ชีวิตเริ่มต้นบนโลกเมื่อไร? ชีวิตบนโลก (7 ภาพ)

วิทยาศาสตร์

ตามที่นักวิทยาศาสตร์ ชีวิตบนโลกเริ่มต้นเมื่อประมาณ 3 พันล้านปีก่อน: ในช่วงเวลานี้ สิ่งมีชีวิตที่เรียบง่ายที่สุดได้พัฒนาไปสู่รูปแบบที่ซับซ้อนของชีวิต อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ยังคงเป็นปริศนาว่าชีวิตเริ่มต้นบนโลกใบนี้ได้อย่างไร และพวกเขาได้หยิบยกทฤษฎีต่างๆ มาอธิบายปรากฏการณ์นี้:

1. ประกายไฟไฟฟ้า

ในการทดลอง Miller-Urey ที่มีชื่อเสียง นักวิทยาศาสตร์ได้พิสูจน์ว่าฟ้าผ่าสามารถมีส่วนในการสร้างสารพื้นฐานที่จำเป็นสำหรับการกำเนิดชีวิต: ประกายไฟไฟฟ้าก่อตัวเป็นกรดอะมิโนในบรรยากาศซึ่งประกอบด้วยน้ำ ปริมาณมาก มีเทน แอมโมเนีย และไฮโดรเจน จากนั้นรูปแบบชีวิตที่ซับซ้อนมากขึ้นก็วิวัฒนาการมาจากกรดอะมิโน ทฤษฎีนี้เปลี่ยนไปบ้างหลังจากที่นักวิจัยพบว่าชั้นบรรยากาศของโลกเมื่อหลายพันล้านปีก่อนมีไฮโดรเจนต่ำ นักวิทยาศาสตร์ได้แนะนำว่ามีเทน แอมโมเนีย และไฮโดรเจนอยู่ในเมฆภูเขาไฟที่อิ่มตัวด้วยประจุไฟฟ้า

2. ดินเหนียว

นักเคมี Alexander Graham Cairns-Smith จากมหาวิทยาลัยกลาสโกว์ ประเทศสกอตแลนด์ ได้ตั้งทฤษฎีว่า ในยามรุ่งอรุณแห่งชีวิต ดินเหนียวประกอบด้วยสารประกอบอินทรีย์หลายชนิดที่อยู่ชิดกัน และว่า ดินเหนียวช่วยจัดสารเหล่านี้ให้เป็นโครงสร้างที่คล้ายกับยีนของเรา

DNA เก็บข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของโมเลกุล และลำดับพันธุกรรมของ DNA บ่งชี้ว่ากรดอะมิโนควรสร้างเป็นโปรตีนอย่างไร Cairns-Smith เสนอว่าผลึกดินเหนียวช่วยจัดระเบียบโมเลกุลอินทรีย์ให้เป็นโครงสร้างที่เป็นระเบียบ และต่อมาโมเลกุลเองก็เริ่มทำเช่นนี้ "โดยไม่ได้รับความช่วยเหลือ" ของดินเหนียว

3. ช่องระบายอากาศใต้ท้องทะเลลึก

ตามทฤษฎีนี้ สิ่งมีชีวิตเกิดจากปล่องไฮโดรเทอร์มอลใต้น้ำที่ปล่อยโมเลกุลที่อุดมไปด้วยไฮโดรเจนออกมาบนพื้นผิวที่เป็นหินของพวกมัน โมเลกุลเหล่านี้สามารถมารวมกันและกลายเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาแร่ธาตุสำหรับปฏิกิริยาที่นำไปสู่การกำเนิดของชีวิต แม้กระทั่งตอนนี้ปล่องไฮโดรเทอร์มอลดังกล่าว ซึ่งอุดมไปด้วยพลังงานเคมีและความร้อน ยังเป็นที่อยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิตจำนวนมากพอสมควร

4. น้ำแข็งสตาร์ท

เมื่อ 3 พันล้านปีก่อน ดวงอาทิตย์ไม่ได้ส่องแสงจ้าเหมือนตอนนี้ และความร้อนก็มาถึงโลกน้อยลงด้วย เป็นไปได้ทีเดียวว่า พื้นผิวโลกถูกปกคลุมด้วยชั้นน้ำแข็งหนาที่ปกป้องอินทรียวัตถุที่เปราะบางในน้ำเบื้องล่างจากรังสีอัลตราไวโอเลตและรังสีคอสมิก นอกจากนี้ ความเย็นยังช่วยให้โมเลกุลอยู่รอดได้นานขึ้น ทำให้เกิดปฏิกิริยาที่นำไปสู่การกำเนิดชีวิต

5. โลกแห่ง RNA

DNA ต้องการโปรตีนในการสร้าง และโปรตีนต้องการ DNA เพื่อสร้าง พวกเขาจะก่อตัวได้อย่างไรโดยไม่มีกันและกัน? นักวิทยาศาสตร์แนะนำว่า RNA มีส่วนเกี่ยวข้องในกระบวนการนี้ ซึ่งเหมือนกับ DNA ที่เก็บข้อมูล จาก RNA ตามลำดับ โปรตีนและ DNA ถูกสร้างขึ้นซึ่งเข้ามาแทนที่โดยคำนึงถึงประสิทธิภาพที่มากขึ้น

มีคำถามอื่นเกิดขึ้น: "RNA ปรากฏอย่างไร" บางคนเชื่อว่ามันเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ ในขณะที่คนอื่นๆ ปฏิเสธความเป็นไปได้ดังกล่าว

6. ทฤษฎี "ง่าย"

นักวิทยาศาสตร์บางคนแนะนำว่าชีวิตไม่ได้พัฒนาจากโมเลกุลที่ซับซ้อนเช่น RNA แต่มาจากโมเลกุลธรรมดาที่มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน พวกมันอาจอยู่ในเปลือกเรียบๆ คล้ายกับเยื่อหุ้มเซลล์ อันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุลอย่างง่ายเหล่านี้ คอมเพล็กซ์ที่ตอบสนองได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

7. Panspermia

ในที่สุด, ชีวิตอาจไม่ได้กำเนิดมาจากโลกของเรา แต่มาจากอวกาศ: ในทางวิทยาศาสตร์ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า panspermia ทฤษฎีนี้มีรากฐานที่มั่นคงมาก: เนื่องจากผลกระทบของจักรวาล ชิ้นส่วนของหินถูกแยกออกจากดาวอังคารเป็นระยะๆ ซึ่งมาถึงโลก หลังจากที่นักวิทยาศาสตร์ค้นพบอุกกาบาตดาวอังคารบนดาวของเรา พวกเขาแนะนำว่าวัตถุเหล่านี้นำแบคทีเรียมาด้วย ถ้าคุณเชื่อพวกเขาล่ะก็ พวกเราทุกคนเป็นชาวอังคาร. นักวิจัยคนอื่น ๆ ได้แนะนำว่าดาวหางจากระบบดาวอื่นทำให้มีชีวิต แม้ว่าพวกเขาจะถูกต้อง แต่มนุษยชาติจะมองหาคำตอบสำหรับคำถามอื่น: "ชีวิตเกิดขึ้นได้อย่างไรในอวกาศ"

คำแนะนำ

ในขณะนี้ถือว่าทฤษฎีทางชีวเคมีของต้นกำเนิดของชีวิตได้รับการยอมรับ ได้รับการพัฒนาโดยโซเวียต นักวิทยาศาสตร์อเล็กซานเดอร์โอภาริน ในปี พ.ศ. 2467 ตามทฤษฎีนี้ การปรากฏและการมีชีวิตต่อไปเป็นไปไม่ได้หากไม่มีการวิวัฒนาการทางเคมีระยะยาวก่อนหน้านี้ ซึ่งประกอบด้วยลักษณะที่ปรากฏและการพัฒนาของโมเลกุลอินทรีย์

ประมาณ 4 พันล้านปีก่อน โลกมีเปลือกแข็งและชั้นบรรยากาศที่แตกต่างจากปัจจุบันอย่างมาก แทบไม่มีออกซิเจนอยู่ในนั้น แต่มีไฮโดรเจน มีเทน ไนโตรเจน และไอน้ำมากเกินไป ขาดออกซิเจนโดยที่มันเป็นไปไม่ได้ที่จะจินตนาการ ชีวิตที่ทันสมัยในระยะแรกของการวิวัฒนาการทางเคมีนั้นเป็นประโยชน์ เนื่องจากออกซิเจนเป็นตัวออกซิไดซ์ที่แรง และด้วยปริมาณที่มาก โมเลกุลอินทรีย์ก็ไม่สามารถก่อตัวได้

หลังจากที่โลกเย็นตัวลงอย่างเพียงพอ กระบวนการสังเคราะห์โมเลกุลอินทรีย์ก็เริ่มเกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศและกระบวนการเหล่านี้เกิดขึ้น abiogenically นั่นคือการสังเคราะห์ไม่ได้เกิดขึ้นด้วยความช่วยเหลือซึ่งยังไม่มีอยู่ แต่เนื่องจาก กับปฏิกิริยาสุ่มระหว่างสารเคมี พลังงานสำหรับการหลอมรวมนั้นมาจากฟ้าผ่า รังสีคอสมิก และเหนือสิ่งอื่นใด รังสีอัลตราไวโอเลตแบบแข็งของดวงอาทิตย์ ความเป็นไปได้ของการสังเคราะห์ทางชีวภาพได้รับการพิสูจน์อย่างเต็มที่แล้ว เนื่องจากสามารถทำซ้ำได้ง่ายในห้องปฏิบัติการ นอกจากนี้ ยังสามารถสังเกตได้ระหว่างการระเบิดของภูเขาไฟ

อุณหภูมิของชั้นบรรยากาศหลักลดลงทีละน้อยสารบางชนิดเริ่มผ่านจากสถานะก๊าซเป็นสถานะของเหลวฝนเริ่มก่อตัวมหาสมุทรแรกก่อตัวอิ่มตัวด้วยสารประกอบอินทรีย์อย่างง่ายซึ่งเริ่มมีปฏิสัมพันธ์อย่างแข็งขันสร้างสารประกอบที่ซับซ้อนมากขึ้น .

ในปีพ.ศ. 2529 ได้มีการสร้างทฤษฎีโลกอาร์เอ็นเอขึ้น โดยที่สารประกอบแรกที่สามารถสืบพันธุ์โมเลกุลที่คล้ายคลึงกันได้คือโมเลกุลของกรดไรโบนิวคลีอิก โมเลกุลอาร์เอ็นเอไม่สามารถเรียกว่าสิ่งมีชีวิตได้ เนื่องจากพวกมันไม่มีเปลือกแยกพวกมันออกจากสิ่งแวดล้อม

สันนิษฐานว่าเปลือกปรากฏใน RNA แรกเมื่อสุ่มตกลงไปในทรงกลมของกรดไขมัน ภายในเปลือก เกิดกระบวนการเมแทบอลิซึมทางชีวเคมีที่ซับซ้อนเกิดขึ้นได้ ในกระบวนการวิวัฒนาการยังคงมีสารประกอบที่มีชีวิตมากขึ้นส่งผลให้สิ่งมีชีวิตที่ง่ายที่สุดชนิดแรกปรากฏขึ้น

มีทฤษฎีอื่นๆ อีกหลายประการเกี่ยวกับต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิตบนโลก:
- ทฤษฎีการกำเนิดชีวิตที่เกิดขึ้นเองนั้นเป็นที่รู้กันมาตั้งแต่สมัยโบราณ สันนิษฐานว่าสิ่งมีชีวิตปรากฏขึ้นแบบสุ่มจากสิ่งที่ไม่มีชีวิต เช่น แมลงวัน - จากเนื้อเน่า นก - จากใบไม้ ฯลฯ
- ทฤษฎีการเนรเทศกล่าวว่าสิ่งมีชีวิตถูกสร้างขึ้นโดย supermind - อารยธรรมมนุษย์ต่างดาว, พระเจ้า, ความคิดที่สมบูรณ์;
- มีทฤษฎีตามที่ชีวิตถูกนำเข้าสู่โลกของเราจากอวกาศ แต่ทฤษฎีนี้เพียงแค่ถ่ายโอนต้นกำเนิดของชีวิตไปยังที่อื่นและไม่ได้อธิบายกลไกของมัน

วิดีโอที่เกี่ยวข้อง

จักรวาลประกอบด้วยกาแล็กซีและดาวฤกษ์จำนวนมากมายที่มีระบบดาวเคราะห์ที่อาจเหมาะสมกับการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิต นี่หมายความว่าประกายไฟของสิ่งมีชีวิตสามารถลุกเป็นไฟได้หรือไม่? ระบบสุริยะหลังจากที่มันถูกนำไปยังดาวเคราะห์โลก? คำถามเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิตเป็นปัญหาสำหรับนักวิทยาศาสตร์หลายชั่วอายุคน

คำแนะนำ

ไม่กี่ปีที่ผ่านมา สื่ออเมริกันรายงานว่ากลุ่มนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกนพบว่าชีวิตปรากฏในจักรวาลเมื่อประมาณ 13 พันล้านปีก่อน นั่นคือเกือบจะในทันทีหลังจากบิกแบงสมมุติฐาน นักฟิสิกส์ได้ศึกษากาแล็กซีที่อยู่ห่างไกลออกไปอย่างถี่ถ้วน การเปล่งแสงซึ่งนำข้อมูลเกี่ยวกับเวลาอันไกลโพ้นนี้ไปด้วย อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญทุกคนที่พิจารณาข้อสรุปของนักวิทยาศาสตร์ชาวยุโรปที่มีเหตุผล

ก่อนการค้นพบที่น่าตื่นเต้นของนักฟิสิกส์จากโคเปนเฮเกน เชื่อกันว่ารูปแบบชีวิตที่เรียบง่ายที่สุดอาจเกิดขึ้นในอวกาศของจักรวาลได้ไม่นานนี้ - สามถึงสี่พันล้านปีก่อน แต่ระยะนี้สำหรับคนสมัยใหม่ยังดูใหญ่โต แม้ว่าเราจะพิจารณาว่าดาวเคราะห์โลกก่อตัวขึ้นเมื่อประมาณ 4.5 พันล้านปีก่อนก็ตาม

ในยุคอันไกลโพ้นนั้นหนักหนา องค์ประกอบทางเคมีซึ่งไม่มีอยู่จริงในตอนกำเนิดของจักรวาล พื้นฐานของชีวิตในอนาคตตามข้อสรุปก่อนหน้านี้อาจเป็นปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นในลำไส้ของดาวดวงแรกเท่านั้น ต้องใช้เวลาหลายพันล้านปีในการเปิดตัว

แต่สำหรับนักวิจัยสมัยใหม่ ไม่เพียงแต่อายุที่น่าสนใจของการดำรงอยู่ของชีวิตเท่านั้น แต่ยังเป็นสถานที่กำเนิดอีกด้วย นักวิจัยสมัยใหม่ในแง่นี้แบ่งออกเป็นสองค่าย นักวิทยาศาสตร์บางคนโต้แย้งว่าชีวิตคือ ปรากฏการณ์พิเศษในจักรวาล และมีต้นกำเนิดมาจากโลกซึ่งมีเงื่อนไขที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการก่อตัวของระบบโปรตีนที่ง่ายที่สุดที่โผล่ออกมาจาก "น้ำซุป" ของสารเคมีโบราณ

มีผู้ที่เชื่อว่ารูปแบบชีวิตพื้นฐานกระจัดกระจายไปทั่วจักรวาลอันกว้างใหญ่ การเดินทางกับวัตถุในอวกาศ จุลินทรีย์ ซึ่งสามารถเรียกได้ว่าเป็น "ชีวิตโปรโต" แบบมีเงื่อนไขได้มาถึงโลกด้วยเช่นกัน ในมุมของระบบสุริยะนี้มีเงื่อนไขที่ทำให้จุลินทรีย์พัฒนาไปสู่รูปแบบชีวิตที่ซับซ้อนมากขึ้น กระบวนการวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ยืดเยื้อไปหลายพันล้านปี

อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์มองว่าการเกิดขึ้นของสิ่งมีชีวิตในระดับจักรวาลนั้นไม่ใช่การสุ่ม แต่เป็นกระบวนการทางธรรมชาติ นับตั้งแต่การก่อตัวของมัน สสารได้พัฒนาอย่างต่อเนื่องจากรูปแบบที่เรียบง่ายไปสู่รูปแบบที่ซับซ้อน อะตอมและโมเลกุลรวมตัวกันเป็นสสารอย่างช้าๆ วัตถุอวกาศขนาดเล็กและใหญ่มากก็เกิดขึ้น ตรรกะของการพัฒนาของสสารซึ่งยังไม่คล้อยตามคำอธิบายเชิงวัตถุอย่างสมบูรณ์ ได้นำไปสู่ความซับซ้อนของสสารและการเกิดขึ้นของโครงสร้างที่สลับซับซ้อนจาก "หน่วยการสร้างแรก" ของชีวิต - กรดอะมิโน

กระบวนการโดยตรงของการกำเนิดและการก่อตัวของชีวิตในจักรวาลยังคงเป็นปริศนาสำหรับนักวิทยาศาสตร์มาจนถึงทุกวันนี้ วันนี้เราสามารถพูดถึงสมมติฐานที่ยุติธรรมไม่มากก็น้อยที่ต้องมีการตรวจสอบอย่างรอบคอบ ความช่วยเหลือที่สำคัญในเรื่องนี้สามารถทำได้โดยการศึกษาสิ่งที่เรียกว่ารังสีที่ระลึกซึ่งมีข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับวิวัฒนาการของสสารซึ่งกินเวลานานหลายพันล้านปี

วิดีโอที่เกี่ยวข้อง

ที่มา:

• ความลึกลับที่ยิ่งใหญ่ของชีวิตในปี 2019

แน่นอนว่าผู้คนไม่ได้อยู่คนเดียวในจักรวาล เป็นเพียงว่ามนุษยชาติยังไม่พร้อมที่จะยอมรับความจริงของการดำรงอยู่ของชีวิตที่ชาญฉลาดนอกระบบสุริยะ ความเห็นแก่ตัวและภาพธรรมดาของโลกทำให้ยากที่จะมองเห็นสิ่งที่ซ่อนเร้นจากสายตาที่เฉียบแหลมในชีวิตประจำวันที่วุ่นวาย

บุคคลที่หายากไม่ได้คิดว่าจะมีอีกชีวิตหนึ่งในจักรวาลหรือไม่ยกเว้นสิ่งมีชีวิตทางโลก มันคงไร้เดียงสาและเห็นแก่ตัวที่เชื่อว่ามีชีวิตที่ชาญฉลาดบนโลกเท่านั้น ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับการปรากฏตัวของยูเอฟโอในส่วนต่าง ๆ ของโลก ต้นฉบับประวัติศาสตร์ การขุดค้นทางโบราณคดีบ่งชี้ว่าผู้คนไม่ได้อยู่คนเดียวในจักรวาล นอกจากนี้ยังมี "ผู้ติดต่อ" ที่สื่อสารกับตัวแทนของอารยธรรมอื่น อย่างน้อยพวกเขาก็อ้างว่า

สองมาตรฐาน

น่าเสียดายที่การค้นพบส่วนใหญ่ที่เกิดขึ้นภายใต้การอุปถัมภ์ของรัฐบาลจัดอยู่ในประเภท "ความลับสุดยอด" ซึ่งซ่อนข้อเท็จจริงมากมายเกี่ยวกับการมีอยู่ของสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ในจักรวาลจากคนธรรมดา ตัวอย่างเช่น รูปภาพหลายพันภาพที่ถ่ายจากพื้นผิวดาวอังคารซึ่งแสดงช่องสัญญาณ สิ่งปลูกสร้างและปิรามิดที่ไม่ธรรมดาได้สูญหายไป

คุณสามารถพูดคุยเกี่ยวกับชีวิตที่เป็นไปได้ภายในระบบสุริยะและอื่น ๆ เป็นเวลานาน แต่ โลกวิทยาศาสตร์เราต้องการหลักฐานที่เราสามารถสัมผัสและเห็นได้

การค้นพบที่น่าสนใจล่าสุด

นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามค้นหาหลักฐานการมีอยู่ของชีวิตที่ชาญฉลาดในจักรวาลมาหลายชั่วอายุคน เมื่อเร็ว ๆ นี้ได้มีการจัดการประชุมอีกครั้งของ American Astronomical Society ในระหว่างที่มีการประกาศเหตุการณ์สำคัญ: การใช้อุปกรณ์ของหอดูดาว Kepler เป็นไปได้ที่จะค้นพบดาวเคราะห์ที่คล้ายกับโลกมากทั้งในพารามิเตอร์และในทางดาราศาสตร์ ตำแหน่ง.

ดูเหมือนว่าจะเป็นเช่นนั้น? ปรากฎว่าบรรยากาศของดาวเคราะห์ที่ค้นพบมีเมฆที่เกิดจากน้ำ! แน่นอนว่าการปรากฏตัวของเมฆยังคงไม่พูดอะไรหากเราพิจารณาคำถามเกี่ยวกับการมีอยู่ของสิ่งมีชีวิตบนโลกใบนี้ แม้ว่าเมื่อ 30 ปีที่แล้ว นักวิทยาศาสตร์มั่นใจว่าการมีน้ำอยู่บนดาวดวงนี้หมายความว่ามีสิ่งมีชีวิตอยู่บนนั้น เมฆเป็นหลักฐานโดยตรงของการมีอยู่ของน้ำ

แม้ว่าจะทราบมานานแล้วว่าดาวศุกร์ก็มีเมฆเช่นกัน แต่พวกมันประกอบด้วยกรดซัลฟิวริก ภายใต้สภาวะเช่นนี้ สิ่งมีชีวิตไม่สามารถพัฒนาบนพื้นผิวโลกได้

เพื่อตอบคำถามจำนวนหนึ่ง นักวิทยาศาสตร์ภายใต้การอุปถัมภ์ของ NASA ตัดสินใจส่งดาวเทียมในปี 2560 ซึ่งจะไปไกลกว่าระบบสุริยะ เขาจะต้องหาหลักฐานของชีวิตที่ชาญฉลาดนอกนั้น

หรือบางทีมันก็คุ้มค่าที่จะไม่ได้มองหาโลก?

ตามที่นักวิจัยหลายคนกล่าวว่าตัวแทนของอารยธรรมอื่นมาเยี่ยมโลกของเราเป็นระยะ พวกเขาเป็นผู้ทิ้งสุสาน Kerch รหัสใต้ดินภายใต้เทือกเขาอูราลในเปรูในแอนตาร์กติกาซึ่งยังคงใช้งานอยู่ เขียนได้ดีมากเกี่ยวกับพวกเขาในหนังสือของ G. Sidorov "การวิเคราะห์ตามลำดับเหตุการณ์และลึกลับของการพัฒนาอารยธรรมมนุษย์" มีข้อเท็จจริงมากมายบนหน้าเว็บที่ยืนยันการมีอยู่ของชีวิตอัจฉริยะนอกระบบสุริยะ

จนถึงขณะนี้ ผู้เชี่ยวชาญไม่สามารถตอบคำถามเกี่ยวกับวิธีการสร้างปิรามิดในอียิปต์ เม็กซิโก และเปรูได้ ค่อนข้างสมเหตุสมผลที่จะถือว่าพวกเขาถูกสร้างขึ้นโดยตัวแทน

เป็นการยากที่จะหาคนที่ไม่สงสัยว่าชีวิตบนโลกเกิดขึ้นได้อย่างไร มีแนวคิดมากมายในเรื่องนี้ ตั้งแต่พระคัมภีร์ไบเบิลและดาร์วินไปจนถึง ทฤษฎีสมัยใหม่วิวัฒนาการซึ่งมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลาตามการค้นพบล่าสุดของนักวิทยาศาสตร์

แน่นอน ทุกคนเคยได้ยินเกี่ยวกับไดโนเสาร์ เห็นพวกเขาในภาพยนตร์และพิพิธภัณฑ์ และมีเพียงไม่กี่คนที่โต้แย้งการดำรงอยู่ทางประวัติศาสตร์ของพวกมัน

แม้ว่าจนถึงปี 1842 มนุษยชาติไม่ได้ตระหนักว่ากระดูกของสัตว์ยักษ์ที่พบในสถานที่ต่าง ๆ บนโลกนั้นเป็นของประเภทเดียวกัน เรียกพวกมันว่า "มังกร" หรือมาจากซากของไททันที่ต่อสู้ในสงครามทรอย ต้องใช้ความเข้าใจอย่างถ่องแท้ของนักวิทยาศาสตร์ที่เปรียบเทียบข้อมูลและตั้งชื่อให้กับซากที่แปลกประหลาด นั่นคือ ไดโนเสาร์ และวันนี้เรารู้ดีแล้วว่ากิ้งก่าขนาดยักษ์เหล่านี้มีลักษณะอย่างไร เมื่อหลายล้านปีก่อนที่สูญพันธุ์ไปแล้ว ได้บรรยายถึงสายพันธุ์ของพวกมันมากมาย และเด็กทุกคนรู้ว่าพวกมันเป็นใคร

ข้อเท็จจริงที่ว่าสัตว์เลื้อยคลานขนาดยักษ์เหล่านี้ได้ปรากฏตัวขึ้นบนโลกเมื่อ 225-250 ล้านปีก่อน และตายไปอย่างสิ้นเชิงเมื่อประมาณ 66 ล้านปีก่อนยุคของเรา ไม่ได้ทำให้คนธรรมดาส่วนใหญ่ตื่นตระหนกตกใจในรายละเอียดของวิทยาศาสตร์ ตามธรรมชาติแล้ว เรายังจำจระเข้ที่เกี่ยวข้องกับไดโนเสาร์ได้ ซึ่งมีต้นกำเนิดมาจากสายพันธุ์เมื่อ 83 ล้านปีก่อน และสามารถเอาชีวิตรอดได้ตั้งแต่สมัยโบราณ แต่ตัวเลขทั้งหมดเหล่านี้ไม่ค่อยสัมพันธ์กันในจิตใจของเราในระดับหนึ่ง

มนุษย์อายุเท่าไหร่?

ไม่ค่อยมีคนรู้อายุ ดูทันสมัย Homo Sapiens แปลว่า บุคคลผู้มีเหตุผล ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ประเมินว่ามีอายุเพียง 200,000 ปี นั่นคืออายุของมนุษยชาติในฐานะสปีชีส์นั้นน้อยกว่าอายุสัตว์เลื้อยคลาน 1,250 เท่าซึ่งไดโนเสาร์เป็นของ

จำเป็นต้องปรับให้เข้ากับจิตสำนึกและจัดระเบียบข้อมูลเหล่านี้หากเราต้องการเข้าใจว่าชีวิตปรากฏบนโลกของเราอย่างไร และตัวคนเองมาจากไหนที่ทุกวันนี้กำลังพยายามเข้าใจชีวิตนี้อยู่?

วันนี้เอกสารลับของนักวิทยาศาสตร์ได้เปิดเผยต่อสาธารณะแล้ว ประวัติการทดลองที่น่าตกใจ ปีที่ผ่านมาผู้ซึ่งเขียนทฤษฎีวิวัฒนาการใหม่และให้ความกระจ่างว่าชีวิตเริ่มต้นบนโลกของเราได้อย่างไร ได้ระเบิดความเชื่อที่มีมาช้านาน ความลับของพันธุกรรม ซึ่งมักจะเข้าถึงได้เฉพาะกลุ่ม "ผู้ริเริ่ม" ที่แคบเท่านั้น ให้คำตอบที่ชัดเจนแก่ข้อสันนิษฐานของดาร์วิน

จิตใจของ โฮโม เซเปียนส์ (คนมีเหตุผล) มีอายุเพียง 2 แสนปี และโลกของเราคือ 4.5 พันล้าน!

