Kad uz zemes sākās dzīvība? Dzīve uz Zemes (7 fotoattēli)

Zinātne

Pēc zinātnieku domām, dzīvība uz Zemes sākās apmēram pirms 3 miljardiem gadu: šajā laikā vienkāršākie organismi ir attīstījušies par sarežģītām dzīvības formām. Tomēr zinātniekiem joprojām ir noslēpums, kā uz planētas sākās dzīvība, un viņi izvirzīja vairākas teorijas, lai izskaidrotu šo fenomenu:

1. Elektriskās dzirksteles

Slavenajā Millera-Urija eksperimentā zinātnieki pierādīja, ka zibens varēja veicināt dzīvības izcelsmei nepieciešamo pamatvielu radīšanu: elektriskās dzirksteles veido aminoskābes atmosfērā, kas sastāv no milzīga ūdens, metāna, amonjaka un ūdeņraža daudzuma. . Tad no aminoskābēm attīstījās sarežģītākas dzīvības formas. Šī teorija tika nedaudz mainīta pēc tam, kad pētnieki atklāja, ka planētas atmosfērā pirms miljardiem gadu bija ūdeņraža trūkums. Zinātnieki ir ierosinājuši, ka metāns, amonjaks un ūdeņradis atradās vulkāniskajos mākoņos, kas piesātināti ar elektriskiem lādiņiem.

2. Māls

Ķīmiķis Aleksandrs Greiems Kērnss-Smits no Glāzgovas Universitātes (Skotija) izvirzīja teoriju, ka dzīvības rītausmā māli saturēja daudzus organiskus savienojumus, kas bija tuvu viens otram, un ka māls palīdzēja sakārtot šīs vielas mūsu gēniem līdzīgās struktūrās.

DNS glabā informāciju par molekulu struktūru, un DNS ģenētiskā secība norāda, kā aminoskābes jāiebūvē olbaltumvielās. Kērnss-Smits norāda, ka māla kristāli palīdzēja organizēt organiskās molekulas sakārtotās struktūrās, un vēlāk pašas molekulas sāka to darīt, "bez māla palīdzības".

3. Dziļjūras ventilācijas atveres

Saskaņā ar šo teoriju, dzīvība radās zemūdens hidrotermālās atverēs, kas izmeta ar ūdeņradi bagātas molekulas. Uz akmeņainās virsmas šīs molekulas varētu sanākt kopā un kļūt par minerālu katalizatoriem reakcijām, kas izraisīja dzīvības dzimšanu. Arī tagad šādās hidrotermiskās atverēs, kas bagātas ar ķīmisko un siltumenerģiju, mīt diezgan liels skaits dzīvo būtņu.

4. Ledus starts

Pirms 3 miljardiem gadu Saule nespīdēja tik spilgti kā tagad, un attiecīgi mazāk siltuma sasniedza Zemi. Pilnīgi iespējams, ka zemes virsmu klāja bieza ledus kārta, kas aizsargāja trauslo organisko vieluūdenī zem tā no ultravioletajiem stariem un kosmiskās iedarbības. Turklāt aukstums palīdzēja molekulām izdzīvot ilgāk, ļaujot veikt reakcijas, kas izraisīja dzīvības dzimšanu.

5. RNS pasaule

DNS ir vajadzīgas olbaltumvielas, lai veidotos, un olbaltumvielām ir nepieciešama DNS, lai veidotos. Kā viņi varēja veidoties viens bez otra? Zinātnieki ierosināja, ka šajā procesā ir iesaistīta RNS, kas, tāpat kā DNS, saglabā informāciju. No RNS veidojās attiecīgi olbaltumvielas un DNS., kas to aizstāja, ņemot vērā tā lielāku efektivitāti.

Radās vēl viens jautājums: "Kā RNS parādījās?". Daži uzskata, ka tas spontāni parādījās uz planētas, bet citi noliedz šādu iespēju.

6. "Vienkāršā" teorija

Daži zinātnieki ir ierosinājuši, ka dzīvība nav attīstījusies no tādām sarežģītām molekulām kā RNS, bet gan no vienkāršām molekulām, kas mijiedarbojās viena ar otru. Tie var būt bijuši vienkāršos apvalkos, kas līdzīgi šūnu membrānām. Šo vienkāršo molekulu mijiedarbības rezultātā sarežģīti kas reaģē efektīvāk.

7. Panspermija

Visbeidzot, dzīvība varēja rasties nevis uz mūsu planētas, bet gan atnesta no kosmosa: zinātnē šo parādību sauc par panspermiju. Šai teorijai ir ļoti stabils pamats: kosmiskās ietekmes dēļ no Marsa periodiski tiek atdalīti akmeņu fragmenti, kas sasniedz Zemi. Pēc tam, kad zinātnieki uz mūsu planētas atklāja Marsa meteorītus, viņi ierosināja, ka šie objekti atnesa sev līdzi baktērijas. Ja jūs viņiem ticat, tad mēs visi esam marsieši. Citi pētnieki ir ierosinājuši, ka komētas no citām zvaigžņu sistēmām radīja dzīvību. Pat ja viņiem būs taisnība, cilvēce meklēs atbildi uz citu jautājumu: "Kā kosmosā radās dzīvība?".

Instrukcija

Šobrīd bioķīmiskā teorija par dzīvības izcelsmi tiek uzskatīta par atzītu. To izstrādāja padomju zinātnieks Aleksandrs Oparins 1924. gadā. Saskaņā ar šo teoriju, parādīšanās un turpmāka dzīve nav iespējama bez iepriekšējas ilgstošas ​​ķīmiskās evolūcijas, kas sastāv no organisko molekulu parādīšanās un attīstības.

Pirms aptuveni 4 miljardiem gadu Zemei jau bija cieta garoza un atmosfēra, kas būtiski atšķīrās no pašreizējās, tajā praktiski nebija skābekļa, bet ūdeņraža, metāna, slāpekļa un ūdens tvaiku bija pārpalikumā. Skābekļa trūkums, bez kura nav iespējams iedomāties mūsdienu dzīve, ķīmiskās evolūcijas pirmajā posmā bija svētīgs, jo skābeklis ir spēcīgs oksidētājs, un ar lielu tā daudzumu organiskās molekulas vienkārši nevarēja veidoties.

Pēc tam, kad Zeme bija pietiekami atdzisusi, tās atmosfērā sāka noritēt organisko molekulu sintēzes procesi, kas norisinājās abiogēniski, tas ir, sintēze nenotika ar to palīdzību, kas vēl neeksistēja, bet gan pateicoties. nejaušām reakcijām starp ķīmiskajām reakcijām. Enerģiju kodolsintēzei nodrošināja zibens, kosmiskais starojums un, galvenais, Saules cietais ultravioletais starojums. Abiogēnās sintēzes iespēja ir pilnībā pierādīta, jo to var viegli atkārtot laboratorijā, turklāt tagad tā tiek novērota vulkāniskās aktivitātes laikā.

Pamazām primārās atmosfēras temperatūra pazeminājās, dažas vielas no gāzveida stāvokļa sāka pāriet šķidrā stāvoklī, sākās lietus, izveidojās pirmie okeāni, piesātināti ar vienkāršiem organiskiem savienojumiem, kuri sāka aktīvi mijiedarboties, radot arvien sarežģītākus savienojumus. .

1986. gadā tika formulēta RNS pasaules teorija, saskaņā ar kuru pirmie savienojumi, kas spēja reproducēt sev līdzīgas molekulas, bija ribonukleīnskābes molekulas. RNS molekulas nevar saukt par dzīviem organismiem, jo ​​tām nebija apvalka, kas tās atdalītu no vides.

Tiek pieņemts, ka čaumalas parādījās pirmajās RNS, kad tās nejauši iekrita taukskābju sfērās. Čaumalu iekšpusē kļuva iespējama sarežģītu bioķīmisko vielmaiņas procesu rašanās. Evolūcijas procesā palika dzīvotspējīgāki savienojumi, kā rezultātā parādījās pirmie vienkāršākie dzīvie organismi.

Ir vairākas citas teorijas par dzīvības izcelsmi uz Zemes:
- spontānas dzīvības rašanās teorija ir zināma kopš senatnes, tika pieņemts, ka dzīvi organismi nejauši rodas no nedzīvas matērijas, piemēram, mušas - no trūdošas gaļas, putni - no lapām utt.;
- kreacionisma teorija apgalvo, ka dzīvās būtnes radījis pārprāts - sveša civilizācija, Dievs, absolūta ideja;
- ir teorija, saskaņā ar kuru dzīvība uz mūsu planētu tika atvesta no kosmosa, bet šī teorija vienkārši pārnes dzīvības izcelsmi uz citu vietu un nepaskaidro tās mehānismu.

Saistītie video

Visums sastāv no neskaitāmām galaktikām un zvaigznēm, kurām ir planētu sistēmas, kas var būt diezgan piemērotas organismu pastāvēšanai. Vai tas nozīmē, ka ārā varētu uzliesmot dzīvas vielas dzirkstele Saules sistēma, pēc kura tas tika nogādāts uz planētas Zeme? Jautājumi, kas saistīti ar dzīvības izcelsmi, ir satraukuši vairākas zinātnieku paaudzes.

Instrukcija

Pirms dažiem gadiem amerikāņu prese ziņoja, ka Kopenhāgenas universitātes zinātnieku grupa noskaidroja, ka dzīvība Visumā parādījās pirms aptuveni 13 miljardiem gadu, tas ir, gandrīz uzreiz pēc hipotētiskā Lielā sprādziena. Fiziķi ir rūpīgi pētījuši tālas galaktikas, kuru gaismas emisija nes informāciju par šo tālo laiku. Tomēr ne visi eksperti uzskata, ka Eiropas zinātnieku secinājumi ir pamatoti.

Pirms Kopenhāgenas fiziķu sensacionālā atklājuma tika uzskatīts, ka visvienkāršākās dzīvības formas Visuma telpā varētu rasties salīdzinoši nesen - pirms trīs līdz četriem miljardiem gadu. Taču pat šī laika distance mūsdienu cilvēkam šķiet gigantiska, pat ja ņem vērā, ka planēta Zeme izveidojās pirms aptuveni 4,5 miljardiem gadu.

Tajā tālajā laikmetā smagi ķīmiskie elementi, kas Visuma dzimšanas brīdī nepastāvēja. Pamats turpmākajai dzīvei, saskaņā ar iepriekšējiem secinājumiem, varētu būt tikai kodoltermiskās reakcijas, kas notika pirmo zvaigžņu zarnās. Lai tos palaistu, bija vajadzīgi vairāki miljardi gadu.

Taču mūsdienu pētniekus interesē ne tikai iespējamais dzīvības pastāvēšanas vecums, bet arī vieta, kur tā radusies. Mūsdienu pētnieki šajā ziņā ir sadalīti divās nometnēs. Daži zinātnieki apgalvo, ka dzīve ir unikāla parādība Visumā. Un tas radās uz Zemes, kuras apstākļi bija optimāli, lai veidotos visvienkāršākās olbaltumvielu sistēmas, kas radās no senā ķīmiskā "buljona".

Ir tie, kas uzskata, ka dzīvības pamatformas ir izkaisītas pa visu plašo Visumu. Ceļojot ar kosmosa ķermeņiem, uz planētas Zeme sasnieguši arī mikroorganismi, kurus nosacīti var saukt par "protodzīvi". Šajā Saules sistēmas stūrī bija apstākļi, kas ļāva mikroorganismiem attīstīties sarežģītākos dzīvības veidos. Šie dzīvās vielas evolūcijas procesi ilga miljardiem gadu.

Lai kā arī būtu, zinātnieki dzīvības rašanos Visuma mērogā uzskata nevis par nejaušību, bet gan par dabisku procesu. Kopš tās veidošanās matērija ir pastāvīgi attīstījusies no vienkāršām formām uz sarežģītām formām. Atomi un molekulas lēnām apvienojās matērijā, radās mazi un ļoti lieli kosmosa objekti. Matērijas attīstības loģika, kas vēl nav pilnībā pakļauta materiālistiskajam skaidrojumam, ir novedusi pie matērijas sarežģījumiem un sarežģītu struktūru rašanās no dzīvības "pirmajiem celtniecības blokiem" - aminoskābēm.

Tiešais dzīvības rašanās un veidošanās process Visumā joprojām ir noslēpums zinātniekiem līdz mūsdienām. Šodien mēs varam runāt tikai par vairāk vai mazāk godīgiem pieņēmumiem, kas ir rūpīgi jāpārbauda. Būtisku palīdzību tajā var sniegt pētījumi par tā saukto relikto starojumu, kas nes sākotnējo informāciju par matērijas evolūcijas gaitu, kas ilga miljardiem gadu.

Saistītie video

Avoti:

• Lielais dzīves noslēpums 2019. gadā

Protams, cilvēki Visumā nav vieni. Vienkārši cilvēce vēl nav gatava pieņemt faktu par saprātīgas dzīvības pastāvēšanu ārpus Saules sistēmas. Egoisms un ierastā pasaules aina ikdienas burzmā apgrūtina saskatīt to, kas ir apslēpts redzīgajai acij.

Rets cilvēks nedomāja par to, vai Visumā ir cita dzīvība, izņemot zemes. Būtu naivi un pat savtīgi uzskatīt, ka saprātīga dzīvība pastāv tikai uz planētas Zeme. Fakti par NLO parādīšanos dažādās pasaules vietās, vēsturiskie manuskripti, arheoloģiskie izrakumi liecina, ka cilvēki Visumā nav vieni. Turklāt ir "kontaktpersonas", kas sazinās ar citu civilizāciju pārstāvjiem. Vismaz viņi tā apgalvo.

dubultais standarts

Diemžēl lielākā daļa valdības paspārnē veikto atklājumu tiek klasificēti kā "Top Secret", kas no parastiem cilvēkiem slēpj daudz faktu par citu dzīvības formu klātbūtni Visumā. Piemēram, pazuda vairāki tūkstoši attēlu, kas uzņemti no Marsa virsmas un kuros bija attēloti kanāli, neparastas ēkas un piramīdas.

Jūs varat ilgi runāt par iespējamo dzīvi Saules sistēmā un ārpus tās, bet zinātniskā pasaule Mums ir vajadzīgi pierādījumi, kurus mēs varam pieskarties un redzēt.

Pēdējais interesantais atklājums

Vairākas paaudzes zinātnieki ir mēģinājuši atrast pierādījumus saprātīgas dzīvības pastāvēšanai Visumā. Nesen notika kārtējā Amerikas Astronomijas biedrības sanāksme, kuras laikā tika paziņots par svarīgu notikumu: izmantojot Keplera observatorijas aprīkojumu, izdevās atklāt planētu, kas gan pēc saviem parametriem, gan pēc astronomijas ir ļoti līdzīga Zemei. pozīciju.

Šķiet, ka tas tā ir? Izrādās, ka atklātās planētas atmosfērā ir mākoņi, ko veido ūdens! Protams, mākoņu klātbūtne joprojām neko neizsaka, ja aplūkojam jautājumu par dzīvības klātbūtni uz planētas. Lai gan pirms trīsdesmit gadiem zinātnieki apliecināja, ka ūdens klātbūtne uz planētas nozīmētu, ka uz tās ir dzīvība. Mākoņi ir tiešs ūdens klātbūtnes pierādījums.

Lai gan jau sen zināms, ka arī Venērai ir mākoņi, tie sastāv no sērskābes. Šādos apstākļos uz planētas virsmas nevar attīstīties dzīvība.

Lai atbildētu uz vairākiem jautājumiem, NASA paspārnē esošie zinātnieki nolēma 2017. gadā nosūtīt satelītu, kas pārsniegs Saules sistēmu. Viņam būs jāatrod pierādījumi par saprātīgu dzīvi ārpus tās.

Vai varbūt ir vērts meklēt nevis Zemi?

Pēc daudzu pētnieku domām, mūsu Zemi periodiski apmeklē citu civilizāciju pārstāvji. Tieši viņi atstāja Kerčas katakombas, pazemes kodus zem Urālu kalniem, Peru, Antarktīdā, kuras joprojām tiek izmantotas. Ļoti labi par tiem rakstīts G. Sidorova grāmatās "Cilvēka civilizācijas attīstības hronoloģiskā un ezotēriskā analīze". Tās lapās ir daudz faktu, kas apstiprina saprātīgas dzīvības esamību ārpus Saules sistēmas.

Līdz šim eksperti nevar atbildēt uz jautājumu, kā piramīdas tika uzceltas Ēģiptē, Meksikā un Peru. Ir diezgan pamatoti pieņemt, ka tos uzstādījuši pārstāvji

Ir grūti atrast cilvēku, kurš nebrīnītos, kā radās dzīvība uz Zemes. Par šo tēmu ir daudz ideju, sākot no Bībeles un Darvina līdz mūsdienu teorija evolūcija, kas nemitīgi piedzīvo izmaiņas saskaņā ar jaunākajiem zinātnieku atklājumiem.

Protams, visi dzirdēja par dinozauriem, redzēja tos filmās un muzejos, un tikai daži apstrīd to vēsturisko esamību.

Lai gan līdz 1842. gadam cilvēce pat nenojauta, ka dažādās planētas vietās atrastie milzu dzīvnieku kauli pieder vienam tipam, tos saucot par “pūķiem” vai attiecinot mirstīgās atliekas uz titāniem, kuri cīnījās Trojas karā. Tas prasīja zinātnieku ieskatu, kuri salīdzināja datus un deva nosaukumu dīvainajām atliekām: dinozauri. Un šodien mēs lieliski zinām, kā izskatījās šīs gigantiskās ķirzakas, kas izmira pirms miljoniem gadu, aprakstīja daudzas to sugas, un katrs bērns zina, kas tās ir.

Fakts, ka šie milzu rāpuļi uz Zemes parādījās pirms 225-250 miljoniem gadu un pilnībā izmira aptuveni 66 miljonus gadu pirms mūsu ēras, nešokē lielāko daļu parasto cilvēku, kuri neinteresējas par zinātnes detaļām. Protams, atceramies arī ar dinozauriem radniecīgos krokodilus, kas kā suga radušies pirms 83 miljoniem gadu un spējuši izdzīvot kopš neatminamiem laikiem. Bet visi šie skaitļi mūsu prātos reti tiek korelēti mērogā.

Cik veca ir cilvēce?

Ne daudzi cilvēki zina vecumu moderns izskats Homo Sapiens, kas nozīmē saprātīgu cilvēku, kurš pēc zinātnieku aplēsēm ir tikai 200 tūkstošus gadu vecs. Tas ir, cilvēces kā sugas vecums ir 1250 reizes mazāks nekā rāpuļu klases vecums, kuram piederēja dinozauri.

Ir nepieciešams iekļauties apziņā un sakārtot šos datus, ja mēs vēlamies saprast, kā dzīvība parādījās uz mūsu planētas sākotnēji. Un no kurienes radās paši cilvēki, kuri šodien cenšas izprast šo dzīvi?

Mūsdienās zinātnieku slepenie materiāli ir kļuvuši publiski pieejami. Šokējošā eksperimentu vēsture pēdējos gados, kurš pārrakstīja evolūcijas teoriju un atklāja, kā uz mūsu planētas sākās dzīvība, uzspridzināja sen pastāvošās dogmas. Ģenētikas noslēpumi, kas parasti bija pieejami tikai šauram "iniciātu" lokam, sniedza nepārprotamu atbildi uz Darvina pieņēmumu.

Homo Sapiens (saprātīga cilvēka) prāts ir tikai 200 tūkstošus gadu vecs. Un mūsu planēta ir 4,5 miljardi!

