Život na Zemi sa objavil pred viac ako 3,5 miliardami rokov - je ťažké presne určiť tento okamih, ak len preto, že nie je ľahké nakresliť hranicu medzi „takmer živým“a „skutočne živým“. Môžeme však s istotou povedať, že tento magický okamih sa natiahol po mnoho dlhých miliónov rokov. Stále to bol skutočný zázrak.
Ak chcete oceniť tento zázrak v jeho skutočnej hodnote, musíte sa zoznámiť s množstvom moderných teórií popisujúcich rôzne možnosti a štádiá narodenia života. Od svižnej, ale bez života jednoduchých organických zlúčenín k protoorganizmom, ktoré poznali smrť a vstúpili do nekonečnej rasy biologickej variability. Koniec koncov, tieto dva pojmy - zameniteľnosť a smrť - nevytvárajú celú sumu života?..
1. Panspermia
Hypotéza o prinesení života na Zem z iných kozmických telies má veľa autoritatívnych obhajcov. Túto pozíciu zastával veľký nemecký vedec Hermann Helmholtz a švédsky chemik Svante Arrhenius, ruský mysliteľ Vladimir Vernadsky a britský fyzik lord Kelvin. Veda je však oblasťou faktov a po objavení kozmického žiarenia a jeho deštruktívneho účinku na všetky živé bytosti sa zdá, že panspermia umrela.
Ale čím hlbší vedci sa vrhajú do tejto záležitosti, tým viac sa objavujú nuansy. Takže teraz - vrátane uskutočňovania početných experimentov s kozmickými loďami - berieme oveľa vážnejšie schopnosť živých organizmov tolerovať žiarenie a chlad, nedostatok vody a iné „potešenie“z bytia vo vesmíre. Nálezy všetkých druhov organických zlúčenín na asteroidoch a kométach, vo vzdialených zhlukoch plynu a prachu a protoplanetárnych oblakoch, sú nesporné. Tvrdenia o tom, že sa v nich objavia stopy niečo podozrivého podobného mikróbom, však zostávajú nepotvrdené.
Je ľahké vidieť, že teória panspermie prenecháva celú svoju fascináciu iba otázku pôvodu života na iné miesto a inokedy. Čokoľvek prinieslo na Zem prvé organizmy - náhodný meteorit alebo prefíkaný plán vysoko rozvinutých cudzincov, museli sa niekde a nejako narodiť. Nenechajte tu v minulosti ešte ďalej - ale život musel vyrastať z neživej hmoty. Otázka „Ako?“zvyšky.
Propagačné video:
1. Nevedecké: Spontánna generácia
Spontánny pôvod vysoko vyvinutej živej hmoty z neživej hmoty - napríklad zrod lariev múch v hnilobnom mäse - možno spájať s Aristotelesom, ktorý zovšeobecnil myšlienky mnohých predchodcov a vytvoril holistickú doktrínu spontánnej generácie. Podobne ako iné prvky Aristotelovej filozofie bola spontánna generácia dominantnou doktrínou v stredovekej Európe a do určitej miery ju podporovala až do experimentov Louisa Pasteura, ktorý presvedčivo preukázal, že dokonca aj larvy mušiek potrebujú rodičovské muchy. Nezamieňajte si spontánne generovanie s modernými teóriami abiogénneho pôvodu života: rozdiel medzi nimi je zásadný.
2. Primárny vývar
Tento koncept úzko súvisí s klasickými experimentmi, ktoré sa podarilo získať štatút 50. rokov minulého storočia Stanley Miller a Harold Urey. V laboratóriu vedci modelovali podmienky, ktoré by mohli existovať na povrchu mladej Zeme - zmes metánu, oxidu uhoľnatého a molekulárneho vodíka, početných elektrických výbojov, ultrafialového svetla - a čoskoro sa viac ako 10% uhlíka z metánu premenilo na formu určitých organických molekúl. V Miller-Ureyových experimentoch sa získalo viac ako 20 aminokyselín, cukrov, lipidov a prekurzorov nukleových kyselín.