เอกสารลับ

เมื่อไม่กี่ศตวรรษก่อน แนวคิดดังกล่าวสามารถถูกนำไปปฏิบัติที่เสาเข็มได้ Giordano Bruno ถูกเผาเพราะความนอกรีตเมื่อ 400 ปีที่แล้วในเดือนกุมภาพันธ์ 1600 แต่วันนี้ การวิจัยใต้ดินของผู้บุกเบิกที่กล้าหาญได้กลายเป็นความรู้ของสาธารณชน

แม้กระทั่งเมื่อ 50 ปีที่แล้ว พ่อที่โง่เขลามักเลี้ยงดูลูกของผู้ชายคนอื่น แม้แต่แม่เองก็ไม่เคยรู้ความจริงเลย วันนี้เพื่อสร้างความเป็นพ่อเป็นการวิเคราะห์ธรรมดา เราแต่ละคนสามารถสั่งการตรวจดีเอ็นเอและค้นหาว่าใครเป็นบรรพบุรุษของเขา ซึ่งเลือดไหลเวียนอยู่ในเส้นเลือดของเขาหรือเธอ ร่องรอยของรุ่นต่อรุ่นจะตราตรึงอยู่ในรหัสพันธุกรรมตลอดไป

อยู่ในรหัสนี้ที่มีคำตอบสำหรับคำถามที่เผาไหม้มากที่สุดซึ่งครอบครองจิตใจของมนุษยชาติ: ชีวิตเริ่มต้นอย่างไร

วัสดุลับของนักวิทยาศาสตร์เปิดเผยประวัติศาสตร์ของความปรารถนาที่จะค้นหาคำตอบที่แท้จริงเท่านั้น นี่คือเรื่องราวของความดื้อรั้น ความพากเพียร และความคิดสร้างสรรค์อันน่าทึ่ง ครอบคลุมการค้นพบที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของวิทยาศาสตร์สมัยใหม่

ในการสืบเสาะทำความเข้าใจว่าชีวิตเริ่มต้นอย่างไร ผู้คนไปสำรวจมุมที่ไกลที่สุดของโลก ระหว่างการค้นหาเหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์บางคนถูกตราหน้าว่าเป็น "อสูร" สำหรับการทดลอง ขณะที่คนอื่นๆ ต้องดำเนินการภายใต้การพิจารณาของระบอบเผด็จการ

ชีวิตบนโลกเริ่มต้นอย่างไร?

บางทีนี่อาจเป็นคำถามที่ยากที่สุดของคำถามที่มีอยู่ทั้งหมด เป็นเวลาหลายพันปีที่ผู้คนส่วนใหญ่อธิบายเรื่องนี้ด้วยวิทยานิพนธ์เรื่องเดียว - "ชีวิตถูกสร้างขึ้นโดยพระเจ้า" คำอธิบายอื่น ๆ นั้นคิดไม่ถึง แต่เมื่อเวลาผ่านไป สถานการณ์ก็เปลี่ยนไป ตลอดศตวรรษที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามค้นหาว่าชีวิตแรกบนดาวดวงนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร Michael Marshall เขียนให้กับ BBC

นักวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ส่วนใหญ่ที่ศึกษาต้นกำเนิดของชีวิตมีความมั่นใจว่าพวกเขากำลังเคลื่อนไปในทิศทางที่ถูกต้อง และการทดลองที่ดำเนินอยู่ก็เพียงแต่ตอกย้ำความมั่นใจของพวกเขาเท่านั้น การค้นพบของนิวตันจากพันธุศาสตร์ได้เขียนหนังสือแห่งความรู้ใหม่ตั้งแต่หน้าแรกจนถึงหน้าสุดท้าย

• เมื่อไม่นานมานี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบบรรพบุรุษของมนุษย์ที่เก่าแก่ที่สุดที่อาศัยอยู่บนโลกเมื่อประมาณ 540 ล้านปีก่อน นักวิจัยกล่าวว่ามาจาก "ถุงฟัน" ที่สัตว์มีกระดูกสันหลังทั้งหมดเกิดขึ้น ขนาดของบรรพบุรุษร่วมกันเป็นเพียงมิลลิเมตร
• นักวิจัยสมัยใหม่สามารถสร้างสิ่งมีชีวิตกึ่งสังเคราะห์ตัวแรกที่มีการเปลี่ยนแปลงพื้นฐานของ DNA ได้ เราเข้าใกล้การสังเคราะห์โปรตีนใหม่แล้ว นั่นคือชีวิตเทียมอย่างสมบูรณ์ ในเวลาเพียงไม่กี่ศตวรรษ มนุษยชาติสามารถควบคุมการสร้างสิ่งมีชีวิตชนิดใหม่ได้
• เราไม่เพียงสร้างสิ่งมีชีวิตใหม่เท่านั้น แต่เรายังแก้ไขสิ่งมีชีวิตที่มีอยู่อย่างมั่นใจด้วย นักวิทยาศาสตร์ยังได้สร้าง "ซอฟต์แวร์" ที่ช่วยให้พวกเขาสามารถแก้ไขสายดีเอ็นเอโดยใช้เครื่องมือเคลื่อนที่ได้ นักวิจัยกล่าวว่ามีเพียง 1% ของ DNA เท่านั้นที่มีข้อมูลทางพันธุกรรม อีก 99% มีไว้เพื่ออะไร?
• ดีเอ็นเอมีความหลากหลายมากจนสามารถเก็บข้อมูลได้เหมือนกับฮาร์ดไดรฟ์ พวกเขาได้บันทึกภาพยนตร์ใน DNA แล้วและสามารถดาวน์โหลดข้อมูลกลับมาได้โดยไม่มีปัญหา เนื่องจากพวกเขาเคยใช้ไฟล์จากฟลอปปีดิสก์

คุณคิดว่าตัวเองเป็นคนมีการศึกษาและทันสมัยหรือไม่? แล้วคุณเพียงแค่ต้องรู้

แม้ว่าการค้นพบดีเอ็นเอจะมีขึ้นในปี พ.ศ. 2412 แต่จนถึงปี พ.ศ. 2529 ความรู้นี้ถูกนำมาใช้ครั้งแรกในด้านนิติวิทยาศาสตร์

นี่คือเรื่องราวของการกำเนิดสิ่งมีชีวิตบนโลก

ชีวิตมันเก่า ไดโนเสาร์อาจเป็นสัตว์ที่มีชื่อเสียงที่สุดในบรรดาสิ่งมีชีวิตที่สูญพันธุ์ทั้งหมด แต่พวกมันปรากฏตัวเมื่อ 250 ล้านปีก่อนเท่านั้น ชีวิตแรกบนโลกมีต้นกำเนิดมาเร็วกว่านี้มาก

ฟอสซิลที่เก่าแก่ที่สุดมีอายุประมาณ 3.5 พันล้านปี กล่าวอีกนัยหนึ่งพวกมันมีอายุมากกว่าไดโนเสาร์ตัวแรกถึง 14 เท่า!

อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่ข้อจำกัด ตัวอย่างเช่น ในเดือนสิงหาคม 2016 พบฟอสซิลแบคทีเรียที่มีอายุ 3.7 พันล้านปี ซึ่งมีอายุมากกว่าไดโนเสาร์ถึง 15,000 เท่า!

โลกเองก็ไม่ได้มีอายุมากไปกว่าแบคทีเรียเหล่านี้มากนัก ในที่สุดโลกของเราก็ก่อตัวขึ้นเมื่อประมาณ 4.5 พันล้านปีก่อน นั่นคือชีวิตแรกบนโลกเกิดขึ้นค่อนข้าง "เร็ว" หลังจากประมาณ 800 ล้านปีแบคทีเรียมีอยู่บนโลก - สิ่งมีชีวิตที่ตามที่นักวิทยาศาสตร์จัดการให้กลายเป็นความซับซ้อนมากขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปและก่อให้เกิดสิ่งมีชีวิตที่เรียบง่ายในมหาสมุทรที่ ครั้งแรกและในตอนท้ายและเผ่าพันธุ์มนุษย์เอง

รายงานล่าสุดจากแคนาดายืนยันข้อมูลนี้: อายุของแบคทีเรียที่เก่าแก่ที่สุดอยู่ที่ประมาณ 3.770 ถึง 4.300 พันล้านปี นั่นคือชีวิตบนโลกของเราซึ่งค่อนข้างเป็นไปได้ว่าเกิดขึ้น "บางส่วน" 200 ล้านปีหลังจากการก่อตัว พบจุลินทรีย์อาศัยอยู่บนธาตุเหล็ก พบซากของพวกมันในหินควอทซ์

หากเราคิดว่าชีวิตเกิดขึ้นบนโลก - ซึ่งฟังดูสมเหตุสมผลเนื่องจากเรายังไม่พบมันบนวัตถุจักรวาลอื่น ๆ ไม่ว่าบนดาวเคราะห์ดวงอื่นหรือเศษอุกกาบาตที่นำมาจากอวกาศ - สิ่งนี้ควรเกิดขึ้นในช่วงเวลานั้น , ซึ่งกินเวลาหลายพันล้านปีระหว่างช่วงเวลาที่โลกก่อตัวขึ้นในท้ายที่สุดกับวันที่ปรากฏฟอสซิลที่พบในสมัยของเรา

ดังนั้น เมื่อจำกัดระยะเวลาที่เราสนใจให้แคบลง จากการวิจัยเมื่อเร็วๆ นี้ เราสามารถสรุปได้ว่าชีวิตแรกบนโลกนี้เป็นอย่างไร

นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างรูปลักษณ์ของยักษ์ก่อนประวัติศาสตร์จากโครงกระดูกที่พบในระหว่างการขุดค้น

สิ่งมีชีวิตทุกชนิดประกอบด้วยเซลล์ (และคุณเองก็เช่นกัน)

ย้อนกลับไปในศตวรรษที่ 19 นักชีววิทยาพบว่าสิ่งมีชีวิตทั้งหมดประกอบด้วย "เซลล์" ซึ่งเป็นกลุ่มอินทรีย์วัตถุขนาดเล็กที่มีรูปร่างและขนาดต่างกัน

เซลล์ถูกค้นพบครั้งแรกในศตวรรษที่ 17 พร้อม ๆ กับการประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์ที่ทรงพลัง แต่เพียงหนึ่งศตวรรษครึ่งต่อมา นักวิทยาศาสตร์ก็ได้ข้อสรุปเช่นเดียวกันว่า เซลล์เป็นพื้นฐานของทุกชีวิตบนโลก

แน่นอน ภายนอกคนเราดูไม่เหมือนปลาหรือไดโนเสาร์ แต่ให้มองผ่านกล้องจุลทรรศน์เพื่อให้แน่ใจว่าผู้คนประกอบด้วยเซลล์เกือบจะเหมือนกับตัวแทนของสัตว์โลก นอกจากนี้ เซลล์เดียวกันยังรองรับพืชและเชื้อราอีกด้วย

สิ่งมีชีวิตทั้งหมดประกอบด้วยเซลล์ รวมทั้งคุณด้วย

รูปแบบชีวิตที่หลากหลายที่สุดคือแบคทีเรียเซลล์เดียว

จนถึงปัจจุบัน รูปแบบชีวิตที่หลากหลายที่สุดสามารถเรียกได้ว่าเป็นจุลินทรีย์ได้อย่างปลอดภัย ซึ่งแต่ละเซลล์ประกอบด้วยเซลล์เพียงเซลล์เดียว

สิ่งมีชีวิตที่รู้จักกันดีที่สุดคือแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ที่ใดก็ได้ในโลก

ในเดือนเมษายน 2559 นักวิทยาศาสตร์ได้นำเสนอ "ต้นไม้แห่งชีวิต" เวอร์ชันปรับปรุง: ต้นไม้ครอบครัวชนิดหนึ่งสำหรับสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิด "กิ่งก้าน" ส่วนใหญ่ของต้นไม้นี้ถูกครอบครองโดยแบคทีเรีย นอกจากนี้ รูปร่างของต้นไม้ยังแสดงให้เห็นว่าบรรพบุรุษของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนโลกคือแบคทีเรีย กล่าวอีกนัยหนึ่ง ความหลากหลายของสิ่งมีชีวิต (รวมทั้งคุณ) มาจากแบคทีเรียเพียงตัวเดียว

ดังนั้นเราจึงสามารถเข้าหาคำถามเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิตได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น ในการสร้างเซลล์แรกสุดนั้นขึ้นมาใหม่ จำเป็นต้องสร้างเงื่อนไขที่มีอยู่บนโลกให้แม่นยำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เมื่อ 3.5 พันล้านปีก่อน

แล้วมันยากขนาดไหน?

แบคทีเรียเซลล์เดียวเป็นรูปแบบสิ่งมีชีวิตที่พบได้บ่อยที่สุดในโลก

เริ่มการทดลอง

ตลอดหลายศตวรรษที่ผ่านมา คำถามที่ว่า "ชีวิตเริ่มต้นอย่างไร" แทบไม่เคยเอาจริงเอาจัง ท้ายที่สุด ตามที่เราจำได้ในตอนเริ่มต้น คำตอบก็รู้: ชีวิตถูกสร้างขึ้นโดยผู้สร้าง

จนถึงศตวรรษที่ 19 คนส่วนใหญ่เชื่อใน "พลังชีวิต" คำสอนนี้มีพื้นฐานอยู่บนแนวคิดที่ว่าสิ่งมีชีวิตทั้งหมดได้รับพลังพิเศษเหนือธรรมชาติที่ทำให้พวกมันแตกต่างจากวัตถุที่ไม่มีชีวิต

แนวคิดเรื่องความมีชีวิตชีวามักสะท้อนความเชื่อทางศาสนา พระคัมภีร์กล่าวว่าด้วยความช่วยเหลือของ "ลมหายใจแห่งชีวิต" พระเจ้าได้ชุบชีวิตมนุษย์กลุ่มแรก และวิญญาณอมตะเป็นหนึ่งในการสำแดงของพลังชีวิต

แต่มีปัญหาหนึ่ง แนวคิดเรื่องความมีชีวิตชีวานั้นผิดโดยพื้นฐาน

ในช่วงต้นศตวรรษที่ 19 นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบสารหลายอย่างที่พบในสิ่งมีชีวิตโดยเฉพาะ หนึ่งในสารเหล่านี้คือยูเรียซึ่งมีอยู่ในปัสสาวะและสามารถรับได้ในปี พ.ศ. 2342

อย่างไรก็ตาม การค้นพบนี้ไม่ได้ขัดแย้งกับแนวคิดเรื่องความมีชีวิตชีวา ยูเรียปรากฏเฉพาะในสิ่งมีชีวิตเท่านั้น ดังนั้นบางทีพวกมันอาจได้รับพลังพิเศษที่ทำให้พวกมันมีเอกลักษณ์เฉพาะตัว

ความตายของพลังชีวิต

แต่ในปี ค.ศ. 1828 ฟรีดริช วอห์เลอร์ นักเคมีชาวเยอรมันได้สังเคราะห์ยูเรียจากสารประกอบอนินทรีย์ แอมโมเนียมไซยาเนต ซึ่งไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับสิ่งมีชีวิต นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ สามารถทำซ้ำการทดลองของเขาได้ และในไม่ช้าก็เห็นได้ชัดว่าสารประกอบอินทรีย์ทั้งหมดสามารถหาได้จากสารประกอบอนินทรีย์ที่ง่ายกว่า

นี่เป็นจุดสิ้นสุดของพลังชีวิตในฐานะแนวคิดทางวิทยาศาสตร์

แต่มันค่อนข้างยากสำหรับคนที่จะกำจัดความเชื่อของพวกเขา ความจริงที่ว่าสารประกอบอินทรีย์ที่มีลักษณะเฉพาะของสิ่งมีชีวิตนั้นไม่ได้มีความพิเศษแต่อย่างใด สำหรับหลายๆ คน ดูเหมือนว่ามันจะลิดรอนชีวิตของธาตุแห่งเวทมนตร์ ทำให้ผู้คนจากสิ่งมีชีวิตศักดิ์สิทธิ์กลายเป็นเครื่องจักร แน่นอนว่าสิ่งนี้ขัดกับพระคัมภีร์อย่างมาก

แม้แต่นักวิทยาศาสตร์บางคนก็ยังต่อสู้เพื่อความมีชีวิตชีวา ในปี ค.ศ. 1913 นักชีวเคมีชาวอังกฤษ เบนจามิน มัวร์ กระตือรือร้นที่จะส่งเสริมทฤษฎีของเขาเรื่อง "พลังงานชีวภาพ" ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วเป็นพลังชีวิตแบบเดียวกัน แต่มีปกที่ต่างออกไป แนวคิดเรื่องความมีชีวิตชีวาได้ค้นพบรากฐานที่แข็งแกร่งพอสมควรในจิตวิญญาณมนุษย์ในระดับอารมณ์

ทุกวันนี้ ภาพสะท้อนของมันสามารถพบได้ในสถานที่ที่ไม่คาดคิดที่สุด ยกตัวอย่างเช่น เรื่องราวในนิยายวิทยาศาสตร์จำนวนหนึ่งซึ่ง "พลังชีวิต" ของตัวละครสามารถเติมหรือระบายออกได้ ลองนึกถึง "พลังงานฟื้นฟู" ที่ใช้โดยเผ่าพันธุ์ Time Lord จาก Doctor Who พลังงานนี้สามารถเติมเต็มได้ถ้ามันจบลง แม้ว่าแนวคิดนี้จะดูล้ำสมัย แต่อันที่จริงแล้วเป็นภาพสะท้อนของทฤษฎีที่ล้าสมัย

ดังนั้น หลังปี 1828 ในที่สุดนักวิทยาศาสตร์ก็มีเหตุผลที่ดีที่จะมองหาคำอธิบายใหม่เกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิต คราวนี้ละเลยการคาดเดาเกี่ยวกับการแทรกแซงจากพระเจ้า

แต่พวกเขาไม่ได้เริ่มมองหา ดูเหมือนว่าหัวข้อของการวิจัยจะแนะนำตัวเอง แต่ความจริงแล้ว ความลึกลับของต้นกำเนิดชีวิตไม่ได้เข้าใกล้มาหลายทศวรรษแล้ว บางทีทุกคนยังคงยึดติดกับพลังชีวิตเกินกว่าจะก้าวต่อไปได้

นักเคมีฟรีดริช วอห์เลอร์สามารถสังเคราะห์ยูเรียซึ่งเป็นสารประกอบอินทรีย์จากสารอนินทรีย์ได้

ดาร์วินกับทฤษฎีวิวัฒนาการ

ความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการวิจัยทางชีววิทยาในศตวรรษที่ 19 คือทฤษฎีวิวัฒนาการที่พัฒนาโดยชาร์ลส์ ดาร์วิน และยังคงดำเนินต่อไปโดยนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ

ทฤษฎีของดาร์วินซึ่งระบุไว้ใน On the Origin of Species ในปี 1859 อธิบายว่าความหลากหลายทั้งหมดของโลกสัตว์ปรากฏขึ้นจากบรรพบุรุษเพียงคนเดียวได้อย่างไร

ดาร์วินแย้งว่าพระเจ้าไม่ได้สร้างสิ่งมีชีวิตแต่ละสายพันธุ์แยกจากกัน แต่สปีชีส์ทั้งหมดเหล่านี้สืบเชื้อสายมาจากสิ่งมีชีวิตดึกดำบรรพ์ที่ปรากฏขึ้นเมื่อหลายล้านปีก่อน ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าบรรพบุรุษร่วมสากลคนสุดท้าย

แนวคิดนี้กลายเป็นข้อขัดแย้งอย่างมาก อีกครั้งเพราะมันหักล้างหลักธรรมในพระคัมภีร์ ทฤษฎีของดาร์วินถูกวิพากษ์วิจารณ์อย่างรุนแรง โดยเฉพาะอย่างยิ่งจากคริสเตียนที่โกรธเคือง

แต่ทฤษฏีวิวัฒนาการไม่ได้กล่าวสักคำเกี่ยวกับการที่สิ่งมีชีวิตแรกเริ่มปรากฏขึ้น

ชีวิตแรกปรากฏอย่างไร?

ดาร์วินเข้าใจว่านี่เป็นปัญหาพื้นฐาน แต่ (บางทีอาจไม่ต้องการเข้าสู่ความขัดแย้งกับพระสงฆ์อีก) เขาสัมผัสได้เฉพาะในจดหมายฉบับปี 2414 เท่านั้น น้ำเสียงของจดหมายแสดงให้เห็นว่านักวิทยาศาสตร์ตระหนักถึงความหมายที่ลึกซึ้งของปัญหานี้:

“... แต่ถ้าตอนนี้ [อ่า จะใหญ่แค่ไหนถ้า!]ในอ่างเก็บน้ำที่อบอุ่นบางแห่งที่มีเกลือแอมโมเนียมและฟอสฟอรัสที่จำเป็นทั้งหมดและสามารถเข้าถึงแสง ความร้อน ไฟฟ้า ฯลฯ ได้ โปรตีนถูกสร้างขึ้นทางเคมีซึ่งสามารถแปลงร่างที่ซับซ้อนมากขึ้น ... "

กล่าวอีกนัยหนึ่ง: ลองนึกภาพแหล่งน้ำขนาดเล็กที่เต็มไปด้วยสารประกอบอินทรีย์ที่เรียบง่ายและอยู่ภายใต้ดวงอาทิตย์ สารประกอบบางชนิดอาจเริ่มมีปฏิสัมพันธ์กัน ทำให้เกิดสารที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น โปรตีน ซึ่งในทางกลับกัน ก็จะเกิดปฏิกิริยาและพัฒนาขึ้นเช่นกัน

ความคิดนั้นค่อนข้างผิวเผิน แต่ถึงกระนั้น มันก็เป็นพื้นฐานของสมมติฐานแรกเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิต

ดาร์วินไม่เพียงแต่สร้างทฤษฎีวิวัฒนาการเท่านั้น แต่ยังแนะนำว่าชีวิตมีต้นกำเนิดในน้ำอุ่น ซึ่งอิ่มตัวด้วยสารประกอบอนินทรีย์ที่จำเป็น

แนวคิดปฏิวัติของ Alexander Oparin

และขั้นตอนแรกในทิศทางนี้ไม่ได้ดำเนินการในที่ที่คุณคาดหวัง คุณอาจคิดว่าการวิจัยดังกล่าว ซึ่งแสดงถึงเสรีภาพในการคิด ควรดำเนินการในสหราชอาณาจักรหรือสหรัฐอเมริกาเป็นต้น แต่ในความเป็นจริง สมมติฐานแรกเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิตถูกหยิบยกขึ้นมาในพื้นที่กว้างใหญ่ของสหภาพโซเวียตสตาลินนิสต์ โดยนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อที่คุณอาจไม่เคยได้ยิน

เป็นที่ทราบกันดีว่าสตาลินปิดการศึกษาจำนวนมากในด้านพันธุศาสตร์ แต่เขากลับส่งเสริมแนวคิดของนักปฐพีวิทยา Trofim Lysenko ซึ่งเขารู้สึกว่าเหมาะสมกับอุดมการณ์คอมมิวนิสต์มากกว่า นักวิทยาศาสตร์ที่ทำการวิจัยในสาขาพันธุศาสตร์จำเป็นต้องสนับสนุนแนวคิดของ Lysenko อย่างเปิดเผย ไม่เช่นนั้นพวกเขาเสี่ยงที่จะลงเอยที่ค่าย

มันอยู่ในบรรยากาศที่ตึงเครียดที่นักชีวเคมี Alexander Ivanovich Oparin ต้องทำการทดลองของเขา สิ่งนี้เป็นไปได้เพราะเขาพิสูจน์ตัวเองว่าเป็นคอมมิวนิสต์ที่เชื่อถือได้: เขาสนับสนุนความคิดของ Lysenko และยังได้รับคำสั่งของเลนินซึ่งเป็นรางวัลอันทรงเกียรติที่สุดในบรรดาสิ่งที่มีอยู่ในเวลานั้น

อเล็กซานเดอร์ โอปาริน นักชีวเคมีชาวโซเวียต เสนอว่าสิ่งมีชีวิตกลุ่มแรกก่อตัวเป็นโคแอกเซอเวต

ทฤษฎีใหม่ของการกำเนิดชีวิตแรกบนโลก

โอภารินอธิบายว่าโลกเป็นอย่างไรในวันแรกหลังการก่อตัว ดาวเคราะห์มีพื้นผิวที่ร้อนจัดและดึงดูดอุกกาบาตขนาดเล็ก รอบๆ มีหินหลอมเหลวเพียงครึ่งเดียว ซึ่งมีสารเคมีจำนวนมาก โดยส่วนมากเป็นคาร์บอน

ในที่สุด โลกก็เย็นลงจนไอระเหยกลายเป็นน้ำเป็นครั้งแรก ทำให้เกิดฝนแรก หลังจากนั้นไม่นาน มหาสมุทรร้อนก็ปรากฏขึ้นบนโลก ซึ่งอุดมไปด้วยสารเคมีที่มีคาร์บอนเป็นส่วนประกอบ เหตุการณ์เพิ่มเติมสามารถพัฒนาได้ตามสองสถานการณ์

ประการแรกบ่งบอกถึงปฏิกิริยาของสารซึ่งสารประกอบที่ซับซ้อนกว่าจะปรากฏขึ้น Oparin เสนอว่าน้ำตาลและกรดอะมิโนที่มีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตอาจเกิดขึ้นได้ในแอ่งน้ำของโลก

ในสถานการณ์ที่สอง สารบางชนิด เมื่อมีปฏิสัมพันธ์ ได้เริ่มสร้างโครงสร้างด้วยกล้องจุลทรรศน์ ดังที่คุณทราบ สารประกอบอินทรีย์หลายชนิดไม่ละลายในน้ำ ตัวอย่างเช่น น้ำมันก่อตัวเป็นชั้นๆ บนผิวน้ำ แต่สารบางชนิด เมื่อสัมผัสกับน้ำ จะเกิดเป็นทรงกลมหรือ "coacervates" ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางไม่เกิน 0.01 ซม. (หรือ 0.004 นิ้ว)

โดยการสังเกต coacervates ใต้กล้องจุลทรรศน์ เราสามารถสังเกตเห็นความคล้ายคลึงของพวกมันกับเซลล์ที่มีชีวิต พวกเขาเติบโต เปลี่ยนรูปร่าง และบางครั้งก็แยกออกเป็นสองส่วน พวกเขายังทำปฏิกิริยากับสารประกอบโดยรอบเพื่อให้สารอื่น ๆ สามารถเข้มข้นอยู่ภายในได้ Oparin เสนอว่า coacervates เป็นบรรพบุรุษของเซลล์สมัยใหม่

ทฤษฎีชีวิตครั้งแรกของ John Haldane

ห้าปีต่อมา ในปี 1929 นักชีววิทยาชาวอังกฤษ จอห์น เบอร์ดอน แซนเดอร์สัน ฮัลเดน เสนอทฤษฎีของเขาอย่างอิสระด้วยแนวคิดที่คล้ายกัน ซึ่งตีพิมพ์ในวารสาร Rationalist Annual

เมื่อถึงเวลานั้น Haldane ได้มีส่วนสนับสนุนอย่างมากต่อการพัฒนาทฤษฎีวิวัฒนาการ ซึ่งมีส่วนทำให้การบูรณาการแนวคิดของดาร์วินเข้ากับศาสตร์แห่งพันธุศาสตร์

และเขาเป็นคนที่น่าจดจำมาก ครั้งหนึ่งในระหว่างการทดลองในห้องบีบอัดเขาประสบกับการแตกของแก้วหูซึ่งต่อมาเขาเขียนดังต่อไปนี้:“ เยื่อหุ้มเซลล์หายแล้วและแม้ว่าจะมีรูอยู่ในนั้นแม้จะหูหนวกก็ตาม เป็นไปได้ที่จะปล่อยควันบุหรี่ออกจากที่นั่นอย่างรอบคอบ ซึ่งผมเชื่อว่าความสำเร็จที่สำคัญ"