Slepenie materiāli

Vēl pirms dažiem gadsimtiem varēja sagaidīt, ka šādas idejas tiks īstenotas uz sārta. Džordāno Bruno tika sadedzināts par ķecerību nedaudz vairāk nekā pirms 400 gadiem, 1600. gada februārī. Taču šodien drosmīgo pionieru pagrīdes pētījumi ir kļuvuši publiski zināmi.

Vēl pirms 50 gadiem nezinoši tēvi bieži audzināja citu vīriešu bērnus, pat māte pati ne vienmēr zināja patiesību. Mūsdienās paternitātes noteikšana ir parasta analīze. Katrs no mums var pasūtīt DNS testu un noskaidrot, kas bijuši viņa senči, kuru vēnās plūst asinis. Paaudžu pēdas uz visiem laikiem ir iespiestas ģenētiskajā kodā.

Tieši šajā kodeksā ir ietverta atbilde uz visdegošāko jautājumu, kas nodarbina cilvēces prātus: kā sākās dzīve?

Zinātnieku slepenie materiāli atklāj vēlmes atrast vienīgo patieso atbildi vēsturi. Šis ir stāsts par izturību, neatlaidību un pārsteidzošu radošumu, kas aptver mūsdienu zinātnes lielākos atklājumus.

Mēģinot saprast, kā sākās dzīvība, cilvēki devās izpētīt planētas tālākos nostūrus. Šo meklējumu laikā daži zinātnieki par saviem eksperimentiem saņēma "velnu" zīmolu, bet citiem tie bija jāveic totalitārā režīma uzraudzībā.

Kā sākās dzīve uz zemes?

Varbūt tas ir visgrūtākais no visiem esošajiem jautājumiem. Tūkstošiem gadu lielais vairums cilvēku to skaidroja ar vienu tēzi – "dzīvi radīja dievi". Citi skaidrojumi bija vienkārši neiedomājami. Taču laika gaitā situācija ir mainījusies. Visā pagājušajā gadsimtā zinātnieki ir mēģinājuši precīzi noskaidrot, kā radās pirmā dzīvība uz planētas, BBC raksta Maikls Māršals.

Lielākā daļa mūsdienu zinātnieku, kas pēta dzīvības izcelsmi, ir pārliecināti, ka virzās pareizajā virzienā, un notiekošie eksperimenti tikai pastiprina viņu pārliecību. Ņūtona atklājumi no ģenētikas pārraksta zināšanu grāmatu no pirmās lappuses līdz pēdējai.

• Ne tik sen zinātnieki atklāja senāko cilvēka priekšteci, kas dzīvoja uz planētas apmēram pirms 540 miljoniem gadu. Pētnieki saka, ka visi mugurkaulnieki ir radušies no šīs “zobainās somas”. Kopējā senča izmērs bija tikai milimetrs.
• Mūsdienu pētniekiem pat ir izdevies izveidot pirmo daļēji sintētisko organismu ar fundamentālām izmaiņām DNS. Mēs jau esam ļoti tuvu jaunu proteīnu sintēzei, tas ir, pilnīgi mākslīgai dzīvībai. Tikai pāris gadsimtu laikā cilvēce ir spējusi apgūt jauna veida dzīvo organismu radīšanu.
• Mēs ne tikai veidojam jaunus organismus, bet arī pārliecinoši rediģējam esošos. Zinātnieki pat ir izveidojuši “programmatūru”, kas ļauj rediģēt DNS virkni, izmantojot šūnu rīkus. Starp citu, tikai 1% DNS satur ģenētisku informāciju, norāda pētnieki. Kam domāti pārējie 99%?
• DNS ir tik daudzpusīga, ka tā var uzglabāt informāciju kā cietais disks. Viņi jau ir ierakstījuši filmu DNS un bez problēmām spējuši lejupielādēt informāciju atpakaļ, jo agrāk viņi ņēma failus no disketes.

Vai uzskatāt sevi par izglītotu un mūsdienīgu cilvēku? Tad jums vienkārši jāzina.

Lai gan DNS atklājums datēts ar 1869. gadu, šīs zināšanas pirmo reizi tika izmantotas tiesu ekspertīzē tikai 1986. gadā.

Šeit ir stāsts par dzīvības izcelsmi uz Zemes

Dzīve ir veca. Dinozauri, iespējams, ir slavenākie no visiem izmirušajiem radījumiem, taču tie parādījās tikai pirms 250 miljoniem gadu. Pirmā dzīvība uz planētas radās daudz agrāk.

Tiek lēsts, ka vecākās fosilijas ir aptuveni 3,5 miljardus gadu vecas. Citiem vārdiem sakot, tie ir 14 reizes vecāki par pirmajiem dinozauriem!

Tomēr tas nav ierobežojums. Piemēram, 2016. gada augustā tika atrastas fosilās baktērijas, kuru vecums ir 3,7 miljardi gadu. Tas ir 15 tūkstošus reižu vecāks par dinozauriem!

Pati Zeme nav daudz vecāka par šīm baktērijām – mūsu planēta beidzot izveidojās pirms aptuveni 4,5 miljardiem gadu. Tas ir, pirmā dzīvība uz Zemes radās diezgan “ātri”, pēc aptuveni 800 miljoniem gadu uz planētas pastāvēja baktērijas - dzīvi organismi, kuriem, pēc zinātnieku domām, laika gaitā izdevās kļūt sarežģītākiem un radīt vienkāršus organismus okeānā plkst. vispirms un beigās beidzas, un pati cilvēku rase.

Nesenais ziņojums no Kanādas apstiprina šos datus: vecāko baktēriju vecums tiek lēsts no 3,770 līdz 4,300 miljardiem gadu. Tas ir, dzīvība uz mūsu planētas, ļoti iespējams, radās “kādus” 200 miljonus gadu pēc tās veidošanās. Atrastie mikroorganismi dzīvoja uz dzelzs. Viņu mirstīgās atliekas tika atrastas kvarca iežos.

Ja pieņemam, ka dzīvība radusies uz Zemes – tas izklausās saprātīgi, ņemot vērā, ka mēs to vēl neesam atraduši uz citiem kosmiskajiem ķermeņiem, ne uz citām planētām, ne uz meteorītu fragmentiem, kas atvesti no kosmosa, tad tam vajadzēja notikt šajā laika periodā. kas aptver miljardu gadu no brīža, kad planēta beidzot tika izveidota, un datumu, kad parādījās mūsu laikā atrastās fosilijas.

Tātad, sašaurinot mūs interesējošo laika periodu, pamatojoties uz jaunākajiem pētījumiem, varam pieņemt, kāda īsti bija pirmā dzīvība uz Zemes.

Zinātnieki no izrakumos atrastajiem skeletiem ir atjaunojuši aizvēsturisko milžu izskatu.

Katrs dzīvs organisms sastāv no šūnām (tāpat arī jūs)

Vēl 19. gadsimtā biologi konstatēja, ka visi dzīvie organismi sastāv no "šūnām" - sīkiem dažādu formu un izmēru organisko vielu klučiem.

Šūnas pirmo reizi tika atklātas tālajā 17. gadsimtā – vienlaikus ar salīdzinoši jaudīgu mikroskopu izgudrošanu, taču tikai pusotru gadsimtu vēlāk zinātnieki nonāca pie tāda paša secinājuma: šūnas ir visas planētas dzīvības pamats.

Protams, ārēji cilvēks neizskatās ne pēc zivīm, ne pēc dinozauriem, bet tikai paskatās caur mikroskopu, lai pārliecinātos, ka cilvēki sastāv no gandrīz tādām pašām šūnām kā dzīvnieku pasaules pārstāvji. Turklāt tās pašas šūnas ir augu un sēņu pamatā.

Visi organismi sastāv no šūnām, arī jūs.

Visizplatītākā dzīvības forma ir vienšūnas baktērijas

Līdz šim daudzskaitlīgākās dzīvības formas var droši saukt par mikroorganismiem, no kuriem katrs sastāv tikai no vienas vienas šūnas.

Vispazīstamākais šādas dzīvības veids ir baktērijas, kas dzīvo jebkur pasaulē.

2016. gada aprīlī zinātnieki prezentēja atjauninātu "dzīvības koka" versiju: ​​sava veida ciltskoku katrai dzīvo organismu sugai. Lielāko daļu šī koka "zaru" aizņem baktērijas. Turklāt koka forma liek domāt, ka visas dzīvības priekštecis uz Zemes bija baktērija. Citiem vārdiem sakot, visa dzīvo organismu daudzveidība (arī jūs) nāca no vienas baktērijas.

Tādējādi mēs varam precīzāk pieiet jautājumam par dzīvības izcelsmi. Lai atjaunotu šo pašu pirmo šūnu, pēc iespējas precīzāk ir jāatjauno apstākļi, kas uz planētas valdīja pirms vairāk nekā 3,5 miljardiem gadu.

Tātad, cik tas ir grūti?

Vienšūnas baktērijas ir visizplatītākā dzīvības forma uz Zemes.

Eksperimentu sākums

Daudzus gadsimtus jautājums "kā dzīve sākās?" gandrīz nekad neuztvēra nopietni. Galu galā, kā mēs jau atcerējāmies pašā sākumā, atbilde bija zināma: dzīvi radīja Radītājs.

Līdz 19. gadsimtam lielākā daļa cilvēku ticēja "vitalismam". Šīs mācības pamatā ir doma, ka visas dzīvās būtnes ir apveltītas ar īpašu, pārdabisku spēku, kas tās atšķir no nedzīviem objektiem.

Vitalisma idejas bieži atkārtoja reliģiskos postulātus. Bībele saka, ka Dievs ar "dzīvības elpas" palīdzību atdzīvināja pirmos cilvēkus un ka nemirstīgā dvēsele ir viena no vitālisma izpausmēm.

Bet ir viena problēma. Vitalisma idejas būtībā ir nepareizas.

Līdz 19. gadsimta sākumam zinātnieki bija atklājuši vairākas vielas, kas tika atrastas tikai dzīvās būtnēs. Viena no šīm vielām bija urīnviela, kas atrodas urīnā, un to bija iespējams iegūt 1799.

Tomēr šis atklājums nebija pretrunā ar vitālisma jēdzienu. Urīnviela parādījās tikai dzīvos organismos, tāpēc, iespējams, tie bija apveltīti ar īpašu vitalitāti, kas padarīja tos unikālus.

Vitalisma nāve

Bet 1828. gadā vācu ķīmiķim Frīdriham Vēleram izdevās sintezēt urīnvielu no neorganiska savienojuma – amonija cianāta, kam nebija nekāda sakara ar dzīvām būtnēm. Citi zinātnieki varēja atkārtot viņa eksperimentu, un drīz vien kļuva skaidrs, ka visus organiskos savienojumus var iegūt no vienkāršākiem – neorganiskiem.

Tas iezīmēja vitālisma kā zinātniskā jēdziena beigas.

Bet cilvēkiem bija diezgan grūti atbrīvoties no saviem uzskatiem. Fakts, ka organiskajos savienojumos, kas ir raksturīgi tikai dzīvām būtnēm, patiesībā nav nekā īpaša, daudziem šķita, ka tas ir atņēmis dzīvībai maģijas elementu, pārvēršot cilvēkus no dievišķām radībām gandrīz par mašīnām. Protams, tas bija ļoti pretrunā ar Bībeli.

Pat daži zinātnieki turpināja cīnīties par vitālismu. 1913. gadā angļu bioķīmiķis Bendžamins Mūrs dedzīgi popularizēja savu "biotiskās enerģijas" teoriju, kas būtībā bija tas pats vitālisms, bet ar citu segumu. Vitalisma ideja ir atradusi diezgan spēcīgas saknes cilvēka dvēselē emocionālā līmenī.

Mūsdienās tās atspulgus var atrast visnegaidītākajās vietās. Ņemiet, piemēram, vairākus zinātniskās fantastikas stāstus, kuros var papildināt vai izsūknēt varoņa "dzīvības enerģiju". Padomājiet par "atjaunošanās enerģiju", ko izmanto Time Lord rase no Doctor Who. Šo enerģiju varētu papildināt, ja tā beigtos. Lai gan ideja izskatās futūristiska, patiesībā tā ir vecmodīgu teoriju atspoguļojums.

Tādējādi pēc 1828. gada zinātniekiem beidzot bija labs iemesls meklēt jaunu skaidrojumu dzīvības izcelsmei, šoreiz atmetot spekulācijas par dievišķo iejaukšanos.

Bet viņi nesāka meklēt. Šķiet, ka pētījuma tēma ierosināja sevi, taču patiesībā dzīvības izcelsmes noslēpums netika pieiets vairākus gadu desmitus. Varbūt visi joprojām bija pārāk pieķērušies vitālismam, lai turpinātu.

Ķīmiķis Frīdrihs Vēlers spēja sintezēt urīnvielu - organisku savienojumu - no neorganiskām vielām.

Darvins un evolūcijas teorija

Liels sasniegums bioloģiskajos pētījumos 19. gadsimtā bija Čārlza Darvina izstrādātā un citu zinātnieku turpinātā evolūcijas teorija.

Darvina teorija, kas izklāstīta grāmatā On the Origin of Species 1859. gadā, izskaidroja, kā visa dzīvnieku pasaules daudzveidība radās no viena senča.

Darvins apgalvoja, ka Dievs nav radījis katru dzīvo būtņu sugu atsevišķi, bet visas šīs sugas ir cēlušās no primitīva organisma, kas parādījās pirms miljoniem gadu un ko sauc arī par pēdējo universālo kopīgo priekšteci.

Ideja izrādījās ārkārtīgi pretrunīga, atkal tāpēc, ka tā atspēkoja Bībeles postulātus. Darvina teorija tika pakļauta sīvai kritikai, īpaši no aizvainotajiem kristiešiem.

Bet evolūcijas teorija ne vārda neteica par to, kā parādījās pats pirmais organisms.

Kā parādījās pirmā dzīvība?

Darvins saprata, ka tas ir fundamentāls jautājums, taču (varbūt nevēlēdamies ieslīgt kārtējā konfliktā ar garīdzniecību) viņš tam pieskārās tikai 1871. gada vēstulē. Vēstules emocionālais tonis liecināja, ka zinātnieks apzinās šī jautājuma dziļo nozīmi:

“... Bet ja tagad [Ak, cik liels, ja!] kādā siltā ūdenstilpē, kas satur visus nepieciešamos amonija un fosfora sāļus un bija pieejams gaismai, siltumam, elektrībai utt., ķīmiski izveidojās proteīns, kas spēj veikt arvien sarežģītākas pārvērtības ... "

Citiem vārdiem sakot: iedomājieties nelielu ūdenstilpi, kas piepildīta ar vienkāršiem organiskiem savienojumiem un zem saules. Daži savienojumi var sākt mijiedarboties, radot sarežģītākas vielas, piemēram, olbaltumvielas, kas, savukārt, arī mijiedarbosies un attīstīsies.

Ideja bija diezgan virspusēja. Bet tomēr tas veidoja pamatu pirmajām hipotēzēm par dzīvības izcelsmi.

Darvins ne tikai radīja evolūcijas teoriju, bet arī ierosināja, ka dzīvība radusies siltā ūdenī, kas piesātināts ar nepieciešamajiem neorganiskiem savienojumiem.

Aleksandra Oparina revolucionārās idejas

Un pirmie soļi šajā virzienā tika sperti nepavisam ne tur, kur varētu gaidīt. Varētu domāt, ka šādu pētījumu, kas nozīmē domas brīvību, vajadzēja veikt, piemēram, Apvienotajā Karalistē vai ASV. Bet patiesībā pirmās hipotēzes par dzīvības izcelsmi staļiniskās PSRS dzimtajos plašumos izvirzīja zinātnieks, kura vārdu jūs, iespējams, nekad neesat dzirdējis.

Ir zināms, ka Staļins slēdza daudzus pētījumus ģenētikas jomā. Tā vietā viņš popularizēja agronoma Trofima Lisenko idejas, kuras, viņaprāt, bija vairāk piemērotas komunistiskajai ideoloģijai. Zinātniekiem, kuri veica pētījumus ģenētikas jomā, bija pienākums publiski atbalstīt Lisenko idejas, pretējā gadījumā viņi riskēja nonākt nometnēs.

Tik saspringtā atmosfērā bija jāveic eksperimenti bioķīmiķim Aleksandram Ivanovičam Oparinam. Tas bija iespējams, jo viņš pierādīja sevi kā uzticamu komunistu: viņš atbalstīja Lisenko idejas un pat saņēma Ļeņina ordeni, viscienījamāko apbalvojumu no visa tā laika.

Padomju bioķīmiķis Aleksandrs Oparins ierosināja, ka pirmie dzīvie organismi veidojās kā koacervāti.

Jauna teorija par pirmās dzīvības izcelsmi uz zemes

Oparins aprakstīja, kāda bija Zeme pirmajās dienās pēc tās veidošanās. Planētai bija karsta virsma, un tā piesaistīja mazus meteorītus. Apkārt bija tikai daļēji izkusuši akmeņi, kas saturēja milzīgu ķimikāliju klāstu, daudzas no tām balstītas uz oglekli.

Galu galā Zeme pietiekami atdzisa, ka tvaiki pirmo reizi pārvērtās šķidrā ūdenī, tādējādi radot pirmo lietu. Pēc kāda laika uz planētas parādījās karsti okeāni, kas bija bagāti ar oglekli saturošām ķimikālijām. Turpmākie notikumi varētu attīstīties saskaņā ar diviem scenārijiem.

Pirmais nozīmēja vielu mijiedarbību, kurā parādītos sarežģītāki savienojumi. Oparins ierosināja, ka cukurs un aminoskābes, kas ir svarīgas dzīviem organismiem, varētu būt veidojušās planētas ūdens baseinā.

Otrajā scenārijā dažas vielas, mijiedarbojoties, sāka veidot mikroskopiskas struktūras. Kā zināms, daudzi organiskie savienojumi ūdenī nešķīst: piemēram, eļļa veido slāni uz ūdens virsmas. Bet dažas vielas, nonākot saskarē ar ūdeni, veido sfēriskas lodītes jeb "koacervātus", kuru diametrs ir līdz 0,01 cm (vai 0,004 collām).

Vērojot koacervātus mikroskopā, var pamanīt to līdzību ar dzīvām šūnām. Viņi aug, maina formu un dažreiz sadalās divās daļās. Tie arī mijiedarbojas ar apkārtējiem savienojumiem, lai tajās varētu koncentrēties citas vielas. Oparins ierosināja, ka koacervāti bija mūsdienu šūnu priekšteči.

Džona Haldana pirmā dzīves teorija

Piecus gadus vēlāk, 1929. gadā, angļu biologs Džons Burdons Sandersons Haldane patstāvīgi izvirzīja savu teoriju ar līdzīgām idejām, kas tika publicēta Rationalist Annual.

Līdz tam laikam Haldane jau bija devis milzīgu ieguldījumu evolūcijas teorijas attīstībā, veicinot Darvina ideju integrāciju ģenētikas zinātnē.

Un viņš bija ļoti neaizmirstams cilvēks. Reiz eksperimenta laikā dekompresijas kamerā viņš piedzīvoja bungādiņas plīsumu, par ko vēlāk rakstīja: “Membrāna jau sadzīst, un pat ja tajā paliks caurums, tad, neskatoties uz kurlumu, tā būs. iespējams pārdomāti atbrīvot no turienes tabakas dūmu gredzenus, kas, manuprāt, ir svarīgs sasniegums."

