Cea mai mare floare din lume este amorphophallus. Cea mai mirositoare plantă de pe planetă este floarea Amorphophallus. Îngrijirea plantelor

Este dificil să găsești o persoană care să nu se întrebe cum a început viața pe Pământ. Există o mulțime de idei în această chestiune, de la Biblie și Darwin până la teoria modernă a evoluției, care suferă constant schimbări în conformitate cu ultimele descoperiri ale oamenilor de știință.

Desigur, toată lumea a auzit despre dinozauri, i-a văzut în filme și muzee și puțini oameni contestă existența lor istorică.

Deși până în 1842, omenirea nici măcar nu și-a dat seama că oasele animalelor gigantice găsite în diferite locuri de pe planetă aparțineau aceluiași tip, numindu-le „dragoni” sau atribuind rămășițele titanilor care au luptat în războiul troian. A fost nevoie de înțelegerea oamenilor de știință care au comparat datele și au dat numele rămășițelor ciudate: dinozauri. Și astăzi știm foarte bine cum arătau aceste șopârle gigantice, dispărute cu milioane de ani în urmă, multe dintre speciile lor au fost descrise și fiecare copil știe cine sunt.

Faptul că aceste reptile uriașe au apărut pe Pământ acum 225-250 de milioane de ani și au dispărut complet cu aproximativ 66 de milioane de ani înainte de cronologia noastră nu șochează majoritatea oamenilor obișnuiți care nu sunt interesați de detaliile științei. Desigur, ne amintim și de crocodilii legați de dinozauri, care își urmăresc originile ca specie în urmă cu 83 de milioane de ani și au reușit să supraviețuiască din acele vremuri imemoriale. Dar toate aceste numere sunt rareori corelate în mintea noastră la scară.

Câți ani are umanitatea?

Nu mulți oameni știu vârsta aspect modern Homo Sapiens, adică homo sapiens, despre care oamenii de știință îl estimează că are doar 200 de mii de ani. Adică, vârsta umanității ca specie este de 1250 de ori mai mică decât vârsta clasei de reptile, căreia i-au aparținut dinozaurii.

Este necesar să încadrăm aceste date în conștiință și să le organizăm dacă vrem să înțelegem cum a apărut inițial viața pe planeta noastră. Și de unde vin oamenii înșiși care încearcă să înțeleagă această viață astăzi?

Astăzi, materialele secrete ale oamenilor de știință au devenit disponibile publicului. Povestea șocantă a experimentelor din ultimii ani care au rescris teoria evoluției și au aruncat lumină asupra modului în care a început viața pe planeta noastră a aruncat în aer decenii de dogme consacrate. Secretele geneticii, de obicei accesibile doar unui cerc restrâns de „inițiați”, au dat un răspuns clar la presupunerea lui Darwin.

Specia Homo Sapiens (om rezonabil) are doar 200 de mii de ani. Și planeta noastră are 4,5 miliarde!

Materiale secrete

Cu doar câteva secole în urmă, astfel de idei ar fi putut însemna execuție pe miză. Giordano Bruno a fost ars pentru erezie cu ceva peste 400 de ani în urmă, în februarie 1600. Dar astăzi, cercetarea subterană a pionierilor curajoși a devenit cunoscută publică.

Chiar și acum 50 de ani, tații, din ignoranță, au crescut adesea copiii altor bărbați; nici chiar mama însăși nu știa întotdeauna adevărul. Astăzi, stabilirea paternității este o analiză de rutină. Fiecare dintre noi poate comanda un test ADN și poate afla cine au fost strămoșii săi, al căror sânge curge în venele lui. Urma generațiilor este imprimată pentru totdeauna în codul genetic.

Acesta este codul care conține răspunsul la cea mai arzătoare întrebare care ocupă mintea omenirii: cum a început viața?

Fișierele secrete ale oamenilor de știință dezvăluie povestea căutării pentru a găsi singurul răspuns adevărat. Aceasta este o poveste de tenacitate, perseverență și creativitate uimitoare, acoperind cele mai mari descoperiri ale științei moderne.

În încercarea lor de a înțelege cum a început viața, oamenii și-au propus să exploreze cele mai îndepărtate colțuri ale planetei. În cursul acestei căutări, unii oameni de știință au fost etichetați „monștri” pentru experimentele lor, în timp ce alții au fost nevoiți să le conducă sub supravegherea atentă a unui regim totalitar.

Cum a început viața pe Pământ?

Acesta este poate cel mai dificil dintre toate. problemele existente. Timp de mii de ani, marea majoritate a oamenilor au explicat acest lucru printr-o singură teză - „viața a fost creată de zei”. Alte explicații erau pur și simplu de neconceput. Dar de-a lungul timpului situația s-a schimbat. De-a lungul secolului trecut, oamenii de știință au încercat să descopere exact cum a apărut prima viață de pe planetă, scrie Michael Marshall pentru BBC.

Majoritatea oamenilor de știință moderni care studiază originile vieții sunt încrezători că se mișcă în direcția corectă - iar experimentele efectuate nu fac decât să le întărească încrederea. Descoperirile lui Newton din genetică rescriu cartea cunoașterii de la prima până la ultima pagină.

• Nu cu mult timp în urmă, oamenii de știință au descoperit cel mai vechi strămoș uman care a trăit pe planetă în urmă cu aproximativ 540 de milioane de ani. Din această „pungă de dinți” au provenit toate vertebratele, cred cercetătorii. Dimensiunea strămoșului comun era de doar un milimetru.
• Cercetătorii moderni au reușit chiar să creeze primul organism semi-sintetic cu modificări fundamentale ale ADN-ului. Suntem deja foarte aproape de sinteza de noi proteine, adică de viață complet artificială. În doar câteva secole, omenirea a reușit să stăpânească crearea unui nou tip de organisme vii.
• Nu numai că creăm noi organisme, dar le edităm cu încredere și pe cele existente. Oamenii de știință au creat chiar „software” care le permite să editeze un lanț de ADN folosind instrumente celulare. Apropo, doar 1% din ADN poartă informații genetice, cred cercetătorii. Pentru ce este necesar celelalte 99%?
• ADN-ul este atât de versatil încât poate stoca informații precum un hard disk. Înregistraseră deja un film pe DNA și au putut descărca informațiile înapoi fără probleme, așa cum obișnuiau să ia fișiere de pe o dischetă.

Te consideri o persoană educată și modernă? Atunci pur și simplu trebuie să știi asta.

Deși descoperirea ADN-ului datează din 1869, abia în 1986 aceste cunoștințe au fost folosite pentru prima dată în criminalistică.

Iată povestea originii vieții pe Pământ

Viața este veche. Dinozaurii sunt poate cele mai faimoase dintre toate creaturile dispărute, dar au apărut și acum doar 250 de milioane de ani. Prima viață de pe planetă a apărut mult mai devreme.

Cele mai vechi fosile sunt estimate la aproximativ 3,5 miliarde de ani. Cu alte cuvinte, sunt de 14 ori mai vechi decât primii dinozauri!

Cu toate acestea, aceasta nu este limita. De exemplu, în august 2016, au fost găsite bacterii fosile care au 3,7 miliarde de ani. Acesta este de 15 mii de ori mai vechi decât dinozaurii!

Pământul în sine nu este cu mult mai vechi decât aceste bacterii - planeta noastră s-a format în sfârșit cu aproximativ 4,5 miliarde de ani în urmă. Adică, prima viață de pe Pământ a apărut destul de „repede”; după aproximativ 800 de milioane de ani, pe planetă au existat bacterii - organisme vii, care, conform oamenilor de știință, au reușit să devină mai complexe în timp și au dat naștere mai întâi unor organisme simple în oceanul și, în cele din urmă, -capete, și rasa umană însăși.

Un raport recent din Canada confirmă aceste date: se estimează că cele mai vechi bacterii au între 3.770 și 4.300 de miliarde de ani. Adică, viața de pe planeta noastră, foarte probabil, a apărut „aproximativ” la 200 de milioane de ani după formarea ei. Microorganismele găsite trăiau pe fier. Rămășițele lor au fost găsite în roci de cuarț.

Dacă presupunem că viața își are originea pe Pământ - ceea ce sună rezonabil, având în vedere că nu am găsit-o încă pe alte corpuri cosmice, nici pe alte planete, nici pe fragmente de meteoriți aduse din spațiu - atunci acest lucru ar fi trebuit să se întâmple în acea perioadă de timp, care se întinde pe un miliard de ani dintre momentul în care planeta s-a format în cele din urmă și data fosilelor găsite astăzi.

Deci, după ce am restrâns perioada de timp care ne interesează, pe baza ultimele cercetări, putem ghici cum a fost exact prima viață de pe Pământ.

Oamenii de știință au recreat aspectul giganților preistorici folosind schelete găsite în timpul săpăturilor.

Fiecare organism viu este alcătuit din celule (la fel și tu)

În secolul al XIX-lea, biologii au descoperit că toate organismele vii sunt formate din „celule” – aglomerări mici de materie organică de diferite forme și dimensiuni.

Celulele au fost descoperite pentru prima dată în secolul al XVII-lea, concomitent cu inventarea microscoapelor relativ puternice, dar numai un secol și jumătate mai târziu oamenii de știință au ajuns la o concluzie comună: celulele sunt baza întregii vieți de pe planetă.

Desigur, în aparență, o persoană nu arată nici ca pește, nici ca dinozaur, dar trebuie doar să te uiți la microscop pentru a te asigura că oamenii constau aproape din aceleași celule ca reprezentanții lumii animale. Mai mult, aceleași celule stau la baza plantelor și ciupercilor.

Toate organismele sunt formate din celule, inclusiv tu.

Cea mai numeroasă formă de viață este bacteriile unicelulare.

Astăzi, cele mai numeroase forme de viață pot fi numite în siguranță microorganisme, fiecare dintre ele constând dintr-o singură celulă.

Cel mai faimos tip de astfel de viață este bacteriile, care trăiesc oriunde pe glob.

În aprilie 2016, oamenii de știință au prezentat versiune actualizata„arborele vieții”: un fel arbore genealogic pentru fiecare tip de organism viu. Marea majoritate a „ramurilor” acestui copac sunt ocupate de bacterii. Mai mult, forma copacului sugerează că strămoșul întregii vieți de pe Pământ a fost o bacterie. Cu alte cuvinte, toată diversitatea organismelor vii (inclusiv dumneavoastră) provine de la o singură bacterie.

Astfel, putem aborda mai precis problema originii vieții. Pentru a recrea acea primă celulă, este necesar să recreăm cât mai precis posibil condițiile care domneau pe planetă în urmă cu mai bine de 3,5 miliarde de ani.

Deci cât de greu este?

Bacteriile unicelulare sunt cea mai comună formă de viață de pe Pământ.

Începutul experimentelor

Timp de multe secole, întrebarea „de unde a început viața?” aproape niciodată nu a întrebat-o serios. La urma urmei, așa cum ne-am amintit deja la început, răspunsul era cunoscut: viața a fost creată de Creator.

Până în secolul al XIX-lea, majoritatea oamenilor credeau în „vitalism”. Această doctrină se bazează pe ideea că toate ființele vii sunt înzestrate cu o putere specială, supranaturală, care le deosebește de obiectele neînsuflețite.

Ideile vitalismului se suprapuneau adesea cu postulate religioase. Biblia spune că Dumnezeu a folosit „suflarea vieții” pentru a reînvia primii oameni și că sufletul nemuritor este una dintre manifestările vitalismului.

Dar există o problemă. Ideile de vitalism sunt fundamental greșite.

Până la începutul secolului al XIX-lea, oamenii de știință au descoperit mai multe substanțe care se găseau exclusiv în viețuitoare. Una dintre aceste substanțe a fost ureea, conținută în urină, și a fost obținută în 1799.

Această descoperire nu a contrazis însă conceptul de vitalism. Ureea a apărut doar în organismele vii, așa că poate că acestea erau înzestrate cu o energie vitală specială care le făcea unice.

Moartea vitalismului

Dar în 1828, chimistul german Friedrich Wöhler a reușit să sintetizeze uree dintr-un compus anorganic, cianatul de amoniu, care nu avea nimic de-a face cu viețuitoarele. Alți oameni de știință au reușit să repete experimentul său și în curând a devenit clar că toți compușii organici pot fi obținuți din cei mai simpli - cei anorganici.

Aceasta a marcat sfârșitul vitalismului ca concept științific.

Dar oamenilor le era destul de greu să scape de convingerile lor. Faptul că, de fapt, nu există nimic special la compușii organici care sunt unici ființelor vii, pentru mulți, a părut să îndepărteze elementul de magie din viață, transformând oamenii din creaturi divine aproape în mașini. Desigur, acest lucru era foarte contrar Bibliei.

Chiar și unii oameni de știință au continuat să lupte pentru vitalism. În 1913, biochimistul englez Benjamin Moore și-a promovat cu pasiune teoria „energiei biotice”, care era în esență același vitalism, dar într-o acoperire diferită. Ideea de vitalism și-a găsit rădăcini destul de puternice în sufletul uman la nivel emoțional.

Astăzi, reflexiile sale pot fi găsite în cele mai neașteptate locuri. Luați, de exemplu, o serie de povești științifico-fantastice în care „energia vitală” a unui personaj poate fi completată sau drenată. Gândiți-vă la „energia de regenerare” folosită de Lordii Timpului de la Doctor Who. Această energie ar putea fi completată dacă s-a încheiat. Deși ideea pare futuristă, este de fapt o reflectare a teoriilor de modă veche.

Astfel, după 1828, oamenii de știință au avut în sfârșit motive convingătoare pentru a căuta o nouă explicație pentru originea vieții, de data aceasta eliminând speculațiile despre intervenția divină.

Dar nu au început să caute. S-ar părea că tema de cercetare s-a sugerat de la sine, dar, de fapt, misterul originii vieții nu a mai fost abordat de câteva decenii. Poate că toată lumea era încă prea atașată de vitalism pentru a merge mai departe.

Chimistul Friedrich Wöhler a reușit să sintetizeze ureea - un compus organic - din substanțe anorganice.

Darwin și teoria evoluției

Descoperirea majoră în cercetarea biologică în secolul al XIX-lea a fost teoria evoluției, dezvoltată de Charles Darwin și continuată de alți oameni de știință.

Teoria lui Darwin, prezentată în lucrarea sa din 1859 Despre originea speciilor, a explicat cum toată diversitatea regnului animal a apărut dintr-un singur strămoș.

Darwin a susținut că Dumnezeu nu a creat fiecare specie de ființe vii separat, ci că toate aceste specii descind dintr-un organism primitiv care a apărut cu milioane de ani în urmă, care este numit și ultimul strămoș comun universal.

Ideea s-a dovedit a fi extrem de controversată, din nou pentru că a infirmat postulatele biblice. Teoria lui Darwin a fost aspru criticată, în special de creștinii ofensați.

Dar teoria evoluției nu a spus un cuvânt despre cum a apărut primul organism.

Cum a apărut prima viață?

Darwin a înțeles că aceasta era o întrebare fundamentală, dar (poate că nu dorind să intre într-un alt conflict cu clerul) a pus-o doar într-o scrisoare din 1871. Tonul emoțional al scrisorii a arătat că omul de știință era conștient de semnificația profundă a acestei probleme:

„...Dar dacă acum [ah, ce mare dacă!]într-un corp cald de apă care conținea toate sărurile de amoniu și fosfor necesare și accesibilă luminii, căldurii, electricității etc., s-a format chimic o proteină, capabilă de transformări din ce în ce mai complexe..."

Cu alte cuvinte: imaginați-vă un mic corp de apă umplut cu compuși organici simpli și situat sub soare. Unii dintre compuși pot începe să interacționeze, creând substanțe mai complexe, cum ar fi proteinele, care, la rândul lor, vor interacționa și se vor dezvolta.

Ideea era destul de superficială. Dar, cu toate acestea, a stat la baza primelor ipoteze despre originea vieții.

Darwin nu numai că a creat teoria evoluției, dar a sugerat și că viața își are originea în apă caldă, saturată cu compușii anorganici necesari.

Ideile revoluționare ale lui Alexandru Oparin

Iar primii pași în această direcție nu au fost făcuți deloc acolo unde v-ați putea aștepta. S-ar putea să credeți că o astfel de cercetare, care implică libertate de gândire, ar fi trebuit să fie efectuată în Marea Britanie sau în SUA, de exemplu. Dar, de fapt, primele ipoteze despre originea vieții au fost înaintate în întinderile native ale URSS staliniste, de un om de știință al cărui nume probabil nu l-ați auzit niciodată.

Se știe că Stalin a închis multe studii în domeniul geneticii. În schimb, a promovat ideile agronomului Trofim Lysenko, pe care le-a considerat mai potrivite pentru ideologia comunistă. Oamenii de știință care efectuau cercetări în domeniul geneticii erau obligați să susțină public ideile lui Lysenko, altfel riscau să ajungă în tabere.

Într-un mediu atât de tensionat, biochimistul Alexander Ivanovich Oparin a trebuit să-și conducă experimentele. Acest lucru a fost posibil pentru că s-a dovedit a fi un comunist de încredere: a susținut ideile lui Lysenko și chiar a primit Ordinul lui Lenin - cel mai onorabil premiu care exista la acea vreme.

Biochimistul sovietic Alexander Oparin a propus că primele organisme vii s-au format ca coacervate.

Noua teorie a originii primei vieți pe pământ

Oparin a descris cum a fost Pământul în primele zile după formarea sa. Planeta avea o suprafață fierbinte și atrăgea mici meteoriți. În jur erau doar roci pe jumătate topite, care conțineau o gamă uriașă de substanțe chimice, multe dintre ele pe bază de carbon.

În cele din urmă, Pământul s-a răcit suficient încât evaporarea s-a transformat pentru prima dată în apă lichidă, creând astfel prima ploaie. După ceva timp, pe planetă au apărut oceane fierbinți, care erau bogate în substanțe chimice pe bază de carbon. Alte evenimente s-ar putea dezvolta în funcție de două scenarii.

Primul a implicat interacțiunea substanțelor, în care ar apărea compuși mai complecși. Oparin a sugerat că zahărul și aminoacizii importanți pentru organismele vii s-ar fi putut forma în bazinul de apă al planetei.

În al doilea scenariu, unele substanțe au început să formeze structuri microscopice la interacțiune. După cum știți, mulți compuși organici nu se dizolvă în apă: de exemplu, uleiul formează un strat la suprafața apei. Dar unele substanțe, când sunt în contact cu apa, formează globule sferice sau „coacervate”, cu un diametru de până la 0,01 cm (sau 0,004 inci).

Observând coacervatele la microscop, se poate observa asemănarea lor cu celulele vii. Ele cresc, își schimbă forma și uneori se împart în două părți. De asemenea, ele interacționează cu compușii din jur, astfel încât alte substanțe să se poată concentra în ei. Oparin a sugerat că coacervatele erau strămoșii celulelor moderne.

Prima teorie a vieții a lui John Haldane

Cinci ani mai târziu, în 1929, biologul englez John Burdon Sanderson Haldane și-a prezentat în mod independent propria teorie cu idei similare, care a fost publicată în jurnalul Rationalist Annual.

Haldane a adus deja o contribuție uriașă la dezvoltarea teoriei evoluției, contribuind la integrarea ideilor lui Darwin în știința geneticii.

Și a fost o persoană foarte memorabilă. Odată, în timpul unui experiment într-o cameră de decompresie, a experimentat o ruptură a timpanului, despre care a scris mai târziu următoarele: „Timpanul se vindecă deja și chiar dacă rămâne o gaură în el, atunci, în ciuda surdității, va fi posibil. să sufle cu grijă inele de fum de tutun de acolo, ceea ce cred că este o realizare importantă”.

La fel ca Oparin, Haldane a sugerat exact cum ar putea interacționa compușii organici în apă: „(mai devreme) primele oceane au atins consistența unei supe fierbinți”. Acest lucru a creat condițiile pentru apariția „primelor organisme vii sau semivii”. În aceleași condiții, cele mai simple organisme s-ar putea găsi în interiorul unui „film de ulei”.

John Haldane, independent de Oparin, a prezentat idei similare despre originea primelor organisme.