เช่นเดียวกับ Oparin Haldane ได้แนะนำอย่างชัดเจนว่าสารประกอบอินทรีย์สามารถโต้ตอบในน้ำได้อย่างไร: "(ก่อนหน้านี้) มหาสมุทรแรกมาถึงความสอดคล้องของน้ำซุปร้อน" สิ่งนี้สร้างเงื่อนไขสำหรับการปรากฏตัวของ "สิ่งมีชีวิตหรือกึ่งชีวิตแรก" ภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน สิ่งมีชีวิตที่ง่ายที่สุดอาจอยู่ภายใน "ฟิล์มน้ำมัน"

John Haldane ซึ่งเป็นอิสระจาก Oparin ได้เสนอแนวคิดที่คล้ายกันเกี่ยวกับที่มาของสิ่งมีชีวิตกลุ่มแรก

สมมติฐาน Oparin-Haldane

ดังนั้นนักชีววิทยาคนแรกที่เสนอทฤษฎีนี้คือ Oparin และ Haldane แต่ความคิดที่ว่าพระเจ้าไม่ได้มีส่วนร่วมในการก่อตัวของสิ่งมีชีวิตหรือแม้แต่นามธรรม " พลังชีวิต' เป็นรุนแรง เช่นเดียวกับทฤษฎีวิวัฒนาการของดาร์วิน ความคิดนี้เป็นการตบหน้าสำหรับศาสนาคริสต์

เจ้าหน้าที่ของสหภาพโซเวียตพอใจกับข้อเท็จจริงนี้อย่างสมบูรณ์ ภายใต้ระบอบการปกครองของสหภาพโซเวียต ลัทธิอเทวนิยมได้ครอบงำในประเทศ และเจ้าหน้าที่ก็สนับสนุนคำอธิบายเชิงวัตถุอย่างมีความสุขสำหรับปรากฏการณ์ที่ซับซ้อนเช่นชีวิต อย่างไรก็ตาม Haldane ยังเป็นพระเจ้าและคอมมิวนิสต์อีกด้วย

“ในสมัยนั้น แนวคิดนี้ถูกมองผ่านปริซึมของความเชื่อของตนเองเท่านั้น กล่าวคือ คนเคร่งศาสนารับรู้ด้วยความเกลียดชัง ไม่เหมือนผู้สนับสนุนแนวคิดคอมมิวนิสต์” Armen Mulkidzhanyan ผู้เชี่ยวชาญด้านต้นกำเนิดชีวิตที่มหาวิทยาลัย Osnabrück กล่าว เยอรมนี. “ในสหภาพโซเวียต แนวคิดนี้ได้รับการยอมรับด้วยความยินดี เพราะพวกเขาไม่ต้องการพระเจ้า และในฝั่งตะวันตก มีผู้สนับสนุนกลุ่มเดียวกันในมุมมองฝ่ายซ้าย คอมมิวนิสต์ ฯลฯ ร่วมกัน”

แนวคิดที่ว่าสิ่งมีชีวิตก่อตัวขึ้นใน "ซุปดั้งเดิม" ของสารประกอบอินทรีย์เรียกว่า สมมติฐาน Oparin-Haldane. เธอดูน่าเชื่อถือเพียงพอ แต่มีปัญหาหนึ่งประการ ในเวลานั้น ไม่มีการทดลองเชิงปฏิบัติใดที่จะพิสูจน์ความจริงของสมมติฐานนี้ได้

การทดลองดังกล่าวเริ่มขึ้นหลังจากผ่านไปเกือบหนึ่งในสี่ของศตวรรษเท่านั้น

การทดลองครั้งแรกเพื่อสร้างชีวิต "ในหลอดทดลอง"

Harold Urey นักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงซึ่งได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี 1934 และมีส่วนร่วมในการสร้างระเบิดปรมาณู เริ่มให้ความสนใจในคำถามเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิต

ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง Urey เข้าร่วมในโครงการแมนฮัตตัน โดยรวบรวมยูเรเนียม-235 ที่ไม่เสถียรซึ่งจำเป็นสำหรับแกนระเบิด หลังสิ้นสุดสงคราม Urey สนับสนุนให้พลเรือนควบคุมเทคโนโลยีนิวเคลียร์

ยูริเริ่มสนใจปรากฏการณ์ทางเคมีที่เกิดขึ้นในอวกาศ และที่น่าสนใจที่สุดสำหรับเขาคือกระบวนการที่เกิดขึ้นระหว่างการก่อตัวของระบบสุริยะ ในการบรรยายครั้งหนึ่งของเขา เขาชี้ให้เห็นว่าในช่วงแรกๆ โลกไม่มีออกซิเจน และเงื่อนไขเหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการก่อตัวของ "ซุปดั้งเดิม" ที่ Oparin และ Haldane พูดถึง เนื่องจากสารที่จำเป็นบางอย่างอ่อนแอมากจนละลายเมื่อสัมผัสกับออกซิเจน

การบรรยายมีนักศึกษาปริญญาเอกชื่อสแตนลีย์ มิลเลอร์เข้าร่วม ซึ่งติดต่อยูรีย์ด้วยข้อเสนอให้ทำการทดลองตามแนวคิดนี้ ยูริสงสัยในตอนแรก แต่ต่อมามิลเลอร์พยายามเกลี้ยกล่อมเขา

ในปี 1952 มิลเลอร์ได้ทำการทดลองที่มีชื่อเสียงที่สุดที่เคยอธิบายที่มาของสิ่งมีชีวิตบนโลก

การทดลองของสแตนลีย์ มิลเลอร์ได้กลายเป็นสิ่งที่โด่งดังที่สุดในประวัติศาสตร์ของการศึกษาต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิตบนโลกของเรา

การทดลองที่มีชื่อเสียงที่สุดเกี่ยวกับต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิตบนโลก

การเตรียมการใช้เวลาไม่นาน มิลเลอร์เชื่อมต่อชุดขวดแก้วที่หมุนเวียนสาร 4 อย่างที่คาดว่ามีอยู่บนโลกยุคแรก: น้ำเดือด ไฮโดรเจน แอมโมเนียและมีเทน ก๊าซต่างๆ ถูกปล่อยประกายไฟอย่างเป็นระบบ ซึ่งเป็นการจำลองการเกิดฟ้าผ่า ซึ่งเป็นเหตุการณ์ปกติที่เกิดขึ้นในโลกยุคแรก

มิลเลอร์พบว่า "น้ำในขวดเปลี่ยนเป็นสีชมพูอย่างเห็นได้ชัดหลังจากวันแรก และหลังจากสัปดาห์แรก สารละลายเปลี่ยนเป็นสีแดงขุ่นและเป็นสีแดงเข้ม" มีการก่อตัวของใหม่ สารประกอบทางเคมี.

เมื่อมิลเลอร์วิเคราะห์องค์ประกอบของสารละลาย เขาพบว่ามีกรดอะมิโน 2 ชนิด ได้แก่ ไกลซีนและอะลานีน ดังที่คุณทราบ กรดอะมิโนมักถูกอธิบายว่าเป็นองค์ประกอบสำคัญของชีวิต กรดอะมิโนเหล่านี้ใช้ในการสร้างโปรตีนที่ควบคุมกระบวนการทางชีวเคมีส่วนใหญ่ในร่างกายของเรา มิลเลอร์ได้สร้างองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดสองประการของสิ่งมีชีวิตตั้งแต่เริ่มต้น

ในปี 1953 ผลการทดลองได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Science อันทรงเกียรติ ยูริ ผู้มีเกียรติ หากไม่มีลักษณะเหมือนนักวิทยาศาสตร์ในวัยเดียวกัน ได้ลบชื่อของเขาออกจากตำแหน่ง ทิ้งความรุ่งโรจน์ทั้งหมดไว้ที่มิลเลอร์ อย่างไรก็ตาม การศึกษานี้มักเรียกกันว่า "การทดลองของมิลเลอร์-อูรีย์"

ความสำคัญของการทดลอง Miller-Urey

"คุณค่าของการทดลอง Miller-Urey คือมันแสดงให้เห็นว่าแม้ในบรรยากาศที่เรียบง่าย โมเลกุลทางชีววิทยาจำนวนมากก็สามารถเกิดขึ้นได้" John Sutherland นักวิทยาศาสตร์จาก Cambridge Molecular Biology Laboratory กล่าว

รายละเอียดทั้งหมดของการทดสอบไม่ถูกต้องตามที่ปรากฎในภายหลัง อันที่จริง การวิจัยพบว่ามีก๊าซชนิดอื่นในชั้นบรรยากาศของโลกยุคแรก แต่สิ่งนี้ไม่ได้เบี่ยงเบนจากความสำคัญของการทดลอง

“มันเป็นการทดลองครั้งสำคัญที่จับจินตนาการของหลาย ๆ คน และนั่นเป็นสาเหตุที่มันยังคงถูกอ้างถึงมาจนถึงทุกวันนี้” ซัทเทอร์แลนด์กล่าว

จากการทดลองของมิลเลอร์ นักวิทยาศาสตร์หลายคนเริ่มมองหาวิธีสร้างโมเลกุลทางชีววิทยาอย่างง่ายตั้งแต่เริ่มต้น คำตอบสำหรับคำถาม “ชีวิตบนโลกเริ่มต้นอย่างไร” ดูเหมือนจะใกล้มาก

แต่แล้วกลับกลายเป็นว่าชีวิตซับซ้อนกว่าที่คุณคิด เซลล์ที่มีชีวิตไม่ได้เป็นเพียงชุดของสารประกอบเคมี แต่เป็นกลไกเล็กๆ ที่ซับซ้อน ทันใดนั้น การสร้างเซลล์ที่มีชีวิตตั้งแต่เริ่มต้นก็กลายเป็นปัญหาที่ใหญ่กว่าที่นักวิทยาศาสตร์คาดไว้มาก

การศึกษายีนและดีเอ็นเอ

ในช่วงต้นทศวรรษที่ 50 ของศตวรรษที่ 20 นักวิทยาศาสตร์ได้เปลี่ยนความคิดที่ว่าชีวิตเป็นของขวัญจากเหล่าทวยเทพ

แต่พวกเขาเริ่มศึกษาความเป็นไปได้ของการกำเนิดของสิ่งมีชีวิตที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติบนโลกยุคแรก และด้วยการทดลองสถานที่สำคัญของสแตนลีย์ มิลเลอร์ หลักฐานก็เริ่มปรากฏขึ้นสำหรับแนวคิดนี้

ขณะที่มิลเลอร์พยายามสร้างชีวิตตั้งแต่เริ่มต้น นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ต่างก็ค้นหาว่ายีนทำมาจากอะไร

เมื่อถึงจุดนี้ โมเลกุลทางชีววิทยาส่วนใหญ่ได้รับการศึกษาไปแล้ว ซึ่งรวมถึงน้ำตาล ไขมัน โปรตีน และกรดนิวคลีอิก เช่น “กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก” หรือที่เรียกว่า DNA

ทุกวันนี้ ทุกคนรู้ว่า DNA มียีนของเราอยู่ แต่สำหรับนักชีววิทยาในช่วงทศวรรษ 1950 นี่เป็นเรื่องที่น่าตกใจจริงๆ

โปรตีนมีโครงสร้างที่ซับซ้อนมากขึ้น ซึ่งเป็นเหตุผลที่นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าข้อมูลยีนมีอยู่ในตัวพวกมัน

ทฤษฎีนี้ถูกหักล้างในปี 1952 โดยนักวิทยาศาสตร์ของ Carnegie Institution Alfred Hershey และ Martha Chase พวกเขาศึกษาไวรัสธรรมดาๆ ซึ่งประกอบด้วยโปรตีนและ DNA ที่สืบพันธุ์โดยติดเชื้อแบคทีเรียอื่นๆ นักวิทยาศาสตร์พบว่า DNA ของไวรัส ไม่ใช่โปรตีน แทรกซึมแบคทีเรีย จากนี้สรุปได้ว่า DNA เป็นสารพันธุกรรม

การค้นพบของเฮอร์ชีย์และเชสเป็นจุดเริ่มต้นของการแข่งขันเพื่อศึกษาโครงสร้างของดีเอ็นเอและวิธีการทำงาน

Martha Chase และ Alfred Hershey ค้นพบว่า DNA มีข้อมูลทางพันธุกรรม

โครงสร้างเกลียวของ DNA เป็นหนึ่งในการค้นพบที่สำคัญที่สุดของศตวรรษที่ 20

ฟรานซิส คริกและเจมส์ วัตสันแห่งมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์เป็นคนแรกที่คิดวิธีแก้ปัญหา โดยไม่ได้รับความช่วยเหลือจากเพื่อนร่วมงานของพวกเขา โรซาลินด์ แฟรงคลิน สิ่งนี้เกิดขึ้นหนึ่งปีหลังจากการทดลองของเฮอร์ชีย์และเชส

การค้นพบของพวกเขากลายเป็นสิ่งสำคัญที่สุดในศตวรรษที่ 20 การค้นพบนี้เปลี่ยนวิธีที่เรามองดูต้นกำเนิดของชีวิต โดยเผยให้เห็นโครงสร้างที่ซับซ้อนอย่างเหลือเชื่อของเซลล์ที่มีชีวิต

วัตสันและคริกค้นพบว่า DNA เป็นเกลียวคู่ (สกรูคู่) ที่ดูเหมือนบันไดโค้ง แต่ละ "ขั้ว" ของบันไดนี้ประกอบด้วยโมเลกุลที่เรียกว่านิวคลีโอไทด์

โครงสร้างนี้ทำให้ชัดเจนว่าเซลล์คัดลอก DNA ของพวกเขาอย่างไร กล่าวอีกนัยหนึ่ง เป็นที่ชัดเจนว่าผู้ปกครองส่งสำเนายีนของตนไปให้ลูกได้อย่างไร

สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าเกลียวคู่สามารถ "แก้" ได้ วิธีนี้จะเปิดการเข้าถึงรหัสพันธุกรรม ซึ่งประกอบด้วยลำดับของฐานพันธุกรรม (A, T, C และ G) ซึ่งปกติจะอยู่ภายใน "ขั้น" ของบันไดดีเอ็นเอ จากนั้นแต่ละสาระจะถูกนำมาใช้เป็นแม่แบบเพื่อสร้างสำเนาของอีกกลุ่มหนึ่ง

กลไกนี้ช่วยให้สามารถถ่ายทอดยีนได้ตั้งแต่เริ่มต้นชีวิต ยีนของคุณเองนั้นมาจากแบคทีเรียในสมัยโบราณ—และยีนแต่ละตัวได้รับการถ่ายทอดโดยใช้กลไกเดียวกันกับที่คริกและวัตสันค้นพบ

เป็นครั้งแรกที่ความลับที่ลึกลับที่สุดประการหนึ่งของชีวิตถูกเปิดเผยต่อสาธารณชน

โครงสร้างดีเอ็นเอ: กระดูกสันหลัง 2 อัน (สายโซ่ต้านขนาน) และนิวคลีโอไทด์คู่หนึ่ง

ความท้าทายของดีเอ็นเอ

เมื่อมันปรากฏออกมา DNA มีเพียงงานเดียวเท่านั้น ดีเอ็นเอของคุณบอกเซลล์ในร่างกายของคุณถึงวิธีการสร้างโปรตีน (โปรตีน) โมเลกุลที่ทำหน้าที่สำคัญหลายอย่าง

หากไม่มีโปรตีน คุณจะไม่สามารถย่อยอาหาร หัวใจจะหยุดเต้น และการหายใจของคุณจะหยุดลง

แต่การสร้างกระบวนการสร้างโปรตีนขึ้นใหม่ด้วย DNA ได้พิสูจน์แล้วว่าเป็นงานที่น่ากลัวจริงๆ ทุกคนที่พยายามอธิบายที่มาของชีวิตก็ไม่เข้าใจว่าสิ่งที่ซับซ้อนเช่นนี้สามารถปรากฏขึ้นและพัฒนาได้อย่างไร

โปรตีนแต่ละชนิดโดยพื้นฐานแล้วเป็นสายโซ่ยาวของกรดอะมิโนที่ถักทอเข้าด้วยกันตามลำดับเฉพาะ ลำดับนี้กำหนดรูปร่างสามมิติของโปรตีนและด้วยเหตุนี้จึงมีวัตถุประสงค์

ข้อมูลนี้ถูกเข้ารหัสในลำดับเบสดีเอ็นเอ ดังนั้น เมื่อเซลล์ต้องการสร้างโปรตีนชนิดใดชนิดหนึ่ง มันจะอ่านยีนที่สอดคล้องกันใน DNA เพื่อสร้างลำดับกรดอะมิโนที่กำหนด

อาร์เอ็นเอคืออะไร?

มีข้อแม้ประการหนึ่งในกระบวนการใช้ DNA โดยเซลล์

• ดีเอ็นเอเป็นทรัพยากรที่มีค่าที่สุดของเซลล์ ดังนั้น เซลล์จึงไม่ต้องการอ้างถึง DNA ในทุกการกระทำ
• เซลล์จะคัดลอกข้อมูลจาก DNA ไปเป็นโมเลกุลขนาดเล็กของสารอื่นที่เรียกว่า RNA (กรดไรโบนิวคลีอิก).
• RNA นั้นคล้ายกับ DNA แต่มีสายเพียงเส้นเดียว

หากเราวาดการเปรียบเทียบระหว่าง DNA กับหนังสือห้องสมุด RNA ที่นี่จะดูเหมือนหน้าที่มี สรุปหนังสือ

กระบวนการแปลงข้อมูลผ่านสาย RNA ให้เป็นโปรตีนเสร็จสมบูรณ์โดยโมเลกุลที่ซับซ้อนมากที่เรียกว่าไรโบโซม

กระบวนการนี้เกิดขึ้นในทุกเซลล์ที่มีชีวิต แม้แต่ในแบคทีเรียที่ง่ายที่สุด มีความสำคัญต่อชีวิตเช่นเดียวกับอาหารและลมหายใจ

ดังนั้น คำอธิบายใดๆ เกี่ยวกับการเกิดขึ้นของชีวิตต้องแสดงให้เห็นว่าทั้งสามคนที่ซับซ้อนปรากฏขึ้นอย่างไรและมันเริ่มทำงานอย่างไร ซึ่งรวมถึง DNA, RNA และไรโบโซม.

ความแตกต่างระหว่าง DNA และ RNA

ทุกอย่างซับซ้อนกว่านั้นมาก

ทฤษฏีของ Oparin และ Haldane ในตอนนี้ดูไร้เดียงสาและเรียบง่าย ในขณะที่การทดลองของ Miller ซึ่งสร้างกรดอะมิโนหลายชนิดที่จำเป็นในการสร้างโปรตีนนั้นดูเป็นมือสมัครเล่น ระหว่างการเดินทางอันยาวนานสู่การสร้างสรรค์ชีวิต งานวิจัยของเขาไม่ว่าจะเกิดผลอย่างไรก็ตาม เป็นเพียงก้าวแรกอย่างชัดเจน

"DNA ทำให้อาร์เอ็นเอสร้างโปรตีน ทั้งหมดนี้อยู่ในถุงปิดที่มีสารเคมี" จอห์น ซัทเทอร์แลนด์กล่าว “คุณมองดูแล้วรู้สึกทึ่งกับความยากของมัน เราจะทำอย่างไรเพื่อค้นหาสารประกอบอินทรีย์ที่จะทำทั้งหมดนี้ได้ในครั้งเดียว”

บางทีชีวิตเริ่มต้นด้วย RNA?

คนแรกที่ตอบคำถามนี้คือนักเคมีชาวอังกฤษชื่อ Leslie Orgel เขาเป็นหนึ่งในคนกลุ่มแรกๆ ที่ได้เห็นแบบจำลองดีเอ็นเอที่สร้างโดยคริกและวัตสัน และต่อมาได้ช่วยนาซาในฐานะส่วนหนึ่งของโครงการไวกิ้ง ซึ่งในระหว่างนั้นผู้ลงจอดถูกส่งไปยังดาวอังคาร

Orgel ตั้งใจทำให้งานง่ายขึ้น ในปี 1968 โดยได้รับการสนับสนุนจากคริก เขาเสนอว่าเซลล์ที่มีชีวิตกลุ่มแรกไม่มีโปรตีนหรือดีเอ็นเอ ตรงกันข้าม พวกมันเกือบทั้งหมดประกอบด้วยอาร์เอ็นเอ ในกรณีนี้ โมเลกุลอาร์เอ็นเอปฐมภูมิต้องเป็นสากล ตัวอย่างเช่น พวกเขาจำเป็นต้องทำสำเนาของตัวเอง โดยอาจใช้กลไกการจับคู่แบบเดียวกับ DNA

แนวคิดที่ว่าชีวิตเริ่มต้นด้วย RNA มีผลกระทบอย่างเหลือเชื่อต่อการวิจัยในอนาคตทั้งหมด และกลายเป็นสาเหตุของการโต้เถียงกันอย่างดุเดือดในแวดวงวิทยาศาสตร์ซึ่งยังไม่คลี่คลายมาจนถึงทุกวันนี้

สมมติว่าชีวิตเริ่มต้นด้วย RNA และองค์ประกอบอื่นๆ Orgel เสนอว่าแง่มุมที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของชีวิต - ความสามารถในการสืบพันธุ์ - ปรากฏขึ้นเร็วกว่าส่วนอื่น เราสามารถพูดได้ว่าเขาไม่ได้คิดแค่ว่าชีวิตปรากฏตัวครั้งแรกอย่างไร แต่ยังพูดถึงแก่นแท้ของชีวิตด้วย

นักชีววิทยาหลายคนเห็นด้วยกับแนวคิดของ Orgel ที่ว่า "การสืบพันธุ์เป็นอันดับแรก" ในทฤษฎีวิวัฒนาการของดาร์วิน ความสามารถในการให้กำเนิดอยู่ในระดับแนวหน้า: นี่เป็นวิธีเดียวที่สิ่งมีชีวิตจะ "ชนะ" เผ่าพันธุ์นี้ นั่นคือการทิ้งเด็กจำนวนมากไว้เบื้องหลัง

Leslie Orgel เสนอแนวคิดที่ว่าเซลล์แรกทำงานบนพื้นฐานของ RNA

แบ่งเป็น 3 ค่าย

แต่ชีวิตยังมีคุณลักษณะอื่นๆ ที่มีความสำคัญเท่าเทียมกัน

ที่ชัดเจนที่สุดคือเมแทบอลิซึม: ความสามารถในการดูดซับพลังงานจากสิ่งแวดล้อมและใช้มันเพื่อความอยู่รอด

สำหรับนักชีววิทยาหลายคน เมแทบอลิซึมเป็นลักษณะเฉพาะของชีวิต ความสามารถในการสืบพันธุ์เป็นอันดับสอง

ดังนั้น เริ่มต้นในปี 1960 นักวิทยาศาสตร์ที่ดิ้นรนกับความลึกลับของการกำเนิดของชีวิตจึงเริ่มแบ่งออกเป็น 2 ค่าย

"คนแรกแย้งว่าเมแทบอลิซึมมาก่อนพันธุกรรม ส่วนที่สองมีความเห็นตรงกันข้าม" ซัทเทอร์แลนด์อธิบาย

มีกลุ่มที่สามที่โต้แย้งว่าก่อนอื่นจะต้องมีภาชนะสำหรับโมเลกุลสำคัญที่จะไม่ยอมให้พวกมันสลายตัว

"การแบ่งแยกส่วนต้องมาก่อน เพราะหากไม่มีมัน เมแทบอลิซึมของเซลล์จะไม่มีความหมาย" ซัทเทอร์แลนด์อธิบาย

กล่าวอีกนัยหนึ่ง เซลล์ต้องอยู่ที่จุดกำเนิดของชีวิต ดังที่ Oparin และ Haldane ได้เน้นย้ำไปแล้วเมื่อหลายสิบปีก่อน และบางทีเซลล์นี้อาจจะต้องเต็มไปด้วยไขมันและไขมันธรรมดาๆ

แนวคิดทั้งสามได้รับการสนับสนุนและดำรงอยู่มาจนถึงทุกวันนี้ นักวิทยาศาสตร์บางครั้งลืมเกี่ยวกับความเป็นมืออาชีพเลือดเย็นและสนับสนุนหนึ่งในสามแนวคิดนี้อย่างสุ่มสี่สุ่มห้า

ด้วยเหตุนี้ การประชุมทางวิทยาศาสตร์ในประเด็นนี้จึงมักมาพร้อมเรื่องอื้อฉาว และนักข่าวที่กล่าวถึงเหตุการณ์เหล่านี้มักได้ยินการวิจารณ์อย่างหนักของนักวิทยาศาสตร์จากค่ายหนึ่งเกี่ยวกับงานของเพื่อนร่วมงานจากอีกสองค่าย

ขอบคุณ Orgel ความคิดที่ว่าชีวิตเริ่มต้นด้วย RNA ทำให้สาธารณชนใกล้ชิดกับปริศนามากขึ้น

และในปี 1980 ก็มีการค้นพบที่น่าทึ่งซึ่งยืนยันสมมติฐานของ Orgel ได้จริง

อะไรมาก่อน: ภาชนะ เมตาบอลิซึม หรือพันธุกรรม?

ดังนั้น ในช่วงปลายทศวรรษ 1960 ในการค้นหาคำตอบเกี่ยวกับความลึกลับของการกำเนิดสิ่งมีชีวิตบนโลกใบนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงถูกแบ่งออกเป็น 3 ค่าย

1. อย่างแรกแน่ใจว่าชีวิตเริ่มต้นด้วยการก่อตัวของเซลล์ชีวภาพในรุ่นดึกดำบรรพ์
2. ประการที่สองเชื่อว่าขั้นตอนแรกและที่สำคัญคือระบบการเผาผลาญ
3. ยังมีอีกหลายคนที่ให้ความสำคัญกับความสำคัญของพันธุกรรมและการสืบพันธุ์ (การจำลองแบบ)

ค่ายที่สามนี้กำลังพยายามค้นหาว่าตัวจำลองแบบแรกๆ อาจมีหน้าตาเป็นอย่างไร โดยคำนึงถึงแนวคิดที่ว่าตัวจำลองแบบต้องทำจากอาร์เอ็นเอ

หลายใบหน้าของ RNA

ในช่วงทศวรรษ 1960 นักวิทยาศาสตร์มีเหตุผลเพียงพอที่เชื่อว่า RNA เป็นแหล่งกำเนิดของทุกชีวิต

เหตุผลเหล่านี้รวมถึงความจริงที่ว่า RNA สามารถทำสิ่งที่ DNA ไม่สามารถทำได้

เนื่องจากเป็นโมเลกุลสายเดี่ยว RNA สามารถโค้งงอเป็นรูปร่างต่างๆ ซึ่งไม่สามารถทำได้ด้วย DNA สายคู่ที่แข็งกระด้าง

RNA ซึ่งพับเหมือนกระดาษพับ มีพฤติกรรมคล้ายโปรตีนอย่างมาก ท้ายที่สุดแล้ว โปรตีนโดยพื้นฐานแล้วเป็นสายโซ่ยาวที่เหมือนกัน แต่ประกอบด้วยกรดอะมิโน ไม่ใช่นิวคลีโอไทด์ ซึ่งช่วยให้พวกมันสร้างโครงสร้างที่ซับซ้อนมากขึ้น

นี่คือกุญแจสู่ความสามารถที่น่าทึ่งที่สุดของโปรตีน โปรตีนบางชนิดสามารถเร่งความเร็วหรือ "กระตุ้น" ปฏิกิริยาเคมีได้ โปรตีนเหล่านี้เรียกว่าเอนไซม์

ตัวอย่างเช่น ลำไส้ของมนุษย์มีเอ็นไซม์จำนวนมากที่ย่อยสลายโมเลกุลของอาหารที่ซับซ้อนให้กลายเป็นโมเลกุลที่เรียบง่าย (เช่น น้ำตาล) นั่นคือเอนไซม์ที่เซลล์ของเราใช้ต่อไป มันคงเป็นไปไม่ได้เลยที่จะอยู่ได้โดยปราศจากเอ็นไซม์ ตัวอย่างเช่น การเสียชีวิตของน้องชายต่างมารดาของผู้นำเกาหลีที่สนามบินมาเลเซียเมื่อเร็วๆ นี้ เกิดจากการที่เอ็นไซม์ (เอนไซม์) หยุดทำงานในร่างกายของเขา ซึ่งการกระทำดังกล่าวไปกดทับรีเอเจนต์เส้นประสาท VX ส่งผลให้ ระบบทางเดินหายใจเป็นอัมพาตและบุคคลเสียชีวิตภายในไม่กี่นาที เอ็นไซม์มีความสำคัญต่อการทำงานของร่างกายเรามาก

Leslie Orgel และ Francis Crick เสนอสมมติฐานอื่น ถ้าอาร์เอ็นเอสามารถพับเหมือนโปรตีน มันจะสร้างเอ็นไซม์ได้ด้วยหรือ?