Tāpat kā Oparins, Haldane ierosināja, kā tieši organiskie savienojumi varētu mijiedarboties ūdenī: "(agrāk) pirmie okeāni sasniedza karsta buljona konsistenci." Tas radīja apstākļus "pirmo dzīvo vai daļēji dzīvo organismu" parādīšanās. Tādos pašos apstākļos "eļļas plēves" iekšpusē varētu atrasties vienkāršākie organismi.

Džons Haldane, neatkarīgi no Oparina, izvirzīja līdzīgas idejas par pirmo organismu izcelsmi.

Oparina-Haldane hipotēze

Tādējādi pirmie biologi, kas izvirzīja šo teoriju, bija Oparins un Haldane. Bet ideja, ka Dievs nepiedalījās dzīvo organismu veidošanā, vai pat kaut kāds abstrakts " dzīvības spēks' bija radikāls. Tāpat kā Darvina evolūcijas teorija, arī šī doma kristietībai bija spļāviens sejā.

PSRS varas iestādes bija pilnībā apmierinātas ar šo faktu. Padomju režīma laikā valstī valdīja ateisms, un varas iestādes ar prieku atbalstīja materiālistiskus skaidrojumus tādām sarežģītām parādībām kā dzīve. Starp citu, Haldāne bija arī ateiste un komuniste.

"Tajos laikos uz šo ideju skatījās tikai caur viņu pašu uzskatu prizmu: reliģiozi cilvēki to uztvēra naidīgi, atšķirībā no komunistisko ideju atbalstītājiem," saka Armens Mulkidžanjans, dzīvības izcelsmes eksperts no Osnabrikas universitātes Vācija. “Padomju Savienībā šo ideju pieņēma ar prieku, jo viņiem Dievs nebija vajadzīgs. Un Rietumos to piekrita visi tie paši kreiso uzskatu piekritēji, komunisti utt.

Tiek saukts jēdziens, ka dzīvība veidojās organisko savienojumu "pirmajā zupā". Oparina-Haldane hipotēze. Viņa izskatījās pietiekami pārliecinoši, taču bija viena problēma. Tolaik nebija neviena praktiska eksperimenta, kas pierādītu šīs hipotēzes patiesumu.

Šādi eksperimenti sākās tikai pēc gandrīz ceturtdaļgadsimta.

Pirmie eksperimenti dzīvības radīšanai "mēģenē"

Slavenais zinātnieks Harolds Urijs, kurš jau 1934. gadā bija saņēmis Nobela prēmiju ķīmijā un pat piedalījies atombumbas radīšanā, sāka interesēties par dzīvības izcelšanās jautājumu.

Otrā pasaules kara laikā Urijs piedalījās Manhetenas projektā, savācot nestabilo urānu-235, kas nepieciešams bumbas kodolam. Pēc kara beigām Urejs iestājās par kodoltehnoloģiju civilo kontroli.

Juri sāka interesēties par ķīmiskajām parādībām, kas notiek kosmosā. Un vislielāko interesi viņam radīja procesi, kas notika Saules sistēmas veidošanās laikā. Vienā no lekcijām viņš norādīja, ka pirmajās dienās uz Zemes, visticamāk, nebija skābekļa. Un šie apstākļi bija ideāli piemēroti "pirmās zupas" veidošanai, par kuru runāja Oparins un Haldane, jo dažas no nepieciešamajām vielām bija tik vājas, ka izšķīst saskarē ar skābekli.

Lekciju apmeklēja doktorants Stenlijs Millers, kurš vērsās pie Ureja ar priekšlikumu veikt eksperimentu, pamatojoties uz šo ideju. Yuuri sākumā bija skeptisks, bet vēlāk Milleram izdevās viņu pārliecināt.

1952. gadā Millers veica visu laiku slavenāko eksperimentu, lai izskaidrotu dzīvības izcelsmi uz Zemes.

Stenlija Millera eksperiments ir kļuvis par slavenāko mūsu planētas dzīvo organismu izcelsmes izpētes vēsturē.

Slavenākais eksperiments par dzīvības izcelsmi uz Zemes

Gatavošanās nebija ilga. Millers savienoja virkni stikla kolbu, kurās cirkulēja 4 vielas, kas it kā pastāvēja uz agrīnās Zemes: verdošs ūdens, ūdeņradis, amonjaks un metāns. Gāzes tika pakļautas sistemātiskai dzirksteļu izlādei - tā bija zibens spērienu simulācija, kas bija izplatīta parādība uz agrīnās Zemes.

Millers atklāja, ka "ūdens kolbā pēc pirmās dienas kļuva redzami rozā krāsā, un pēc pirmās nedēļas šķīdums kļuva duļķains un tumši sarkans." Notika jaunu veidošanās ķīmiskie savienojumi.

Kad Millers analizēja šķīduma sastāvu, viņš atklāja, ka tajā ir divas aminoskābes: glicīns un alanīns. Kā zināms, aminoskābes bieži tiek raksturotas kā dzīvības pamatelementi. Šīs aminoskābes tiek izmantotas olbaltumvielu veidošanā, kas kontrolē lielāko daļu bioķīmisko procesu mūsu organismā. Millers burtiski no nulles radīja divas vissvarīgākās dzīvā organisma sastāvdaļas.

1953. gadā eksperimenta rezultāti tika publicēti prestižajā žurnālā Science. Yuuri, godājamā, kaut arī neraksturīgā viņa vecuma zinātniekam, izņēma savu vārdu no nosaukuma, atstājot visu slavu Milleram. Neskatoties uz to, pētījums parasti tiek saukts par "Millera-Urey eksperimentu".

Millera-Ūrija eksperimenta nozīme

"Millera-Ūrija eksperimenta vērtība ir tāda, ka tas parāda, ka pat vienkāršā atmosfērā var veidoties daudzas bioloģiskas molekulas," saka Kembridžas Molekulārās bioloģijas laboratorijas zinātnieks Džons Sazerlends.

Ne visas eksperimenta detaļas bija precīzas, kā izrādījās vēlāk. Faktiski pētījumi ir parādījuši, ka agrīnā Zemes atmosfērā bija arī citas gāzes. Bet tas nemazina eksperimenta nozīmi.

"Tas bija ievērojams eksperiments, kas aizrāva daudzu iztēli, un tāpēc tas joprojām tiek minēts līdz šai dienai," saka Sazerlends.

Ņemot vērā Millera eksperimentu, daudzi zinātnieki sāka meklēt veidus, kā no nulles izveidot vienkāršas bioloģiskas molekulas. Atbilde uz jautājumu “Kā radās dzīvība uz Zemes?” šķita ļoti tuva.

Bet tad izrādījās, ka dzīve ir daudz sarežģītāka, nekā jūs varētu iedomāties. Dzīvās šūnas, kā izrādījās, nav tikai ķīmisku savienojumu kopums, bet gan sarežģīti mazi mehānismi. Pēkšņi dzīvu šūnu radīšana no nulles kļuva par daudz lielāku problēmu, nekā zinātnieki bija gaidījuši.

Gēnu un DNS izpēte

20. gadsimta 50. gadu sākumā zinātnieki jau bija attālinājušies no domas, ka dzīvība ir dievu dāvana.

Tā vietā viņi sāka pētīt iespēju spontānai un dabiskai dzīvības izcelsmei uz agrīnās Zemes - un, pateicoties Stenlija Millera ievērojamajam eksperimentam, sāka parādīties pierādījumi šai idejai.

Kamēr Millers mēģināja radīt dzīvi no nulles, citi zinātnieki izdomāja, no kā sastāv gēni.

Šajā brīdī lielākā daļa bioloģisko molekulu jau bija izpētītas. Tajos ietilpst cukurs, tauki, olbaltumvielas un nukleīnskābes, piemēram, “dezoksiribonukleīnskābe” jeb DNS.

Mūsdienās visi zina, ka DNS satur mūsu gēnus, taču piecdesmitajos gados biologiem tas bija īsts šoks.

Olbaltumvielām bija sarežģītāka struktūra, tāpēc zinātnieki uzskatīja, ka tajos ir ietverta gēnu informācija.

Šo teoriju 1952. gadā atspēkoja Kārnegi institūta zinātnieki Alfrēds Heršijs un Marta Čeisa. Viņi pētīja vienkāršus vīrusus, kas sastāv no olbaltumvielām un DNS, kas vairojās, inficējot citas baktērijas. Zinātnieki ir atklājuši, ka vīrusa DNS, nevis olbaltumvielas, iekļūst baktērijās. No tā tika secināts, ka DNS ir ģenētiskais materiāls.

Hershey un Chase atklājums bija sākums sacīkstēm, lai pētītu DNS struktūru un tās darbību.

Marta Čeisa un Alfrēds Heršijs atklāja, ka DNS nes ģenētisku informāciju.

DNS spirālveida struktūra ir viens no svarīgākajiem 20. gadsimta atklājumiem.

Frensiss Kriks un Džeimss Vatsons no Kembridžas universitātes bija pirmie, kas nāca klajā ar risinājumu, ne bez kolēģes Rozalindas Franklinas nenovērtētās palīdzības. Tas notika gadu pēc Hershey un Chase eksperimentiem.

Viņu atklājums kļuva par vienu no svarīgākajiem 20. gadsimtā. Šis atklājums mainīja veidu, kā mēs skatāmies uz dzīvības izcelsmi, atklājot dzīvo šūnu neticami sarežģīto struktūru.

Vatsons un Kriks atklāja, ka DNS ir dubultā spirāle (dubultskrūve), kas izskatās kā izliektas kāpnes. Katrs no diviem šo kāpņu "poliem" sastāv no molekulām, ko sauc par nukleotīdiem.

Šī struktūra skaidri parāda, kā šūnas kopē savu DNS. Citiem vārdiem sakot, kļūst skaidrs, kā vecāki nodod bērniem savu gēnu kopijas.

Ir svarīgi saprast, ka dubulto spirāli var "atsaistīt". Tas atvērs piekļuvi ģenētiskajam kodam, kas sastāv no ģenētisko bāzu secības (A, T, C un G), kas parasti atrodas DNS kāpņu "pakāpēs". Katra daļa tiek izmantota kā veidne, lai izveidotu otras daļas kopiju.

Šis mehānisms ļauj gēnus mantot jau no paša dzīves sākuma. Jūsu pašu gēni galu galā nāk no senas baktērijas, un katrs no tiem ir nodots, izmantojot to pašu mehānismu, ko atklāja Kriks un Vatsons.

Pirmo reizi sabiedrībai tika atklāts viens no slepenākajiem dzīves noslēpumiem.

DNS struktūra: 2 mugurkauli (antiparalēlas ķēdes) un nukleotīdu pāri.

DNS izaicinājums

Kā izrādījās, DNS ir tikai viens uzdevums. Jūsu DNS norāda jūsu ķermeņa šūnām, kā ražot olbaltumvielas (olbaltumvielas), molekulas, kas veic daudzus svarīgus uzdevumus.

Bez olbaltumvielām jūs nevarētu sagremot pārtiku, jūsu sirds pārstātu pukstēt un apstāties elpošana.

Taču proteīnu veidošanās procesa atjaunošana ar DNS faktiski ir izrādījusies biedējošs uzdevums. Ikviens, kurš mēģināja izskaidrot dzīvības izcelsmi, vienkārši nevarēja saprast, kā kaut kas tik sarežģīts varēja rasties un attīstīties pats par sevi.

Katrs proteīns būtībā ir gara aminoskābju ķēde, kas savīta kopā noteiktā secībā. Šī secība nosaka proteīna trīsdimensiju formu un līdz ar to arī tās mērķi.

Šī informācija ir kodēta DNS bāzes secībā. Tātad, kad šūnai ir jāizveido noteikts proteīns, tā nolasa atbilstošo gēnu DNS, lai izveidotu doto aminoskābju secību.

Kas ir RNS?

Šūnu DNS izmantošanas procesā ir viens brīdinājums.

• DNS ir šūnas visvērtīgākais resurss. Tāpēc šūnas nevēlas atsaukties uz DNS ar katru darbību.
• Tā vietā šūnas kopē informāciju no DNS mazās citas vielas molekulās, ko sauc RNS (ribonukleīnskābe).
• RNS ir līdzīga DNS, taču tai ir tikai viena virkne.

Ja mēs zīmēsim analoģiju starp DNS un bibliotēkas grāmatu, tad RNS šeit izskatīsies kā lapa ar kopsavilkums grāmatas.

Informācijas pārvēršanas procesu caur RNS virkni proteīnā pabeidz ļoti sarežģīta molekula, ko sauc par ribosomu.

Šis process notiek katrā dzīvā šūnā, pat visvienkāršākajās baktērijās. Tas dzīvībai ir tikpat svarīgs kā pārtika un elpa.

Tādējādi jebkuram dzīvības rašanās skaidrojumam ir jāparāda, kā radās sarežģītais trio un kā tas sāka darboties, kas ietver DNS, RNS un ribosomas.

Atšķirība starp DNS un RNS.

Viss ir daudz sarežģītāk

Oparina un Haldana teorijas tagad šķita naivas un vienkāršas, savukārt Millera eksperiments, kas radīja vairākas aminoskābes, kas nepieciešamas proteīna veidošanai, izskatījās amatierisks. Garajā ceļā uz dzīvības radīšanu viņa pētījumi, lai arī cik auglīgi, nepārprotami bija tikai pirmais solis.

"DNS liek RNS ražot olbaltumvielas slēgtā ķīmisko vielu maisiņā," saka Džons Sazerlends. “Jūs skatāties uz to un esat pārsteigti, cik tas ir grūti. Ko mēs varam darīt, lai atrastu organisku savienojumu, kas to visu paveiktu vienā piegājienā?

Varbūt dzīve sākās ar RNS?

Pirmais, kas atbildēja uz šo jautājumu, bija britu ķīmiķis Leslijs Orgels. Viņš bija viens no pirmajiem, kurš ieraudzīja Krika un Vatsona izveidoto DNS modeli, un vēlāk palīdzēja NASA īstenot Vikingu programmu, kuras laikā uz Marsu tika nosūtīti desantnieki.

Orgel bija iecerējis uzdevumu vienkāršot. 1968. gadā ar Krika atbalstu viņš ierosināja, ka pirmajās dzīvajās šūnās nav ne proteīnu, ne DNS. Gluži pretēji, tie gandrīz pilnībā sastāvēja no RNS. Šajā gadījumā primārajām RNS molekulām jābūt universālām. Piemēram, viņiem bija jāizveido sevis kopijas, iespējams, izmantojot to pašu pārošanas mehānismu kā DNS.

Idejai, ka dzīve sākās ar RNS, bija neticami ietekme uz visiem turpmākajiem pētījumiem. Un tas kļuva par cēloni sīvām debatēm zinātnieku aprindās, kas nav norimušas līdz mūsdienām.

Pieņemot, ka dzīve sākās ar RNS un kādu citu elementu, Orgels ierosināja, ka viens no svarīgākajiem dzīves aspektiem - spēja vairoties - parādījās agrāk nekā citi. Var teikt, ka viņš domāja ne tikai par to, kā dzīve parādījās, bet runāja par pašu dzīves būtību.

Daudzi biologi piekrita Orgela idejai, ka "vairošanās bija pirmā". Darvina evolūcijas teorijā priekšplānā ir spēja vairoties: tas ir vienīgais veids, kā organisms var "uzvarēt" šo rasi - tas ir, atstāt aiz sevis daudzus bērnus.

Leslija Orgela izvirzīja domu, ka pirmās šūnas darbojās uz RNS bāzes.

Sadalījums 3 nometnēs

Taču dzīvi raksturo arī citas tikpat svarīgas iezīmes.

Visredzamākais no tiem ir vielmaiņa: spēja absorbēt vides enerģiju un izmantot to izdzīvošanai.

Daudziem biologiem vielmaiņa ir dzīves noteicošā īpašība, reproducēšanas spēja ir otrajā vietā.

Tātad, sākot ar 60. gadiem, zinātnieki, kas cīnījās ar dzīvības izcelsmes noslēpumu, sāka sadalīties 2 nometnēs.

"Pirmais apgalvoja, ka vielmaiņa bija pirms ģenētikas, otrais bija pretējs viedoklis," skaidro Sazerlends.

Bija trešā grupa, kas apgalvoja, ka vispirms ir jābūt sava veida konteineram galvenajām molekulām, kas neļautu tām sadalīties.

"Nodalīšanai bija jābūt pirmajā vietā, jo bez tās šūnu metabolismam nebūtu nozīmes," skaidro Sazerlends.

Citiem vārdiem sakot, dzīvības pamatā jābūt šūnai, kā Oparins un Haldane jau bija uzsvēruši vairākus gadu desmitus iepriekš, un, iespējams, šī šūna bija pārklāta ar vienkāršiem taukiem un lipīdiem.

Katra no trim idejām ieguva savus atbalstītājus un izdzīvoja līdz mūsdienām. Zinātnieki dažkārt aizmirsa par aukstasinīgu profesionalitāti un akli atbalstīja vienu no trim idejām.

Līdz ar to zinātniskās konferences par šo jautājumu nereti pavadīja skandāli, un žurnālisti, kas atspoguļoja šos notikumus, bieži dzirdēja neglaimojošus vienas nometnes zinātnieku komentārus par abu pārējo kolēģu darbu.

Pateicoties Orgelam, ideja, ka dzīve sākās ar RNS, ir pietuvinājusi sabiedrību soli tuvāk mīklai.

Un 1980. gados notika satriecošs atklājums, kas faktiski apstiprināja Orgela hipotēzi.

Kas bija pirmais: konteiners, vielmaiņa vai ģenētika?

Tātad 60. gadu beigās, meklējot atbildi uz planētas dzīvības izcelsmes noslēpumu, zinātnieki tika sadalīti 3 nometnēs.

1. Pirmie bija pārliecināti, ka dzīve sākās ar primitīvu bioloģisko šūnu versiju veidošanos.
2. Otrais uzskatīja, ka pirmais un galvenais solis ir vielmaiņas sistēma.
3. Vēl citi ir koncentrējušies uz ģenētikas un reprodukcijas (replicēšanas) nozīmi.

Šī trešā nometne mēģināja izdomāt, kā varēja izskatīties pats pirmais replikators, paturot prātā domu, ka replikatoram jābūt izgatavotam no RNS.

Daudzas RNS sejas

Līdz 1960. gadiem zinātniekiem bija pietiekami daudz iemeslu uzskatīt, ka RNS ir visas dzīvības avots.

Šie iemesli ietvēra faktu, ka RNS varēja darīt lietas, ko DNS nevarēja.

Tā kā RNS ir vienpavedienu molekula, tā varēja saliekties dažādās formās, kas nebija iespējams ar stingru divpavedienu DNS.

RNS, kas salocījās kā origami, savā uzvedībā ļoti līdzinājās olbaltumvielām. Galu galā olbaltumvielas būtībā ir tādas pašas garas ķēdes, bet sastāv no aminoskābēm, nevis nukleotīdiem, kas ļauj tiem izveidot sarežģītākas struktūras.

Šī ir proteīnu apbrīnojamāko spēju atslēga. Daži proteīni var paātrināt vai "katalizēt" ķīmiskās reakcijas. Šīs olbaltumvielas sauc par fermentiem.

