Livet på Jorden optrådte for mere end 3,5 milliarder år siden - det er vanskeligt at præcisere øjeblikket mere præcist, bare hvis det ikke er let at trække grænsen mellem”næsten levende” og”virkelig levende”. Vi kan dog med sikkerhed sige, at dette magiske øjeblik strakte sig i mange, lange millioner af år. Stadig var det et rigtig mirakel.
For at værdsætte dette mirakel til dets sande værdi, skal du stifte bekendtskab med en række moderne teorier, der beskriver forskellige muligheder og stadier i livets fødsel. Fra et livligt, men livløst sæt enkle organiske forbindelser til protoorganismer, der har kendt død og indgået i en uendelig race med biologisk variation. Når alt kommer til alt er det ikke disse to udtryk - mutabilitet og død - der giver anledning til hele livssummen?..
1. Panspermia
Hypotesen om at bringe liv til Jorden fra andre kosmiske kropper har en masse autoritative forsvarere. Denne position blev besat af den store tyske videnskabsmand Hermann Helmholtz og den svenske kemiker Svante Arrhenius, den russiske tænker Vladimir Vernadsky og den britiske lordfysiker Kelvin. Imidlertid er videnskab et kendsgerningsområde, og efter opdagelsen af kosmisk stråling og dens destruktive virkning på alle levende ting, syntes panspermia at dø.
Men jo dybere forskere kaster sig ind i emnet, jo flere nuancer dukker op. Så nu - inklusive at udføre adskillige eksperimenter på rumfartøjer - tager vi langt mere alvorligt levende organisms evne til at tolerere stråling og kulde, mangel på vand og andre "lækkerier" ved at være i det ydre rum. Fundet af alle slags organiske forbindelser på asteroider og kometer, i fjerne gas- og støvklynger og protoplanetære skyer er mange og uden tvivl. Men påstande om opdagelsen i dem af spor af noget, der mistænkeligt minder om mikrober, forbliver ubevisede.
Det er let at se, at teorien om panspermia for hele dens fascination kun overfører spørgsmålet om livets oprindelse til et andet sted og en anden tid. Uanset hvad de første organismer bragte til Jorden - hvad enten det drejer sig om en tilfældig meteorit eller en listig plan med højtudviklede aliens, måtte de fødes et eller andet sted og på en eller anden måde. Lad ikke her og meget længere i fortiden - men livet måtte vokse ud af livløs stof. Spørgsmålet "Hvordan?" rester.
Salgsfremmende video:
1. Uvidenskabelig: spontan generation
Den spontane oprindelse af stærkt udviklet levende stof fra ikke-levende stof - som fødselen af fluelarver i rådnende kød - kan forbindes med Aristoteles, der generaliserede tankerne fra mange forgængere og dannede en holistisk doktrin om spontan generation. Som andre elementer i Aristoteles filosofi var spontan generation den dominerende doktrin i det middelalderlige Europa og nød en vis støtte indtil eksperimenterne fra Louis Pasteur, som endeligt viste, at selv fluelarver kræver, at forældre fluer vises. Forveksle ikke spontan generation med moderne teorier om livets abiogene oprindelse: forskellen mellem dem er grundlæggende.
2. Primær bouillon
Dette koncept er tæt forbundet med de klassiske eksperimenter, der havde formået at få status af 1950'erne af Stanley Miller og Harold Urey. I laboratoriet modellerede forskere de forhold, der kunne eksistere nær overfladen af den unge jord - en blanding af metan, kulilte og molekylært brint, talrige elektriske udledninger, ultraviolet lys - og snart blev mere end 10% af carbonet fra metan omdannet til form af forskellige organiske molekyler. Mere end 20 aminosyrer, sukkerarter, lipider og nukleinsyreforløbere blev opnået i Miller-Urey-eksperimenterne.
