Poznato je da znanstveni časopisi nastoje ne prihvatiti za objavu članke posvećene problemima koji privlače opću pozornost, ali nemaju jasno rješenje - ozbiljna publikacija o fizici neće objaviti projekt perpetuum mobile. Ova tema bila je podrijetlo života na Zemlji. Pitanje nastanka žive prirode, pojava čovjeka tisućljećima je zabrinjavalo misleće ljude, a samo su kreacionisti - pristaše božanskog podrijetla svih stvari - pronašli definitivan odgovor, ali ova teorija nije znanstvena jer ne može biti provjereno.
Pogledi starih
Drevni kineski i staroindijski rukopisi govore o nastanku živih bića iz vode i trulih ostataka; rađanje vodozemnih bića u muljevitim sedimentima velikih rijeka zapisano je staroegipatskim hijeroglifima i klinastim pismom starog Babilona. Hipoteze o nastanku života na Zemlji spontanim nastankom bile su očite mudracima iz daleke prošlosti.
Antički filozofi također su davali primjere nastanka životinja iz nežive materije, ali su njihova teorijska opravdanja bila drugačije prirode: materijalistička i idealistička. Demokrit (460.-370. pr. Kr.) nalazi razlog nastanka života u posebnom međudjelovanju najmanjih, vječnih i nedjeljivih čestica – atoma. Platon (428.-347. pr. Kr.) i Aristotel (384.-322. pr. Kr.) objašnjavali su nastanak života na Zemlji čudesnim utjecajem višeg principa na beživotnu materiju, ulijevajući duše u prirodne objekte.
Ideja o postojanju nekakve “životne sile” koja pridonosi nastanku živih bića pokazala se vrlo upornom. Ono je oblikovalo poglede na nastanak života na Zemlji kod mnogih znanstvenika koji su živjeli u srednjem vijeku i kasnije, sve do kraja 19. stoljeća.
Teorija spontanog nastajanja
Anthony van Leeuwenhoek (1632.-1723.) izumom mikroskopa učinio je najmanje mikroorganizme koje je otkrio glavnim predmetom spora između znanstvenika koji su dijelili dvije glavne teorije o nastanku života na Zemlji - biogenezu i abiogenezu. Prvi je vjerovao da sva živa bića mogu biti proizvod samo živih bića, drugi je vjerovao da je moguće spontano stvaranje organske tvari u otopinama pod posebnim uvjetima. Suština ovog spora nije se promijenila do danas.
Eksperimenti nekih prirodoslovaca dokazali su mogućnost spontanog nastanka najjednostavnijih mikroorganizama; pristaše biogeneze potpuno su poricali tu mogućnost. Louis Pasteur (1822.-1895.) koristeći se strogo znanstvenim metodama i visokom ispravnošću svojih eksperimenata, dokazao je nepostojanje mitske životne sile koja se prenosi zrakom i stvara žive bakterije. No, u svojim je radovima dopuštao mogućnost spontanog nastajanja u nekim posebnim uvjetima, što su znanstvenici budućih generacija trebali otkriti.
Teorija evolucije
Radovi velikog Charlesa Darwina (1809.-1882.) uzdrmali su temelje mnogih prirodnih znanosti. Pojava goleme raznolikosti bioloških vrsta od jednog zajedničkog pretka, koju je on proglasio, ponovno je podrijetlo života na Zemlji učinila najvažnijim pitanjem znanosti. Teorija prirodne selekcije u početku je teško pronalazila svoje pristaše, a sada je izložena kritičkim napadima koji se čine sasvim razumnim, ali darvinizam je taj koji leži u osnovi modernih prirodnih znanosti.
Nakon Darwina, biologija nije mogla razmatrati nastanak života na Zemlji sa svojih prijašnjih pozicija. U istinitost evolucijskog puta razvoja organizama uvjerili su se znanstvenici iz mnogih grana biološke znanosti. Iako su se moderni pogledi na zajedničkog pretka kojeg je Darwin postavio u podnožje Drveta života promijenili na mnogo načina, istina općeg koncepta je nepokolebljiva.
Teorija stabilnog stanja
Laboratorijsko opovrgavanje spontanog nastajanja bakterija i drugih mikroorganizama, svijest o složenoj biokemijskoj strukturi stanice, zajedno s idejama darvinizma, posebno su utjecali na pojavu alternativnih verzija teorije o nastanku života na Zemlji. Godine 1880. jednu od novih presuda predložio je William Preyer (1841.-1897.). Vjerovao je da nema potrebe govoriti o rađanju života na našem planetu, budući da on postoji zauvijek, a nije imao početak kao takav, nepromjenjiv je i stalno spreman za ponovno rođenje u bilo kojim pogodnim uvjetima.