Piemēram, cilvēka zarnās ir daudz fermentu, kas sarežģītas pārtikas molekulas sadala vienkāršās (piemēram, cukurā) - tas ir, tajās, kuras tālāk izmanto mūsu šūnas. Bez fermentiem iztikt vienkārši nebūtu iespējams. Piemēram, nesenā Korejas līdera pusbrāļa nāve Malaizijas lidostā bija saistīta ar to, ka viņa organismā pārtrauca funkcionēt enzīms (enzīms), kura darbība nomāc nervu reaģentu VX - kā rezultātā elpošanas sistēma tiek paralizēta un cilvēks mirst dažu minūšu laikā. Fermenti ir tik svarīgi mūsu ķermeņa darbībai.

Leslija Orgela un Frensiss Kriks izvirzīja vēl vienu hipotēzi. Ja RNS varētu salocīt tāpat kā proteīni, vai tā varētu arī veidot fermentus?

Ja tas tā izrādītos, RNS varētu būt oriģināla un ļoti daudzpusīga dzīvā molekula, kas glabā informāciju (kā to dara DNS) un katalizē reakcijas, kā to dara daži proteīni.

Ideja bija interesanta, taču nākamo 10 gadu laikā pierādījumi, kas to apstiprinātu, tā arī netika atrasti.

RNS fermenti

Tomass Čeks ir dzimis un audzis Aiovas štatā. Pat bērnībā viņa aizraušanās bija akmeņi un minerāli. Un jau vidusskolā viņš bija pastāvīgs viesis pie vietējās universitātes ģeologiem, kuri viņam rādīja minerālu struktūru modeļus. Galu galā viņš kļuva par bioķīmiķi, koncentrējoties uz RNS izpēti.

Astoņdesmito gadu sākumā Čeks un kolēģi Kolorādo Universitātē Boulderā pētīja vienšūnas organismu, ko sauc par Tetrahymena thermophile. Daļa no šī šūnu organisma ietvēra RNS virknes. Check pamanīja, ka viens no RNS segmentiem dažreiz atdalās no pārējiem, it kā tas būtu atdalīts ar šķērēm.

Kad viņa komanda likvidēja visus fermentus un citas molekulas, kas varētu darboties kā molekulārās šķēres, RNS joprojām turpināja izolēt šo segmentu. Tajā pašā laikā tika atklāts pirmais RNS enzīms: neliels RNS segments, kas var neatkarīgi atdalīties no lielās ķēdes, kurai tas bija pievienots.

Tā kā abi RNS enzīmi tika atrasti salīdzinoši ātri, zinātnieki pieļāva, ka patiesībā varētu būt daudz vairāk. Tagad arvien vairāk pierādījumu bija par labu tam, ka dzīve sākās ar RNS.

Tomass Čeks atrada pirmo RNS enzīmu.

RNS pasaule

Valters Gilberts bija pirmais, kas deva nosaukumu šim jēdzienam.

Būdams fiziķis, kurš pēkšņi sāka interesēties par molekulāro bioloģiju, Gilberts bija viens no pirmajiem, kas aizstāvēja cilvēka genoma sekvencēšanas teoriju.

1986. gada rakstā Nature Gilberts ierosināja, ka dzīve sākās tā dēvētajā "RNS pasaulē".

Pirmais evolūcijas posms, pēc Gilberta domām, sastāvēja no "procesa, kurā RNS molekulas darbojās kā katalizatori, saliekot sevi nukleotīdu zupā".

Kopējot un ielīmējot dažādus RNS fragmentus kopējā ķēdē, RNS molekulas radīja noderīgākas ķēdes, pamatojoties uz esošajām. Galu galā pienāca brīdis, kad viņi uzzināja, kā izveidot olbaltumvielas un proteīnu fermentus, kas izrādījās daudz noderīgāki par RNS versijām, lielā mērā tos izspiežot un radot dzīvību, ko mēs redzam šodien.

RNA World ir diezgan gudrs veids, kā no jauna izveidot sarežģītus dzīvos organismus.

Šajā koncepcijā nav jāpaļaujas uz desmitiem bioloģisko molekulu vienlaicīgu veidošanos “pirmzupā”, pietiks ar vienu molekulu, ar kuru viss sākās.

Pierādījums

2000. gadā "RNS pasaules" hipotēze ieguva pārliecinošus pierādījumus.

Thomas Steitz pavadīja 30 gadus, pētot molekulu struktūras dzīvās šūnās. Deviņdesmitajos gados viņš uzsāka savas dzīves galveno pētījumu — ribosomas struktūras izpēti.

Katrai dzīvai šūnai ir ribosoma. Šī lielā molekula nolasa norādījumus no RNS un apvieno aminoskābes, lai iegūtu olbaltumvielas. Ribosomas cilvēka šūnās veido gandrīz katru ķermeņa daļu.

Līdz tam laikam jau bija zināms, ka ribosoma satur RNS. Bet 2000. gadā Steitz komanda iepazīstināja ar detalizētu ribosomas struktūras modeli, kurā RNS parādījās kā ribosomas katalītiskais kodols.

Šis atklājums bija nopietns, jo īpaši ņemot vērā to, cik sena un dzīvībai būtiski svarīga tika uzskatīta ribosoma. Fakts, ka tik svarīgs mehānisms bija balstīts uz RNS, padarīja "RNS pasaules" teoriju daudz ticamāku zinātnieku aprindās. Visvairāk priecājās RNA World koncepcijas atbalstītāji, un Steits 2009. gadā saņēma Nobela prēmiju.

Bet pēc tam zinātnieki sāka šaubīties.

“RNS pasaules” teorijas problēmas

RNS pasaules teorijai sākotnēji bija divas problēmas.

Pirmkārt, vai RNS faktiski varētu veikt visas svarīgās funkcijas? Un vai tas varēja veidoties agrīnās Zemes apstākļos?

Ir pagājuši 30 gadi, kopš Gilberts radīja "RNS pasaules" teoriju, un mums joprojām nav pārliecinošu pierādījumu, ka RNS patiešām spēj visu, kas ir aprakstīts teorijā. Jā, tā ir pārsteidzoši funkcionāla molekula, bet vai ar vienu RNS pietiek visām tai piešķirtajām funkcijām?

Acīs iekrita viena neatbilstība. Ja dzīve sākās ar RNS molekulu, tad RNS var radīt savas kopijas vai kopijas.

Bet nevienai no visām zināmajām RNS nav šīs spējas. Lai izveidotu precīzu RNS vai DNS fragmenta kopiju, ir nepieciešami daudzi fermenti un citas molekulas.

Tāpēc 80. gadu beigās biologu grupa sāka diezgan izmisīgus pētījumus. Viņi nolēma izveidot RNS, kas spēj pašreplicēties.

Mēģinājumi izveidot pašreplicējošu RNS

Džeks Szostaks no Hārvardas Medicīnas skolas bija pirmais no šiem pētniekiem. Kopš agras bērnības viņš tik ļoti aizrāvās ar ķīmiju, ka pat savu pagrabu pārvērta par laboratoriju. Viņš nicīgi izturējās pret savu drošību, kas savulaik izraisīja sprādzienu, kas pie griestiem pienagloja stikla spuldzi.

Astoņdesmito gadu sākumā Šostaks demonstrēja, kā cilvēka gēni pasargā sevi no novecošanās procesa. Šis agrīnais pētījums vēlāk noveda viņu pie Nobela prēmijas.

Bet viņš drīz vien aizrāvās ar Čeka pētījumiem par RNS enzīmiem. "Manuprāt, tas ir neticams darbs," saka Šostaks. "Principā ir ļoti iespējams, ka RNS varētu kalpot kā katalizators pašas kopiju izgatavošanai."

1988. gadā Čeks atklāja RNS enzīmu, kas spēj izveidot nelielu 10 nukleotīdu garu RNS molekulu.

Šostaks nolēma iet tālāk un laboratorijā izveidot jaunus RNS enzīmus. Viņa komanda izveidoja nejaušu secību kopumu un pārbaudīja katru, lai atrastu vismaz vienu, kam bija katalizatora spēja. Tad secības mainījās, un tests turpinājās.

Pēc 10 mēģinājumiem Šostakam izdevās izveidot RNS enzīmu, kas katalizatora lomā paātrina reakciju 7 miljonus reižu ātrāk, nekā tas notiek dabiskajā vidē.

Šostaka komanda pierādīja, ka RNS enzīmi var būt ārkārtīgi spēcīgi. Bet viņu enzīms nevarēja izveidot savas kopijas. Šostakam tas bija strupceļš.

Enzīms R18

2001. gadā nākamo izrāvienu veica bijušais Šostaka students Deivids Bartels no Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta Kembridžā.

Bartels izveidoja RNS enzīmu R18, kas varētu pievienot jaunus nukleotīdus RNS ķēdei, pamatojoties uz esošajiem.

Citiem vārdiem sakot, ferments ne tikai pievienoja nejaušus nukleotīdus, bet arī precīzi kopēja secību.

Pašreproducējošās molekulas vēl bija tālu, bet virziens bija pareizs.

R18 ferments sastāvēja no ķēdes, kas ietvēra 189 nukleotīdus, un tai varēja pievienot vēl 11 - tas ir, 6% no tā garuma. Pētnieki cerēja, ka pēc vēl dažiem eksperimentiem šos 6% varēs pārvērst par 100%.

Visveiksmīgākais šajā jomā bija Filips Holigers no Kembridžas Molekulārās bioloģijas laboratorijas. 2011. gadā viņa komanda modificēja R18 enzīmu, izveidojot tC19Z enzīmu, kas varēja kopēt līdz pat 95 nukleotīdu secību. Tas bija 48% no tā garuma - vairāk nekā R18, bet acīmredzami ne nepieciešamie 100%.

Džeralds Džoiss un Treisija Linkolna no Scripps pētniecības institūta La Jolla iepazīstināja ar alternatīvu pieeju šim jautājumam. 2009. gadā viņi izveidoja RNS enzīmu, kas rada savu repliku netieši.

Viņu ferments apvieno divus īsus RNS gabalus un rada citu fermentu. Tas, savukārt, apvieno divus citus RNS fragmentus, lai atjaunotu sākotnējo fermentu.

Ņemot vērā izejvielas, šis vienkāršais cikls var turpināties bezgalīgi. Bet fermenti darbojas pareizi tikai tad, ja ir pareizie RNS pavedieni, ko radījuši Džoisa un Linkolna.

Daudziem zinātniekiem, kuri ir skeptiski par "RNS pasaules" ideju, neatkarīgas RNS replikācijas trūkums ir galvenais skepticisma iemesls. RNS vienkārši neatbilst uzdevumam būt par visas dzīvības radītāju.

Nepievienojiet optimismu un ķīmiķu nespēju izveidot RNS no nulles. Un, lai gan RNS ir daudz vienkāršāka molekula nekā DNS, tās radīšana ir izrādījusies neticams izaicinājums.

Pirmās šūnas, visticamāk, reizinātas ar dalīšanu.

Problēma ir cukurs

Tas viss ir par cukuru, kas atrodas katrā nukleotīdā, un nukleotīda mugurkaulu. Ir iespējams tos izveidot atsevišķi, bet nav iespējams tos savienot kopā.

Deviņdesmito gadu sākumā šī problēma jau bija acīmredzama. Viņa pārliecināja daudzus biologus, ka RNS pasaules hipotēze, lai cik pievilcīga tā šķistu, joprojām paliek tikai hipotēze.

• Iespējams, ka uz agrīnās Zemes sākotnēji pastāvēja cita molekula: vienkāršāka par RNS un spēja savākties no "pirmzupiņas" un vēlāk sākt vairoties.
• Varbūt šī molekula bija pirmā, un pēc tās parādījās RNS, DNS un citi.

Poliamīda nukleīnskābe (PNA)

Šķita, ka 1991. gadā Pīters Nīlsens Kopenhāgenas Universitātē Dānijā atrada piemērotu kandidātu primārā replikatora lomai.

Faktiski tā bija ievērojami uzlabota DNS versija. Nīlsens atstāja bāzi nemainīgu - standarta A, T, C un G, bet cukura molekulu vietā viņš izmantoja molekulas, ko sauc par poliamīdiem.

Iegūto molekulu viņš sauca par poliamīda nukleīnskābi vai PNA. Tomēr laika gaitā saīsinājuma atšifrēšana kaut kādu iemeslu dēļ pārvērtās par "peptīdu nukleīnskābi".

PNA dabā nenotiek. Bet tā uzvedība ļoti līdzinās DNS uzvedībai. PNS virkne var pat aizstāt DNS molekulas virkni, un bāzes savienojas pārī kā parasti. Turklāt PNA var dubultspirāli kā DNS.

Stenlijs Millers bija ieintriģēts. Ar dziļu skepsi attiecībā uz "RNS pasaules" jēdzienu viņš uzskatīja, ka PNA ir labāk piemērota pirmā ģenētiskā materiāla lomai.

2000. gadā viņš savu viedokli pamatoja ar pierādījumiem. Līdz tam laikam viņam bija jau 70 gadu un bija pārdzīvoti vairāki insulti, pēc kuriem varēja nonākt pansionātā, taču padoties negrasījās.

Millers atkārtoja savu iepriekš aprakstīto klasisko eksperimentu, šoreiz izmantojot metānu, slāpekli, amonjaku un ūdeni, un beidzās ar PNA poliamīda mugurkaulu.

No tā izrietēja, ka uz agrīnās Zemes varēja būt apstākļi PNA parādīšanās atšķirībām RNS.

PNA uzvedas kā DNS.

Treozes nukleīnskābe (TNA)

Tikmēr citi ķīmiķi ir radījuši savas nukleīnskābes.

2000. gadā Alberts Ešenmosers radīja treozes nukleīnskābi (TNS).

Faktiski tā bija tā pati DNS, bet ar cita veida cukuru pie pamatnes. TNC ķēdes varētu veidot dubulto spirāli, un informāciju varētu pārsūtīt no RNS uz TNC un otrādi.

Turklāt TNA var veidot arī sarežģītas formas, tostarp proteīna formu. Tas norādīja, ka TNS varētu darboties kā enzīms, tāpat kā RNS.

Glikola nukleīnskābe (GNA)

Ēriks Meggers 2005. gadā izveidoja glikola nukleīnskābi, kas var arī veidot spirāli.

Katrai no šīm nukleīnskābēm bija savi atbalstītāji: parasti paši skābju radītāji.

Bet dabā no šādām nukleīnskābēm nav ne miņas, tāpēc, pat ja mēs pieņemam, ka tās izmantoja pirmā dzīvība, tad kādā posmā tai bija jāatsakās no tām par labu RNS un DNS.

Izklausās ticami, bet to neatbalsta pierādījumi.

Ideja bija laba, bet...

Tādējādi līdz 21. gadsimta pirmās desmitgades vidum "RNS pasaules" koncepcijas piekritēji nonāca sarežģītā situācijā.

No vienas puses, RNS enzīmi pastāvēja dabā un ietvēra vienu no svarīgākajiem bioloģisko mehānismu fragmentiem – ribosomu. Tas nav slikti.

Bet, no otras puses, dabā nav atrasta pašreplicējoša RNS, un neviens nav spējis precīzi izskaidrot, kā RNS veidojās “sākotnējā zupā”. Pēdējo varētu izskaidrot ar alternatīvām nukleīnskābēm, taču tās jau (vai nekad) dabā nav bijušas. Tas ir slikti.

Spriedums visai RNA World koncepcijai bija skaidrs: koncepcija ir laba, bet ne izsmeļoša.

Tikmēr kopš 80. gadu vidus lēnām attīstās cita teorija. Tās atbalstītāji apgalvoja, ka dzīvība nesākās ar RNS, DNS vai kādu citu ģenētisku vielu. Viņuprāt, dzīvība radās kā enerģijas izmantošanas mehānisms.

Enerģija vispirms?

Tātad gadu gaitā zinātnieki, kas nodarbojas ar dzīvības izcelsmi, ir sadalījušies 3 nometnēs.

Pirmās pārstāvji bija pārliecināti, ka dzīvība sākās ar RNS molekulu, taču viņi nespēja saprast, kā RNS molekulām vai RNS līdzīgām molekulām izdevās spontāni parādīties uz agrīnās Zemes un sākt vairoties. Zinātnieku panākumi sākumā apbrīnoja, bet galu galā pētnieki nonāca strupceļā. Taču arī tad, kad šīs studijas ritēja pilnā sparā, jau bija tādi, kas bija pārliecināti, ka dzīve radās pavisam savādāk.

RNS pasaules teorija balstās uz vienkāršu ideju: organisma svarīgākā funkcija ir spēja vairoties. Lielākā daļa biologu tam piekrīt. Visas dzīvās būtnes, sākot no baktērijām līdz zilajiem vaļiem, cenšas vairoties.

Tomēr daudzi šī jautājuma pētnieki nepiekrīt, ka reproduktīvā funkcija ir pirmajā vietā. Viņi saka, ka organismam ir jākļūst pašpietiekamam, pirms var sākties vairošanās. Viņam jāspēj sevi uzturēt dzīvu. Galu galā, jūs nevarat radīt bērnus, ja jūs nomirstat pirmais.

Mēs uzturam dzīvību ar pārtiku, savukārt augi absorbē enerģiju no saules gaismas.

Jā, puisis, kurš ar prieku ēd sulīgu karbonādi, nepārprotami nav līdzīgs simtgadīgam ozolam, bet patiesībā viņi abi uzsūc enerģiju.

Enerģijas uzsūkšana ir dzīvības pamats.

Vielmaiņa

Runājot par dzīvo būtņu enerģiju, mums ir darīšana ar vielmaiņu.

1. Pirmais posms ir enerģijas iegūšana, piemēram, no ar enerģiju bagātām vielām (piemēram, cukura).
2. Otrais ir enerģijas izmantošana noderīgu šūnu veidošanai organismā.

Enerģijas izmantošanas process ir ārkārtīgi svarīgs, un daudzi pētnieki uzskata, ka tieši viņš kļuva par dzīves sākumu.

Bet kā varētu izskatīties organismi ar tikai vienu vielmaiņas funkciju?

Pirmo un ietekmīgāko ieteikumu 80. gadu beigās izteica Ginters Vahtershauzers. Pēc profesijas viņš bija patentu jurists, taču viņam bija pienācīgas zināšanas ķīmijā.

Wachtershauser ierosināja, ka pirmie organismi "pārsteidzoši atšķiras no visa, ko mēs zinām". Tie nebija veidoti no šūnām. Viņiem nebija enzīmu, DNS vai RNS.

Skaidrības labad Wachtershauser aprakstīja karstā ūdens plūsmu, kas plūst no vulkāna. Ūdens bija piesātināts ar vulkāniskām gāzēm, piemēram, amonjaku, un tajā bija minerālu daļiņas no vulkāna centra.

Vietās, kur strauts plūda pāri akmeņiem, sākās ķīmiskas reakcijas. Ūdenī esošie metāli veicināja lielu organisko savienojumu veidošanos no vienkāršākiem.

vielmaiņas cikls

Pagrieziena punkts bija pirmā vielmaiņas cikla izveide.

Šī procesa laikā viena ķīmiskā viela tiek pārvērsta vairākās citās un tā tālāk, līdz beigās viss nonāk līdz pirmās vielas atjaunošanai.

Procesa laikā visa vielmaiņā iesaistītā sistēma uzkrāj enerģiju, ko var izmantot cikla restartēšanai vai kāda jauna procesa uzsākšanai.

Viss pārējais, ar ko mūsdienu organismi ir apveltīti (DNS, šūnas, smadzenes), parādījās vēlāk, turklāt uz šo ķīmisko ciklu pamata.

Metabolisma cikli nav ļoti līdzīgi dzīvībai. Tāpēc Wachtershauser savus izgudrojumus sauca par "prekursororganismiem" un rakstīja, ka tos "diez vai var saukt par dzīviem".

