eksperimento reikšmės.

„Tai buvo svarbus eksperimentas, sužavėjęs daugelio vaizduotę, todėl jis vis dar minimas iki šiol“, – sako Sutherlandas.

Atsižvelgdami į Millerio eksperimentą, daugelis mokslininkų pradėjo ieškoti būdų, kaip sukurti paprastas biologines molekules nuo nulio. Atsakymas į klausimą „Kaip atsirado gyvybė Žemėje?“ atrodė labai artimas.

Bet tada paaiškėjo, kad gyvenimas yra daug sudėtingesnis, nei galite įsivaizduoti. Gyvos ląstelės, kaip paaiškėjo, yra ne tik cheminių junginių rinkinys, bet ir sudėtingi maži mechanizmai. Staiga gyvų ląstelių kūrimas nuo nulio tapo daug didesne problema, nei tikėjosi mokslininkai.

Genų ir DNR tyrimas

XX amžiaus šeštojo dešimtmečio pradžioje mokslininkai jau buvo nutolę nuo idėjos, kad gyvenimas yra dievų dovana.

Vietoj to, jie pradėjo tyrinėti spontaniškos ir natūralios gyvybės atsiradimo ankstyvojoje Žemėje galimybę – ir Stanley Millerio orientyrinio eksperimento dėka atsirado šios idėjos įrodymų.

Kol Milleris bandė sukurti gyvybę nuo nulio, kiti mokslininkai aiškinosi, iš ko susideda genai.

Šiuo metu dauguma biologinių molekulių jau buvo ištirtos. Tai apima cukrų, riebalus, baltymus ir nukleorūgštis, tokias kaip „dezoksiribonukleino rūgštis“ – dar žinoma DNR.

Šiandien visi žino, kad DNR yra mūsų genai, tačiau šeštojo dešimtmečio biologams tai buvo tikras šokas.

Baltymai turėjo sudėtingesnę struktūrą, todėl mokslininkai manė, kad juose yra genų informacija.

Šią teoriją 1952 m. paneigė Carnegie instituto mokslininkai Alfredas Hershey ir Martha Chase. Jie tyrinėjo paprastus virusus, sudarytus iš baltymų ir DNR, kurie dauginasi užkrėsdami kitas bakterijas. Mokslininkai nustatė, kad viruso DNR, o ne baltymai, prasiskverbia į bakterijas. Iš to buvo padaryta išvada, kad DNR yra genetinė medžiaga.

Hershey ir Chase'o atradimas buvo DNR struktūros ir jos veikimo tyrimo lenktynių pradžia.

Martha Chase ir Alfred Hershey atrado, kad DNR neša genetinę informaciją.

Sraigtinė DNR struktūra yra vienas svarbiausių XX amžiaus atradimų.

Francis Crick ir James Watson iš Kembridžo universiteto buvo pirmieji, kurie sugalvojo sprendimą, ne be neįvertintos kolegės Rosalind Franklin pagalbos. Tai atsitiko praėjus metams po Hershey ir Chase eksperimentų.

Jų atradimas tapo vienu svarbiausių XX a. Šis atradimas pakeitė požiūrį į gyvybės kilmę, atskleisdamas neįtikėtinai sudėtingą gyvų ląstelių struktūrą.

Watsonas ir Crickas atrado, kad DNR yra dviguba spiralė (dvigubas varžtas), kuri atrodo kaip lenktos kopėčios. Kiekvienas iš dviejų šių kopėčių „polių“ sudarytas iš molekulių, vadinamų nukleotidais.

Ši struktūra aiškiai parodo, kaip ląstelės kopijuoja savo DNR. Kitaip tariant, tampa aišku, kaip tėvai perduoda savo genų kopijas vaikams.

Svarbu suprasti, kad dviguba spiralė gali būti „atsirišta“. Tai atvers prieigą prie genetinio kodo, kurį sudaro genetinių bazių seka (A, T, C ir G), paprastai esančios DNR kopėčių „laiptelėse“. Tada kiekviena kryptis naudojama kaip šablonas, norint sukurti kitos kopiją.

Šis mechanizmas leidžia paveldėti genus nuo pat gyvenimo pradžios. Jūsų pačių genai galiausiai kilę iš senovinės bakterijos – ir kiekvienas iš jų buvo perduodamas naudojant tą patį mechanizmą, kurį atrado Crickas ir Watsonas.

Pirmą kartą visuomenei buvo atskleista viena slapčiausių gyvenimo paslapčių.

DNR struktūra: 2 stuburai (antilygiagrečios grandinės) ir nukleotidų poros.

DNR iššūkis

Kaip paaiškėjo, DNR turi tik vieną užduotį. Jūsų DNR nurodo jūsų kūno ląstelėms, kaip gaminti baltymus (baltymus), molekules, atliekančias daug svarbių užduočių.

Be baltymų negalėtumėte virškinti maisto, nustotų plakti širdis, sustotų kvėpavimas.

Tačiau baltymų susidarymo proceso atkūrimas naudojant DNR iš tikrųjų pasirodė esąs nelengvas uždavinys. Kiekvienas, kuris bandė paaiškinti gyvybės kilmę, tiesiog negalėjo suprasti, kaip kažkas tokio sudėtingo galėjo atsirasti ir vystytis savaime.

Kiekvienas baltymas iš esmės yra ilga aminorūgščių grandinė, susipynusi tam tikra tvarka. Ši tvarka lemia trimatę baltymo formą, taigi ir jo paskirtį.

Ši informacija yra užkoduota DNR bazių sekoje. Taigi, kai ląstelė turi pagaminti tam tikrą baltymą, ji nuskaito atitinkamą geną DNR, kad sukurtų nurodytą aminorūgščių seką.

Kas yra RNR?

Ląstelių DNR naudojimo procese yra vienas įspėjimas.

• DNR yra pats brangiausias ląstelės išteklius. Todėl ląstelės nenori kiekvienu veiksmu remtis DNR.
• Vietoj to, ląstelės nukopijuoja informaciją iš DNR į mažas kitos medžiagos, vadinamos, molekules RNR (ribonukleino rūgštis).
• RNR yra panaši į DNR, bet turi tik vieną grandinę.

Jei pateiksime analogiją tarp DNR ir bibliotekos knygos, RNR čia atrodys kaip puslapis su santrauka knygos.

Informacijos pavertimo per RNR grandinę į baltymą procesą užbaigia labai sudėtinga molekulė, vadinama ribosoma.

Šis procesas vyksta kiekvienoje gyvoje ląstelėje, net ir paprasčiausiose bakterijose. Ji tokia pat svarbi gyvenimui kaip maistas ir kvėpavimas.

Taigi bet koks gyvybės atsiradimo paaiškinimas turi parodyti, kaip atsirado ir kaip ji pradėjo veikti sudėtinga trijulė, kuri apima DNR, RNR ir ribosomos.

Skirtumas tarp DNR ir RNR.

Viskas daug sudėtingiau

Oparino ir Haldane'o teorijos dabar atrodė naivios ir paprastos, o Millerio eksperimentas, kurio metu buvo sukurtos kelios aminorūgštys, reikalingos baltymui susidaryti, atrodė mėgėjiškai. Ilgoje kelionėje į gyvybės kūrimą jo tyrimai, kad ir kokie vaisingi, buvo akivaizdžiai tik pirmas žingsnis.

„DNR priverčia RNR gaminti baltymus – visa tai yra uždarame chemikalų maišelyje“, – sako Johnas Sutherlandas. „Pažiūri į tai ir stebisi, kaip tai sunku. Ką galime padaryti, kad surastume organinį junginį, kuris visa tai atliktų vienu kartu?

Galbūt gyvenimas prasidėjo nuo RNR?

Pirmasis į šį klausimą atsakė britų chemikas Leslie Orgel. Jis vienas pirmųjų pamatė Cricko ir Watsono sukurtą DNR modelį, o vėliau padėjo NASA vykdant Vikingų programą, kurios metu į Marsą buvo siunčiami nusileidimai.

Orgel ketino supaprastinti užduotį. 1968 m., remiamas Cricko, jis pasiūlė, kad pirmosiose gyvose ląstelėse nebūtų nei baltymų, nei DNR. Priešingai, jie beveik visiškai susideda iš RNR. Šiuo atveju pirminės RNR molekulės turėjo būti universalios. Pavyzdžiui, jiems reikėjo pasidaryti savo pačių kopijas, tikriausiai naudojant tą patį susiejimo mechanizmą kaip ir DNR.

Idėja, kad gyvybė prasidėjo nuo RNR, turėjo neįtikėtiną įtaką visiems būsimiems tyrimams. Ir tai tapo įnirtingų diskusijų mokslo bendruomenėje priežastimi, kuri nenutilo iki šiol.

Darant prielaidą, kad gyvybė prasidėjo nuo RNR ir kokio nors kito elemento, Orgelis pasiūlė, kad vienas iš svarbiausių gyvenimo aspektų – gebėjimas daugintis – atsirado anksčiau nei kiti. Galima sakyti, kad jis galvojo ne tik apie tai, kaip atsirado gyvybė, bet kalbėjo apie pačią gyvenimo esmę.

Daugelis biologų sutiko su Orgelio mintimi, kad „reprodukcija buvo pirmoji“. Darvino evoliucijos teorijoje gebėjimas daugintis yra svarbiausias dalykas: tai yra vienintelis būdas organizmui „laimėti“ šią rasę – tai yra, palikti daug vaikų.

Leslie Orgel iškėlė idėją, kad pirmosios ląstelės veikė RNR pagrindu.

Padalinta į 3 stovyklas

Tačiau gyvenimui būdingi ir kiti ne mažiau svarbūs bruožai.

Ryškiausias iš jų yra medžiagų apykaita: gebėjimas įsisavinti aplinkos energiją ir panaudoti ją išgyvenimui.

Daugeliui biologų metabolizmas yra esminė gyvenimo savybė, o gebėjimas daugintis yra antras.

Taigi nuo septintojo dešimtmečio mokslininkai, kovojantys su gyvybės kilmės paslaptimi, pradėjo skirstytis į 2 stovyklas.

„Pirmasis teigė, kad metabolizmas buvo anksčiau nei genetika, o antrasis buvo priešingos nuomonės“, - aiškina Sutherlandas.

Buvo trečioji grupė, kuri teigė, kad pirmiausia turi būti talpykla pagrindinėms molekulėms, kurios neleistų joms irti.

„Pirmiausia turėjo būti suskaidymas, nes be jo ląstelių metabolizmas būtų beprasmis“, - aiškina Sutherlandas.

Kitaip tariant, ląstelė turėjo būti gyvybės šaltinis, kaip jau prieš kelis dešimtmečius pabrėžė Oparinas ir Haldane'as, ir galbūt ši ląstelė turėjo būti padengta paprastais riebalais ir lipidais.

Kiekviena iš trijų idėjų susilaukė savo šalininkų ir išliko iki šių dienų. Mokslininkai kartais pamiršdavo šaltakraujišką profesionalumą ir aklai palaikė vieną iš trijų idėjų.

Todėl mokslines konferencijas šia tema dažnai lydėjo skandalai, o šiuos įvykius nušviečiantys žurnalistai dažnai išgirsdavo skaudžių vienos stovyklos mokslininkų atsiliepimų apie kolegų iš kitų dviejų stovyklų darbą.

„Orgel“ dėka idėja, kad gyvenimas prasidėjo nuo RNR, priartino visuomenę prie galvosūkio.

O devintajame dešimtmetyje įvyko stulbinantis atradimas, kuris iš tikrųjų patvirtino Orgelio hipotezę.

Kas buvo pirma: konteineris, metabolizmas ar genetika?

Taigi, septintojo dešimtmečio pabaigoje, ieškodami atsakymo į gyvybės atsiradimo planetoje paslaptį, mokslininkai buvo suskirstyti į 3 stovyklas.

1. Pirmieji buvo tikri, kad gyvybė prasidėjo susiformavus primityvioms biologinių ląstelių versijoms.
2. Antrasis manė, kad pirmasis ir pagrindinis žingsnis buvo medžiagų apykaitos sistema.
3. Dar kiti sutelkė dėmesį į genetikos ir dauginimosi (replikacijos) svarbą.

Ši trečioji stovykla bandė išsiaiškinti, kaip galėjo atrodyti pats pirmasis replikatorius, turėdamas omenyje mintį, kad replikatorius turi būti pagamintas iš RNR.

Daugelis RNR veidų

Iki septintojo dešimtmečio mokslininkai turėjo pakankamai pagrindo manyti, kad RNR yra visos gyvybės šaltinis.

Šios priežastys apėmė faktą, kad RNR gali padaryti tai, ko DNR negalėjo.

Būdama viengrandė molekulė, RNR gali susilenkti į įvairias formas, o tai nebuvo įmanoma naudojant standžią dvigrandę DNR.

RNR, kuri susilankstė kaip origami, savo elgesiu labai priminė baltymus. Galų gale, baltymai iš esmės yra tos pačios ilgos grandinės, bet susidedančios iš aminorūgščių, o ne iš nukleotidų, o tai leidžia jiems sukurti sudėtingesnes struktūras.

Tai yra nuostabiausių baltymų sugebėjimų raktas. Kai kurie baltymai gali pagreitinti arba „katalizuoti“ chemines reakcijas. Šie baltymai vadinami fermentais.

Pavyzdžiui, žmogaus žarnyne yra daug fermentų, kurie suskaido sudėtingas maisto molekules į paprastas (kaip cukrų) – tai yra tas, kurias toliau naudoja mūsų ląstelės. Be fermentų gyventi būtų tiesiog neįmanoma. Pavyzdžiui, neseniai Korėjos lyderio pusbrolio mirtis Malaizijos oro uoste įvyko dėl to, kad jo organizme nustojo funkcionuoti fermentas (fermentas), kurio veikimas slopina nervinį reagentą VX – dėl to paralyžiuojama kvėpavimo sistema ir žmogus miršta per kelias minutes. Fermentai yra labai svarbūs mūsų kūno funkcionavimui.