Ideje Preyera i njegovih sljedbenika od čistog su povijesnog i filozofskog interesa, jer su kasniji astronomi i fizičari izračunali vrijeme konačnog postojanja planetarnih sustava, zabilježili stalno, ali ravnomjerno širenje Svemira, tj. on nikada nije bio vječan ili stalan.
Želja da se svijet promatra kao jedinstveno globalno živo biće odražavala je poglede velikog znanstvenika i filozofa iz Rusije, Vladimira Ivanoviča Vernadskog (1863.-1945.), koji je također imao vlastitu ideju o podrijetlu života na Zemlji. Temeljio se na shvaćanju života kao sastavnog obilježja Svemira, kozmosa. Prema Vernadskom, činjenica da znanost nije mogla pronaći slojeve koji ne sadrže tragove organskih tvari govori o geološkoj vječnosti života. Jedan od načina na koji se život pojavio na mladom planetu, Vernadsky je nazvao njegove kontakte sa svemirskim objektima - kometima, asteroidima i meteoritima. Ovdje se njegova teorija spojila s drugom verzijom, koja je objašnjavala podrijetlo života na Zemlji metodom panspermije.
Kolijevka života je svemir
Panspermija (grčki - "mješavina sjemena", "sjeme posvuda") smatra život temeljnim svojstvom materije i ne objašnjava načine njegova nastanka, već kozmos naziva izvorom životnih klica koje padaju na nebeska tijela uz odgovarajuće uvjete za njihovo “klijanje”.
Prvi spomen temeljnih pojmova panspermije nalazimo u spisima starogrčkog filozofa Anaksagore (500.-428. pr. Kr.), au 18. stoljeću o njoj je govorio francuski diplomat i geolog Benoit de Maillet (1656.-1738.). Ove su ideje oživjeli Svante August Arrhenius (1859-1927), Lord Kelvin William Thomson (1824-1907) i Hermann von Helmholtz (1821-1894).
Proučavanje okrutnog utjecaja kozmičkog zračenja i temperaturnih uvjeta međuplanetarnog prostora na žive organizme učinilo je takve hipoteze o podrijetlu života na Zemlji manje relevantnima, ali s početkom svemirskog doba porastao je interes za panspermiju.
Godine 1973. nobelovac Francis Crick (1916.-2004.) izrazio je ideju o izvanzemaljskoj proizvodnji molekularnih živih sustava i njihovom dolasku na Zemlju s meteoritima i kometima. Pritom je šanse abiogeneze na našem planetu ocijenio vrlo malim. Ugledni znanstvenik nije smatrao stvarnošću nastanak i razvoj života na Zemlji metodom samosastavljanja organske tvari visoke razine.
Fosilizirane biološke strukture pronađene su u meteoritima diljem planeta, a slični tragovi pronađeni su u uzorcima tla donesenim s Mjeseca i Marsa. S druge strane, provode se brojni eksperimenti tretiranja bioloških struktura s utjecajima koji su mogući kada su u svemiru i kada prolaze kroz atmosferu sličnu zemljinoj.
Važan eksperiment izveden je 2006. godine u sklopu misije Deep Impact. Komet Tempel udarila je posebna udarna sonda koju je lansirao automatski uređaj. Analiza kometne tvari koja se oslobodila uslijed udara pokazala je prisutnost vode i raznih organskih spojeva u njoj.
Zaključak: Od svog nastanka, teorija panspermije se značajno promijenila. Moderna znanost različito tumači one primarne elemente života koje su na naš mladi planet mogli donijeti svemirski objekti. Istraživanja i eksperimenti dokazuju održivost živih stanica tijekom međuplanetarnih putovanja. Sve to čini relevantnom ideju o izvanzemaljskom podrijetlu zemaljskog života. Glavni koncepti nastanka života na Zemlji su teorije koje uključuju panspermiju ili kao glavni dio ili kao metodu dostave komponenti na Zemlju za stvaranje žive materije.
Oparin-Haldaneova teorija biokemijske evolucije
Ideja o spontanom nastanku živih organizama iz anorganskih tvari uvijek je ostala gotovo jedina alternativa kreacionizmu, a 1924. godine objavljena je monografija na 70 stranica, koja je ovoj ideji dala snagu dobro razvijene i dobro utemeljene teorije. Ovo djelo nazvano je "Podrijetlo života", njegov autor je bio ruski znanstvenik - Alexander Ivanovich Oparin (1894-1980). Godine 1929., kada Oparinova djela još nisu bila prevedena na engleski jezik, slične ideje o postanku života na Zemlji iznio je engleski biolog John Haldane (1860.-1936.).