หากเป็นกรณีนี้ RNA อาจเป็นโมเลกุลที่มีชีวิตดั้งเดิมและใช้งานได้หลากหลายซึ่งเก็บข้อมูล (เช่นเดียวกับที่ DNA ทำ) และกระตุ้นปฏิกิริยาเช่นเดียวกับโปรตีนบางชนิด

แนวคิดนี้น่าสนใจ แต่ในอีก 10 ปีข้างหน้า ไม่พบหลักฐานสนับสนุนแนวคิดนี้

เอ็นไซม์อาร์เอ็นเอ

Thomas Check เกิดและเติบโตในไอโอวา แม้ในวัยเด็ก ความหลงใหลของเขาคือหินและแร่ธาตุ และในโรงเรียนมัธยมปลายแล้ว เขาเป็นแขกรับเชิญประจำที่นักธรณีวิทยามหาวิทยาลัยในท้องถิ่น ซึ่งแสดงแบบจำลองโครงสร้างแร่แก่เขา ในที่สุดเขาก็กลายเป็นนักชีวเคมีโดยเน้นที่การศึกษาอาร์เอ็นเอ

ในช่วงต้นทศวรรษ 1980 Chek และเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัยโคโลราโดที่โบลเดอร์กำลังศึกษาสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่เรียกว่า Tetrahymena thermophile ส่วนหนึ่งของสิ่งมีชีวิตในเซลล์นี้รวมถึงสายของ RNA เช็คสังเกตว่าส่วนหนึ่งของอาร์เอ็นเอบางครั้งแยกออกจากส่วนอื่น ราวกับว่ามันถูกแยกออกจากกันด้วยกรรไกร

เมื่อทีมของเขากำจัดเอ็นไซม์และโมเลกุลอื่นๆ ทั้งหมดที่อาจทำหน้าที่เป็นกรรไกรโมเลกุล RNA ยังคงแยกส่วนนี้ออกต่อไป ในเวลาเดียวกัน เอนไซม์อาร์เอ็นเอตัวแรกถูกค้นพบ: อาร์เอ็นเอส่วนเล็ก ๆ ที่สามารถแยกออกจากสายโซ่ขนาดใหญ่ที่ติดอยู่อย่างอิสระ

เนื่องจากเอ็นไซม์อาร์เอ็นเอทั้งสองพบได้ค่อนข้างเร็ว นักวิทยาศาสตร์จึงคาดการณ์ว่าจริงๆ แล้วอาจมีอีกมาก ตอนนี้มีหลักฐานมากขึ้นเรื่อยๆ ที่สนับสนุนความจริงที่ว่าชีวิตเริ่มต้นด้วยอาร์เอ็นเอ

Thomas Check พบเอนไซม์ RNA ตัวแรก

RNA World

วอลเตอร์ กิลเบิร์ตเป็นคนแรกที่ตั้งชื่อแนวคิดนี้

ในฐานะนักฟิสิกส์ที่มีความสนใจในอณูชีววิทยาในทันใด กิลเบิร์ตเป็นหนึ่งในคนกลุ่มแรกๆ ที่ปกป้องทฤษฎีการจัดลำดับจีโนมของมนุษย์

ในบทความเรื่อง Nature ในปี 1986 กิลเบิร์ตแนะนำว่าชีวิตเริ่มต้นขึ้นในสิ่งที่เรียกว่า "RNA World"

กิลเบิร์ตขั้นตอนแรกของวิวัฒนาการประกอบด้วย "กระบวนการที่โมเลกุลอาร์เอ็นเอทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา รวมตัวกันในซุปนิวคลีโอไทด์"

โดยการคัดลอกและวางชิ้นส่วน RNA ต่างๆ ลงในสายโซ่ทั่วไป โมเลกุล RNA จะสร้างสายที่มีประโยชน์มากขึ้นโดยยึดตามกลุ่มที่มีอยู่ ในท้ายที่สุด ช่วงเวลานั้นก็มาถึงเมื่อพวกเขาได้เรียนรู้วิธีสร้างโปรตีนและเอนไซม์โปรตีนที่กลายเป็นว่ามีประโยชน์มากกว่าเวอร์ชัน RNA มาก โดยส่วนใหญ่จะเข้ามาแทนที่พวกมันและก่อให้เกิดชีวิตที่เราเห็นในทุกวันนี้

RNA World เป็นวิธีที่ค่อนข้างดีในการสร้างสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนตั้งแต่เริ่มต้น

ในแนวคิดนี้ เราไม่จำเป็นต้องพึ่งพาการก่อตัวของโมเลกุลทางชีวภาพหลายสิบตัวใน "ซุปดั้งเดิม" พร้อมกัน มันจะเพียงพอสำหรับโมเลกุลเดียวที่มันเริ่มต้นทั้งหมด

หลักฐานของ

ในปี 2000 สมมติฐาน "RNA World" ได้รับหลักฐานที่ชัดเจน

Thomas Steitz ใช้เวลา 30 ปีในการศึกษาโครงสร้างของโมเลกุลในเซลล์ที่มีชีวิต ในปี 1990 เขาเริ่มดำเนินการศึกษาหลักในชีวิตของเขา: การศึกษาโครงสร้างของไรโบโซม

ทุกเซลล์ที่มีชีวิตมีไรโบโซม โมเลกุลขนาดใหญ่นี้อ่านคำแนะนำจากอาร์เอ็นเอและนำกรดอะมิโนมารวมกันเพื่อสร้างโปรตีน ไรโบโซมในเซลล์ของมนุษย์จะเรียงตัวกันเกือบทุกส่วนของร่างกาย

เมื่อถึงเวลานั้น เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าไรโบโซมประกอบด้วยอาร์เอ็นเอ แต่ในปี 2000 ทีมงานของ Steitz ได้นำเสนอแบบจำลองโดยละเอียดของโครงสร้างของไรโบโซม ซึ่ง RNA ปรากฏเป็นนิวเคลียสตัวเร่งปฏิกิริยาของไรโบโซม

การค้นพบนี้เป็นเรื่องร้ายแรง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพิจารณาถึงความสำคัญของไรโบโซมในสมัยโบราณและมีความสำคัญต่อชีวิต ความจริงที่ว่ากลไกที่สำคัญดังกล่าวมีพื้นฐานมาจาก RNA ทำให้ทฤษฎี "RNA World" มีความเป็นไปได้มากขึ้นในแวดวงวิทยาศาสตร์ ผู้สนับสนุนแนวคิด RNA World ต่างพากันชื่นชมยินดีมากที่สุด และ Steitz ได้รับรางวัลโนเบลในปี 2552

แต่หลังจากนั้นนักวิทยาศาสตร์ก็เริ่มสงสัย

ปัญหาของทฤษฎี “อาร์เอ็นเอ เวิลด์”

ทฤษฎี RNA World ในขั้นต้นมีปัญหาสองประการ

ประการแรก RNA สามารถทำหน้าที่สำคัญทั้งหมดได้หรือไม่? และมันสามารถก่อตัวขึ้นภายใต้สภาวะของโลกยุคแรกได้หรือไม่?

เป็นเวลา 30 ปีแล้วที่กิลเบิร์ตสร้างทฤษฎี "อาร์เอ็นเอเวิลด์" และเรายังไม่มีหลักฐานแน่ชัดว่าอาร์เอ็นเอมีความสามารถจริง ๆ กับทุกสิ่งที่อธิบายไว้ในทฤษฎีนี้ ใช่ มันเป็นโมเลกุลที่ทำงานได้อย่างน่าอัศจรรย์ แต่ RNA หนึ่งตัวเพียงพอสำหรับหน้าที่ทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับมันหรือไม่?

ความไม่สอดคล้องกันอย่างหนึ่งดึงดูดสายตาของฉัน หากชีวิตเริ่มต้นด้วยโมเลกุลอาร์เอ็นเอ อาร์เอ็นเอก็สามารถสร้างสำเนาของตัวเองหรือแบบจำลองได้

แต่ไม่มี RNA ที่รู้จักทั้งหมดมีความสามารถนี้ ในการสร้างสำเนาที่ถูกต้องของอาร์เอ็นเอหรือชิ้นส่วนดีเอ็นเอ จำเป็นต้องมีเอนไซม์จำนวนมากและโมเลกุลอื่นๆ

ดังนั้นในช่วงปลายยุค 80 นักชีววิทยากลุ่มหนึ่งจึงเริ่มทำการวิจัยอย่างสิ้นหวัง พวกเขามุ่งมั่นที่จะสร้าง RNA ที่สามารถจำลองตัวเองได้

ความพยายามที่จะสร้าง RNA . ที่จำลองตัวเอง

Jack Szostak จาก Harvard Medical School เป็นนักวิจัยกลุ่มแรก ตั้งแต่ยังเด็ก เขาหลงใหลในวิชาเคมีมากจนเปลี่ยนห้องใต้ดินเป็นห้องปฏิบัติการ เขาปฏิบัติต่อความปลอดภัยของเขาด้วยความรังเกียจ ซึ่งครั้งหนึ่งเคยนำไปสู่การระเบิดที่ตอกหลอดแก้วกับเพดาน

ในช่วงต้นทศวรรษ 1980 Shostak ได้แสดงให้เห็นว่ายีนของมนุษย์ปกป้องตนเองจากกระบวนการชราภาพได้อย่างไร การวิจัยในช่วงแรกนี้จะนำเขาไปสู่รางวัลโนเบลในเวลาต่อมา

แต่ในไม่ช้าเขาก็หลงใหลในงานวิจัยของ Chek เกี่ยวกับเอนไซม์อาร์เอ็นเอ “ฉันคิดว่ามันเป็นงานที่น่าเหลือเชื่อ” โชสตาคกล่าว "โดยหลักการแล้ว มีโอกาสสูงที่ RNA จะทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการทำสำเนาของตัวเอง"

ในปี 1988 Chek ได้ค้นพบเอ็นไซม์ RNA ที่สามารถสร้างโมเลกุล RNA ขนาดเล็กได้ 10 นิวคลีโอไทด์

Shostak ตัดสินใจที่จะดำเนินการต่อไปและสร้างเอนไซม์ RNA ใหม่ในห้องปฏิบัติการ ทีมงานของเขาได้สร้างชุดลำดับแบบสุ่มและทดสอบแต่ละชุดเพื่อหาอย่างน้อยหนึ่งชุดที่มีความสามารถของตัวเร่งปฏิกิริยา จากนั้นลำดับก็เปลี่ยนไปและการทดสอบก็ดำเนินต่อไป

หลังจากพยายาม 10 ครั้ง Shostak สามารถสร้างเอนไซม์ RNA ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาได้เร็วกว่าที่เกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ 7 ล้านเท่า

ทีมงานของ Shostak ได้พิสูจน์แล้วว่าเอนไซม์ RNA นั้นมีประสิทธิภาพอย่างมาก แต่เอ็นไซม์ของพวกมันไม่สามารถสร้างแบบจำลองของตัวเองได้ มันเป็นทางตันสำหรับโชสตาค

เอนไซม์ R18

ในปี 2001 David Barthel อดีตนักศึกษาของ Shostak แห่งสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ในเคมบริดจ์

Bartel สร้างเอนไซม์ RNA ที่เรียกว่า R18 ซึ่งสามารถเพิ่มนิวคลีโอไทด์ใหม่ให้กับสายโซ่ RNA ตามที่มีอยู่

กล่าวอีกนัยหนึ่ง เอ็นไซม์ไม่เพียงเพิ่มนิวคลีโอไทด์แบบสุ่ม แต่คัดลอกลำดับอย่างแม่นยำด้วย

โมเลกุลที่สืบพันธุ์ได้เองยังห่างไกล แต่ทิศทางนั้นถูกต้อง

เอ็นไซม์ R18 ประกอบด้วยสายโซ่ที่รวมนิวคลีโอไทด์ 189 ตัว และสามารถเพิ่มอีก 11 ตัวเข้าไป นั่นคือ 6% ของความยาวทั้งหมด นักวิจัยหวังว่าหลังจากการทดลองอีกสองสามครั้ง 6% เหล่านี้จะกลายเป็น 100%

ความสำเร็จสูงสุดในสาขานี้คือ Philip Holliger จาก Laboratory of Molecular Biology ในเคมบริดจ์ ในปี 2011 ทีมงานของเขาได้ดัดแปลงเอ็นไซม์ R18 เพื่อสร้างเอ็นไซม์ tC19Z ซึ่งสามารถคัดลอกลำดับของนิวคลีโอไทด์ได้ถึง 95 ตัว นี่คือความยาว 48% - มากกว่า R18 แต่ไม่จำเป็น 100% อย่างชัดเจน

Gerald Joyce และ Tracey Lincoln จากสถาบันวิจัย Scripps ที่ La Jolla ได้นำเสนอแนวทางทางเลือกสำหรับปัญหานี้ ในปี 2552 พวกเขาสร้างเอนไซม์อาร์เอ็นเอที่สร้างแบบจำลองของตัวเองทางอ้อม

เอ็นไซม์ของพวกมันรวมอาร์เอ็นเอสั้นสองชิ้นเข้าด้วยกันและสร้างเอ็นไซม์อีกตัวหนึ่ง ในทางกลับกัน รวมชิ้นส่วนอาร์เอ็นเออีกสองชิ้นเพื่อสร้างเอ็นไซม์ดั้งเดิมขึ้นมาใหม่

เมื่อพิจารณาจากวัตถุดิบแล้ว วัฏจักรง่ายๆ นี้สามารถดำเนินต่อไปได้ไม่มีกำหนด แต่เอนไซม์จะทำงานได้อย่างถูกต้องก็ต่อเมื่อมีสาย RNA ที่ถูกต้องซึ่งสร้างโดยจอยซ์และลินคอล์นเท่านั้น

สำหรับนักวิทยาศาสตร์หลายคนที่สงสัยเกี่ยวกับแนวคิด "RNA World" การขาดการจำลองแบบ RNA ที่เป็นอิสระเป็นสาเหตุหลักของความสงสัย RNA ไม่ได้ขึ้นอยู่กับหน้าที่ของการเป็นผู้สร้างทุกชีวิต

อย่าเพิ่มการมองโลกในแง่ดีและความล้มเหลวของนักเคมีในการสร้าง RNA ตั้งแต่เริ่มต้น และถึงแม้ว่า RNA จะเป็นโมเลกุลที่ง่ายกว่า DNA มาก แต่การสร้างมันได้พิสูจน์แล้วว่าเป็นความท้าทายที่เหลือเชื่อ

เซลล์แรกมีแนวโน้มมากที่สุดที่จะคูณด้วยการหาร

ปัญหาคือน้ำตาล

มันเป็นเรื่องของน้ำตาลที่มีอยู่ในนิวคลีโอไทด์แต่ละตัวและกระดูกสันหลังของนิวคลีโอไทด์ สามารถสร้างแยกกันได้ แต่ไม่สามารถเชื่อมโยงเข้าด้วยกันได้

ในช่วงต้นทศวรรษ 1990 ปัญหานี้ปรากฏชัดแล้ว เธอโน้มน้าวนักชีววิทยาหลายคนว่าสมมติฐานของ RNA World แม้จะดูน่าดึงดูดเพียงใด ก็ยังคงเป็นเพียงสมมติฐานเท่านั้น

• บางทีอาจมีโมเลกุลอื่นที่มีอยู่เดิมบนโลกยุคแรก: ง่ายกว่า RNA และสามารถประกอบขึ้นจาก "ซุปดั้งเดิม" และต่อมาก็เริ่มทำซ้ำตัวเอง
• บางทีโมเลกุลนี้อาจเป็นโมเลกุลแรก และหลังจากนั้น RNA ก็มี DNA และตัวอื่นๆ ปรากฏขึ้น

กรดนิวคลีอิกโพลีอะไมด์ (PNA)

ในปี 1991 ปีเตอร์ นีลเส็นจากมหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกนในเดนมาร์กดูเหมือนจะพบผู้สมัครที่เหมาะสมสำหรับบทบาทของผู้จำลองแบบเบื้องต้น

อันที่จริงมันเป็น DNA รุ่นปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ Nielsen ปล่อยให้ฐานไม่เปลี่ยนแปลง—มาตรฐาน A, T, C และ G—แต่แทนที่จะใช้โมเลกุลน้ำตาล เขาใช้โมเลกุลที่เรียกว่าโพลีเอไมด์

เขาเรียกโมเลกุลที่เป็นผลลัพธ์ของกรดนิวคลีอิกโพลีอะไมด์หรือ PNA อย่างไรก็ตาม เมื่อเวลาผ่านไป การถอดรหัสตัวย่อด้วยเหตุผลบางอย่างกลายเป็น "กรดนิวคลีอิกเปปไทด์"

PNA ไม่ได้เกิดขึ้นในธรรมชาติ แต่พฤติกรรมของมันคล้ายกับดีเอ็นเออย่างยิ่ง สาย PNA สามารถแทนที่สายในโมเลกุล DNA และเบสจะจับคู่ได้ตามปกติ นอกจากนี้ PNA สามารถบิดเกลียวคู่เหมือน DNA

สแตนลีย์ มิลเลอร์รู้สึกทึ่ง ด้วยความสงสัยอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับแนวคิดของ "RNA World" เขาเชื่อว่า PNA เหมาะสมกับบทบาทของสารพันธุกรรมชนิดแรกมากกว่า

ในปี 2543 เขาสนับสนุนความคิดเห็นพร้อมหลักฐาน เมื่อถึงเวลานั้น เขาอายุได้ 70 ปีแล้วและเคยประสบกับโรคหลอดเลือดสมองหลายครั้ง หลังจากนั้นเขาอาจต้องจบลงที่บ้านพักคนชรา แต่เขาจะไม่ยอมแพ้

มิลเลอร์ทำซ้ำการทดลองคลาสสิกของเขาที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ คราวนี้โดยใช้มีเทน ไนโตรเจน แอมโมเนีย และน้ำ และจบลงด้วยกระดูกสันหลังของโพลีเอไมด์ของ PNA

จากนี้ไป บนโลกยุคแรกอาจมีเงื่อนไขสำหรับการปรากฏตัวของ PNA ซึ่งแตกต่างจาก RNA

PNA มีลักษณะเหมือนดีเอ็นเอ

กรดนิวคลีอิกสามชนิด (TNA)

ในขณะเดียวกัน นักเคมีคนอื่นๆ ก็ได้สร้างกรดนิวคลีอิกขึ้นมาเอง

ในปี 2000 Albert Eschenmoser ได้สร้างกรดนิวคลีอิก threose (TNA)

อันที่จริงมันเป็น DNA เดียวกัน แต่มีน้ำตาลต่างกันที่ฐาน สายโซ่ของ TNC สามารถก่อตัวเป็นเกลียวคู่ และข้อมูลสามารถถ่ายโอนจาก RNA ไปยัง TNC และในทางกลับกัน

นอกจากนี้ TNA ยังสามารถสร้างรูปแบบที่ซับซ้อน รวมทั้งรูปแบบของโปรตีน สิ่งนี้บอกเป็นนัยว่า TNA สามารถทำหน้าที่เป็นเอนไซม์ เช่นเดียวกับอาร์เอ็นเอ

กรดนิวคลีอิกไกลคอล (GNA)

ในปี 2548 Eric Meggers ได้สร้างกรดนิวคลีอิกไกลคอลที่สามารถสร้างเกลียวได้

กรดนิวคลีอิกเหล่านี้แต่ละตัวมีตัวรองรับ: โดยปกติผู้สร้างกรดเอง

แต่ในธรรมชาติไม่มีร่องรอยของกรดนิวคลีอิกดังกล่าว ดังนั้นแม้ว่าเราคิดว่าพวกมันถูกใช้ในชาติแรก แต่ในบางช่วงก็ต้องละทิ้งกรดนิวคลีอิกเพื่อประโยชน์ของอาร์เอ็นเอและดีเอ็นเอ

ฟังดูน่าเชื่อถือ แต่ไม่มีหลักฐานสนับสนุน

แนวคิดก็ดี แต่...

ดังนั้นในช่วงกลางทศวรรษแรกของศตวรรษที่ 21 ผู้เสนอแนวคิด "RNA World" จึงพบว่าตัวเองอยู่ในตำแหน่งที่ยากลำบาก

ในอีกด้านหนึ่ง เอ็นไซม์อาร์เอ็นเอมีอยู่ในธรรมชาติและรวมถึงชิ้นส่วนที่สำคัญที่สุดชิ้นหนึ่งของกลไกทางชีววิทยา นั่นคือไรโบโซม ไม่เลว.

แต่ในทางกลับกัน ไม่พบ RNA ที่จำลองตัวเองได้ในธรรมชาติ และไม่มีใครสามารถอธิบายได้อย่างชัดเจนว่า RNA ก่อตัวขึ้นใน "ซุปดึกดำบรรพ์" ได้อย่างไร หลังสามารถอธิบายได้ด้วยกรดนิวคลีอิกทางเลือก แต่มีอยู่แล้ว (หรือไม่เคยมี) อยู่ในธรรมชาติ นี้ไม่ดี.

คำตัดสินของแนวคิด RNA World ทั้งหมดนั้นชัดเจน: แนวคิดนั้นดี แต่ไม่ละเอียดถี่ถ้วน

ในระหว่างนี้ ตั้งแต่กลางทศวรรษ 1980 ทฤษฎีอื่นก็ค่อยๆ พัฒนาไปอย่างช้าๆ ผู้เสนออ้างว่าชีวิตไม่ได้เริ่มต้นด้วย RNA, DNA หรือสารพันธุกรรมอื่น ๆ ตามที่พวกเขากล่าวว่าชีวิตเป็นกลไกในการใช้พลังงาน

พลังงานก่อน?

ดังนั้น ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับต้นกำเนิดของชีวิตได้แบ่งออกเป็น 3 ค่าย

ตัวแทนของกลุ่มแรกเชื่อว่าชีวิตเริ่มต้นด้วยโมเลกุลของอาร์เอ็นเอ แต่พวกเขาไม่สามารถทราบได้ว่าโมเลกุลของอาร์เอ็นเอหรือคล้ายกับอาร์เอ็นเอสามารถปรากฏตามธรรมชาติบนโลกยุคแรกได้อย่างไรและเริ่มทำซ้ำตัวเอง ความสำเร็จของนักวิทยาศาสตร์ในตอนแรกชื่นชม แต่ในที่สุดนักวิจัยก็หยุดนิ่ง อย่างไรก็ตาม แม้ว่าการศึกษาเหล่านี้จะเต็มไปด้วยความผันผวน แต่ก็มีคนที่มั่นใจว่าชีวิตมีต้นกำเนิดแตกต่างกันมากทีเดียว

ทฤษฎี RNA World มีพื้นฐานมาจากแนวคิดง่ายๆ หน้าที่ที่สำคัญที่สุดของสิ่งมีชีวิตคือความสามารถในการให้กำเนิด นักชีววิทยาส่วนใหญ่เห็นด้วยกับเรื่องนี้ สิ่งมีชีวิตทุกชนิด ตั้งแต่แบคทีเรียไปจนถึงวาฬสีน้ำเงิน พยายามขยายพันธุ์

อย่างไรก็ตาม นักวิจัยหลายคนในประเด็นนี้ไม่เห็นด้วยว่าหน้าที่การสืบพันธุ์ต้องมาก่อน พวกเขากล่าวว่าสิ่งมีชีวิตจะต้องพึ่งพาตนเองได้ก่อนที่จะเริ่มการสืบพันธุ์ เขาต้องสามารถรักษาชีวิตตัวเองได้ ท้ายที่สุดคุณไม่สามารถมีลูกได้ถ้าคุณตายก่อน

เราดำรงชีวิตด้วยอาหาร ในขณะที่พืชดูดซับพลังงานจากแสงแดด

ใช่ คนที่กินชิ้นเนื้อชิ้นฉ่ำอย่างมีความสุขนั้นไม่เหมือนต้นโอ๊กอายุนับร้อยปี แต่ที่จริงแล้ว ทั้งคู่ดูดซับพลังงาน

การดูดซับพลังงานเป็นพื้นฐานของชีวิต

เมแทบอลิซึม

เมื่อพูดถึงพลังงานของสิ่งมีชีวิต เรากำลังจัดการกับเมแทบอลิซึม

1. ขั้นตอนแรกคือการได้รับพลังงาน เช่น จากสารที่มีพลังงานสูง (เช่น น้ำตาล)
2. ประการที่สองคือการใช้พลังงานเพื่อสร้างเซลล์ที่มีประโยชน์ในร่างกาย

กระบวนการใช้พลังงานมีความสำคัญอย่างยิ่ง และนักวิจัยหลายคนเชื่อว่าเขาคือจุดเริ่มต้นของชีวิต

แต่สิ่งมีชีวิตที่มีฟังก์ชันเมตาบอลิซึมเพียงอย่างเดียวจะมีลักษณะอย่างไร

คำแนะนำแรกและมีอิทธิพลมากที่สุดคือ Günter Wachtershauser ในช่วงปลายทศวรรษ 1980 เขาเป็นทนายความด้านสิทธิบัตรด้วยวิชาชีพ แต่มีความรู้ด้านเคมีพอสมควร

Wachtershauser แนะนำว่าสิ่งมีชีวิตแรก "แตกต่างอย่างมากจากสิ่งที่เรารู้" พวกมันไม่ได้ประกอบด้วยเซลล์ ไม่มีเอ็นไซม์ ดีเอ็นเอ หรืออาร์เอ็นเอ

เพื่อความชัดเจน Wachtershauser อธิบายการไหลของน้ำร้อนที่ไหลจากภูเขาไฟ น้ำอิ่มตัวด้วยก๊าซภูเขาไฟ เช่น แอมโมเนีย และมีอนุภาคแร่ธาตุจากใจกลางภูเขาไฟ

ในบริเวณที่กระแสน้ำไหลผ่านโขดหิน ปฏิกิริยาเคมีก็เริ่มขึ้น โลหะที่มีอยู่ในน้ำมีส่วนทำให้เกิดสารประกอบอินทรีย์ขนาดใหญ่จากสารที่ง่ายกว่า

วงจรการเผาผลาญ

จุดเปลี่ยนคือการสร้างวงจรการเผาผลาญครั้งแรก

ในกระบวนการนี้ สารเคมีหนึ่งตัวจะถูกแปลงเป็นสารเคมีอีกหลายชนิด และต่อๆ ไป จนกระทั่งในที่สุด ทุกสิ่งทุกอย่างก็ลงมาเพื่อสร้างสารแรกขึ้นใหม่

ในระหว่างกระบวนการ ระบบทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการเผาผลาญจะสะสมพลังงานที่สามารถนำมาใช้เพื่อเริ่มวงจรใหม่หรือเริ่มกระบวนการใหม่บางอย่างได้

ทุกสิ่งทุกอย่างที่สิ่งมีชีวิตสมัยใหม่ได้รับ (DNA, เซลล์, สมอง) ปรากฏขึ้นในภายหลัง นอกจากนี้ บนพื้นฐานของวัฏจักรเคมีเหล่านี้

วัฏจักรเมตาบอลิซึมไม่เหมือนกับชีวิตมากนัก ดังนั้น Wachtershauser จึงเรียกสิ่งประดิษฐ์ของเขาว่า "สารตั้งต้นของสิ่งมีชีวิต" และเขียนว่า "แทบจะไม่สามารถเรียกได้ว่ามีชีวิต"

แต่วัฏจักรการเผาผลาญที่อธิบายโดย Wachtershauser มักจะเป็นศูนย์กลางของสิ่งมีชีวิตใดๆ

ที่จริงแล้ว เซลล์ของคุณเป็นโรงงานที่มีขนาดเล็กมาก ซึ่งแบ่งสารหนึ่งออกเป็นอีกสารหนึ่งอย่างต่อเนื่อง

วัฏจักรเมตาบอลิซึมแม้ว่ากลไกจะเป็นพื้นฐานของชีวิต

สองทศวรรษสุดท้ายของศตวรรษที่ 20 Wachtershauser ทุ่มเทให้กับทฤษฎีของเขาโดยลงรายละเอียด เขาอธิบายว่าแร่ธาตุใดเหมาะสมที่สุดและวัฏจักรเคมีใดที่จะเกิดขึ้น ข้อโต้แย้งของเขาเริ่มได้รับการสนับสนุน

การยืนยันการทดลอง

ในปี 1977 ทีมงานของ Jack Corliss จากมหาวิทยาลัยโอเรกอนได้ดำน้ำในน่านน้ำของมหาสมุทรแปซิฟิกตะวันออกที่ระดับความลึก 2.5 กิโลเมตร (1.5 ไมล์) นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาน้ำพุร้อนกาลาปากอสในที่ที่มีแนวหินโผล่ขึ้นมาจากด้านล่าง เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าช่วงแรกเริ่มมีการปะทุของภูเขาไฟ

Corliss พบว่าแนวสันเขานั้นเต็มไปด้วยน้ำพุร้อน น้ำร้อนและสารเคมีที่หลั่งไหลออกมาจากใต้พื้นทะเลและไหลออกมาทางรูในโขดหิน

น่าแปลกที่ "ปล่องไฮโดรเทอร์มอล" เหล่านี้เต็มไปด้วยสัตว์ประหลาดมากมาย เหล่านี้เป็นหอยขนาดใหญ่หลายชนิด ได้แก่ หอยแมลงภู่และแอนนีลิด

น้ำยังเต็มไปด้วยแบคทีเรีย สิ่งมีชีวิตทั้งหมดเหล่านี้อาศัยพลังงานจากปล่องไฮโดรเทอร์มอล

การค้นพบปล่องไฮโดรเทอร์มอลทำให้ Corliss มีชื่อเสียงที่ยอดเยี่ยม มันยังทำให้เขาคิด

ปล่องไฮโดรเทอร์มอลในมหาสมุทรให้ชีวิตแก่สิ่งมีชีวิตในปัจจุบัน บางทีพวกเขาอาจกลายเป็นแหล่งที่มาหลักของมัน?