Leslie Orgel ir Francis Crick iškėlė kitą hipotezę. Jei RNR galėtų susilankstyti kaip baltymai, ar ji taip pat galėtų sudaryti fermentus?

Jei taip pasirodytų, RNR galėtų būti originali ir labai universali gyva molekulė, kuri saugo informaciją (kaip daro DNR) ir katalizuoja reakcijas, kaip tai daro kai kurie baltymai.

Idėja buvo įdomi, tačiau per ateinančius 10 metų įrodymų, patvirtinančių ją, taip ir nepavyko rasti.

RNR fermentai

Thomas Check gimė ir užaugo Ajovoje. Dar vaikystėje jo aistra buvo akmenys ir mineralai. Ir jau vidurinėje mokykloje jis buvo nuolatinis svečias pas vietos universiteto geologus, kurie rodė mineralinių struktūrų maketus. Galiausiai jis tapo biochemiku, daugiausia dėmesio skyręs RNR tyrimams.

Devintojo dešimtmečio pradžioje Chekas ir kolegos iš Kolorado universiteto Boulderyje tyrė vienaląstį organizmą, vadinamą Tetrahymena termofilu. Dalis šio ląstelinio organizmo apėmė RNR grandines. Tikras pastebėjo, kad vienas iš RNR segmentų kartais atsiskirdavo nuo kitų, tarsi būtų atskirtas žirklėmis.

Kai jo komanda pašalino visus fermentus ir kitas molekules, kurios galėtų veikti kaip molekulinės žirklės, RNR vis tiek toliau izoliavo šį segmentą. Tuo pačiu metu buvo atrastas pirmasis RNR fermentas: mažas RNR segmentas, kuris gali savarankiškai atsiskirti nuo didelės grandinės, prie kurios buvo prijungtas.

Kadangi du RNR fermentai buvo rasti gana greitai, mokslininkai spėliojo, kad iš tikrųjų jų gali būti daug daugiau. Dabar vis daugiau įrodymų patvirtino, kad gyvybė prasidėjo nuo RNR.

Thomas Check rado pirmąjį RNR fermentą.

RNR pasaulis

Walteris Gilbertas pirmasis suteikė pavadinimą šiai koncepcijai.

Kaip fizikas, staiga susidomėjęs molekuline biologija, Gilbertas vienas pirmųjų apgynė žmogaus genomo sekos nustatymo teoriją.

1986 m. straipsnyje „Nature“ Gilbertas užsiminė, kad gyvybė prasidėjo vadinamajame „RNR pasaulyje“.

Pirmąjį evoliucijos etapą, pasak Gilberto, sudarė „procesas, kurio metu RNR molekulės veikė kaip katalizatoriai, susiburdamos į nukleotidų sriubą“.

Kopijuodami ir įklijuodami įvairius RNR fragmentus į bendrą grandinę, RNR molekulės sukūrė daugiau naudingų grandinių, pagrįstų esamomis. Galų gale atėjo momentas, kai jie išmoko kurti baltymus ir baltymų fermentus, kurie pasirodė esą daug naudingesni nei RNR versijos, iš esmės juos pakeičiantys ir sukeldami gyvybę, kurią matome šiandien.

RNA World yra gana puikus būdas sukurti sudėtingus gyvus organizmus nuo nulio.

Pagal šią koncepciją nereikia pasikliauti tuo, kad vienu metu „pirminėje sriuboje“ susiformuoja dešimtys biologinių molekulių, užteks vienos molekulės, nuo kurios viskas prasidėjo.

Įrodymas

2000 m. „RNR pasaulio“ hipotezė gavo tvirtų įrodymų.

Thomas Steitzas 30 metų tyrinėjo molekulių struktūras gyvose ląstelėse. Dešimtajame dešimtmetyje jis pradėjo pagrindinį savo gyvenimo tyrimą – ribosomų struktūros tyrimą.

Kiekviena gyva ląstelė turi ribosomą. Ši didelė molekulė skaito instrukcijas iš RNR ir sujungia aminorūgštis, kad susidarytų baltymai. Ribosomos žmogaus ląstelėse yra beveik visose kūno dalyse.

Tuo metu jau buvo žinoma, kad ribosomoje yra RNR. Tačiau 2000 m. Steitzo komanda pristatė išsamų ribosomos struktūros modelį, kuriame RNR pasirodė kaip katalizinis ribosomos branduolys.

Šis atradimas buvo rimtas, ypač atsižvelgiant į tai, kaip sena ir iš esmės svarbi gyvybei ribosoma. Tai, kad toks svarbus mechanizmas buvo pagrįstas RNR, padarė „RNR pasaulio“ teoriją daug labiau tikėtiną mokslo sluoksniuose. Labiausiai džiaugėsi RNA World koncepcijos šalininkai, o Steitzas 2009 metais gavo Nobelio premiją.

Tačiau po to mokslininkai pradėjo abejoti.

„RNR pasaulio“ teorijos problemos

RNR pasaulio teorija iš pradžių turėjo dvi problemas.

Pirma, ar RNR iš tikrųjų galėtų atlikti visas gyvybiškai svarbias funkcijas? O ar galėjo susiformuoti ankstyvosios Žemės sąlygomis?

Praėjo 30 metų nuo tada, kai Gilbertas sukūrė „RNR pasaulio“ teoriją, ir mes vis dar neturime įtikinamų įrodymų, kad RNR tikrai gali viską, kas aprašyta teorijoje. Taip, tai nuostabiai funkcionali molekulė, bet ar pakanka vienos RNR visoms jai priskirtoms funkcijoms?

Akį patraukė vienas neatitikimas. Jei gyvenimas prasidėjo nuo RNR molekulės, RNR gali sukurti savo kopijas arba kopijas.

Tačiau nė viena iš visų žinomų RNR neturi tokio gebėjimo. Norint sukurti tikslią RNR ar DNR fragmento kopiją, reikia daug fermentų ir kitų molekulių.

Todėl devintojo dešimtmečio pabaigoje grupė biologų pradėjo gana beviltiškus tyrimus. Jie nusprendė sukurti RNR, galinčią savarankiškai replikuotis.

Bandoma sukurti savaime besidauginančią RNR

Jackas Szostakas iš Harvardo medicinos mokyklos buvo pirmasis iš šių tyrinėtojų. Nuo ankstyvos vaikystės jis taip aistringai domėjosi chemija, kad net savo rūsį pavertė laboratorija. Jis paniekinamai elgėsi su savo saugumu, dėl kurio kažkada įvyko sprogimas, prikalęs stiklinę lemputę prie lubų.

Devintojo dešimtmečio pradžioje Šostakas pademonstravo, kaip žmogaus genai apsisaugo nuo senėjimo proceso. Šis ankstyvas tyrimas vėliau paskatino jį gauti Nobelio premiją.

Tačiau netrukus jis susižavėjo Cheko atliktais RNR fermentų tyrimais. „Manau, kad tai neįtikėtinas darbas“, – sako Šostakas. „Iš principo labai tikėtina, kad RNR galėtų pasitarnauti kaip katalizatorius kuriant savo kopijas.

1988 metais Chekas atrado RNR fermentą, galintį suformuoti nedidelę 10 nukleotidų ilgio RNR molekulę.

Šostakas nusprendė eiti toliau ir laboratorijoje sukurti naujus RNR fermentus. Jo komanda sukūrė atsitiktinių sekų rinkinį ir kiekvieną iš jų išbandė, kad surastų bent vieną, turinčią katalizatoriaus funkciją. Tada sekos pasikeitė, o bandymas tęsėsi.

Po 10 bandymų Shostakui pavyko sukurti RNR fermentą, kuris, atlikdamas katalizatoriaus vaidmenį, pagreitino reakciją 7 milijonus kartų greičiau nei tai vyksta natūralioje aplinkoje.

Šostako komanda įrodė, kad RNR fermentai gali būti itin galingi. Tačiau jų fermentas negalėjo sukurti savo kopijų. Šostakui tai buvo aklavietė.

Fermentas R18

2001 m. kitą proveržį padarė buvęs Šostako studentas Davidas Barthelis iš Masačusetso technologijos instituto Kembridže.

Bartelis sukūrė RNR fermentą R18, galintį pridėti naujų nukleotidų į RNR grandinę, pagrįstą esamais.

Kitaip tariant, fermentas ne tik pridėjo atsitiktinių nukleotidų, bet ir tiksliai nukopijavo seką.

Savaime besidauginančios molekulės dar buvo toli, bet kryptis buvo teisinga.

R18 fermentą sudarė grandinė, apimanti 189 nukleotidus, ir ji galėjo pridėti dar 11, tai yra, 6% jo ilgio. Tyrėjai tikėjosi, kad atlikus dar kelis eksperimentus šie 6% gali būti paversti 100%.

Sėkmingiausias šioje srityje buvo Philipas Holligeris iš Kembridžo Molekulinės biologijos laboratorijos. 2011 m. jo komanda modifikavo R18 fermentą, sukurdama tC19Z fermentą, galintį nukopijuoti iki 95 nukleotidų seką. Tai buvo 48% jo ilgio - daugiau nei R18, bet akivaizdžiai ne būtini 100%.

Geraldas Joyce'as ir Tracey Lincoln iš Scripps tyrimų instituto La Jolla pristatė alternatyvų požiūrį į šią problemą. 2009 m. jie sukūrė RNR fermentą, kuris netiesiogiai sukuria savo repliką.

Jų fermentas sujungia dvi trumpas RNR dalis ir sukuria kitą fermentą. Tai, savo ruožtu, sujungia du kitus RNR fragmentus, kad atkurtų pradinį fermentą.

Atsižvelgiant į žaliavas, šis paprastas ciklas gali tęstis neribotą laiką. Tačiau fermentai tinkamai veikia tik tuo atveju, jei yra tinkamos Joyce'o ir Linkolno sukurtos RNR grandinės.

Daugeliui mokslininkų, kurie skeptiškai vertina „RNR pasaulio“ idėją, nepriklausomos RNR replikacijos trūkumas yra pagrindinė skepticizmo priežastis. RNR tiesiog negali būti viso gyvenimo kūrėja.

Nepridėkite optimizmo ir chemikų nesugebėjimo sukurti RNR nuo nulio. Ir nors RNR yra daug paprastesnė molekulė nei DNR, jos kūrimas pasirodė esąs neįtikėtinas iššūkis.

Pirmosios ląstelės greičiausiai padaugėjo dalijantis.

Problema yra cukrus

Viskas apie cukrų, esantį kiekviename nukleotide, ir nukleotido pagrindą. Galima juos sukurti atskirai, bet negalima jų susieti.

Dešimtojo dešimtmečio pradžioje ši problema jau buvo akivaizdi. Ji įtikino daugelį biologų, kad RNR pasaulio hipotezė, kad ir kokia patraukli ji atrodytų, vis tiek lieka tik hipoteze.

• Galbūt ankstyvojoje Žemėje iš pradžių egzistavo kita molekulė: paprastesnė už RNR ir galinti susikaupti iš „pirminės sriubos“, o vėliau pati pradėti daugintis.
• Galbūt ši molekulė buvo pirmoji, o po jos atsirado RNR, DNR ir kt.

Poliamido nukleorūgštis (PNA)

1991 m. Peteris Nielsenas iš Kopenhagos universiteto Danijoje, atrodo, rado tinkamą kandidatą pirminio replikatoriaus vaidmeniui.

Tiesą sakant, tai buvo žymiai patobulinta DNR versija. Nielsenas paliko nepakeistą bazę – standartinius A, T, C ir G, tačiau vietoj cukraus molekulių jis panaudojo molekules, vadinamas poliamidais.

Gautą molekulę jis pavadino poliamido nukleorūgštimi arba PNA. Tačiau laikui bėgant santrumpos dekodavimas dėl tam tikrų priežasčių virto „peptidine nukleorūgštimi“.

PNA gamtoje nebūna. Tačiau jo elgesys labai panašus į DNR. PNA grandinė netgi gali pakeisti grandinę DNR molekulėje, o bazės poruojasi kaip įprasta. Be to, PNA gali sudaryti dvigubą spiralę kaip DNR.

Stanley Milleris buvo suintriguotas. Giliai skeptiškai vertindamas „RNR pasaulio“ koncepciją, jis manė, kad PNA geriau tinka pirmosios genetinės medžiagos vaidmeniui.

2000 m. jis savo nuomonę pagrindė įrodymais. Tuo metu jam jau buvo 70 metų ir jis buvo patyręs kelis insultus, po kurių galėjo atsidurti slaugos namuose, tačiau pasiduoti neketino.

Milleris pakartojo savo anksčiau aprašytą klasikinį eksperimentą, šį kartą naudodamas metaną, azotą, amoniaką ir vandenį, ir galiausiai gavo PNA poliamidinį pagrindą.

Iš to išplaukė, kad ankstyvojoje Žemėje galėjo būti sąlygos atsirasti PNA, priešingai nei RNR.

PNA elgiasi kaip DNR.

Treozės nukleorūgštis (TNR)

Tuo tarpu kiti chemikai sukūrė savo nukleino rūgštis.

2000 m. Albertas Eschenmoseris sukūrė treozės nukleorūgštį (TNA).

Tiesą sakant, tai buvo ta pati DNR, bet su kitokiu cukrumi bazėje. TNC grandinės gali sudaryti dvigubą spiralę, o informacija iš RNR gali būti perduodama į TNC ir atvirkščiai.

Be to, TNA taip pat gali sudaryti sudėtingas formas, įskaitant baltymo formą. Tai užsiminė, kad TNA gali veikti kaip fermentas, kaip ir RNR.

Glikolio nukleorūgštis (GNA)

2005 m. Ericas Meggersas sukūrė glikolio nukleorūgštį, kuri taip pat gali sudaryti spiralę.

Kiekviena iš šių nukleino rūgščių turėjo savo šalininkus: dažniausiai pačius rūgščių kūrėjus.