Moderne variationer af disse klassiske eksperimenter bruger meget mere sofistikerede opsætninger, der bedre matcher betingelserne for den tidlige jord. De simulerer virkningen af vulkaner med deres emissioner af brint sulfid og svovldioxid, tilstedeværelsen af nitrogen osv. Så forskere formår at få en enorm og varieret mængde organisk stof - potentielle byggesten til potentielt liv. Hovedproblemet ved disse eksperimenter forbliver racemat: isomerer af optisk aktive molekyler (såsom aminosyrer) dannes i en blanding i lige store mængder, mens alt kendt liv (med nogle få og underlige undtagelser) kun inkluderer L-isomerer.
Vi vender dog tilbage til dette problem senere. Det skal også tilføjes her, at for nylig - i 2015 - viste Cambridge-professor John Sutherland og hans team muligheden for at danne alle de grundlæggende "molekyler i livet", komponenter af DNA, RNA og proteiner fra et meget simpelt sæt af indledende komponenter. Hovedpersonerne i denne blanding er brintcyanid og hydrogensulfid, som ikke er så sjældne i rummet. For dem gjenstår det at tilføje nogle mineraler og metaller, der er til stede i tilstrækkelige mængder på Jorden, såsom fosfater, kobber og jernsalte. Forskere har opbygget et detaljeret reaktionsskema, der godt kunne skabe en rig "primordial suppe", så der vises polymerer i den og fuldt kemisk udvikling kommer i spil.
Hypotesen om livets abiogene oprindelse fra "organisk bouillon", som blev testet ved eksperimenterne af Miller og Urey, blev fremsat i 1924 af den sovjetiske biokemiker Alexander Oparin. Og selv om forskeren i de "mørke år" i Lysenkoismens storhedstid tog side af modstanderne af den videnskabelige genetik, er hans fordele store. Som anerkendelse af rollen som en akademiker, bærer hans navn den største pris, der blev overrakt af Det Internationale Videnskabelige Samfund for Undersøgelse af Livets Oprindelse (ISSOL) - Oparin-medaljen. Prisen uddeles hvert sjette år, og på forskellige tidspunkter er blevet tildelt både Stanley Miller og den store kromosomforsker, nobelprisvinderen Jack Shostak. Som anerkendelse af Harold Urey's enorme bidrag tildeler ISSOL Urey-medaljen mellem Oparin-medaljen (også hvert sjette år). Resultatet er en unik, rigtig evolutionær pris - med et skifteligt navn.
3. Kemisk udvikling
Teorien forsøger at beskrive omdannelsen af relativt enkle organiske stoffer til temmelig komplekse kemiske systemer, forløberne for selve livet, under påvirkning af eksterne faktorer, mekanismerne for selektion og selvorganisering. Det grundlæggende koncept for denne tilgang er "vand-kulstof-chauvinisme", der præsenterer disse to komponenter (vand og kulstof - NS) som absolut nødvendigt og nøglen til opståen og udviklingen af liv, uanset om på Jorden eller et andet sted ud over. Og det største problem forbliver betingelserne, under hvilke "vand-kulstofchauvinisme" kan udvikle sig til meget sofistikerede kemiske komplekser, der først og fremmest er i stand til selvreplikation.
Ifølge en af hypoteserne kunne den primære organisering af molekyler forekomme i mikroporerne af lermineraler, som spillede en strukturel rolle. Den skotske kemiker Alexander Graham Cairns-Smith fremsatte denne idé for et par år siden. Komplekse biomolekyler kunne bundfælde og polymerisere på deres indre overflade, som på en matrix: Israelske forskere har vist, at sådanne forhold gør det muligt at dyrke tilstrækkeligt lange proteinkæder. Her kunne de krævede mængder metalsalte ophobes, som spiller en vigtig rolle som katalysatorer til kemiske reaktioner. Lervægge kunne fungere som cellemembraner, der deler det "indre" rum, hvor flere og mere komplekse kemiske reaktioner finder sted, og adskiller det fra det ydre kaos.