Moderné variácie týchto klasických experimentov využívajú omnoho sofistikovanejšie nastavenia, ktoré lepšie zodpovedajú podmienkam ranej Zeme. Simulujú vplyv sopiek s ich emisiami sírovodíka a oxidu siričitého, prítomnosťou dusíka atď. Vedcom sa teda podarí získať obrovské a rozmanité množstvo organických látok - potenciálnych stavebných blokov potenciálneho života. Hlavným problémom týchto experimentov zostáva racemát: izoméry opticky aktívnych molekúl (ako sú aminokyseliny) sa tvoria v zmesi v rovnakých množstvách, zatiaľ čo všetok život, ktorý je nám známy (až na pár výnimiek), zahŕňa iba L-izoméry.
K tomuto problému sa však vrátime neskôr. Tu by sa malo dodať, že nedávno - v roku 2015 - profesor Cambridge John Sutherland a jeho tím ukázali možnosť formovania všetkých základných „molekúl života“, zložiek DNA, RNA a proteínov z veľmi jednoduchého súboru počiatočných zložiek. Hlavnými znakmi tejto zmesi sú kyanovodík a sírovodík, ktoré nie sú v priestore také zriedkavé. Zostáva im pridať niektoré minerály a kovy, ktoré sú na Zemi prítomné v dostatočnom množstve, ako napríklad fosforečnany, meď a soli železa. Vedci vytvorili podrobnú reakčnú schému, ktorá by mohla vytvoriť bohatú „pravekú polievku“tak, aby sa v nej objavili polyméry a aby sa začala plnohodnotná chemická evolúcia.
Hypotézu abiogénneho pôvodu života z „organického bujónu“, ktorú testovali experimenty Millera a Ureya, predložil v roku 1924 sovietsky biochemik Alexander Oparin. A aj keď v „temných rokoch“rozkvetu lysenkoizmu sa vedec postavil na stranu oponentov vedeckej genetiky, jeho zásluhy sú veľké. Ako uznanie úlohy akademika má jeho meno hlavnú cenu, ktorú udeľuje Medzinárodná vedecká spoločnosť za štúdium pôvodu života (ISSOL) - medailu Oparin. Cena sa udeľuje každých šesť rokov a niekedy bola udelená Stanleymu Millerovi a veľkému výskumníkovi chromozómov, laureátke Nobelovej ceny Jackovi Shostakovi. Ako uznanie obrovského príspevku Harolda Ureya, ISSOL udeľuje medailou Urey medzi medailou Oparin (tiež každých šesť rokov). Výsledkom je jedinečné, skutočné vývojové ocenenie - s premenlivým názvom.
3. Chemická evolúcia
Teória sa snaží opísať transformáciu relatívne jednoduchých organických látok na pomerne zložité chemické systémy, prekurzory života samotného, pod vplyvom vonkajších faktorov, mechanizmov výberu a samoorganizácie. Základnou koncepciou tohto prístupu je „vodovodný šovinizmus“, ktorý predstavuje tieto dve zložky (vodu a uhlík - NS) ako absolútne nevyhnutné a kľúčové pre vznik a rozvoj života, či už na Zemi alebo niekde inde. Hlavným problémom však zostávajú podmienky, za ktorých sa „šovinizmus„ voda-uhlík “môže vyvinúť na veľmi sofistikované chemické komplexy schopné v prvom rade samoreprodukciu.
Podľa jednej z hypotéz by primárna organizácia molekúl mohla nastať v mikroporézach ílových minerálov, ktoré hrali štrukturálnu úlohu. Škótsky chemik Alexander Graham Cairns-Smith predložil túto myšlienku pred niekoľkými rokmi. Zložité biomolekuly by sa mohli usadiť a polymerizovať na svojom vnútornom povrchu, napríklad na matrici: Izraelskí vedci ukázali, že takéto podmienky umožňujú rast dostatočne dlhých proteínových reťazcov. Tu by sa mohlo akumulovať požadované množstvo kovových solí, ktoré hrajú dôležitú úlohu ako katalyzátory pre chemické reakcie. Hlinené steny môžu fungovať ako bunkové membrány, ktoré oddeľujú „vnútorný“priestor, v ktorom sa vyskytujú stále zložitejšie chemické reakcie a oddeľujú ho od vonkajšieho chaosu.