Tačiau gamtoje tokių nukleino rūgščių nėra pėdsakų, todėl net jei darytume prielaidą, kad jas panaudojo pirmasis gyvenimas, kažkuriuo etapu ji turėjo jų atsisakyti RNR ir DNR naudai.

Skamba įtikinamai, bet neparemta įrodymais.

Idėja buvo gera, bet...

Taigi XXI amžiaus pirmojo dešimtmečio viduryje „RNR pasaulio“ koncepcijos šalininkai atsidūrė sunkioje padėtyje.

Viena vertus, RNR fermentai egzistavo gamtoje ir apėmė vieną iš svarbiausių biologinių mechanizmų fragmentų – ribosomą. Neblogai.

Tačiau, kita vertus, gamtoje nerasta savaime besidauginančios RNR ir niekas negalėjo tiksliai paaiškinti, kaip RNR susidarė „pirminėje sriuboje“. Pastarąsias būtų galima paaiškinti alternatyviomis nukleino rūgštimis, tačiau jos jau (arba niekada) neegzistavo gamtoje. Tai yra blogai.

Verdiktas visai RNA World koncepcijai buvo aiškus: koncepcija gera, bet neišsami.

Tuo tarpu nuo devintojo dešimtmečio vidurio pamažu vystėsi kita teorija. Jos šalininkai tvirtino, kad gyvybė neprasidėjo nuo RNR, DNR ar kokios nors kitos genetinės medžiagos. Anot jų, gyvybė atsirado kaip energijos panaudojimo mechanizmas.

Energija pirmiausia?

Taigi bėgant metams mokslininkai, sprendžiantys gyvybės kilmę, susiskirstė į 3 stovyklas.

Pirmosios atstovai buvo įsitikinę, kad gyvybė prasidėjo nuo RNR molekulės, tačiau jiems nepavyko išsiaiškinti, kaip RNR ar panašios į RNR molekulės sugebėjo spontaniškai atsirasti ankstyvojoje Žemėje ir pradėti daugintis. Iš pradžių mokslininkai žavėjosi sėkme, tačiau galiausiai mokslininkai sustojo. Tačiau net ir įsibėgėjus šioms studijoms jau buvo įsitikinusių, kad gyvybė atsirado visai kitaip.

RNR pasaulio teorija remiasi paprasta idėja: svarbiausia organizmo funkcija yra gebėjimas daugintis. Dauguma biologų su tuo sutinka. Viskas, kas gyva, nuo bakterijų iki mėlynųjų banginių, stengiasi daugintis.

Tačiau daugelis šios problemos tyrinėtojų nesutinka, kad reprodukcinė funkcija yra pirmoje vietoje. Jie sako, kad organizmas turi tapti savarankiškas, kad galėtų pradėti daugintis. Jis turi sugebėti išlaikyti save gyvą. Juk negali turėti vaikų, jei mirsi pirmas.

Mes palaikome gyvybę maistu, o augalai sugeria energiją iš saulės spindulių.

Taip, vaikinas, kuris mielai valgo sultingą karbonadą, akivaizdžiai nepanašus į šimtametį ąžuolą, bet iš tikrųjų jie abu sugeria energiją.

Energijos įsisavinimas yra gyvybės pagrindas.

Metabolizmas

Kalbėdami apie gyvų būtybių energiją, mes susiduriame su medžiagų apykaita.

1. Pirmasis etapas yra energijos gavimas, pavyzdžiui, iš daug energijos turinčių medžiagų (pavyzdžiui, cukraus).
2. Antrasis – energijos naudojimas naudingoms kūno ląstelėms kurti.

Energijos panaudojimo procesas yra nepaprastai svarbus, ir daugelis tyrinėtojų mano, kad būtent jis tapo gyvybės pradžia.

Tačiau kaip galėtų atrodyti organizmai, turintys tik vieną medžiagų apykaitos funkciją?

Pirmąjį ir įtakingiausią pasiūlymą devintojo dešimtmečio pabaigoje pateikė Günteris Wachtershauseris. Pagal profesiją jis buvo patentų teisininkas, bet turėjo neblogų chemijos žinių.

Wachtershauseris teigė, kad pirmieji organizmai „stulbinamai skyrėsi nuo visko, ką mes žinome“. Jie nebuvo sudaryti iš ląstelių. Jie neturėjo fermentų, DNR ar RNR.

Aiškumo dėlei Wachtershauseris aprašė karšto vandens srautą, tekantį iš ugnikalnio. Vanduo buvo prisotintas vulkaninių dujų, tokių kaip amoniakas, ir jame buvo mineralų dalelių iš ugnikalnio centro.

Vietose, kur upelis tekėjo per uolas, prasidėjo cheminės reakcijos. Vandenyje esantys metalai prisidėjo prie didelių organinių junginių susidarymo iš paprastesnių.

medžiagų apykaitos ciklas

Lūžis buvo pirmojo metabolizmo ciklo sukūrimas.

Šio proceso metu viena cheminė medžiaga paverčiama keliomis kitomis ir taip toliau, kol galiausiai viskas susiveda į pirmosios medžiagos atkūrimą.

Proceso metu visa metabolizme dalyvaujanti sistema kaupia energiją, kurią galima panaudoti ciklui iš naujo paleisti arba pradėti kokį nors naują procesą.

Visa kita, kuo apdovanoti šiuolaikiniai organizmai (DNR, ląstelės, smegenys), atsirado vėliau, be to, šių cheminių ciklų pagrindu.

Metabolizmo ciklai nėra labai panašūs į gyvenimą. Todėl Wachtershauseris savo išradimus pavadino „pirmtakiais organizmais“ ir rašė, kad juos „vargu ar galima pavadinti gyvais“.

Tačiau Wachtershauserio aprašyti medžiagų apykaitos ciklai visada yra bet kurio gyvo organizmo centre.

Jūsų ląstelės iš tikrųjų yra mikroskopinės gamyklos, nuolat skaidančios vieną medžiagą į kitą.

Metaboliniai ciklai, nors ir mechaniniai, yra gyvybiškai svarbūs.

Paskutinius du XX amžiaus dešimtmečius Wachtershauseris skyrė savo teorijai ir ją išsamiai išnagrinėjo. Jis aprašė, kurie mineralai geriausiai tiktų ir kokie cheminiai ciklai galėtų vykti. Jo argumentai ėmė susilaukti šalininkų.

Eksperimentinis patvirtinimas

1977 m. Jacko Corlisso komanda iš Oregono universiteto nardė Ramiojo vandenyno rytinės dalies vandenyse į 2,5 kilometro (1,5 mylios) gylį. Mokslininkai tyrinėjo Galapagų karštąjį šaltinį toje vietoje, kur iš dugno kilo uolų keteros. Buvo žinoma, kad diapazonai iš pradžių buvo vulkaniškai aktyvūs.

Corliss išsiaiškino, kad kalnagūbriai buvo praktiškai nusėti karštųjų versmių. Karštas ir chemikalais pripildytas vanduo pakilo iš po jūros dugno ir ištekėjo pro uolienų skyles.

Nuostabu, kad šiose „hidroterminėse angos“ buvo tankiai apgyvendintos keistų būtybių. Tai buvo didžiuliai kelių rūšių moliuskai, midijos ir anelidai.

Vanduo taip pat buvo pilnas bakterijų. Visi šie organizmai gyveno iš hidroterminių angų energijos.

Hidroterminių angų atradimas suteikė Corlissui puikią reputaciją. Tai taip pat privertė jį susimąstyti.

Hidroterminės angos vandenyne šiandien suteikia gyvybę organizmams. Galbūt jie tapo pagrindiniu jos šaltiniu?

hidroterminės angos

1981 m. Jackas Corlissas pasiūlė, kad tokios angos Žemėje egzistavo prieš 4 milijardus metų ir aplink jas atsirado gyvybė. Šiai idėjai plėtoti jis paskyrė visą savo karjerą.

Corliss pasiūlė, kad hidroterminės angos galėtų sukurti cheminių medžiagų mišinį. Anot jo, kiekviena anga buvo savotiškas „pirminės sriubos“ purkštuvas.

• Ate karštas vanduo tekėjo per uolienas, karštis ir slėgis privertė paprasčiausius organinius junginius virsti sudėtingesniais, tokiais kaip aminorūgštys, nukleotidai ir cukrus.
• Arčiau išėjimo į vandenyną, kur vanduo nebebuvo toks karštas, jie pradėjo formuotis grandinėmis, formuodami angliavandenius, baltymus ir nukleotidus kaip DNR.
• Tada jau pačiame vandenyne, kur vanduo gerokai atvėso, šios molekulės susibūrė į paprastas ląsteles.

Teorija skambėjo pagrįstai ir patraukė dėmesį.

Tačiau Stanley Milleris, kurio eksperimentas buvo aptartas anksčiau, nepritarė entuziazmui. 1988 metais jis rašė, kad ventiliacijos angos buvo per karštos, kad jose susiformuotų gyvybė.

Corlisso teorija buvo ta, kad ekstremalios temperatūros gali paskatinti tokių medžiagų kaip aminorūgščių susidarymą, tačiau Millerio eksperimentai parodė, kad jos taip pat gali jas sunaikinti.

Pagrindiniai junginiai, tokie kaip cukrus, gali trukti tik kelias sekundes.

Be to, šios paprastos molekulės vargu ar galėtų sudaryti grandines, nes aplinkinis vanduo jas beveik akimirksniu sulaužytų.

Šilta, dar šiltesnė...

Šiuo metu į diskusiją įsitraukė geologas Mike'as Russellas. Jis manė, kad ventiliacijos teorija puikiai atitinka Wachtershauserio prielaidas apie pirmtakus. Šios mintys paskatino jį sukurti vieną populiariausių teorijų apie gyvybės kilmę.

Raselo jaunystė prabėgo kurdamas aspiriną ​​ir tyrinėdamas vertingus mineralus. Ir per galimą ugnikalnio išsiveržimą septintajame dešimtmetyje jis sėkmingai koordinavo atsako planą, neturėdamas patirties. Tačiau jam buvo įdomu ištirti, kaip Žemės paviršius keitėsi skirtingais laikais. Galimybė pažvelgti į istoriją iš geologo perspektyvos ir suformuota jo teorija apie gyvybės atsiradimą.

Devintajame dešimtmetyje jis rado fosilijų, rodančių, kad senovėje buvo hidroterminių angų, kur temperatūra neviršydavo 150 laipsnių Celsijaus. Jis teigė, kad šios vidutinės temperatūros gali leisti molekulėms išlikti daug ilgiau, nei manė Milleris.

Be to, šių mažiau karštų angų fosilijose yra kažkas įdomaus. Mineralas, vadinamas piritu, susidedantis iš geležies ir sieros, 1 milimetro ilgio vamzdelių pavidalu.

Savo laboratorijoje Russellas atrado, kad piritas taip pat gali sudaryti sferinius lašelius. Jis pasiūlė, kad pirmosios sudėtingos organinės molekulės susiformavo būtent pirito struktūrų viduje.

Maždaug tuo pačiu metu Wachtershauseris pradėjo skelbti savo teorijas, pagrįstas tuo, kad vandens srautas, kuriame gausu cheminių medžiagų, sąveikavo su kokiu nors mineralu. Jis netgi pasiūlė, kad šis mineralas galėtų būti piritas.

2+2=?

Russellas turėjo pridėti tik 2 ir 2.

Jis pasiūlė, kad Wachtershauser pirmtakai susiformavo šiltų hidroterminių angų gilumoje, kur galėjo susidaryti pirito struktūros. Jei Raselas neklydo, tai gyvybė atsirado jūros gelmėse, pirmiausia atsirado medžiagų apykaita.

Visa tai buvo išdėstyta Russello straipsnyje, paskelbtame 1993 m., praėjus 40 metų po klasikinio Millerio eksperimento.

Rezonanso spaudoje kilo daug mažiau, tačiau tai nesumenkina atradimo svarbos. Russellas sujungė dvi skirtingas idėjas (Wachtershauser medžiagų apykaitos ciklus ir Corliss hidrotermines angas) į vieną gana patrauklią koncepciją.

Ši koncepcija tapo dar įspūdingesnė, kai Russellas pasidalijo savo idėjomis, kaip pirmieji organizmai absorbavo energiją. Kitaip tariant, jis paaiškino, kaip galėjo veikti jų medžiagų apykaita. Jo idėja buvo paremta vieno iš užmirštų šiuolaikinio mokslo genijų darbais.

Mitchello „juokingi“ eksperimentai

60-aisiais biochemikas Peteris Mitchellas dėl ligos buvo priverstas palikti Edinburgo universitetą.

Kornvalyje esantį dvarą jis pavertė asmenine laboratorija. Atskirtas nuo mokslo bendruomenės, jis finansavo savo darbą pardavinėdamas savo naminių karvių pieną. Daugelis biochemikų, įskaitant Leslie Orgel, kurių RNR tyrimai buvo aptarti anksčiau, manė, kad Mitchello darbas buvo labai juokingas.

Praėjus beveik dviem dešimtmečiams, 1978 m. Mitchellas triumfavo gavęs Nobelio chemijos premiją. Jis niekada neišgarsėjo, tačiau jo idėjas galima atsekti bet kuriame biologijos vadovėlyje.

Mitchellas savo gyvenimą paskyrė tyrinėdamas, kaip organizmai naudoja energiją, kurią gauna iš maisto. Kitaip tariant, jam buvo įdomu, kaip mes išliksime gyvi nuo sekundės iki sekundės.

Britų biochemikas Peteris Mitchellas gavo Nobelio chemijos premiją už darbą, susijusį su ATP sintezės mechanizmu.

Kaip organizmas kaupia energiją

Mitchellas žinojo, kad visos ląstelės kaupia energiją konkrečioje molekulėje – adenozino trifosfate (ATP). Svarbu tai, kad prie adenozino yra prijungta trijų fosfatų grandinė. Norint prijungti trečiąjį fosfatą, kuris vėliau kaupiasi ATP, reikia daug energijos.