Oparin je predložio da ako se primitivna atmosfera mladog planeta Zemlje smanjuje (to jest, ne sadrži kisik), snažan izljev energije (kao što je munja ili ultraljubičasto zračenje) može potaknuti sintezu organskih spojeva iz anorganske tvari. Naknadno, takve molekule mogu formirati ugruške i klastere - koacervatne kapi, koje su praorganizmi, oko kojih se formiraju vodeni omotači - rudimenti ljuske-membrane, dolazi do odvajanja, stvarajući razliku naboja, što znači kretanje - početak metabolizma , začeci metabolizma itd. Koacervati su smatrani osnovom za početak evolucijskih procesa koji su doveli do stvaranja prvih oblika života.
Haldane je uveo koncept “primordijalne juhe” - prvobitnog Zemljinog oceana, koji je postao golemi kemijski laboratorij povezan sa snažnim izvorom energije - sunčevom svjetlošću. Kombinacija ugljičnog dioksida, amonijaka i ultraljubičastog zračenja rezultirala je koncentriranom populacijom organskih monomera i polimera. Naknadno su se takve formacije kombinirale s pojavom lipidne membrane oko njih, a njihov razvoj doveo je do stvaranja žive stanice.
Glavne faze nastanka života na Zemlji (prema Oparin-Haldaneu)
Prema teoriji o nastanku Svemira iz ugruška energije, Veliki prasak dogodio se prije oko 14 milijardi godina, a prije oko 4,6 milijardi godina dovršeno je stvaranje planeta Sunčevog sustava.
Mlada Zemlja, postupno se hladeći, dobila je čvrstu ljusku oko koje se formirala atmosfera. Primarna atmosfera sadržavala je vodenu paru i plinove koji su kasnije poslužili kao sirovine za organsku sintezu: ugljikov oksid i dioksid, sumporovodik, metan, amonijak i cijanidni spojevi.
Bombardiranje svemirskim objektima sa zamrznutom vodom i kondenzacijom vodene pare u atmosferi dovelo je do stvaranja Svjetskog oceana u kojem su se otapali različiti kemijski spojevi. Snažne grmljavinske oluje pratile su stvaranje atmosfere kroz koju je prodiralo jako ultraljubičasto zračenje. U takvim uvjetima došlo je do sinteze aminokiselina, šećera i drugih jednostavnih organskih tvari.
Krajem prve milijarde godina postojanja Zemlje započeo je proces polimerizacije u vodi najjednostavnijih monomera u proteine (polipeptide) i nukleinske kiseline (polinukleotide). Počeli su stvarati prebiološke spojeve - koacervate (s rudimentima jezgre, metabolizma i membrane).
3,5-3 milijarde godina prije Krista - faza formiranja protobionata sa samoreprodukcijom, reguliranim metabolizmom i membranom promjenjive propusnosti.
3 milijarde godina pr e. - pojava staničnih organizama, nukleinskih kiselina, primarnih bakterija, početak biološke evolucije.
Eksperimentalni dokazi Oparin-Haldaneove hipoteze
Mnogi su znanstvenici pozitivno ocijenili osnovne koncepte nastanka života na Zemlji temeljene na abiogenezi, iako su od samog početka nalazili uska grla i nedosljednosti u teoriji Oparin-Haldane. U različitim zemljama započeo je rad na provođenju testnih studija hipoteze, od kojih je najpoznatiji klasični eksperiment koji su 1953. proveli američki znanstvenici Stanley Miller (1930.-2007.) i Harold Urey (1893.-1981.).
Bit eksperimenta bila je simulirati u laboratoriju uvjete rane Zemlje, u kojima se mogla dogoditi sinteza najjednostavnijih organskih spojeva. U uređaju je cirkulirala plinska smjesa slična sastavu primarne zemljine atmosfere. Dizajn uređaja omogućio je imitaciju vulkanske aktivnosti, a električna pražnjenja propuštena kroz smjesu stvorila su učinak munje.
Nakon tjedan dana kruženja smjese kroz sustav, zabilježen je prijelaz desetine ugljika u organske spojeve, otkrivene su aminokiseline, šećeri, lipidi i spojevi koji prethode aminokiselinama. Ponovljeni i modificirani eksperimenti u potpunosti su potvrdili mogućnost abiogeneze u simuliranim uvjetima rane Zemlje. Sljedećih su godina ponovljeni pokusi provedeni u drugim laboratorijima. U sastav plinske smjese dodan je sumporovodik kao moguća komponenta vulkanskih emisija, a napravljene su i druge nedrastične promjene. U većini slučajeva iskustvo sintetiziranja organskih spojeva bilo je uspješno, iako su pokušaji da se ide dalje i dobiju složeniji elementi koji se približavaju sastavu žive stanice bili neuspješni.
