Порекло живота на Земљи: хипотезе, теорије, основни појмови

Познато је да се научни часописи труде да не прихвате за објављивање чланке посвећене проблемима који привлаче пажњу свих, али немају јасно решење - озбиљно издање о физици неће објавити нацрт машине за стално кретање. Ова тема је била извор живота на Земљи. Питање појаве природе, појаве човека, хиљадама година забрињава размишљање људи, а само креационисти - присталице божанског порекла свих ствари - пронашли су дефинитиван одговор за себе, али ова теорија није научна јер није предмет верификације.

Погледи старих

Древни кинески и древни индијски рукописи говоре о појави живих бића из воде и прљавих остатака, египатски хијероглифи и клинасто писмо древног Вавилона говоре нам о рођењу амфибијских створења у муљевитим седиментима великих ријека. Хипотезе о пореклу живота на Земљи кроз спонтану генерацију биле су очигледне за мудраце из далеке прошлости.

Древни филозофи су такође дали примере појаве животиња из неживих материја, али су њихове теоријске основе биле различите природе: материјалистичке и идеалистичке. Демокрит (460-370 пне. Е.) Нашао је узрок настанка живота у посебној интеракцији најмањих, вечних и недељивих честица - атома. Платон (428-347 пне) и Аристотел (384-322 пне. Е.) Порекло живота на Земљи приписано је чудесном утицају на беживотну материју вишег принципа који душу уноси у објекте природе.

Идеја о постојању неке врсте “животне силе”, која доприноси појави живих бића, показала се веома стабилном. Он је формирао погледе на порекло живота на Земљи за многе научнике који су живели у средњем веку и касније, све до краја КСИКС века.

Теорија спонтане генерације

Антхони ван Лееувенхоек (1632-1723) изумом микроскопа направио је најмањи микроорганизам који је открио главни предмет контроверзе између научника који су поделили две главне теорије о пореклу живота на Земљи - биогенезу и абиогенезу. Бивши су сматрали да би сав живот могао бити само стварање живог бића, који је вјеровао могућим спонтаним стварањем органске твари у отопинама смјештеним у посебним увјетима. Суштина овог спора се до сада није променила.

Експерименти неких природословаца доказали су могућност спонтане појаве најједноставнијих микроорганизама, а присталице биогенезе су у потпуности одбациле ту могућност. Лоуис Пастеур (1822-1895), строго научним методама и високом тачношћу својих експеримената, доказао је одсуство митске виталне силе која се преносила кроз ваздух и која је довела до стварања живих бактерија. Међутим, у својим радовима допустио је могућност спонтане генерације у неким посебним условима, које су научници будућих генерација морали открити.

Теорија еволуције

Списи великог Чарлса Дарвина (1809-1882) уздрмали су темеље многих природних наука. Прокламована појава огромне разноликости биолошких врста из једног заједничког претка опет је учинила извориште живота на Земљи најважнијим питањем науке. Теорија природна селекција у почетку је било тешко наћи своје присталице, а сада пролази кроз критичне нападе који изгледају прилично прилично, али управо је дарвинизам основа модерних природних наука.

Након Дарвина, порекло живота на биологији Земље није могло да се узме у обзир са њихових претходних позиција. Научници из многих грана биолошке науке били су увјерени у истинитост еволутивног пута развоја организама. Нека се модерни погледи на заједничког претка, који Дарвин постави у темељ Дрвећа живота, мењају на много начина, али истина општег концепта је непоколебљива.

Теорија стационарног стања

Лабораторијско оповргавање спонтане спонтане генерације бактерија и других микроорганизама, свест о комплексној биохемијској структури ћелије, заједно са идејама дарвинизма, имала је посебан утицај на појаву алтернативних верзија теорије о пореклу живота на Земљи. Године 1880. један од нових приједлога је предложио Вилијам Прејер (1841-1897). Веровао је да нема потребе да се говори о рађању живота на нашој планети, јер постоји заувек, и да није имао никакав почетак као такав, он је непроменљив и стално спреман за поновно рођење у свим погодним условима.

Идеје Прејера и његових следбеника су искључиво од историјског и филозофског интереса, јер су касније астрономи и физичари израчунали време за коначно постојање планетарних система, фиксирали константну, али стабилну експанзију Универзума, тј. Никада није била ни вечна ни трајна.

Жеља да се свет посматра као јединствено глобално живо биће одражава гледишта великог руског научника и филозофа - Владимира Ивановића Вернадског (1863-1945), који је такође имао своју идеју о пореклу живота на Земљи. Била је заснована на схватању живота као интегралне карактеристике Универзума, космоса. Према Вернадском, чињеница да наука није могла да пронађе слојеве који не садрже трагове органске материје, говорила је о геолошкој вечности живота. Један од начина на који се живот појавио на младој планети, Вернадски је своје контакте назвао свемирским објектима - кометама, астероидима и метеоритима. Овде се његова теорија спаја са другом верзијом која објашњава порекло живота на Земљи методом панспермије.