Povrchy kryštalických minerálov by mohli slúžiť ako „matrice“pre rast molekúl polyméru: priestorová štruktúra ich kryštalickej mriežky je schopná vybrať iba optické izoméry rovnakého typu - napríklad L-aminokyseliny - vyriešiť problém, o ktorom sme hovorili vyššie. Energia pre primárny „metabolizmus“by mohla byť dodávaná anorganickými reakciami, ako je redukcia minerálneho pyritu (FeS2) vodíkom (na sulfid železa a sírovodík). V tomto prípade nie je na výskyt komplexných biomolekúl potrebné bleskové ani ultrafialové žiarenie, ako v Miller-Ureyových experimentoch. To znamená, že sa môžeme zbaviť škodlivých aspektov ich konania.
Mladá Zem nebola chránená pred škodlivými - a dokonca smrteľnými - zložkami slnečného žiarenia. Ani moderné, evolučne testované organizmy by nedokázali odolať tomuto tvrdému ultrafialovému žiareniu - napriek tomu, že samotné Slnko bolo omnoho mladšie a planéte nevydalo dostatok tepla. Z toho vyplynula hypotéza, že v dobe, keď sa odohrával zázrak narodenia života, mohla byť celá Zem pokrytá silnou vrstvou ľadu - stovky metrov; a to je najlepšie. Život pod týmto ľadovým štítom sa mohol cítiť úplne bezpečne pred ultrafialovým žiarením a pred častými údermi meteoritu, ktoré hrozili zničením v zárodku. Relatívne chladné prostredie by tiež mohlo stabilizovať štruktúru prvých makromolekúl.
4. Čierni fajčiari
V skutočnosti by ultrafialové žiarenie na mladú Zem, ktorej atmosféra ešte neobsahovala kyslík a nemala také úžasné veci ako ozónová vrstva, malo byť smrteľné pre akýkoľvek vznikajúci život. Z toho vyrastal predpoklad, že krehký predchod živých organizmov bol niekde nútený existovať, skrývajúc sa pred nepretržitým prúdom sterilizácie všetkého a lúčov každého. Napríklad hlboko pod vodou - samozrejme tam, kde je dostatok minerálov, miešanie, teplo a energia na chemické reakcie. A také miesta sa našli.
Koncom dvadsiateho storočia sa ukázalo, že morské dno v žiadnom prípade nemôže byť útočiskom pre stredoveké príšery: podmienky sú tu príliš tvrdé, teplota je nízka, nie je tam žiadne žiarenie a vzácna organická hmota je schopná usadiť sa len z povrchu. V skutočnosti sú to najrozsiahlejšie polopúšte - s niekoľkými významnými výnimkami: tam, hlboko pod vodou, blízko odtokov geotermálnych prameňov, je život doslova v plnom prúde. Čierna voda nasýtená sulfidmi je horúca, aktívne premiešaná a obsahuje veľa minerálov.
Fajčiari čierneho oceánu sú veľmi bohatými a charakteristickými ekosystémami: baktérie, ktoré ich živia, používajú reakcie železo-síra, o ktorých sme už diskutovali. Sú základom pre plne kvitnúci život, vrátane množstva jedinečných červov a kreviet. Možno boli základom pôvodu života na planéte: prinajmenšom teoreticky takéto systémy obsahujú všetko potrebné na to.
2. Nevediaci: Duchovia, bohovia, predkovia
Akékoľvek kozmologické mýty o pôvode sveta sú vždy korunované antropogonickými - o pôvode človeka. A v týchto fantáziách je možné závidieť iba fantáziu starých autorov: na otázku, ako a prečo vznikol vesmír, kde a ako sa objavil život - a ľudia - verzie zneli veľmi odlišne a takmer vždy krásne. Rastliny, ryby a zvieratá boli chytené z morského dna obrovským havranom, ľudia vyliezli z tela predka Pangu, pretože červy, formované z hliny a popola, sa rodili z manželstiev bohov a príšer. To všetko je prekvapivo poetické, ale samozrejme to nemá nič spoločné s vedou.
5. Svet RNA
V súlade s princípmi dialektického materializmu je život „jednotou a bojom“dvoch princípov: meniace sa a zdedené informácie na jednej strane a biochemické štrukturálne funkcie na strane druhej. Jeden je nemožný bez druhého - a otázka, kde sa začal život, s informáciami a nukleovými kyselinami alebo s funkciami a proteínmi, zostáva jednou z najťažších. Jedným zo známych riešení tohto paradoxného problému je hypotéza RNA o svete, ktorá sa objavila koncom 60. rokov a nakoniec sa formovala koncom osemdesiatych rokov.