ช่องระบายความร้อนด้วยน้ำ

ในปี 1981 Jack Corliss เสนอว่าปล่องดังกล่าวมีอยู่บนโลกเมื่อ 4 พันล้านปีก่อน และสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นรอบตัวพวกเขา เขาอุทิศอาชีพทั้งหมดเพื่อพัฒนาแนวคิดนี้

Corliss แนะนำว่าปล่องไฮโดรเทอร์มอลสามารถสร้างส่วนผสมของสารเคมีได้ เขาโต้แย้งว่าช่องระบายอากาศแต่ละช่องเป็นเครื่องฉีดน้ำชนิดหนึ่งของ "ซุปดึกดำบรรพ์"

• บาย น้ำร้อนความร้อนและความดันไหลผ่านหิน บังคับให้สารประกอบอินทรีย์ที่ง่ายที่สุดกลายเป็นสารประกอบที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น กรดอะมิโน นิวคลีโอไทด์ และน้ำตาล
• ใกล้กับทางออกสู่มหาสมุทร ซึ่งน้ำไม่ร้อนอีกต่อไป พวกเขาเริ่มก่อตัวเป็นโซ่ สร้างคาร์โบไฮเดรต โปรตีน และนิวคลีโอไทด์เหมือนดีเอ็นเอ
• จากนั้นในมหาสมุทรเองซึ่งน้ำเย็นลงอย่างมีนัยสำคัญโมเลกุลเหล่านี้ประกอบเป็นเซลล์ธรรมดา

ทฤษฎีนี้ฟังดูสมเหตุสมผลและดึงดูดความสนใจ

แต่สแตนลีย์ มิลเลอร์ ซึ่งเคยพูดถึงการทดลองก่อนหน้านี้ ไม่ได้มีความกระตือรือร้นเหมือนกัน ในปีพ.ศ. 2531 เขาเขียนว่าช่องระบายอากาศร้อนเกินไปสำหรับชีวิต

ทฤษฎีของ Corliss คืออุณหภูมิที่สูงเกินไปสามารถกระตุ้นการก่อตัวของสารเช่นกรดอะมิโน แต่การทดลองของ Miller แสดงให้เห็นว่าพวกมันสามารถทำลายพวกมันได้เช่นกัน

สารประกอบสำคัญ เช่น น้ำตาลสามารถอยู่ได้เพียงไม่กี่วินาทีเท่านั้น

ยิ่งไปกว่านั้น โมเลกุลอย่างง่ายเหล่านี้แทบจะไม่สามารถสร้างโซ่ได้ เนื่องจากน้ำที่อยู่รอบข้างจะทำให้พวกมันแตกแทบจะในทันที

อบอุ่นยิ่งนัก...

ณ จุดนี้ นักธรณีวิทยา ไมค์ รัสเซลล์ เข้าร่วมการอภิปราย เขาเชื่อว่าทฤษฎีช่องระบายอากาศนั้นเข้ากันได้ดีกับสมมติฐานของ Wachtershauser เกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตสารตั้งต้น ความคิดเหล่านี้ทำให้เขาสร้างทฤษฎีที่ได้รับความนิยมมากที่สุดเรื่องหนึ่งเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิต

วัยเยาว์ของรัสเซลใช้เวลาในการสร้างแอสไพรินและศึกษาแร่ธาตุที่มีคุณค่า และระหว่างการปะทุของภูเขาไฟที่อาจเกิดขึ้นในยุค 60 เขาได้ประสานงานแผนรับมือโดยที่ไม่มีประสบการณ์อยู่เบื้องหลัง แต่เขาสนใจที่จะศึกษาว่าพื้นผิวโลกเปลี่ยนไปตามยุคสมัยต่างๆ อย่างไร โอกาสในการดูประวัติศาสตร์จากมุมมองของนักธรณีวิทยาและสร้างทฤษฎีเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิต

ในช่วงทศวรรษ 1980 เขาพบฟอสซิลที่แสดงให้เห็นว่าในสมัยโบราณมีปล่องไฮโดรเทอร์มอลซึ่งมีอุณหภูมิไม่เกิน 150 องศาเซลเซียส เขาแย้งว่าอุณหภูมิปานกลางเหล่านี้อาจทำให้โมเลกุลมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าที่มิลเลอร์คิดไว้

ยิ่งไปกว่านั้น ยังมีซากดึกดำบรรพ์ของช่องระบายอากาศที่ร้อนน้อยกว่านี้ด้วย แร่ที่เรียกว่าไพไรต์ ประกอบด้วยธาตุเหล็กและกำมะถัน มีลักษณะเป็นท่อยาว 1 มิลลิเมตร

ในห้องทดลองของเขา รัสเซลล์ค้นพบว่าไพไรต์สามารถก่อตัวเป็นหยดทรงกลมได้เช่นกัน เขาแนะนำว่าโมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อนตัวแรกก่อตัวขึ้นอย่างแม่นยำภายในโครงสร้างของไพไรต์

ในเวลาเดียวกัน Wachtershauser เริ่มเผยแพร่ทฤษฎีของเขาโดยอาศัยข้อเท็จจริงที่ว่าการไหลของน้ำซึ่งอุดมไปด้วยสารเคมีมีปฏิสัมพันธ์กับแร่ธาตุบางชนิด เขายังแนะนำว่าแร่นี้อาจเป็นไพไรต์

2+2=?

รัสเซลต้องบวก 2 และ 2 เท่านั้น

เขาแนะนำว่าสารตั้งต้นของสิ่งมีชีวิต Wachtershauser ก่อตัวขึ้นภายในปล่องไฮโดรเทอร์มอลอันอบอุ่นในทะเลลึก ที่ซึ่งโครงสร้างของไพไรต์สามารถก่อตัวขึ้นได้ ถ้ารัสเซลไม่ผิด ชีวิตก็เกิดขึ้นที่ส่วนลึกของท้องทะเล และการเผาผลาญก็ปรากฏขึ้นครั้งแรก

ทั้งหมดนี้ถูกจัดวางในบทความโดยรัสเซลซึ่งตีพิมพ์ในปี 2536 40 ปีหลังจากการทดลองแบบคลาสสิกของมิลเลอร์

เสียงสะท้อนในสื่อเกิดขึ้นน้อยกว่ามาก แต่สิ่งนี้ไม่ได้เบี่ยงเบนจากความสำคัญของการค้นพบ รัสเซลได้รวมแนวคิดที่แตกต่างกันสองประการ (วัคเตอร์เฮาส์เซอร์ เมแทบอลิซึม และ Corliss hydrothermal vents) เป็นแนวคิดที่น่าสนใจทีเดียว

แนวคิดนี้น่าประทับใจยิ่งขึ้นเมื่อรัสเซลแบ่งปันความคิดของเขาเกี่ยวกับวิธีที่สิ่งมีชีวิตแรกดูดกลืนพลังงาน กล่าวอีกนัยหนึ่งเขาอธิบายว่าเมตาบอลิซึมของพวกเขาทำงานอย่างไร ความคิดของเขามีพื้นฐานมาจากผลงานของหนึ่งในอัจฉริยะที่ถูกลืมของวิทยาศาสตร์สมัยใหม่

การทดลองที่ "ไร้สาระ" ของมิตเชลล์

ในยุค 60 นักชีวเคมี Peter Mitchell ถูกบังคับให้ออกจาก University of Edinburgh เนื่องจากเจ็บป่วย

เขาเปลี่ยนคฤหาสน์ในคอร์นวอลล์ให้เป็นห้องทดลองส่วนตัว ตัดขาดจากชุมชนวิทยาศาสตร์ เขาหาเงินทำงานโดยขายนมจากวัวในบ้านของเขา นักชีวเคมีหลายคน รวมทั้ง Leslie Orgel ซึ่งงานวิจัยเกี่ยวกับ RNA ถูกกล่าวถึงก่อนหน้านี้ คิดว่างานของ Mitchell นั้นไร้สาระอย่างยิ่ง

เกือบสองทศวรรษต่อมา Mitchell ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี 1978 เขาไม่เคยมีชื่อเสียงมาก่อน แต่ความคิดของเขาสามารถติดตามได้ในตำราเรียนวิชาชีววิทยาทุกเล่ม

Mitchell อุทิศชีวิตเพื่อศึกษาว่าสิ่งมีชีวิตใช้พลังงานที่ได้รับจากอาหารอย่างไร พูดอีกอย่างก็คือ เขาสนใจว่าเรามีชีวิตอยู่ได้อย่างไรตั้งแต่วินาทีที่สอง

นักชีวเคมีชาวอังกฤษ Peter Mitchell ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีจากผลงานของเขาเกี่ยวกับกลไกการสังเคราะห์เอทีพี

ร่างกายเก็บพลังงานอย่างไร

มิทเชลล์รู้ว่าเซลล์ทั้งหมดเก็บพลังงานไว้ในโมเลกุลเฉพาะ อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต (ATP) สิ่งสำคัญคือมีสายโซ่ของฟอสเฟตสามตัวติดอยู่กับอะดีโนซีน ต้องใช้พลังงานเป็นจำนวนมากในการยึดฟอสเฟตตัวที่สาม ซึ่งจะถูกเก็บไว้ใน ATP ในภายหลัง

เมื่อเซลล์ต้องการพลังงาน (เช่น ในระหว่างการหดตัวของกล้ามเนื้อ) เซลล์จะตัดฟอสเฟตที่สามออกจาก ATP สิ่งนี้จะเปลี่ยน ATP เป็นอะดีโนไซด์ไดฟอสเฟต (ADP) และปล่อยพลังงานที่เก็บไว้

Mitchell ต้องการทำความเข้าใจว่าเซลล์ต่างๆ สามารถสร้าง ATP ได้อย่างไรตั้งแต่แรก พวกมันมีพลังงานเพียงพอใน ADP สำหรับฟอสเฟตที่สามได้อย่างไร?

มิทเชลล์รู้ดีว่าเอ็นไซม์ที่ทำให้เอทีพีอยู่บนเยื่อหุ้มเซลล์ เขาสรุปว่าเซลล์กำลังปั๊มอนุภาคที่มีประจุซึ่งเรียกว่าโปรตอนข้ามเมมเบรน ดังนั้นจึงสามารถเห็นโปรตอนจำนวนมากที่ด้านหนึ่ง ขณะที่อีกด้านแทบจะไม่มีเลย

จากนั้นโปรตอนจะพยายามกลับเข้าไปในเยื่อหุ้มเซลล์เพื่อรักษาสมดุลในแต่ละด้าน แต่พวกมันจะไปถึงเอนไซม์เท่านั้น การไหลของโปรตอนที่เร่งรีบเป็นสิ่งที่ทำให้เอนไซม์มีพลังงานที่จำเป็นในการสร้าง ATP

Mitchell ได้คิดแนวคิดนี้ขึ้นครั้งแรกในปี 1961 ในอีก 15 ปีข้างหน้า เขาปกป้องทฤษฎีของเขาจากการถูกโจมตี แม้ว่าจะมีหลักฐานมากมาย

ทุกวันนี้ เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่ากระบวนการที่มิทเชลล์บรรยายเป็นลักษณะเฉพาะของทุกสิ่งมีชีวิตบนโลกใบนี้ มันเกิดขึ้นในเซลล์ของคุณตอนนี้ เช่นเดียวกับ DNA มันเป็นส่วนพื้นฐานของชีวิตอย่างที่เรารู้

ชีวิตต้องการการแยกโปรตอนตามธรรมชาติ

การสร้างทฤษฎีชีวิตของเขา รัสเซลล์ดึงความสนใจไปที่การแบ่งโปรตอนที่แสดงโดยมิตเชลล์: โปรตอนจำนวนมากอยู่ที่ด้านหนึ่งของเมมเบรนและอีกสองสามโปรตอนอยู่อีกด้านหนึ่ง

ทุกเซลล์ต้องการการแยกโปรตอนเพื่อกักเก็บพลังงาน

เซลล์สมัยใหม่สร้างการแบ่งส่วนนี้โดยการสูบโปรตอนออกจากเมมเบรน แต่มีกลไกระดับโมเลกุลที่ซับซ้อนที่เกี่ยวข้องซึ่งไม่สามารถเกิดขึ้นได้ในชั่วข้ามคืน

ดังนั้นรัสเซลล์จึงได้ข้อสรุปเชิงตรรกะอีกประการหนึ่งว่า ชีวิตเกิดขึ้นจากการแยกโปรตอนตามธรรมชาติ

ที่ไหนสักแห่งใกล้กับปล่องไฮโดรเทอร์มอล แต่ช่องระบายอากาศต้องเป็นประเภทเฉพาะ

โลกยุคแรกมีทะเลที่เป็นกรดและน้ำที่เป็นกรดก็อิ่มตัวด้วยโปรตอน การแยกโปรตอน น้ำที่ปล่องไฮโดรเทอร์มอลต้องมีโปรตอนไม่ดี กล่าวคือ ต้องเป็นด่าง

ช่องระบายความร้อนด้วยไฮโดรเทอร์มอล Corliss ไม่เหมาะกับสภาวะนี้ พวกเขาไม่เพียงร้อนเกินไป แต่ยังอิ่มตัวด้วยกรด

แต่ในปี 2000 Deborah Kelly แห่งมหาวิทยาลัย Washington ได้ค้นพบปล่องไฮโดรเทอร์มอลอัลคาไลน์แห่งแรก

ดร.เดโบราห์ เคลลี่

ช่องระบายความร้อนด้วยไฮโดรเทอร์มอลที่เป็นด่างและเย็น

เคลลี่ด้วยความยากลำบากอย่างมากในการเป็นนักวิทยาศาสตร์ พ่อของเธอเสียชีวิตเมื่อเธออยู่ในโรงเรียนมัธยม และเธอต้องทำงานหลังจากการบรรยายเพื่อจ่ายค่าเล่าเรียนในมหาวิทยาลัยของเธอ

แต่เธอก็ประสบความสำเร็จ และต่อมาก็รู้สึกตื่นเต้นกับแนวคิดเรื่องการศึกษาภูเขาไฟใต้น้ำและช่องระบายความร้อนด้วยความร้อนใต้พิภพ ความหลงใหลในการศึกษาภูเขาไฟและปล่องร้อนใต้น้ำได้นำพาเธอไปสู่หัวใจ มหาสมุทรแอตแลนติก. ที่นี่ในส่วนลึกมีเทือกเขาสูงตระหง่านโผล่ขึ้นมาจากพื้นมหาสมุทร

บนสันเขานี้ เคลลี่ค้นพบเครือข่ายปล่องไฮโดรเทอร์มอล ซึ่งเธอเรียกว่า "เมืองที่สาบสูญ" พวกเขาไม่เหมือนกับที่ Corliss พบ

น้ำไหลจากพวกมันที่อุณหภูมิ 40-75 องศาเซลเซียสและมีด่างเล็กน้อย แร่ธาตุคาร์บอเนตจากน้ำดังกล่าวทำให้เกิดเสาสีขาวสูงชันคล้ายกับเสาควันและลอยขึ้นจากด้านล่างเหมือนท่ออวัยวะ แม้จะมีรูปลักษณ์ที่น่ากลัวและ "น่ากลัว" แต่เสาเหล่านี้จริงๆแล้วเป็นที่อยู่อาศัยของจุลินทรีย์ในน้ำอุ่น

ช่องระบายอากาศที่เป็นด่างเหล่านี้เข้ากับทฤษฎีของรัสเซลล์ได้อย่างลงตัว เขามั่นใจว่าชีวิตเริ่มต้นในปล่องคล้ายกับเมืองสาบสูญ

แต่มีปัญหาหนึ่ง ในฐานะนักธรณีวิทยา รัสเซลล์ไม่รู้จักเซลล์ทางชีววิทยามากพอที่จะทำให้ทฤษฎีของเขาน่าเชื่อถือที่สุด

ทฤษฎีกำเนิดสิ่งมีชีวิตบนโลกที่ครอบคลุมมากที่สุด

เพื่อเอาชนะปัญหาความรู้อันจำกัดของเขา รัสเซลล์จึงร่วมมือกับวิลเลียม มาร์ติน นักชีววิทยาชาวอเมริกัน มาร์ตินแย้ง ที่สุดใช้ชีวิตในประเทศเยอรมนี

ในปี พ.ศ. 2546 พวกเขาได้แนะนำแนวคิดรุ่นแรกของรัสเซลรุ่นปรับปรุง และบางทีทฤษฎีนี้เกี่ยวกับต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิตบนโลกนี้เรียกได้ว่าครอบคลุมที่สุดในบรรดาสิ่งมีชีวิตที่มีอยู่ทั้งหมด

ขอบคุณ Kelly พวกเขารู้ว่าก้อนหินของปล่องอัลคาไลนั้นมีรูพรุน: พวกมันมีรูเล็ก ๆ ที่เต็มไปด้วยน้ำ นักวิทยาศาสตร์ได้แนะนำว่าหลุมเหล่านี้มีบทบาทเป็น "เซลล์" แต่ละชนิดมีสารสำคัญ เช่น แร่ธาตุ เช่น ไพไรต์ โยนโปรตอนตามธรรมชาติที่มาจากช่องระบายอากาศเข้าไป คุณก็จะมีที่ที่เหมาะสมในการเริ่มต้นการเผาผลาญของคุณ

ทันทีที่ชีวิตเริ่มใช้พลังงานเคมีของน้ำจากช่องระบายอากาศ รัสเซลล์และมาร์ตินแนะนำ มันก็เริ่มสร้างโมเลกุลเช่นอาร์เอ็นเอ ในท้ายที่สุด เธอได้สร้างพังผืดของเธอเอง กลายเป็นเซลล์จริง และทิ้งหินที่มีรูพรุน มุ่งหน้าไปยังแหล่งน้ำเปิด

วันนี้เป็นหนึ่งในสมมติฐานชั้นนำเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิต

การค้นพบล่าสุด

ทฤษฎีนี้ได้รับการสนับสนุนอย่างมากในเดือนกรกฎาคม 2016 เมื่อมาร์ตินตีพิมพ์การศึกษาที่สร้างคุณลักษณะบางอย่างของ "บรรพบุรุษร่วมสากลคนสุดท้าย" (LCU) ขึ้นใหม่ นี่คือชื่อตามเงื่อนไขของสิ่งมีชีวิตที่ดำรงอยู่เมื่อหลายพันล้านปีก่อน ซึ่งก่อให้เกิดความหลากหลายของชีวิตสมัยใหม่

เราอาจไม่สามารถหาฟอสซิลของสิ่งมีชีวิตนี้ได้อีกต่อไป แต่จากข้อมูลที่มีอยู่ทั้งหมด เราสามารถเดาได้ว่ามันมีลักษณะอย่างไรและมีลักษณะอย่างไรโดยการศึกษาจุลินทรีย์สมัยใหม่

นั่นคือสิ่งที่มาร์ตินทำ เขาศึกษา DNA ของจุลินทรีย์สมัยใหม่ในปี 1930 และระบุยีน 355 ยีนที่มีอยู่ในเกือบทุกตัว

สันนิษฐานได้ว่า 355 ยีนเหล่านี้ถูกถ่ายทอดจากรุ่นสู่รุ่น เนื่องจากจุลินทรีย์ในปี 1930 ทั้งหมดนี้มีบรรพบุรุษร่วมกัน น่าจะเป็นตั้งแต่สมัยที่ PUOP ยังคงมีอยู่

ในบรรดายีนเหล่านี้มียีนที่รับผิดชอบการใช้การแบ่งตัวของโปรตอน แต่ไม่มีส่วนรับผิดชอบในการสร้างส่วนนี้ เช่นเดียวกับในทฤษฎีของรัสเซลล์และมาร์ติน

นอกจากนี้ ดูเหมือนว่า PUOP จะสามารถปรับตัวให้เข้ากับสารอย่างมีเทน ซึ่งบ่งบอกว่ามีสภาพแวดล้อมที่ลุกลามจากภูเขาไฟอยู่รอบๆ นั่นคือปล่องไฮโดรเทอร์มอล

ไม่ธรรมดา

อย่างไรก็ตาม ผู้สนับสนุนแนวคิด RNA World พบปัญหาสองประการกับแนวคิดของรัสเซลล์-มาร์ติน อันหนึ่งยังสามารถแก้ไขได้ แต่อีกอันอาจหมายถึงการล่มสลายของทฤษฎีทั้งหมด

ปัญหาแรกคือการขาดหลักฐานการทดลองที่อธิบายโดยรัสเซลล์และมาร์ตินเกิดขึ้นจริง

ใช่ นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างทฤษฎีขึ้นทีละขั้นแล้ว แต่ยังไม่มีการทำซ้ำขั้นตอนใดๆ ในห้องปฏิบัติการ

"ผู้เสนอแนวคิดเรื่องการปรากฏตัวครั้งแรก การจำลองแบบให้ผลการทดสอบอย่างสม่ำเสมอ” Armen Mulkidzhanian ผู้เชี่ยวชาญด้านต้นกำเนิดของชีวิตกล่าว “ผู้สนับสนุนแนวคิดเรื่องการปรากฏตัวครั้งแรก เมแทบอลิซึมพวกเขาไม่ทำ”

แต่นั่นอาจเปลี่ยนแปลงได้ในไม่ช้า ขอบคุณ Nick Lane เพื่อนร่วมงานของ Martin จาก University College London Lane ออกแบบ "เครื่องปฏิกรณ์ต้นกำเนิดชีวิต" ที่จะจำลองสภาพภายในปล่องอัลคาไลน์ เขาหวังว่าจะสร้างวงจรการเผาผลาญและบางทีแม้แต่อาร์เอ็นเอด้วยซ้ำ แต่มันเร็วเกินไปที่จะพูดถึงมัน

ปัญหาที่สองคือช่องระบายอากาศอยู่ใต้น้ำลึก ดังที่มิลเลอร์ชี้ให้เห็นในปี 1988 โมเลกุลสายยาวอย่างอาร์เอ็นเอและโปรตีนไม่สามารถก่อตัวในน้ำได้หากไม่มีเอ็นไซม์เพื่อป้องกันไม่ให้โมเลกุลแตกตัว

สำหรับนักวิจัยหลายคน ข้อโต้แย้งนี้กลายเป็นประเด็นชี้ขาด

Mulkidzhanian กล่าวว่า "ด้วยพื้นฐานด้านเคมี คุณไม่สามารถเชื่อในทฤษฎีการระบายใต้ทะเลลึกได้ เพราะคุณรู้จักเคมีและเข้าใจว่าโมเลกุลเหล่านี้ไม่เข้ากันกับน้ำ

อย่างไรก็ตาม รัสเซลล์และผู้สนับสนุนของเขาไม่รีบร้อนที่จะละทิ้งความคิดของพวกเขา

แต่ในทศวรรษที่ผ่านมา มีแนวทางที่สามปรากฏขึ้นพร้อมกับชุดการทดลองที่แปลกประหลาดอย่างยิ่ง

ต่างจากทฤษฎี "อาร์เอ็นเอ เวิลด์" และปล่องไฮโดรเทอร์มอล แนวทางนี้หากประสบความสำเร็จ สัญญากับสิ่งที่คิดไม่ถึง นั่นคือ การสร้างเซลล์ที่มีชีวิตตั้งแต่เริ่มต้น

จะสร้างเซลล์ได้อย่างไร?