Колевка живота - простор

Панспермија (грчки - "семенска мешавина", "семе свуда") сматра живот основном својином материје и не објашњава начине његовог настанка, већ простор означава као извор животних клица које падају на небеска тела са условима погодним за њихово клијање.

Прво помињање основних појмова панспермије може се наћи у списима старогрчког филозофа Анаксагора (500-428 пне). е.), а у КСВИИИ веку говорио је о њеном француском дипломату и геологу Беноит де Маиа (1656-1738 гг.). Ове идеје су обновили Сванте Аугуст Аррхениус (1859-1927), Лорд Келвин Виллиам Тхомсон (1824-1907) и Херманн вон Хелмхолтз (1821-1894).

Проучавање суровог утицаја на живе организме космичког зрачења и температурних услова међупланетарног простора учинило је да те хипотезе о пореклу живота на Земљи нису веома релевантне, али се са почетком свемирског доба повећао интерес за панпермију.

Године 1973, нобеловац Францис Црицк (1916-2004) је предложио ванземаљску производњу молекуларних живих система и погодио их на Земљи с метеоритима и кометама. У исто време, шансе абиогенезе на нашој планети су оцењене као веома ниске. Настанак и развој живота на Земљи самослагањем органска материја истакнути научник на високом нивоу није разматрао стварност.

Окамењене биолошке структуре су пронађене у метеоритима широм планете, слични трагови пронађени су у узорцима земљишта узетих са Месеца и Марса. С друге стране, врше се бројни експерименти о третирању биоструктура са утицајима који су могући када се налазе у свемиру и када пролазе кроз атмосферу сличну оној на Земљи.

Важан експеримент је спроведен 2006. године као део Дееп Импацт мисије. Комета Темпел је забијена специјалном сондом-ударном главом, коју је издао аутоматски апарат. Анализа кометске супстанце, која је ослобођена као резултат утицаја, показала је присуство воде и разноликост органска једињења.

Закључак: будући да се појава теорије панпермије значајно промијенила. Модерна наука различито третира оне примарне елементе живота који су могли бити достављени нашој младој планети од стране свемирских објеката. Истраживања и експерименти доказују одрживост живих ћелија у међупланетарним путовањима. Све ово чини идеју ванземаљског порекла земаљског живота релевантном. Основни појмови о пореклу живота на Земљи су теорије у које панспермија улази или као главни део, или као начин за испоруку компоненти на Земљу да би се створила жива материја.

Теорија биохемијске еволуције Опарин-Халдане

Идеја о спонтаном стварању живих организама неорганске супстанце увек је остала готово једина алтернатива креационизму, а 1924. објављена је монографија од 70 страница, која је овој идеји дала снагу развијене и утемељене теорије. Ово дело се звало "Порекло живота", аутор је руски научник - Александар Ивановић Опарин (1894-1980). Године 1929., када дјела Опарина још нису преведена на енглески језик, енглески биолог Јохн Халдане (1860-1936) је изразио сличне концепције поријекла живота на Земљи.

Опарин је сугерисао да ако се примитивна атмосфера младе планете Земље смањује (то јест, не садржи кисеоник), снажан налет енергије (на пример, муња или ултраљубичасто зрачење) може допринети синтези органских једињења из неорганске материје. Након тога, такви молекули могу формирати угрушке и акумулације - капљице коацервате, које су протоорганизми око којих се формирају кошуље за воду - основе мембранске мембране, долази до раздвајања, стварајући разлику у набоју, дакле покрет - почетак метаболизма, почетке метаболизма, итд. Коатсервати су сматрани основом за почетак еволутивних процеса који су довели до стварања првих животних форми.

Халдане је увео концепт "примарне супе" - почетни океан Земље, који је постао огромна хемијска лабораторија, повезана са моћним извором хране - сунчевом светлошћу. Комбинација угљен диоксида, амонијака и ултраљубичастог зрачења довела је до појаве концентрисане популације органских мономера и полимера. Касније су се такве формације комбиновале са појавом липидне мембране око њих, а њихов развој довео је до формирања живе ћелије.

Главне фазе настанка живота на Земљи (Опарин-Халдане)

Према теорији појаве универзума из гомиле енергије, Велики прасак се догодио прије око 14 милијарди година, а прије око 4,6 милијарди година је створено стварање планета Сунчевог система.

Млада Земља, постепено охлађена, добила је чврсту љуску око које је дошло до формирања атмосфере. Примарна атмосфера садржавала је водену пару и гасове, који су касније служили као сировина за органску синтезу: угљендиоксид и диоксид, водоник сулфид, метан, амонијак, цијанидна једињења.

Бомбардовање свемирских објеката који су садржавали воду у замрзнутом стању и кондензацију водене паре у атмосфери довели су до формирања Светског океана, у којем су се растварала различита хемијска једињења. Снажна грмљавина пратила је формирање атмосфере кроз коју је продирала јака ултраљубичаста радијација. У таквим условима, дошло је до синтезе аминокиселина, шећера и других најједноставнијих органских састојака.

