Произходът на живота на Земята: хипотези, теории, основни понятия

Известно е, че научните списания се опитват да не приемат за публикации статии, посветени на проблемите, които привличат вниманието на всички, но нямат ясно решение - сериозно издание на физиката няма да публикува проект за вечен двигател. Тази тема е началото на живота на Земята. Въпросът за възникването на природата, появата на човека, тревожи мислещите хора в продължение на хиляди години и само креационистите - поддръжници на божествения произход на всички неща - са намерили определен отговор за себе си, но тази теория не е научна и не подлежи на проверка.

Погледи на древните

Древните китайски и древни индийски ръкописи разказват за появата на живи същества от вода и разлагащи се останки, египетските йероглифи и клинописът на древен Вавилон ни разказват за раждането на земноводни същества в тинестите утайки на големи реки. Хипотезите за произхода на живота на Земята чрез спонтанно генериране са очевидни за мъдреците от далечното минало.

Древните философи също дават примери за появата на животни от неживата материя, но техните теоретични основи са от различно естество: материалистични и идеалистични. Демокрит (460-370 г. пр.н.е.) Намерил причината за възникването на живота в специално взаимодействие на най-малките, вечни и неделими частици - атоми. Платон (428-347 г. пр. Хр.) И Аристотел (384-322 г. пр. Хр.) Произходът на живота на Земята се дължи на чудотворните ефекти върху безжизнената материя на висшия принцип, който влива душата в обектите на природата.

Идеята за съществуването на някаква “жизнена сила”, допринасяща за появата на живи същества, се оказа много стабилна. Той формира възгледи за произхода на живота на Земята за много учени, които са живели през Средновековието и по-късно, до края на XIX век.

Теория на спонтанното поколение

Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723) с изобретението на микроскопа направи най-малките микроорганизми открити от него основния обект на противоречия между учени, които разделят двете основни теории за произхода на живота на Земята - биогенезата и абиогенезата. Първият вярваше, че целият живот може да бъде само създаването на живо същество, което смята за възможно спонтанно генериране на органична материя в разтвори, поставени в специални условия. Същността на този спор досега не се е променила.

Експериментите на някои природолюбители са доказали възможността за спонтанна поява на най-простите микроорганизми, а поддръжниците на биогенезата напълно отричат ​​тази възможност. Луи Пастьор (1822-1895), използвайки стриктно научни методи и висока коректност на експериментите си, доказа липсата на митичната жизнена сила, предавана във въздуха и пораждаща живи бактерии. В своите творби обаче той допуска възможността за спонтанно генериране в някои специални условия, които учените от бъдещите поколения трябва да открият.

Теория на еволюцията

Писанията на великия Чарлз Дарвин (1809-1882) разтърсваха основите на много естествени науки. Провъзгласената поява на огромно разнообразие от биологични видове от един общ прародител отново прави произхода на живота на Земята най-важния въпрос за науката. теория естествен подбор и в началото му беше трудно да намери своите поддръжници, а сега тя претърпява критични атаки, които изглеждат доста разумно, но именно дарвинизмът е в основата на съвременните природни науки.

След Дарвин произходът на живота върху земната биология не може да се разглежда от предишните им позиции. Учените от много области на биологичната наука са убедени в истинността на еволюционния път на развитие на организмите. Нека модерните възгледи за общ прародител, поставени от Дарвин в основата на Дървото на живота, са се променили по много начини, но истината на общата концепция е непоклатима.

Теория на стационарното състояние

Лабораторното опровержение на спонтанното спонтанно генериране на бактерии и други микроорганизми, осъзнаването на сложната биохимична структура на клетката, заедно с идеите на дарвинизма, оказват особено влияние върху появата на алтернативни версии на теорията за произхода на живота на Земята. През 1880 г. едно от новите предложения е предложено от Уилям Прейер (1841-1897). Вярваше, че няма нужда да се говори за раждането на живота на нашата планета, тъй като тя съществува завинаги и нямаше такова начало, тя е неизменна и постоянно готова за прераждане във всякакви подходящи условия.

Идеите на Прейер и неговите последователи са само от чисто исторически и философски интерес, защото по-късно астрономите и физиците са изчислили времето за окончателното съществуване на планетарните системи, фиксирали постоянното, но стабилно разширяване на Вселената, т.е. никога не е било вечно или постоянно.

Желанието да се гледа на света като на едно глобално живо същество повтори възгледите на великия руски учен и философ - Владимир Иванович Вернадски (1863-1945), който също имаше собствена представа за произхода на живота на Земята. Тя се основаваше на разбирането на живота като неразделна характеристика на Вселената, космоса. Според Вернадски фактът, че науката не може да намери слоеве, които не съдържат следи от органична материя, говори за геологичната вечност на живота. Един от начините, по които животът се е появил на една млада планета, нарекъл своите контакти с космически обекти - комети, астероиди и метеорити. Тук неговата теория се слива с друга версия, която обяснява произхода на живота на Земята по метода на панспермията.

Люлката на живота - пространство

Панспермията (гръцката - "семената", "семената навсякъде") смята живота за фундаментално свойство на материята и не обяснява начините на неговия произход, но нарича пространството източник на жизнени микроби, които попадат в небесните тела с условия, подходящи за тяхното покълване.