Conjectura Oparin-Haldane

Astfel, primii biologi care au prezentat această teorie au fost Oparin și Haldane. Dar ideea că Dumnezeu sau chiar un abstract” forta vietii„A fost radical. Ca și teoria evoluției a lui Darwin, această idee a fost o palmă în față pentru creștinism.

Autoritățile URSS au fost complet mulțumite de acest fapt. Sub regimul sovietic, în țară a domnit ateismul, iar autoritățile au susținut cu bucurie explicațiile materialiste pentru fenomene atât de complexe precum viața. Apropo, Haldane era și ateu și comunist.

„În acele vremuri, această idee era privită doar prin prisma propriilor convingeri: oamenii religioși o percepeau cu ostilitate, spre deosebire de susținătorii ideilor comuniste”, spune Armen Mulkijanyan, expert în originea vieții la Universitatea din Osnabrück din Germania. . „În Uniunea Sovietică, această idee a fost acceptată cu bucurie, pentru că nu aveau nevoie de Dumnezeu. Și în Occident a fost împărtășit de aceiași susținători ai vederilor de stânga, comuniști etc.”

Se numește conceptul că viața s-a format într-o „supă primordială” de compuși organici Ipoteza Oparin-Haldane. Părea destul de convingătoare, dar era o problemă. La acel moment, nu fusese efectuat un singur experiment practic care să dovedească veridicitatea acestei ipoteze.

Astfel de experimente au început abia după aproape un sfert de secol.

Primele experimente pentru a crea viață „in vitro”

Harold Urey, un om de știință celebru care primise deja Premiul Nobel pentru Chimie în 1934 și chiar a luat parte la crearea bombei atomice, a devenit interesat de problema originii vieții.

În timpul celui de-al Doilea Război Mondial, Urey a participat la Proiectul Manhattan, colectând uraniu-235 instabil necesar pentru un miez de bombe. După sfârșitul războiului, Urey a pledat pentru controlul civil al tehnologiei nucleare.

Yuri a devenit interesat de fenomenele chimice care au loc în spațiul cosmic. Și de cel mai mare interes pentru el au fost procesele care au avut loc în timpul formării sistem solar. La una dintre prelegerile sale, el a subliniat că la început, cel mai probabil, nu a existat oxigen pe Pământ. Și aceste condiții erau ideale pentru formarea „supei primordiale” despre care vorbeau Oparin și Haldane, deoarece unele dintre substanțele necesare erau atât de slabe încât s-ar dizolva la contactul cu oxigenul.

La prelegere a participat un doctorand pe nume Stanley Miller, care l-a abordat pe Urey cu o propunere de a realiza un experiment bazat pe această idee. La început, Yuri a fost sceptic cu privire la idee, dar mai târziu Miller a reușit să-l convingă.

În 1952, Miller a efectuat cel mai faimos experiment care a explicat vreodată originea vieții pe Pământ.

Experimentul lui Stanley Miller a devenit cel mai faimos din istoria studierii originii organismelor vii de pe planeta noastră.

Cel mai faimos experiment despre originea vieții pe Pământ

Pregătirea nu a durat mult. Miller a conectat o serie de baloane de sticlă prin care au circulat patru substanțe despre care se crede că au existat pe Pământul timpuriu: apă clocotită, hidrogen, amoniac și metan. Gazele au fost supuse unor descărcări sistematice de scântei - aceasta a fost o simulare a loviturilor de fulgere, care au fost o întâmplare comună pe Pământul timpuriu.

Miller a descoperit că „apa din balon a devenit vizibil roz după prima zi, iar după prima săptămână soluția a devenit tulbure și de culoare roșu închis”. Formarea de noi compuși chimici a fost evidentă.

Când Miller a analizat compoziția soluției, a descoperit că aceasta conținea doi aminoacizi: glicină și alanină. După cum știți, aminoacizii sunt adesea descriși ca elementele de bază ale vieții. Acești aminoacizi sunt folosiți în formarea proteinelor, care controlează majoritatea proceselor biochimice din corpul nostru. Miller a creat literalmente de la zero două dintre cele mai importante componente ale unui organism viu.

În 1953, rezultatele experimentului au fost publicate în prestigioasa revistă Science. Yuri, într-un gest nobil, deși nu tipic pentru oamenii de știință de vârsta lui, și-a îndepărtat numele din titlu, lăsând toată gloria lui Miller. În ciuda acestui fapt, studiul este denumit în mod obișnuit „Experimentul Miller-Urey”.

Semnificația experimentului Miller-Urey

„Valoarea experimentului Miller-Urey este că arată că chiar și într-o atmosferă simplă se pot forma multe molecule biologice”, spune John Sutherland, om de știință la Laboratorul de Biologie Moleculară din Cambridge.

Nu toate detaliile experimentului au fost exacte, așa cum sa dovedit mai târziu. De fapt, cercetările au arătat că au existat alte gaze în atmosfera timpurie a Pământului. Dar acest lucru nu scade în niciun fel semnificația experimentului.

„A fost un experiment emblematic care a captat imaginația multora, motiv pentru care se face referire la el și astăzi”, spune Sutherland.

În lumina experimentului lui Miller, mulți oameni de știință au început să caute modalități de a crea molecule biologice simple de la zero. Răspunsul la întrebarea „Cum a început viața pe Pământ?” părea să fie foarte aproape.

Dar apoi s-a dovedit că viața este mult mai complicată decât s-ar putea imagina. Celulele vii, după cum sa dovedit, nu sunt doar un set de compuși chimici, ci mecanisme mici complexe. Dintr-o dată, crearea de celule vii de la zero a devenit o problemă mult mai mare decât se așteptau oamenii de știință.

Studiul genelor și al ADN-ului

La începutul anilor 50 ai secolului XX, oamenii de știință s-au îndepărtat deja de ideea că viața este un dar de la zei.

În schimb, au început să studieze posibilitatea apariției spontane și naturale a vieții pe Pământul timpuriu - și, datorită experimentului de reper al lui Stanley Miller, au început să apară dovezi pentru această idee.

În timp ce Miller încerca să creeze viață de la zero, alți oameni de știință își dădeau seama din ce gene erau făcute.

Până în acest moment, majoritatea moleculelor biologice fuseseră deja studiate. Acestea includ zaharuri, grăsimi, proteine ​​și acizi nucleici, cum ar fi „acidul dezoxiribonucleic” - alias ADN.

Astăzi toată lumea știe că ADN-ul conține genele noastre, dar pentru biologii din anii 1950 acesta a fost un adevărat șoc.

Proteinele aveau o structură mai complexă, motiv pentru care oamenii de știință credeau că informațiile genetice sunt conținute în ele.

Teoria a fost respinsă în 1952 de oamenii de știință de la Instituția Carnegie - Alfred Hershey și Martha Chase. Ei au studiat viruși simpli formați din proteine ​​și ADN care s-au reprodus prin infectarea altor bacterii. Oamenii de știință au descoperit că ADN-ul viral este cel care pătrunde în bacterii, nu proteinele. Din aceasta s-a concluzionat că ADN-ul este material genetic.

Descoperirea lui Hershey și Chase a început o cursă pentru a înțelege structura ADN-ului și cum funcționează acesta.

Martha Chase și Alfred Hershey au descoperit că ADN-ul poartă informații genetice.

Structura elicoidală a ADN-ului este una dintre cele mai importante descoperiri ale secolului al XX-lea.

Primii care au rezolvat problema au fost Francis Crick și James Watson de la Universitatea din Cambridge, nu fără ajutorul subestimat al colegei lor, Rosalind Franklin. Acest lucru s-a întâmplat la un an după experimentele lui Hershey și Chase.

Descoperirea lor a devenit una dintre cele mai importante din secolul al XX-lea. Această descoperire a schimbat modul în care căutăm originile vieții, dezvăluind structura incredibil de complexă a celulelor vii.

Watson și Crick au descoperit că ADN-ul este un dublu helix (dublu helix) care arată ca o scară curbată. Fiecare dintre cei doi „poli” ai acestei scări este alcătuit din molecule numite nucleotide.

Această structură oferă o perspectivă asupra modului în care celulele își copiază ADN-ul. Cu alte cuvinte, devine clar modul în care părinții transmit copii ale genelor lor copiilor.

Este important să înțelegem că dubla helix poate fi „desfăcută”. Acest lucru va oferi acces la codul genetic, constând dintr-o secvență de baze genetice (A, T, C și G), de obicei conținute în „treptele” scării ADN. Fiecare fir este apoi folosit ca șablon pentru a crea o copie a celuilalt.

Acest mecanism a permis ca genele să fie transmise de-a lungul generațiilor de la începutul vieții. În cele din urmă, propriile tale gene provin dintr-o bacterie străveche – și de fiecare dată când au fost transferate, au folosit același mecanism pe care l-au descoperit Crick și Watson.

Pentru prima dată, unul dintre cele mai adânci secrete ale vieții a fost dezvăluit publicului.

Structura ADN: 2 vertebrate (lanțuri antiparalele) și perechi de nucleotide.

Provocarea ADN-ului

După cum sa dovedit, DNA are o singură sarcină. ADN-ul tău spune celulelor din corpul tău cum să producă proteine, molecule care îndeplinesc multe sarcini importante.

Fără proteine, nu ai putea digera alimentele, inima ta s-ar opri să mai bată, iar respirația s-ar opri.

Dar recrearea procesului prin care se formează proteinele folosind ADN-ul s-a dovedit a fi o sarcină uluitor de dificilă. Toți cei care au încercat să explice originea vieții pur și simplu nu au putut înțelege cum ceva atât de complex ar fi putut să apară și să se dezvolte în mod independent.

Fiecare proteină este în esență un lanț lung de aminoacizi țesute împreună într-o anumită ordine. Această ordine determină forma tridimensională a proteinei și, prin urmare, scopul acesteia.

Această informație este codificată în secvența bazelor ADN. Deci, atunci când o celulă trebuie să creeze o proteină specifică, citește gena corespunzătoare din ADN pentru a construi apoi secvența specificată de aminoacizi.

Ce este ARN-ul?

Există o nuanță în procesul de utilizare a ADN-ului de către celule.

• ADN-ul este cea mai prețioasă resursă a celulei. Prin urmare, celulele preferă să nu se refere la ADN pentru fiecare acțiune.
• În schimb, celulele copiază informațiile din ADN în molecule mici ale unei alte substanțe numite ARN (acid ribonucleic).
• ARN-ul este similar cu ADN-ul, dar are o singură catenă.

Dacă facem o analogie între ADN și o carte de bibliotecă, atunci ARN-ul de aici va arăta ca o pagină cu rezumat cărți.

Procesul de conversie a informațiilor printr-o catenă de ARN în proteină este finalizat de o moleculă foarte complexă numită ribozom.

Acest proces are loc în fiecare celulă vie, chiar și în cele mai simple bacterii. Este la fel de important ca mâncarea și respirația pentru a menține viața.

Astfel, orice explicație a apariției vieții trebuie să arate cum a apărut și a început să funcționeze un trio complex, care include ADN, ARN și ribozomi.

Diferența dintre ADN și ARN.

Totul este mult mai complicat

Teoriile lui Oparin și Haldane păreau acum naive și simple, iar experimentul lui Miller, care a creat câțiva aminoacizi necesari pentru formarea proteinelor, părea amator. Pe drumul lung către crearea vieții, cercetările sale, deși productive, au fost în mod clar doar primul pas.

„ADN-ul îi spune ARN-ului să producă proteine, totul într-o pungă sigilată cu substanțe chimice”, spune John Sutherland. „Te uiți la asta și ești uimit de cât de dificil este. Ce putem face pentru a găsi un compus organic care va face toate acestea dintr-o singură mișcare?”

Poate că viața a început cu ARN?

Primul care a încercat să răspundă la această întrebare a fost un chimist britanic pe nume Leslie Orgel. A fost unul dintre primii care a văzut modelul ADN creat de Crick și Watson, iar mai târziu a ajutat NASA cu programul Viking, care a trimis aterizatoare pe Marte.

Orgel intenționa să simplifice lucrurile. În 1968, cu sprijinul lui Crick, el a propus ca primele celule vii să nu conţină nici proteine, nici ADN. Dimpotrivă, ele constau aproape în întregime din ARN. În acest caz, moleculele primare de ARN ar fi trebuit să fie universale. De exemplu, trebuiau să facă copii ale lor, probabil folosind același mecanism de împerechere ca ADN-ul.

Ideea că viața a început cu ARN a avut un impact incredibil asupra tuturor cercetărilor ulterioare. Și a devenit cauza unei dezbateri aprinse în comunitatea științifică, care continuă până în zilele noastre.

Presupunând că viața a început cu ARN și un alt element, Orgel a sugerat că unul dintre cele mai importante aspecte ale vieții - capacitatea de a se reproduce - a apărut înaintea celorlalți. Putem spune că el a reflectat nu numai la modul în care a apărut prima dată viața, ci a vorbit despre însăși esența vieții.

Mulți biologi au fost de acord cu ideea lui Orgel că „reproducția a fost pe primul loc”. În teoria evoluției a lui Darwin, capacitatea de a procrea este în prim-plan: aceasta este singura modalitate prin care un organism poate „învinge” în această cursă - adică să lase în urmă numeroși copii.

Leslie Orgel a prezentat ideea că primele celule au funcționat pe baza ARN.

Împărțire în 3 tabere

Dar viața are și alte trăsături care sunt la fel de importante.

Cel mai evident dintre acestea este metabolismul: capacitatea de a absorbi energia mediului și de a o folosi pentru supraviețuire.

Pentru mulți biologi, metabolismul este caracteristica definitorie a vieții, reproducerea fiind o secundă îndepărtată.

Așadar, începând cu anii 1960, oamenii de știință care se luptau cu misterul originii vieții au început să se împartă în 2 tabere.

„Primul a susținut că metabolismul precede genetica, al doilea a fost de părere opusă”, explică Sutherland.

A existat un al treilea grup care a susținut că mai întâi trebuie să fi existat un fel de recipient pentru moleculele cheie care să nu le permită să se dezintegra.

„Compartimentarea a trebuit să vină pe primul loc, deoarece fără ea, metabolismul celular devine lipsit de sens”, explică Sutherland.

Cu alte cuvinte, originea vieții trebuie să fi fost o celulă, așa cum au subliniat deja Oparin și Haldane cu zeci de ani în urmă, și poate că această celulă trebuie să fi fost acoperită cu grăsimi și lipide simple.

Fiecare dintre cele trei idei și-a dobândit susținători și a supraviețuit până în zilele noastre. Oamenii de știință au uitat uneori de profesionalismul cu sânge rece și au susținut orbește una dintre cele trei idei.

Drept urmare, conferințele științifice pe această temă au fost adesea însoțite de scandaluri, iar jurnaliştii care au acoperit aceste evenimente au auzit adesea recenzii nemăgulitoare ale oamenilor de știință dintr-o tabără despre munca colegilor lor din celelalte două.

Datorită lui Orgel, ideea că viața a început cu ARN aduce publicul cu un pas mai aproape de soluție.

Și în anii 1980, a avut loc o descoperire uluitoare care a confirmat de fapt ipoteza lui Orgel.

Ce a fost mai întâi: container, metabolism sau genetică?

Așadar, la sfârșitul anilor 1960, în căutarea unui răspuns la misterul originii vieții de pe planetă, oamenii de știință au fost împărțiți în 3 tabere.

1. Primii erau convinși că viața a început odată cu formarea versiunilor primitive de celule biologice.
2. Acesta din urmă credea că primul și pasul cheie a fost sistemul metabolic.
3. Alții s-au concentrat pe importanța geneticii și a reproducerii.

Această a treia tabără a încercat să înțeleagă cum ar fi putut arăta primul replicator, ținând cont de ideea că replicatorul trebuie să fie făcut din ARN.

Multe fețe ale ARN-ului

Până în anii 1960, oamenii de știință aveau motive ample să creadă că ARN-ul era sursa întregii vieți.

Aceste motive includ faptul că ARN-ul ar putea face lucruri pe care ADN-ul nu le-ar putea face.

Ca moleculă monocatenară, ARN-ul s-ar putea îndoi în diferite forme pe care ADN-ul rigid, dublu catenar nu le-ar putea.

ARN-ul, care s-a pliat ca origami, semăna foarte mult cu proteinele în comportamentul său. La urma urmei, proteinele sunt în esență aceleași lanțuri lungi, dar constau mai degrabă din aminoacizi decât din nucleotide, ceea ce le permite să creeze structuri mai complexe.

Aceasta este cheia celei mai uimitoare capacități a proteinelor. Unele proteine ​​pot accelera sau „cataliza” reacții chimice. Aceste proteine ​​se numesc enzime.

De exemplu, intestinele umane conțin multe enzime care descompun moleculele alimentare complexe în molecule simple (cum ar fi zahărul) - adică acelea care sunt utilizate ulterior de celulele noastre. A trăi fără enzime ar fi pur și simplu imposibil. De exemplu, moartea recentă a fratelui vitreg al liderului coreean pe aeroportul din Malaezia a fost cauzată de faptul că enzima (enzima) a încetat să mai funcționeze în corpul său, acțiunea căreia este suprimată de reactivul nervos VX - ca un rezultat, sistemul respirator este paralizat și persoana moare în câteva minute. Enzimele sunt atât de importante pentru funcționarea corpului nostru.

Leslie Orgel și Francis Crick au avansat o altă ipoteză. Dacă ARN-ul s-ar putea plia la fel ca proteinele, ar putea forma și enzime?

Dacă acest lucru s-ar dovedi a fi cazul, atunci ARN-ul ar putea fi molecula vie originală - și extrem de versatilă - care stochează informații (cum face ADN-ul) și catalizează reacțiile, ceea ce este caracteristic unor proteine.

Ideea a fost interesantă, dar în următorii 10 ani nu s-au găsit dovezi care să o susțină.

enzime ARN

Thomas Check s-a născut și a crescut în Iowa. Chiar și în copilărie, pasiunea lui erau pietrele și mineralele. Și deja în liceu, a fost un invitat obișnuit al geologilor de la universitatea locală, care i-au arătat modele de structuri minerale. În cele din urmă, a devenit biochimist, concentrându-se pe studiul ARN-ului.

La începutul anilor 1980, Check și colegii săi de la Universitatea din Colorado Boulder au studiat un organism unicelular numit Tetrahymena thermophile. O parte a acestui organism celular includea catene de ARN. Check a observat că unul dintre segmentele de ARN s-a separat uneori de celelalte, ca și cum ar fi fost separat cu foarfece.

Când echipa sa a eliminat toate enzimele și alte molecule care puteau acționa ca foarfece moleculare, ARN-ul a continuat să izoleze segmentul. În același timp, a fost descoperită prima enzimă ARN: un segment mic de ARN care se poate separa independent de lanțul mare de care a fost atașat.

Deoarece două enzime ARN au fost găsite relativ repede, oamenii de știință au speculat că ar putea fi de fapt multe altele. Acum din ce în ce mai multe dovezi susțin ideea că viața a început cu ARN.

Thomas Check a descoperit prima enzimă ARN.

Lumea ARN

Prima persoană care a numit acest concept a fost Walter Gilbert.

În calitate de fizician care a devenit brusc interesat de biologia moleculară, Gilbert a fost unul dintre primii care au apărat teoria secvențierii genomului uman.

Într-o lucrare din 1986 din revista Nature, Gilbert a propus că viața a început în așa-numita lume ARN.

Prima etapă a evoluției, conform lui Gilbert, a constat într-un „proces în care moleculele de ARN au acționat ca catalizatori, adunându-se într-o supă de nucleotide”.

Copiind și lipind diferite bucăți de ARN într-un lanț comun, moleculele de ARN au creat lanțuri mai utile din cele existente. În cele din urmă, a venit momentul în care au învățat să creeze proteine ​​și enzime proteice care s-au dovedit a fi mult mai utile decât versiunile de ARN, înlocuindu-le în mare măsură și dând naștere vieții pe care o vedem astăzi.

ARN World este o modalitate destul de elegantă de a crea organisme vii complexe de la zero.

În acest concept, nu este nevoie să ne bazăm pe formarea simultană a zeci de molecule biologice în „supa primordială”; o singură moleculă cu care totul a început va fi suficientă.

Dovada

În 2000, ipoteza ARN World a obținut dovezi solide.

Thomas Steitz a petrecut 30 de ani studiind structurile moleculelor din celulele vii. În anii 90, a început principala cercetare a vieții sale: studierea structurii ribozomului.