Kai ląstelei reikia energijos (pavyzdžiui, susitraukiant raumenims), ji iš ATP atskiria trečiąjį fosfatą. Tai paverčia ATP į adenozido difosfatą (ADP) ir išlaisvina sukauptą energiją.

Mitchellas norėjo suprasti, kaip ląstelėms pavyko sukurti ATP. Kaip jie sukoncentravo pakankamai energijos ADP, kad būtų prijungtas trečiasis fosfatas?

Mitchellas žinojo, kad fermentas, gaminantis ATP, yra ant membranos. Jis padarė išvadą, kad ląstelė per membraną pumpuoja įkrautas daleles, vadinamas protonais, todėl vienoje pusėje galima pamatyti daug protonų, o kitoje jų beveik nėra.

Tada protonai bando grįžti į membraną, kad išlaikytų pusiausvyrą iš abiejų pusių, tačiau jie gali patekti tik į fermentą. Slenkančių protonų srautas suteikia fermentui energijos, reikalingos ATP susidarymui.

Mitchellas pirmą kartą sugalvojo šią idėją 1961 m. Kitus 15 metų jis gynė savo teoriją nuo puolimo, nepaisydamas didžiulių įrodymų.

Šiandien žinoma, kad Mitchello aprašytas procesas būdingas kiekvienai planetos gyvai būtybei. Tai šiuo metu vyksta jūsų ląstelėse. Kaip ir DNR, ji yra pagrindinė mūsų žinomo gyvenimo dalis.

Gyvenimui reikėjo natūralaus protonų atskyrimo

Kurdamas savo gyvybės teoriją, Russellas atkreipė dėmesį į Mitchello parodytą protonų pasiskirstymą: daug protonų vienoje membranos pusėje ir tik keli kitoje.

Visoms ląstelėms reikia tokio protonų atskyrimo, kad galėtų kaupti energiją.

Šiuolaikinės ląstelės sukuria šį dalijimąsi iš membranos išpumpuodamos protonus, tačiau yra sudėtinga molekulinė mechanika, kuri negali atsitikti per naktį.

Taigi Russellas padarė kitą logišką išvadą: gyvybė susiformavo ten, kur yra natūralus protonų atskyrimas.

Kažkur prie hidroterminių angų. Tačiau ventiliacijos anga turi būti konkretaus tipo.

Ankstyvoji Žemė turėjo rūgštines jūras, o rūgštus vanduo buvo tiesiog prisotintas protonų. Kad atskirtų protonus, vanduo prie hidroterminių angų turi būti neturtingas protonų: kitaip tariant, jis turi būti šarminis.

„Corliss“ hidroterminės angos neatitiko šios sąlygos. Jie buvo ne tik per karšti, bet ir per daug prisotinti rūgščių.

Tačiau 2000 m. Deborah Kelly iš Vašingtono universiteto atrado pirmąsias šarmines hidrotermines angas.

Daktarė Deborah Kelly.

Šarminės ir vėsios hidroterminės angos

Kelly su dideliais sunkumais sugebėjo tapti mokslininke. Jos tėvas mirė, kai ji mokėsi vidurinėje mokykloje, o po paskaitų ji turėjo dirbti, kad susimokėtų už universitetinį išsilavinimą.

Tačiau jai pavyko, o vėliau susižavėjo idėja tyrinėti povandeninius ugnikalnius ir karštas hidrotermines angas. Aistra ugnikalnių ir povandeninių karštų angų tyrinėjimui ją atvedė į širdį Atlanto vandenynas. Būtent čia gelmėse buvo iš vandenyno dugno iškilusi didinga kalnų grandinė.

Ant šios keteros Kelly atrado hidroterminių angų tinklą, kurį pavadino „Dingusiu miestu“. Jie nebuvo panašūs į tuos, kuriuos Korlisas rado.

Iš jų tekėjo 40-75 laipsnių Celsijaus temperatūros vanduo su nedideliu šarmo kiekiu. Karbonatiniai mineralai iš tokio vandens suformavo stačias baltas kolonas, panašias į dūmų stulpus ir kylančias iš dugno kaip vargonų vamzdžiai. Nepaisant baisios ir „vaiduokliškos“ išvaizdos, šiuose stulpuose iš tikrųjų gyveno šilto vandens mikrobų kolonijos.

Šios šarminės angos puikiai atitinka Russell teoriją. Jis buvo tikras, kad gyvenimas prasidėjo angos, panašios į Prarastame mieste.

Bet buvo viena problema. Kaip geologas, Russellas nepakankamai žinojo apie biologines ląsteles, kad jo teorija būtų kuo įtikinamesnė.

Išsamiausia gyvybės atsiradimo Žemėje teorija

Norėdamas įveikti savo ribotų žinių problemas, Russellas susivienijo su amerikiečių biologu Williamu Martinu. Prieštaringai vertinamas Martinas dauguma savo karjerą praleido Vokietijoje.

2003 m. jie pristatė patobulintą ankstyvosios Russell koncepcijos versiją. Ir, ko gero, šią teoriją apie gyvybės atsiradimą Žemėje galima pavadinti išsamiausia iš visų egzistuojančių.

Kelly dėka jie žinojo, kad šarminių angų uolos yra porėtos: jose buvo mažos skylutės, užpildytos vandeniu. Mokslininkai teigia, kad šios skylės atliko „ląstelių“ vaidmenį. Kiekviename iš jų buvo svarbių medžiagų, pavyzdžiui, mineralų, tokių kaip piritas. Įtraukite natūralų protonų dalijimąsi iš ventiliacijos angų ir turėsite puikią vietą metabolizmui pradėti.

Kai tik gyvybė pradėjo naudoti cheminę vandens iš ventiliacijos angų energiją, Raselas ir Martinas pasiūlė, ji pradėjo kurti tokias molekules kaip RNR. Galų gale ji sukūrė savo membraną, tapdama tikra ląstele, ir paliko porėtą uolą, patraukdama į atvirus vandenis.

Šiandien tai yra viena iš pagrindinių hipotezių apie gyvybės kilmę.

Naujausi atradimai

Ši teorija sulaukė didelio palaikymo 2016 m. liepos mėn., kai Martinas paskelbė tyrimus, kuriuose buvo atkurtos kai kurios „paskutinio visuotinio bendro protėvio“ (LCU) ypatybės. Tai sąlyginis prieš milijardus metų egzistavusio organizmo pavadinimas, dėl kurio atsirado visa šiuolaikinio gyvenimo įvairovė.

Galbūt neberasime šio organizmo fosilijų, tačiau pagal visus turimus duomenis galime spėti, kaip jis atrodė ir kokias savybes pasižymėjo tiriant šiuolaikinius mikroorganizmus.

Martinas būtent taip ir padarė. Jis ištyrė 1930 šiuolaikinių mikroorganizmų DNR ir nustatė 355 genus, esančius beveik kiekviename iš jų.

Galima daryti prielaidą, kad šie 355 genai buvo perduodami iš kartos į kartą, nes visi šie 1930 mikrobų turėjo bendrus protėvius – tikriausiai iš to laiko, kai dar egzistavo PUOP.

Tarp šių genų buvo tie, kurie buvo atsakingi už protonų padalijimą, bet nebuvo atsakingi už šio padalijimo sukūrimą – kaip ir Russello ir Martino teorijoje.

Be to, atrodė, kad PUOP gali prisitaikyti prie tokių medžiagų kaip metanas, o tai reiškė, kad aplink yra vulkaniškai aktyvi aplinka. Tai yra, hidroterminė anga.

Ne taip paprasta

Tačiau „RNA World“ idėjos šalininkai rado dvi „Russell-Martin“ koncepcijos problemas. Vieną vis dar galima būtų pataisyti, bet kitas gali reikšti visos teorijos žlugimą.

Pirmoji problema – eksperimentinių įrodymų, kad Russello ir Martino aprašyti procesai iš tikrųjų vyko, trūkumas.

Taip, mokslininkai sukūrė teoriją žingsnis po žingsnio, tačiau nė vienas iš žingsnių dar nebuvo atkurtas laboratorijoje.

„Pirminės išvaizdos idėjos šalininkai replikacija reguliariai teikti testų rezultatus“, – sako gyvybės kilmės ekspertas Armenas Mulkidzhanianas. „Pirminės išvaizdos idėjos šalininkai medžiagų apykaitą jie to nedaro“.

Tačiau tai netrukus gali pasikeisti dėl Martino kolegos Nicko Lane'o iš Londono universiteto koledžo. Lane'as sukūrė „gyvybės kilmės reaktorių“, kuris imituotų sąlygas šarminės ventiliacijos angoje. Jis tikisi atkurti medžiagų apykaitos ciklus ir galbūt net RNR. Tačiau dar anksti apie tai kalbėti.

Antra problema yra ta, kad ventiliacijos angos yra giliai po vandeniu. Kaip 1988 m. pabrėžė Milleris, ilgos grandinės molekulės, tokios kaip RNR ir baltymai, negali susidaryti vandenyje be fermentų, kad jie nesuirtų.

Daugeliui tyrinėtojų šis argumentas tapo lemiamu.

„Turėdami chemijos išsilavinimą, negalite patikėti giliavandenių angų teorija, nes išmanote chemiją ir suprantate, kad visos šios molekulės yra nesuderinamos su vandeniu“, - sako Mulkidzhanian.

Nepaisant to, Russellas ir jo šalininkai neskuba išsižadėti savo idėjų.

Tačiau per pastarąjį dešimtmetį išryškėjo trečias požiūris, lydimas daugybės itin kurioziškų eksperimentų.

Skirtingai nuo „RNR pasaulio“ teorijų ir hidroterminių angų, šis metodas, jei pasisekdavo, žadėjo neįsivaizduojamą dalyką – gyvos ląstelės sukūrimą nuo nulio.

Kaip sukurti ląstelę?

XXI amžiaus pradžioje buvo dvi pagrindinės gyvybės kilmės sampratos.

1. Rėmėjai "RNR pasaulis" teigė, kad gyvenimas prasidėjo nuo savaime besidauginančios molekulės.
2. Tos pačios teorijos šalininkai apie " pirminis metabolizmas" sukūrė išsamų supratimą, kaip gyvybė galėjo atsirasti giliavandenėse hidroterminėse angose.

Tačiau išryškėjo trečioji teorija.

Kiekviena gyva būtybė Žemėje susideda iš ląstelių. Kiekviena ląstelė iš esmės yra minkštas rutulys su standžia sienele arba „membrana“.

Ląstelės užduotis – viduje sutalpinti visus gyvybiškai svarbius elementus. Jei plyš išorinė siena, tada vidinės pusės išsilies, ir ląstelė iš tikrųjų mirs – kaip išskrosęs žmogus.

Išorinė ląstelės sienelė yra tokia svarbi, kad kai kurie mokslininkai mano, kad ji turėjo atsirasti pirmiausia. Jie įsitikinę, kad „pirminės genetikos“ ir „pirminės metabolizmo“ teorijos yra iš esmės klaidingos.

Jų alternatyva, „pirminis skirstymas“, pirmiausia remiasi Pier Luigi Luisi iš Romos Roma Tre universiteto darbu.

Protocelio teorija

Luisi argumentai paprasti ir įtikinami. Kaip įsivaizduoji medžiagų apykaitos ar savaime besidauginančios RNR procesą, kai reikia daug medžiagų vienoje vietoje, jei dar nėra talpyklos, kurioje molekulės būtų saugios?

Iš to išplaukia tokia išvada: egzistuoja tik viena gyvybės kilmės versija.

Kažkokiu būdu tarp ankstyvosios Žemės karščio ir audrų tam tikros žaliavos suformavo primityvias ląsteles arba „protoelementus“.

Norint įrodyti šią teoriją, būtina atlikti eksperimentus laboratorijoje – pabandyti sukurti paprastą gyvą ląstelę.

Louisi idėjų šaknys siekia anksčiau aptartus sovietų mokslininko Aleksandro Oparino darbus. Oparinas pabrėžė, kad kai kurios medžiagos sudaro burbulus, vadinamus koacervuoja, kurios centre gali laikyti kitas medžiagas.

Louisi pasiūlė, kad šie koacervatai buvo pirmieji protoląsteliai.

Koacervatai galėjo būti pirmieji protoląsteliai.

lipidų pasaulis

Bet kokia riebi ar riebi medžiaga ant vandens sudaro burbuliukus arba plėvelę. Ši medžiagų grupė vadinama lipidais, o teorija, kad jos sukėlė gyvybę, vadinama „lipidų pasauliu“.

Tačiau vien burbulo susidarymo neužtenka. Jie turi būti stabilūs, gebėti dalytis, kad susidarytų „dukteriniai“ burbulai, ir bent kiek kontroliuoti medžiagų srautą į juos ir iš jų – visa tai be baltymų, atsakingų už šias funkcijas šiuolaikinėse ląstelėse.

Taigi, reikėjo sukurti protoelementus iš tinkamų medžiagų. Būtent tai Louisi darė kelis dešimtmečius, bet nepateikė nieko įtikinamo.

Protocelis su RNR

Tada 1994 m. Louisi pateikė drąsų pasiūlymą. Jo nuomone, pirmuosiuose protoląstelėse turėjo būti RNR. Be to, ši RNR turėjo sugebėti daugintis protoląstelėje.

Ši prielaida reiškė gryno „pirminio skirstymo į skyrius“ atmetimą, tačiau Luisi turėjo rimtų priežasčių tai daryti.

Ląstelė su išorine sienele, bet viduje nėra genų, neturėjo daugelio funkcijų. Ji turėjo sugebėti dalytis į dukterines ląsteles, tačiau informacijos apie save ji negalėjo perduoti savo palikuonims. Ląstelė galėtų pradėti vystytis ir tapti sudėtingesnė tik tuo atveju, jei būtų bent keli genai.