На крају прве милијарде година постојања Земље, процес полимеризације најједноставнијих мономера у протеине (полипептиде) и нуклеинске киселине (полинуклеотиди). Почели су да формирају пробиолошке једињења - коацервате (са почетком језгра, метаболизмом и мембраном).

3,5-3 милијарди година пре нове ере - фаза формирања протобионта са саморепродукцијом, контролисаним метаболизмом, мембраном са променљивом пермеабилношћу.

3 милијарде година пре нове ере е. - настанак ћелијских организама, нуклеинских киселина, примарних бактерија, почетак биолошке еволуције.

Експериментални докази за хипароту Опарин-Халдане

Многи научници су позитивно оценили основне концепте порекла живота на Земљи на основу абиогенезе, иако су од самог почетка открили уска грла и резерве у теорији Опарин-Халдане. У различитим земљама почели су радови на провођењу тестова хипотезе, од којих је најпознатији класични експеримент, који су 1953. провели амерички научници Станлеи Миллер (1930–2007) и Харолд Уреи (1893–1981).

Суштина експеримента је била да се симулирају услови ране Земље у лабораторији, у којој се могу синтетизовати најједноставнија органска једињења. Мешавина гаса, слична саставу у примарној земљиној атмосфери, циркулисала је у уређају. Дизајн уређаја омогућио је имитацију вулканске активности, а електрична пражњења која су се преносила кроз смјесу створила су ефекат муње.

Након недељне циркулације смеше кроз систем, десетина угљеника је пренешена на органска једињења, пронађене су аминокиселине, шећери, липиди и једињења претходних амино киселина. Поновљени и модификовани експерименти у потпуности су потврдили могућност абиогенезе у симулираним условима ране Земље. У наредним годинама, друге лабораторије су изводиле поновљене експерименте. У састав мешавине гаса додан је водоников сулфид као могућа компонента вулканских емисија, направљене су и друге не-кардиналне промене. У већини случајева, искуство синтезе органских једињења је било успешно, иако покушаји да се иде даље и добију сложенији елементи који се приближавају саставу живе ћелије, нису били успешни.

РНА Ворлд

До краја 20. века, многи научници који нису престали да буду заинтересовани за проблем порекла живота на Земљи, постало је јасно да, са свом симетријом теоријских конструкција и различитом експерименталном потврдом, Опарин-Халданеова теорија има очигледне, можда неодољиве, мане. Главна је била немогућност објашњавања појаве својстава у протобионтима који одређују за живи организам - умножавање уз очување насљедних карактеристика. Откривањем генетских станичних структура, уз дефинисање функције и структуре ДНК, са развојем микробиологије, појавио се нови кандидат за улогу молекула првог живота.

Постао је молекул рибонуклеинске киселине - РНК. Ова макромолекула, која је део свих живих ћелија, је ланац нуклеотида - најједноставнијих органских јединица које се састоје од атома азота, моносахарида - рибозе и фосфатне групе. Секвенца нуклеотида је код насљедних информација, а код вируса, на пример, РНК игра улогу коју ДНК игра у сложеним ћелијским структурама.

Поред тога, научници су открили јединствену способност неких РНК молекула да убацују ломове у друге ланце или спајају појединачне елементе РНК, а неки играју улогу аутокатализатора - то јест, доприносе брзој репродукцији. Релативно мала величина макромолекула РНК и њена поједностављена, у поређењу са ДНК, структура (у једном ланцу) учинила је рибонуклеинску киселину главним кандидатом за улогу главног елемента пребиолошких система.

Коначну теорију о настанку живе материје на планети формулисао је 1986. Валтер Гилберт (рођен 1932.) - амерички физичар, микробиолог и биохемичар. Нису се сви стручњаци сложили са овим ставом о пореклу живота на Земљи. Кратко названа "Свијет РНК", теорија структуре предбиолошког свијета наше планете не може одговорити на једноставно питање како се први молекул РНК појавио са жељеним својствима, чак и ако је постојала огромна количина "грађевинског материјала" у облику нуклеотида, итд.

Пау Ворлд

Одговор је покушао наћи у мају 2004. Симон Ницхолас Платтс, а 2006. године група научника на челу са Пасцал Ехренфреундом. Полиароматски угљоводоници су предложени као полазни материјал за РНК са каталитичким својствима.

Свет ПАХ-ова био је заснован на високој преваленцији ових једињења у видљивом простору (они су морали бити присутни у "примарном бујону" младе Земље) и особитостима њихове прстенасте структуре, доприносећи њиховој брзој вези са азотним базама, кључним компонентама РНК. Теорија ПАХ још једном говори о актуелности неких од одредби панспермије.

Јединствен живот на јединственој планети

Док научници немају прилику да се врате прије 3 милијарде година, тајна поријекла живота на нашој планети неће бити откривена - многи од оних који су се бавили овим проблемом долазе до овог закључка. Основни концепти порекла живота на Земљи су: теорија абиогенезе и теорија панпермије. Могу се укрштати на много начина, али највероватније неће моћи да одговоре: како се међу огромним космосом појавио изненађујуће добро уравнотежен систем са Земље и његовог сателита, Месеца, како је живот настао на њему ...