Fiecare celulă vie conține un ribozom. Această moleculă mare citește instrucțiunile din ARN și combină aminoacizii pentru a crea proteine. Ribozomii din celulele umane căptuiesc aproape fiecare parte a corpului.

Până atunci se știa deja că ribozomul conține ARN. Dar în 2000, echipa lui Steitz a prezentat un model detaliat al structurii ribozomului, în care ARN-ul a apărut ca miez catalitic al ribozomului.

Această descoperire a fost semnificativă, mai ales având în vedere cât de antic și de important se credea că ribozomul este pentru viață. Faptul că un mecanism atât de important se baza pe ARN a făcut ca teoria lumii ARN să fie mult mai plauzibilă în cercurile științifice. Susținătorii conceptului „RNA World” au fost cei mai fericiți de descoperire, iar Steitz a primit Premiul Nobel în 2009.

Dar după aceasta, oamenii de știință au început să aibă îndoieli.

Probleme ale teoriei „Lumea ARN”.

Au existat inițial două probleme cu teoria lumii ARN.

În primul rând, ar putea ARN-ul să îndeplinească de fapt toate funcțiile vitale? Și s-ar fi putut forma în condițiile Pământului timpuriu?

Au trecut 30 de ani de când Gilbert a creat teoria ARN World și încă nu avem dovezi concludente că ARN-ul este de fapt capabil de tot ceea ce descrie teoria. Da, este o moleculă uimitor de funcțională, dar este ARN suficient pentru toate funcțiile care îi sunt atribuite?

O inconsecvență mi-a atras atenția. Dacă viața a început cu o moleculă de ARN, atunci ARN-ul poate crea copii ale lui însuși sau replici.

Dar niciunul dintre toate ARN-urile cunoscute nu are această capacitate. Pentru a crea o copie exactă a unei bucăți de ARN sau ADN, sunt necesare multe enzime și alte molecule.

Prin urmare, la sfârșitul anilor 80, un grup de biologi a început cercetări destul de disperate. Ei și-au propus să creeze ARN care s-ar putea replica singur.

Încercările de a crea ARN auto-replicator

Jack Szostak de la Harvard Medical School a fost primul dintre acești cercetători. Încă din copilărie, a fost atât de pasionat de chimie încât și-a transformat chiar subsolul într-un laborator. El și-a ignorat siguranța, ceea ce a dus cândva la o explozie care a fixat un balon de sticlă de tavan.

La începutul anilor 1980, Shostak a demonstrat în mod clar modul în care genele umane se protejează de procesul de îmbătrânire. Aceste cercetări timpurii l-au condus mai târziu să devină laureat. Premiul Nobel.

Dar el a devenit curând interesat de cercetările lui Check asupra enzimelor ARN. „Cred că este o lucrare incredibilă”, spune Szostak. „În principiu, este foarte probabil ca ARN-ul să servească drept catalizator pentru a face copii ale lui însuși.”

În 1988, Check a descoperit o enzimă ARN capabilă să formeze o moleculă mică de ARN lungă de 10 nucleotide.

Shostak a decis să meargă mai departe și să creeze noi enzime ARN în laborator. Echipa sa a creat un set de secvențe aleatoare și a testat fiecare pentru a găsi cel puțin una care avea abilități catalitice. Apoi secvențele au fost schimbate și testul a continuat.

După 10 încercări, Szostak a reușit să creeze o enzimă ARN care, ca catalizator, a accelerat reacția de 7 milioane de ori mai rapid decât se întâmplă în mediul natural.

Echipa lui Shostak a demonstrat că enzimele ARN pot fi extrem de puternice. Dar enzima lor nu și-a putut crea propriile replici. Acesta a fost o fundătură pentru Shostak.

Enzima R18

În 2001, următoarea descoperire a fost făcută de fostul student al lui Shostak, David Bartel de la Massachusetts Institute of Technology din Cambridge.

Barthel a creat o enzimă ARN numită R18, care ar putea adăuga noi nucleotide la un lanț de ARN pe baza celor existente.

Cu alte cuvinte, enzima nu a adăugat pur și simplu nucleotide aleatorii, ci a copiat exact secvența.

Moleculele autoreplicabile erau încă departe, dar direcția era corectă.

Enzima R18 a constat dintr-un lanț care includea 189 de nucleotide și i-ar putea adăuga încă 11 - adică 6% din lungimea sa. Cercetătorii au sperat că, după câteva experimente, acest procent de 6% ar putea fi transformat în 100%.

Cel mai de succes în acest domeniu a fost Philip Holliger de la Laboratorul de Biologie Moleculară din Cambridge. În 2011, echipa sa a modificat enzima R18 pentru a crea enzima tC19Z, care ar putea copia secvențe de până la 95 de nucleotide. Aceasta a reprezentat 48% din lungimea sa - mai mult decât R18, dar în mod clar nu 100% necesar.

Gerald Joyce și Tracy Lincoln de la Institutul de Cercetare Scripps din La Jolla au prezentat o abordare alternativă a întrebării. În 2009, au creat o enzimă ARN care își creează indirect propria replică.

Enzima lor combină două bucăți scurte de ARN și creează o altă enzimă. Aceasta, la rândul său, combină alte două bucăți de ARN pentru a recrea enzima originală.

Având în vedere materiile prime, acest ciclu simplu poate continua la nesfârșit. Dar enzimele funcționează corect numai dacă sunt prezente catenele corecte de ARN, așa cum au fost create de Joyce și Lincoln.

Pentru mulți oameni de știință care sunt sceptici cu privire la ideea de ARN World, lipsa replicării independente a ARN este Motivul principal scepticism. ARN pur și simplu nu poate face față rolului de creator al întregii vieți.

Eșecurile chimiștilor de a crea ARN de la zero nu sporesc optimismul. Și deși ARN-ul este o moleculă mult mai simplă decât ADN-ul, crearea acesteia s-a dovedit a fi o provocare incredibilă.

Primele celule s-au reprodus cel mai probabil prin diviziune.

Problema este zahărul

Totul este despre zahărul prezent în fiecare nucleotidă și baza nucleotidei. Este posibil să le creați separat, dar nu este posibil să le legați între ele.

La începutul anilor 90, această problemă era deja evidentă. Ea a convins mulți biologi că ipoteza „Lumea ARN”, oricât de atractivă ar părea, rămâne totuși doar o ipoteză.

• Poate că pe Pământul timpuriu a existat inițial o moleculă diferită: mai simplă decât ARN-ul, care a reușit să se asambleze din „supa primordială” și mai târziu a început să se reproducă.
• Poate că această moleculă a fost prima, iar după ea au apărut ARN, ADN și altele.

Acid nucleic poliamidic (PNA)

În 1991, Peter Nielsen de la Universitatea din Copenhaga din Danemarca părea să fi găsit un candidat potrivit pentru rolul de replicator principal.

De fapt, a fost o versiune mult îmbunătățită a ADN-ului. Nielsen a păstrat aceeași bază - standardul A, T, C și G - dar în loc de molecule de zahăr a folosit molecule numite poliamide.

El a numit molecula rezultată acid nucleic poliamidă sau PNA. Cu toate acestea, de-a lungul timpului, decodificarea abrevierei din anumite motive s-a transformat în „acid nucleic peptidic”.

PNA nu apare în natură. Dar comportamentul său este foarte asemănător cu cel al ADN-ului. O catenă PNA poate înlocui chiar și o catenă dintr-o moleculă de ADN, iar bazele se perechează în mod normal. Mai mult, PNA se poate răsuci într-o dublă helix, ca ADN-ul.

Stanley Miller a fost intrigat. Fiind profund sceptic cu privire la conceptul de „Lumea ARN”, el credea că PNA se potrivea mai bine cu rolul primului material genetic.

În 2000, și-a susținut opinia cu dovezi. Până atunci, avea deja 70 de ani și suferise mai multe accidente vasculare cerebrale, după care ar fi putut ajunge într-un azil de bătrâni, dar nu avea de gând să renunțe.

Miller și-a repetat experimentul clasic descris mai devreme, de data aceasta folosind metan, azot, amoniac și apă și, în cele din urmă, a obținut baza poliamidă a PNA.

A urmat că pe Pământul timpuriu ar fi putut exista condiții pentru apariția PNA, spre deosebire de ARN.

PNA se comportă ca ADN-ul.

Acid nucleic Throse (TNA)

Între timp, alți chimiști și-au creat proprii acizi nucleici.

În 2000, Albert Eschenmoser a creat acidul nucleic treoză (TNA).

Era în esență același ADN, dar cu un alt tip de zahăr la bază. Lanțurile TNK ar putea forma o dublă helix, iar informațiile ar putea fi transferate de la ARN la TNK și înapoi.

Mai mult, TNC ar putea forma forme complexe, inclusiv forma unei proteine. Acest lucru a sugerat că TNA ar putea acționa ca o enzimă, la fel ca ARN.

Acid nucleic glicol (GNA)

În 2005, Eric Meggers a creat un acid nucleic glicol care poate forma și o spirală.

Fiecare dintre acești acizi nucleici și-a avut susținătorii săi: de obicei creatorii acizilor înșiși.

Dar în natură nu a mai rămas nici o urmă de astfel de acizi nucleici, așa că chiar dacă presupunem că prima viață i-a folosit, atunci la un moment dat a trebuit să-i abandoneze în favoarea ARN-ului și ADN-ului.

Sună plauzibil, dar nu este susținut de dovezi.

A fost un concept bun, dar...

Astfel, pe la mijlocul primului deceniu al secolului XXI, susținătorii conceptului ARN World s-au găsit într-o poziție dificilă.

Pe de o parte, enzimele ARN au existat în natură și au inclus unul dintre cele mai importante fragmente de mecanisme biologice - ribozomul. Nu este rău.

Dar, pe de altă parte, în natură nu s-a găsit niciun ARN auto-replicabil și nimeni nu a putut explica exact cum s-a format ARN-ul în „supa primordială”. Acestea din urmă ar putea fi explicate prin acizi nucleici alternativi, dar nu au mai existat (sau nu au mai existat niciodată) în natură. Asta e rău.

Verdictul asupra întregului concept RNA World a fost clar: conceptul a fost bun, dar nu cuprinzător.

Între timp, de la mijlocul anilor 80, o altă teorie se dezvolta încet. Susținătorii săi au susținut că viața nu a început cu ARN, ADN sau orice altă substanță genetică. În opinia lor, viața a început ca un mecanism de utilizare a energiei.

Mai întâi energia?

Deci, de-a lungul anilor, oamenii de știință care studiază originea vieții s-au împărțit în 3 tabere.

Primii erau convinși că viața începe cu o moleculă de ARN, dar nu au putut să-și dea seama cum au reușit să apară spontan pe Pământul timpuriu și să înceapă să se reproducă. Succesele oamenilor de știință au fost inițial admirate, dar în cele din urmă cercetătorii au ajuns într-o fundătură. Cu toate acestea, chiar și atunci când aceste studii erau în plină desfășurare, existau deja cei care erau siguri că viața își are originea într-un mod complet diferit.

Teoria Lumii ARN se bazează pe idee simplă: cea mai importanta functie a organismului este capacitatea de a procrea. Majoritatea biologilor sunt de acord cu acest lucru. Toate ființele vii - de la bacterii la balene albastre- străduiți-vă să lăsați urmași.

Cu toate acestea, mulți cercetători pe această problemă nu sunt de acord cu asta funcția de reproducere vine primul. Ei spun că înainte de a începe reproducerea, organismul trebuie să devină autosuficient. El trebuie să fie capabil să mențină viața în sine. La urma urmei, nu vei putea avea copii dacă mori primul.

Sustinem viata prin alimente, in timp ce plantele absorb energia din lumina soarelui.

Da, tipul care devorează cu bucurie o cotlet suculent în mod clar nu arată stejar vechi de un secol, dar în esență ambele absorb energie.

Absorbția energiei este baza vieții.

Metabolism

Când vorbim despre energia ființelor vii, avem de-a face cu metabolismul.

1. Prima etapă este obținerea energiei, de exemplu, din substanțe bogate în energie (de exemplu, zahăr).
2. Al doilea este utilizarea energiei pentru a construi celule utile în organism.

Procesul de utilizare a energiei este extrem de important, iar mulți cercetători cred că așa a început viața.

Dar cum ar putea arăta organismele cu o singură funcție metabolică?

Prima și cea mai influentă propunere a fost făcută de Günter Wachtershauser la sfârșitul anilor 1980. Era avocat de brevete de profesie, dar avea cunoștințe decente de chimie.

Wachtershauser a sugerat că primele organisme erau „surprinzător de diferite de tot ceea ce știm”. Nu erau făcute din celule. Nu aveau enzime, ADN sau ARN.

Pentru claritate, Wachtershauser a descris fluxul de apă fierbinte care curge din vulcan. Apa era saturată cu gaze vulcanice precum amoniacul și conținea particule de minerale din centrul vulcanului.

În locurile în care pârâul curgea peste stânci, au început reacții chimice. Metalele conținute în apă au contribuit la crearea de compuși organici mari din cei mai simpli.

Ciclul metabolic

Punctul de cotitură a fost crearea primului ciclu metabolic.

În timpul acestui proces, o substanță chimică este transformată în alte câteva, și așa mai departe, până când în cele din urmă totul ajunge să recreeze prima substanță.

În timpul procesului, întregul sistem implicat în metabolism acumulează energie, care poate fi folosită pentru a reporni ciclul sau pentru a începe un nou proces.

Orice altceva cu care sunt înzestrate organismele moderne (ADN, celule, creier) a apărut mai târziu și pe baza acestor cicluri chimice.

Ciclurile metabolice nu sunt foarte asemănătoare cu viața. Prin urmare, Wachtershauser a numit invențiile sale „organisme precursoare” și a scris că „cu greu pot fi numite vii”.

Dar ciclurile metabolice descrise de Wachtershauser sunt întotdeauna în centrul oricărui organism viu.

Celulele tale sunt de fapt fabrici microscopice, care descompun constant anumite substanțe și le transformă în altele.

Ciclurile metabolice, deși mecanice, sunt fundamental importante pentru viață.

Wachtershauser a dedicat ultimele două decenii ale secolului al XX-lea teoriei sale, lucrând-o în detaliu. El a descris care minerale ar fi mai potrivite decât altele și ce cicluri chimice ar fi putut avea loc. Raționamentul său a început să câștige susținători.

Confirmare experimentală

În 1977, echipa lui Jack Corliss de la Universitatea de Stat din Oregon s-a scufundat la o adâncime de 2,5 kilometri (1,5 mile) în estul Oceanului Pacific. Oamenii de știință au studiat izvorul termal Galapagos într-un loc în care crestele de roci s-au ridicat de la fund. Se știa că zonele erau inițial active din punct de vedere vulcanic.

Corliss a descoperit că crestele erau practic punctate cu izvoare termale. Apa fierbinte și încărcată cu chimicale s-a ridicat de dedesubt fundul măriiși curgea prin găurile din stânci.

În mod uimitor, aceste „orificii hidrotermale” au fost dens populate de creaturi ciudate. Acestea erau moluște uriașe din mai multe specii, midii și anelide.

Apa era și ea plină de bacterii. Toate aceste organisme trăiau din energia din gurile hidrotermale.

Descoperirea gurilor hidrotermale i-a dat lui Corliss o reputație excelentă. L-a pus și pe gânduri.

Gurile hidrotermale din ocean susțin organismele astăzi. Poate că au devenit sursa sa principală?

Gurile hidrotermale

În 1981, Jack Corliss a sugerat că orificiile similare au existat pe Pământ în urmă cu 4 miliarde de ani și în jurul lor a început viața. Și-a dedicat întreaga carieră dezvoltării acestei idei.

Corliss a sugerat că gurile hidrotermale ar putea crea un amestec de substanțe chimice. Fiecare aerisire, a argumentat el, era ceva ca un distribuitor al „bulionului primordial”.

• În timp ce apa fierbinte curgea prin roci, căldura și presiunea au forțat cei mai simpli compuși organici să se transforme în alții mai complecși, cum ar fi aminoacizii, nucleotidele și zahărul.
• Mai aproape de ieșirea în ocean, unde apa nu mai era atât de fierbinte, au început să formeze lanțuri, formând carbohidrați, proteine ​​și nucleotide precum ADN-ul.
• Apoi, în oceanul însuși, unde apa s-a răcit semnificativ, aceste molecule s-au asamblat în celule simple.

Teoria a sunat rezonabil și a atras atenția.

Dar Stanley Miller, al cărui experiment a fost discutat mai devreme, nu a împărtășit entuziasmul. În 1988, el a scris că orificiile de ventilație erau prea fierbinți pentru a susține viața.

Teoria lui Corliss a fost că temperatura extremă ar putea declanșa formarea unor substanțe precum aminoacizii, dar experimentele lui Miller au arătat că și le poate distruge.

Compușii cheie, cum ar fi zahărul, ar putea dura cel mult câteva secunde.

Mai mult, aceste molecule simple cu greu ar fi capabile să formeze lanțuri, deoarece apa din jur le-ar rupe aproape instantaneu.

Cald, si mai cald...

În acest moment, geologul Mike Russell a intrat în discuție. El credea că teoria ventilației se încadrează perfect în speculațiile lui Wachtershauser despre organismele precursoare. Aceste gânduri l-au determinat să creeze una dintre cele mai populare teorii despre originea vieții.

Tinerețea lui Russell a fost petrecută creând aspirina și studiind mineralele valoroase. Și în timpul unei potențiale erupții vulcanice din anii 1960, el a coordonat cu succes planul de răspuns fără nicio experiență în spate. Dar era interesat să studieze modul în care suprafața Pământului s-a schimbat în diferite ere. Oportunitatea de a privi istoria din perspectiva unui geolog a modelat teoria lui despre originea vieții.

În anii 1980, el a găsit fosile care indică faptul că în cele mai vechi timpuri existau gurile hidrotermale unde temperaturile nu depășeau 150 de grade Celsius. Aceste temperaturi moderate, a susținut el, ar putea permite moleculelor să dureze mult mai mult decât credea Miller.

Mai mult, fosilele acestor orificii mai puțin fierbinți au dezvăluit ceva interesant. Un mineral numit pirită, format din fier și sulf, sub formă de tuburi lungi de 1 milimetru.

În laboratorul său, Russell a descoperit că pirita poate forma și picături sferice. El a sugerat că primele molecule organice complexe s-au format în structurile piritei.

Cam în aceeași perioadă, Wachtershauser a început să-și publice teoriile bazate pe faptul că un curent de apă, bogat în substanțe chimice, a interacționat cu un anumit mineral. El chiar a sugerat că mineralul ar putea fi pirita.

2+2=?

Tot ce trebuia să facă Russell a fost să pună 2 și 2 împreună.

El a postulat că organismele precursoare Wachtershauser s-au format în gurile hidrotermale calde din adâncul mării, unde s-ar fi putut forma structuri de pirit. Dacă Russell nu s-a înșelat, atunci viața a apărut în adâncurile mării, iar metabolismul a apărut primul.

Toate acestea au fost subliniate într-o lucrare a lui Russell publicată în 1993, la 40 de ani după experimentul clasic al lui Miller.

A existat mult mai puțină rezonanță în presă, dar acest lucru nu scade importanța descoperirii. Russell a combinat două idei diferite (ciclurile metabolice Wachtershauser și gurile hidrotermale Corliss) într-un singur concept destul de convingător.

Conceptul a devenit și mai impresionant atunci când Russell și-a împărtășit ideile despre modul în care organismele timpurii au absorbit energia. Cu alte cuvinte, el a explicat cum ar putea funcționa metabolismul lor. Ideea lui s-a bazat pe opera unuia dintre geniile uitate ale științei moderne.

Experimentele „ridicole” ale lui Mitchell

În anii 60, biochimistul Peter Mitchell a fost forțat să părăsească Universitatea din Edinburgh din cauza unei boli.

A transformat un conac din Cornwall în laboratorul său personal. Despărțit de comunitatea științifică, și-a finanțat munca prin vânzarea laptelui vacilor sale domestice. Mulți biochimiști, inclusiv Leslie Orgel, ale cărui cercetări asupra ARN-ului au fost discutate mai devreme, au considerat munca lui Mitchell ca fiind extrem de absurdă.