Ši teorija netrukus sulaukė tvirto pritarimo Jackui Szostakui, kurio darbas dėl RNR pasaulio hipotezės buvo aptartas anksčiau. Daugelį metų šie mokslininkai buvo skirtingose ​​mokslo bendruomenės pusėse - Luisi palaikė „pirminės suskaidymo“ idėją, o Shostakas – „pirminę genetiką“.

„Konferencijose apie gyvybės kilmę mes visada įsiveldavome į ilgas diskusijas apie tai, kas buvo svarbiau ir kas buvo pirmiau“, – prisimena Šostakas. „Galų gale supratome, kad ląstelėms reikia abiejų. Priėjome prie išvados, kad be suskirstymo ir genetinės sistemos nebūtų galėjusi susiformuoti pirmoji gyvybė.

2001 m. Shostakas ir Louisi suvienijo jėgas ir tęsė savo tyrimus. Straipsnyje žurnale „Nature“ jie teigė, kad norint sukurti gyvą ląstelę nuo nulio, būtina į paprastą riebalų lašą patalpinti savaime besidauginančią RNR.

Idėja buvo drąsi, ir netrukus Šostakas visiškai atsidėjo jos įgyvendinimui. Teisingai nuspręsdamas, kad „neįmanoma sukurti teorijos be praktinių įrodymų“, jis nusprendė pradėti eksperimentus su protoląstelėmis.

Pūslelės

Po dvejų metų Shostakas ir du kolegos paskelbė apie didelį mokslinį proveržį.

Eksperimentai buvo atlikti su pūslelėmis: sferiniais lašais su dviem riebalų rūgščių sluoksniais išorėje ir skysta šerdimi viduje.

Siekdami pagreitinti pūslelių susidarymą, mokslininkai pridėjo molio mineralo, vadinamo montmorilonitu, dalelių. Tai 100 kartų pagreitino pūslelių susidarymą. Molio paviršius tarnavo kaip katalizatorius, iš esmės atliekantis fermento užduotį.

Be to, pūslelės gali absorbuoti ir montmorilonito daleles, ir RNR grandines iš molio paviršiaus.

Paprasčiausiai pridėjus molio, protoląstelėse buvo ir genai, ir katalizatorius.

Sprendimas pridėti montmorilonito nebuvo be priežasties. Dešimtmečius trukę tyrimai parodė, kad montmorilonitas ir kiti molio mineralai buvo labai svarbūs gyvybės atsiradimui.

Montmorilonitas yra įprastas molis. Dabar jis plačiai naudojamas kasdieniame gyvenime, pavyzdžiui, kaip kačių kraiko užpildas. Susidaro vulkaninių pelenų skilimas veikiant oro sąlygoms. Kadangi ankstyvojoje Žemėje buvo daug ugnikalnių, logiška manyti, kad montmorilonito buvo gausu.

Dar 1986 metais chemikas Jamesas Ferrisas įrodė, kad montmorilonitas yra katalizatorius, skatinantis organinių molekulių susidarymą. Vėliau jis taip pat atrado, kad šis mineralas pagreitina mažų RNR susidarymą.

Tai paskatino Ferrisą patikėti, kad beprasmiškas molis kadaise buvo gyvybės gimtinė. Šostakas pasinaudojo šia idėja ir panaudojo montmorilonitą, kad sukurtų protoląsteles.

Pūslelių susidarymas dalyvaujant moliui įvyko šimtus kartų greičiau.

Protocelių kūrimas ir dalijimasis

Po metų Szostako komanda atrado, kad jų protoląstelės auga savaime.

Kai į protoląstelę buvo įtrauktos naujos RNR molekulės, išorinė sienelė nukrito dėl didėjančio slėgio. Atrodė, lyg protocelė prisikimštų skrandį ir tuoj sprogs.

Norėdami kompensuoti slėgį, protocelės atrinko daugiausiai riebalų rūgščių ir įmontavo jas į sieną, kad jos galėtų saugiai toliau išsipūsti iki didelių dydžių.

Tačiau svarbu tai, kad riebalų rūgštys buvo paimtos iš kitų protoląstelių, turinčių mažiau RNR, todėl jos susitraukė. Tai reiškė, kad protoląstelės varžėsi, o laimėjo tie, kuriuose buvo daugiau RNR.

Tai lėmė įspūdingas išvadas. Jei protoląstelės galėtų augti, ar jos galėtų dalytis? Ar Šostakas sugebės priversti protoląsteles daugintis savarankiškai?

Pirmieji Šostako eksperimentai parodė vieną iš protoląstelių dalijimo būdų. Kai protoląstelės buvo išstumtos per mažas skylutes, jos susitraukdavo į kanalėlių formą, kurios vėliau padalijo į „dukterines“ protoląsteles.

Šis buvo šaunus, nes procese nedalyvavo jokie koriniai mechanizmai, tik įprastas mechaninis slėgis.

Tačiau buvo ir trūkumų, nes eksperimento metu protocellai prarado dalį savo turinio. Taip pat paaiškėjo, kad pirmosios ląstelės galėjo dalytis tik veikiamos išorinių jėgų, kurios jas išstumtų pro siauras skylutes.

Yra daug būdų priversti pūsleles dalytis, pavyzdžiui, įpilti galingą vandens srovę. Tačiau reikėjo rasti būdą, kaip protoląstelės dalytųsi neprarasdamos savo turinio.

Lemputės principas

2009 m. Šostakas ir jo mokinys Tin Zhu rado sprendimą. Jie sukūrė šiek tiek sudėtingesnius protoelementus su keliomis sienelėmis, šiek tiek panašius į svogūno sluoksnius. Nepaisant akivaizdaus sudėtingumo, sukurti tokius protocellus buvo gana paprasta.

Kai Zhu juos maitino riebalų rūgštimis, protoląstelės augo ir pakeitė formą, pailgėjo ir įgavo siūlinę formą. Kai protoląstelė tapo pakankamai didelė, jam suskaidyti į mažus dukterinius protoląstelius prireikė tik nedidelės jėgos.

Kiekvienoje dukterinėje protoląstelėje buvo RNR iš pirminio protoceliulio ir praktiškai nė viena RNR nebuvo prarasta. Be to, protoląstelės galėtų tęsti šį ciklą ir toliau – dukteriniai protoląsteliai augo ir dalijasi patys.

Tolesnių eksperimentų metu Zhu ir Shostakas rado būdą priversti protoląsteles dalytis. Panašu, kad viena problemos dalis buvo išspręsta.

Savaime besidauginančios RNR poreikis

Tačiau protoelementai vis tiek tinkamai neveikė. Louisi protoląsteles laikė savaime besidauginančių RNR nešėjais, tačiau iki šiol RNR buvo tiesiog viduje ir nieko nedarė.

Norėdamas įrodyti, kad protoląstelės iš tiesų buvo pirmoji gyvybė Žemėje, Shostakas turėjo priversti RNR pasidaryti savo kopijas.

Užduotis nebuvo lengva, nes dešimtmečius trukę mokslininkų eksperimentai, apie kuriuos rašėme anksčiau, nepadėjo sukurti savaime besidauginančios RNR.

Pats Šostakas susidūrė su ta pačia problema pradėdamas kurti RNR pasaulio teoriją. Nuo to laiko niekas to neišsprendė.

Aštuntąjį ir devintąjį dešimtmečius Orgelis tyrinėjo RNR grandžių kopijavimo principą.

Jo esmė paprasta. Jums reikia paimti vieną RNR grandinę ir įdėti į indą su nukleotidais. Tada naudokite šiuos nukleotidus, kad sukurtumėte antrą RNR grandinę, kuri papildys pirmąją.

Pavyzdžiui, „CGC“ modelio RNR grandinė sudarys papildomą „GCG“ modelio grandinę. Kita kopija atkurs originalią „CGC“ grandinę.

Orgel pastebėjo, kad tam tikromis sąlygomis RNR grandinės taip kopijuojamos be fermentų pagalbos. Gali būti, kad pirmoji gyvybė taip nukopijavo savo genus.

Iki 1987 m. Orgel galėjo sukurti papildomas 14 nukleotidų RNR grandinėse, kurios taip pat buvo 14 nukleotidų ilgio.

Trūksta elemento

Adamala ir Szostakas nustatė, kad reakcijai reikalingas magnis. Tai buvo problematiška, nes magnis sunaikino protoląsteles. Tačiau buvo išeitis: naudokite citratą, kuris yra beveik identiškas citrinos rūgštis, esantis citrinose ir apelsinuose ir kurio yra bet kurioje gyvoje ląstelėje.

Straipsnyje, paskelbtame 2013 m., Adamala ir Szostak aprašė tyrimą, kurio metu į protoląsteles buvo pridėta citrato, kuris sutampa su magniu ir apsaugojo protoląsteles, netrukdydamas grandinės kopijavimui.

Kitaip tariant, jie pasiekė tai, apie ką Louisi kalbėjo 1994 m. „Mes suaktyvinome RNR savaiminį replikaciją riebalų rūgščių pūslelėse“, - sako Szostakas.

Vos per dešimt metų trukusių tyrimų Shostako komanda pasiekė neįtikėtinų rezultatų.

• Mokslininkai sukūrė protoląsteles, kurios išlaiko savo genus ir sugeria naudingas molekules iš aplinkos.
• Protocelės gali augti ir dalytis ir netgi konkuruoti tarpusavyje.
• Juose yra RNR, kurios replikuojasi.
• Visais atžvilgiais laboratorijoje sukurti protoląstelės nepaprastai primena gyvenimą.

Jie taip pat buvo atsparūs. 2008 m. Szostako komanda išsiaiškino, kad protoląstelės gali išgyventi iki 100 laipsnių Celsijaus temperatūroje, kurioje miršta dauguma šiuolaikinių ląstelių. Tai tik sustiprino įsitikinimą, kad protoląstelės yra panašios į pirmąją gyvybę, kuri turėjo kažkaip išgyventi nuolatinio meteorų lietaus sąlygomis.

„Shostako sėkmė įspūdinga“, – sako Armenas Mulkidzhanyanas.

Tačiau iš pirmo žvilgsnio Šostako požiūris labai skiriasi nuo kitų gyvybės kilmės tyrimų, kurie vyksta pastaruosius 40 metų. Užuot sutelkęs dėmesį į „pirminį savęs atkūrimą“ arba „pirminį suskaidymą“, jis rado būdą sujungti šias teorijas.

Dėl šios priežasties buvo sukurtas naujas vieningas požiūris į gyvybės Žemėje kilmės klausimo tyrimą.

Šis požiūris reiškia, kad pirmasis gyvenimas neturėjo savybių, kurios atsirado anksčiau nei kiti. „Pirminio charakteristikų rinkinio“ idėja jau turi daug praktinių įrodymų ir gali hipotetiškai išspręsti visas esamų teorijų problemas.

didysis susivienijimas

Ieškodami atsakymo į gyvybės kilmės klausimą, XX amžiaus mokslininkai buvo suskirstyti į 3 stovyklas. Kiekvienas laikėsi savo hipotezių ir gerai kalbėjo apie kitų dviejų darbą. Šis metodas tikrai buvo veiksmingas, tačiau kiekviena stovykla galiausiai susidūrė su sunkiai įveikiamomis problemomis. Todėl mūsų dienomis keli mokslininkai nusprendė išbandyti vieningą požiūrį į šią problemą.

Suvienijimo idėja kilo iš neseniai atlikto atradimo, kuris įrodo tradicinę „RNR pasaulio pirminio savęs dauginimosi“ teoriją, tačiau tik iš pirmo žvilgsnio.

2009 metais „RNR pasaulio“ teorijos šalininkai susidūrė su didele problema. Jie negalėjo sukurti nukleotidų, RNR statybinių blokų, taip, kaip būtų galėję patys susikurti ankstyvosiomis Žemės sąlygomis.

Kaip matėme anksčiau, tai paskatino daugelį tyrinėtojų manyti, kad pirmoji gyvybė visiškai nebuvo pagrįsta RNR.

Johnas Sutherlandas apie tai galvojo nuo devintojo dešimtmečio. „Būtų puiku, jei kas nors parodytų, kaip RNR surenkama pati“, – sako jis.

Sutherlando laimei, jis dirbo Kembridžo molekulinės biologijos laboratorijoje (LMB). Dauguma tyrimų institutai nuolat persekiojo savo darbuotojus, laukdamas naujų atradimų, tačiau LMB leido darbuotojams rimtai padirbėti su šia problema. Taigi Sutherlandas galėjo ramiai pagalvoti, kodėl buvo taip sunku sukurti RNR nukleotidus, ir per kelerius metus jis sukūrė alternatyvų metodą.

Dėl to Sutherlandas priėjo prie visiškai naujo požiūrio į gyvybės kilmę, kurią sudarė tai, kad visi pagrindiniai gyvybės komponentai galėjo susiformuoti tuo pačiu metu.

Kuklus Kembridžo molekulinės biologijos laboratorijos pastatas.

Laimingas molekulių ir aplinkybių sutapimas

„Keli pagrindiniai RNR chemijos aspektai neveikė iš karto“, – aiškina Sutherlandas. Kiekvienas RNR nukleotidas sudarytas iš cukraus, bazės ir fosfato. Tačiau praktiškai nebuvo įmanoma priversti cukraus ir bazės sąveikauti. Molekulės tiesiog nebuvo tinkamos formos.

Taigi Sutherlandas pradėjo eksperimentuoti su kitomis medžiagomis. Dėl to jo komanda sukūrė 5 paprastas molekules, susidedančias iš skirtingo tipo cukraus ir cianamido, kuris, kaip rodo pavadinimas, yra susijęs su cianidu. Šios medžiagos buvo perduodamos serijomis cheminės reakcijos, dėl kurio galiausiai buvo sukurti du iš keturių nukleotidų.

Be jokios abejonės, tai buvo sėkmė, kuri akimirksniu pakėlė Sutherlando reputaciją.

Daugeliui stebėtojų atrodė, kad tai dar vienas įrodymas, patvirtinantis „RNR pasaulio“ teoriją. Tačiau pats Sutherlandas tai matė kitaip.