Overfladerne af krystallinske mineraler kunne tjene som "matrixer" til vækst af polymermolekyler: den rumlige struktur af deres krystalgitter er i stand til kun at vælge optiske isomerer af en type - for eksempel L-aminosyrer - der løser det problem, vi talte om ovenfor. Energi til den primære "metabolisme" kunne tilføres ved uorganiske reaktioner, såsom reduktion af mineralpyriten (FeS2) med brint (til jernsulfid og hydrogensulfid). I dette tilfælde kræves hverken lyn eller ultraviolet stråling for udseendet af komplekse biomolekyler, som i Miller-Urey-eksperimenterne. Dette betyder, at vi kan slippe af med de skadelige aspekter af deres handling.
Den unge jord var ikke beskyttet mod skadelige - og endda dødbringende - komponenter af solstråling. Selv moderne, evolutionært testede organismer ville ikke være i stand til at modstå denne hårde ultraviolette stråling - på trods af det faktum, at Solen selv var meget yngre og ikke gav nok varme til planeten. Fra dette opstod hypotesen om, at i den æra, hvor miraklet om livets oprindelse skete, kunne hele Jorden være dækket af et tykt islag - hundreder af meter; og det er til det bedste. Ved at gemme sig under denne isplade kunne livet føles helt sikkert mod ultraviolet stråling og fra hyppige meteoriske strejker, der truede med at ødelægge det i knoppen. Det relativt kølige miljø kan også stabilisere strukturen i de første makromolekyler.
4. Sorte rygere
Faktisk skal ultraviolet stråling på den unge jord, hvis atmosfære endnu ikke indeholdt ilt og ikke havde en sådan vidunderlig ting som ozonlaget, have været dødbringende i ethvert nyt liv. Fra dette voksede antagelsen om, at de skrøbelige forfædre til levende organismer blev tvunget til at eksistere et eller andet sted, gemt for den kontinuerlige strøm af at sterilisere alt og alle stråler. For eksempel dybt under vand - selvfølgelig, hvor der er nok mineraler, blanding, varme og energi til kemiske reaktioner. Og sådanne steder blev fundet.
Mot slutningen af det tyvende århundrede blev det klart, at havbunden på ingen måde kunne være et tilflugtssted for middelalderens monstre: Forholdene her er for hårde, temperaturen er lav, der er ingen stråling, og sjældent organisk stof er kun i stand til at slå sig ned fra overfladen. Faktisk er dette store halvørreder - med nogle bemærkelsesværdige undtagelser: lige der, dybt under vandet, nær udløbene fra geotermiske kilder, er livet bogstaveligt talt i fuld gang. Sort vand mættet med sulfider er varmt, blandet aktivt og indeholder en masse mineraler.
Rygere fra Sortehavet er meget rige og karakteristiske økosystemer: Bakterierne, der fodrer med dem, bruger jern-svovlreaktionerne, som vi allerede har drøftet. De er grundlaget for et fuldt blomstrende liv, inklusive en række unikke orme og rejer. Måske var de grundlaget for livets oprindelse på planeten: i det mindste teoretisk bærer sådanne systemer alt det nødvendige for dette.
2. Uvidenskabelig: Ånder, guder, forfædre
Eventuelle kosmologiske myter om verdens oprindelse er altid kronet med antropogoniske - om menneskets oprindelse. Og i disse fantasier kan man kun misundes fantasien fra antikke forfattere: på spørgsmålet om hvad, hvordan og hvorfor kosmos opstod, hvor og hvordan livet - og mennesker - optrådte, lød versionerne meget forskellige og næsten altid smukke. Planter, fisk og dyr blev fanget fra havbunden af en enorm ravn, folk kravlede ud af kroppen af forfæderen Pangu som orme, støbt af ler og aske, blev født af ægteskaber med guder og monstre. Alt dette er overraskende poetisk, men det har naturligvis intet at gøre med videnskab.