Aproape două decenii mai târziu, Mitchell a triumfat, câștigând Premiul Nobel pentru Chimie în 1978. Nu a devenit niciodată celebru, dar ideile lui pot fi văzute în orice manual de biologie.

Mitchell și-a dedicat viața studierii modului în care organismele cheltuiesc energia pe care o primesc din alimente. Cu alte cuvinte, era interesat de modul în care rămânem în viață din secundă în secundă.

Biochimistul britanic Peter Mitchell a primit Premiul Nobel pentru Chimie pentru munca sa de a descoperi mecanismul sintezei ATP.

Cum stochează corpul energie

Mitchell știa că toate celulele stochează energie într-o moleculă specifică numită adenozin trifosfat (ATP). Important este că adenozina are atașat un lanț de trei fosfați. Adăugarea celui de-al treilea fosfat necesită multă energie, care este ulterior stocată în ATP.

Când o celulă are nevoie de energie (de exemplu, în timpul contracției musculare), oprește cel de-al treilea fosfat din ATP. Aceasta transformă ATP în adenozid fosfat (ADP) și eliberează energia stocată.

Mitchell a vrut să înțeleagă cum au reușit celulele să creeze ATP în primul rând. Cum au concentrat suficientă energie în ADP pentru ca al treilea fosfat să se alăture?

Mitchell știa că enzima care produce ATP se află pe membrană. El a concluzionat că celulele pompează particule încărcate, numite protoni, peste membrană, astfel încât mulți protoni pot fi văzuți pe o parte, în timp ce aproape niciunul nu este văzut pe cealaltă parte.

Protonii încearcă apoi să se întoarcă în membrană pentru a menține echilibrul pe fiecare parte, dar pot intra doar în enzimă. Fluxul de protoni care se grăbește în jur oferă enzimei energia necesară pentru a crea ATP.

Mitchell a propus pentru prima dată această idee în 1961. În următorii 15 ani, el și-a apărat teoria împotriva atacului, în ciuda dovezilor copleșitoare.

Astăzi se știe că procesul descris de Mitchell este caracteristic oricărei creaturi vii de pe planetă. Se întâmplă în celulele tale chiar acum. La fel ca ADN-ul, este o parte fundamentală a vieții așa cum o cunoaștem.

Separarea naturală a protonilor era necesară pentru viață

În construirea teoriei sale despre viață, Russell a acordat atenție separării protonilor arătată de Mitchell: mulți protoni pe o parte a membranei și doar câțiva pe cealaltă.

Toate celulele au nevoie de acest schimb de protoni pentru a stoca energie.

Celulele moderne creează această diviziune prin pomparea protonii din membrană, dar există o mecanică moleculară complexă implicată care nu s-ar putea întâmpla peste noapte.

Așa că Russell a făcut o altă concluzie logică: viața s-a format acolo unde a existat o separare naturală a protonilor.

Undeva lângă gurile hidrotermale. Dar orificiul de ventilație trebuie să fie de un anumit tip.

Pământul timpuriu avea mări acide, iar apa acidă este pur și simplu saturată cu protoni. Pentru a separa protonii, apa de la gurile hidrotermale trebuie să fie săracă în protoni: cu alte cuvinte, trebuie să fie alcalină.

Gurile hidrotermale ale Corliss nu au îndeplinit această condiție. Nu numai că erau prea fierbinți, dar erau și prea acide.

Dar în anul 2000, Deborah Kelly de la Universitatea din Washington a descoperit primele orificii hidrotermale alcaline.

Dr. Deborah Kelly.

Gurile hidrotermale alcaline și reci

Kelly a reușit să devină om de știință cu mare dificultate. Tatăl ei a murit când ea era la liceu, iar ea a trebuit să lucreze după cursuri pentru a plăti facultatea.

Dar ea a reușit și mai târziu a avut ideea de a studia vulcanii subacvatici și izvoarele hidrotermale fierbinți. Pasiunea ei pentru studiul vulcanilor și gurile de aer cald subacvatice a condus-o în inima Oceanului Atlantic. Aici, în adâncuri, era un lanț de munți maiestuos care se ridica de pe fundul oceanului.

Pe această creastă, Kelly a descoperit o întreagă rețea de orificii hidrotermale, pe care a numit-o „Orașul pierdut”. Nu erau ca cele găsite de Corliss.

Apa curgea din ele la o temperatură de 40-75 de grade Celsius și cu un conținut mic de alcali. Mineralele carbonatate din astfel de apă formau coloane albe abrupte, asemănătoare coloanelor de fum și care se ridicau din fund ca țevile de orgă. În ciuda aspectului lor ciudat și „fantomatic”, acești stâlpi găzduiau de fapt colonii de microorganisme care trăiau în apă caldă.

Aceste orificii alcaline se potrivesc perfect teoriei lui Russell. Era sigur că viața începea în orificii asemănătoare cu cele din Orașul Pierdut.

Dar a fost o problemă. Ca geolog, Russell nu știa suficient despre celulele biologice pentru a-și face teoria cât mai convingătoare posibil.

Cea mai cuprinzătoare teorie a originii vieții pe Pământ

Pentru a depăși problemele cunoștințelor sale limitate, Russell a făcut echipă cu biologul american William Martin. Un om controversat, Martin și-a petrecut cea mai mare parte a carierei lucrând în Germania.

În 2003, au prezentat o versiune îmbunătățită a conceptului anterior al lui Russell. Și, poate, această teorie despre originea vieții pe Pământ poate fi numită cea mai cuprinzătoare dintre toate cele existente.

Datorită lui Kelly, ei știau că rocile de la orificiile de ventilație alcaline erau poroase: erau punctate cu găuri mici umplute cu apă. Oamenii de știință au sugerat că aceste găuri au acționat ca „celule”. Fiecare dintre ele conținea substanțe importante, cum ar fi minerale precum pirita. Adăugați la aceasta fisiunea naturală a protonilor pe care o furnizează orificiile de ventilație și obțineți un loc ideal pentru nașterea metabolismului.

Odată ce viața a început să exploateze energia chimică a apei de ventilație, au teoretizat Russell și Martin, a început să creeze molecule precum ARN-ul. În cele din urmă, ea și-a creat propria membrană, devenind o adevărată celulă și a părăsit roca poroasă, îndreptându-se în ape deschise.

Astăzi, aceasta este una dintre ipotezele principale privind originea vieții.

Ultimele descoperiri

Această teorie a primit sprijin major în iulie 2016, când Martin a publicat o cercetare care a reconstruit unele trăsături ale „ultimului strămoș comun universal” (LUCA). Acesta este numele convențional pentru un organism care a existat cu miliarde de ani în urmă, care a dat naștere întregii diversități a vieții moderne.

S-ar putea să nu găsim niciodată fosile ale acestui organism, dar pe baza tuturor datelor disponibile, putem ghici cum arăta și ce caracteristici avea studiind microorganismele moderne.

Exact asta a făcut Martin. El a studiat ADN-ul a 1.930 de microorganisme moderne și a identificat 355 de gene care erau prezente în aproape toate.

Se poate presupune că aceste 355 de gene au fost transmise din generație în generație, deoarece toți acești microbi din 1930 aveau un strămoș comun - probabil din vremea când PUOP încă exista.

Printre aceste gene s-au numărat cele responsabile pentru utilizarea divizării protonilor, dar nu și cele responsabile pentru crearea acestei divizări - la fel ca în teoria lui Russell și Martin.

Mai mult, PUOP părea să se adapteze la substanțe precum metanul, ceea ce presupunea prezența unui mediu vulcanic activ în jurul său. Adică o aerisire hidrotermală.

Nu atât de simplu

Cu toate acestea, susținătorii ideii ARN World au găsit două probleme cu conceptul Russell-Martin. Unul ar putea fi în continuare corectat, dar celălalt ar putea însemna prăbușirea întregii teorii.

Prima problemă este lipsa dovezilor experimentale că procesele descrise de Russell și Martin au avut de fapt loc.

Da, oamenii de știință au construit o teorie pas cu pas, dar nici un singur pas nu a fost încă reprodus în laborator.

„Susținătorii ideii de aspect primar replicare furnizează în mod regulat rezultatele experimentelor”, spune Armen Mulkijanyan, expert în originea vieții. „Susținătorii ideii de aspect primar metabolism ei nu fac asta.”

Dar asta s-ar putea schimba în curând, datorită colegului lui Martin, Nick Lane de la University College London. Lane a proiectat un „reactor de origine a vieții” care ar simula condițiile din interiorul unui aerisire alcalin. El speră să recreeze ciclurile metabolice și poate chiar ARN. Dar este prea devreme să vorbim despre asta încă.

A doua problemă este că orificiile de ventilație sunt situate adânc sub apă. După cum a subliniat Miller în 1988, moleculele cu lanț lung precum ARN-ul și proteinele nu se pot forma în apă fără enzime care să le împiedice să se descompună.

Pentru mulți cercetători, acest argument a devenit decisiv.

„Cu o experiență în chimie, nu veți putea crede teoria ventilației de adâncime pentru că cunoașteți chimia și înțelegeți că toate aceste molecule sunt incompatibile cu apa”, spune Mulkijanian.

Cu toate acestea, Russell și susținătorii săi nu se grăbesc să renunțe la ideile lor.

Dar în ultimul deceniu, o a treia abordare a ieșit în prim-plan, însoțită de o serie de experimente extrem de interesante.

Spre deosebire de teoriile despre ARN World și gurile hidrotermale, această abordare, dacă a avut succes, promitea de neconceput - crearea unei celule vii de la zero.

Cum se creează o celulă?

Până la începutul secolului al XXI-lea, existau două concepte principale ale originii vieții.

1. Suporteri „Lumea ARN” a susținut că viața a început cu o moleculă care se auto-replica.
2. Susținătorii teoriei despre „ metabolismul primar" au creat o imagine detaliată a modului în care viața ar fi putut avea originea în gurile hidrotermale de adâncime.

Cu toate acestea, o a treia teorie a ieșit în prim-plan.

Fiecare creatură vie de pe Pământ este alcătuită din celule. Fiecare celulă este în esență o minge moale cu un perete dur sau „membrană”.

Sarcina celulei este de a conține toate elementele vitale în interior. Dacă peretele exterior se rupe, interiorul se va scurge, iar celula va muri în esență - ca o persoană eviscerată.

Peretele celular exterior este atât de important încât unii oameni de știință cred că trebuie să fi fost primul. Ei sunt încrezători că teoria „geneticii primare” și teoria „metabolismului primar” sunt fundamental greșite.

Alternativa lor, „compartimentarea primară”, se bazează în primul rând pe munca lui Pier Luigi Luisi de la Universitatea Roma Tre din Roma.

Teoria protocelulelor

Argumentele lui Luisi sunt simple și convingătoare. Cum vă puteți imagina un proces metabolic sau un ARN auto-replicabil care necesită o mulțime de substanțe într-un singur loc dacă nu există niciun recipient în care moleculele sunt sigure?

Concluzia de aici este următoarea: există o singură opțiune pentru originea vieții.

Cumva, în mijlocul căldurii și furtunilor de pe Pământul timpuriu, anumite materii prime au format celule primitive, sau „protocelule”.

Pentru a demonstra această teorie, este necesar să se efectueze experimente în laborator - să încerce să se creeze o celulă vie simplă.

Ideile lui Luisi au avut rădăcini în lucrările omului de știință sovietic Alexander Oparin, despre care a fost discutat mai devreme. Oparin a subliniat că unele substanțe formează bule numite coacervează, care pot reține alte substanțe în centrul lor.

Luisi a sugerat că aceste coacervate au fost primele protocelule.

Este posibil ca coacervatele să fi fost primele protocelule.

Lumea lipidelor

Orice substanță grasă sau uleioasă va forma bule sau o peliculă pe apă. Acest grup de substanțe se numește lipide, iar teoria conform căreia ele au dat naștere la viață se numește „Lumea lipidelor”.

Dar formarea de bule nu este suficientă. Ele trebuie să fie stabile, să se poată diviza pentru a crea bule „fiice” și să aibă cel puțin un anumit control asupra fluxului de substanțe în și din ele - toate fără proteinele care sunt responsabile pentru aceste funcții în celulele moderne.

Aceasta înseamnă că a fost necesar să se creeze protocelule din materialele necesare. Exact asta a făcut Luisi timp de câteva decenii, dar nu a produs niciodată nimic convingător.

Protocelulă cu ARN

Apoi, în 1994, Luisi a făcut o sugestie îndrăzneață. În opinia sa, primele protocelule trebuie să fi conținut ARN. Mai mult, acest ARN ar trebui să se poată reproduce singur în interiorul protocelulei.

Această presupunere a însemnat o respingere a „compartimentării primare” pură, dar Luisi avea motive întemeiate pentru aceasta.

O celulă cu un perete exterior, dar fără gene în interior, era lipsită de multe funcții. Trebuia să fie capabil să se împartă în celule fiice, dar nu putea transmite informații despre ea însăși descendenților săi. O celulă ar putea începe să se dezvolte și să devină mai complexă doar dacă ar avea cel puțin mai multe gene.

Teoria a câștigat în curând un susținător puternic în Jack Szostak, a cărui activitate asupra ipotezei ARN World a fost discutată anterior. Timp de mulți ani, acești oameni de știință au fost pe părți opuse ale comunității științifice - Luisi a susținut ideea „compartimentării primare”, iar Shostak - „genetică primară”.

„La conferințele despre originea vieții, am avut întotdeauna dezbateri lungi despre care era mai important și care era primul”, își amintește Szostak. „În cele din urmă ne-am dat seama că celulele au nevoie de ambele. Am ajuns la concluzia că fără compartimentare și sistemul genetic, prima viață nu s-ar fi putut forma.”

În 2001, Szostak și Luisi și-au unit forțele și și-au continuat cercetările. Într-o lucrare din revista Nature, ei au susținut că, pentru a crea o celulă vie de la zero, trebuie să puneți ARN-ul auto-replicabil într-o simplă picătură de grăsime.

Ideea a fost îndrăzneață și în curând Shostak s-a dedicat în întregime implementării ei. Judecând destul de bine că „nu poți descrie o teorie fără dovezi practice”, a decis să înceapă experimente cu protocelule.

vezicule

Doi ani mai târziu, Shostak și doi colegi au anunțat o descoperire științifică majoră.

Experimentele au fost efectuate pe vezicule: picături sferice cu două straturi de acizi grași la exterior și un miez lichid în interior.

În încercarea de a accelera crearea veziculelor, oamenii de știință au adăugat particule dintr-un mineral argilos numit montmorillonit. Acest lucru a accelerat formarea veziculelor de 100 de ori. Suprafața argilei a servit drept catalizator, îndeplinind în esență sarcina unei enzime.

Mai mult, veziculele ar putea absorbi atât particulele de montmorillonit, cât și lanțurile de ARN de pe suprafața argilei.

Datorită unui simplu adaos de argilă, protocelulele au conținut în cele din urmă atât genele, cât și catalizatorul.

Decizia de a adăuga montmorillonit nu a fost lipsită de motiv. Decenii de cercetări au arătat că montmorillonitul și alte minerale argiloase au fost foarte importante în originea vieții.

Montmorillonitul este o argilă comună. În zilele noastre este utilizat pe scară largă în viața de zi cu zi, de exemplu, ca umplutură pentru așternutul pentru pisici. Se formează atunci când cenușa vulcanică se descompune sub influența condițiilor meteorologice. Deoarece au existat mulți vulcani pe Pământul timpuriu, este logic să presupunem că montmorillonitul a fost abundent.

În 1986, chimistul James Ferris a demonstrat că montmorillonitul este un catalizator care promovează formarea de molecule organice. Mai târziu, el a descoperit că acest mineral accelerează formarea ARN-urilor mici.

Acest lucru l-a făcut pe Ferris să creadă că argila discretă a fost cândva locul vieții. Szostak a preluat această idee și a folosit montmorillonitul pentru a crea protocelule.

Formarea veziculelor cu participarea argilei a avut loc de sute de ori mai repede.

Dezvoltarea și divizarea protocelulelor

Un an mai târziu, echipa lui Shostak a descoperit că protocelulele lor creșteau de la sine.

Pe măsură ce noi molecule de ARN au fost adăugate la protocelulă, peretele exterior sa lăsat sub presiune crescândă. Părea de parcă protocelula și-a umplut burta și era pe cale să izbucnească.

Pentru a compensa presiunea, protocelulele au selectat cei mai mulți acizi grași și i-au construit în perete, astfel încât să poată continua să se umfle în siguranță la dimensiuni mari.

Dar important este că acizii grași au fost prelevați de la alte protocelule cu mai puțin ARN, motiv pentru care au început să se micșoreze. Aceasta a însemnat că protocelulele au concurat, iar cele care au conținut cel mai mult ARN au câștigat.

Acest lucru a dus la concluzii impresionante. Dacă protocelulele ar putea crește, s-ar putea diviza? Va putea Shostak să forțeze protocelulele să se reproducă singure?

Primele experimente ale lui Shostak au arătat unul dintre modurile în care protocelulele se divid. Când protocelulele au fost împinse prin găuri mici, acestea au fost comprimate în formă de tuburi, care apoi s-au împărțit în protocelule „fiice”.

Acest lucru a fost misto, deoarece nu au fost implicate mecanisme celulare în proces, ci doar presiune mecanică obișnuită.

Dar au existat și dezavantaje, deoarece în timpul experimentului protocelulele au pierdut o parte din conținutul lor. De asemenea, s-a dovedit că primele celule se puteau diviza numai sub presiunea forțelor externe care le-ar împinge prin găuri înguste.

Există multe modalități de a forța veziculele să se dividă: de exemplu, adăugarea unui jet puternic de apă. Dar a fost necesar să se găsească o modalitate prin care protocelulele să se împartă fără a-și pierde conținutul.

Principiul ceapei

În 2009, Shostak și studentul său Ting Zhu au găsit o soluție. Au creat protocelule ceva mai complexe cu pereți multipli, un pic ca straturile unei cepe. În ciuda complexității lor aparente, crearea unor astfel de protocelule a fost destul de simplă.

Pe măsură ce Zhu le hrănea cu acizi grași, protocelulele au crescut și și-au schimbat forma, alungindu-se și luând o formă asemănătoare unui fir. Când protocelula a devenit suficient de mare, doar o mică aplicare a forței a fost suficientă pentru ca aceasta să se despartă în protocelule mici.

Fiecare protocelulă fiică conținea ARN din protocelula mamă și practic nu s-a pierdut niciun element de ARN. Mai mult, protocelulele ar putea continua acest ciclu - protocelulele fiice au crescut și s-au împărțit independent.

În experimente ulterioare, Zhu și Szostak au găsit o modalitate de a forța protocelulele să se dividă. Se pare că o parte a problemei a fost rezolvată.

Necesitatea autocopierii ARN-ului

Cu toate acestea, protocelulele încă nu au funcționat corect. Luisi a văzut protocelulele ca purtători de ARN-uri auto-replicabile, dar până acum ARN-urile erau doar în interior și nu au afectat nimic.

Pentru a demonstra că protocelulele au fost într-adevăr prima viață de pe Pământ, Shostak a trebuit să forțeze ARN-ul să facă copii ale lui însuși.

Sarcina nu a fost ușoară, deoarece zeci de ani de experimente ale oamenilor de știință despre care am scris mai devreme nu au condus la crearea ARN-ului cu auto-replicare.

Shostak însuși a întâmpinat această problemă în timpul lucrărilor sale timpurii asupra teoriei lumii ARN. De atunci, nimeni nu pare să fi rezolvat.

Orgel și-a petrecut anii 70 și 80 studiind principiul copierii catenelor de ARN.

Esența sa este simplă. Trebuie să luați o catenă de ARN și să o puneți într-un recipient cu nucleotide. Apoi utilizați aceste nucleotide pentru a crea oa doua catenă de ARN care o completează pe prima.

De exemplu, catena de ARN a probei „CGC” va forma o catenă suplimentară a probei „GCG”. Următoarea copie va recrea circuitul CGC original.

Orgel a observat că în anumite condiții, lanțurile de ARN sunt copiate în acest fel fără ajutorul enzimelor. Este foarte posibil ca prima viață să-și fi copiat genele în acest fel.