„Klasikinė“ „RNR pasaulio“ hipotezė buvo sutelkta į tai, kad pirmuosiuose organizmuose RNR buvo atsakinga už visas gyvybės funkcijas. Tačiau Sutherlandas šį teiginį vadina „beviltiškai optimistišku“. Jis mano, kad RNR juose dalyvavo, bet nebuvo vienintelis gyvybingumui svarbus komponentas.

Sutherlandą įkvėpė naujausias Jacko Szostako darbas, kuris sujungė „RNR pasaulio“ „pirminės savaiminės replikacijos“ koncepciją su Pier Luigi Luisi „pirminio suskaidymo“ idėjomis.

Kaip sukurti gyvą ląstelę nuo nulio

Sutherlando dėmesį patraukė keista nukleotidų sintezės detalė, kuri iš pradžių atrodė atsitiktinė.

Paskutinis Sutherlando eksperimentų žingsnis visada buvo fosfatų pridėjimas prie nukleotido. Tačiau vėliau jis suprato, kad reikia pridėti Nuo pat pradžių nes fosfatas pagreitina reakcijas ankstyvosiose stadijose.

Atrodė, kad pradinis fosfato pridėjimas tik padidino reakcijos atsitiktinumą, tačiau Sutherlandas sugebėjo suprasti, kad šis atsitiktinumas yra naudingas.

Tai privertė jį pagalvoti mišiniai turėtų būti atsitiktiniai. Ankstyvojoje Žemėje greičiausiai vienoje baloje plūduriavo daug cheminių medžiagų. Žinoma, mišiniai neturėtų priminti pelkių vandenų, nes reikia rasti optimalų atsitiktinumo lygį.

1950 m. sukurti Stanley Millerio mišiniai, kurie buvo paminėti anksčiau, buvo daug chaotiškesni nei Sutherlando mišinys. Juose buvo biologinių molekulių, tačiau, kaip sako Sutherlandas, „jų buvo nedaug, o kartu su jais buvo daug daugiau nebiologinių junginių“.

Sutherlandas manė, kad Millerio eksperimento sąlygos nebuvo pakankamai švarios. Mišinys buvo pernelyg chaotiškas, todėl jame tiesiog dingo reikalingos medžiagos.

Taigi Sutherlandas nusprendė rasti „Auksaplaukės chemiją“: ne tiek perkrautą įvairiomis medžiagomis, kad taptų nenaudinga, bet ir ne tokią paprastą, kad būtų ribotos savo galimybės.

Reikėjo sukurti sudėtingą mišinį, kuriame visi gyvybės komponentai galėtų formuotis vienu metu ir tada susijungti.

Pirmapradis tvenkinys ir gyvybės susiformavimas per kelias minutes

Paprasčiau tariant, įsivaizduokite, kad prieš 4 milijardus metų Žemėje buvo nedidelis tvenkinys. Daug metų jame formavosi reikalingos medžiagos, kol mišinys įgavo cheminė sudėtis, kurio reikia norint pradėti procesą. Ir tada susiformavo pirmoji ląstelė, galbūt vos per kelias minutes.

Tai gali skambėti fantastiškai, kaip viduramžių alchemikų teiginiai. Tačiau Sutherlandas pradėjo turėti įrodymų.

Nuo 2009 metų jis demonstruoja, kad tos pačios medžiagos, iš kurių susidarė pirmieji du jo RNR nukleotidai, gali būti panaudotos kuriant kitas molekules, svarbias bet kuriam gyvam organizmui.

Kitas akivaizdus žingsnis buvo sukurti kitus RNR nukleotidus. Sutherlandas su tuo dar nesusitvarkė, tačiau 2010 m. jis pademonstravo tam artimas molekules, kurios potencialiai gali virsti nukleotidais.

O 2013 metais jis surinko aminorūgščių pirmtakus. Šį kartą jis pridėjo vario cianido, kad sukurtų reikiamą reakciją.

Daugelyje eksperimentų buvo cianido pagrindu pagamintų medžiagų, o 2015 m. Sutherlandas jas vėl panaudojo. Jis parodė, kad naudojant tą patį medžiagų rinkinį galima sukurti lipidų pirmtakus – molekules, kurios sudaro ląstelių sieneles. Reakcija vyko veikiant ultravioletiniams spinduliams, joje dalyvavo siera ir varis, kurie padėjo pagreitinti procesą.

„Visi statybiniai blokai [susidarė] iš bendros cheminių reakcijų šerdies“, – aiškina Szostakas.

Jei Sutherlandas teisus, tai mūsų požiūris į gyvybės kilmę buvo iš esmės klaidingas pastaruosius 40 metų.

Nuo to momento, kai mokslininkai pamatė, kokia sudėtinga yra ląstelės konstrukcija, visi susitelkė į mintį, kad pirmosios ląstelės buvo surinktos kartu. palaipsniui, elementas po elemento.

Nuo tada, kai Leslie Orgel sugalvojo, kad RNR yra pirmoji, mokslininkai „bando pradėti nuo vieno elemento, o paskui priversti jį sukurti likusį“, sako Sutherlandas. Jis pats mano, kad kurti reikia viskas vienu metu.

Chaosas yra būtina gyvenimo sąlyga

„Mes ginčijome idėją, kad ląstelė yra per sudėtinga, kad ji atsirastų vienu metu“, - sako Sutherlandas. "Kaip matote, vienu metu galite kurti visų sistemų blokus."

Šostakas netgi įtaria, kad dauguma bandymų sukurti gyvybės molekules ir surinkti jas į gyvas ląsteles žlugo dėl tos pačios priežasties – pernelyg sterilių eksperimentinių sąlygų.

Mokslininkai paėmė reikiamas medžiagas ir visiškai pamiršo tas, kurios taip pat galėjo egzistuoti ankstyvojoje Žemėje. Tačiau Sutherlando darbas rodo, kad į mišinį įtraukus naujų medžiagų, susidaro sudėtingesni junginiai.

Pats Šostakas su tuo susidūrė 2005 m., kai bandė į savo protoląsteles įvesti RNR fermentą. Fermentui reikėjo magnio, kuris sunaikino protoląstelių membraną.

Sprendimas buvo elegantiškas. Užuot sukūrę pūsleles tik iš vienos riebalų rūgštis, sukurkite juos iš dviejų rūgščių mišinio. Susidariusios pūslelės galėtų susidoroti su magniu, o tai reiškia, kad jos galėtų būti RNR fermentų „nešėjai“.

Be to, Szostakas sako, kad pirmieji genai tikriausiai buvo atsitiktiniai.

Šiuolaikiniai organizmai naudoja gryną DNR, kad perduotų genus, tačiau tikėtina, kad iš pradžių grynos DNR nebuvo. Jo vietoje galėtų būti RNR nukleotidų ir DNR nukleotidų mišinys.

2012 m. Szostakas parodė, kad toks mišinys gali susijungti į „mozaikines“ molekules, kurios atrodo ir elgiasi kaip gryna RNR. Ir tai įrodo, kad mišrių RNR ir DNR molekulių teorija turi teisę egzistuoti.

Šie eksperimentai kalbėjo apie tai – nesvarbu, ar pirmieji organizmai galėjo turėti gryną RNR, ar gryną DNR.

„Iš tikrųjų grįžau prie idėjos, kad pirmasis polimeras buvo panašus į RNR, bet atrodė šiek tiek chaotiškiau“, – sako Szostakas.

RNR alternatyvos

Gali būti, kad be jau esamų TNC ir PNA, kurie buvo aptarti anksčiau, dabar gali būti daugiau alternatyvų RNR. Nežinome, ar jie egzistavo ankstyvojoje Žemėje, bet net jei egzistavo, pirmieji organizmai galėjo juos naudoti kartu su RNR.

Tai buvo nebe „RNR pasaulis“, o „Kažko-tik-nėra pasaulis“.

Iš viso to galima padaryti tokią pamoką – pirmosios gyvos ląstelės savaiminis susikūrimas nebuvo toks sunkus, kaip mums atrodė anksčiau. Taip, ląstelės yra sudėtingos mašinos. Tačiau, kaip paaiškėjo, jie veiks, nors ir ne tobulai, net jei jie yra „atsitiktinai apakinti“ iš improvizuotų medžiagų.

Pasirodžius tokiai grubiai ląstelės sandaros atžvilgiu, atrodytų, kad ankstyvojoje Žemėje jie turėjo mažai galimybių išgyventi. Kita vertus, jie neturėjo konkurencijos, jiems negresia jokie plėšrūnai, todėl daugeliu atžvilgių gyvenimas pirmapradėje Žemėje buvo lengvesnis nei dabar.

Bet yra vienas „bet“

Tačiau yra viena problema, kurios nei Sutherlandas, nei Shostakas negalėjo išspręsti, ir ji yra gana rimta.

Pirmasis organizmas turėjo turėti tam tikrą metabolizmo formą. Nuo pat pradžių gyvenimas turėjo turėti galimybę gauti energijos, kitaip ši gyvybė būtų žuvusi.

Šiuo metu Sutherlandas sutiko su Mike'o Russello, Billo Martino ir kitų „pirminės metabolizmo“ šalininkų idėjomis.

„RNR pasaulio“ ir „pirminės metabolizmo“ teorijų šalininkai veltui ginčijosi. Abi pusės turėjo gerų argumentų“, – aiškina Sutherlandas.

„Metabolizmas kažkaip kažkur prasidėjo“, – rašo Šostakas. "Tačiau kas tapo cheminės energijos šaltiniu, yra didelis klausimas."

Net jei Martinas ir Russellas klysta, kad gyvenimas prasidėjo giliavandenėse angose, daugelis jų teorijos dalių yra arti tiesos. Pirmasis yra svarbus metalų vaidmuo gyvybės atsiradime.

Daugelio gamtoje esančių fermentų branduolyje yra metalo atomas. Paprastai tai yra „aktyvioji“ fermento dalis, o likusi molekulės dalis yra atraminė struktūra.

Pirmajame gyvenime sudėtingų fermentų negalėjo būti, todėl greičiausiai kaip katalizatorius naudojo „plukus“ metalus.

Katalizatoriai ir fermentai

Güntheris Wachtenshauseris taip pat kalbėjo apie tą patį, teigdamas, kad gyvybė susiformavo ant geležies pirito. Russellas taip pat pabrėžia, kad vandenyje, esančiame hidroterminėse angose, gausu metalų, kurie gali būti katalizatoriai, o Martino atlikti paskutinio visuotinio bendro šiuolaikinių bakterijų protėvio tyrimai rodo, kad jame yra daug geležies pagrindu pagamintų fermentų.

Visa tai rodo, kad daugelis Sutherlando cheminių reakcijų sėkmingai vyko tik vario (ir sieros, kaip pabrėžė Wachtershauseris) sąskaita, o Shostako protoląstelių RNR reikia magnio.

Gali pasirodyti, kad hidroterminės angos taip pat svarbios gyvybės kūrimui.

„Jei pažvelgsite į šiuolaikinę medžiagų apykaitą, pamatysite elementus, kurie kalba patys už save, pavyzdžiui, geležies ir sieros sankaupas“, - aiškina Shostakas. „Tai atitinka idėją, kad gyvybė atsirado angoje arba šalia jos, kur vanduo yra prisotintas geležies ir sieros.

Tai pasakius, reikia pridėti tik vieną dalyką. Jei Sutherlandas ir Šostakas eina teisingu keliu, tada vienas ventiliacijos teorijos aspektas tikrai yra klaidinantis: gyvenimas negalėjo prasidėti jūros gelmėse.

„Atidarėme mes cheminiai procesai labai priklauso nuo ultravioletinės spinduliuotės “, - sako Sutherlandas.

Vienintelis tokios spinduliuotės šaltinis yra Saulė, todėl reakcijos turi vykti tiesiai po jos spinduliais. Tai išbraukia versiją su giliavandenėmis angomis.

Šostakas sutinka, kad jūros gelmių negalima laikyti gyvybės lopšiu. „Blogiausia yra tai, kad jie yra izoliuoti nuo sąveikos su atmosfera, kuri yra daug energijos turinčių žaliavų, tokių kaip cianidas, šaltinis.

Tačiau visos šios problemos nepaverčia hidroterminių angų teorijos nenaudinga. Galbūt šios angos buvo sekliame vandenyje, kur jie galėjo patekti į saulės šviesą ir cianidą.

Gyvybė atsirado ne vandenyne, o sausumoje

Armenas Mulkidzhanyanas pasiūlė alternatyvą. O jei gyvybė atsirado vandenyje, bet ne vandenyne, o sausumoje? Būtent – ​​vulkaniniame tvenkinyje.

Mulkidzhanian atkreipė dėmesį į cheminę ląstelių sudėtį: visų pirma, kokias medžiagas jos priima ir kurias atmeta. Paaiškėjo, kad bet kurio organizmo ląstelėse yra daug fosfato, kalio ir kitų metalų, išskyrus natrį.

Šiuolaikinės ląstelės palaiko metalų pusiausvyrą siurbdamos juos iš aplinkos, tačiau pirmosios ląstelės neturėjo tokios galimybės – siurbimo mechanizmas dar nebuvo sukurtas. Todėl Mulkidzhanian pasiūlė, kad pirmosios ląstelės atsirado ten, kur buvo apytikslis medžiagų, sudarančių šiandienines ląsteles, rinkinys.

Tai iš karto išbraukia vandenyną iš galimų gyvybės lopšių sąrašo. Gyvos ląstelės turi daug daugiau kalio ir fosfato bei daug mažiau natrio, nei yra vandenyne.

Pagal šią teoriją labiau tinka geoterminiai šaltiniai šalia ugnikalnių. Šiuose tvenkiniuose yra toks pat metalų mišinys kaip ir narveliuose.

Šostakas šiltai palaiko idėją. „Man atrodo, kad ideali vieta visoms sąlygoms būtų negilus ežeras ar tvenkinys geotermiškai aktyvioje vietovėje“, – patvirtina jis. „Mums reikia hidroterminių angų, bet ne gilaus vandens, o panašių į tas, kurios yra vulkaniškai aktyviose srityse, tokiose kaip Jeloustounas.