5. RNA's verden
I overensstemmelse med principperne i dialektisk materialisme er livet en "enhed og kamp" mellem to principper: ændring og arvelig information på den ene side og biokemiske, strukturelle funktioner på den anden side. Den ene er umulig uden den anden - og spørgsmålet om, hvor livet begyndte, med information og nukleinsyrer eller med funktioner og proteiner, er stadig et af de sværeste. Og en af de velkendte løsninger på dette paradoksale problem er RNA-verdenshypotesen, der optrådte i slutningen af 1960'erne og endelig tog form i slutningen af 1980'erne.
RNA - makromolekyler ved lagring og transmission af information er ikke så effektive som DNA og til at udføre enzymatiske funktioner - ikke så imponerende som proteiner. Men RNA-molekyler er i stand til begge, og indtil nu tjener de som et transmissionslink i informationsudvekslingen af cellen og katalyserer et antal reaktioner deri. Proteiner er ude af stand til at replikere uden DNA-information, og DNA er ikke i stand til dette uden protein "færdigheder." RNA kan på den anden side være helt autonom: det er i stand til at katalysere sin egen "reproduktion" - og det er nok til at starte.
Undersøgelser inden for rammerne af RNA-verdenshypotesen har vist, at disse makromolekyler er i stand til fuldt kemisk udvikling. Tag for eksempel et illustrativt eksempel demonstreret af Californiens biofysikere ledet af Lesley Orgel: hvis ethidiumbromid sættes til en opløsning af RNA, der er i stand til selvreplikation, der tjener som en gift for dette system, der blokerer for RNA-syntese, så lidt efter lidt med en ændring i generationer af makromolekyler i blandingen RNA'er ser ud til at være resistente, selv over for meget høje koncentrationer af toksinet. Noget som dette, under udvikling, de første RNA-molekyler kunne finde en måde at syntetisere de første værktøjsproteiner på, og derefter - i kombination med dem - "opdage" for sig selv den dobbelte helix af DNA, den ideelle bærer af arvelig information.
3. Uvidenskabelig: Uforanderlighed
Ikke mere videnskabelig end historierne om de første forfædre kan kaldes synspunkter, der bærer det høje navn på teorien om en stationær stat. Ifølge hendes tilhængere er der aldrig noget liv opstået - ligesom Jorden ikke blev født, og heller ikke kosmos optrådte: De var simpelthen altid, altid og vil forblive. Alt dette er ikke mere berettiget end Pangu-ormene: For at tage en sådan "teori" seriøst, bliver man nødt til at glemme de utallige fund af paleontologi, geologi og astronomi. Og faktisk at opgive hele den storslåede bygning af moderne videnskab - men så er det sandsynligvis værd at opgive alt, hvad der skyldes dens indbyggere, inklusive computere og smertefri tandbehandling.
6. Protoceller
Imidlertid er enkel replikation ikke nok til "normalt liv": ethvert liv er for det første et rumligt isoleret område af miljøet, der adskiller metaboliske processer, letter forløbet af nogle reaktioner og tillader at udelukke andre. Med andre ord er livet en celle afgrænset af en semipermeabel membran sammensat af lipider. Og "protoceller" skulle have vist sig allerede på de tidligste stadier af eksistensen af liv på Jorden - den første hypotese om deres oprindelse blev udtrykt af Alexander Oparin, som er velkendt for os. Efter hans mening kunne dråber af hydrofobe lipider, der ligner gule dråber olie flydende i vand, tjene som "protomembraner".
Generelt accepteres videnskabsmandens ideer af moderne videnskab, og Jack Shostak, der modtog Oparin-medaljen for sit arbejde, var også involveret i dette emne. Sammen med Katarzyna Adamala formåede han at skabe en slags "protocell" -model, hvis analog på membranen ikke bestod af moderne lipider, men af endnu enklere organiske molekyler, fedtsyrer, som godt kunne have samlet sig på de første protoorganismers oprindelsessteder. Shostak og Adamala formåede endda at "genoplive" deres strukturer ved at tilføje magnesiumioner (stimulere arbejdet med RNA-polymeraser) og citronsyre (stabilisere strukturen af fedtmembraner) til mediet.