Până în 1987, Orgel a putut crea catene suplimentare de 14 nucleotide în lungime în catenele de ARN, care aveau și 14 nucleotide lungime.

Elementul lipsă

Adamala și Szostak au descoperit că magneziu este necesar pentru reacție. Acest lucru a fost problematic deoarece magneziul a distrus protocelulele. Dar a existat o soluție: folosiți citrat, care este aproape identic cu acidul citric găsit în lămâi și portocale și care este prezent în fiecare celulă vie.

Într-o lucrare publicată în 2013, Adamala și Szostak au descris un studiu în care a fost adăugat citrat la protocelule, care s-a suprapus cu magneziu și a protejat protocelulele fără a interfera cu copierea în lanț.

Cu alte cuvinte, au realizat ceea ce a vorbit Luisi în 1994. „Am permis ARN-ului să se auto-replica în interiorul veziculelor de acizi grași”, spune Szostak.

În doar zece ani de cercetare, echipa lui Shostak a obținut rezultate incredibile.

• Oamenii de știință au creat protocelule care își păstrează genele în timp ce absorb molecule utile din mediul lor.
• Protocelulele pot crește și diviza și chiar pot concura între ele.
• Ele conțin ARN care se auto-replica.
• În toate privințele, protocelulele create în laborator seamănă în mod surprinzător cu viața.

Au fost și rezistenți. În 2008, echipa lui Szostak a descoperit că protocelulele pot supraviețui la temperaturi de până la 100 de grade Celsius, temperatura la care mor majoritatea celulelor moderne. Acest lucru nu a făcut decât să întărească credința că protocelulele sunt similare cu prima viață, care trebuia să supraviețuiască cumva în condițiile ploilor constante de meteoriți.

„Succesele lui Shostak sunt impresionante”, spune Armen Mulkijanyan.

Cu toate acestea, la prima vedere, abordarea lui Shostak este foarte diferită de alte cercetări privind originile vieții care au continuat în ultimii 40 de ani. În loc să se concentreze pe „autoreproducția primară” sau „compartimentarea primară”, el a găsit o modalitate de a combina aceste teorii.

Acesta a devenit motivul creării unei noi abordări unificate pentru studierea problemei originii vieții pe Pământ.

Această abordare presupune că prima viață nu a avut o caracteristică care a apărut înaintea celorlalte. Ideea unui „set primar de caracteristici” are deja o mulțime de dovezi practice și, ipotetic, poate rezolva toate problemele teoriilor existente.

Marea Unire

În căutarea unui răspuns la întrebarea despre originea vieții, oamenii de știință din secolul al XX-lea au fost împărțiți în 3 tabere. Fiecare a aderat doar la propriile ipoteze și a vorbit în favoarea muncii celorlalți doi. Această abordare a fost cu siguranță eficientă, dar fiecare tabără s-a confruntat în cele din urmă cu probleme insolubile. Prin urmare, în aceste zile, mai mulți oameni de știință au decis să încerce o abordare combinată a acestei probleme.

Ideea unificării își are rădăcinile într-o descoperire recentă care dovedește teoria tradițională a „autoreproducției primare” a lumii ARN, dar numai la prima vedere.

În 2009, susținătorii teoriei ARN World s-au confruntat cu o problemă majoră. Ei nu au putut crea nucleotidele, blocurile de construcție ale ARN-ului, într-un mod în care s-ar fi putut crea ei înșiși în condițiile timpurii ale Pământului.

După cum am văzut mai devreme, acest lucru i-a determinat pe mulți cercetători să creadă că prima viață nu sa bazat deloc pe ARN.

John Sutherland se gândește la asta încă din anii 1980. „Ar fi grozav dacă cineva ar putea demonstra cum se asamblează ARN”, spune el.

Din fericire pentru Sutherland, a lucrat la Laboratorul Cambridge de Biologie Moleculară (CMB). Majoritatea institutelor de cercetare își îmbunătățesc în mod constant personalul în așteptarea noilor descoperiri, dar LMB a permis personalului să lucreze serios la această problemă. Așa că Sutherland a fost liber să se gândească de ce a fost atât de dificil să se producă nucleotide ARN și, de-a lungul mai multor ani, a dezvoltat o abordare alternativă.

Ca urmare, Sutherland a ajuns la o viziune complet nouă asupra originii vieții, care a fost aceea că toate componentele cheie ale vieții s-ar fi putut forma simultan.

Clădirea modestă a Laboratorului Cambridge de Biologie Moleculară.

O fericită coincidență de molecule și circumstanțe

„Câteva aspecte cheie ale chimiei ARN au fost rupte”, explică Sutherland. Fiecare nucleotidă de ARN este alcătuită dintr-un zahăr, o bază și un fosfat. Dar, în practică, să interacționeze zahărul și baza sa dovedit a fi imposibil. Moleculele aveau pur și simplu forma greșită.

Așa că Sutherland a început să experimenteze cu alte substanțe. În cele din urmă, echipa sa a creat 5 molecule simple formate dintr-un alt tip de zahăr și cianamidă, care, după cum sugerează și numele, este legată de cianura. Aceste substanțe au fost supuse unei serii de reacții chimice, care au dus în cele din urmă la crearea a două dintre cele patru nucleotide.

A fost, fără îndoială, un succes și a ridicat imediat reputația lui Sutherland.

Mulți observatori au considerat că aceasta este o dovadă suplimentară în favoarea teoriei „Lumea ARN”. Dar Sutherland însuși a văzut-o altfel.

Ipoteza „clasică” a ARN World s-a concentrat pe faptul că, în primele organisme, ARN-ul era responsabil pentru toate funcțiile vieții. Dar Sutherland numește această afirmație „optimist fără speranță”. El crede că ARN a fost implicat, dar nu a fost singura componentă importantă pentru viabilitate.

Sutherland s-a inspirat ultimul loc de munca Jack Szostak, care a combinat conceptul ARN World de „auto-reproducere primară” cu ideile lui Pier Luigi Luisi de „compartimentare primară”.

Cum să creezi o celulă vie de la zero

Atenția lui Sutherland a fost atrasă de un detaliu curios în sinteza nucleotidelor, care la început părea întâmplător.

Pasul final în experimentele lui Sutherland a fost întotdeauna adăugarea de fosfați la nucleotidă. Dar mai târziu și-a dat seama că ar trebui să o adauge de la bun început, deoarece fosfatul accelerează reacțiile în stadiile incipiente.

Adăugarea inițială de fosfat părea să crească caracterul aleatoriu al reacției, dar Sutherland a reușit să realizeze că această aleatorie a fost benefică.

Asta l-a făcut să creadă că amestecurile ar trebui să fie haotice. Pe Pământul timpuriu, probabil că existau o mulțime de substanțe chimice plutind într-o singură piscină. Desigur, amestecurile nu ar trebui să semene cu apa de mlaștină, deoarece trebuie să găsiți nivelul optim de aleatorie.

Create în 1950, amestecurile lui Stanley Miller, discutate mai devreme, erau mult mai haotice decât amestecul lui Sutherland. Conțineau molecule biologice, dar, așa cum spune Sutherland, „erau puține și îndepărtate și erau însoțite de mult mai mulți compuși nebiologici”.

Sutherland a simțit că condițiile experimentului lui Miller nu erau suficient de pure. Amestecul era prea haotic, motiv pentru care pur și simplu s-au pierdut în el substanțele necesare.

Așa că Sutherland a decis să găsească o „chimie Goldilocks”: nu atât de supraîncărcată cu diverse substanțe încât să devină inutilă, dar nici atât de simplă încât să fie limitată în capacități.

A fost necesar să se creeze un amestec complex în care toate componentele vieții să se poată forma și apoi combinate simultan.

Un iaz primordial și formarea vieții în câteva minute

Mai simplu spus, imaginați-vă că acum 4 miliarde de ani era un mic iaz pe Pământ. De-a lungul multor ani, în el s-au format substanțele necesare până când amestecul a dobândit compoziția chimică necesară pentru a începe procesul. Și apoi s-a format prima celulă, poate în doar câteva minute.

Acest lucru poate suna fantastic, ca și declarațiile alchimiștilor medievali. Dar Sutherland a început să aibă dovezi.

Din 2009, el a demonstrat că folosind aceleași substanțe care i-au format primele două nucleotide ARN, este posibil să se creeze și alte molecule importante pentru orice organism viu.

Următorul pas evident a fost crearea altor nucleotide ARN. Sutherland nu a stăpânit încă acest lucru, dar în 2010 a demonstrat molecule apropiate de aceasta care s-ar putea transforma în nucleotide.

Și în 2013, a colectat precursori de aminoacizi. De data aceasta a adăugat cianura de cupru pentru a crea reacția necesară.

Substanțele pe bază de cianuri au fost prezente în multe dintre experimente, iar Sutherland le-a folosit din nou în 2015. El a arătat că cu același set de substanțe este posibil să se creeze precursori ai lipidelor - moleculele care alcătuiesc pereții celulari. Reacția a avut loc sub influența luminii ultraviolete și a implicat sulf și cupru, ceea ce a ajutat la accelerarea procesului.

„Toate elementele de bază [formate] dintr-un nucleu comun de reacții chimice”, explică Szostak.

Dacă Sutherland are dreptate, atunci viziunea noastră despre originea vieții a fost fundamental greșită în ultimii 40 de ani.

Din momentul în care oamenii de știință au văzut cât de complexă este structura celulară, toată lumea s-a concentrat pe ideea că primele celule se unesc. treptat, element cu element.

De când Leslie Orgel a venit cu ideea că ARN-ul a fost pe primul loc, cercetătorii „încearcă să ia un element și apoi să-l pună să producă restul”, spune Sutherland. El însuși crede că este necesar să se creeze dintr-o dată.

Haosul este o condiție necesară a vieții

„Ne-am pus la îndoială ideea că o celulă este prea complexă pentru a apărea dintr-o dată”, spune Sutherland. „După cum puteți vedea, puteți crea elementele de bază pentru toate sistemele în același timp.”

Shostak chiar bănuiește că majoritatea încercărilor de a crea molecule de viață și de a le asambla în celule vii au eșuat din același motiv: condiții experimentale prea sterile.

Oamenii de știință au luat substanțele necesare și au uitat complet de cele care ar putea fi existat și pe Pământul timpuriu. Dar munca lui Sutherland arată că atunci când se adaugă noi substanțe la amestec, apar compuși mai complecși.

Shostak a întâlnit el însuși acest lucru în 2005, când a încercat să introducă o enzimă ARN în protocelulele sale. Enzima avea nevoie de magneziu, care a distrus membrana protocelulă.

Soluția a fost elegantă. În loc să creați vezicule dintr-un singur acid gras, creați-le dintr-un amestec de doi acizi. Veziculele rezultate ar putea face față magneziului și, prin urmare, ar putea acționa ca „purtători” ai enzimelor ARN.

Mai mult, Szostak spune că primele gene au fost probabil aleatorii.

Organismele moderne folosesc ADN pur pentru a transmite gene, dar este probabil ca ADN-ul pur pur și simplu să nu fi existat la început. În locul lui ar putea exista un amestec de nucleotide ARN și nucleotide ADN.

În 2012, Szostak a arătat că un astfel de amestec s-ar putea asambla în molecule „mozaice” care arată și se comportă ca ARN pur. Și asta dovedește că teoria amestecului de molecule de ARN și ADN are dreptul să existe.

Aceste experimente au sugerat următoarele: nu contează dacă primele organisme ar putea avea ARN pur sau ADN pur.

„De fapt, m-am întors la ideea că primul polimer era similar cu ARN-ul, dar părea puțin mai haotic”, spune Szostak.

Alternative la ARN

Este posibil ca acum să existe mai multe alternative la ARN, pe lângă TNC-urile și PNA-urile deja existente discutate mai devreme. Nu știm dacă au existat pe Pământul timpuriu, dar chiar dacă ar fi existat, este posibil ca organismele timpurii să le fi folosit împreună cu ARN.

Nu mai era „Lumea ARN-ului”, ci „Lumea a ceva-nu este”.

Lecția pe care o putem trage din toate acestea este că auto-crearea primei celule vii nu a fost deloc atât de dificilă pe cât credeam anterior. Da, celulele sunt mașini complexe. Dar, după cum s-a dovedit, vor funcționa, deși nu perfect, chiar dacă sunt „făcuți la întâmplare” din materiale vechi.

După ce au apărut, astfel de celule brute ar părea să aibă șanse mici de a supraviețui pe Pământul timpuriu. Pe de altă parte, nu aveau concurență și nu erau amenințați de niciun prădător, așa că în multe privințe viața pe Pământul primordial era mai simplă decât este acum.

Dar există un „dar”

Dar există o problemă pe care nici Sutherland, nici Szostak nu au putut-o rezolva și este destul de gravă.

Primul organism trebuie să fi avut o formă de metabolism. Încă de la început, viața trebuia să aibă capacitatea de a primi energie, altfel acea viață avea să piară.

În acest moment, Sutherland a fost de acord cu ideile lui Mike Russell, Bill Martin și alți susținători ai „metabolismului primar”.

„Suportatorii teoriilor despre „lumea ARN” și „metabolismul primar” s-au certat între ei în zadar. Ambele părți au avut argumente convingătoare”, explică Sutherland.

„Metabolismul a început cumva de undeva”, scrie Shostak. „Dar ce a devenit sursa de energie chimică este o mare întrebare.”

Chiar dacă Martin și Russell greșesc în privința ideii că viața a început în gurile de adâncime, multe părți ale teoriei lor sunt aproape de adevăr. Primul este rolul important al metalelor în originea vieții.

Multe enzime din natură au un atom de metal în miezul lor. De obicei, aceasta este partea „activă” a enzimei, în timp ce restul moleculei este structura de susținere.

Prima viață nu putea avea enzime complexe, așa că cel mai probabil a folosit metale goale ca catalizatori.

Catalizatori și enzime

Günther Wachtenshauser a spus același lucru când a sugerat că viața s-a format pe pirita de fier. Russell subliniază, de asemenea, că apa din gurile hidrotermale este bogată în metale care pot acționa ca catalizatori, iar cercetările lui Martin privind ultimul strămoș comun universal al bacteriilor moderne sugerează prezența multor enzime pe bază de fier.

Toate acestea sugerează că multe dintre reacțiile chimice ale lui Sutherland au avut loc cu succes numai datorită cuprului (și sulfului, după cum a subliniat Wachtershauser) și că ARN-ul din protocelulele lui Shostak necesită magneziu.

Este posibil ca gurile hidrotermale să fie, de asemenea, importante pentru crearea vieții.

„Dacă te uiți la metabolismul modern, vezi elemente care vorbesc de la sine, cum ar fi grupuri de fier și sulf”, explică Szostak. „Acest lucru se potrivește cu ideea că viața își are originea într-un orificiu sau în apropierea unui orificiu în care apa era bogată în fier și sulf.”

Acestea fiind spuse, există un singur lucru de adăugat. Dacă Sutherland și Szostak sunt pe drumul cel bun, atunci un aspect al teoriei ventilației este cu siguranță greșit: viața nu ar fi putut începe în adâncurile mării.

„Procesele chimice pe care le-am descoperit sunt foarte dependente de radiația ultravioletă”, spune Sutherland.

Singura sursă de astfel de radiații este Soarele, așa că reacțiile trebuie să aibă loc direct sub razele sale. Acest lucru exclude versiunea cu orificii de ventilație la adâncime.

Shostak este de acord că adâncurile mării nu pot fi considerate leagănul vieții. „Cea mai rău parte este că sunt izolați de interacțiunea cu atmosfera, care este sursa de materii prime bogate în energie, cum ar fi cianura.”

Dar toate aceste probleme nu fac inutilă teoria ventilației hidrotermale. Poate că aceste orificii au fost situate în ape puțin adânci, unde aveau acces la lumina soarelui și cianura.

Viața nu își are originea în ocean, ci pe uscat

Armen Mulkijanyan a propus o alternativă. Și dacă viața își are originea în apă, dar nu în ocean, ci pe uscat? Și anume, într-un iaz vulcanic.

Mulkijanyan a atras atenția asupra compoziției chimice a celulelor: în special, ce substanțe acceptă și ce resping. S-a dovedit că celulele oricărui organism conțin o mulțime de fosfat, potasiu și alte metale, cu excepția sodiului.

Celulele moderne mențin echilibrul metalelor prin pomparea lor din mediu, dar primele celule nu au avut această oportunitate - mecanismul de pompare nu fusese încă dezvoltat. Prin urmare, Mulkijanian a sugerat că primele celule au apărut acolo unde exista un set aproximativ de substanțe care alcătuiesc celulele actuale.

Acest lucru trece imediat oceanul de pe lista potențialului leagăn al vieții. Celulele vii au mult mai mult potasiu și fosfat și mult mai puțin sodiu decât se găsește în ocean.

Sursele geotermale din apropierea vulcanilor sunt mai potrivite pentru această teorie. Aceste iazuri conțin același amestec de metale ca și celulele.

Shostak susține cu căldură ideea. „Cred că locația ideală ar fi un lac sau un iaz de mică adâncime într-o zonă activă din punct de vedere geotermic”, confirmă el. „Avem nevoie de gurile hidrotermale, dar nu de cele de adâncime, ci mai degrabă asemănătoare cu cele găsite în zone vulcanic active precum Yellowstone.”

Reacțiile chimice ale lui Sutherland ar putea avea loc într-un astfel de loc. Izvoarele contin setul necesar de substante, nivelul apei fluctueaza, astfel incat unele zone se usuca din cand in cand, iar soarele nu lipseste. raze ultraviolete.

Mai mult, Szostak spune că astfel de iazuri sunt perfecte pentru protocelulele sale.

„Protocelulele mențin în general o temperatură scăzută, ceea ce este bun pentru copierea ARN-ului și alte metabolisme simple”, spune Szostak. „Dar din când în când se încălzesc pentru scurt timp, ceea ce ajută la separarea catenelor de ARN și le pregătește pentru auto-replicare ulterioară.” Fluxurile de apă rece sau fierbinte pot, de asemenea, ajuta protocelulele să se dividă.

Izvoarele geotermale din apropierea vulcanilor ar fi putut deveni locul de naștere al vieții.

Meteoriții ar fi putut ajuta viața

Pe baza tuturor argumentelor existente, Sutherland oferă și o a treia opțiune - locul unde a căzut meteoritul.

Pământul a fost supus în mod regulat ploilor de meteoriți în primii 500 de milioane de ani de existență – acestea cad și astăzi, dar mult mai rar. Un loc de cădere de meteoriți de dimensiuni decente ar putea crea aceleași condiții ca și iazurile despre care a vorbit Mulkijanyan.

În primul rând, meteoriții sunt fabricați în mare parte din metal. Iar locurile în care cad sunt adesea bogate în metale precum fier și sulf. Și, cel mai important, în locurile în care cade meteoritul, scoarța terestră este presată, ceea ce duce la activitate geotermală și apariția apei fierbinți.

Sutherland descrie mici râuri și pâraie care curg pe malurile craterelor nou formate care atrag substanțe pe bază de cianuri din roci - toate sub influența razelor ultraviolete. Fiecare flux transportă un amestec ușor diferit de substanțe față de celelalte, astfel încât în ​​cele din urmă apar reacții diferite și se produc o serie de substanțe organice.

În cele din urmă, fluxurile se combină pentru a forma un iaz vulcanic în partea de jos a craterului. Poate că într-un astfel de iaz au fost colectate la un moment dat toate substanțele necesare din care s-au format primele protocelule.

„Este o dezvoltare foarte specifică”, este de acord Sutherland. Dar el se înclină spre ea pe baza reacțiilor chimice găsite: „Acesta este singurul curs al evenimentelor în care ar putea avea loc toate reacțiile arătate în experimentele mele.”

Shostak nu este încă pe deplin sigur de acest lucru, dar este de acord că ideile lui Sutherland merită o atenție deosebită: „Mi se pare că aceste evenimente ar fi putut avea loc la locul impactului unui meteorit. Dar îmi place și ideea sistemelor vulcanice. Există argumente puternice în favoarea ambelor versiuni.”

Când vom primi un răspuns la întrebarea: cum a început viața?

Dezbaterea, se pare, nu se va opri curând, iar oamenii de știință nu vor ajunge imediat la o opinie comună. Decizia va fi luată pe baza experimentelor cu reacții chimice și protocelule. Dacă se dovedește că una dintre opțiuni îi lipsește o substanță cheie sau folosește o substanță care distruge protocelulele, atunci aceasta va fi considerată incorectă.