Tokioje vietoje gali vykti Satherlando cheminės reakcijos. Šaltiniai turi reikiamą medžiagų rinkinį, vandens lygis svyruoja taip, kad kai kurios vietos karts nuo karto išdžiūsta, netrūksta ir saulės ultravioletinių spindulių.

Be to, Šostakas sako, kad tokie tvenkiniai puikiai tinka jo protoląstelėms.

„Protoląstelės paprastai palaiko žemą temperatūrą, kuri yra tinkama RNR kopijavimui ir kitiems paprasto metabolizmo tipams“, - sako Szostakas. „Tačiau retkarčiais jie trumpam įkaista, o tai padeda atskirti RNR grandines ir paruošia jas tolesniam savęs replikacijai. Šalto ar karšto vandens srautai taip pat gali padėti dalytis protoląstelėms.

Geoterminės versmės šalia ugnikalnių gali tapti gyvybės gimtine.

Meteoritai gali padėti gyvybei

Remdamasis visais esamais argumentais, Sutherlandas siūlo ir trečią variantą – vietą, kur nukrito meteoritas.

Per pirmuosius 500 milijonų gyvavimo metų Žemę reguliariai patirdavo meteorų lietus – jie krinta iki šiol, tačiau daug rečiau. Padoraus dydžio meteorito smūgio vieta galėtų sudaryti tokias pačias sąlygas kaip ir tvenkiniai, apie kuriuos kalbėjo Mulkidzhanian.

Pirma, meteoritai dažniausiai gaminami iš metalo. Ir tose vietose, kur jie patenka, dažnai yra daug metalų, tokių kaip geležis ir siera. Ir, svarbiausia, tose vietose, kur nukrenta meteoritas, perspaudžiama žemės pluta, o tai lemia geoterminį aktyvumą ir karšto vandens atsiradimą.

Sutherlandas aprašo mažas upes ir upelius, tekančius naujai susiformavusių kraterių šonais, kurie iš uolienų traukia cianido pagrindu pagamintas medžiagas, visa tai veikiant ultravioletiniams spinduliams. Kiekviena upelė neša šiek tiek skirtingą medžiagų mišinį, todėl galiausiai įvyksta skirtingos reakcijos ir susidaro visa eilė organinių medžiagų.

Galų gale upeliai sujungiami į vulkaninį tvenkinį kraterio apačioje. Galbūt būtent tokiame tvenkinyje vienu metu buvo surinktos visos reikalingos medžiagos, iš kurių susiformavo pirmieji protoląsteliai.

„Tai labai specifinė įvykių eiga“, – sutinka Sutherlandas. Tačiau jis linksta į tai, remdamasis nustatytomis cheminėmis reakcijomis: „Tai yra vienintelė įvykių eiga, kurioje gali vykti visos mano eksperimentuose parodytos reakcijos“.

Šostakas vis dar nėra tuo visiškai tikras, tačiau sutinka, kad Sutherlando idėjos nusipelno didelio dėmesio: „Man atrodo, kad šie įvykiai gali vykti meteorito kritimo vietoje. Bet man taip pat patinka vulkaninių sistemų idėja. Yra svarių argumentų abiejų versijų naudai.

Kada sulauksime atsakymo į klausimą: kaip atsirado gyvybė?

Panašu, kad diskusijos greitai nenutrūks, o mokslininkai prie bendros nuomonės nepris iš karto. Sprendimas bus priimtas remiantis eksperimentais su cheminėmis reakcijomis ir protoląstelėmis. Jei paaiškėja, kad viename iš variantų trūksta pagrindinės medžiagos arba naudojama medžiaga, naikinanti protoląsteles, tai pripažįstama kaip neteisinga.

Tai reiškia, kad pirmą kartą istorijoje esame ties išsamiausio paaiškinimo, kaip prasidėjo gyvenimas, slenksčio.

„Tikslai nebeatrodo neįmanomi“, – optimistiškai sako Sutherlandas.

Kol kas Šostako ir Sutherlando požiūris „viskas iš karto“ yra tik apytikslis eskizas. Tačiau kiekvienas šio požiūrio argumentas buvo įrodytas dešimtmečius trukusiais eksperimentais.

Ši koncepcija pagrįsta visais anksčiau egzistavusiais metodais. Tai sujungia visus sėkmingus pokyčius ir tuo pačiu metu išsprendžia individualias kiekvieno požiūrio problemas.

Pavyzdžiui, jis nepaneigia Russello teorijos apie hidrotermines angas, o naudoja sėkmingiausius jos elementus.

Kas atsitiko prieš 4 milijardus metų

Mes tiksliai nežinome, kas atsitiko prieš 4 milijardus metų.

„Net jei sukursite reaktorių, iš kurio iššoks E. coli... jūs negalite sakyti, kad tai yra to paties pirmojo gyvenimo atkūrimas“, - sako Martinas.

Geriausia, ką galime padaryti, tai įsivaizduoti įvykių eigą, pagrįsti savo viziją įrodymais: chemijos eksperimentais, visomis žiniomis apie ankstyvąją Žemę ir viskuo, ką biologija sako apie ankstyvąsias gyvybės formas.

Galų gale, po šimtmečius trukusių įtemptų pastangų, pamatysime, kaip pradeda ryškėti istorija apie tikrąją įvykių eigą.

Tai reiškia, kad artėjame prie didžiausio žmonijos istorijos susiskaldymo: skirstymo į tuos, kurie žino gyvybės atsiradimo istoriją, ir tuos, kurie neatgyveno iki šios akimirkos, todėl niekada ir negalės jos pažinti.

Visi tie, kurie nesulaukė Darvino knygos „Apie rūšių kilmę“ išleidimo 1859 m., mirė neturėdami nė menkiausio supratimo apie žmogaus kilmę, nes nieko nežinojo apie evoliuciją. Tačiau šiandien visi, išskyrus kelias izoliuotas bendruomenes, gali sužinoti tiesą apie mūsų santykius su kitais gyvūnų pasaulio atstovais.

Lygiai taip pat visi, kurie gimė Jurijui Gagarinui patekus į Žemės orbitą, tapo visuomenės, galinčios keliauti į kitus pasaulius, nariais. Ir nors aplankė ne kiekvienas planetos gyventojas, kelionės į kosmosą jau tapo šiuolaikine realybe.

nauja realybė

Šie faktai nepastebimai keičia mūsų pasaulio suvokimą. Jie daro mus išmintingesnius. Evoliucija moko mus vertinti bet kokią gyvą būtybę, nes visi galime būti laikomi giminaičiais, nors ir tolimais. Kosminės kelionės moko pažvelgti į savo gimtąją planetą iš šalies, kad suprastume, kokia ji unikali ir trapi.

Kai kurie dabar gyvenantys žmonės netrukus bus pirmieji istorijoje, galėsiantys papasakoti apie savo kilmę. Jie sužinos apie savo bendrą protėvį ir kur jis gyveno.

Šios žinios mus pakeis. Grynai moksliniu požiūriu tai suteiks mums supratimą apie gyvybės atsiradimo visatoje galimybes ir kur jos ieškoti. Tai taip pat atskleis mums gyvenimo esmę.

Bet galime tik spėlioti, kokia išmintis atsiras prieš mus tą akimirką, kai bus atskleista gyvybės kilmės paslaptis. Su kiekvienu mėnesiu ir metais artėjame prie sprendimo didžioji paslaptis gyvybės kilmė mūsų planetoje. Skaitant šias eilutes dabar daromi nauji atradimai.

Taip pat skaitykite:

Pasidalinkite šiuo straipsniu

Yra hipotezė apie galimą bakterijų, mikrobų ir kitų mažyčių organizmų patekimą per dangaus kūnus. Organizmai vystėsi ir dėl ilgalaikių transformacijų Žemėje pamažu atsirado gyvybė. Hipotezėje nagrinėjami organizmai, galintys funkcionuoti net ir anoksinėje aplinkoje ir esant neįprastai aukštai arba žemai temperatūrai.

Taip yra dėl to, kad ant asteroidų ir meteoritų yra migrantų bakterijų, kurios yra planetų ar kitų kūnų susidūrimų fragmentai. Dėl dilimui atsparaus išorinio apvalkalo, taip pat dėl ​​gebėjimo sulėtinti visus gyvybės procesus (kartais virsta sporomis), tokia gyvybė gali judėti labai ilgai ir labai ilgai. atstumus.

Patekę į svetingesnes sąlygas, „tarpgalaktiniai keliautojai“ aktyvuoja pagrindines gyvybę palaikančius funkcijas. Ir patys to nesuvokdami ilgainiui formuoja gyvybę Žemėje.

Sintetinių ir organinių medžiagų egzistavimo faktas šiandien yra neginčijamas. Be to, dar XIX amžiuje vokiečių mokslininkas Friedrichas Wöhleris iš neorganinių medžiagų (amonio cianato) susintetino organines medžiagas (karbamidą). Tada buvo sintetinami angliavandeniliai. Taigi gyvybė Žemės planetoje greičiausiai atsirado sintezės būdu iš neorganinių medžiagų. Abiogenezės pagalba pateikiamos gyvybės kilmės teorijos.

Kadangi pagrindinį vaidmenį bet kurio organinio organizmo struktūroje atlieka aminorūgštys. Būtų logiška manyti, kad jie dalyvavo Žemės apgyvendinime su gyvybe. Apie duomenis, gautus iš Stanley Miller ir Harold Urey eksperimento (aminorūgščių susidarymas, praleidimas elektros krūvis per dujas), galime kalbėti apie aminorūgščių susidarymo galimybę. Galų gale, amino rūgštys yra statybiniai blokai, su kuriais atitinkamai kuriamos sudėtingos kūno ir bet kokios gyvybės sistemos.

Kosmogoninė hipotezė

Turbūt pati populiariausia interpretacija, kurią žino kiekvienas studentas. Didžiojo sprogimo teorija buvo ir tebėra karšta diskusijų tema. Didysis sprogimas kilo iš išskirtinio energijos kaupimo taško, dėl kurio Visata žymiai išsiplėtė. Susidarė kosminiai kūnai. Nepaisant viso nuoseklumo, Didžiojo sprogimo teorija nepaaiškina pačios visatos susidarymo. Tiesą sakant, jokia esama hipotezė negali to paaiškinti.

Branduolinių organizmų organelių simbiozė

Ši gyvybės atsiradimo Žemėje versija dar vadinama endosimbioze. Aiškias sistemos nuostatas parengė rusų botanikas ir zoologas K. S. Merežkovskis. Šios koncepcijos esmė slypi abipusiai naudingame organelės sugyvenime su ląstele. O tai savo ruožtu rodo endosimbiozę, kaip abiem pusėms naudingą simbiozę, kai susidaro eukariotinės ląstelės (ląstelės, kuriose yra branduolys). Tada, perduodant genetinę informaciją tarp bakterijų, buvo vykdomas jų vystymasis ir populiacijos didėjimas. Remiantis šia versija, visas tolesnis gyvybės ir gyvybės formų vystymasis yra dėl ankstesnio šiuolaikinių rūšių protėvio.

Spontaniška karta

Tokio pobūdžio pareiškimas XIX amžiuje negalėjo būti priimtas be skepticizmo. Staigus rūšių atsiradimas, būtent gyvybės formavimasis iš negyvų dalykų, to meto žmonėms atrodė kaip fantazija. Tuo pačiu metu heterogenezė (dauginimosi būdas, dėl kurio gimsta asmenys, kurie labai skiriasi nuo tėvų) buvo pripažinta pagrįstu gyvenimo paaiškinimu. Paprastas pavyzdys būtų sudėtingos gyvybingos sistemos formavimas iš pūvančių medžiagų.

Pavyzdžiui, tame pačiame Egipte egiptiečių hieroglifai praneša apie įvairios gyvybės atsiradimą iš vandens, smėlio, pūvančių ir pūvančių augalų liekanų. Ši žinia nebūtų nustebinusi senovės graikų filosofų. Ten tikėjimas apie gyvybės kilmę iš negyvojo buvo suvokiamas kaip nereikalaujantis pagrindimo faktas. Didysis graikų filosofas Aristotelis apie regimą tiesą kalbėjo taip: „Amarai susidaro iš supuvusio maisto, o krokodilas yra pūvančių rąstų po vandeniu procesų rezultatas“. Paslaptingai, bet nepaisant visų bažnyčios persekiojimų, įsitikinimas paslaptingumo prieglobstyje gyvavo šimtmetį.

Diskusijos apie gyvybę Žemėje negali tęstis amžinai. Štai kodėl XIX amžiaus pabaigoje prancūzų mikrobiologas ir chemikas Louis Pasteur atliko savo analizę. Jo tyrimai buvo griežtai moksliniai. Eksperimentas buvo atliktas 1860-1862 m. Pašalinus ginčus iš mieguistumo, Pasteuras sugebėjo išspręsti spontaniškos gyvybės kartos problemą. (Už tai jį apdovanojo Prancūzijos mokslų akademija)

Egzistencijos kūrimas iš paprasto molio

Skamba kaip beprotybė, bet iš tikrųjų ši tema turi teisę į gyvybę. Juk ne veltui škotų mokslininkas A.J.Cairnsas-Smithas iškėlė baltymų teoriją apie gyvybę. Stipriai sudaręs panašių tyrimų pagrindą, jis kalbėjo apie organinių komponentų ir paprasto molio sąveiką molekuliniame lygmenyje... Būdami jo įtakoje, komponentai suformavo stabilias sistemas, kuriose pasikeitė abiejų komponentų struktūra, o tada tvaraus gyvenimo formavimas. Tokiu unikaliu ir originaliu būdu Kearns-Smith paaiškino savo poziciją. Molio kristalai su jame esančiais biologiniais inkliuzais pagimdė gyvybę kartu, po to jų „bendradarbiavimas“ nutrūko.