Първото споменаване на основните понятия за панспермия може да се намери в писанията на древногръцкия философ Анаксагор (500-428 г. пр. Хр.). д.), а през XVIII век говори за своя френски дипломат и геолог Беноа де Мая (1656-1738 г.). Тези идеи бяха възобновени от Сванте Август Арениус (1859-1927), лорд Келвин Уилям Томсън (1824-1907) и Херман фон Хелмхолц (1821-1894).

Изследването на жестокото въздействие върху живите организми на космическата радиация и температурните условия на междупланетарното пространство направиха тези хипотези за произхода на живота на Земята не особено значими, но с началото на космическата епоха интересът към панспермията се увеличи.

През 1973 г. нобеловият лауреат Франсис Крик (1916-2004) предложи извънземно производство на молекулярни живи системи и ги удари на Земята с метеорити и комети. В същото време шансовете за абиогенеза на нашата планета бяха оценени като много ниски. Произходът и развитието на живота на Земята чрез самостоятелно сглобяване органична материя висшият учен на високо ниво не разглежда реалността.

В метеоритите на планетата са намерени вкаменени биологични структури, подобни следи са открити в проби от почвата, взети от Луната и Марс. От друга страна, се провеждат многобройни експерименти за третиране на биоструктури с влияния, които са възможни, когато се намират в космическото пространство и при преминаване през атмосфера, подобна на тази на Земята.

Важен експеримент беше проведен през 2006 г. като част от мисията Deep Impact. Комета Темпел е била забита със специална сонда-ударник, издадена от автоматичен апарат. Анализът на кометното вещество, който е бил освободен в резултат на въздействието, показа наличието на вода и разнообразието органични съединения.

Заключение: тъй като появата на теорията за панспермията се е променила значително. Съвременната наука третира по различен начин тези първични елементи на живота, които биха могли да бъдат доставени на нашата млада планета от космически обекти. Изследванията и експериментите доказват жизнеспособността на живите клетки при междупланетното пътуване. Всичко това прави идеята за извънземния произход на земния живот актуална. Основните понятия за произхода на живота на Земята са теориите, в които панспермията влиза или като основна част, или като начин да достави компоненти на Земята, за да създаде жива материя.

Теория на биохимичната еволюция на Опарин-Халдейн

Идеята за спонтанно генериране на живи организми неорганични вещества винаги остава почти единствената алтернатива на креационизма, а през 1924 г. е публикувана монография на 70 страници, която дава на тази идея силата на една развита и обоснована теория. Това произведение се нарича "Произход на живота", автор на него е руски учен - Александър Иванович Опарин (1894-1980). През 1929 г., когато произведенията на Опарин все още не са преведени на английски, английският биолог Джон Халдейн (1860-1936) изразява подобни концепции за произхода на живота на Земята.

Опарин предположи, че ако примитивната атмосфера на една млада планета Земя се редуцира (т.е. не съдържа кислород), мощният прилив на енергия (например светкавица или ултравиолетова радиация) може да допринесе за синтеза на органични съединения от неорганична материя. Впоследствие, такива молекули могат да образуват съсиреци и натрупвания - коацерватни капки, които са прото-организми, около които се образуват водни ризи - рудименти на мембранната мембрана, разделяне, генериране на разлика в заряда, следователно движение - началото на метаболизма, началото на метаболизма и др. Коацерватите бяха считани за основа за началото на еволюционните процеси, които доведоха до създаването на първите форми на живот.

Haldane въведе концепцията за "първичен бульон" - първоначалния океан на земята, който се превърна в огромна химическа лаборатория, свързана с мощен източник на храна - слънчева светлина. Комбинацията от въглероден диоксид, амоняк и ултравиолетова радиация доведе до появата на концентрирана популация от органични мономери и полимери. Впоследствие такива образувания бяха комбинирани с появата на липидна мембрана около тях и тяхното развитие доведе до образуването на жива клетка.

Основните етапи на произхода на живота на Земята (Опарин-Халдейн)

Според теорията за възникването на Вселената от куп енергия, Големият взрив се е случил преди около 14 милиарда години и преди около 4.6 милиарда години е било завършено създаването на планетите на Слънчевата система.

Младата Земя, постепенно охладена, придобива твърда обвивка, около която се образува атмосферата. Първичната атмосфера съдържаше водни пари и газове, които по-късно служеха като суровина за органичен синтез: въглероден оксид и диоксид, сероводород, метан, амоняк, цианидни съединения.

Бомбардирането на космически обекти, съдържащи вода в замразено състояние, и кондензацията на водните пари в атмосферата доведоха до образуването на Световния океан, в който се разтваряли различни химически съединения. Мощни гръмотевици съпровождаха образуването на атмосферата, през която проникваше силна ултравиолетова радиация. При такива условия се извършва синтез на аминокиселини, захари и други прости органични вещества.

В края на първия милиард години от съществуването на Земята, процесът на полимеризация на най-простите мономери в протеини (полипептиди) и нуклеинови киселини (Полинуклеотиди). Те започват да образуват пребиологични съединения - коацервати (с началото на ядрото, метаболизма и мембраната).