ในตอนต้นของศตวรรษที่ 21 มีแนวคิดหลักสองประการเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิต

1. ผู้สนับสนุน "อาร์เอ็นเอ เวิลด์"อ้างว่าชีวิตเริ่มต้นด้วยโมเลกุลที่จำลองตัวเอง
2. ผู้เสนอทฤษฎีเดียวกันเกี่ยวกับ " เมแทบอลิซึมเบื้องต้น"สร้างความเข้าใจโดยละเอียดว่าสิ่งมีชีวิตสามารถกำเนิดมาจากปล่องไฮโดรเทอร์มอลใต้ทะเลลึกได้อย่างไร

อย่างไรก็ตาม มีทฤษฎีที่สามมาก่อน

ทุกสิ่งมีชีวิตบนโลกประกอบด้วยเซลล์ แต่ละเซลล์โดยพื้นฐานแล้วเป็นลูกบอลอ่อนที่มีผนังแข็งหรือ "เมมเบรน"

งานของเซลล์คือการมีองค์ประกอบสำคัญทั้งหมดอยู่ภายใน ถ้าผนังด้านนอกขาด ข้างในก็จะไหลออกมา และเซลล์ก็จะตายจริง ๆ เหมือนคนถอดชิ้นส่วน

ผนังด้านนอกของเซลล์มีความสำคัญมากจนนักวิทยาศาสตร์บางคนเชื่อว่ามันควรจะปรากฏขึ้นก่อน พวกเขาแน่ใจว่าทฤษฎีของ "พันธุศาสตร์ขั้นต้น" และทฤษฎีของ "เมแทบอลิซึมขั้นต้น" นั้นผิดโดยพื้นฐาน

ทางเลือกของพวกเขาคือ "การแบ่งส่วนหลัก" อาศัยงานของ Pier Luigi Luisi แห่งมหาวิทยาลัย Roma Tre ในกรุงโรมเป็นหลัก

ทฤษฎีโปรโตเซลล์

ข้อโต้แย้งของ Luisi นั้นเรียบง่ายและน่าเชื่อถือ คุณจะจินตนาการถึงกระบวนการเมแทบอลิซึมหรืออาร์เอ็นเอที่จำลองตัวเองได้อย่างไร ซึ่งคุณต้องการสารจำนวนมากในที่เดียว หากยังไม่มีภาชนะที่โมเลกุลปลอดภัย

ข้อสรุปจากสิ่งนี้คือ: มีต้นกำเนิดของชีวิตเพียงรุ่นเดียวเท่านั้น

อย่างไรก็ตาม ท่ามกลางความร้อนและพายุของโลกยุคแรกเริ่ม วัตถุดิบบางอย่างก่อตัวเป็นเซลล์ดึกดำบรรพ์ หรือ "โปรโตเซลล์"

เพื่อพิสูจน์ทฤษฎีนี้ จำเป็นต้องทำการทดลองในห้องปฏิบัติการ - เพื่อพยายามสร้างเซลล์ที่มีชีวิตที่เรียบง่าย

รากเหง้าของความคิดของ Louisi ย้อนกลับไปที่ผลงานของ Alexander Oparin นักวิทยาศาสตร์ชาวโซเวียต ซึ่งถูกกล่าวถึงก่อนหน้านี้ โอปรินย้ำว่าสารบางชนิดเกิดฟองเรียกว่า coacervatesซึ่งสามารถเก็บสารอื่นๆ ไว้ตรงกลางได้

หลุยซีแนะนำว่า coacervates เหล่านี้เป็นโปรโตเซลล์แรก

Coacervates อาจเป็นโปรโตเซลล์ตัวแรก

โลกแห่งไขมัน

สารที่เป็นมันหรือมันทำให้เกิดฟองหรือฟิล์มบนน้ำ สารกลุ่มนี้เรียกว่าลิพิด และทฤษฎีที่ก่อให้เกิดชีวิตเรียกว่า "ลิพิดเวิลด์"

แต่การสร้างฟองอย่างเดียวไม่เพียงพอ พวกเขาต้องมีเสถียรภาพ สามารถแบ่งออกเพื่อสร้างฟอง "ลูกสาว" และอย่างน้อยควบคุมการไหลของสารเข้าและออกจากพวกเขา - ทั้งหมดนี้ไม่มีโปรตีนที่มีหน้าที่เหล่านี้ในเซลล์สมัยใหม่

ดังนั้นจึงจำเป็นต้องสร้างโปรโตเซลล์จากวัสดุที่เหมาะสม นี่คือสิ่งที่หลุยซีทำมาหลายสิบปีแล้ว แต่ไม่ได้นำเสนออะไรที่น่าเชื่อ

โปรโตเซลล์ที่มี RNA

จากนั้นในปี 1994 หลุยซีได้เสนอแนะอย่างกล้าหาญ ในความเห็นของเขา โปรโตเซลล์แรกต้องมีอาร์เอ็นเอ ยิ่งไปกว่านั้น RNA นี้ยังต้องสามารถขยายพันธุ์ตัวเองภายในโปรโตเซลล์ได้

สมมติฐานนี้หมายถึงการปฏิเสธ "การแบ่งส่วนหลัก" ที่บริสุทธิ์ แต่ลุยซีมีเหตุผลที่ดีในการทำเช่นนั้น

เซลล์ที่มีผนังด้านนอกแต่ไม่มียีนอยู่ภายในนั้นไร้หน้าที่มากมาย เธอต้องสามารถแบ่งเซลล์ลูกสาวได้ แต่เธอไม่สามารถถ่ายโอนข้อมูลเกี่ยวกับตัวเองไปยังลูกหลานได้ เซลล์สามารถเริ่มพัฒนาและซับซ้อนขึ้นได้ก็ต่อเมื่อมียีนอย่างน้อยสองสามตัว

ในไม่ช้าทฤษฎีนี้ก็ได้รับการสนับสนุนที่มั่นคงใน Jack Szostak ซึ่งงานเกี่ยวกับสมมติฐาน RNA World ได้รับการกล่าวถึงก่อนหน้านี้ เป็นเวลาหลายปีที่นักวิทยาศาสตร์เหล่านี้อยู่ในด้านต่างๆ ของชุมชนวิทยาศาสตร์ - ลุยซีสนับสนุนแนวคิดของ "การแบ่งส่วนหลัก" และ Shostak - "พันธุศาสตร์หลัก"

“ในการประชุมเรื่องต้นกำเนิดของชีวิต เรามักจะถกเถียงกันยาวๆ เกี่ยวกับสิ่งที่สำคัญกว่าและอะไรมาก่อน” โชสตาคเล่า “ในที่สุด เราก็ตระหนักว่าเซลล์ต้องการทั้งสองอย่าง เราได้ข้อสรุปว่าหากไม่มีการแบ่งส่วนและระบบพันธุกรรม ชีวิตแรกก็ไม่สามารถก่อตัวขึ้นได้”

ในปี 2544 Shostak และ Louisi ได้เข้าร่วมกองกำลังและทำการวิจัยต่อไป ในบทความในวารสาร Nature พวกเขาแย้งว่าเพื่อสร้างเซลล์ที่มีชีวิตขึ้นมาใหม่ จำเป็นต้องใส่ RNA ที่จำลองตัวเองในไขมันเพียงเล็กน้อย

แนวคิดนี้กล้าได้กล้าเสีย และในไม่ช้า Shostak ก็อุทิศตนทั้งหมดเพื่อการนำไปปฏิบัติ การตัดสินอย่างถูกต้องว่า "เป็นไปไม่ได้ที่จะวาดภาพทฤษฎีโดยไม่มีหลักฐานเชิงปฏิบัติ" เขาจึงตัดสินใจเริ่มการทดลองกับโปรโตเซลล์

ถุง

สองปีต่อมา Shostak และเพื่อนร่วมงานอีกสองคนได้ประกาศความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ครั้งสำคัญ

ทำการทดลองในถุงน้ำ: หยดทรงกลมที่มีกรดไขมันสองชั้นอยู่ด้านนอกและแกนของเหลวด้านใน

ในความพยายามที่จะเร่งการสร้างถุงน้ำดี นักวิทยาศาสตร์ได้เพิ่มอนุภาคของแร่ดินเหนียวที่เรียกว่ามอนต์มอริลโลไนต์ สิ่งนี้ช่วยเร่งการก่อตัวของถุงน้ำขึ้น 100 เท่า พื้นผิวของดินเหนียวทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาโดยพื้นฐานแล้วทำหน้าที่ของเอนไซม์

นอกจากนี้ ถุงยังดูดซับทั้งอนุภาคมอนต์มอริลโลไนต์และสายอาร์เอ็นเอจากพื้นผิวดินเหนียว

ด้วยการเติมดินเหนียวอย่างง่าย ๆ โปรโตเซลล์จึงมีทั้งยีนและตัวเร่งปฏิกิริยา

การตัดสินใจเพิ่ม montmorillonite ไม่ได้ไม่มีเหตุผล การวิจัยหลายทศวรรษแสดงให้เห็นว่ามอนต์มอริลโลไนต์และแร่ธาตุดินเหนียวอื่นๆ มีความสำคัญมากในการกำเนิดชีวิต

Montmorillonite เป็นดินเหนียวทั่วไป ปัจจุบันนิยมใช้ในชีวิตประจำวัน เช่น เป็นสารตัวเติมสำหรับครอกแมว เกิดจากการแตกตัวของเถ้าภูเขาไฟภายใต้อิทธิพลของสภาพอากาศ เนื่องจากมีภูเขาไฟอยู่มากมายในโลกยุคแรก จึงมีเหตุผลที่จะสรุปว่ามงต์มอริลโลไนต์มีความอุดมสมบูรณ์

ย้อนกลับไปในปี 1986 นักเคมี James Ferris ได้พิสูจน์ว่า montmorillonite เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ส่งเสริมการก่อตัวของโมเลกุลอินทรีย์ ต่อมาเขายังค้นพบว่าแร่ธาตุนี้เร่งการก่อตัวของอาร์เอ็นเอขนาดเล็ก

สิ่งนี้ทำให้ Ferris เชื่อว่าดินเหนียวที่ไม่มีสมบัติครั้งหนึ่งเคยเป็นแหล่งกำเนิดของชีวิต โชสตาคหยิบแนวคิดนี้ขึ้นมาและใช้มอนท์มอริลโลไนต์เพื่อสร้างโปรโตเซลล์

การก่อตัวของถุงน้ำที่มีส่วนร่วมของดินเหนียวเกิดขึ้นเร็วขึ้นหลายร้อยเท่า

การพัฒนาและการแบ่งตัวของโปรโตเซลล์

อีกหนึ่งปีต่อมา ทีมงานของ Szostak ค้นพบว่าโปรโตเซลล์ของพวกเขาเติบโตได้ด้วยตัวเอง

เมื่อโมเลกุลอาร์เอ็นเอใหม่ถูกเติมเข้าไปในโปรโตเซลล์ ผนังด้านนอกจะยุบลงภายใต้แรงกดดันที่เพิ่มขึ้น ดูเหมือนว่าโปรโตเซลล์ยัดท้องและกำลังจะแตก

เพื่อชดเชยความดัน โปรโตเซลล์เลือกกรดไขมันส่วนใหญ่และสร้างไว้ในผนังเพื่อให้สามารถพองตัวเป็นขนาดใหญ่ได้อย่างปลอดภัย

แต่สิ่งสำคัญคือกรดไขมันถูกพรากไปจากโปรโตเซลล์อื่นๆ ที่มีปริมาณอาร์เอ็นเอน้อยกว่า ซึ่งทำให้พวกมันหดตัว นี่หมายความว่าโปรโตเซลล์แข่งขันกัน และโปรโตเซลล์ที่มี RNA มากกว่าชนะ

สิ่งนี้นำไปสู่ข้อสรุปที่น่าประทับใจ ถ้าโปรโตเซลล์เติบโตได้ จะแบ่งได้หรือไม่? Shostak จะสามารถบังคับให้โปรโตเซลล์สืบพันธุ์ได้ด้วยตัวเองหรือไม่?

การทดลองครั้งแรกของ Shostak แสดงให้เห็นวิธีหนึ่งในการแบ่งโปรโตเซลล์ เมื่อโปรโตเซลล์ถูกผลักผ่านรูเล็กๆ พวกมันจะหดตัวเป็นรูปท่อ ซึ่งแบ่งออกเป็นโปรโตเซลล์ "ลูกสาว"

อันนี้เจ๋งเพราะไม่มีกลไกของเซลล์ที่เกี่ยวข้องในกระบวนการนี้ มีเพียงความดันเชิงกลธรรมดาเท่านั้น

แต่ก็มีข้อเสียเช่นกัน เนื่องจากในระหว่างการทดลอง โปรโตเซลล์สูญเสียเนื้อหาบางส่วนไป นอกจากนี้ยังพบว่าเซลล์แรกสามารถแบ่งตัวได้ภายใต้แรงกดดันจากแรงภายนอกที่จะดันเซลล์เหล่านั้นผ่านรูแคบๆ เท่านั้น

มีหลายวิธีที่จะบังคับให้ถุงน้ำแบ่งตัว เช่น การเติมกระแสน้ำอันทรงพลัง แต่จำเป็นต้องหาวิธีที่โปรโตเซลล์จะแบ่งตัวโดยไม่สูญเสียเนื้อหา

หลักการหลอดไฟ

ในปี 2009 Shostak และนักเรียนของเขา Tin Zhu พบวิธีแก้ปัญหา พวกเขาสร้างโปรโตเซลล์ที่ซับซ้อนขึ้นเล็กน้อยด้วยผนังหลายชั้น คล้ายกับชั้นของหัวหอม แม้จะดูซับซ้อน แต่ก็ค่อนข้างง่ายที่จะสร้างโปรโตเซลล์ดังกล่าว

เมื่อจู้เลี้ยงพวกมันด้วยกรดไขมัน โปรโตเซลล์ก็เติบโตและเปลี่ยนรูปร่าง ยืดออกและได้รูปร่างคล้ายใย เมื่อโพรโตเซลล์มีขนาดใหญ่พอ ก็ใช้แรงเพียงเล็กน้อยในการแตกมันออกเป็นโปรโตเซลล์ลูกสาวตัวเล็กๆ

โพรโตเซลล์ลูกสาวแต่ละคนมีอาร์เอ็นเอจากโปรโตเซลล์แม่ และแทบไม่มีอาร์เอ็นเอหายไปเลย ยิ่งไปกว่านั้น โปรโตเซลล์สามารถดำเนินต่อไปในวัฏจักรนี้ต่อไป - โปรโตเซลล์ของลูกสาวเติบโตและแบ่งตัวกันเอง

ในระหว่างการทดลองเพิ่มเติม Zhu และ Shostak พบวิธีบังคับให้โปรโตเซลล์แบ่งตัว ดูเหมือนว่าปัญหาส่วนหนึ่งได้รับการแก้ไขแล้ว

ความจำเป็นในการจำลอง RNA

อย่างไรก็ตาม โปรโตเซลล์ยังคงทำงานไม่ถูกต้อง หลุยซีเห็นว่าโปรโตเซลล์เป็นพาหะของ RNA ที่จำลองตัวเองได้ แต่จนถึงตอนนี้ RNA นั้นอยู่ภายในและไม่ส่งผลกระทบอะไรเลย

เพื่อแสดงให้เห็นว่าโปรโตเซลล์เป็นสิ่งมีชีวิตแรกในโลกอย่างแท้จริง Shostak จำเป็นต้องได้รับ RNA เพื่อสร้างสำเนาของตัวเอง

งานนี้ไม่ใช่เรื่องง่าย เนื่องจากการทดลองของนักวิทยาศาสตร์เป็นเวลาหลายทศวรรษ ซึ่งเราเขียนไว้ก่อนหน้านี้ ไม่ได้นำไปสู่การสร้าง RNA ที่จำลองตัวเองได้

โชสตาคเองก็ประสบปัญหาเดียวกันนี้ในระหว่างการทำงานช่วงแรกๆ เกี่ยวกับทฤษฎีอาร์เอ็นเอโลก ตั้งแต่นั้นมาก็ไม่มีใครแก้ได้

Orgel ใช้เวลาช่วง 70 และ 80 ในการศึกษาหลักการคัดลอกสาย RNA

สาระสำคัญของมันเป็นเรื่องง่าย คุณต้องนำ RNA สายหนึ่งมาใส่ในภาชนะที่มีนิวคลีโอไทด์ จากนั้นใช้นิวคลีโอไทด์เหล่านี้เพื่อสร้างสายเอ็นอาร์เอ็นเอสายที่สองที่จะเสริมให้สายแรกสมบูรณ์

ตัวอย่างเช่น สแตรนด์ RNA ของรูปแบบ "CGC" จะสร้างเกลียวเพิ่มเติมของรูปแบบ "GCG" สำเนาถัดไปจะสร้างวงจร "CGC" ดั้งเดิมขึ้นใหม่

Orgel สังเกตว่าภายใต้เงื่อนไขบางประการ RNA strands จะถูกคัดลอกด้วยวิธีนี้โดยไม่ได้รับความช่วยเหลือจากเอนไซม์ เป็นไปได้ว่าชีวิตแรกคัดลอกยีนของมันด้วยวิธีนี้

ภายในปี 1987 Orgel สามารถสร้างสายนิวคลีโอไทด์เพิ่มอีก 14 สายในสาย RNA ซึ่งมีความยาว 14 นิวคลีโอไทด์เช่นกัน

องค์ประกอบที่ขาดหายไป

Adamala และ Szostak พบว่าแมกนีเซียมจำเป็นสำหรับปฏิกิริยา นี่เป็นปัญหาเพราะแมกนีเซียมทำลายโปรโตเซลล์ แต่มีทางออกคือใช้ซิเตรตซึ่งเกือบจะเหมือนกัน กรดมะนาวที่มีอยู่ในมะนาวและส้ม และมีอยู่ในเซลล์ที่มีชีวิต

ในบทความที่ตีพิมพ์ในปี 2013 Adamala และ Szostak ได้บรรยายถึงการศึกษาที่เติมซิเตรตลงในโปรโตเซลล์ โดยซ้อนทับกับแมกนีเซียมและปกป้องโปรโตเซลล์โดยไม่รบกวนการคัดลอกลูกโซ่

กล่าวอีกนัยหนึ่งพวกเขาบรรลุสิ่งที่ Louisi พูดถึงในปี 1994 "เรากระตุ้นการจำลองตัวเองของ RNA ภายในถุงกรดไขมัน" Szostak กล่าว

ในเวลาเพียงสิบปีของการวิจัย ทีมงานของ Shostak ประสบความสำเร็จอย่างน่าทึ่ง

• นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างโปรโตเซลล์ที่กักเก็บยีนไว้ในขณะที่ดูดซับโมเลกุลที่เป็นประโยชน์จากสิ่งแวดล้อม
• โปรโตเซลล์สามารถเติบโตและแบ่งตัวและแข่งขันกันเองได้
• พวกมันมี RNA ที่ทำซ้ำตัวเอง
• ทุกประการ โปรโตเซลล์ที่สร้างจากห้องแล็บมีลักษณะคล้ายกับชีวิตอย่างน่าทึ่ง

พวกเขายังมีความยืดหยุ่น ในปี 2008 ทีมงานของ Szostak ได้ค้นพบว่าโปรโตเซลล์สามารถอยู่รอดได้ในอุณหภูมิที่สูงถึง 100 องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่เซลล์สมัยใหม่ส่วนใหญ่ตาย นี่เป็นเพียงการเสริมสร้างความเชื่อที่ว่าโปรโตเซลล์มีความคล้ายคลึงกับชีวิตแรกซึ่งต้องอยู่รอดในสภาพฝนดาวตกอย่างต่อเนื่อง

“ความสำเร็จของ Shostak นั้นน่าประทับใจ” Armen Mulkidzhanyan กล่าว

อย่างไรก็ตาม เมื่อมองแวบแรก แนวทางของโชสตาคแตกต่างอย่างมากจากการศึกษาอื่นๆ เกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิตที่เกิดขึ้นในช่วง 40 ปีที่ผ่านมา แทนที่จะมุ่งเน้นไปที่ "การสืบพันธุ์ด้วยตนเองขั้นต้น" หรือ "การแบ่งส่วนหลัก" เขาพบวิธีที่จะรวมทฤษฎีเหล่านี้เข้าด้วยกัน

นี่คือเหตุผลสำหรับการสร้างแนวทางแบบครบวงจรใหม่ในการศึกษาคำถามเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิตบนโลก

วิธีการนี้บอกเป็นนัยว่าชีวิตแรกไม่มีลักษณะที่ปรากฏต่อหน้าผู้อื่น แนวคิดของ "ชุดคุณลักษณะเบื้องต้น" มีหลักฐานเชิงปฏิบัติมากมายอยู่แล้ว และสามารถแก้ปัญหาทั้งหมดของทฤษฎีที่มีอยู่ได้อย่างสมมุติฐาน

การรวมตัวครั้งยิ่งใหญ่

ในการค้นหาคำตอบของคำถามเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิต นักวิทยาศาสตร์ของศตวรรษที่ 20 ถูกแบ่งออกเป็น 3 ค่าย แต่ละคนยึดติดกับสมมติฐานของตัวเองและพูดถึงผลงานของอีกสองคนอย่างสูง วิธีการนี้ได้ผลอย่างแน่นอน แต่ในที่สุดแต่ละค่ายก็ประสบปัญหาที่ยากจะแก้ไข ดังนั้น ในสมัยของเรา นักวิทยาศาสตร์หลายคนจึงตัดสินใจลองใช้แนวทางแบบครบวงจรในการแก้ไขปัญหานี้

แนวคิดเรื่องการรวมเป็นหนึ่งมีรากฐานมาจากการค้นพบล่าสุดที่พิสูจน์ทฤษฎีดั้งเดิมของ "การสืบพันธุ์ด้วยตนเองขั้นต้น" ของ "RNA World" แต่เพียงแวบแรกเท่านั้น

ในปี 2009 ผู้เสนอทฤษฎี "RNA World" ประสบปัญหาสำคัญ พวกมันไม่สามารถสร้างนิวคลีโอไทด์ ซึ่งเป็นหน่วยการสร้างของ RNA ในลักษณะที่พวกมันสามารถสร้างขึ้นเองได้ภายใต้สภาวะของโลกยุคแรก

ดังที่เราเห็นก่อนหน้านี้ สิ่งนี้ทำให้นักวิจัยหลายคนเชื่อว่าชีวิตแรกไม่ได้อาศัย RNA เลย

John Sutherland คิดเรื่องนี้มาตั้งแต่ทศวรรษ 1980 "คงจะดีถ้ามีคนสามารถแสดงให้เห็นว่า RNA ประกอบขึ้นเองได้อย่างไร" เขากล่าว

โชคดีสำหรับ Sutherland เขาทำงานที่ Cambridge Molecular Biology Laboratory (LMB) ข้างมาก สถาบันวิจัยคุกคามพนักงานอย่างต่อเนื่องเพื่อรอการค้นพบใหม่ แต่ LMB อนุญาตให้พนักงานแก้ไขปัญหาอย่างจริงจัง ดังนั้นซัทเทอร์แลนด์จึงสามารถคิดอย่างใจเย็นว่าเหตุใดจึงเป็นเรื่องยากที่จะสร้าง RNA nucleotides และในช่วงหลายปีที่ผ่านมาเขาได้พัฒนาแนวทางทางเลือก

ด้วยเหตุนี้ ซัทเทอร์แลนด์จึงมีมุมมองใหม่ทั้งหมดเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิต ซึ่งประกอบด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าองค์ประกอบสำคัญทั้งหมดของชีวิตสามารถเกิดขึ้นได้ในเวลาเดียวกัน

อาคารเจียมเนื้อเจียมตัวของ Cambridge Laboratory of Molecular Biology

ความบังเอิญที่มีความสุขของโมเลกุลและสถานการณ์

"ประเด็นสำคัญหลายประการของเคมีอาร์เอ็นเอไม่ได้ผลในทันที" ซัทเทอร์แลนด์อธิบาย RNA nucleotide แต่ละตัวประกอบด้วยน้ำตาล เบส และฟอสเฟต แต่ในทางปฏิบัติ เป็นไปไม่ได้ที่จะบังคับให้น้ำตาลและเบสมีปฏิสัมพันธ์ โมเลกุลไม่ได้มีรูปร่างที่ถูกต้อง

ดังนั้น Sutherland จึงเริ่มทดลองกับสารอื่นๆ เป็นผลให้ทีมของเขาสร้าง 5 โมเลกุลง่าย ๆ ซึ่งประกอบด้วยน้ำตาลและไซยาไนด์ที่แตกต่างกันซึ่งตามชื่อแนะนำซึ่งเกี่ยวข้องกับไซยาไนด์ สารเหล่านี้ถูกส่งผ่านเป็นอนุกรม ปฏิกริยาเคมีซึ่งในที่สุดก็นำไปสู่การสร้างนิวคลีโอไทด์สองในสี่

ไม่ต้องสงสัยเลยว่ามันเป็นความสำเร็จที่ทำให้ชื่อเสียงของ Sutherland สูงขึ้นในทันที

ผู้สังเกตการณ์หลายคนดูเหมือนว่านี่เป็นหลักฐานอีกประการหนึ่งที่สนับสนุนทฤษฎี "RNA World" แต่ซัทเทอร์แลนด์เองก็เห็นต่างออกไป

สมมติฐาน "คลาสสิก" ของ "RNA World" มุ่งเน้นไปที่ความจริงที่ว่าในสิ่งมีชีวิตแรก RNA มีหน้าที่รับผิดชอบต่อหน้าที่ทั้งหมดของชีวิต แต่ซัทเทอร์แลนด์เรียกข้ออ้างนี้ว่า "มองโลกในแง่ดีอย่างสิ้นหวัง" เขาเชื่อว่าอาร์เอ็นเอมีส่วนร่วมในพวกเขา แต่ก็ไม่ใช่องค์ประกอบเดียวที่สำคัญต่อการดำรงชีวิต

Sutherland ได้รับแรงบันดาลใจจากผลงานล่าสุดของ Jack Szostak ซึ่งผสมผสานแนวคิดของ "primary self-replication" ของ "RNA World" เข้ากับแนวคิดของ Pier Luigi Luisi ในเรื่อง "primary compartmentalization"

วิธีสร้างเซลล์ที่มีชีวิตตั้งแต่เริ่มต้น

ความสนใจของซัทเทอร์แลนด์ถูกดึงไปยังรายละเอียดที่น่าสงสัยในการสังเคราะห์นิวคลีโอไทด์ ซึ่งในตอนแรกดูเหมือนไม่ได้ตั้งใจ

ขั้นตอนสุดท้ายในการทดลองของ Sutherland คือการเติมฟอสเฟตเข้าไปในนิวคลีโอไทด์เสมอ แต่มารู้ทีหลังว่าควรเพิ่ม ตั้งแต่แรกเริ่มเพราะฟอสเฟตเร่งปฏิกิริยาในระยะแรก

การเพิ่มฟอสเฟตในครั้งแรกดูเหมือนจะเพิ่มความสุ่มของปฏิกิริยาเท่านั้น แต่ซัทเทอร์แลนด์สามารถเข้าใจได้ว่าการสุ่มนี้มีประโยชน์

ทำให้เขาคิดว่า ส่วนผสมควรเป็นแบบสุ่ม. บนโลกยุคแรก ๆ น่าจะมีสารเคมีจำนวนมากลอยอยู่ในแอ่งเดียว แน่นอนว่าส่วนผสมไม่ควรมีลักษณะเหมือนน้ำในหนอง เพราะคุณจำเป็นต้องหาระดับการสุ่มที่เหมาะสมที่สุด

ส่วนผสมของสแตนลีย์ มิลเลอร์ที่สร้างขึ้นในปี 2493 ซึ่งถูกกล่าวถึงก่อนหน้านี้นั้นวุ่นวายกว่าส่วนผสมของซัทเทอร์แลนด์มาก พวกมันมีโมเลกุลทางชีววิทยา แต่อย่างที่ Sutherland กล่าว "มีเพียงไม่กี่ตัว และพวกมันมาพร้อมกับสารประกอบที่ไม่ใช่ชีวภาพจำนวนมาก"

ซัทเทอร์แลนด์รู้สึกว่าเงื่อนไขของการทดลองของมิลเลอร์นั้นไม่สะอาดพอ ส่วนผสมนั้นวุ่นวายเกินไปเพราะสารที่จำเป็นหายไปในนั้น

ดังนั้น Sutherland จึงตัดสินใจค้นหา "เคมีของ Goldilocks": ไม่ได้มีสารหลายอย่างมากเกินไปจนกลายเป็นสิ่งไร้ประโยชน์ แต่ก็ไม่ง่ายจนถูกจำกัดความเป็นไปได้

จำเป็นต้องสร้างส่วนผสมที่ซับซ้อนซึ่งองค์ประกอบทั้งหมดของชีวิตสามารถเกิดขึ้นพร้อมกันและรวมกันได้

บ่อเกิดและการก่อตัวของชีวิตในไม่กี่นาที

พูดง่ายๆ ว่าเมื่อ 4 พันล้านปีก่อนมีสระน้ำเล็กๆ อยู่บนโลก เป็นเวลาหลายปีที่สารที่จำเป็นก่อตัวขึ้นจนกระทั่งได้ส่วนผสม องค์ประกอบทางเคมีซึ่งจำเป็นสำหรับการเริ่มต้นกระบวนการ แล้วเซลล์แรกก็ก่อตัวขึ้น บางทีในเวลาเพียงไม่กี่นาที

นี่อาจฟังดูยอดเยี่ยม เหมือนกับคำกล่าวอ้างของนักเล่นแร่แปรธาตุในยุคกลาง แต่ซัทเทอร์แลนด์เริ่มมีหลักฐาน

ตั้งแต่ปี 2009 เขาได้แสดงให้เห็นว่าสารชนิดเดียวกับที่เกิด RNA นิวคลีโอไทด์ 2 ตัวแรกของเขา สามารถใช้เพื่อสร้างโมเลกุลอื่นๆ ที่มีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตใดๆ

ขั้นตอนต่อไปที่ชัดเจนคือการสร้าง RNA นิวคลีโอไทด์อื่นๆ ด้วยเหตุนี้ ซัทเทอร์แลนด์จึงยังไม่สามารถรับมือได้ แต่ในปี 2010 เขาได้แสดงให้เห็นโมเลกุลที่ใกล้เคียงกัน ซึ่งอาจเปลี่ยนเป็นนิวคลีโอไทด์ได้

และในปี 2013 เขาได้รวบรวมสารตั้งต้นของกรดอะมิโน คราวนี้เขาเพิ่มคอปเปอร์ไซยาไนด์เพื่อสร้างปฏิกิริยาที่จำเป็น

สารที่ใช้ไซยาไนด์มีอยู่ในการทดลองหลายครั้ง และในปี 2015 ซัทเทอร์แลนด์ก็ใช้สารเหล่านี้อีกครั้ง เขาแสดงให้เห็นว่าด้วยสารชุดเดียวกัน สามารถสร้างสารตั้งต้นของไขมัน - โมเลกุลที่ประกอบเป็นผนังเซลล์ ปฏิกิริยาเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของแสงอัลตราไวโอเลต และกำมะถันและทองแดงเข้าร่วมด้วย ช่วยเร่งกระบวนการให้เร็วขึ้น

"โครงสร้างทั้งหมด [ก่อตัว] จากแกนกลางของปฏิกิริยาเคมีทั่วไป" Szostak อธิบาย

หาก Sutherland ถูกต้อง มุมมองของเราเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิตก็ผิดไปจากเดิมมาตลอด 40 ปีที่ผ่านมา

จากช่วงเวลาที่นักวิทยาศาสตร์เห็นว่าการสร้างเซลล์นั้นซับซ้อนเพียงใด ทุกคนต่างก็จดจ่ออยู่กับแนวคิดที่ว่าเซลล์แรกถูกประกอบเข้าด้วยกัน ค่อยๆ ทีละองค์ประกอบ.