Bet Wachtershauser aprakstītie vielmaiņas cikli vienmēr ir jebkura dzīvā organisma centrā.

Jūsu šūnas patiesībā ir mikroskopiskas rūpnīcas, kas nepārtraukti sadala vienu vielu citā.

Metabolisma cikli, lai arī mehāniski, ir dzīvības pamatelementi.

20. gadsimta pēdējās divas desmitgades Vahtershauzers veltīja savai teorijai, izstrādājot to detalizēti. Viņš aprakstīja, kuri minerāli būtu vispiemērotākie un kādi ķīmiskie cikli varētu notikt. Viņa argumenti sāka iegūt atbalstītājus.

Eksperimentāls apstiprinājums

1977. gadā Džeka Korlisa komanda no Oregonas universitātes veica niršanu Klusā okeāna austrumu daļas ūdeņos 2,5 kilometru (1,5 jūdzes) dziļumā. Zinātnieki pētīja Galapagu karsto avotu vietā, kur no apakšas pacēlās klinšu grēdas. Zināms, ka diapazoni sākotnēji bija vulkāniski aktīvi.

Korliss atklāja, ka grēdas praktiski bija izraibinātas ar karstajiem avotiem. Karsts un ķīmiski piesātināts ūdens pacēlās no zem jūras dibena un iztecēja caur akmeņu caurumiem.

Pārsteidzoši, ka šīs "hidrotermālās atveres" bija blīvi apdzīvotas ar dīvainiem radījumiem. Tie bija milzīgi vairāku veidu gliemji, mīdijas un anelīdas.

Arī ūdens bija pilns ar baktērijām. Visi šie organismi dzīvoja ar enerģiju no hidrotermiskām atverēm.

Hidrotermālo atveru atklāšana Korlisam radīja izcilu reputāciju. Tas viņam arī lika aizdomāties.

Hidrotermālās atveres okeānā mūsdienās nodrošina dzīvību organismiem. Varbūt tie kļuva par tā galveno avotu?

hidrotermālās atveres

1981. gadā Džeks Korliss ierosināja, ka šādas atveres uz Zemes pastāvēja pirms 4 miljardiem gadu un ap tām radās dzīvība. Viņš visu savu karjeru veltīja šīs idejas attīstībai.

Korliss ierosināja, ka hidrotermiskās ventilācijas atveres varētu radīt ķīmisku vielu maisījumu. Viņš apgalvoja, ka katra ventilācijas atvere bija sava veida "pirmās zupas" izsmidzinātājs.

• Uz redzēšanos karsts ūdens plūda cauri akmeņiem, karstums un spiediens lika vienkāršākajiem organiskajiem savienojumiem pārvērsties sarežģītākos, piemēram, aminoskābēs, nukleotīdos un cukurā.
• Tuvāk izejai uz okeānu, kur ūdens vairs nebija tik karsts, tie sāka veidot ķēdes, veidojot ogļhidrātus, olbaltumvielas un nukleotīdus, piemēram, DNS.
• Tad jau pašā okeānā, kur ūdens ievērojami atdzisa, šīs molekulas sapulcējās vienkāršās šūnās.

Teorija izklausījās saprātīga un piesaistīja uzmanību.

Bet Stenlijs Millers, kura eksperiments tika apspriests iepriekš, nepiekrita entuziasmam. 1988. gadā viņš rakstīja, ka ventilācijas atveres ir pārāk karstas, lai tajās varētu veidoties dzīvība.

Korlisa teorija bija tāda, ka ekstremālas temperatūras var izraisīt tādu vielu veidošanos kā aminoskābes, taču Millera eksperimenti parādīja, ka tās var arī tās iznīcināt.

Galvenie savienojumi, piemēram, cukurs, var ilgt tikai dažas sekundes.

Turklāt šīs vienkāršās molekulas diez vai spētu veidot ķēdes, jo apkārtējais ūdens tās gandrīz acumirklī salauztu.

Silts, vēl siltāks...

Šajā brīdī diskusijā iesaistījās ģeologs Maiks Rasels. Viņš uzskatīja, ka ventilācijas teorija lieliski saskan ar Wachtershauser pieņēmumiem par prekursoru organismiem. Šīs domas lika viņam izveidot vienu no populārākajām teorijām par dzīvības izcelsmi.

Rasela jaunība pagāja, veidojot aspirīnu un pētot vērtīgus minerālus. Un iespējamā vulkāna izvirduma laikā 60. gados viņš veiksmīgi koordinēja atbildes plānu bez pieredzes. Bet viņš bija ieinteresēts pētīt, kā Zemes virsma mainījās dažādos laikmetos. Iespēja paskatīties uz vēsturi no ģeologa perspektīvas un veidojusi viņa teoriju par dzīvības rašanos.

Astoņdesmitajos gados viņš atrada fosilijas, kas liecina, ka senatnē bijušas hidrotermālās atveres, kurās temperatūra nepārsniedza 150 grādus pēc Celsija. Viņš apgalvoja, ka šīs mērenās temperatūras varētu ļaut molekulām izturēt daudz ilgāk, nekā Millers domāja.

Turklāt šo mazāk karsto ventilācijas atveru fosilijās ir kaut kas dīvains. Minerāls, ko sauc par pirītu, kas sastāv no dzelzs un sēra, 1 milimetru garu caurulīšu veidā.

Savā laboratorijā Rasels atklāja, ka pirīts var veidot arī sfēriskus pilienus. Viņš ierosināja, ka pirmās sarežģītās organiskās molekulas veidojās tieši pirīta struktūrās.

Aptuveni tajā pašā laikā Wachtershauser sāka publicēt savas teorijas, kuru pamatā bija fakts, ka ar ķīmiskām vielām bagāta ūdens straume mijiedarbojās ar kādu minerālu. Viņš pat ierosināja, ka šis minerāls varētu būt pirīts.

2+2=?

Raselam atlika tikai pievienot 2 un 2.

Viņš ierosināja, ka Wachtershauser prekursoru organismi veidojās siltās hidrotermālās atverēs dziļjūrā, kur varēja veidoties pirīta struktūras. Ja Rasels nekļūdījās, tad dzīvība radās jūras dzīlēs, un vispirms parādījās vielmaiņa.

Tas viss tika izklāstīts Rasela rakstā, kas publicēts 1993. gadā, 40 gadus pēc Millera klasiskā eksperimenta.

Rezonanse presē radās daudz mazāka, taču tas nemazina atklājuma nozīmi. Rasels apvienoja divas dažādas idejas (Wachtershauser vielmaiņas ciklus un Corliss hidrotermālās atveres) vienā diezgan pārliecinošā koncepcijā.

Koncepcija kļuva vēl iespaidīgāka, kad Rasels dalījās savās idejās par to, kā pirmie organismi absorbēja enerģiju. Citiem vārdiem sakot, viņš paskaidroja, kā viņu vielmaiņa varēja darboties. Viņa ideja balstījās uz viena no aizmirstajiem mūsdienu zinātnes ģēnijiem.

Mičela "smieklīgie" eksperimenti

60. gados bioķīmiķis Pīters Mičels slimības dēļ bija spiests pamest Edinburgas universitāti.

Viņš pārveidoja savrupmāju Kornvolā par personīgo laboratoriju. Atdalīts no zinātnieku aprindām, viņš finansēja savu darbu, pārdodot pienu no savām mājas govīm. Daudzi bioķīmiķi, tostarp Leslija Orgela, kuras pētījumi par RNS tika apspriesti iepriekš, uzskatīja, ka Mičela darbs ir ārkārtīgi smieklīgs.

Gandrīz divas desmitgades vēlāk Mičels triumfēja ar Nobela prēmiju ķīmijā 1978. gadā. Viņš nekad nav kļuvis slavens, bet viņa idejas var izsekot jebkurā bioloģijas mācību grāmatā.

Mičels savu dzīvi veltīja tam, lai pētītu, kā organismi izmanto enerģiju, ko tie iegūst no pārtikas. Citiem vārdiem sakot, viņu interesēja, kā mēs paliekam dzīvi no sekundes līdz sekundei.

Britu bioķīmiķis Pīters Mičels saņēma Nobela prēmiju ķīmijā par darbu pie ATP sintēzes mehānisma.

Kā ķermenis uzglabā enerģiju

Mičels zināja, ka visas šūnas uzglabā enerģiju noteiktā molekulā, adenozīna trifosfātā (ATP). Svarīgi ir tas, ka adenozīnam ir pievienota trīs fosfātu ķēde. Lai piesaistītu trešo fosfātu, kas vēlāk tiek uzglabāts ATP, ir nepieciešams daudz enerģijas.

Kad šūnai nepieciešama enerģija (piemēram, muskuļu kontrakcijas laikā), tā atdala trešo fosfātu no ATP. Tas pārvērš ATP par adenozīda difosfātu (ADP) un atbrīvo uzkrāto enerģiju.

Mičels vēlējās saprast, kā šūnām izdevās radīt ATP. Kā viņi koncentrēja pietiekami daudz enerģijas ADP, lai pievienotos trešais fosfāts?

Mičels zināja, ka enzīms, kas veido ATP, atrodas uz membrānas. Viņš secināja, ka šūna pāri membrānai sūknē lādētas daļiņas, ko sauc par protoniem, un tāpēc vienā pusē var redzēt daudz protonu, bet otrā pusē tādu gandrīz nav.

Pēc tam protoni mēģina atgriezties membrānā, lai saglabātu līdzsvaru katrā pusē, bet tie var nokļūt tikai līdz fermentam. Skraidošo protonu plūsma nodrošina fermentam nepieciešamo enerģiju ATP radīšanai.

Pirmo reizi Mičels ar šo ideju nāca klajā 1961. gadā. Nākamos 15 gadus viņš aizstāvēja savu teoriju no uzbrukumiem, neskatoties uz pārliecinošiem pierādījumiem.

Mūsdienās ir zināms, ka Mičela aprakstītais process ir raksturīgs ikvienai dzīvai būtnei uz planētas. Tas šobrīd notiek jūsu šūnās. Tāpat kā DNS, tā ir būtiska mūsu pazīstamās dzīves sastāvdaļa.

Dzīvei bija nepieciešama dabiska protonu atdalīšana

Veidojot savu dzīves teoriju, Rasels pievērsa uzmanību Mičela parādītajam protonu dalījumam: vienā membrānas pusē ir daudz protonu, bet otrā – tikai daži.

Visām šūnām ir nepieciešama šī protonu atdalīšana, lai uzglabātu enerģiju.

Mūsdienu šūnas rada šāda veida dalījumu, izsūknējot protonus no membrānas, taču ir iesaistīta sarežģīta molekulārā mehānika, kas nevar notikt vienas nakts laikā.

Tāpēc Rasels izdarīja vēl vienu loģisku secinājumu: dzīvība veidojās tur, kur notiek dabiska protonu atdalīšana.

Kaut kur netālu no hidrotermālajām atverēm. Bet ventilācijas atverei jābūt noteikta veida.

Agrīnā Zemē bija skābas jūras, un skābais ūdens bija tikai piesātināts ar protoniem. Lai atdalītu protonus, ūdenim pie hidrotermālajām atverēm jābūt ar protonu nabadzību, citiem vārdiem sakot, tam jābūt sārmainam.

Corliss hidrotermiskās ventilācijas atveres šim nosacījumam neatbilst. Tie bija ne tikai pārāk karsti, bet arī pārāk piesātināti ar skābēm.

Bet 2000. gadā Debora Kellija no Vašingtonas universitātes atklāja pirmās sārmainās hidrotermālās atveres.

Daktere Debora Kellija.

Sārmainas un vēsas hidrotermālās atveres

Kellijai ar lielām grūtībām izdevās kļūt par zinātnieku. Viņas tēvs nomira, kad viņa mācījās vidusskolā, un viņai bija jāstrādā pēc lekcijām, lai apmaksātu universitātes izglītību.

Bet viņai tas izdevās, un vēlāk viņa aizrāvās ar ideju pētīt zemūdens vulkānus un karstās hidrotermālās atveres. Aizraušanās ar vulkānu un zemūdens karsto atveru izpēti viņu noveda pie sirds Atlantijas okeāns. Tieši šeit dziļumā bija majestātiska kalnu grēda, kas pacēlās no okeāna dibena.

Uz šīs grēdas Kellija atklāja hidrotermālo atveru tīklu, ko viņa nosauca par "Zudušo pilsētu". Tie nebija tādi, kā Korliss bija atradis.

No tiem plūda ūdens 40-75 grādu pēc Celsija temperatūrā un ar nelielu daudzumu sārmu. Karbonātu minerāli no šāda ūdens veidoja stāvas baltas kolonnas, līdzīgas dūmu stabiem un cēlās no apakšas kā ērģeļu caurules. Neskatoties uz to spokaino un "spoku" izskatu, šajos pīlāros faktiski dzīvoja siltā ūdens mikrobu kolonijas.

Šīs sārmainās ventilācijas atveres lieliski atbilst Rasela teorijai. Viņš bija pārliecināts, ka dzīve aizsākās tādās ventilācijas atverēs, kas ir līdzīgas pazudušajā pilsētā.

Bet bija viena problēma. Kā ģeologs Rasels nezināja pietiekami daudz par bioloģiskajām šūnām, lai viņa teorija būtu pēc iespējas pārliecinošāka.

Vispusīgākā teorija par dzīvības izcelsmi uz Zemes

Lai pārvarētu savu ierobežoto zināšanu problēmas, Rasels sadarbojās ar amerikāņu biologu Viljamu Mārtinu. Pretrunīgi vērtētais Mārtiņš lielākā daļa karjeru pavadīja Vācijā.

2003. gadā viņi iepazīstināja ar Russell agrīnās koncepcijas uzlabotu versiju. Un, iespējams, šo teoriju par dzīvības izcelsmi uz Zemes var saukt par visaptverošāko no visām esošajām.

Pateicoties Kellijai, viņi zināja, ka sārmu atveru akmeņi ir poraini: tie bija izraibināti ar maziem caurumiem, kas piepildīti ar ūdeni. Zinātnieki ir ierosinājuši, ka šie caurumi spēlēja "šūnu" lomu. Katrs no tiem saturēja svarīgas vielas, piemēram, minerālus, piemēram, pirītu. Iemetiet dabisko protonu dalīšanos, ko nodrošina ventilācijas atveres, un jums ir lieliska vieta, kur sākt vielmaiņu.

Tiklīdz dzīvība sāka izmantot ūdens ķīmisko enerģiju no ventilācijas atverēm, Rasels un Mārtins ieteica, tā sāka radīt tādas molekulas kā RNS. Beigās viņa izveidoja savu membrānu, kļūstot par īstu šūnu, un atstāja poraino akmeni, dodoties uz atklātiem ūdeņiem.

Mūsdienās tā ir viena no galvenajām hipotēzēm par dzīvības izcelsmi.

Jaunākie atklājumi

Šī teorija guva spēcīgu atbalstu 2016. gada jūlijā, kad Mārtins publicēja pētījumus, kuros tika rekonstruētas dažas no “pēdējā universālā kopīgā priekšteča” (LCU) iezīmēm. Šis ir nosacīts nosaukums organismam, kas pastāvēja pirms miljardiem gadu un kas radīja visu mūsdienu dzīves daudzveidību.

Iespējams, mēs vairs nevarēsim atrast šī organisma fosilijas, taču, pamatojoties uz visiem pieejamajiem datiem, mēs varam uzminēt, kā tas izskatījās un kādas īpašības tam bija, pētot mūsdienu mikroorganismus.

Tieši to darīja Mārtiņš. Viņš pētīja 1930 mūsdienu mikroorganismu DNS un identificēja 355 gēnus, kas bija gandrīz katrā no tiem.

Var pieņemt, ka šie 355 gēni tika nodoti no paaudzes paaudzē, jo visiem šiem 1930 mikrobiem bija kopīgs sencis - domājams, no laika, kad PUOP vēl pastāvēja.

Starp šiem gēniem bija tie, kas bija atbildīgi par protonu dalījuma izmantošanu, bet nebija atbildīgi par šī dalījuma izveidi – gluži kā Rasela un Mārtina teorijā.

Turklāt PUOP, šķiet, spēj pielāgoties tādām vielām kā metāns, kas nozīmēja vulkāniski aktīvas vides klātbūtni apkārt. Tas ir, hidrotermālā atvere.

Nav tik vienkārši

Tomēr RNA World idejas atbalstītāji Rassell-Martin koncepcijā atrada divas problēmas. Vienu vēl potenciāli varētu labot, bet otrs varētu nozīmēt visas teorijas sabrukumu.

Pirmā problēma ir eksperimentālu pierādījumu trūkums, ka Rasela un Mārtina aprakstītie procesi patiešām ir notikuši.

Jā, zinātnieki ir izveidojuši teoriju soli pa solim, taču neviens no soļiem vēl nav reproducēts laboratorijā.

"Primārā izskata idejas atbalstītāji replikācija regulāri sniedz testu rezultātus,” stāsta dzīvības izcelsmes eksperts Armēns Mulkidžanjans. “Primārā izskata idejas atbalstītāji vielmaiņa viņi to nedara."

Taču tas drīz var mainīties, pateicoties Martina kolēģim Nikam Leinam no Londonas Universitātes koledžas. Lane izstrādāja "dzīvības izcelsmes reaktoru", kas simulētu apstākļus sārmainā ventilācijas atverē. Viņš cer atjaunot vielmaiņas ciklus un, iespējams, pat RNS. Bet par to runāt ir pāragri.

Otra problēma ir tā, ka ventilācijas atveres atrodas dziļi zem ūdens. Kā Millers norādīja 1988. gadā, garās ķēdes molekulas, piemēram, RNS un olbaltumvielas, nevar veidoties ūdenī bez fermentiem, kas neļautu tām sadalīties.

Daudziem pētniekiem šis arguments ir kļuvis izšķirošs.

"Ar ķīmijas priekšzināšanu jūs nevarēsit noticēt dziļūdens ventilācijas teorijai, jo jūs zināt ķīmiju un saprotat, ka visas šīs molekulas nav savienojamas ar ūdeni," saka Mulkidzhanian.

Neskatoties uz to, Rasels un viņa atbalstītāji nesteidzas atteikties no savām idejām.

Taču pēdējā desmitgadē priekšplānā ir izvirzījusies trešā pieeja, ko pavada virkne ārkārtīgi kuriozu eksperimentu.

Atšķirībā no "RNS pasaules" teorijām un hidrotermiskajām atverēm šī pieeja, ja tā bija veiksmīga, solīja neiedomājamo - dzīvas šūnas izveidi no nulles.

Kā izveidot šūnu?

Līdz 21. gadsimta sākumam bija divi vadošie priekšstati par dzīvības izcelsmi.

1. Atbalstītāji "RNS pasaule" apgalvoja, ka dzīve sākās ar pašreplicējošu molekulu.
2. Tās pašas teorijas piekritēji par " primārais metabolisms" radīja detalizētu izpratni par to, kā dzīvība varēja rasties dziļūdens hidrotermālās atverēs.

Tomēr priekšplānā izvirzījusies trešā teorija.

Katra dzīvā būtne uz Zemes sastāv no šūnām. Katra šūna būtībā ir mīksta bumbiņa ar stingru sienu jeb "membrānu".

Šūnas uzdevums ir saturēt visus dzīvībai svarīgos elementus. Ja plīsīs ārsiena, tad iekšpuses izlīdīs ārā, un šūna īstenībā nomirs – kā izķidāts cilvēks.