3,5-3 милиарда години преди новата ера - етапът на формиране на протобионти със самовъзпроизвеждане, контролиран метаболизъм, мембрана с променлива пропускливост.

3 милиарда години пр. Хр д. - появата на клетъчни организми, нуклеинови киселини, първични бактерии, началото на биологичната еволюция.

Експериментални доказателства за хипотезата на Опарин-Халдейн

Много учени оцениха положително основните понятия за произхода на живота на Земята въз основа на абиогенезата, въпреки че от самото начало те откриха затруднения и резерви в теорията на Опарин-Халдейн. В различни страни започна работата по провеждане на тестови проучвания на хипотезата, чийто класически експеримент, проведен през 1953 г. от американски учени Стенли Милър (1930–2007) и Харолд Ури (1893–1981), е най-известен.

Същността на експеримента е да се симулират условията на ранната Земя в лабораторията, в която могат да се синтезират най-простите органични съединения. Газова смес, подобна по състав на основната земна атмосфера, циркулира в устройството. Дизайнът на устройството осигурява имитация на вулканична активност и електрическите разряди, предавани чрез сместа, създават светкавичен ефект.

След седмична циркулация на сместа през системата, една десета въглерод беше прехвърлена към органични съединения, аминокиселини, захари, липиди и съединения, предхождащи аминокиселини. Повторените и модифицирани експерименти напълно потвърдиха възможността за абиогенеза в симулирани условия на ранната Земя. През следващите години други лаборатории са провеждали повторни експерименти. Към състава на газовата смес се добавя сероводород като възможен компонент на вулканичните емисии, като се правят други некардинални промени. В повечето случаи опитът от синтеза на органични съединения е успешен, въпреки че опитите да се отиде по-далеч и да се получат по-сложни елементи, приближаващи състава на жива клетка, не са успешни.

Светът на РНК

До края на 20-ти век, много учени, които не бяха престанали да се интересуват от проблема за произхода на живота на Земята, стана ясно, че с цялата симетрия на теоретичните конструкции и отделно експериментално потвърждение, теорията на Опарин-Халдейн има очевидни, може би неудържими, недостатъци. Главната е невъзможността да се обясни появата на свойствата в протобионтите, които определят за живия организъм - да се размножава, запазвайки наследствени черти. С откриването на генетични клетъчни структури, с определянето на функцията и структурата на ДНК, с развитието на микробиологията, се появи нов кандидат за ролята на молекула от първи живот.

Тя се превърна в молекула на рибонуклеинова киселина - РНК. Тази макромолекула, която е част от всички живи клетки, е верига от нуклеотиди - най-простите органични единици, състоящи се от азотни атоми, монозахарида - рибозата, и фосфатната група. Последователността на нуклеотидите е кодът на наследствената информация, а при вирусите, например, РНК играе ролята, която ДНК играе в сложни клетъчни структури.

В допълнение, учените са открили уникалната способност на някои молекули на РНК да вмъкват счупвания в други вериги или да залепват отделни елементи на РНК, а някои играят ролята на автокатализатори - т.е. те допринасят за бързото възпроизвеждане. Сравнително малкият размер на макромолекулата на РНК и неговата опростена, в сравнение с ДНК, структура (в една верига) направи рибонуклеиновата киселина основния кандидат за ролята на основния елемент на пребиологичните системи.

Окончателната теория за появата на живата материя на планетата е формулирана през 1986 г. от Валтер Гилбърт (роден 1932 г.) - американски физик, микробиолог и биохимик. Не всички експерти се съгласиха с тази гледна точка за произхода на живота на Земята. Накратко наречен "РНК свят", теорията за структурата на пребиологичния свят на нашата планета не може да отговори на простия въпрос как се появява първата РНК молекула с желани свойства, дори и да има огромно количество "строителен материал" под формата на нуклеотиди и др.

Pau World

Отговорът се опита да намери през май 2004 г. Саймън Николас Платс, а през 2006 г. група от учени начело с Паскал Еренфреунд. Поляроматни въглеводороди са предложени като изходен материал за РНК с каталитични свойства.

Светът на ПАВ се основава на високото разпространение на тези съединения във видимото пространство (те трябва да присъстват в „първичния бульон“ на младата Земя) и особеностите на тяхната пръстеновидна структура, допринасящи за бързата им връзка с азотни основи, ключовите компоненти на РНК. Теорията на ПАХ за пореден път говори за актуалността на някои от разпоредбите на панспермията.

Уникален живот на уникална планета

Докато учените нямат възможност да се върнат преди 3 милиарда години, тайната на произхода на живота на нашата планета няма да бъде разкрита - много от тези, които се занимават с този проблем, стигат до това заключение. Основните понятия за произхода на живота на Земята са: теорията на абиогенезата и теорията за панспермията. Те могат да се пресичат по много начини, но, най-вероятно, няма да могат да отговорят: как сред огромния космос се появи изненадващо добре балансирана система от Земята и нейния спътник, Луната, как произхожда животът от нея ...