นับตั้งแต่ Leslie Orgel เกิดความคิดที่ว่า RNA มาก่อน นักวิจัยได้ "พยายามเริ่มต้นด้วยองค์ประกอบเดียวแล้วจึงสร้างส่วนที่เหลือ" Sutherland กล่าว ตัวเขาเองเชื่อว่าจำเป็นต้องสร้าง ทุกอย่างในครั้งเดียว.

ความโกลาหลเป็นเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับชีวิต

“เราท้าทายความคิดที่ว่าเซลล์นั้นซับซ้อนเกินกว่าจะโผล่ออกมาทั้งหมดในคราวเดียว” ซัทเทอร์แลนด์กล่าว “อย่างที่คุณเห็น คุณสามารถสร้างหน่วยการสร้างสำหรับระบบทั้งหมดได้ในเวลาเดียวกัน”

โชสตาคยังสงสัยว่าความพยายามส่วนใหญ่ในการสร้างโมเลกุลของชีวิตและประกอบเข้าด้วยกันเป็นเซลล์ที่มีชีวิตล้มเหลวด้วยเหตุผลเดียวกัน นั่นคือ สภาวะการทดลองที่ปลอดเชื้อเกินไป

นักวิทยาศาสตร์ได้นำสารที่จำเป็นและลืมไปอย่างสิ้นเชิงเกี่ยวกับสารที่อาจมีอยู่บนโลกยุคแรก แต่งานของ Sutherland แสดงให้เห็นว่าการเพิ่มสารใหม่ลงในส่วนผสมจะสร้างสารประกอบที่ซับซ้อนมากขึ้น

โชสตาคพบสิ่งนี้ในปี 2548 เมื่อเขาพยายามแนะนำเอ็นไซม์อาร์เอ็นเอเข้าไปในโปรโตเซลล์ของเขา เอนไซม์ต้องการแมกนีเซียม ซึ่งทำลายเยื่อหุ้มเซลล์ของโปรโตเซลล์

วิธีแก้ปัญหานั้นสวยงาม แทนที่จะสร้างถุงน้ำจากถุงเดียว กรดไขมันให้สร้างจากส่วนผสมของกรดสองชนิด ถุงที่เป็นผลลัพธ์สามารถรับมือกับแมกนีเซียม ซึ่งหมายความว่าพวกมันสามารถทำหน้าที่เป็น “พาหะ” สำหรับเอนไซม์อาร์เอ็นเอ

ยิ่งไปกว่านั้น Szostak ยังกล่าวอีกว่ายีนแรกน่าจะเป็นแบบสุ่มโดยเนื้อแท้

สิ่งมีชีวิตสมัยใหม่ใช้ DNA บริสุทธิ์ในการถ่ายทอดยีน แต่มีแนวโน้มว่า DNA บริสุทธิ์จะไม่มีอยู่ในตอนแรก แทนที่อาจเป็นส่วนผสมของ RNA นิวคลีโอไทด์และดีเอ็นเอนิวคลีโอไทด์

ในปี 2555 โซสตาคแสดงให้เห็นว่าส่วนผสมดังกล่าวสามารถประกอบเป็นโมเลกุล "โมเสก" ที่มีลักษณะและทำตัวเหมือนอาร์เอ็นเอบริสุทธิ์ และนี่เป็นการพิสูจน์ว่าทฤษฎีของ RNA ผสมและโมเลกุล DNA มีสิทธิ์ที่จะดำรงอยู่

การทดลองเหล่านี้พูดถึงสิ่งต่อไปนี้ ไม่สำคัญว่าสิ่งมีชีวิตแรกจะมี RNA บริสุทธิ์หรือ DNA บริสุทธิ์หรือไม่

"ที่จริงแล้วฉันกลับมาคิดว่าพอลิเมอร์ตัวแรกคล้ายกับ RNA แต่ดูวุ่นวายกว่าเล็กน้อย" Szostak กล่าว

ทางเลือก RNA

เป็นไปได้ว่าขณะนี้อาจมีทางเลือกอื่นสำหรับ RNA นอกเหนือจาก TNC และ PNA ที่มีอยู่แล้วซึ่งได้กล่าวถึงก่อนหน้านี้ เราไม่รู้ว่าพวกมันมีอยู่ในโลกยุคแรกหรือไม่ แต่ถึงแม้พวกมันจะมี สิ่งมีชีวิตกลุ่มแรกอาจใช้พวกมันร่วมกับอาร์เอ็นเอ

มันไม่ใช่ "โลกแห่งอาร์เอ็นเอ" อีกต่อไป แต่เป็น "โลกแห่งบางสิ่งเท่านั้น ไม่ใช่"

บทเรียนต่อไปนี้สามารถดึงออกมาจากทั้งหมดนี้ - การสร้างตัวเองของเซลล์ที่มีชีวิตแรกนั้นไม่ยากอย่างที่คิดสำหรับเราเมื่อก่อน ใช่ เซลล์เป็นเครื่องจักรที่ซับซ้อน แต่เมื่อมันปรากฏออกมา พวกมันจะทำงานได้ แม้ว่าจะไม่ได้สมบูรณ์แบบ แม้ว่าจะ "ถูกปิดบังโดยบังเอิญ" จากวัสดุชั่วคราวก็ตาม

เมื่อปรากฏว่าหยาบในแง่ของโครงสร้างของเซลล์ดูเหมือนว่าพวกเขามีโอกาสเพียงเล็กน้อยที่จะอยู่รอดบนโลกยุคแรก ในทางกลับกัน พวกเขาไม่มีการแข่งขัน พวกเขาไม่ถูกคุกคามจากผู้ล่า ดังนั้นในหลาย ๆ ด้านชีวิตบนโลกดึกดำบรรพ์จึงง่ายกว่าที่เป็นอยู่ตอนนี้

แต่มีหนึ่ง "แต่"

แต่มีปัญหาหนึ่งที่ทั้ง Sutherland และ Shostak ไม่สามารถแก้ไขได้ และมันก็ค่อนข้างร้ายแรง

สิ่งมีชีวิตแรกต้องมีรูปแบบการเผาผลาญบางอย่าง ตั้งแต่เริ่มต้น ชีวิตต้องมีความสามารถในการรับพลังงาน ไม่เช่นนั้นชีวิตนี้จะต้องพินาศ

ณ จุดนี้ Sutherland เห็นด้วยกับความคิดของ Mike Russell, Bill Martin และผู้เสนอ "การเผาผลาญหลัก" อื่น ๆ

“ผู้สนับสนุนทฤษฎีเกี่ยวกับ “โลกอาร์เอ็นเอ” และ “เมแทบอลิซึมหลัก” โต้เถียงกันอย่างไร้ประโยชน์ ทั้งสองฝ่ายมีข้อโต้แย้งที่ดี” ซัทเทอร์แลนด์อธิบาย

“การเผาผลาญอาหารเริ่มต้นที่ไหนสักแห่ง” Shostak เขียน “แต่ที่มาของพลังงานเคมีคือคำถามใหญ่”

แม้ว่ามาร์ตินและรัสเซลล์จะผิดที่ชีวิตเริ่มต้นในปล่องใต้ทะเลลึก ทฤษฎีหลายส่วนของพวกเขาก็ใกล้เคียงกับความจริง ประการแรกคือบทบาทสำคัญของโลหะในการกำเนิดชีวิต

เอนไซม์หลายชนิดในธรรมชาติมีอะตอมของโลหะอยู่ในนิวเคลียส โดยปกติแล้วจะเป็นส่วนที่ "ทำงานอยู่" ของเอนไซม์ ในขณะที่ส่วนที่เหลือของโมเลกุลจะเป็นโครงสร้างรองรับ

ในช่วงชีวิตแรกไม่มีเอ็นไซม์ที่ซับซ้อน ดังนั้นจึงน่าจะใช้โลหะที่ "เปลือยเปล่า" เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา

ตัวเร่งปฏิกิริยาและเอนไซม์

Günther Wachtenshauser ยังได้พูดถึงเรื่องเดียวกันนี้เมื่อเขาแนะนำว่าชีวิตเกิดขึ้นจากแร่เหล็กหนาแน่น รัสเซลล์ยังเน้นย้ำว่าน้ำในปล่องไฮโดรเทอร์มอลนั้นอุดมไปด้วยโลหะที่สามารถเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาได้ และการวิจัยของมาร์ตินเกี่ยวกับบรรพบุรุษร่วมสากลคนสุดท้ายในแบคทีเรียสมัยใหม่บ่งชี้ว่ามีเอนไซม์ที่มีธาตุเหล็กอยู่ในนั้น

ทั้งหมดนี้ชี้ให้เห็นว่าปฏิกิริยาเคมีหลายอย่างของ Sutherland ดำเนินไปอย่างประสบความสำเร็จโดยเสียทองแดง (และกำมะถันตามที่ Wachtershauser เน้นย้ำ) และ RNA ในโปรโตเซลล์ของ Shostak ต้องการแมกนีเซียม

อาจกลายเป็นว่าปล่องไฮโดรเทอร์มอลมีความสำคัญต่อการสร้างชีวิตเช่นกัน

"ถ้าคุณดูที่การเผาผลาญสมัยใหม่ คุณจะเห็นองค์ประกอบที่บอกตัวเองได้ เช่น กลุ่มของธาตุเหล็กและกำมะถัน" Shostak อธิบาย “สิ่งนี้สอดคล้องกับแนวคิดที่ว่าชีวิตมีต้นกำเนิดในหรือใกล้ช่องระบายอากาศที่น้ำอิ่มตัวด้วยธาตุเหล็กและกำมะถัน”

จากที่กล่าวมา มีเพียงสิ่งเดียวที่จะเพิ่ม หาก Sutherland และ Shostak อยู่บนเส้นทางที่ถูกต้อง ทฤษฎีช่องระบายอากาศด้านหนึ่งก็ทำให้เข้าใจผิดอย่างแน่นอน นั่นคือชีวิตไม่อาจเริ่มต้นได้ในส่วนลึกของทะเล

"เปิดโดยเรา กระบวนการทางเคมีขึ้นอยู่กับรังสีอัลตราไวโอเลตอย่างมาก” ซัทเธอร์แลนด์กล่าว

แหล่งกำเนิดรังสีดังกล่าวเพียงแหล่งเดียวคือดวงอาทิตย์ ดังนั้นปฏิกิริยาจะต้องเกิดขึ้นโดยตรงภายใต้รังสีของมัน นี่เป็นการขีดฆ่าเวอร์ชันที่มีช่องระบายอากาศในทะเลลึก

Shostak เห็นด้วยว่าความลึกของทะเลไม่สามารถถือเป็นแหล่งกำเนิดของชีวิตได้ "สิ่งที่เลวร้ายที่สุดคือพวกมันถูกแยกออกจากการมีปฏิสัมพันธ์กับบรรยากาศ ซึ่งเป็นแหล่งของวัสดุที่มีแหล่งพลังงานสูง เช่น ไซยาไนด์"

แต่ปัญหาทั้งหมดเหล่านี้ไม่ได้ทำให้ทฤษฎีของปล่องไฮโดรเทอร์มอลไร้ประโยชน์ บางทีช่องระบายอากาศเหล่านี้อาจอยู่ในน้ำตื้น ซึ่งสามารถเข้าถึงแสงแดดและไซยาไนด์ได้

ชีวิตไม่ได้เกิดในมหาสมุทร แต่อยู่บนบก

Armen Mulkidzhanyan เสนอทางเลือกอื่น จะเกิดอะไรขึ้นถ้าชีวิตเกิดขึ้นในน้ำ แต่ไม่ใช่ในมหาสมุทร แต่บนบก? กล่าวคือ - ในบ่อภูเขาไฟ

Mulkidzhanian ดึงความสนใจไปที่องค์ประกอบทางเคมีของเซลล์: โดยเฉพาะสารที่พวกเขายอมรับและที่พวกเขาปฏิเสธ ปรากฎว่าเซลล์ของสิ่งมีชีวิตใด ๆ มีฟอสเฟตโพแทสเซียมและโลหะอื่น ๆ จำนวนมากยกเว้นโซเดียม

เซลล์สมัยใหม่รักษาสมดุลของโลหะโดยการสูบออกจากสิ่งแวดล้อม แต่เซลล์แรกไม่มีโอกาสดังกล่าว - กลไกการสูบน้ำยังไม่ได้รับการพัฒนา ดังนั้น Mulkidzhanian เสนอว่าเซลล์แรกปรากฏขึ้นซึ่งมีชุดของสารโดยประมาณที่ประกอบเป็นเซลล์ในปัจจุบัน

สิ่งนี้จะข้ามมหาสมุทรออกจากรายการแหล่งกำเนิดของชีวิตในทันที เซลล์ที่มีชีวิตมีโพแทสเซียมและฟอสเฟตมากกว่ามาก และมีโซเดียมน้อยกว่าในมหาสมุทร

ภายใต้ทฤษฎีนี้ แหล่งความร้อนใต้พิภพใกล้กับภูเขาไฟมีความเหมาะสมมากกว่า บ่อเหล่านี้มีส่วนผสมของโลหะเหมือนกันกับกรง

Shostak สนับสนุนแนวคิดนี้อย่างอบอุ่น “สำหรับผม ดูเหมือนว่าสถานที่ในอุดมคติสำหรับทุกสภาวะจะเป็นทะเลสาบหรือบ่อน้ำตื้นในพื้นที่ที่มีพลังงานความร้อนใต้พิภพ” เขายืนยัน “เราต้องการปล่องไฮโดรเทอร์มอล แต่ไม่ใช่น้ำลึก แต่คล้ายกับที่พบในพื้นที่ที่มีภูเขาไฟระเบิดอย่างเยลโลว์สโตน”

ปฏิกิริยาเคมีของ Sutherland อาจเกิดขึ้นในสถานที่ดังกล่าว สปริงมีชุดสารที่จำเป็น ระดับน้ำผันผวนเพื่อให้บางพื้นที่แห้งเป็นครั้งคราว และไม่มีปัญหาการขาดแคลนรังสีอัลตราไวโอเลตจากแสงอาทิตย์

นอกจากนี้ Shostak ยังกล่าวอีกว่าบ่อน้ำดังกล่าวเหมาะสำหรับโปรโตเซลล์ของเขา

"โปรโตเซลล์โดยทั่วไปจะมีอุณหภูมิต่ำ ซึ่งดีสำหรับการคัดลอกอาร์เอ็นเอและเมแทบอลิซึมอย่างง่ายประเภทอื่นๆ" Szostak กล่าว “แต่บางครั้งพวกมันจะร้อนขึ้นชั่วขณะ ซึ่งช่วยแยกสาย RNA และเตรียมพวกมันสำหรับการจำลองตัวเองต่อไป” การไหลของน้ำเย็นหรือน้ำร้อนยังสามารถช่วยให้โปรโตเซลล์แบ่งตัวได้

น้ำพุร้อนใต้พิภพใกล้กับภูเขาไฟสามารถเป็นแหล่งกำเนิดของชีวิตได้

อุกกาบาตช่วยชีวิตได้

จากข้อโต้แย้งที่มีอยู่ทั้งหมด Sutherland ยังเสนอทางเลือกที่สาม - สถานที่ที่อุกกาบาตตกลงมา

โลกต้องเผชิญกับฝนดาวตกเป็นประจำในช่วง 500 ล้านปีแรกของการดำรงอยู่ - ตกลงมาจนถึงทุกวันนี้ แต่ไม่ค่อยบ่อยนัก ไซต์อุกกาบาตขนาดพอเหมาะสามารถสร้างเงื่อนไขเช่นเดียวกับบ่อน้ำที่ Mulkidzhanian พูดถึง

ประการแรกอุกกาบาตส่วนใหญ่ทำจากโลหะ และบริเวณที่ตกมักจะอุดมไปด้วยโลหะ เช่น เหล็กและกำมะถัน และที่สำคัญที่สุด ในสถานที่ที่อุกกาบาตตกลงมา เปลือกโลกถูกกดทับ ซึ่งนำไปสู่กิจกรรมความร้อนใต้พิภพและการปรากฏตัวของน้ำร้อน

ซัทเทอร์แลนด์บรรยายถึงแม่น้ำและลำธารสายเล็กๆ ที่ไหลลงมาตามปากปล่องที่ก่อตัวขึ้นใหม่ซึ่งดึงสารที่มีไซยาไนด์จากหิน ทั้งหมดนี้อยู่ภายใต้อิทธิพลของรังสีอัลตราไวโอเลต ลำธารแต่ละสายมีสารผสมที่แตกต่างกันเล็กน้อย ดังนั้นปฏิกิริยาที่แตกต่างกันจึงเกิดขึ้นในที่สุดและผลิตสารอินทรีย์ทั้งหมดได้หลากหลาย

ในที่สุด กระแสน้ำก็รวมกันเป็นแอ่งภูเขาไฟที่ด้านล่างของปล่องภูเขาไฟ บางทีมันอาจจะอยู่ในบ่อน้ำที่มีการรวบรวมสารที่จำเป็นทั้งหมดในคราวเดียวซึ่งเป็นที่ที่โปรโตเซลล์แรกถูกสร้างขึ้น

“มันเป็นเหตุการณ์ที่เฉพาะเจาะจงมาก” ซัทเทอร์แลนด์เห็นด้วย แต่เขาเอนเอียงไปทางนั้นบนพื้นฐานของปฏิกิริยาเคมีที่พบ: "นี่เป็นเหตุการณ์เดียวที่ปฏิกิริยาทั้งหมดที่แสดงในการทดลองของฉันอาจเกิดขึ้นได้"

Shostak ยังไม่แน่ใจในเรื่องนี้ทั้งหมด แต่เขาเห็นด้วยว่าความคิดของ Sutherland สมควรได้รับความสนใจอย่างใกล้ชิด: “สำหรับฉันแล้วดูเหมือนว่าเหตุการณ์เหล่านี้อาจเกิดขึ้นที่จุดตกอุกกาบาต แต่ฉันก็ชอบแนวคิดเรื่องระบบภูเขาไฟด้วย มีข้อโต้แย้งที่ชัดเจนสำหรับทั้งสองเวอร์ชัน

เราจะได้คำตอบของคำถามเมื่อไหร่: ชีวิตเกิดขึ้นได้อย่างไร?

ดูเหมือนว่าการอภิปรายจะไม่หยุดในเร็ว ๆ นี้และนักวิทยาศาสตร์จะไม่ได้รับความเห็นร่วมกันในทันที การตัดสินใจจะทำบนพื้นฐานของการทดลองกับปฏิกิริยาเคมีและโปรโตเซลล์ หากปรากฎว่าตัวเลือกใดตัวเลือกหนึ่งขาดสารสำคัญ หรือใช้สารที่ทำลายโปรโตเซลล์ ก็ถือว่าไม่ถูกต้อง

ซึ่งหมายความว่าเป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ที่เราใกล้จะพบคำอธิบายที่สมบูรณ์ที่สุดว่าชีวิตเริ่มต้นอย่างไร

“เป้าหมายดูเหมือนเป็นไปไม่ได้อีกต่อไป” ซัทเทอร์แลนด์กล่าวอย่างมองโลกในแง่ดี

จนถึงตอนนี้ วิธีการ "ทั้งหมดในครั้งเดียว" โดย Shostak และ Sutherland เป็นเพียงภาพร่างคร่าวๆ แต่ข้อโต้แย้งแต่ละข้อของแนวทางนี้ได้รับการพิสูจน์โดยการทดลองหลายทศวรรษ

แนวคิดนี้มีพื้นฐานมาจากแนวทางทั้งหมดที่เคยมีมาก่อน มันรวมการพัฒนาที่ประสบความสำเร็จทั้งหมดในขณะเดียวกันก็แก้ปัญหาส่วนบุคคลของแต่ละแนวทาง

ตัวอย่างเช่น เขาไม่ได้หักล้างทฤษฎีปล่องไฮโดรเทอร์มอลของรัสเซล แต่ใช้องค์ประกอบที่ประสบความสำเร็จมากที่สุด

เกิดอะไรขึ้นเมื่อ 4 พันล้านปีก่อน

เราไม่รู้แน่ชัดว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อ 4 พันล้านปีก่อน

"แม้ว่าคุณจะสร้างเครื่องปฏิกรณ์ที่ E. coli จะกระโดดออกมา ... คุณไม่สามารถพูดได้ว่านี่เป็นการทำซ้ำของชีวิตแรกนั้น" มาร์ตินกล่าว

สิ่งที่ดีที่สุดที่เราทำได้คือจินตนาการถึงเหตุการณ์ที่เกิดขึ้น สนับสนุนวิสัยทัศน์ของเราด้วยหลักฐาน: การทดลองทางเคมี ความรู้ทั้งหมดเกี่ยวกับโลกยุคแรก และทุกอย่างที่ชีววิทยาพูดเกี่ยวกับรูปแบบชีวิตในวัยเด็ก

ในท้ายที่สุด หลังจากพยายามอย่างหนักมาหลายศตวรรษ เราจะเห็นว่าเรื่องราวของเหตุการณ์จริงเริ่มต้นขึ้นได้อย่างไร

ซึ่งหมายความว่าเรากำลังเข้าใกล้ความแตกแยกที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติ นั่นคือ การแบ่งออกเป็นผู้ที่รู้ประวัติความเป็นมาของชีวิต และผู้ที่ไม่ได้ดำเนินชีวิตจนถึงขณะนี้ ดังนั้นจะไม่มีวันรู้ได้

ทุกคนที่ไม่ได้มีชีวิตอยู่เพื่อดูการตีพิมพ์ของ Darwin's On the Origin of Species ในปี 1859 เสียชีวิตโดยไม่มีความคิดแม้แต่น้อยเกี่ยวกับที่มาของมนุษย์เพราะพวกเขาไม่รู้อะไรเกี่ยวกับวิวัฒนาการ แต่วันนี้ทุกคน ยกเว้นชุมชนที่อยู่ห่างไกลออกไปเพียงไม่กี่แห่ง สามารถเรียนรู้ความจริงเกี่ยวกับความสัมพันธ์ของเรากับตัวแทนคนอื่นๆ ของโลกแห่งสัตว์

ในทำนองเดียวกัน ทุกคนที่เกิดหลังจากยูริ กาการินเข้าสู่วงโคจรของโลกก็กลายเป็นสมาชิกของสังคมที่สามารถเดินทางไปต่างโลกได้ และถึงแม้จะไม่ใช่ทุกคนที่อาศัยอยู่บนโลกใบนี้ แต่การเดินทางในอวกาศได้กลายเป็นความจริงที่ทันสมัยไปแล้ว

ความเป็นจริงใหม่

ข้อเท็จจริงเหล่านี้เปลี่ยนการรับรู้ของเราที่มีต่อโลกไปอย่างสิ้นเชิง พวกเขาทำให้เราฉลาดขึ้น วิวัฒนาการสอนให้เราเห็นคุณค่าของสิ่งมีชีวิตใดๆ เนื่องจากเราทุกคนสามารถถูกมองว่าเป็นญาติกันได้ แม้ว่าจะอยู่ห่างไกลกันก็ตาม การเดินทางในอวกาศสอนให้เรามองโลกที่บ้านเกิดของเราจากภายนอกเพื่อที่จะเข้าใจว่ามันมีความพิเศษและเปราะบางแค่ไหน

อีกไม่นานผู้คนที่มีชีวิตอยู่ในตอนนี้จะเป็นคนแรกในประวัติศาสตร์ที่สามารถบอกที่มาของพวกเขาได้ พวกเขาจะรู้เรื่องบรรพบุรุษร่วมกันและที่เขาอาศัยอยู่

ความรู้นี้จะเปลี่ยนแปลงเรา จากมุมมองทางวิทยาศาสตร์ล้วนๆ มันจะทำให้เรามีความคิดเกี่ยวกับโอกาสของการกำเนิดของชีวิตในจักรวาลและที่ที่จะมองหามัน มันจะเปิดเผยแก่เราแก่เราถึงแก่นแท้ของชีวิต

แต่เราสามารถเดาได้ว่าปัญญาจะปรากฏต่อหน้าเราในเวลาที่ความลับของการกำเนิดชีวิตจะถูกเปิดเผย ทุกเดือนและทุกปีเราเข้าใกล้วิธีแก้ปัญหามากขึ้น ความลึกลับที่ยิ่งใหญ่ต้นกำเนิดของชีวิตบนโลกของเรา มีการค้นพบใหม่ ๆ ในขณะที่คุณอ่านบรรทัดเหล่านี้

อ่าน:

แบ่งปันบทความนี้

มีสมมติฐานเกี่ยวกับการนำแบคทีเรีย จุลินทรีย์ และสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กอื่นๆ เข้ามาผ่านการนำเทห์ฟากฟ้าเข้ามา สิ่งมีชีวิตพัฒนาขึ้นและเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงในระยะยาว ชีวิตจึงค่อยๆ ปรากฏขึ้นบนโลก สมมติฐานนี้พิจารณาถึงสิ่งมีชีวิตที่สามารถทำงานได้แม้ในสภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นพิษและที่อุณหภูมิสูงหรือต่ำอย่างผิดปกติ

เนื่องจากการปรากฏตัวของแบคทีเรียอพยพบนดาวเคราะห์น้อยและอุกกาบาต ซึ่งเป็นชิ้นส่วนจากการชนกันของดาวเคราะห์หรือวัตถุอื่นๆ เนื่องจากการปรากฏตัวของเปลือกนอกที่ทนต่อการสึกหรอรวมทั้งเนื่องจากความสามารถในการชะลอกระบวนการชีวิตทั้งหมด (บางครั้งกลายเป็นสปอร์) ชีวิตประเภทนี้สามารถเคลื่อนไหวได้เป็นเวลานานและยาวนานมาก ระยะทาง

เมื่อเข้าสู่สภาวะเอื้ออาทรมากขึ้น “นักเดินทางข้ามกาแล็กซี่” จะเปิดใช้งานฟังก์ชั่นหลักในการช่วยชีวิต และโดยที่ไม่รู้ตัว เมื่อเวลาผ่านไป พวกมันก็ก่อตัวเป็นชีวิตบนโลก