RNA - makromolekuly pri ukladaní a prenose informácií nie sú také účinné ako DNA a pri vykonávaní enzymatických funkcií - nie sú také pôsobivé ako proteíny. Molekuly RNA sú však schopné oboch a doteraz slúžia ako prenosové spojenie pri výmene informácií o bunke a katalyzujú v nej množstvo reakcií. Proteíny nie sú schopné sa replikovať bez informácií o DNA a DNA to nie je schopná bez „proteínových zručností“. RNA, na druhej strane, môže byť úplne autonómna: je schopná katalyzovať svoju vlastnú „reprodukciu“- a to stačí na začiatok.
Štúdie v rámci svetovej hypotézy RNA ukázali, že tieto makromolekuly sú schopné plnohodnotného chemického vývoja. Zoberme si napríklad ilustračný príklad demonštrovaný kalifornskými biofyzikmi pod vedením Lesleyho Orgela: ak sa etidiumbromid pridá do roztoku RNA schopného samoreplikovania, ktorý slúži ako jed pre tento systém, blokuje syntézu RNA, potom postupne, so zmenou generácie makromolekúl v zmesi Zdá sa, že RNA sú rezistentné aj na veľmi vysoké koncentrácie toxínu. Niečo také, vyvíjajúce sa, prvé molekuly RNA mohli nájsť spôsob, ako syntetizovať prvé nástroje-proteíny, a potom - v kombinácii s nimi - „objaviť“pre seba dvojitú špirálu DNA, ideálneho nosiča dedičných informácií.
3. Nevedecké: nemennosť
Vedecké príbehy ako prvé príbehy nemožno nazvať názormi, ktoré nesú hlasné meno Teória stacionárneho štátu. Podľa jej priaznivcov žiadny život nikdy nevznikol - rovnako ako sa Zem nenarodila, ani sa neobjavil vesmír: jednoducho boli vždy, vždy a zostanú. To všetko nie je viac odôvodnené ako červy Pangu: aby sme mohli brať takúto „teóriu“vážne, musíme zabudnúť na nespočetné nálezy paleontológie, geológie a astronómie. A v skutočnosti opustiť celú veľkolepú budovu modernej vedy - ale potom pravdepodobne stojí za to vzdať sa všetkého, čo jej obyvateľom patrí, vrátane počítačov a bezbolestného zubného ošetrenia.
6. Protocells
Jednoduchá replikácia však nestačí na „normálny život“: akýkoľvek život je predovšetkým priestorovo izolovanou oblasťou prostredia, ktorá oddeľuje procesy výmeny, uľahčuje priebeh niektorých reakcií a umožňuje vylúčiť iné. Inými slovami, život je bunka ohraničená semipermeabilnou membránou zloženou z lipidov. A „protocells“sa mali objaviť už v najskorších fázach existencie života na Zemi - prvú hypotézu o ich pôvode vyjadril Alexander Oparin, ktorý je nám dobre známy. Podľa jeho názoru by kvapky hydrofóbnych lipidov pripomínajúce žlté kvapky oleja plávajúce vo vode mohli slúžiť ako „protomembrány“.
Vedecké myšlienky všeobecne akceptuje moderná veda a do tejto témy sa zapojil aj Jack Shostak, ktorý za svoju prácu získal Oparinovu medailu. Spolu s Katarzynou Adamalou sa mu podarilo vytvoriť akýsi model „protocell“, ktorého analóg membrány pozostával nie z moderných lipidov, ale aj z jednoduchších organických molekúl, mastných kyselín, ktoré sa mohli dobre akumulovať v miestach pôvodu prvých protoorganizmov. Shostak a Adamala dokonca dokázali „oživiť“svoje štruktúry pridaním iónov horčíka (stimulácia práce RNA polymeráz) a kyseliny citrónovej (stabilizácia štruktúry tukových membrán) do média.