Šūnas ārējā siena ir tik svarīga, ka daži zinātnieki uzskata, ka tai vajadzēja parādīties vispirms. Viņi ir pārliecināti, ka "primārās ģenētikas" teorija un "primārā metabolisma" teorija ir fundamentāli nepareiza.

Viņu alternatīva, "primārā sadalīšana", galvenokārt balstās uz Pjēra Luidži Luisi no Romas Tre universitātes darbu.

Protošūnu teorija

Luisi argumenti ir vienkārši un pārliecinoši. Kā var iedomāties vielmaiņas vai pašreplicējošās RNS procesu, kur vajag daudz vielu vienuviet, ja vēl nav konteinera, kurā molekulas ir drošas?

Secinājums no tā ir šāds: pastāv tikai viena dzīvības izcelsmes versija.

Kaut kādā veidā agrīnās Zemes karstuma un vētru vidū noteiktas izejvielas veidoja primitīvas šūnas jeb "protošūnas".

Lai pierādītu šo teoriju, ir nepieciešams veikt eksperimentus laboratorijā - mēģināt izveidot vienkāršu dzīvo šūnu.

Luizija ideju saknes meklējamas padomju zinātnieka Aleksandra Oparina darbos, kas tika apspriesti iepriekš. Oparins uzsvēra, ka dažas vielas veido burbuļus, ko sauc koacervē, kas savā centrā var turēt citas vielas.

Louisi ierosināja, ka šie koacervāti bija pirmie protošūni.

Koacervāti, iespējams, bija pirmie protošūni.

lipīdu pasaule

Jebkura taukaina vai eļļaina viela uz ūdens veido burbuļus vai plēvi. Šo vielu grupu sauc par lipīdiem, un teoriju, ka tās radīja dzīvību, sauc par "lipīdu pasauli".

Bet ar burbuļu veidošanos vien nepietiek. Tiem ir jābūt stabiliem, spējīgiem dalīties, lai radītu "meitas" burbuļus, un vismaz zināmā mērā jākontrolē vielu plūsma tajās un no tām – viss bez olbaltumvielām, kas mūsdienu šūnās ir atbildīgas par šīm funkcijām.

Tātad bija nepieciešams izveidot protošūnas no pareizajiem materiāliem. Tas ir tieši tas, ko Luizija darīja vairākas desmitgades, taču neko pārliecinošu neparādīja.

Protošūna ar RNS

Tad 1994. gadā Luizija izteica drosmīgu ieteikumu. Pēc viņa domām, pirmajās protošūnās noteikti bija RNS. Turklāt šai RNS bija jāspēj reproducēt sevi protošūnā.

Šis pieņēmums nozīmēja tīras "primārās sadalīšanas" noraidīšanu, taču Luisi bija labs iemesls to darīt.

Šūnai ar ārējo sienu, bet iekšpusē nav gēnu, nebija daudz funkciju. Viņai bija jāspēj dalīties meitas šūnās, taču viņa nevarēja nodot informāciju par sevi savai atvasei. Šūna varētu sākt attīstīties un kļūt sarežģītāka tikai tad, ja būtu vismaz daži gēni.

Teorija drīz vien ieguva stabilu atbalstītāju Džekā Szostakā, kura darbs pie RNS pasaules hipotēzes tika apspriests iepriekš. Daudzus gadus šie zinātnieki atradās dažādās zinātniskās kopienas pusēs - Luisi atbalstīja ideju par "primāro nodalījumu", bet Šostaks - "primāro ģenētiku".

"Konferencēs par dzīvības izcelsmi mēs vienmēr iesaistījāmies ilgās debatēs par to, kas bija svarīgāks un kas bija pirmais," atceras Šostaks. "Beigās mēs sapratām, ka šūnām ir vajadzīgas abas. Mēs nonācām pie secinājuma, ka bez nodalīšanas un ģenētiskās sistēmas pirmā dzīvība nevarētu veidoties.

2001. gadā Šostaks un Luizi apvienoja spēkus un turpināja pētījumus. Rakstā žurnālā Nature viņi apgalvoja, ka, lai no nulles izveidotu dzīvu šūnu, ir nepieciešams ievietot pašreplicējošu RNS vienkāršā tauku pilē.

Ideja bija drosmīga, un drīz Šostaks pilnībā nodevās tās īstenošanai. Pareizi spriežot, ka "nav iespējams uzgleznot teoriju bez praktiskiem pierādījumiem", viņš nolēma sākt eksperimentus ar protošūnām.

Pūslīši

Divus gadus vēlāk Šostaks un divi kolēģi paziņoja par nozīmīgu zinātnes sasniegumu.

Eksperimenti tika veikti ar pūslīšiem: sfēriski pilieni ar diviem taukskābju slāņiem ārpusē un šķidru kodolu iekšpusē.

Mēģinot paātrināt pūslīšu veidošanos, zinātnieki pievienoja māla minerāla daļiņas, ko sauc par montmorilonītu. Tas 100 reizes paātrināja pūslīšu veidošanos. Māla virsma kalpoja kā katalizators, būtībā pildot fermenta uzdevumu.

Turklāt pūslīši varētu absorbēt gan montmorilonīta daļiņas, gan RNS ķēdes no māla virsmas.

Vienkārši pievienojot mālu, protošūnās bija gan gēni, gan katalizators.

Lēmums pievienot montmorilonītu nebija bez iemesla. Vairāku gadu desmitu pētījumi ir parādījuši, ka montmorilonīts un citi māla minerāli bija ļoti svarīgi dzīvības izcelsmē.

Montmorilonīts ir parasts māls. Tagad to plaši izmanto ikdienas dzīvē, piemēram, kā pildvielu kaķu pakaišiem. Tas veidojas, laika apstākļu ietekmē sadaloties vulkāniskajiem pelniem. Tā kā uz agrīnās Zemes bija daudz vulkānu, ir loģiski pieņemt, ka montmorilonīts bija pārpilnībā.

Jau 1986. gadā ķīmiķis Džeimss Feriss pierādīja, ka montmorilonīts ir katalizators, kas veicina organisko molekulu veidošanos. Vēlāk viņš arī atklāja, ka šis minerāls paātrina mazu RNS veidošanos.

Tas lika Ferisam domāt, ka bezjēdzīgais māls kādreiz bija dzīvības dzimtene. Šostaks izmantoja šo ideju un izmantoja montmorilonītu, lai izveidotu protošūnas.

Pūšļu veidošanās ar māla piedalīšanos notika simtiem reižu ātrāk.

Protošūnu izstrāde un sadalīšana

Gadu vēlāk Szostaka komanda atklāja, ka viņu protošūnas aug paši.

Kad protošūnai tika pievienotas jaunas RNS molekulas, ārējā siena noslīdēja pieaugošā spiediena ietekmē. Izskatījās, ka protošūna būtu piebāzusi vēderu un gatavojas pārsprāgt.

Lai kompensētu spiedienu, protošūnas izvēlējās visvairāk taukskābju un iebūvēja tās sienā, lai tās varētu droši turpināt uzpūsties līdz lieliem izmēriem.

Bet svarīgi ir tas, ka taukskābes tika ņemtas no citām protošūnām ar mazāku RNS saturu, kas izraisīja to saraušanos. Tas nozīmēja, ka protošūnas sacentās, un uzvarēja tie, kas saturēja vairāk RNS.

Tas noveda pie iespaidīgiem secinājumiem. Ja protošūnas varētu augt, vai tās varētu sadalīties? Vai Šostaks spēs piespiest protošūnas vairoties pašas?

Pirmie Šostaka eksperimenti parādīja vienu no protošūnu sadalīšanas veidiem. Kad protošūnas tika izspiestas caur maziem caurumiem, tie saraujās kanāliņu formā, kas pēc tam sadalījās "meitas" protošūnās.

Šis bija foršs, jo procesā netika iesaistīti nekādi šūnu mehānismi, tikai parasts mehāniskais spiediens.

Bet bija arī trūkumi, jo eksperimenta laikā protošūnas zaudēja daļu sava satura. Izrādījās arī, ka pirmās šūnas varēja dalīties tikai ārēju spēku spiediena ietekmē, kas tās izstumtu cauri šauriem caurumiem.

Ir daudzi veidi, kā piespiest pūslīšus sadalīties, piemēram, pievienojot spēcīgu ūdens strūklu. Taču bija jāatrod veids, kā protošūnas sadalītos, nezaudējot saturu.

Spuldzes princips

2009. gadā Šostaks un viņa skolnieks Tins Džu atrada risinājumu. Viņi izveidoja nedaudz sarežģītākus protošūnas ar vairākām sienām, kas nedaudz atgādina sīpola slāņus. Neskatoties uz šķietamo sarežģītību, šādu protošūnu izveidošana bija diezgan vienkārša.

Kad Zhu tos baroja ar taukskābēm, protošūnas auga un mainīja formu, pagarinot un iegūstot pavedienu formu. Kad protošūna kļuva pietiekami liela, bija nepieciešams tikai neliels spēks, lai to sadalītu mazās meitas protošūnās.

Katra meitas protošūna saturēja RNS no vecāku protošūnas, un praktiski neviena no RNS netika zaudēta. Turklāt protošūnas varētu turpināt šo ciklu tālāk - meitas protošūnas auga un sadalījās pašas no sevis.

Turpmāko eksperimentu laikā Džu un Šostaks atrada veidu, kā piespiest protošūnas dalīties. Šķiet, ka viena problēmas daļa ir atrisināta.

Nepieciešamība pēc pašreplicējošas RNS

Tomēr protošūnas joprojām nedarbojās pareizi. Luizi uzskatīja, ka protošūnas ir pašreplicējošu RNS nesēji, taču līdz šim RNS atradās tikai iekšā un neko neietekmēja.

Lai pierādītu, ka protošūnas patiešām bija pirmā dzīvība uz Zemes, Šostakam vajadzēja panākt, lai RNS izveidotu sevis kopijas.

Uzdevums nebija viegls, jo zinātnieku eksperimentu desmitgades, par kurām mēs rakstījām iepriekš, neizraisīja pašreplicējošas RNS izveidi.

Pats Šostaks saskārās ar to pašu problēmu agrīnā darbā pie RNS pasaules teorijas. Kopš tā laika šķiet, ka neviens to nav atrisinājis.

Orgels pavadīja 70. un 80. gadus, pētot RNS virkņu kopēšanas principu.

Tās būtība ir vienkārša. Jums ir jāņem viena RNS virkne un jāievieto traukā ar nukleotīdiem. Pēc tam izmantojiet šos nukleotīdus, lai izveidotu otru RNS virkni, kas papildinās pirmo.

Piemēram, "CGC" modeļa RNS virkne veidos "GCG" modeļa papildu virkni. Nākamajā kopijā tiks atjaunota sākotnējā "CGC" shēma.

Orgels pamanīja, ka noteiktos apstākļos RNS virknes tiek kopētas šādā veidā bez enzīmu palīdzības. Iespējams, ka pirmā dzīvība šādi nokopēja savus gēnus.

Līdz 1987. gadam Orgel varēja izveidot papildu 14 nukleotīdu virknes RNS virknēs, kas arī bija 14 nukleotīdus garas.

Trūkst elementa

Adamala un Szostaks atklāja, ka reakcijai ir nepieciešams magnijs. Tas bija problemātiski, jo magnijs iznīcināja protošūnas. Bet bija izeja: izmantojiet citrātu, kas ir gandrīz identisks citronskābe, ko satur citroni un apelsīni, un kas atrodas jebkurā dzīvā šūnā.

2013. gadā publicētajā rakstā Adamala un Szostak aprakstīja pētījumu, kurā citrāts tika pievienots protošūnām, pārklājoties ar magniju un aizsargājot protošūnas, netraucējot ķēdes kopēšanu.

Citiem vārdiem sakot, viņi sasniedza to, par ko Luizija runāja 1994. gadā. "Mēs izraisījām RNS pašreplikāciju taukskābju pūslīšos," saka Szostak.

Tikai desmit gadu pētījumos Šostaka komanda ir sasniegusi neticamus rezultātus.

• Zinātnieki ir izveidojuši protošūnas, kas saglabā savus gēnus, vienlaikus absorbējot labvēlīgās molekulas no vides.
• Protošūnas var augt un dalīties un pat konkurēt savā starpā.
• Tie satur RNS, kas atkārtojas paši.
• Visādā ziņā laboratorijā izveidotās protošūnas ļoti līdzinās dzīvībai.

Viņi bija arī izturīgi. 2008. gadā Szostaka komanda atklāja, ka protošūnas var izturēt temperatūru līdz 100 grādiem pēc Celsija, kurā lielākā daļa mūsdienu šūnu mirst. Tas tikai nostiprināja pārliecību, ka protošūnas ir līdzīgas pirmajai dzīvībai, kurai bija kaut kā jāizdzīvo pastāvīgas meteoru lietus apstākļos.

"Šostaka panākumi ir iespaidīgi," saka Armēns Mulkidžanjans.

Tomēr no pirmā acu uzmetiena Šostaka pieeja ļoti atšķiras no citiem pēdējos 40 gadus veiktajiem dzīvības izcelšanās pētījumiem. Tā vietā, lai koncentrētos uz "primāro pašreprodukciju" vai "primāro nodalījumu", viņš atrada veidu, kā apvienot šīs teorijas.

Tas bija iemesls jaunas vienotas pieejas radīšanai jautājumam par dzīvības izcelsmi uz Zemes.

Šī pieeja nozīmē, ka pirmajai dzīvei nebija īpašību, kas parādījās pirms pārējām. Idejai par “primāro īpašību kopu” jau ir daudz praktisku pierādījumu, un tā var hipotētiski atrisināt visas esošo teoriju problēmas.

grandioza apvienošanās

Meklējot atbildi uz jautājumu par dzīvības izcelsmi, 20. gadsimta zinātnieki tika sadalīti 3 nometnēs. Katrs turējās pie savām hipotēzēm un atzinīgi novērtēja abu pārējo darbu. Šī pieeja noteikti bija efektīva, taču katra no nometnēm galu galā saskārās ar neatrisināmām problēmām. Tāpēc mūsdienās vairāki zinātnieki ir nolēmuši izmēģināt vienotu pieeju šai problēmai.

Apvienošanās ideja sakņojas nesenā atklājumā, kas pierāda tradicionālo "RNS pasaules" "primārās pašreprodukcijas" teoriju, bet tikai no pirmā acu uzmetiena.

2009. gadā "RNS pasaules" teorijas piekritēji saskārās ar lielu izaicinājumu. Viņi nevarēja radīt nukleotīdus, RNS veidojošos blokus, tādā veidā, kādu viņi būtu varējuši paši radīt agrīnos Zemes apstākļos.

Kā mēs redzējām iepriekš, tas daudziem pētniekiem lika domāt, ka pirmā dzīvība vispār nebija balstīta uz RNS.

Džons Sazerlends par to ir domājis kopš 80. gadiem. "Būtu lieliski, ja kāds varētu parādīt, kā RNS tiek samontēta pati par sevi," viņš saka.

Par laimi Sazerlendam viņš strādāja Kembridžas Molekulārās bioloģijas laboratorijā (LMB). Vairums pētniecības institūti nemitīgi tracinot savus darbiniekus, gaidot jaunus atklājumus, bet LMB ļāva darbiniekiem nopietni strādāt pie problēmas. Tāpēc Sazerlends varēja mierīgi pārdomāt, kāpēc bija tik grūti izveidot RNS nukleotīdus, un vairāku gadu laikā viņš izstrādāja alternatīvu pieeju.

Rezultātā Sazerlends nonāca pie pilnīgi jauna skatījuma uz dzīvības izcelsmi, kas sastāvēja no tā, ka visas galvenās dzīves sastāvdaļas varēja veidoties vienlaikus.

Pieticīgā Kembridžas Molekulārās bioloģijas laboratorijas ēka.

Laimīga molekulu un apstākļu sakritība

"Vairāki galvenie RNS ķīmijas aspekti nedarbojās uzreiz," skaidro Sazerlends. Katrs RNS nukleotīds sastāv no cukura, bāzes un fosfāta. Bet praksē nebija iespējams piespiest cukuru un bāzi mijiedarboties. Molekulas vienkārši nebija pareizās formas.

Tāpēc Sazerlends sāka eksperimentēt ar citām vielām. Rezultātā viņa komanda izveidoja 5 vienkāršas molekulas, kas sastāv no cita veida cukura un cianamīda, kas, kā norāda nosaukums, ir saistīts ar cianīdu. Šīs vielas tika nodotas virknē ķīmiskās reakcijas, kas galu galā noveda pie divu no četriem nukleotīdiem.

Neapšaubāmi, tas bija panākums, kas uzreiz paaugstināja Sazerlendas reputāciju.

Daudziem novērotājiem šķita, ka tas ir vēl viens pierādījums par labu "RNS pasaules" teorijai. Taču pats Sazerlends to redzēja savādāk.

"Klasiskā" hipotēze par "RNS pasauli" koncentrējās uz faktu, ka pirmajos organismos RNS bija atbildīga par visām dzīvības funkcijām. Taču Sazerlends apgalvojumu sauc par "bezcerīgi optimistisku". Viņš uzskata, ka RNS tajās piedalījās, bet nebija vienīgais dzīvotspējai svarīgais komponents.

Sazerlendu iedvesmoja Džeka Szostaka jaunākais darbs, kurš apvienoja RNS pasaules "pirmās pašreplicēšanas" koncepciju ar Pjēra Luidži Luisi idejām par "primāro nodalījumu".

Kā no jauna izveidot dzīvu šūnu

Sazerlenda uzmanību pievērsa kāda dīvaina detaļa nukleotīdu sintēzē, kas sākumā šķita nejauša.

Pēdējais solis Sazerlenda eksperimentos vienmēr bija fosfātu pievienošana nukleotīdam. Bet vēlāk viņš saprata, ka tas ir jāpievieno no paša sākuma jo fosfāts paātrina reakcijas agrīnās stadijās.

Šķita, ka sākotnējā fosfāta pievienošana tikai palielināja reakcijas nejaušību, taču Sazerlends spēja saprast, ka šī nejaušība ir labvēlīga.

Tas viņam lika tā domāt maisījumiem jābūt nejaušiem. Uz agrīnās Zemes, visticamāk, vienā peļķē peldēja daudz ķīmisku vielu. Protams, maisījumiem nevajadzētu atgādināt purvu ūdeņus, jo ir jāatrod optimālais nejaušības līmenis.

1950. gadā radītie Stenlija Millera maisījumi, kas tika minēti iepriekš, bija daudz haotiskāki nekā Sazerlenda maisījumi. Tie saturēja bioloģiskas molekulas, taču, kā saka Sazerlends, "to bija maz, un tiem bija pievienots daudz lielāks skaits nebioloģisku savienojumu".

Sazerlends uzskatīja, ka Millera eksperimenta apstākļi nebija pietiekami tīri. Maisījums bija pārāk haotisks, kā dēļ tajā vienkārši tika zaudētas nepieciešamās vielas.

Tāpēc Sazerlends nolēma uzņemt "Goldilocks chemistry": ne tik pārslogots ar dažādām vielām, lai kļūtu bezjēdzīgs, bet arī ne tik vienkāršs, ka tā iespējas būtu ierobežotas.

Bija nepieciešams izveidot sarežģītu maisījumu, kurā vienlaikus varētu veidoties un pēc tam apvienoties visas dzīvības sastāvdaļas.