Aceasta înseamnă că, pentru prima dată în istorie, suntem în pragul celei mai complete explicații despre cum a început viața.

„Provocările nu mai par imposibile”, spune Sutherland optimist.

Până acum, așa-numita abordare „tot o dată” de la Shostak și Sutherland este doar o schiță aproximativă. Dar fiecare dintre argumente această abordare a fost dovedit prin decenii de experimentare.

Acest concept se bazează pe toate abordările existente anterior. Combină toate evoluțiile de succes, rezolvând în același timp problemele individuale ale fiecărei abordări.

De exemplu, nu respinge teoria lui Russell despre gurile hidrotermale, ci folosește elementele sale cele mai de succes.

Ce s-a întâmplat acum 4 miliarde de ani

Nu știm sigur ce s-a întâmplat acum 4 miliarde de ani.

„Chiar dacă creezi un reactor în care E. coli iese... nu poți spune că aceasta este o reproducere a primei vieți”, a spus Martin.

Cel mai bine putem face este să ne imaginăm cursul evenimentelor, susținându-ne viziunea cu dovezi: experimente în domeniul chimiei, tot ce știm despre Pământul timpuriu și tot ce spune biologia despre forme timpurii viaţă.

În cele din urmă, după secole de efort intens, vom vedea că povestea cursului real al evenimentelor începe să apară.

Aceasta înseamnă că ne apropiem de cea mai mare diviziune din istoria omenirii: împărțirea dintre cei care cunosc povestea originii vieții și cei care nu au trăit pentru a vedea acest moment și, prin urmare, nu îl vor putea cunoaște niciodată.

Toți cei care nu au trăit pentru a vedea Originea speciilor a lui Darwin publicată în 1859 au murit fără nici cea mai mică idee despre originile omului, deoarece nu știau nimic despre evoluție. Dar astăzi toată lumea, cu excepția câtorva comunități izolate, poate afla adevărul despre rudenia noastră cu alți reprezentanți ai lumii animale.

În același mod, toți cei care s-au născut după ce Yuri Gagarin a intrat pe orbita Pământului au devenit membri ai unei societăți care este capabilă să călătorească în alte lumi. Și chiar dacă nu toți locuitorii au vizitat planeta, călătoriile în spațiu au devenit deja o realitate modernă.

Noua realitate

Aceste fapte ne schimbă subtil percepția despre lume. Ne fac mai înțelepți. Evoluția ne învață să prețuim orice făptură vie, întrucât toți putem fi considerați rude, deși îndepărtate. Călătoriile în spațiu ne învață să privim planeta noastră natală din exterior pentru a înțelege cât de unică și fragilă este aceasta.

Unii dintre oamenii care trăiesc astăzi vor deveni în curând primii din istorie care vor putea spune despre originile lor. Ei vor ști despre strămoșul lor comun și unde a trăit.

Această cunoaștere ne va schimba. Din punct de vedere pur științific, ne va da o idee despre șansele vieții să apară în Univers și unde o putem căuta. De asemenea, ne va dezvălui esența vieții.

Dar putem doar ghici ce înțelepciune va apărea în fața noastră în momentul în care secretul originii vieții este dezvăluit. În fiecare lună și an suntem mai aproape de a rezolva marele mister al originii vieții pe planeta noastră. Noi descoperiri se fac chiar acum pe măsură ce citiți aceste rânduri.

Citeste si:

Distribuie acest articol

Este viața rezultatul evoluției sau al creației? Această dilemă a tulburat mințile a mai mult de o generație de oameni de știință. Dezbaterile nesfârșite pe această temă dau naștere la teorii din ce în ce mai interesante.

Ordine vs haos

A doua lege a termodinamicii (entropia) afirmă că toate elementele cosmosului se deplasează din ordine în haos. Acest lucru este observat de omul de știință de la NASA Robert Destrow, care susține că „universul se oprește ca un ceas”. Creaționiștii se bazează pe legea entropiei pentru a dovedi inconsecvența punctului de vedere al evoluționiștilor, care presupune dezvoltarea și complicarea spontană a tuturor elementelor lumii înconjurătoare.

Teologul din secolul al XIX-lea William Peley a făcut următoarea analogie. Știm că ceasurile de buzunar nu au apărut de la sine, ci au fost făcute de om: de aici rezultă că o structură atât de complexă precum corpul uman este și rezultatul creației.

Charles Darwin s-a opus acestui punct de vedere cu teoria sa despre puterea selecției naturale, care, bazându-se pe variabilitatea ereditară în procesul de evoluție pe termen lung, este capabilă să formeze cele mai complexe structuri organice.

„Dar de la materie neînsuflețită Viața organică nu ar fi putut apărea”, au subliniat creaționiștii punctul slab al teoriei lui Darwin.

Numai relativ recent cercetările chimiștilor Stanley Miller și Harold Urey au oferit argumente în apărarea teoriei evoluției.

Un experiment al oamenilor de știință americani a confirmat ipoteza că pe Pământul primitiv au existat condiții care au contribuit la apariția moleculelor biologice din substanțe anorganice. Conform descoperirilor lor, moleculele s-au format în atmosferă ca urmare a reacțiilor chimice obișnuite, iar apoi, căzând cu ploaie în ocean, a dus la nașterea primei celule.

Câți ani are Pământul?

În 2010, biochimistul american Douglas Theobald a încercat să demonstreze că toată viața de pe Pământ are un strămoș comun. El a analizat matematic secvențele celor mai comune proteine ​​și a descoperit că moleculele selectate se găsesc la oameni, muște, plante și bacterii. Probabilitatea unui strămoș comun, conform calculelor omului de știință, a fost de 102.860.

Conform teoriei evoluției, procesul de trecere de la cele mai simple organisme la cele superioare durează miliarde de ani. Dar creaționiștii susțin că acest lucru este imposibil, deoarece vârsta Pământului nu depășește câteva zeci de mii de ani.

Toate speciile de animale și plante, în opinia lor, au apărut aproape simultan și independent unele de altele - în forma în care le putem observa acum.

Știința modernă, bazată pe datele din analiza radioizotopilor a probelor terestre și a materiei meteoritice, determină vârsta Pământului la 4,54 miliarde de ani. Cu toate acestea, după cum au arătat unele experimente, această metodă de întâlnire poate avea erori foarte grave.

În 1968, Jurnalul American de Cercetări Geografice a publicat analiza radioizotopilor rocilor vulcanice formate în Hawaii ca urmare a unei erupții vulcanice care a avut loc în 1800. Vârsta rocilor a fost stabilită pentru a varia între 22 de milioane și 2 miliarde de ani.

Analiza radiocarbonului, care este folosită pentru a data rămășițele biologice, lasă, de asemenea, multe întrebări. Această metodă permite ca limita de vârstă a probelor să fie stabilită la 60.000 de ani cu 10 timpi de înjumătățire al carbonului-14. Dar cum să explic faptul că carbonul-14 se găsește în mostre de „lemn jurassic”? „Doar pentru că epoca Pământului a fost nerezonabil avansată”, insistă creaționiștii.

Paleontologul Harold Coffin observă că formarea rocilor sedimentare s-a produs în mod neuniform și din ele este dificil de aflat adevărata vârstă a planetei noastre. De exemplu, fosilele de copaci fosili din apropiere de Joggins (Canada), care pătrund vertical în stratul de sol timp de 3 metri sau mai mult, indică faptul că plantele au fost îngropate într-o perioadă foarte scurtă de timp ca urmare a unor evenimente catastrofale.

Evoluție rapidă

Dacă presupunem că Pământul nu este atât de vechi, este posibil ca evoluția să se încadreze într-un cadru de timp mai comprimat? În 1988, o echipă de biologi americani condusă de Richard Lenski a decis să efectueze un experiment pe termen lung care simulează procesul evolutiv în laborator folosind exemplul bacteriei Escherichia coli.

12 colonii de bacterii au fost plasate într-un mediu identic, în care doar glucoza era prezentă ca sursă de hrană, precum și citratul, care, în prezența oxigenului, nu putea fi absorbit de bacterii.

Oamenii de știință au observat E. coli timp de 20 de ani, timp în care s-au schimbat peste 44 de mii de generații de bacterii. Pe lângă modificările în dimensiunea bacteriilor tipice tuturor coloniilor, oamenii de știință au descoperit o caracteristică interesantă inerentă doar unei singure colonii: în ea, bacteriile undeva între generațiile 31 și 32 de mii au arătat capacitatea de a absorbi citratul.

În 1971, oamenii de știință italieni au adus 5 șopârle de perete pe insula Pod Markaru, situată în Marea Adriatică. Spre deosebire de habitatul lor anterior, pe insulă erau puține insecte, cu care șopârlele se hrăneau, dar multă iarbă. Oamenii de știință au verificat rezultatele experimentului lor abia în 2004. Ce au văzut?

Șopârlele s-au adaptat mediului neobișnuit: populația lor a ajuns la 5.000 de indivizi, dar cel mai important, aspectul și structura organelor interne ale reptilelor s-au schimbat. În special, forța capului și a mușcăturii au crescut pentru a face față frunzelor mari și a apărut o nouă secțiune în tractul digestiv - o cameră de fermentație, care a permis intestinelor șopârlelor să digere celuloza dură. Așadar, în doar 33 de ani, șopârlele de perete s-au transformat din prădători în ierbivore!

Verigă slabă

Dacă știința este capabilă să confirme experimental modificările intraspecifice, atunci posibilitatea apariției unei noi specii în timpul evoluției rămâne exclusiv în teorie. Susținătorii creaționismului nu numai că subliniază evoluționistilor absența formelor intermediare ale organismelor vii, dar încearcă și să confirme științific inconsecvența teoriei evoluționiste a originii speciilor.

Geneticistul spaniol Svante Pääbo a reușit să extragă ADN dintr-un fragment dintr-o vertebră de Neanderthal, despre care se crede că a trăit în urmă cu aproximativ 50.000 de ani. O analiză comparativă a ADN-ului oamenilor moderni și al oamenilor de Neanderthal a arătat că acesta din urmă nu este strămoșul nostru.

Geneticistul american Alan Wilson, folosind metoda ADN-ului mitocondrial, a putut spune probabil când „Eva” a apărut pe Pământ. Studiile sale au dat o vârstă de 150-200 de mii de ani. Omul de știință japonez Satoshi Horai oferă date similare. În opinia sa, omul modern a apărut în Africa în urmă cu aproximativ 200 de mii de ani, iar de acolo s-a mutat în Eurasia, unde l-a înlocuit rapid pe omul de Neanderthal.

Pe baza dovezilor din înregistrările fosile, biologul Jonathan Wells notează: „Este destul de clar că la nivelul regatelor, filelor și claselor, descendența din strămoși comuni prin modificare nu poate fi considerată un fapt incontestabil”.

Puncte de contact

Susținătorii viziunilor evoluționiste și creaționiste cu privire la originea vieții nu au întotdeauna dezacorduri fundamentale. Astfel, mulți oameni de știință ai creației sunt susținători ai epocii străvechi a Pământului, iar printre teologi există mulți critici ai creaționismului literalist.

De exemplu, protodiaconul Andrei Kuraev scrie următoarele: „În Ortodoxie nu există nici temeiuri textuale, nici doctrinare pentru a respinge evoluționismul... Ortodoxia, spre deosebire de păgânism, care demonizează materia, și de protestantism, care privează lumea creată de dreptul la co-creare. , nu are niciun motiv pentru a nega teza, conform căreia Creatorul a creat materie capabilă de o bună dezvoltare.”

Matematicianul și filozoful rus Julius Schroeder notează că nu știm să măsurăm, la o scară cunoscută de noi, durata celor șase zile în care Dumnezeu a creat lumea, deoarece timpul însuși a fost creat în aceleași zile. „Ordinea creației este pe deplin în concordanță cu ideile cosmologiei moderne”, notează omul de știință.

Doctorul în științe biologice Yuri Simakov consideră omul un produs Inginerie genetică. El sugerează că experimentul a fost efectuat la joncțiunea a două specii - Neanderthal și Homo sapiens. Potrivit biologului, există „o intervenție complexă și deliberată a unei inteligențe care trebuie să fie cu ordine de mărime superioară celei noastre”.

Personalul Sălii Evoluției, care se află la Grădina Zoologică St. Louis, a decis să împace cele două teorii într-o manieră plină de umor. La intrare au atârnat un anunț pe care scria: „Aceasta nu înseamnă deloc că lumea vie nu ar fi putut fi creată imediat - se pare că ar fi apărut ca urmare a unei evoluții îndelungate”.

Valery Spiridonov, primul candidat la un transplant de cap, pentru RIA Novosti

De mulți ani, omenirea a încercat să se dezlege adevăratul motivși istoria apariției vieții pe planeta noastră. Cu puțin peste o sută de ani în urmă, în aproape toate țările, oamenii nici nu s-au gândit să pună sub semnul întrebării teoria intervenției divine și a creării lumii de către o ființă spirituală supremă.

Situația s-a schimbat după publicarea celei mai mari lucrări a lui Charles Darwin în noiembrie 1859, iar acum există multe controverse în jurul acestui subiect. Numărul susținătorilor teoriei evoluției lui Darwin în Europa și Asia se ridică la peste 60-70%, aproximativ 20% în SUA și aproximativ 19% în Rusia conform sfârșitului ultimului deceniu.

În multe țări astăzi există apeluri pentru a exclude lucrarea lui Darwin din programa școlară sau cel puțin pentru a o studia împreună cu alte teorii probabile. Dacă nu vorbim despre varianta religioasă, spre care este înclinată cea mai mare parte a populației lumii, astăzi există mai multe teorii de bază ale originii și evoluției vieții, care descriu dezvoltarea acesteia în diferite etape.

Panspermie

Susținătorii ideii de panspermie sunt convinși că primele microorganisme au fost aduse pe Pământ din spațiu. Aceasta a fost opinia celebrului enciclopedist german Hermann Helmholtz, a fizicianului englez Kelvin, a savantului rus Vladimir Vernadsky și a chimistului suedez Svante Arrhenius, care este considerat astăzi fondatorul acestei teorii.

S-a confirmat științific că meteoriți de pe Marte și alte planete, posibil de la comete care ar putea proveni chiar din sisteme stelare extraterestre, au fost descoperiți în mod repetat pe Pământ. Nimeni nu se îndoiește de asta astăzi, dar nu este încă clar cum ar fi putut să apară viața pe alte lumi. În esență, apologeții panspermiei schimbă „responsabilitatea” pentru ceea ce se întâmplă cu civilizațiile extraterestre.

Teoria supei primare

Nașterea acestei ipoteze a fost facilitată de experimentele lui Harold Urey și Stanley Miller efectuate în anii 1950. Au fost capabili să recreeze aproape aceleași condiții care existau pe suprafața planetei noastre înainte de originea vieții. Descărcări electrice mici și lumina ultravioletă au fost trecute printr-un amestec de hidrogen molecular, monoxid de carbon și metan.

Ca urmare, metanul și alte molecule primitive s-au transformat în substanțe organice complexe, inclusiv zeci de aminoacizi, zahăr, lipide și chiar începuturile acizilor nucleici.

Relativ recent, în martie 2015, oamenii de știință de la Universitatea din Cambridge, conduși de John Sutherland, au arătat că toate tipurile de „molecule ale vieții”, inclusiv ARN, proteine, grăsimi și carbohidrați, pot fi obținute prin reacții similare în care carbonul anorganic simplu. compuși, hidrogen sulfurat, săruri metalice și fosfați.

Suflu de viață de argilă

Una dintre principalele probleme cu versiunea anterioară a evoluției vieții este că multe molecule organice, inclusiv zaharuri, ADN și ARN, sunt prea fragile pentru a se acumula în cantități suficiente în apele oceanului primordial al Pământului, unde se credea anterior cel mai mult. evoluţionişti, au apărut primele fiinţe vii.

Oamenii de știință au descoperit mediul în care trăiau cei mai vechi strămoși ai oamenilorSăpăturile la scară largă din Cheile Olduvai i-au ajutat pe paleontologi să afle că primii noștri strămoși trăiau în plantații de palmieri și salcâmi, la umbra cărora puteau măcelări carcasele de girafe, antilope și alte ungulate din savanele Africii.

Chimistul britanic Alexander Cairns-Smith crede că viața este de „lut” mai degrabă decât de origine acvatică – mediul optim pentru acumularea și complicarea moleculelor organice complexe poate fi găsit în interiorul porilor și cristalelor din mineralele argiloase, și nu în „iazul primordial” al lui Darwin. „sau oceanul teoriilor Miller-Urey.

De fapt, evoluția a început la nivelul cristalelor și abia atunci, când compușii au devenit suficient de complexi și stabili, primele organisme vii au pornit într-o „călătorie deschisă” în oceanul primar al Pământului.

Viața pe fundul oceanului

Concurența cu această idee este ideea populară astăzi că viața nu își are originea pe suprafața oceanului, ci în regiunile cele mai adânci ale fundului său, în vecinătatea „fumătorilor negri”, a gheizerelor subacvatice și a altor surse geotermale.

Emisiile lor sunt bogate în hidrogen și alte substanțe, care, potrivit oamenilor de știință, s-ar putea acumula pe versanții stâncilor și ar putea oferi primei vieți toate resursele alimentare și catalizatori de reacție necesare.

Dovada acestui lucru poate fi recunoscută în ecosistemele moderne care există în vecinătatea surselor similare de pe fundul tuturor oceanelor Pământului - includ nu numai microbi, ci chiar ființe vii multicelulare.

Universul ARN

Teoria materialismului dialectic se bazează pe unitatea simultană și pe lupta nesfârșită a unei perechi de principii. Este despre despre informații despre ereditate și modificări biochimice structurale. Versiunea originii vieții în care ARN-ul joacă un rol cheie a parcurs un drum lung de la apariția sa în anii 1960 până la sfârșitul anilor 1980, când și-a dobândit trăsăturile moderne.

Pe de o parte, moleculele de ARN nu sunt la fel de eficiente în stocarea informațiilor ca ADN-ul, dar sunt capabile să accelereze simultan reacțiile chimice și să asambla copii ale lor. Trebuie înțeles că oamenii de știință nu au reușit încă să arate cum a funcționat întregul lanț de evoluție al vieții ARN și, prin urmare, această teorie nu a primit încă acceptarea universală.

Protocelule

O altă întrebare importantă în evoluția vieții este misterul modului în care astfel de molecule de ARN sau ADN și proteine ​​s-au „împrejmuit” de lumea exterioară și s-au transformat în primele celule izolate, al căror conținut este protejat de o membrană flexibilă sau un semivol. -coaja tare permeabila.

Pionierul în acest domeniu a fost celebrul chimist sovietic Alexander Oparin, care a arătat că picăturile de apă înconjurate de un strat dublu de molecule de grăsime pot avea proprietăți similare.

Ideile sale au fost aduse la viață de biologi canadieni sub conducerea lui Jack Szostak, laureat al Premiului Nobel pentru Fiziologie sau Medicină în 2009. Echipa sa a reușit să „împacheteze” un set simplu de molecule de ARN capabile să se auto-replica într-o membrană de molecule de grăsime prin adăugarea de ioni de magneziu și acid citric în prima „protocelulă”.

Endosimbioza

Un alt mister al evoluției vieții este modul în care au apărut creaturile multicelulare și de ce celulele oamenilor, animalelor și plantelor includ corpuri speciale, precum mitocondriile și cloroplastele, care au o structură neobișnuit de complexă.

Dietele strămoșilor oamenilor și ai cimpanzeilor au „diverjat” acum 3 milioane de aniPaleontologii au comparat proporțiile izotopilor de carbon din smalțul dinților australopitecinilor și au descoperit că strămoșii oamenilor și ai cimpanzeilor au trecut la diferite diete în urmă cu 3 milioane de ani, cu 1,5 milioane de ani mai devreme decât se credea anterior.

Botanistul german Andreas Schimper s-a gândit pentru prima dată la această problemă, sugerând că cloroplastele în trecut erau organisme independente similare cu cianobacteriile, care „s-au împrietenit” cu celulele strămoșilor plantelor și au început să trăiască în interiorul lor.