Som et resultat endte de med et helt enkelt, men noget levende system; under alle omstændigheder var det en normal protocelle, der indeholdt et membranbeskyttet miljø til RNA-reproduktion. Fra dette øjeblik kan du lukke det sidste kapitel i livets forhistorie - og begynde de første kapitler i dets historie. Dette er dog et helt andet emne, så vi vil kun tale om et, men ekstremt vigtigt koncept, der er forbundet med de første trin i livets udvikling og fremkomsten af en enorm række organismer.
4. Uvidenskabelig: Evigt vende tilbage
En "virksomheds" repræsentation af den indiske filosofi i vestlig filosofi forbundet med værkerne af Immanuel Kant, Friedrich Nietzsche og Mircea Eliade. Et poetisk billede af den evige vandring af enhver levende sjæl gennem et uendeligt sæt verdener og deres indbyggere, dets omdannelse til et ubetydeligt insekt, derefter til en ophøjet digter eller endda til et væsen, der er ukendt for os, en dæmon eller en gud. På trods af manglen på ideer om reinkarnation er Nietzsche virkelig tæt på denne idé: evigheden er evig, hvilket betyder, at enhver begivenhed i det kan - og bør gentages igen. Og hver væsen drejer uendeligt om denne karrusel af universel tilbagevenden, så kun hovedet roterer, og selve problemet med primær oprindelse forsvinder et sted i et kalejdoskop af utallige gentagelser.
7. Endosymbiose
Se på dig selv i spejlet, kig ind i øjnene: den væsen, som du ser på hinanden med, er en kompleks hybrid, der er opstået i umindelige tider. Tilbage i slutningen af det 19. århundrede bemærkede den tysk-engelske naturforsker Andreas Schimper, at kloroplaster, plantecelleorganerne, der er ansvarlige for fotosyntesen, replikerer separat fra selve cellen. Snart var der en hypotese om, at kloroplaster er symbionter, celler af fotosyntetiske bakterier, der engang blev slugt af værten - og overladt til at leve her for evigt.
Vi har selvfølgelig ikke kloroplast, ellers kunne vi fodre med sollys, som nogle pseudo-religiøse sekter antyder. I 1920'erne blev endosymbiosis-hypotesen imidlertid udvidet til at omfatte mitokondrier, organeller, der forbruger ilt og forsyner energi til alle vores celler. Hidtil har denne hypotese erhvervet status som en fuldgyldig, gentagne gange bevist teori - det er tilstrækkeligt at sige, at mitokondrier og plastider har deres eget genom, mere eller mindre celledelingsmekanismer og deres egne proteinsyntesesystemer.
I naturen er der også fundet andre endosymbionter, der ikke har milliarder af års fællesudvikling bag sig og ligger på et mindre dybt integrationsniveau i cellen. For eksempel har nogle amøber ikke deres egne mitokondrier, men der er bakterier inkluderet inde og udfører deres rolle. Der er hypoteser om den endosymbiotiske oprindelse af andre organeller - inklusive flagella og cilia, og endda cellekernen: ifølge nogle forskere er alle os eukaryoter resultatet af en hidtil uset fusion mellem bakterier og archaea. Disse versioner har endnu ikke fundet streng bekræftelse, men en ting er klar: Så snart det opstod, begyndte livet at absorbere sine naboer - og interagere med dem og fødte nyt liv.
5. Uvidenskabelig: Kreationisme
Selve konceptet om kreasionisme opstod i det 19. århundrede, da dette ord begyndte at blive kaldt tilhængerne af forskellige versioner af verdens og livets udseende, foreslået af forfatterne af Tora, Bibelen og andre hellige bøger om monoteistiske religioner. Imidlertid tilbød kreasionisterne ikke noget nyt i sammenligning med disse bøger, om og om igen forsøgte at tilbagevise de strenge og grundlæggende fund af videnskaben - og faktisk, igen og igen, ved at miste den ene position efter den anden. Desværre er ideerne fra moderne pseudovidenskabsskabere meget lettere at forstå: det kræver en stor indsats for at forstå den virkelige videnskabs teorier.
Sergey Vasiliev