Pirmatnējais dīķis un dzīvības veidošanās dažu minūšu laikā

Vienkārši sakot, iedomājieties, ka pirms 4 miljardiem gadu uz Zemes bija neliels dīķis. Daudzus gadus tajā veidojās nepieciešamās vielas, līdz maisījums ieguva ķīmiskais sastāvs, kas nepieciešams procesa sākšanai. Un tad izveidojās pirmā šūna, iespējams, tikai dažu minūšu laikā.

Tas var izklausīties fantastiski, tāpat kā viduslaiku alķīmiķu apgalvojumi. Bet Sazerlendam sāka būt pierādījumi.

Kopš 2009. gada viņš demonstrē, ka tās pašas vielas, no kurām veidojās viņa pirmie divi RNS nukleotīdi, var izmantot, lai radītu citas jebkuram dzīvam organismam svarīgas molekulas.

Acīmredzamais nākamais solis bija citu RNS nukleotīdu radīšana. Ar to Sazerlends vēl nav ticis galā, taču 2010. gadā viņš demonstrēja tam tuvas molekulas, kas potenciāli varētu pārvērsties nukleotīdos.

Un 2013. gadā viņš savāca aminoskābju prekursorus. Šoreiz viņš pievienoja vara cianīdu, lai radītu nepieciešamo reakciju.

Daudzos eksperimentos bija vielas, kuru pamatā ir cianīds, un 2015. gadā Sazerlends tās atkal izmantoja. Viņš parādīja, ka ar vienu un to pašu vielu komplektu ir iespējams izveidot lipīdu prekursorus - molekulas, kas veido šūnu sienas. Reakcija notika ultravioletās gaismas ietekmē, un tajā piedalījās sērs un varš, palīdzot procesu paātrināt.

"Visi celtniecības bloki [veidoja] no kopīga ķīmisko reakciju kodola," skaidro Szostak.

Ja Sazerlendam ir taisnība, tad mūsu uzskats par dzīvības izcelsmi pēdējos 40 gadus ir bijis fundamentāli nepareizs.

No brīža, kad zinātnieki redzēja, cik sarežģīta ir šūnas uzbūve, visi bija vērsti uz domu, ka pirmās šūnas tika saliktas kopā. pakāpeniski, elementu pēc elementa.

Kopš Leslija Orgela nāca klajā ar ideju, ka RNS bija pirmajā vietā, pētnieki ir "mēģinājuši paņemt vienu elementu un pēc tam likt tam izveidot pārējo", saka Sazerlends. Viņš pats uzskata, ka ir jārada visi reizē.

Haoss ir nepieciešams dzīves nosacījums

"Mēs apstrīdējām ideju, ka šūna ir pārāk sarežģīta, lai tās parādītos uzreiz," saka Sazerlends. "Kā redzat, jūs varat izveidot blokus visām sistēmām vienlaikus."

Šostakam pat ir aizdomas, ka lielākā daļa mēģinājumu radīt dzīvības molekulas un salikt tās dzīvās šūnās ir izgāzušies tā paša iemesla dēļ: pārāk sterili eksperimentālie apstākļi.

Zinātnieki paņēma nepieciešamās vielas un pilnībā aizmirsa par tām, kas varēja pastāvēt arī uz agrīnās Zemes. Taču Sazerlenda darbs liecina, ka jaunu vielu pievienošana maisījumam rada sarežģītākus savienojumus.

Pats Šostaks ar to saskārās 2005. gadā, kad mēģināja savās protošūnās ievadīt RNS enzīmu. Fermentam bija nepieciešams magnijs, kas iznīcināja protošūnu membrānu.

Risinājums bija elegants. Tā vietā, lai izveidotu pūslīšus tikai no viena taukskābju, izveidojiet tos no divu skābju maisījuma. Iegūtie pūslīši varētu tikt galā ar magniju, kas nozīmē, ka tie varētu kalpot kā RNS enzīmu “nesēji”.

Turklāt Szostaks saka, ka pirmie gēni, iespējams, pēc būtības bija nejauši.

Mūsdienu organismi izmanto tīru DNS, lai nodotu gēnus, taču, visticamāk, tīra DNS sākumā nepastāvēja. Tā vietā varētu būt RNS nukleotīdu un DNS nukleotīdu maisījums.

2012. gadā Szostak parādīja, ka šāds maisījums var apvienoties "mozaīkas" molekulās, kas izskatās un uzvedas kā tīra RNS. Un tas pierāda, ka RNS un DNS jaukto molekulu teorijai ir tiesības pastāvēt.

Šie eksperimenti runāja par sekojošo – nav svarīgi, vai pirmajiem organismiem varētu būt tīra RNS vai tīra DNS.

"Es faktiski atgriezos pie idejas, ka pirmais polimērs bija līdzīgs RNS, bet izskatījās nedaudz haotiskāks," saka Szostaks.

RNS alternatīvas

Iespējams, ka tagad varētu būt vairāk alternatīvu RNS, papildus jau esošajiem TNC un PNA, par kuriem tika runāts iepriekš. Mēs nezinām, vai tie pastāvēja uz agrīnās Zemes, bet pat tad, ja tie pastāvētu, pirmie organismi, iespējams, tos būtu izmantojuši kopā ar RNS.

Tā vairs nebija "RNS pasaule", bet gan "kaut kas-tikai-nav pasaule".

No tā visa var smelties šādu mācību - pirmās dzīvās šūnas pašrašanās nemaz nebija tik grūta, kā mums šķita iepriekš. Jā, šūnas ir sarežģītas mašīnas. Bet, kā izrādījās, tie darbosies, lai arī ne perfekti, pat ja tie ir “akli pēc nejaušības principa” no improvizētiem materiāliem.

Pēc šūnas struktūras tik aptuvenas parādīšanās, šķiet, ka viņiem bija maz iespēju izdzīvot uz agrīnās Zemes. No otras puses, viņiem nebija konkurences, viņiem nedraudēja nekādi plēsēji, tāpēc daudzējādā ziņā dzīve uz pirmatnējās Zemes bija vieglāka nekā tagad.

Bet ir viens "Bet"

Taču ir viena problēma, kuru nevarēja atrisināt ne Sazerlends, ne Šostaks, un tā ir diezgan nopietna.

Pirmajam organismam noteikti bija kāda veida vielmaiņa. Jau no paša sākuma dzīvei bija jābūt spējai uzņemt enerģiju, citādi šī dzīvība būtu gājusi bojā.

Šajā brīdī Sazerlends piekrita Maika Rasela, Bila Mārtina un citu "primārās vielmaiņas" atbalstītāju idejām.

“Teoriju par “RNS pasauli” un “primāro metabolismu” atbalstītāji veltīgi strīdējās savā starpā. Abām pusēm bija labi argumenti,” skaidro Sazerlends.

"Vielmaiņa kaut kur kaut kur sākās," raksta Šostaks. "Bet tas, kas kļuva par ķīmiskās enerģijas avotu, ir liels jautājums."

Pat ja Mārtins un Rasels kļūdās, ka dzīve sākās dziļjūras atverēs, daudzas viņu teorijas daļas ir tuvu patiesībai. Pirmais ir metālu svarīgā loma dzīvības izcelsmē.

Daudzu enzīmu kodolā ir metāla atoms. Parasti šī ir fermenta "aktīvā" daļa, bet pārējā molekula ir atbalsta struktūra.

Pirmajā dzīvē sarežģīti enzīmi nevarēja būt, tāpēc tas, visticamāk, izmantoja "kailus" metālus kā katalizatorus.

Katalizatori un fermenti

Ginters Vahtenshauzers arī runāja par to pašu, minot, ka dzīvība veidojusies uz dzelzs pirīta. Rasels arī uzsver, ka ūdens hidrotermālajās atverēs ir bagāts ar metāliem, kas var būt katalizatori, un Mārtina pētījumi par pēdējo universālo kopīgo priekšteci mūsdienu baktērijās liecina par daudzu uz dzelzi balstītu enzīmu klātbūtni tajā.

Tas viss liek domāt, ka daudzas Sazerlendas ķīmiskās reakcijas noritēja veiksmīgi tikai uz vara (un sēra, kā uzsvēra Wachtershauser) rēķina un ka RNS Šostaka protošūnās ir nepieciešams magnijs.

Var izrādīties, ka arī hidrotermālās atveres ir svarīgas dzīvības radīšanai.

"Ja paskatās uz mūsdienu vielmaiņu, jūs varat redzēt elementus, kas runā paši par sevi, piemēram, dzelzs un sēra kopas," skaidro Šostaks. "Tas atbilst idejai, ka dzīvība radās ventilācijas atverē vai tās tuvumā, kur ūdens ir piesātināts ar dzelzi un sēru."

To sakot, ir tikai viena lieta, ko piebilst. Ja Sazerlends un Šostaks ir uz pareizā ceļa, tad viens ventilācijas teorijas aspekts noteikti ir maldinošs: dzīve nevarēja sākties jūras dzīlēs.

"Atvērām mēs ķīmiskie procesiļoti atkarīgs no ultravioletā starojuma, ”saka Sazerlends.

Vienīgais šāda starojuma avots ir Saule, tāpēc reakcijām jānotiek tieši zem tās stariem. Tas izsvītro versiju ar dziļjūras ventilācijas atverēm.

Šostaks piekrīt, ka jūras dzīles nevar uzskatīt par dzīvības šūpuli. "Sliktākais ir tas, ka tie ir izolēti no mijiedarbības ar atmosfēru, kas ir ar enerģiju bagātu izejmateriālu, piemēram, cianīda, avots."

Bet visas šīs problēmas nepadara hidrotermālo atveru teoriju bezjēdzīgu. Varbūt šīs atveres atradās seklā ūdenī, kur tām bija pieejama saules gaisma un cianīds.

Dzīve nav radusies okeānā, bet gan uz sauszemes

Armens Mulkidžanjans ierosināja alternatīvu. Ko darīt, ja dzīvība radusies ūdenī, bet ne okeānā, bet uz sauszemes? Proti - vulkāniskā dīķī.

Mulkidzhanian vērsa uzmanību uz šūnu ķīmisko sastāvu: jo īpaši, kuras vielas tās pieņem un kuras noraida. Izrādījās, ka jebkura organisma šūnās ir daudz fosfātu, kālija un citu metālu, izņemot nātriju.

Mūsdienu šūnas uztur metālu līdzsvaru, izsūknējot tos no apkārtējās vides, taču pirmajām šūnām šādas iespējas nebija – sūknēšanas mehānisms vēl nebija izstrādāts. Tāpēc Mulkidzhanian ierosināja, ka pirmās šūnas parādījās tur, kur bija aptuvens vielu kopums, kas veido mūsdienu šūnas.

Tas nekavējoties šķērso okeānu no potenciālo dzīvības šūpuļu saraksta. Dzīvās šūnās ir daudz vairāk kālija un fosfātu un daudz mazāk nātrija nekā okeānā.

Saskaņā ar šo teoriju piemērotāki ir ģeotermālie avoti vulkānu tuvumā. Šajos dīķos ir tāds pats metālu maisījums kā būros.

Šostaks šo ideju ļoti atbalsta. "Man šķiet, ka ideāla vieta visiem apstākļiem būtu sekls ezers vai dīķis ģeotermiski aktīvā zonā," viņš apstiprina. "Mums ir vajadzīgas hidrotermālās atveres, bet ne dziļūdens, bet drīzāk līdzīgas tām, kas atrodamas vulkāniski aktīvās vietās, piemēram, Jeloustonā."

Šādā vietā varētu notikt Sazerlenda ķīmiskās reakcijas. Avotos ir nepieciešamais vielu komplekts, ūdens līmenis svārstās tā, ka dažas vietas ik pa laikam izžūst, netrūkst arī saules ultravioleto staru.

Turklāt Šostaks saka, ka šādi dīķi ir lieliski piemēroti viņa protošūnām.

"Protošūnas parasti uztur zemu temperatūru, kas ir laba RNS kopēšanai un cita veida vienkāršam metabolismam," saka Szostak. "Bet ik pa laikam tie īslaicīgi uzkarst, kas palīdz atdalīt RNS pavedienus un sagatavo tos turpmākai pašreplicēšanai." Aukstā vai karstā ūdens plūsmas var arī palīdzēt dalīties protošūnām.

Ģeotermālie avoti pie vulkāniem varētu kļūt par dzīvības dzimteni.

Meteorīti varētu palīdzēt dzīvībai

Pamatojoties uz visiem esošajiem argumentiem, Sazerlends piedāvā arī trešo iespēju – vietu, kur meteorīts nokrita.

Pirmajos 500 miljonos pastāvēšanas gadu Zeme regulāri tika pakļauta meteoru lietusgāzēm – tās nokrīt līdz mūsdienām, taču daudz retāk. Pienācīga izmēra meteorīta trieciena vieta varētu radīt tādus pašus apstākļus kā dīķi, par kuriem runāja Mulkidzhanian.

Pirmkārt, meteorīti pārsvarā ir izgatavoti no metāla. Un vietas, kur tie nokrīt, bieži ir bagāti ar metāliem, piemēram, dzelzi un sēru. Un, pats galvenais, vietās, kur nokrīt meteorīts, tiek izspiesta zemes garoza, kas noved pie ģeotermālās aktivitātes un karstā ūdens parādīšanās.

Sazerlends apraksta nelielas upes un straumes, kas tek pa jaunizveidotu krāteru malām, kas ultravioleto staru ietekmē izvelk no akmeņiem vielas, kuru pamatā ir cianīds. Katra upīte satur nedaudz atšķirīgu vielu maisījumu, tāpēc galu galā notiek dažādas reakcijas un tiek ražots vesels klāsts organisko vielu.

Galu galā straumes tiek apvienotas vulkāniskā dīķī krātera apakšā. Varbūt tieši tādā dīķī vienā reizē tika savāktas visas nepieciešamās vielas, no kurām veidojās pirmie protošūni.

"Tā ir ļoti specifiska notikumu gaita," piekrīt Sazerlends. Bet viņš sliecas uz to, pamatojoties uz atrastajām ķīmiskajām reakcijām: "Šī ir vienīgā notikumu gaita, kurā varētu notikt visas manos eksperimentos parādītās reakcijas."

Šostaks par to joprojām nav līdz galam pārliecināts, taču piekrīt, ka Sazerlenda idejas ir pelnījušas lielu uzmanību: «Man šķiet, ka šie notikumi varētu notikt meteorīta nokrišanas vietā. Bet man patīk arī ideja par vulkāniskajām sistēmām. Ir spēcīgi argumenti par labu abām versijām.

Kad mēs saņemsim atbildi uz jautājumu: kā radās dzīvība?

Šķiet, ka debates drīz neapstāsies, un zinātnieki uzreiz nenonāks pie kopīga viedokļa. Lēmums tiks pieņemts, pamatojoties uz eksperimentiem ar ķīmiskām reakcijām un protošūnām. Ja izrādās, ka kādam no variantiem trūkst atslēgas vielas vai tiek izmantota viela, kas iznīcina protošūnas, tad tas tiek atzīts par nepareizu.

Tas nozīmē, ka pirmo reizi vēsturē mēs esam uz vispilnīgākā skaidrojuma par to, kā sākās dzīve, robežas.

"Mērķi vairs nešķiet neiespējami," optimistiski saka Sazerlends.

Pagaidām Šostaka un Sazerlenda pieeja “visu uzreiz” ir tikai aptuvena skice. Bet katrs no šīs pieejas argumentiem ir pierādīts gadu desmitiem ilgušos eksperimentos.

Šī koncepcija ir balstīta uz visām iepriekš pastāvošajām pieejām. Tas apvieno visas veiksmīgās norises, vienlaikus risinot katras pieejas individuālās problēmas.

Piemēram, viņš neatspēko Rasela teoriju par hidrotermiskajām atverēm, bet izmanto tās veiksmīgākos elementus.

Kas notika pirms 4 miljardiem gadu

Mēs nezinām, kas notika pirms 4 miljardiem gadu.

"Pat ja jūs izveidojat reaktoru, no kura izlēks E. coli ... jūs nevarat teikt, ka tā ir tās pašas pirmās dzīves atveidojums," saka Martins.

Labākais, ko varam darīt, ir iztēloties notikumu gaitu, atbalstot mūsu redzējumu ar pierādījumiem: eksperimentiem ķīmijā, visām zināšanām par agrīno Zemi un visu, ko bioloģija saka par agrīnajām dzīvības formām.

Beigās pēc gadsimtiem ilgas intensīvas piepūles mēs redzēsim, kā sāk parādīties stāsts par patieso notikumu gaitu.

Tas nozīmē, ka mēs tuvojamies lielākajai sadalīšanai cilvēces vēsturē: dalījumam tajos, kuri zina dzīvības rašanās vēsturi, un tajos, kuri nav nodzīvojuši līdz šim brīdim un tāpēc nekad to nevarēs uzzināt.

Visi tie, kas nenodzīvoja līdz Darvina grāmatas Par sugu izcelsmi publicēšanai 1859. gadā, nomira bez mazākās nojausmas par cilvēka izcelsmi, jo neko nezināja par evolūciju. Taču šodien ikviens, izņemot dažas izolētas kopienas, var uzzināt patiesību par mūsu attiecībām ar citiem dzīvnieku pasaules pārstāvjiem.

Tādā pašā veidā visi, kas dzimuši pēc Jurija Gagarina nokļūšanas Zemes orbītā, kļuva par sabiedrības locekļiem, kas spēj ceļot uz citām pasaulēm. Un, lai arī ne katrs planētas iedzīvotājs ir apmeklējis, kosmosa ceļojumi jau ir kļuvuši par mūsdienu realitāti.

jauna realitāte

Šie fakti nemanāmi maina mūsu pasaules uztveri. Viņi padara mūs gudrākus. Evolūcija māca mums novērtēt jebkuru dzīvo būtni, jo mūs visus var uzskatīt par radiniekiem, kaut arī attāliem. Kosmosa ceļojumi māca paskatīties uz savu dzimto planētu no ārpuses, lai saprastu, cik tā ir unikāla un trausla.

Daži no tagad dzīvojošajiem cilvēkiem drīzumā būs pirmie vēsturē, kas varēs pastāstīt par savu izcelsmi. Viņi zinās par savu kopīgo senču un viņa dzīvesvietu.

Šīs zināšanas mūs mainīs. No tīri zinātniskā viedokļa tas sniegs mums priekšstatu par dzīvības rašanās iespējām Visumā un to, kur to meklēt. Tas arī atklās mums dzīves būtību.

Bet mēs varam tikai minēt, kāda gudrība parādīsies mūsu priekšā brīdī, kad tiks atklāts dzīvības izcelsmes noslēpums. Ar katru mēnesi un gadu mēs tuvojamies risinājumam liels noslēpums dzīvības izcelsme uz mūsu planētas. Šobrīd, lasot šīs rindas, tiek veikti jauni atklājumi.

Lasi arī:

Dalies ar šo rakstu

Pastāv hipotēze par iespējamu baktēriju, mikrobu un citu sīku organismu ievešanu, ieviešot debess ķermeņus. Organismi attīstījās un ilgstošu transformāciju rezultātā uz Zemes pamazām parādījās dzīvība. Hipotēze aplūko organismus, kas var darboties pat bezskābekļa vidē un neparasti augstā vai zemā temperatūrā.

Tas ir saistīts ar migrantu baktēriju klātbūtni uz asteroīdiem un meteorītiem, kas ir planētu vai citu ķermeņu sadursmes fragmenti. Pateicoties nodilumizturīgajam ārējā apvalka klātbūtnei, kā arī spējai palēnināt visus dzīvības procesus (dažkārt pārvēršoties sporās), šāda veida dzīvība spēj kustēties ļoti ilgi un ļoti ilgi. attālumos.