Vo výsledku skončili úplne jednoduchým, ale trochu životným systémom; v každom prípade to bol normálny prvok, ktorý obsahoval prostredie chránené pre membránu pre reprodukciu RNA. Od tejto chvíle môžete uzavrieť poslednú kapitolu praveku života - a začať prvé kapitoly svojej histórie. Je to však úplne iná téma, takže hovoríme iba o jednom, ale mimoriadne dôležitom koncepte, ktorý sa týka prvých krokov vývoja života a vzniku obrovského množstva organizmov.
4. Nevedecké: Večný návrat
„Firemné“zastúpenie indickej filozofie v západnej filozofii spojenej s prácami Immanuela Kant, Friedricha Nietzscheho a Mircea Eliade. Poetický obraz večného putovania každej živej duše cez nekonečné množstvo svetov a ich obyvateľov, jej premena na bezvýznamný hmyz, potom na vznešeného básnika, či dokonca na bytosť, ktorú neznáme, démona alebo boha. Napriek nedostatku myšlienok reinkarnácie je Nietzsche skutočne blízko tejto myšlienke: večnosť je večná, čo znamená, že akákoľvek udalosť v nej sa môže - a mala by sa opakovať znova. A každé stvorenie sa nekonečne točí na tomto karuseli univerzálneho návratu, takže sa točí iba hlava a samotný problém primárneho pôvodu niekde v kaleidoskope bezpočet opakovaní zmizne.
7. Endosymbióza
Pozrime sa na seba do zrkadla a nahliadnite do očí: tvor, s ktorým sa na seba pozeráte, je komplexný hybrid, ktorý vznikol v nepamäti. Na konci 19. storočia si nemecko-anglický prírodovedec Andreas Schimper všimol, že chloroplasty, organely rastlinných buniek zodpovedné za fotosyntézu, sa replikujú oddelene od samotnej bunky. Čoskoro tu bola hypotéza, že chloroplasty sú symbionty, bunky fotosyntetických baktérií, ktoré raz prehltol hostiteľ - a nechali sa tu navždy žiť.
Nemáme samozrejme chloroplasty, inak by sme sa mohli živiť slnečným žiarením, ako naznačujú niektoré pseudonáboženské sekty. V 20. rokoch 20. storočia sa však hypotéza endosymbiózy rozšírila o mitochondrie, organely, ktoré spotrebúvajú kyslík a dodávajú energiu do všetkých našich buniek. K dnešnému dňu táto hypotéza získala status plnohodnotnej, opakovane dokázanej teórie - stačí povedať, že mitochondrie a plastidy majú svoj vlastný genóm, viac-menej mechanizmy bunkového delenia a svoje vlastné systémy syntézy proteínov.
V prírode sa tiež našli ďalšie endosymbionty, ktoré za sebou nemajú miliardy rokov spoločného vývoja a sú na menej hlbokej úrovni integrácie v bunke. Napríklad niektoré améby nemajú svoje vlastné mitochondrie, ale vnútri sú zahrnuté baktérie, ktoré plnia svoju úlohu. Existujú hypotézy o endosymbiotickom pôvode iných organel - vrátane bičíkov a rias a dokonca aj bunkových jadier: podľa niektorých výskumníkov sme všetci eukaryoty výsledkom bezprecedentnej fúzie medzi baktériami a archaea. Tieto verzie zatiaľ nenašli prísne potvrdenie, ale jedna vec je jasná: hneď ako sa objavil, život začal absorbovať svojich susedov - a interagovať s nimi, rodiac nový život.
5. Nevedecké: Kreacionizmus
Samotný koncept kreacionizmu vznikol v 19. storočí, keď sa toto slovo začalo označovať za zástancov rôznych verzií vzhľadu sveta a života, ktoré navrhli autori Tóry, Biblie a iných svätých kníh monoteistických náboženstiev. V porovnaní s týmito knihami však kreacionisti v podstate neponúkali nič nové. Znovu a znovu sa snažia vyvrátiť prísne a dôkladné poznatky vedy - av skutočnosti znova a znova strácajú jednu pozíciu za druhou. Žiaľ, myšlienky moderných pseudovedcov - kreacionistov sú oveľa ľahšie pochopiteľné: pochopenie teórií skutočnej vedy si vyžaduje veľa úsilia.
Sergey Vasiliev