Această idee a fost dezvoltată ulterior de botanistul rus Konstantin Merezhkovsky și de evoluționistul american Lynn Margulis, care au arătat că mitocondriile și eventual toate celelalte organele complexe ale celulelor noastre au o origine similară.
Ca și în cazul teoriilor „lumii ARN” și a evoluției „lutului” a vieții, ideea de endosimbioză a atras inițial multe critici din partea majorității oamenilor de știință, dar astăzi aproape toți evoluționiștii nu se îndoiesc de corectitudinea ei.

Cine are dreptate și cine greșește?

Multe lucrări științifice și studii de specialitate au fost găsite în favoarea ipotezelor darwiniene, în special în domeniul „formelor de tranziție”. Darwin nu avea numărul necesar de artefacte arheologice pentru a-și susține lucrările științifice, deoarece în cea mai mare parte a fost ghidat de presupuneri personale.

De exemplu, numai în ultimii zece ani, oamenii de știință au găsit rămășițele mai multor „legături pierdute” similare ale evoluției, precum Tiktaalik și Indohyus, care ne permit să tragem o linie între animalele terestre și pești, și balene și hipopotami.
Pe de altă parte, scepticii susțin adesea că astfel de specii de animale nu sunt adevărate forme de tranziție, ceea ce dă naștere la dispute constante și nesfârșite între susținătorii darwinismului și adversarii lor.

Pe de altă parte, experimentele pe E. coli obișnuite și pe diferite creaturi multicelulare arată clar că evoluția este reală și că animalele se pot adapta rapid la noile condiții de viață, dobândind noi caracteristici pe care strămoșii lor nu le aveau acum 100-200 de generații.

Merită să ne amintim că o parte semnificativă a societății moderne este încă înclinată să creadă în existența unei inteligențe divine superioare sau a civilizațiilor extraterestre care au fondat viața pe Pământ. Până acum, nu există o singură teorie corectă, iar umanitatea nu a răspuns încă la această întrebare în viitor.

Întrebarea când a apărut viața pe Pământ a îngrijorat întotdeauna nu numai oamenii de știință, ci și toți oamenii. Răspunsuri la asta

aproape toate religiile. Deși nu există încă un răspuns științific exact la această întrebare, unele fapte ne permit să facem ipoteze mai mult sau mai puțin rezonabile. Cercetătorii au găsit o probă de rocă în Groenlanda

cu un strop minuscul de carbon. Vârsta eșantionului este de peste 3,8 miliarde de ani. Sursa de carbon a fost cel mai probabil un fel de materie organică - în acest timp și-a pierdut complet structura. Oamenii de știință cred că acest bulgăre de carbon ar putea fi cea mai veche urmă de viață de pe Pământ.

Cum arăta Pământul primitiv?

Să avansăm rapid până acum 4 miliarde de ani. Atmosfera nu conține oxigen liber, se găsește doar în oxizi. Aproape niciun sunet în afară de fluierul vântului, șuieratul apei care erupe cu lavă și impactul meteoriților pe suprafața Pământului. Fara plante, fara animale, fara bacterii. Poate așa arăta Pământul când a apărut viața pe el? Deși această problemă a fost de multă vreme preocupare pentru mulți cercetători, opiniile lor cu privire la această problemă variază foarte mult. Rocile ar putea indica condițiile de pe Pământ la acel moment, dar au fost distruse cu mult timp în urmă, ca urmare a proceselor și mișcărilor geologice. Scoarta terestra.

În acest articol vom vorbi pe scurt despre mai multe ipoteze pentru originea vieții, reflectând ideile științifice moderne. Potrivit lui Stanley Miller, un cunoscut expert în domeniul originii vieții, putem vorbi despre originea vieții și începutul evoluției ei din momentul în care moleculele organice s-au autoorganizat în structuri care au fost capabile să se reproducă. . Dar acest lucru ridică alte întrebări: cum au apărut aceste molecule; de ce s-au putut reproduce și să se adune în acele structuri care au dat naștere organismelor vii; ce conditii sunt necesare pentru asta?

Potrivit unei ipoteze, viața a început într-o bucată de gheață. Deși mulți oameni de știință cred că dioxidul de carbon din atmosferă a menținut condițiile de seră, alții cred că iarna a domnit pe Pământ. La temperaturi scăzute, toți compușii chimici sunt mai stabili și, prin urmare, se pot acumula în cantități mai mari decât la temperaturi ridicate. Fragmentele de meteorit aduse din spațiu, emisiile din gurile hidrotermale și reacțiile chimice care au loc în timpul descărcărilor electrice în atmosferă au fost surse de amoniac și compuși organici precum formaldehida și cianura. Intrând în apa Oceanului Mondial, au înghețat odată cu el. În coloana de gheață, moleculele de substanțe organice s-au apropiat și au intrat în interacțiuni care au dus la formarea glicinei și a altor aminoacizi. Oceanul a fost acoperit cu gheață, care a protejat compușii nou formați de distrugerea de către radiațiile ultraviolete. Această lume înghețată s-ar putea topi, de exemplu, dacă un meteorit uriaș ar cădea pe planetă (Fig. 1).

Charles Darwin și contemporanii săi credeau că viața ar fi putut apărea într-un corp de apă. Mulți oameni de știință încă aderă la acest punct de vedere. Într-un rezervor închis și relativ mic, substanțele organice aduse de apele care se varsă în el s-ar putea acumula în cantitățile necesare. Acești compuși au fost apoi concentrați în continuare pe suprafețele interioare ale mineralelor stratificate, care ar putea cataliza reacțiile. De exemplu, două molecule de fosaldehidă care s-au întâlnit la suprafața unui mineral au reacționat între ele pentru a forma o moleculă de carbohidrat fosforilat, un posibil precursor al acidului ribonucleic (Fig. 2).

Sau poate viața a apărut în zone cu activitate vulcanică? Imediat după formarea sa, Pământul era o minge de magmă care suflă foc. În timpul erupțiilor vulcanice și cu gaze eliberate din magma topită, suprafața pământului variat substanțe chimice, necesare sintezei moleculelor organice. Astfel, moleculele de monoxid de carbon, odată ajunse la suprafața piritei minerale, care are proprietăți catalitice, ar putea reacționa cu compuși care aveau grupări metil și forma acid acetic, din care au fost apoi sintetizați alți compuși organici (Fig. 3).

Pentru prima dată, omul de știință american Stanley Miller a reușit să obțină molecule organice - aminoacizi - în condiții de laborator simulând pe cele care se aflau pe Pământul primitiv în 1952. Atunci aceste experimente au devenit o senzație, iar autorul lor a câștigat faima mondială. În prezent, el continuă să efectueze cercetări în domeniul chimiei prebiotice (înainte de viață) la Universitatea din California. Instalația pe care s-a efectuat primul experiment a fost un sistem de baloane, într-unul dintre care s-a putut obține o descărcare electrică puternică la o tensiune de 100.000 V.

Miller a umplut acest balon cu gaze naturale - metan, hidrogen și amoniac, care erau prezente în atmosfera Pământului primitiv. Balonul de dedesubt conținea o cantitate mică de apă, simulând oceanul. Descărcarea electrică era aproape de puterea fulgerului, iar Miller se aștepta ca sub acțiunea sa să se formeze compuși chimici care, atunci când ajung în apă, vor reacționa între ei și vor forma molecule mai complexe.

Rezultatul a depășit toate așteptările. După ce a oprit instalația seara și s-a întors în dimineața următoare, Miller a descoperit că apa din balon căpătase o culoare gălbuie. Ceea ce a apărut a fost o supă de aminoacizi, elementele de bază ale proteinelor. Astfel, acest experiment a arătat cât de ușor se pot forma ingredientele primare ale vieții. Tot ce era nevoie era un amestec de gaze, un mic ocean și puțin fulger.

Alți oameni de știință sunt înclinați să creadă că atmosfera antică a Pământului era diferită de cea pe care a modelat-o Miller și, cel mai probabil, a constat din dioxid de carbon și azot. Folosind acest amestec de gaze și configurația experimentală a lui Miller, chimiștii au încercat să producă compuși organici. Cu toate acestea, concentrația lor în apă era la fel de nesemnificativă ca și cum o picătură de colorant alimentar ar fi dizolvată într-o piscină. Desigur, este dificil de imaginat cum ar putea apărea viața într-o soluție atât de diluată.

Dacă într-adevăr contribuția proceselor pământești la crearea rezervelor de materie organică primară a fost atât de nesemnificativă, atunci de unde a venit? Poate din spațiu? Asteroizii, cometele, meteoriții și chiar particulele de praf interplanetar ar putea transporta compuși organici, inclusiv aminoacizi. Aceste obiecte extraterestre ar putea furniza cantități suficiente de compuși organici pentru ca originea vieții să intre în oceanul primordial sau în corpul mic de apă.

Secvența și intervalul de timp al evenimentelor, începând de la formarea materiei organice primare și terminând cu apariția vieții ca atare, rămâne și, probabil, va rămâne pentru totdeauna un mister care îngrijorează mulți cercetători, precum și întrebarea ce. de fapt, consideră-l viață.

În prezent, există mai multe definiții științifice ale vieții, dar toate nu sunt exacte. Unele dintre ele sunt atât de largi încât obiecte neînsuflețite precum focul sau cristalele minerale cad sub ele. Alții sunt prea îngusti și, potrivit acestora, catârii care nu dau naștere la urmași nu sunt recunoscuți ca vii.

Una dintre cele mai de succes definește viața ca un sistem chimic auto-susținut capabil să se comporte în conformitate cu legile evoluției darwiniene. Aceasta înseamnă că, în primul rând, un grup de indivizi vii trebuie să producă descendenți asemănători lor, care moștenesc caracteristicile părinților lor. În al doilea rând, generațiile de descendenți trebuie să arate consecințele mutațiilor - modificări genetice care sunt moștenite de generațiile ulterioare și provoacă variabilitatea populației. Și în al treilea rând, este necesar să funcționeze un sistem de selecție naturală, în urma căruia unii indivizi câștigă un avantaj față de alții și supraviețuiesc în condiții schimbate, producând urmași.

Ce elemente ale sistemului au fost necesare pentru ca acesta să aibă caracteristicile unui organism viu? Un număr mare de biochimiști și biologi moleculari consideră că moleculele de ARN aveau proprietățile necesare. ARN - acizii ribonucleici - sunt molecule speciale. Unii dintre ei se pot replica, muta, transmite astfel informații și, prin urmare, ar putea participa la selecția naturală. Adevărat, ei nu sunt capabili să catalizeze singuri procesul de replicare, deși oamenii de știință speră că în viitorul apropiat va fi găsit un fragment de ARN cu o astfel de funcție. Alte molecule de ARN sunt implicate în „citirea” informațiilor genetice și transferarea acesteia la ribozomi, unde are loc sinteza moleculelor de proteine, la care participă al treilea tip de molecule de ARN.

Astfel, cel mai primitiv sistem viu ar putea fi reprezentat de moleculele de ARN care se dublează, suferă mutații și sunt supuse selecției naturale. În cursul evoluției, pe baza ARN, au apărut molecule specializate de ADN - custodele informațiilor genetice - și molecule proteice nu mai puțin specializate, care au preluat funcțiile de catalizatori pentru sinteza tuturor moleculelor biologice cunoscute în prezent.

La un moment dat, un „sistem viu” de ADN, ARN și proteine ​​și-a găsit adăpost într-un sac format dintr-o membrană lipidică, iar această structură, mai protejată de influențele externe, a servit drept prototipul primelor celule care au dat naștere. la cele trei ramuri principale ale vieții, care sunt reprezentate în lumea modernă de bacterii, arhee și eucariote. În ceea ce privește data și succesiunea apariției unui astfel de celule primare, atunci rămâne un mister. În plus, conform unor estimări probabilistice simple, nu există timp suficient pentru tranziția evolutivă de la molecule organice la primele organisme - primele organisme cele mai simple au apărut prea brusc.

Timp de mulți ani, oamenii de știință au crezut că este puțin probabil ca viața să fi putut apărea și să se fi dezvoltat în perioada în care Pământul a fost supus constant coliziunilor cu comete mari și meteoriți, perioadă care s-a încheiat cu aproximativ 3,8 miliarde de ani în urmă. Cu toate acestea, recent, în cele mai vechi roci sedimentare de pe Pământ, găsite în sud-vestul Groenlandei, au fost descoperite urme de structuri celulare complexe datând de cel puțin 3,86 miliarde de ani. Aceasta înseamnă că primele forme de viață ar fi putut apărea cu milioane de ani înainte ca bombardamentul planetei noastre de către corpuri cosmice mari să înceteze. Dar atunci este posibil un scenariu complet diferit (Fig. 4).

Obiectele spațiale care cădeau pe Pământ ar fi putut juca un rol central în apariția vieții pe planeta noastră, deoarece, potrivit unui număr de cercetători, celulele asemănătoare bacteriilor ar fi putut să apară pe o altă planetă și să fi ajuns apoi pe Pământ împreună cu asteroizii. O dovadă care susține teoria originilor extraterestre a vieții a fost găsită în interiorul unui meteorit în formă de cartof și numit ALH84001. Acest meteorit a fost inițial o bucată de crustă marțiană, care a fost apoi aruncată în spațiu ca urmare a unei explozii când un asteroid uriaș s-a ciocnit cu suprafața lui Marte, care a avut loc acum aproximativ 16 milioane de ani. Și acum 13 mii de ani, după o lungă călătorie în sistemul solar, acest fragment de rocă marțiană sub formă de meteorit a aterizat în Antarctica, unde a fost descoperit recent. Un studiu detaliat al meteoritului a dezvăluit structuri în formă de tijă asemănătoare bacteriilor fosilizate în interiorul acestuia, ceea ce a dat naștere la dezbateri științifice aprinse despre posibilitatea vieții adânci în scoarța marțiană. Va fi posibil să se rezolve aceste dispute nu mai devreme de 2005, când Administrația Națională pentru Aeronautică și Spațiu din SUA va implementa un program de zbor cu o navă spațială interplanetară către Marte pentru a preleva mostre din crusta marțiană și a livra mostre pe Pământ. Și dacă oamenii de știință reușesc să demonstreze că microorganismele au locuit cândva pe Marte, atunci putem vorbi cu un grad mai mare de încredere despre originea extraterestră a vieții și despre posibilitatea ca viața să fie adusă din spațiul cosmic (Fig. 5).

Orez. 5. Originea noastră este de la microbi.

Ce am moștenit din formele de viață antice? Comparația de mai jos a organismelor unicelulare cu celulele umane dezvăluie multe asemănări.

1. Reproducerea sexuală Două celule de reproducere specializate ale algelor - gameții - se împerechează pentru a forma o celulă care poartă material genetic de la ambii părinți. Acest lucru amintește în mod remarcabil de fertilizarea unui ovul uman de către un spermatozoid.

2. Gene Cilii subțiri de pe suprafața unui parameciu unicelular se leagănă ca niște vâsle mici și îi asigură mișcarea în căutarea hranei. Cilii similari căptuiesc tractul respirator uman, secretă mucus și captează particule străine.

3. Capturați alte celule Ameba absoarbe alimentele, înconjurând-o cu o pseudopodă, care se formează prin extinderea și alungirea unei părți a celulei. Într-un organism animal sau uman, celulele sanguine amiboide își extind în mod similar pseudopodiile pentru a înghiți bacteriile periculoase. Acest proces se numește fagocitoză.

4. Mitocondriile Primele celule eucariote au apărut atunci când o amibă a capturat celule procariote ale bacteriilor aerobe, care s-au dezvoltat în mitocondrii. Și deși bacteriile și mitocondriile unei celule (pancreas) nu sunt foarte asemănătoare, ele au o singură funcție - de a produce energie prin oxidarea alimentelor.

5. Flagelii Flagelul lung al unui spermatozoid uman îi permite să se miște cu viteză mare. Bacteriile și eucariotele simple au și flageli cu o structură internă similară. Este format dintr-o pereche de microtubuli înconjurați de alți nouă.

Evoluția vieții pe Pământ: de la simplu la complex

În prezent, și probabil în viitor, știința nu va putea răspunde la întrebarea cum arăta primul organism care a apărut pe Pământ - strămoșul din care provin cele trei ramuri principale ale arborelui vieții. Una dintre ramuri este eucariote, ale căror celule au un nucleu format care conține material genetic și organite specializate: mitocondrii producătoare de energie, vacuole etc. Organismele eucariote includ alge, ciuperci, plante, animale și oameni.

A doua ramură este bacteriile - organisme unicelulare procariote (prenucleare) care nu au un nucleu și organele pronunțate. Și, în cele din urmă, a treia ramură este organisme unicelulare numite arheea, sau arheobacterii, ale căror celule au aceeași structură ca procariotele, dar o structură chimică complet diferită a lipidelor.

Multe arheobacterii sunt capabile să supraviețuiască în condiții de mediu extrem de nefavorabile. Unii dintre ei sunt termofili și trăiesc doar în izvoare termale cu temperaturi de 90 ° C sau chiar mai mari, unde alte organisme ar muri pur și simplu. Simțindu-se grozav în astfel de condiții, aceste organisme unicelulare consumă fier și substanțe care conțin sulf, precum și o serie de compuși chimici care sunt toxici pentru alte forme de viață. Potrivit oamenilor de știință, arhebacteriile termofile găsite sunt organisme extrem de primitive și, din punct de vedere evolutiv, rude apropiate ale celor mai vechi forme de viață de pe Pământ.

Este interesant că reprezentanții moderni ai tuturor celor trei ramuri ale vieții, cele mai asemănătoare cu strămoșii lor, încă trăiesc în locuri cu temperaturi ridicate. Pe baza acestui fapt, unii oameni de știință sunt înclinați să creadă că, cel mai probabil, viața a apărut cu aproximativ 4 miliarde de ani în urmă pe fundul oceanului, lângă izvoarele termale, erupând fluxuri bogate în metale și substanțe cu energie ridicată. Interacționând între ei și cu apa oceanului steril de atunci, intrând într-o mare varietate de reacții chimice, acești compuși au dat naștere la molecule fundamental noi. Așadar, timp de zeci de milioane de ani, cel mai mare fel de mâncare - viața - a fost pregătit în această „bucătărie chimică”. Și acum aproximativ 4,5 miliarde de ani, pe Pământ au apărut organisme unicelulare, a căror existență singuratică a continuat pe tot parcursul perioadei precambriene.

Explozia de evoluție care a dat naștere organismelor multicelulare a avut loc mult mai târziu, cu puțin peste jumătate de miliard de ani în urmă. Deși microorganismele sunt atât de mici încât o singură picătură de apă poate conține miliarde, amploarea activității lor este enormă.

Se crede că inițial nu exista oxigen liber în atmosfera pământului și oceane, iar în aceste condiții au trăit și s-au dezvoltat doar microorganisme anaerobe. Un pas special în evoluția viețuitoarelor a fost apariția bacteriilor fotosintetice, care, folosind energia luminoasă, au transformat dioxidul de carbon în compuși de carbohidrați care serveau drept hrană altor microorganisme. Dacă primele fotosintetice au produs metan sau hidrogen sulfurat, atunci mutanții care au apărut cândva au început să producă oxigen în timpul fotosintezei. Pe măsură ce oxigenul se acumulează în atmosferă și ape bacterii anaerobe, pentru care este distructiv, nișe ocupate fără oxigen.

Fosile antice găsite în Australia, datând de 3,46 miliarde de ani, au scos la iveală structuri despre care se crede că sunt rămășițele cianobacteriilor, primele microorganisme fotosintetice. Dominanța anterioară a microorganismelor anaerobe și a cianobacteriilor este evidențiată de stromatoliții găsiți în apele de coastă puțin adânci ale corpurilor de apă sărată nepoluate. Ca formă, seamănă cu bolovani mari și reprezintă o comunitate interesantă de microorganisme care trăiesc în rocile de calcar sau dolomit formate ca urmare a activității lor de viață. La o adâncime de câțiva centimetri de la suprafață, stromatoliții sunt saturati cu microorganisme: cianobacteriile fotosintetice care produc oxigen trăiesc în stratul superior; se găsesc bacterii mai profunde care sunt într-o anumită măsură tolerante la oxigen și nu necesită lumină; în stratul inferior există bacterii care pot trăi doar în absența oxigenului. Situate în straturi diferite, aceste microorganisme formează un sistem unit prin relații complexe între ele, inclusiv relații alimentare. În spatele peliculei microbiene se află o rocă formată ca urmare a interacțiunii rămășițelor de microorganisme moarte cu carbonatul de calciu dizolvat în apă. Oamenii de știință cred că atunci când nu existau continente pe Pământul primitiv și numai arhipelaguri de vulcani se ridicau deasupra suprafeței oceanului, apele puțin adânci erau pline de stromatoliți.