Nokļūstot viesmīlīgākos apstākļos, “starpgalaktiskie ceļotāji” aktivizē galvenās dzīvību uzturošās funkcijas. Un nemanot tie laika gaitā veido dzīvību uz Zemes.

Sintētisko un organisko vielu pastāvēšanas fakts mūsdienās ir nenoliedzams. Turklāt vēl deviņpadsmitajā gadsimtā vācu zinātnieks Frīdrihs Vēlers sintezēja organiskās vielas (urīnvielu) no neorganiskām vielām (amonija cianāta). Pēc tam tika sintezēti ogļūdeņraži. Tādējādi dzīvība uz planētas Zeme, visticamāk, radās sintēzes ceļā no neorganiskā materiāla. Ar abioģenēzes palīdzību tiek izvirzītas teorijas par dzīvības izcelsmi.

Tā kā galvenā loma jebkura organiskā organisma struktūrā ir aminoskābēm. Būtu loģiski pieņemt, ka viņi bija iesaistīti Zemes apdzīvošanā ar dzīvību. Par datiem, kas iegūti Stenlija Millera un Harolda Urija eksperimentā (aminoskābju veidošanās, izlaišana elektriskais lādiņš caur gāzēm), mēs varam runāt par aminoskābju veidošanās iespēju. Galu galā aminoskābes ir celtniecības bloki, ar kuriem tiek veidotas sarežģītas ķermeņa sistēmas un attiecīgi jebkura dzīvība.

Kosmogoniskā hipotēze

Iespējams, vispopulārākā interpretācija, ko zina katrs students. Lielā sprādziena teorija ir bijusi un joprojām ir karsts diskusiju temats. Lielais sprādziens nāca no atsevišķa enerģijas uzkrāšanas punkta, kā rezultātā Visums ievērojami paplašinājās. Radās kosmiskie ķermeņi. Neskatoties uz visu konsekvenci, Lielā sprādziena teorija neizskaidro paša Visuma veidošanos. Faktiski neviena esošā hipotēze to nevar izskaidrot.

Kodolorganismu organellu simbioze

Šo dzīvības izcelsmes versiju uz Zemes sauc arī par endosimbiozi. Skaidros sistēmas noteikumus izstrādāja krievu botāniķis un zoologs K. S. Merežkovskis. Šīs koncepcijas būtība slēpjas abpusēji izdevīgā organellas kopdzīvē ar šūnu. Tas savukārt liecina par endosimbiozi kā abām pusēm labvēlīgu simbiozi ar eikariotu šūnu (šūnu, kurās atrodas kodols) veidošanos. Pēc tam ar ģenētiskās informācijas pārneses palīdzību starp baktērijām tika veikta to attīstība un populācijas pieaugums. Saskaņā ar šo versiju visa turpmākā dzīvības un dzīvības formu attīstība ir saistīta ar iepriekšējo mūsdienu sugu priekšteci.

Spontāna paaudze

Šāda veida paziņojumu deviņpadsmitajā gadsimtā nevarēja uztvert bez skepticisma. Pēkšņā sugu parādīšanās, proti, dzīvības veidošanās no nedzīvām lietām, tā laika cilvēkiem šķita kā fantāzija. Tajā pašā laikā heteroģenēze (vairošanās metode, kuras rezultātā dzimst indivīdi, kas ļoti atšķiras no vecākiem) tika atzīta par saprātīgu dzīves skaidrojumu. Vienkāršs piemērs varētu būt sarežģītas dzīvotspējīgas sistēmas veidošanās no bojājošām vielām.

Piemēram, tajā pašā Ēģiptē ēģiptiešu hieroglifi ziņo par daudzveidīgas dzīves parādīšanos no ūdens, smiltīm, trūdošām un trūdošām augu atliekām. Šīs ziņas nebūtu pārsteigušas sengrieķu filozofus. Tur pārliecība par dzīvības rašanos no nedzīvā tika uztverta kā fakts, kas neprasīja pamatojumu. Lielais grieķu filozofs Aristotelis par redzamo patiesību runāja šādi: "laptis veidojas no sapuvušas pārtikas, krokodils ir rezultāts trūdošajiem baļķiem zem ūdens." Noslēpumainā kārtā, bet neskatoties uz visa veida vajāšanām no baznīcas puses, pārliecība zem noslēpuma klēpī dzīvoja gadsimtu.

Debates par dzīvību uz Zemes nevar turpināties mūžīgi. Tāpēc deviņpadsmitā gadsimta beigās franču mikrobiologs un ķīmiķis Luiss Pastērs veica savas analīzes. Viņa pētījumi bija stingri zinātniski. Eksperiments tika veikts 1860.-1862.gadā. Pateicoties strīdu izņemšanai no miegainības, Pasteur spēja atrisināt spontānās dzīves paaudzes problēmu. (Par ko viņam Francijas Zinātņu akadēmija piešķīra balvu)

Esības radīšana no parasta māla

Izklausās pēc vājprāta, bet patiesībā šai tēmai ir tiesības uz dzīvību. Galu galā ne velti skotu zinātnieks A.J.Kērnss-Smits izvirzīja proteīnu teoriju par dzīvību. Spēcīgi veidojot līdzīgu pētījumu pamatu, viņš runāja par mijiedarbību molekulārā līmenī starp organiskajām sastāvdaļām un vienkāršu mālu ... Atrodoties tā ietekmē, komponenti veidoja stabilas sistēmas, kurās notika izmaiņas abu komponentu struktūrā, un pēc tam ilgtspējīgas dzīves veidošana. Tādā unikālā un oriģinālā veidā Kearns-Smith paskaidroja savu nostāju. Māla kristāli ar bioloģiskiem ieslēgumiem tajos radīja kopdzīvi, pēc kuras viņu “sadarbība” beidzās.

Pastāvīgo katastrofu teorija

Saskaņā ar Džordža Kuvjē izstrādāto koncepciju pasaule, kuru jūs šobrīd redzat, nepavisam nav primāra. Un kāds viņš ir, tāpēc tas ir tikai kārtējais posms konsekventi plīstajā ķēdē. Tas nozīmē, ka mēs dzīvojam pasaulē, kurā galu galā notiks masveida dzīvības izzušana. Tajā pašā laikā ne viss uz Zemes tika pakļauts globālai iznīcināšanai (piemēram, bija plūdi). Dažas sugas savu pielāgošanās spēju laikā izdzīvoja, tādējādi apdzīvojot Zemi. Sugu un dzīvības struktūra, pēc Žorža Kuvjē domām, palika nemainīga.

Matērija kā objektīva realitāte

Mācību galvenā tēma ir dažādas sfēras un jomas, kas tuvina evolūcijas izpratni no eksakto zinātņu viedokļa. (materiālisms ir pasaules uzskats filozofijā, kas atklāj visus cēloņsakarības apstākļus, parādības un realitātes faktorus. Likumi ir attiecināmi uz cilvēku, sabiedrību, Zemi). Šo teoriju izvirzīja labi zināmi materiālisma piekritēji, kuri uzskata, ka dzīvība uz Zemes radusies no pārveidojumiem ķīmijas līmenī. Turklāt tie notika gandrīz pirms 4 miljardiem gadu. Dzīvības skaidrojums ir tieši saistīts ar DNS, (dezoksiribonukleīnskābes) RNS (ribonukleīnskābi), kā arī ar dažiem HMC (augstas molekulmasas savienojumiem, šajā gadījumā olbaltumvielām.)

Koncepcija veidojusies zinātnisku pētījumu ceļā, atklājot molekulārās un ģenētiskās bioloģijas, ģenētikas būtību. Avoti ir autoritatīvi, īpaši ņemot vērā viņu jaunību. Galu galā hipotēzes par RNS pasauli pētījumi tika veikti divdesmitā gadsimta beigās. Milzīgu ieguldījumu teorijā sniedza Carl Richard Woese.

Čārlza Darvina mācības

Runājot par sugu izcelsmi, nevar nepieminēt tik patiesi izcilu cilvēku kā Čārlzs Darvins. Viņa mūža darbs, dabiskā atlase, lika pamatu masu ateistu kustībām. No otras puses, tas deva vēl nebijušu impulsu zinātnei, neizsmeļamu augsni pētījumiem un eksperimentiem. Doktrīnas būtība bija sugu izdzīvošana vēstures gaitā, pielāgojot organismus vietējiem apstākļiem, jaunu pazīmju veidošanās, kas palīdz konkurences vidē.

Evolūcija attiecas uz dažiem procesiem, kuru mērķis ir laika gaitā mainīt organisma un paša organisma dzīvi. Saskaņā ar iedzimtajām iezīmēm tie nozīmē uzvedības, ģenētiskas vai cita veida informācijas nodošanu (pārnešana no mātes bērnam).

Galvenie evolūcijas kustības spēki, pēc Darvina domām, ir cīņa par tiesībām pastāvēt, izmantojot sugu atlasi un mainīgumu. Darvina ideju ietekmē divdesmitā gadsimta sākumā aktīvi tika veikti pētījumi ekoloģijas, kā arī ģenētikas jomā. Zooloģijas mācība ir radikāli mainījusies.

Dieva radīšana

Daudzi cilvēki no visas pasaules joprojām apliecina ticību Dievam. Kreacionisms ir dzīvības veidošanās uz Zemes interpretācija. Interpretācija sastāv no apgalvojumu sistēmas, kas balstīta uz Bībeli un uzskata dzīvi par būtni, ko radījis dievs radītājs. Dati ņemti no "Vecās Derības", "Evaņģēlija" un citiem svētajiem rakstiem.

Dzīves radīšanas interpretācijas dažādas reliģijas nedaudz līdzīgi. Saskaņā ar Bībeli zeme tika radīta septiņās dienās. Debesis, debess ķermenis, ūdens un tamlīdzīgi tika radīti piecās dienās. Sestajā dienā Dievs radīja Ādamu no māla. Ieraudzījis garlaikotu, vientuļu cilvēku, Dievs nolēma radīt vēl vienu brīnumu. Paņēmis Ādama ribu, viņš radīja Ievu. Septītā diena tika atzīta par brīvdienu.

Ādams un Ieva dzīvoja bez problēmām, līdz ļaunais velns čūskas izskatā nolēma Ievu kārdināt. Galu galā paradīzes vidū stāvēja labā un ļaunā zināšanu koks. Pirmā māte aicināja Ādamu maltītē, tādējādi pārkāpjot Dievam doto vārdu (viņš aizliedza pieskarties aizliegtajiem augļiem).

Pirmie cilvēki tiek izraidīti mūsu pasaulē, tādējādi aizsākot visas cilvēces un dzīvības vēsturi uz Zemes.

Saskaņā ar mūsdienu koncepcijām dzīvība uz Zemes radās pirms vairāk nekā 3,5 miljardiem gadu. Tā nepavisam nebija tā planēta, ko mēs šodien pazīstam: sarkani karsta akmeņaina bumba bez skābekļa, ko satricināja jaunu vulkānu straujā darbība, pār kuru neprātīgā ātrumā slīdēja saule un zvaigznes - galu galā diena ilga tikai aptuveni 6 stundas. Teorijas par pirmo dzīvības formu izcelsmi un pēc tam sarežģītākām ir ļoti daudz, ieskaitot viedo dizainu. Iepazīsimies ar zinātniskajām pamatidejām, kuru izpratne ļauj arī pieņemt, kur un kādos apstākļos var pastāvēt ārpuszemes dzīvība.

Panspermija

Panspermija (no grieķu valodas “maisījums” un “sēkla”) ir mūsdienās ļoti autoritatīva teorija par dzīvības parādīšanos uz Zemes, “dzīvības mikrobu” pārnešanas rezultātā no citām planētām. Šo hipotēzi 1865. gadā izvirzīja vācu zinātnieks G. Rihters, ar to domājot mikroorganismu sporu pārnešanu vai nu ar meteorītiem, vai ar vieglu spiedienu. Vēlāk tika atklāts kosmiskais starojums, kas uz dzīviem organismiem iedarbojas ne mazāk postoši kā urāna sabrukšana. Un panspermijas teorija "iekrita putekļos" līdz pirmajam lidojumam uz Mēnesi - kad uz nosēdušās zondes "Surveyor-3" tomēr tika atrasti dzīvi mikroorganismi no Zemes, kas veiksmīgi pārdzīvoja ilgu lidojumu kosmosā.

2006. gadā tika atklāta gan ūdens, gan vienkāršāko organisko savienojumu klātbūtne komētas vielā. Tas ir smieklīgi, bet tas nozīmē, ka mazs meteorīts ar gaismas strūklu, kas tuvojas daudz lielākai planētas lodei, ir kaut kas līdzīgs sievietes un vīriešu dzimumšūnu kosmiskajam analogam, kas kopā rada jaunu dzīvību.

Daži panspermijas piekritēji uzskata, ka baktēriju apmaiņa starp Zemi un Marsu notikusi laikā, kad Sarkanā planēta vēl plauka un to daļēji klāja okeāni. Turklāt nemaz nebija nepieciešams, lai meteorīti tam kalpotu - iespējams, inteliģentie apmeklētāji šeit atnesa baktērijas (bet tas ir atsevišķs jautājums). Bet pat tad, ja šādi notikumi notika vēsturē, mums būs jāizdomā, no kurienes uz citas planētas radās dzīvība.

Elektrība un pirmatnējā zupa

Slavenais Millera-Urija eksperiments 1953. gadā pierādīja, ka elektriskās dzirksteles var radīt dzīvības pamatu - aminoskābes un saharozi - ūdens, metāna, amonjaka un ūdeņraža klātbūtnē atmosfērā. Tas nozīmē, ka parasts zibens varētu radīt dzīvības pamatelementus senā zeme sauc par pirmatnējo buljonu. Šo terminu 1924. gadā ieviesa padomju biologs Oparins. Saskaņā ar viņa teoriju šī "zupa" radās pirms aptuveni 4 miljardiem gadu planētas seklajos rezervuāros elektrisko izlāžu, kosmiskā starojuma un šķidruma augstās temperatūras ietekmē. Sākumā tā sastāvā dominēja nukleotīdi, polipeptīdi, slāpekļa bāzes un aminoskābes. Tad, miljoniem gadu, pirmatnējā zupā veidojās sarežģītākas molekulas, līdz izveidojās vienkāršākie vienšūnas organismi – baktērijas.

māla dzīve

Saskaņā ar reliģiskajiem avotiem Ādams tika radīts no zemes putekļiem, un Korānā un dažu tautu (piemēram, japāņu) vidū dievi cilvēkus veidoja no māla. Kā norāda organiskais ķīmiķis Aleksandrs Greiems Kērnss-Smits no Glāzgovas universitātes Skotijā, tā var nebūt vienkārša alegorija: pirmās dzīvības molekulas varēja veidoties uz māla. Sākotnēji primitīviem oglekļa savienojumiem nebija DNS, kas nozīmē, ka tie nevarēja atražot savu veidu - "vairošanos" varēja stimulēt tikai ārējās vides avoti.

Šāds avots varētu būt mālains iezis, kas nav tikai noteikta zemes masa – tā ir sakārtota, sakārtota molekulu secība. Māla virsma varēja ne tikai koncentrēt un apvienot organiskos savienojumus, bet mikroskopiskā līmenī sakārtot tos struktūrās, kas darbojas kā genoms. Laika gaitā organiskās molekulas "atcerējās" šo secību un iemācījās pašorganizēties. Pēc tam tie kļuva sarežģītāki: tiem bija DNS, RNS un citu nukleīnskābju prototips.

Dzīve no okeāniem

Zemūdens hidrotermālās atveres teorija liecina, ka dzīvība varētu būt radusies zemūdens vulkānu avotā, kas caur plaisām okeāna dibenā izmeta ar ūdeņradi bagātas molekulas un daudz siltuma. Šīs molekulas apvienojās uz iežu virsmas, kas nodrošināja minerālu katalizatorus jaunām ķīmiskām reakcijām.

Tā dzima baktērijas, kas veidoja pasaulslaveno ģeoloģisko kuriozu - stromatolītus (no "stromatos" - paklāja un "litos" - akmens). Pārakmeņotā veidā šie veidojumi ir saglabājušies līdz mūsdienām. Un šāda veida zemūdens avotiem joprojām ir svarīga loma dažādu jūras ekosistēmu uzturēšanā mūsu laikā.

Aukstums ir evolūcijas katalizators

Neatkarīgi no tā, kuram no zinātniekiem bija taisnība, bet vienkāršas vienšūnas baktērijas joprojām apdzīvoja planētu - un šādā formā tās vienmēr pastāv vairāk nekā miljardu gadu. Pēc tam notika neticami ātrs sprādziens pēc evolūcijas standartiem - sāka attīstīties daudz sarežģītākas dzīvības formas, kuras vispirms apguva okeānus, bet pēc tam zemi, augsni un, visbeidzot, gaisu. Ne tik sen zinātnieki varēja noskaidrot, kas bija stimuls izšķirošām pārmaiņām. Tas izrādījās visspēcīgākais ledus laikmets Zemes vēsturē, kas sākās apmēram pirms 3 miljardiem gadu. Planētu pilnībā klāja līdz vienam kilometram biezs ledus – eksperti šo fenomenu nodēvēja par "Sniega pikas zemi" (tāpat kā tās, ar kurām spēlējas bērni).

Vienkāršāko mikroorganismu dzīves apstākļi ir krasi mainījušies - bet, no otras puses, izturīgajām ekstremofilajām baktērijām bija jāpielāgojas zem ledus biezuma! Tieši šajā "inkubācijas" periodā notika primārā baktēriju dalīšanās pēc izdzīvošanas ceļiem: dažas no tām mācījās saņemt enerģiju no saules gaismas, citas smēlās spēku, apstrādājot ūdenī izšķīdinātas vielas. Tas iezīmēja savvaļas dzīvnieku karaļvalstu sākumu - pirmie nākotnē kļūs par augiem un vienšūnu fotosintēzes dzīvniekiem, otrie - daudzšūnu dzīvnieki un sēnes.

Bet kādu dienu karsti vulkāni atkal pamodās un atmosfērā izšļakstīja milzīgu daudzumu oglekļa dioksīda, kas izraisīja spēcīgu siltumnīcas efekts. Planēta sasildīja, ledus izkusa un atbrīvoja "izaugušas" baktērijas. Zilaļģēs (zilaļģēs) notiekošais fotosintēzes process radīja jaunu reakciju - un atmosfēra īsā laikā tika piesātināta ar skābekli. Un okeānā iekritušā ledāja atnestie minerāliežu fragmenti deva jaunas iespējas ķīmiskām reakcijām. Tas, kā jau kļūst skaidrs, ļāva dzīvniekiem attīstīties. Drīz tā vietā, lai sadalītu baktērijas divās jaunās, tās sāka dalīties, neatstājot "brīvo peldēšanu", un veidoja pirmās daudzšūnu struktūras. Piemērs ir senākie daudzšūnu dzīvnieki bez nervu, asins un gremošanas sistēmas – jūras sūkļi.

Saskaņā ar šo teoriju dzīvība ir diezgan iespējama zem biezas ledus kārtas uz viena no Jupitera pavadoņiem - aukstajos Eiropas okeānos, kas ir paslēpti no kosmosa zondēm. NASA pētnieku komanda arī atklāja, ka zem satelīta ledus notiek ģeotermiskā aktivitāte. Tāpēc ir pilnīgi iespējams, ka Eiropa atkārto mūsu pašu ceļu, un, mūsu saulei sākot novecot un spožākai, evolūcija pārņems arī mūžīgo aukstumu.