Nuolatinių katastrofų teorija

Remiantis Georges'o Cuvier'o sukurta koncepcija, pasaulis, kurį galite pamatyti dabar, nėra pagrindinis. Ir koks jis yra, taigi tai tik dar viena grandis nuosekliai nutrūkusioje grandinėje. Tai reiškia, kad gyvename pasaulyje, kuriame galiausiai masiškai išnyks gyvybė. Tuo pačiu metu ne viskas Žemėje buvo sunaikinta visame pasaulyje (pavyzdžiui, buvo potvynis). Kai kurios rūšys, prisitaikydamos, išgyveno ir taip apgyvendino Žemę. Rūšių ir gyvybės struktūra, pasak Georges'o Cuvier, išliko nepakitusi.

Materija kaip objektyvi tikrovė

Pagrindinė mokymo tema – įvairios sferos ir sritys, kurios priartina prie evoliucijos supratimo tiksliųjų mokslų požiūriu. (materializmas – pasaulėžiūra filosofijoje, atskleidžianti visas priežastines tikrovės aplinkybes, reiškinius ir veiksnius. Dėsniai taikomi žmogui, visuomenei, Žemei). Šią teoriją iškėlė žinomi materializmo šalininkai, manantys, kad gyvybė Žemėje atsirado dėl transformacijų chemijos lygmenyje. Be to, jie įvyko beveik prieš 4 milijardus metų. Gyvybės paaiškinimas turi tiesioginį ryšį su DNR, (dezoksiribonukleino rūgštimi) RNR (ribonukleino rūgštimi), taip pat kai kuriais HMC (didelės molekulinės masės junginiais, šiuo atveju baltymais).

Koncepcija susiformavo atliekant mokslinius tyrimus, atskleidžiant molekulinės ir genetinės biologijos, genetikos esmę. Šaltiniai yra autoritetingi, ypač atsižvelgiant į jų jaunystę. Galų gale, hipotezės apie RNR pasaulį tyrimai buvo pradėti vykdyti dvidešimtojo amžiaus pabaigoje. Didžiulį indėlį į teoriją įnešė Carl Richard Woese.

Charleso Darwino mokymai

Kalbant apie rūšių kilmę, negalima nepaminėti tokio tikrai puikaus žmogaus kaip Charlesas Darwinas. Jo gyvenimo darbas – natūrali atranka – padėjo pamatus masiniams ateistiniams judėjimams. Kita vertus, tai suteikė mokslui neregėtą postūmį, neišsenkamą dirvą tyrimams ir eksperimentams. Doktrinos esmė buvo rūšių išlikimas per visą istoriją, pritaikant organizmus prie vietos sąlygų, naujų bruožų, padedančių konkurencinėje aplinkoje, formavimas.

Evoliucija reiškia kai kuriuos procesus, kuriais siekiama laikui bėgant pakeisti organizmo gyvenimą ir patį organizmą. Pagal paveldimus bruožus jie reiškia elgesio, genetinės ar kitokio pobūdžio informacijos perdavimą (perdavimą iš motinos vaikui).

Pagrindinės evoliucijos judėjimo jėgos, pasak Darvino, yra kova už teisę egzistuoti per rūšių atranką ir kintamumą. Darvino idėjų įtakoje XX amžiaus pradžioje buvo aktyviai vykdomi ekologijos, taip pat genetikos tyrimai. Zoologijos mokymas kardinaliai pasikeitė.

Dievo kūryba

Daugelis žmonių iš viso pasaulio vis dar išpažįsta tikėjimą Dievu. Kreacionizmas yra gyvybės formavimosi Žemėje interpretacija. Aiškinimas susideda iš teiginių sistemos, paremtos Biblija, o gyvenimą vertina kaip dievo kūrėjo sukurtą būtybę. Duomenys paimti iš „Senojo Testamento“, „Evangelijos“ ir kitų šventų raštų.

Gyvenimo kūrybos interpretacijos skirtingos religijosšiek tiek panašus. Pagal Bibliją žemė buvo sukurta per septynias dienas. Dangus, dangaus kūnas, vanduo ir panašiai buvo sukurti per penkias dienas. Šeštą dieną Dievas sukūrė Adomą iš molio. Pamatęs nuobodžiaujantį, vienišą žmogų, Dievas nusprendė sukurti dar vieną stebuklą. Paėmęs Adomo šonkaulį, jis sukūrė Ievą. Septintoji diena buvo pripažinta poilsio diena.

Adomas ir Ieva gyveno be vargo, kol piktavališkas velnias gyvatės pavidalu nusprendė suvilioti Ievą. Juk vidury rojaus stovėjo gėrio ir blogio pažinimo medis. Pirmoji motina pakvietė Adomą pavalgyti, taip sulaužydama Dievui duotą žodį (jis uždraudė liesti draudžiamus vaisius).

Pirmieji žmonės išvaromi į mūsų pasaulį, taip prasideda visos žmonijos ir gyvybės Žemėje istorija.

Remiantis šiuolaikinėmis sampratomis, gyvybė Žemėje atsirado daugiau nei prieš 3,5 mlrd. Tai buvo visai ne ta planeta, kurią šiandien žinome: raudonai įkaitęs uolinis kamuolys be deguonies, supurtytas spartaus jaunų ugnikalnių veiklos, virš kurio pašėlusiu greičiu slinko saulė ir žvaigždės – juk diena truko tik apie 6 val. valandų. Teorijų apie pirmųjų gyvybės formų, o vėliau ir sudėtingesnių formų kilmę, yra labai daug, įskaitant protingą dizainą. Susipažinsime su pagrindinėmis mokslinėmis idėjomis, kurių supratimas taip pat leidžia daryti prielaidą, kur ir kokiomis sąlygomis gali egzistuoti nežemiška gyvybė.

Panspermija

Panspermija (iš graikų „mišinio“ ir „sėklos“) yra labai autoritetinga mūsų laikų teorija apie gyvybės atsiradimą Žemėje dėl „gyvybės mikrobų“ perdavimo iš kitų planetų. Šią hipotezę 1865 metais iškėlė vokiečių mokslininkas G. Richteris, turėjęs omenyje mikroorganizmų sporų pernešimą arba meteoritais, arba veikiant lengvam slėgiui. Vėliau buvo atrasta kosminė spinduliuotė, kuri gyvus organizmus veikia ne mažiau destruktyviai nei urano skilimas. O panspermijos teorija „krito dulkėse“ iki pat pirmojo skrydžio į Mėnulį – kai ant nusileidusio zondo „Surveyer-3“, sėkmingai išgyvenusio ilgą skrydį kosmose, gyvi mikroorganizmai iš Žemės vis dėlto buvo rasti.

2006 metais buvo aptiktas ir vandens, ir paprasčiausių organinių junginių buvimas kometinėje medžiagoje. Juokinga, bet tai reiškia, kad mažas meteoritas su šviečiančiu stulpeliu, artėjantis prie daug didesnio planetos rutulio, yra kažkas panašaus į kosminį moteriškų ir vyriškų lytinių ląstelių analogą, kartu sukeliantį naują gyvybę.

Dalis panspermijos pasekėjų mano, kad bakterijų mainai tarp Žemės ir Marso vyko tuo metu, kai Raudonoji planeta dar klestėjo ir buvo iš dalies dengta vandenynų. Be to, meteoritai nebūtinai tam pasitarnavo – galbūt protingi lankytojai čia atsinešė bakterijų (bet tai jau atskiras klausimas). Tačiau net jei tokie įvykiai įvyko istorijoje, turėsime išsiaiškinti, iš kur kitoje planetoje atsirado gyvybė.

Elektra ir pirmapradė sriuba

1953 metais atliktas garsusis Miller-Urey eksperimentas įrodė, kad elektros kibirkštys gali sukurti gyvybės pagrindą – aminorūgštis ir sacharozę – esant vandeniui, metanui, amoniakui ir vandeniliui atmosferoje. Tai reiškia, kad įprastas žaibas gali sukurti pagrindinius gyvenimo elementus senovės žemė vadinamas pirmykščiu sultiniu. Šį terminą 1924 metais įvedė sovietų biologas Oparinas. Remiantis jo teorija, ši „sriuba“ atsirado maždaug prieš 4 milijardus metų sekliuose planetos vandens telkiniuose veikiant elektros iškrovoms, kosminei spinduliuotei ir aukštai skysčio temperatūrai. Iš pradžių jo sudėtyje vyravo nukleotidai, polipeptidai, azoto bazės ir aminorūgštys. Tada per milijonus metų pirmykštėje sriuboje susiformavo sudėtingesnės molekulės, kol susiformavo paprasčiausi vienaląsčiai organizmai – bakterijos.

molio gyvenimas

Pasak religinių šaltinių, Adomas buvo sukurtas iš žemės dulkių, o Korane ir tarp kai kurių tautų (pavyzdžiui, japonų) dievai lipdė žmones iš molio. Pasak organinio chemiko Alexanderio Grahamo Kearnso-Smitho iš Glazgo universiteto Škotijoje, tai gali būti ne paprasta alegorija: ant molio galėjo susiformuoti pirmosios gyvybės molekulės. Iš pradžių primityvūs anglies junginiai neturėjo DNR, o tai reiškia, kad jie negalėjo atgaminti savo rūšies - „dauginimąsi“ galėjo skatinti tik išorinės aplinkos šaltiniai.

Toks šaltinis galėtų būti molinga uoliena, kuri nėra tik tam tikra žemės masė – tai organizuota, sutvarkyta molekulių seka. Molio paviršius galėjo ne tik koncentruotis ir sujungti organinius junginius, bet mikroskopiniu lygmeniu juos organizuoti į struktūras, veikiančias kaip genomas. Laikui bėgant organinės molekulės „prisiminė“ šią seką ir išmoko savarankiškai organizuotis. Vėliau jie tapo sudėtingesni: jie turėjo DNR, RNR ir kitų nukleorūgščių prototipą.

Gyvenimas iš vandenynų

„Povandeninių laivų hidroterminių angų teorija“ teigia, kad gyvybė galėjo atsirasti povandeninių ugnikalnių šaltiniuose, kurie pro vandenyno dugno įtrūkimus išmetė daug vandenilio turinčių molekulių ir daug šilumos. Šios molekulės susijungė uolienų paviršiuje, o tai suteikė mineralinių katalizatorių naujoms cheminėms reakcijoms.

Taip gimė bakterijos, kurios suformavo visame pasaulyje žinomą geologinį kuriozą – stromatolitus (iš „stromatos“ – kilimas ir „litosas“ – akmuo). Suakmenėjusios formos šie dariniai išliko iki šių dienų. Tokio tipo povandeniniai šaltiniai ir toliau atlieka svarbų vaidmenį palaikant įvairias jūrų ekosistemas mūsų laikais.

Šaltis yra evoliucijos katalizatorius

Kuris iš mokslininkų buvo teisus, bet paprastos vienaląstės bakterijos vis dar gyveno planetoje – ir tokia forma jos nuolat egzistavo daugiau nei milijardą metų. Tada įvyko neįtikėtinai greitas sprogimas pagal evoliucijos standartus – pradėjo vystytis daug sudėtingesnės gyvybės formos, kurios pirmiausia įvaldė vandenynus, o paskui žemę, dirvožemį ir galiausiai orą. Ne taip seniai mokslininkai sugebėjo išsiaiškinti, kas paskatino ryžtingus pokyčius. Paaiškėjo, kad tai galingiausias ledynmetis Žemės istorijoje, prasidėjęs maždaug prieš 3 mlrd. Planeta buvo visiškai padengta iki vieno kilometro storio ledu – ekspertai šį reiškinį pavadino „Sniego gniūžtės žeme“ (kaip tuos, kuriais žaidžia vaikai).

Paprasčiausių mikroorganizmų gyvenimo sąlygos smarkiai pasikeitė – bet, kita vertus, atsparios ekstremofilinės bakterijos turėjo prisitaikyti prie ledo storio! Būtent šiuo „inkubaciniu“ laikotarpiu įvyko pirminis bakterijų atskyrimas pagal išgyvenimo būdus: vienos išmoko gauti energiją iš saulės šviesos, kitos semiasi jėgos apdorodamos vandenyje ištirpusias medžiagas. Taip prasidėjo laukinės gamtos karalystės – pirmieji ateityje taps augalais ir vienaląsčiais fotosintetiniais gyvūnais, antraisiais – daugialąsčiais gyvūnais ir grybais.

Tačiau vieną dieną karšti ugnikalniai vėl pabudo ir į atmosferą išliejo didžiulį kiekį anglies dioksido, kuris sukėlė galingą šiltnamio efektas. Planeta atšilo, ledas ištirpo ir išleido „užaugintas“ bakterijas. Melsvadumbliuose (melsvadumbliuose) vykstantis fotosintezės procesas sukėlė naują reakciją – ir atmosfera per trumpą laiką buvo prisotinta deguonies. O į vandenyną nukritusio ledyno atnešti mineralinių uolienų fragmentai suteikė naujų galimybių cheminėms reakcijoms. Tai, kaip jau darosi aišku, leido gyvūnams evoliucionuoti. Netrukus, užuot dalinusios bakterijas į dvi naujas, jos pradėjo dalytis nepalikdamos „laisvo plaukimo“ ir formuoja pirmąsias daugialąstes struktūras. Pavyzdys – seniausi daugialąsčiai gyvūnai be nervų, kraujo ir virškinimo sistemų – jūros kempinės.

Remiantis šia teorija, gyvybė yra gana tikėtina po storu ledo sluoksniu viename iš Jupiterio palydovų – šaltuose Europos vandenynuose, paslėptuose nuo kosminių zondų. NASA mokslininkų komanda taip pat nustatė, kad po palydovo ledu vyksta geoterminė veikla. Todėl visai gali būti, kad Europa kartoja mūsų pačių kelią, o mūsų saulei pradėjus senti ir šviesti, amžinąjį šaltį užvaldys ir evoliucija.