ความจริงของการมีอยู่ของสารสังเคราะห์และสารอินทรีย์ในปัจจุบันไม่อาจปฏิเสธได้ ยิ่งไปกว่านั้น ย้อนกลับไปในศตวรรษที่สิบเก้า นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน ฟรีดริช วอห์เลอร์ สังเคราะห์สารอินทรีย์ (ยูเรีย) จากสารอนินทรีย์ (แอมโมเนียมไซยาเนต) จากนั้นจึงสังเคราะห์ไฮโดรคาร์บอน ดังนั้น สิ่งมีชีวิตบนดาวเคราะห์โลกน่าจะเกิดจากการสังเคราะห์จากสารอนินทรีย์ ทฤษฎีการกำเนิดของชีวิตได้รับการหยิบยกขึ้นมาโดยผ่านกระบวนการทางชีวภาพ

เนื่องจากกรดอะมิโนมีบทบาทหลักในโครงสร้างของสิ่งมีชีวิตอินทรีย์ มันจะมีเหตุผลที่จะสมมติว่าพวกเขามีส่วนร่วมในการตั้งถิ่นฐานของโลกด้วยชีวิต เกี่ยวกับข้อมูลที่ได้จากการทดลองของ Stanley Miller และ Harold Urey (การก่อตัวของกรดอะมิโนข้าม ค่าไฟฟ้าผ่านก๊าซ) เราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของการก่อตัวของกรดอะมิโน ท้ายที่สุด กรดอะมิโนเป็นหน่วยการสร้างที่สร้างระบบที่ซับซ้อนของร่างกายและสิ่งมีชีวิตใดๆ ตามลำดับ

สมมติฐานจักรวาลวิทยา

น่าจะเป็นการตีความที่นิยมมากที่สุดซึ่งนักเรียนทุกคนรู้ ทฤษฎีบิ๊กแบงเป็นประเด็นร้อนของการอภิปราย บิ๊กแบงมาจากการสะสมพลังงานจุดเดียว อันเป็นผลมาจากการที่จักรวาลขยายตัวอย่างมีนัยสำคัญ ร่างกายของจักรวาลถูกสร้างขึ้น แม้จะมีความสอดคล้องกัน แต่ทฤษฎีบิ๊กแบงไม่ได้อธิบายการก่อตัวของเอกภพเอง ตามความเป็นจริงไม่มีสมมติฐานที่มีอยู่สามารถอธิบายได้

Symbiosis ของออร์แกเนลล์ของสิ่งมีชีวิตนิวเคลียร์

ต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิตบนโลกรุ่นนี้เรียกอีกอย่างว่าเอนโดซิมไบโอซิส บทบัญญัติที่ชัดเจนของระบบนี้จัดทำขึ้นโดยนักพฤกษศาสตร์และนักสัตววิทยาชาวรัสเซีย K. S. Merezhkovsky สาระสำคัญของแนวคิดนี้อยู่ที่การอยู่ร่วมกันที่เป็นประโยชน์ร่วมกันของออร์แกเนลล์กับเซลล์ ซึ่งในทางกลับกันแนะนำ endosymbiosis เป็น symbiosis ที่เป็นประโยชน์สำหรับทั้งสองฝ่ายด้วยการก่อตัวของเซลล์ยูคาริโอต (เซลล์ที่มีนิวเคลียสอยู่) จากนั้นด้วยความช่วยเหลือของการถ่ายโอนข้อมูลทางพันธุกรรมระหว่างแบคทีเรียการพัฒนาและการเพิ่มจำนวนประชากรได้ดำเนินการ ตามเวอร์ชันนี้ การพัฒนาเพิ่มเติมของสิ่งมีชีวิตและรูปแบบชีวิตทั้งหมดเกิดจากบรรพบุรุษของสปีชีส์สมัยใหม่ก่อนหน้านี้

รุ่นที่เกิดขึ้นเอง

คำพูดแบบนี้ในศตวรรษที่สิบเก้าไม่สามารถนำไปใช้ได้หากไม่มีความสงสัย การปรากฏขึ้นอย่างกะทันหันของสปีชีส์ กล่าวคือ การก่อตัวของชีวิตจากสิ่งไม่มีชีวิต ดูเหมือนเป็นจินตนาการสำหรับคนในสมัยนั้น ในเวลาเดียวกัน heterogenesis (วิธีการสืบพันธุ์อันเป็นผลมาจากการที่บุคคลเกิดมาซึ่งแตกต่างจากพ่อแม่มาก) ได้รับการยอมรับว่าเป็นคำอธิบายที่สมเหตุสมผลของชีวิต ตัวอย่างง่ายๆ คือ การก่อตัวของระบบการทำงานที่ซับซ้อนจากสารที่เน่าเปื่อย

ตัวอย่างเช่น ในอียิปต์เดียวกัน อักษรอียิปต์โบราณรายงานการปรากฏตัวของสิ่งมีชีวิตที่หลากหลายจากน้ำ ทราย ซากพืชที่เน่าเปื่อยและเน่าเปื่อย ข่าวนี้คงไม่แปลกใจนักปรัชญากรีกโบราณ ที่นั่น ความเชื่อเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิตจากคนไม่มีชีวิตถูกมองว่าเป็นข้อเท็จจริงที่ไม่ต้องการการพิสูจน์ อริสโตเติล นักปรัชญาชาวกรีกผู้ยิ่งใหญ่กล่าวถึงความจริงที่มองเห็นได้ดังนี้ “เพลี้ยเกิดจากอาหารที่เน่าเสีย จระเข้เป็นผลจากกระบวนการในท่อนซุงที่เน่าเปื่อยใต้น้ำ” ลึกลับ แต่ถึงแม้จะมีการกดขี่ข่มเหงจากคริสตจักรทุกประเภท ความเชื่อมั่นภายใต้อ้อมอกของความลึกลับยังคงมีอยู่เป็นเวลาหนึ่งศตวรรษ

การอภิปรายเกี่ยวกับชีวิตบนโลกไม่สามารถดำเนินต่อไปได้ตลอดไป นั่นคือเหตุผลที่เมื่อปลายศตวรรษที่สิบเก้า Louis Pasteur นักจุลชีววิทยาและนักเคมีชาวฝรั่งเศสได้ทำการวิเคราะห์ของเขา การวิจัยของเขาเป็นวิทยาศาสตร์อย่างเคร่งครัด การทดลองดำเนินการในปี พ.ศ. 2403-2405 ต้องขอบคุณการขจัดข้อพิพาทออกจากสภาวะง่วงนอน ปาสเตอร์จึงสามารถแก้ปัญหาของการกำเนิดชีวิตที่เกิดขึ้นเองได้ (ซึ่งเขาได้รับรางวัลจาก French Academy of Sciences)

กำเนิดจากดินเหนียวธรรมดา

ดูเหมือนบ้า แต่ในความเป็นจริงหัวข้อนี้มีสิทธิ์ที่จะมีชีวิต ท้ายที่สุด มันไม่ไร้ประโยชน์ที่นักวิทยาศาสตร์ชาวสก็อต A.J. Cairns-Smith หยิบยกทฤษฎีโปรตีนเกี่ยวกับชีวิตขึ้นมา เขาได้พูดถึงการทำงานร่วมกันในระดับโมเลกุลระหว่างส่วนประกอบอินทรีย์และดินเหนียวอย่างง่าย เพื่อสร้างพื้นฐานของการศึกษาที่คล้ายคลึงกันอย่างมาก ... ภายใต้อิทธิพลของมัน ส่วนประกอบต่างๆ จึงก่อตัวระบบที่เสถียรซึ่งการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นในโครงสร้างของส่วนประกอบทั้งสอง จากนั้น การก่อตัวของชีวิตที่ยั่งยืน Kearns-Smith อธิบายจุดยืนของเขาด้วยวิธีที่ไม่เหมือนใครและเป็นต้นฉบับ ผลึกดินเหนียวที่มีการรวมตัวทางชีวภาพทำให้เกิดชีวิตร่วมกันหลังจากนั้น "ความร่วมมือ" ของพวกเขาก็สิ้นสุดลง

ทฤษฎีความหายนะถาวร

ตามแนวคิดที่พัฒนาโดย Georges Cuvier โลกที่คุณมองเห็นได้ในตอนนี้ไม่ใช่โลกหลักเลย และสิ่งที่เขาเป็น ดังนั้นมันจึงเป็นอีกลิงค์หนึ่งในห่วงโซ่ที่ขาดอย่างต่อเนื่อง ซึ่งหมายความว่าเราอยู่ในโลกที่จะสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ในที่สุด ในเวลาเดียวกัน ไม่ใช่ทุกสิ่งบนโลกที่ถูกทำลายล้าง (เช่น น้ำท่วม) บางสปีชีส์สามารถอยู่รอดได้ในระหว่างการปรับตัวดังนั้นจึงมีประชากรอาศัยอยู่บนโลก โครงสร้างของสายพันธุ์และชีวิตตาม Georges Cuvier ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง

สสารในฐานะความเป็นจริงตามวัตถุประสงค์

หัวข้อหลักของการสอนคือขอบเขตและขอบเขตต่างๆ ที่ทำให้เข้าใจวิวัฒนาการมากขึ้นจากมุมมองของวิทยาศาสตร์ที่แน่นอน (วัตถุนิยมเป็นโลกทัศน์ในปรัชญาที่เปิดเผยเหตุปัจจัย ปรากฏการณ์ และปัจจัยแห่งความเป็นจริงทั้งหมด กฎใช้ได้กับมนุษย์ สังคม โลก) ทฤษฎีนี้นำเสนอโดยกลุ่มผู้สนับสนุนวัตถุนิยมที่มีชื่อเสียง ซึ่งเชื่อว่าชีวิตบนโลกมีต้นกำเนิดมาจากการเปลี่ยนแปลงในระดับเคมี ยิ่งกว่านั้นมันเกิดขึ้นเมื่อเกือบ 4 พันล้านปีก่อน คำอธิบายของชีวิตมีความเกี่ยวข้องโดยตรงกับ DNA (กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก) อาร์เอ็นเอ (กรดไรโบนิวคลีอิก) เช่นเดียวกับ HMC บางชนิด (โปรตีนในกรณีนี้คือสารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง)

แนวคิดนี้เกิดขึ้นจากการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ โดยเผยให้เห็นถึงแก่นแท้ของอณูชีววิทยาและพันธุศาสตร์ พันธุศาสตร์ แหล่งข้อมูลมีความน่าเชื่อถือ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพิจารณาถึงความเยาว์วัย ท้ายที่สุด การศึกษาสมมติฐานเกี่ยวกับโลกของอาร์เอ็นเอเริ่มดำเนินการเมื่อปลายศตวรรษที่ยี่สิบ Carl Richard Woese มีส่วนสนับสนุนอย่างมากต่อทฤษฎีนี้

คำสอนของชาร์ลส์ ดาร์วิน

เมื่อพูดถึงต้นกำเนิดของสปีชีส์ เป็นไปไม่ได้ที่จะไม่พูดถึงบุคคลที่ยอดเยี่ยมอย่างแท้จริงอย่างชาร์ลส์ ดาร์วิน งานในชีวิตของเขา การคัดเลือกโดยธรรมชาติ ได้วางรากฐานสำหรับการเคลื่อนไหวของกลุ่มผู้ไม่เชื่อในพระเจ้า ในทางกลับกัน มันให้แรงผลักดันอย่างไม่เคยปรากฏมาก่อนแก่วิทยาศาสตร์ ซึ่งเป็นพื้นฐานที่ไม่สิ้นสุดสำหรับการวิจัยและการทดลอง สาระสำคัญของหลักคำสอนคือการอยู่รอดของสายพันธุ์ตลอดประวัติศาสตร์ โดยการปรับสิ่งมีชีวิตให้เข้ากับสภาพท้องถิ่น การก่อตัวของลักษณะใหม่ที่ช่วยในสภาพแวดล้อมการแข่งขัน

วิวัฒนาการหมายถึงกระบวนการบางอย่างที่มุ่งเปลี่ยนชีวิตของสิ่งมีชีวิตและตัวสิ่งมีชีวิตเองเมื่อเวลาผ่านไป ภายใต้ลักษณะทางพันธุกรรม หมายถึง การถ่ายโอนข้อมูลทางพฤติกรรม พันธุกรรม หรือข้อมูลประเภทอื่น (การถ่ายทอดจากมารดาสู่เด็ก)

ตามที่ดาร์วินกล่าวว่ากองกำลังหลักของการเคลื่อนไหวของวิวัฒนาการคือการต่อสู้เพื่อสิทธิในการดำรงอยู่ผ่านการคัดเลือกและความแปรปรวนของสายพันธุ์ ภายใต้อิทธิพลของความคิดของดาร์วิน ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 การวิจัยได้ดำเนินการอย่างแข็งขันในแง่ของนิเวศวิทยาตลอดจนพันธุศาสตร์ การสอนวิชาสัตววิทยาเปลี่ยนไปอย่างสิ้นเชิง

การสร้างพระเจ้า

ผู้คนมากมายจากทั่วโลกยังคงแสดงความเชื่อในพระเจ้า Creationism คือการตีความการก่อตัวของสิ่งมีชีวิตบนโลก การตีความประกอบด้วยระบบข้อความตามพระคัมภีร์และถือว่าชีวิตเป็นสิ่งที่สร้างขึ้นโดยพระเจ้าผู้สร้าง ข้อมูลนำมาจาก "พันธสัญญาเดิม" "ข่าวประเสริฐ" และงานเขียนศักดิ์สิทธิ์อื่นๆ

การตีความการสร้างชีวิต ต่างศาสนาค่อนข้างคล้ายกัน ตามพระคัมภีร์ โลกถูกสร้างขึ้นในเจ็ดวัน ท้องฟ้า เทห์ฟากฟ้า น้ำ และสิ่งที่คล้ายคลึงกัน ถูกสร้างขึ้นในห้าวัน วันที่หก พระเจ้าสร้างอาดัมจากดินเหนียว เมื่อเห็นชายคนหนึ่งที่เบื่อและโดดเดี่ยว พระเจ้าจึงตัดสินใจสร้างปาฏิหาริย์อีกครั้ง ด้วยซี่โครงของอดัม เขาสร้างอีฟ วันที่เจ็ดถือเป็นวันหยุด

อาดัมและเอวาอยู่ได้โดยไม่มีปัญหา จนกระทั่งมารร้ายในรูปงูตัดสินใจล่อลวงอีฟ ท้ายที่สุดแล้ว ในกลางสวรรค์มีต้นไม้แห่งความรู้ดีและชั่วยืนขึ้น มารดาคนแรกเชิญอาดัมให้ร่วมรับประทานอาหาร จึงเป็นการละเมิดพระวจนะที่ประทานแก่พระเจ้า (เขาห้ามไม่ให้แตะผลไม้ต้องห้าม)

มนุษย์กลุ่มแรกถูกขับไล่เข้าสู่โลกของเรา ดังนั้นจึงเริ่มต้นประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติและสิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนโลก

ตามแนวคิดสมัยใหม่ สิ่งมีชีวิตบนโลกเกิดขึ้นเมื่อ 3.5 พันล้านปีก่อน มันไม่ใช่ดาวเคราะห์ที่เรารู้จักในวันนี้เลย: ลูกบอลหินร้อนแดงที่ปราศจากออกซิเจน สั่นสะเทือนโดยกิจกรรมอันรวดเร็วของภูเขาไฟลูกเล็กๆ ที่ดวงอาทิตย์และดวงดาวกวาดไปอย่างรวดเร็วจนแทบบ้า อย่างไรก็ตาม วันนั้นกินเวลาเพียงประมาณ 6 วันเท่านั้น ชั่วโมง. ทฤษฎีเกี่ยวกับต้นกำเนิดของรูปแบบแรกของชีวิต และจากนั้นก็มีความซับซ้อนมากขึ้น มีหลายทฤษฎี รวมถึงการออกแบบที่ชาญฉลาด เราจะทำความคุ้นเคยกับแนวคิดทางวิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐาน ความเข้าใจซึ่งทำให้เราสามารถสันนิษฐานได้ว่าสิ่งมีชีวิตนอกโลกสามารถดำรงอยู่ได้ภายใต้เงื่อนไขใดและภายใต้เงื่อนไขใด

Panspermia

Panspermia (จากภาษากรีก "ส่วนผสม" และ "เมล็ดพันธุ์") เป็นทฤษฎีที่เชื่อถือได้มากในสมัยของเราเกี่ยวกับการปรากฏตัวของสิ่งมีชีวิตบนโลกอันเป็นผลมาจากการถ่ายโอน "เชื้อโรคแห่งชีวิต" จากดาวเคราะห์ดวงอื่น สมมติฐานนี้เสนอโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน G. Richter ในปี 1865 ซึ่งหมายถึงการถ่ายโอนสปอร์ของจุลินทรีย์ไม่ว่าจะโดยอุกกาบาตหรือภายใต้การกระทำของแรงดันแสง ต่อมามีการค้นพบรังสีคอสมิกซึ่งกระทำต่อสิ่งมีชีวิตไม่ทำลายล้างน้อยกว่าการสลายตัวของยูเรเนียม และทฤษฎีของ panspermia "ตกในฝุ่น" จนถึงเที่ยวบินแรกไปยังดวงจันทร์ - เมื่อพบจุลินทรีย์ที่มีชีวิตจากโลกบนยานสำรวจ "Surveyer-3" ซึ่งประสบความสำเร็จในการบินระยะไกลในอวกาศ

ในปี 2549 มีการค้นพบทั้งน้ำและสารประกอบอินทรีย์ที่ง่ายที่สุดในสารดาวหาง เป็นเรื่องตลก แต่นี่หมายความว่าอุกกาบาตขนาดเล็กที่มีขนนกเรืองแสง ซึ่งกำลังเข้าใกล้ลูกบอลที่ใหญ่กว่ามากของดาวเคราะห์ เป็นสิ่งที่คล้ายกับจักรวาลอันคล้ายคลึงกันของเซลล์สืบพันธุ์เพศหญิงและเพศชาย ร่วมกันทำให้เกิดชีวิตใหม่

ผู้ติดตาม panspermia บางส่วนเชื่อว่าการแลกเปลี่ยนแบคทีเรียเกิดขึ้นระหว่างโลกและดาวอังคารในช่วงเวลาที่ดาวเคราะห์แดงยังคงเฟื่องฟูและถูกปกคลุมด้วยมหาสมุทรบางส่วน ยิ่งกว่านั้นอุกกาบาตไม่จำเป็นต้องให้บริการนี้ - บางทีผู้เข้าชมที่ชาญฉลาดอาจนำแบคทีเรียมาที่นี่ (แต่นี่เป็นปัญหาแยกต่างหาก) แต่แม้ว่าเหตุการณ์ดังกล่าวจะเกิดขึ้นในประวัติศาสตร์ เราจะต้องค้นหาว่าชีวิตมาจากไหนบนดาวดวงอื่น

ไฟฟ้าและซุปต้นตำรับ

การทดลอง Miller-Urey ที่มีชื่อเสียงในปี 1953 พิสูจน์ว่าประกายไฟไฟฟ้าสามารถสร้างพื้นฐานของชีวิต - กรดอะมิโนและซูโครส - ในที่ที่มีน้ำ มีเทน แอมโมเนีย และไฮโดรเจนในบรรยากาศ ซึ่งหมายความว่าสายฟ้าธรรมดาสามารถสร้างหน่วยการสร้างพื้นฐานของชีวิตบน โลกโบราณเรียกว่าน้ำซุปดั้งเดิม คำนี้ถูกนำมาใช้ในปี 1924 โดย Oparin นักชีววิทยาโซเวียต ตามทฤษฎีของเขา "ซุป" นี้เกิดขึ้นเมื่อประมาณ 4 พันล้านปีก่อนในแหล่งน้ำตื้นของโลกภายใต้อิทธิพลของการปล่อยไฟฟ้า รังสีคอสมิก และอุณหภูมิของเหลวสูง ในตอนแรก นิวคลีโอไทด์ โพลีเปปไทด์ เบสไนโตรเจน และกรดอะมิโนมีอิทธิพลเหนือองค์ประกอบ จากนั้น กว่าล้านปี โมเลกุลที่ซับซ้อนมากขึ้นก่อตัวขึ้นในซุปดึกดำบรรพ์ จนกระทั่งพวกมันก่อตัวเป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่ง่ายที่สุด นั่นคือแบคทีเรีย

ชีวิตดิน

ตามแหล่งข้อมูลทางศาสนา อดัมถูกสร้างขึ้นจากผงธุลีของแผ่นดิน และในอัลกุรอานและในหมู่ชนชาติบางส่วน (เช่น คนญี่ปุ่น) พระเจ้าได้หล่อหลอมผู้คนจากดินเหนียว ตามที่นักเคมีอินทรีย์ Alexander Graham Kearns-Smith จาก University of Glasgow ในสกอตแลนด์นี่อาจไม่ใช่การเปรียบเทียบง่ายๆ: โมเลกุลแรกของชีวิตสามารถเกิดขึ้นได้บนดินเหนียว ในขั้นต้น สารประกอบคาร์บอนดั้งเดิมไม่มี DNA ซึ่งหมายความว่าพวกมันไม่สามารถทำซ้ำได้ - "การสืบพันธุ์" สามารถถูกกระตุ้นโดยแหล่งที่มาจากสภาพแวดล้อมภายนอกเท่านั้น

แหล่งที่มาดังกล่าวอาจเป็นหินดินเหนียวซึ่งไม่ได้เป็นเพียงมวลของโลกเท่านั้น แต่ยังเป็นลำดับโมเลกุลที่เป็นระเบียบและเป็นระเบียบ พื้นผิวดินเหนียวไม่เพียงแต่สามารถมุ่งสมาธิและรวมสารประกอบอินทรีย์เท่านั้น แต่ในระดับจุลทรรศน์จัดพวกมันเป็นโครงสร้างซึ่งทำหน้าที่เหมือนจีโนม เมื่อเวลาผ่านไป โมเลกุลอินทรีย์ "จำ" ลำดับนี้และเรียนรู้ที่จะจัดระเบียบตัวเอง ต่อจากนั้น พวกมันก็ซับซ้อนมากขึ้น: พวกมันมีต้นแบบของ DNA, RNA และกรดนิวคลีอิกอื่นๆ

ชีวิตจากท้องทะเล

"ทฤษฎีช่องระบายความร้อนใต้ท้องทะเล" ชี้ให้เห็นว่าสิ่งมีชีวิตอาจมีต้นกำเนิดมาจากภูเขาไฟใต้น้ำ ซึ่งขับโมเลกุลที่อุดมด้วยไฮโดรเจนออกมาและปล่อยความร้อนจำนวนมากผ่านรอยแตกในพื้นมหาสมุทร โมเลกุลเหล่านี้รวมกันอยู่บนพื้นผิวของหิน ซึ่งเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาแร่สำหรับปฏิกิริยาเคมีใหม่

ดังนั้นแบคทีเรียจึงถือกำเนิดขึ้นซึ่งก่อให้เกิดความอยากรู้ทางธรณีวิทยาที่มีชื่อเสียงระดับโลก - สโตรมาโทไลต์ (จาก "สโตรมาโตส" - พรมและ "ลิโธส" - หิน) ในรูปแบบกลายเป็นหิน การก่อตัวเหล่านี้มีชีวิตรอดมาจนถึงทุกวันนี้ และแหล่งใต้น้ำประเภทนี้ยังคงมีบทบาทสำคัญในการรักษาระบบนิเวศทางทะเลที่หลากหลายในยุคของเรา

ความเย็นเป็นตัวเร่งให้เกิดวิวัฒนาการ

ไม่ว่านักวิทยาศาสตร์คนใดจะพูดถูก แต่แบคทีเรียเซลล์เดียวธรรมดาๆ ก็ยังคงอาศัยอยู่บนโลก และในรูปแบบนี้ พวกมันคงอยู่ได้นานกว่าพันล้านปี จากนั้นมีการระเบิดอย่างรวดเร็วอย่างไม่น่าเชื่อตามมาตรฐานวิวัฒนาการ - รูปแบบชีวิตที่ซับซ้อนมากขึ้นเริ่มพัฒนา ซึ่งในตอนแรกเข้าใจมหาสมุทร จากนั้นแผ่นดิน ดิน และในที่สุดอากาศ ไม่นานมานี้ นักวิทยาศาสตร์สามารถค้นหาว่าอะไรคือแรงผลักดันให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่เด็ดขาด กลายเป็นยุคน้ำแข็งที่ทรงพลังที่สุดในประวัติศาสตร์โลก ซึ่งเริ่มขึ้นเมื่อประมาณ 3 พันล้านปีก่อน โลกถูกปกคลุมด้วยน้ำแข็งอย่างสมบูรณ์หนาถึงหนึ่งกิโลเมตร - ผู้เชี่ยวชาญเรียกปรากฏการณ์นี้ว่า "สโนว์บอลเอิร์ ธ" (เช่นเดียวกับที่เด็ก ๆ เล่น)

สภาพความเป็นอยู่ของจุลินทรีย์ที่ง่ายที่สุดได้เปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก - แต่ในทางกลับกัน แบคทีเรียที่คลั่งไคล้พวกหัวรุนแรงต้องปรับตัวภายใต้ความหนาของน้ำแข็ง! ในช่วง "ระยะฟักตัว" นี้ที่การแยกแบคทีเรียขั้นต้นเกิดขึ้นตามวิธีการอยู่รอด: บางคนเรียนรู้ที่จะรับพลังงานจากแสงแดด คนอื่นดึงความแข็งแกร่งโดยการประมวลผลสารที่ละลายในน้ำ นี่เป็นจุดเริ่มต้นของอาณาจักรของสัตว์ป่า - อย่างแรกจะกลายเป็นพืชและสัตว์สังเคราะห์แสงที่มีเซลล์เดียวในอนาคต ประการที่สอง - สัตว์หลายเซลล์และเชื้อรา

แต่แล้ววันหนึ่ง ภูเขาไฟที่ร้อนระอุก็ตื่นขึ้นอีกครั้ง ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จำนวนมหาศาลกระเด็นสู่ชั้นบรรยากาศ ปรากฏการณ์เรือนกระจก. โลกร้อนขึ้น น้ำแข็งละลายและปล่อยแบคทีเรีย "ที่โตแล้ว" กระบวนการสังเคราะห์แสงที่เกิดขึ้นในไซยาโนแบคทีเรีย (สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน) ทำให้เกิดปฏิกิริยาใหม่ และบรรยากาศก็อิ่มตัวด้วยออกซิเจนในเวลาอันสั้น และเศษหินแร่ที่นำโดยธารน้ำแข็งที่ตกลงสู่มหาสมุทรทำให้เกิดทางเลือกใหม่สำหรับปฏิกิริยาเคมี สิ่งนี้ทำให้สัตว์สามารถวิวัฒนาการได้ เนื่องจากมีความชัดเจนอยู่แล้ว ในไม่ช้า แทนที่จะแบ่งแบคทีเรียออกเป็นสองชนิดใหม่ พวกเขาเริ่มแบ่งตัวโดยไม่ทิ้ง "การว่ายน้ำอย่างอิสระ" และสร้างโครงสร้างหลายเซลล์แรก ตัวอย่างคือสัตว์หลายเซลล์ที่เก่าแก่ที่สุดที่ไม่มีระบบประสาท เลือด และระบบย่อยอาหาร - ฟองน้ำทะเล

ตามทฤษฎีนี้ ชีวิตค่อนข้างมีแนวโน้มว่าจะอยู่ภายใต้ชั้นน้ำแข็งหนาทึบบนดวงจันทร์ดวงหนึ่งของดาวพฤหัสบดี ในมหาสมุทรที่หนาวเย็นของยูโรปา ซึ่งซ่อนตัวจากยานสำรวจอวกาศ ทีมนักวิจัยจาก NASA ยังพบว่ามีกิจกรรมความร้อนใต้พิภพภายใต้น้ำแข็งของดาวเทียม ดังนั้นจึงค่อนข้างเป็นไปได้ที่ยุโรปจะทำซ้ำเส้นทางของเรา และเมื่อดวงอาทิตย์ของเราเริ่มแก่และสว่างขึ้น วิวัฒนาการก็จะเข้าครอบงำความหนาวเย็นชั่วนิรันดร์เช่นกัน