Ca urmare a activității cianobacteriilor fotosintetice, oxigenul a apărut în ocean și, la aproximativ 1 miliard de ani după aceea, a început să se acumuleze în atmosferă. În primul rând, oxigenul rezultat a interacționat cu fierul dizolvat în apă, ceea ce a dus la apariția oxizilor de fier, care au precipitat treptat în partea de jos. Astfel, de-a lungul a milioane de ani, cu participarea microorganismelor, au apărut zăcăminte uriașe de minereu de fier, din care astăzi se topește oțelul.

Apoi, când cea mai mare parte a fierului din oceane a fost oxidată și nu a mai putut lega oxigenul, acesta a scăpat în atmosferă sub formă gazoasă.

După ce cianobacteriile fotosintetice au creat un anumit aport de materie organică bogată în energie din dioxid de carbon și au îmbogățit atmosfera pământului cu oxigen, au apărut noi bacterii - aerobe, care pot exista numai în prezența oxigenului. Au nevoie de oxigen pentru oxidarea (combustia) compușilor organici, iar o parte semnificativă din energia rezultată este transformată într-o formă disponibilă biologic - adenozin trifosfat (ATP). Acest proces este foarte favorabil din punct de vedere energetic: bacteriile anaerobe, atunci când descompun o moleculă de glucoză, primesc doar 2 molecule de ATP, iar bacteriile aerobe care folosesc oxigen primesc 36 de molecule de ATP.

Odată cu apariția oxigenului suficient pentru un stil de viață aerob, au debutat și celulele eucariote care, spre deosebire de bacterii, au nucleu și organele precum mitocondriile, lizozomii, iar în alge și plantele superioare - cloroplastele, unde au loc reacții fotosintetice. Exista o ipoteza interesanta si bine intemeiata cu privire la aparitia si dezvoltarea eucariotelor, exprimata in urma cu aproape 30 de ani de cercetatorul american L. Margulis. Conform acestei ipoteze, mitocondriile care funcționează ca fabrici de energie în celula eucariotă sunt bacterii aerobe, iar cloroplastele celulelor vegetale în care are loc fotosinteza sunt cianobacteriile, absorbite probabil cu aproximativ 2 miliarde de ani în urmă de amibele primitive. Ca urmare a interacțiunilor reciproc avantajoase, bacteriile absorbite au devenit simbioți interni și au format un sistem stabil cu celula care le-a absorbit - o celulă eucariotă.

Studiile asupra resturilor fosile de organisme din roci de diferite vârste geologice au arătat că timp de sute de milioane de ani de la origine, formele de viață eucariote au fost reprezentate de organisme unicelulare sferice microscopice, cum ar fi drojdia, iar dezvoltarea lor evolutivă a decurs foarte lent. ritm. Dar cu puțin peste 1 miliard de ani în urmă, au apărut multe specii noi de eucariote, marcând un salt dramatic în evoluția vieții.

În primul rând, acest lucru s-a datorat apariției reproducerii sexuale. Și dacă bacteriile și eucariotele unicelulare s-au reprodus prin producerea de copii identice genetic ale lor și fără a fi nevoie de un partener sexual, atunci reproducerea sexuală în organisme eucariote mai înalt organizate are loc după cum urmează. Două celule sexuale haploide ale părinților, având un singur set de cromozomi, fuzionează pentru a forma un zigot care are un set dublu de cromozomi cu genele ambilor parteneri, ceea ce creează oportunități pentru noi combinații de gene. Apariția reproducerii sexuale a dus la apariția unor noi organisme, care au intrat în arena evoluției.

Trei sferturi din întreaga existență a vieții pe Pământ a fost reprezentată exclusiv de microorganisme, până când s-a produs un salt calitativ în evoluție, care a dus la apariția unor organisme extrem de organizate, inclusiv a omului. Să urmărim principalele repere din istoria vieții pe Pământ într-o linie descendentă.

În urmă cu 1,2 miliarde de ani a avut loc o explozie a evoluției, cauzată de apariția reproducerii sexuale și marcată de apariția unor forme de viață extrem de organizate - plante și animale.

Formarea de noi variații ale genotipului mixt care apare în timpul reproducerii sexuale s-a manifestat sub forma biodiversității de noi forme de viață.

Acum 2 miliarde de ani, celulele eucariote complexe au apărut când organismele unicelulare și-au complicat structura prin absorbția altor celule procariote. Unele dintre ele - bacterii aerobe - s-au transformat în mitocondrii - stații energetice pentru respirația oxigenului. Altele - bacteriile fotosintetice - au început să efectueze fotosinteza în interiorul celulei gazdă și au devenit cloroplaste în celulele de alge și plante. Celulele eucariote, care au aceste organite și un nucleu clar distinct care conține material genetic, alcătuiesc toate formele moderne de viață complexe - de la mucegaiuri la oameni.

În urmă cu 3,9 miliarde de ani, au apărut organisme unicelulare care probabil arătau ca bacteriile și arheobacterii moderne. Atât celulele procariote antice, cât și cele moderne au o structură relativ simplă: nu au un nucleu format și organele specializate, citoplasma lor asemănătoare jeleului conține macromolecule de ADN - purtători de informații genetice și ribozomi pe care are loc sinteza proteinelor, iar energia este produsă pe membrana citoplasmatică din jurul celulei.

Acum 4 miliarde de ani, ARN-ul a apărut în mod misterios. Este posibil să fi fost format din molecule organice mai simple care au apărut pe pământul primitiv. Se crede că moleculele antice de ARN aveau funcții de purtători de informații genetice și catalizatori proteici, erau capabile de replicare (auto-duplicare), mutau și erau supuse selecției naturale. În celulele moderne, ARN-ul nu are sau nu prezintă aceste proprietăți, dar joacă un rol foarte important ca intermediar în transferul informațiilor genetice de la ADN la ribozomi, în care are loc sinteza proteinelor.

A.L. Prohorov
Bazat pe un articol de Richard Monasterski
În revistă National Geographic, 1998 nr. 3

Știința nu poate spune încă nici măcar aproximativ, chiar și cu o eroare de milioane de ani. Ceea ce este incontestabil este că materia vie s-a schimbat de-a lungul a sute de milioane de ani din viața Pământului, în funcție de condițiile de mediu, de condițiile de existență ale organismelor.

Dezvoltarea organismelor vegetale și animale

Comparând organisme vegetale și animale, diferențe profunde pot fi găsite în ele. Dacă trecem de la formele superioare la cele inferioare, de la mai puternic organizate la mai puțin organizate, aceste diferențe se netezesc treptat. Cei mai simpli reprezentanți ai animalelor și plantelor sunt atât de apropiați unul de celălalt încât împărțirea lor este condiționată și nu este posibil să se stabilească o graniță ascuțită aici. Acest lucru sugerează cu tărie unitate a vieții. Viața s-a dezvoltat și s-a îmbunătățit treptat. Ca urmare a schimbărilor continue, au apărut noi organisme vegetale și animale care au fost mai bine adaptate noului mediu. Lumea vegetală și animală care ne este familiară este doar una dintre etapele acelui proces grandios de dezvoltare a vieții, care a început cu foarte mult timp în urmă.

Istoria originii vieții pe Pământ în straturile scoarței terestre

Despre trecutul Pământului vorbește elocvent straturi ale scoarței terestre cu rămășițele diverselor organisme păstrate în ele, rocile care alcătuiesc straturile, amplasarea acestora și alte caracteristici (mai multe detalii:). Aceste straturi sunt ca paginile unei cărți speciale, o carte fascinantă despre viața Pământului. Trebuie doar să îi poți citi paginile dărăpănate, uneori prea împrăștiate. Straturi ale Pământului. Într-o râpă adâncă sau pe malul unui râu puteți găsi scoici neobișnuite ca aspect și formă, amprente de plante și animale pe piatră, pietre care arată ca un fagure sau coarne mici de berbec, precum și tuburi de piatră ascuțite pe unul. lateral, variind ca marime si grosime... Seamănă oarecum cu fragmente de degete de piatră. Pentru această asemănare, ele sunt numite colocvial „degetele diavolului”.
La naiba degetul. De asemenea, s-ar putea să ai norocul să găsești dinți cu forme neobișnuite, oase și chiar schelete întregi, amprente, uneori de dimensiuni enorme, de animale nemaivăzute până acum.
Descoperiri arheologice. Rocile care alcătuiesc scoarța terestră nu sunt mai puțin remarcabile decât resturile fosile ale organismelor care se găsesc în ele. În unele locuri atenția ne este atrasă de argile albastre, roșii și negre, în altele de gresii negre, roșii și verzi, nisipuri albe și verzi, calcare, uneori revărsate de rămășițe ale diverselor organisme.
Calcarul este umplut cu resturile diferitelor organisme. Cercetătorii naturii au observat de mult timp că rămășițele diferitelor organisme se găsesc în straturi diferite. În unele straturi, de exemplu, lângă Sankt Petersburg, cineva este lovit de abundența de scoici plate mici - „obolus”, aproximativ de dimensiunea unei monede de doi copeci („obolos” în greacă, o monedă mică de schimb - obol) , în alte straturi, de exemplu, lângă Moscova, există o abundență de „degetele diavolului” „.
Abundență de „degete ale diavolului” în straturi. De aici s-a tras concluzia că aceste straturi s-au format în momente geologice diferite, când aceste organisme particulare s-au răspândit în apele mării. Obolus a locuit în antica Marea Siluriană, care a apărut, după cum estimează geologii, cu aproximativ 360 de milioane de ani în urmă și a existat timp de 40 de milioane de ani. Această mare a ocupat o suprafață uriașă începând de la granițele de est ale Europei de Vest până la Marea Aral în est și aproximativ de la latitudinea Tula în nord până la Munții Caucaz în sud. Mările moderne, de exemplu Marea Neagră, aruncă și mase uriașe de tot felul de scoici. Pe plaja „de aur” Evpatoria veți fi uimiți de abundența de scoici. Meșterii locali își decorează cu pricepere suvenirurile simple cu el - cutii, rame foto și diverse mărțișoare. Împreună cu scopul său artistic, cochilia este bine folosită în locul nisipului de balast pentru șinele de cale ferată. Grosimile scoicii Mării Negre au servit drept material de pornire pentru formarea straturilor de rocă de coajă - un material de construcție excelent care poate fi prelucrat cu ușurință.
Roca coajă este un material de construcție excelent. „Degetul diavolului” nu are mai puțin interesanta poveste. Diavolul de aici este amintit doar din ignoranță: acestea nu sunt altceva decât fragmente din învelișul interior al vechii belemnite de moluște cefalopode, care a trăit în îndepărtata era mezozoică, cu aproximativ 185 de milioane de ani în urmă. Numele animalului provine de la cuvântul grecesc antic „belemnon” - o săgeată, al cărei vârf seamănă în general cu un „deget al diavolului”.

Descendenții Belemniților

Puținii descendenți ai belemniților - sepie și monștri uriași - caracatițe, sau caracatițe, se găsesc în mările moderne, atât reci, cât și calde, atât în ​​apropierea coastei, cât și la adâncimi mari (până la 3500 de metri). Majoritatea cefalopodelor sunt carnivore; uneori ajung la 17 metri, dintre care 6 metri sunt pe corpul animalului, restul pe tentacule - „picioare”, numărând până la zece.
Caracatiță uriașă. Cefalopodele înoată într-un mod special: prin contracția puternică a mușchilor corpului lor, ejectează un jet de apă din gură. Din această împingere animalul se repezi rapid, ca o torpilă. Ai putea crede că plutește înapoi. În caz de pericol, unii cefalopode eliberează conținutul unui sac de cerneală special și devin invizibili pentru inamic în spatele unei perdele tulburi. Celebra cerneală chinezească și vopsea maro - sepia - sunt făcute din conținutul sacului de cerneală. Multe cefalopode, în special sepie, sunt consumate (în China) atât proaspete, cât și uscate. „Degetul diavolului” însuși a fost localizat în partea de coadă a animalului și a oferit prădătorului viteza de mișcare.

Mări străvechi

Cefalopodele antice au fost găsite din abundență în Marea Cretacică, care în prima jumătate a perioadei Cretacice a umplut o fâșie largă de-a lungul crestei Uralului, extinzându-se ca un golf adânc spre vest până la meridianul Tver-Kaluga, iar în a doua jumătate a ocupat aproape toată jumătatea de sud a părții europene a Rusia până la granițele de sud cu Turcia și Iran. În această regiune de sud a Mării Cretacice, lanțul Caucazului principal se găsea deja sub forma unei insule stâncoase.

Studiul formării straturilor Pământului

Dacă în straturi ale PământuluiÎn zonele îndepărtate unele de altele, de exemplu, lângă Moscova și lângă Ulyanovsk, „degetele diavolului” sau alte resturi organice identice se găsesc din abundență - acest lucru indică în mod convingător că aceste straturi s-au format în același timp geologic, altfel - în același timp geologic. perioadă, epocă, secol etc.

Studiul straturilor scoarței terestre în perioada cuaternară

Material interesant poate fi obținut din studierea straturilor scoarței terestre formate în cel mai apropiat milion de ani de noi. Această perioadă geologică, care continuă până în zilele noastre, se numește perioada cuaternară. În straturile superioare ale regiunii Volga de Jos și Mijloc, de exemplu în regiunile Astrakhan, Volgograd, Saratov și Kuibyshev, în special în regiunea Trans-Volga, există scoici similare cu cele care trăiesc acum în Marea Caspică.
Cochilie antică fosilă. Pe baza descoperirilor acestor scoici, a fost posibil să se stabilească limitele uriașei care exista odinioară. Aral-Marea Caspică. Volgograd și Saratov sunt acum situate pe malul său principal. Cercetătorii pot chiar să stabilească cu siguranță că golful îngust nordic al mării trecea de-a lungul malului drept înalt al Kama, departe spre nord-est. Așa era această mare acum aproximativ 100 de mii de ani, când cea mai mare parte a teritoriului european al Rusiei se afla sub acoperirea marii glaciații și grosimea gheții a ajuns, după cum cred geologii, până la doi kilometri. În straturile mai adânci din regiunea Volga, se găsesc oase de tauri de bizon, cai sălbatici, cămile uriașe, mamuți, căprioare gigantice, rinoceri păros, lei de peșteră și alte animale acum dispărute. Cu cât pătrundem mai adânc în straturi, cu atât mai des vom întâlni oasele animalelor care sunt din ce în ce mai diferite de reprezentanții moderni ai lumii animale.
Rămășițe fosilizate de animale. Studiind rămășițele fosilizate de viață din epoci trecute, geologii par să răstoarne paginile de piatră ale marii cărți a naturii. Cu toate acestea, adesea nu oferă un răspuns exhaustiv: lipsesc multe pagini, deoarece nu toate organismele care au existat în epocile trecute ale vieții planetei noastre și-au pus amprenta pe piatră.
Amprenta unui vierme pietrificat. De la lanțul lung al vieții, pornind de la apariția materiei vii până la forma cea mai perfectă - omul, s-au păstrat doar fragmente separate; lipsesc multe verigi ale acestui lanț. Cele mai vechi straturi ale scoarței terestre, foarte modificate în timpul formării sale, aproape nu conțin semne de viață organică.

Formarea organismelor fosile

Urme mai distincte de organisme încep să apară în acele roci care s-au format din sedimentele rezervoarelor antice. Organismele și scheletele lor îngropate în aceste sedimente s-au transformat treptat în piatră în condiții favorabile, cu alte cuvinte, s-au mineralizat.
Descoperiri mineralizate. Materia lor organică a fost înlocuită din soluții cu minerale, cum ar fi carbonatul de var, silice și alte substanțe. Așa s-au format diverse scoici fosilizate, oase, bucăți de lemn și chiar trunchiuri întregi de copaci.
Lemn pietrificat. Dacă o placă subțire transparentă (mai subțire decât o foaie de hârtie), așa-numita secțiune subțire, este lustruită dintr-o bucată de lemn pietrificat, atunci la microscop vom vedea clar structura internă a lemnului antic. Uneori nu cojile în sine, părțile plantelor etc., se păstrează, ci doar amprentele lor, de exemplu, amprentele frunzelor plantelor.
Amprenta frunzelor. Există, de asemenea, turnate formate din material care a umplut carcasa și s-a întărit ulterior. Acest lucru creează „nucleele interioare”, așa cum le numesc geologii. Ele seamănă cu turnările metalice într-o formă specifică. Când coaja în sine se dizolvă, se obține o turnare a formei sale exterioare, sau „miez exterior”. Mediul în care s-au păstrat rămășițele de animale a determinat conservarea acestora: în nisipurile cu granulație grosieră, rămășițele de animale au fost dizolvate prin apele circulante, în argile au fost zdrobite, iar în rocile metamorfice au dispărut complet. Doar sedimentele mâloase cu granulație fină, turba, asfaltul natural și mai ales rășina de conifere au determinat conservarea excepțională a resturilor organice. Insectele, de exemplu, și florile, prinse cu milioane de ani în urmă în rășină lichidă de copac, au fost conservate în întregime fără nici cea mai mică schimbare, ca și cum ar fi vii. Cum poate fi explicat acest lucru? Faptul este că rășina s-a întărit treptat, s-a transformat în piatră, transformându-se în chihlimbar - o piatră aurie semiprețioasă, adesea complet transparentă. Chihlimbarul este folosit pentru a face margele, piese bucale, broșe etc. În chihlimbar se găsesc adesea diverse insecte, în special furnicile.
Furnica în chihlimbar. Iată ce a scris Lomonosov despre aceste minuni în urmă cu aproximativ 260 de ani:

Mergând la umbra plopului, o furnică și-a înfipt piciorul în rășina lipicioasă. Deși a fost disprețuitor printre oamenii din viața lui: După moartea în chihlimbar, au devenit prețioși.

Nu întotdeauna, mai ales pe vremuri, descoperirile geologice au primit definiția și scopul corect. Au fost și ciudățenii de neuitat. Într-una, de exemplu, catedrala spaniolă din secolul al XVII-lea, dintele molar al unui mamut era venerat ca dintele fără îndoială al unui sfânt. Cei care sufereau de dureri de dinți s-au aplicat la dintele de mamut și, în general, dădeau un venit bun „sfinților părinți”. Rețineți că dimensiunile aproximative ale unui dinte de mamut sunt: ​​lungimea rădăcinii este de 12 centimetri, lungimea suprafeței de mestecat este de 14 centimetri, iar lățimea sa este de 7 centimetri. Fiecare persoană ar trebui să aibă treizeci și doi de dinți (cu un set complet). Cât de mare era gura sfântului, judecând după datele incontestabile ale altarului însuși.
Săpături de animale antice. De menționat că legende despre uriași, de douăzeci de ori mai înalți decât oamenii, au fost găsite și în tratatele antice, „științifice” ale acelei vremuri. Au fost și cazuri mai grave cu descoperiri geologice. Amprenta scheletului unei șopârle antice a fost recunoscută, de exemplu, cu binecuvântarea „oamenilor învățați” din primul sfert al secolului al XVIII-lea, ca scheletul unui om care s-a înecat în timpul „ inundație globală" Ceața misterului a dispărut treptat de la diverse descoperiri miraculoase, iar la sfârșitul aceluiași secol al XVIII-lea, oamenii de știință care au studiat cu atenție structura organismului animal au dezmințit „martorul potopului global”, descoperind în el o asemănare neîndoielnică cu o șopârlă. . Pe lângă fosile și amprente, pe piatră se găsesc adesea urme directe ale vieții antice sau ale fenomenelor naturale. Acestea sunt, de exemplu, urme ale membrelor animalelor antice, urme de viermi târâtori, amprente de picături de ploaie, urme de valuri etc.
Urme fosilizate ale animalelor antice. Inițial, acestea au fost imprimate pe pământ moale, apoi s-au întărit treptat și au fost transformate în piatră.