RNA svijet
Krajem 20. stoljeća mnogim znanstvenicima koji se nikada nisu prestali zanimati za problem postanka života na Zemlji postalo je jasno da je, uz sav sklad teorijskih konstrukcija i jasnu eksperimentalnu potvrdu, Oparin-Haldaneova teorija očite, možda nepremostive mane. Glavna je bila nemogućnost objašnjenja pojavljivanja u protobiontima svojstava koja definiraju živi organizam - razmnožavati se uz zadržavanje nasljednih karakteristika. Otkrićem genetskih staničnih struktura, utvrđivanjem funkcije i strukture DNK, razvojem mikrobiologije pojavio se novi kandidat za ulogu molekule iskonskog života.
Postala je molekula ribonukleinske kiseline - RNA. Ova makromolekula, koja je dio svih živih stanica, je lanac nukleotida - najjednostavnijih organskih jedinica koje se sastoje od atoma dušika, monosaharida - riboze i fosfatne skupine. Upravo je slijed nukleotida šifra za nasljedne informacije, a kod virusa, primjerice, RNK igra istu ulogu koju DNK ima u složenim staničnim strukturama.
Osim toga, znanstvenici su otkrili jedinstvenu sposobnost nekih molekula RNK da uvode prekide u drugim lancima ili lijepe pojedinačne elemente RNK, a neke igraju ulogu autokatalizatora - odnosno pridonose brzoj samoreprodukciji. Relativno mala veličina makromolekule RNK i njezina pojednostavljena struktura u usporedbi s DNK (jedan lanac) učinili su ribonukleinsku kiselinu glavnim kandidatom za ulogu glavnog elementa predbioloških sustava.
Novu teoriju o nastanku žive tvari na planetu konačno je 1986. formulirao Walter Gilbert (rođen 1932.), američki fizičar, mikrobiolog i biokemičar. Nisu se svi stručnjaci složili s ovim gledištem o podrijetlu života na Zemlji. Ukratko nazvana “RNK svijet”, teorija o strukturi prabiološkog svijeta našeg planeta ne može odgovoriti na jednostavno pitanje kako se pojavila prva RNK molekula sa zadanim svojstvima, čak i ako je u njoj bila prisutna ogromna količina “građevnog materijala”. obliku nukleotida itd.
PAH svijet
Odgovor je u svibnju 2004. pokušao pronaći Simon Nicholas Platts, a 2006. grupa znanstvenika predvođena Pascale Ehrenfreund. Poliaromatski ugljikovodici predloženi su kao početni materijali za RNA s katalitičkim svojstvima.
Svijet PAH-ova temeljio se na velikoj zastupljenosti ovih spojeva u vidljivom svemiru (vjerojatno su bili prisutni u "praosnovnoj juhi" mlade Zemlje) i osobitostima njihove prstenaste strukture, koja omogućuje brzo spajanje s dušikovim bazama - ključne komponente RNK. PAH teorija još jednom govori o relevantnosti nekih odredbi panspermije.
Jedinstven život na jedinstvenoj planeti
Sve dok znanstvenici ne budu imali priliku vratiti se 3 milijarde godina unatrag, misterij nastanka života na našem planetu neće biti otkriven - zaključak je do kojeg su došli mnogi od onih koji su proučavali ovaj problem. Glavni koncepti nastanka života na Zemlji su: teorija abiogeneze i teorija panspermije. Mogu se preklapati na mnoge načine, ali najvjerojatnije neće moći odgovoriti: kako se usred golemog kozmosa pojavio nevjerojatno precizno uravnotežen sustav Zemlje i njezinog satelita, Mjeseca, kako je nastao život na tome...
Valerij Spiridonov, prvi kandidat za transplantaciju glave, za RIA Novosti
Dugi niz godina čovječanstvo pokušava razotkriti pravi uzrok i povijest pojave života na našem planetu. Prije nešto više od stotinu godina u gotovo svim zemljama ljudi nisu ni pomišljali dovesti u pitanje teoriju o božanskoj intervenciji i stvaranju svijeta od strane vrhovnog duhovnog bića.
Situacija se promijenila nakon objavljivanja najvećeg djela Charlesa Darwina u studenom 1859. godine, a sada se oko ove teme vode brojne polemike. Broj pristalica Darwinove teorije evolucije u Europi i Aziji iznosi više od 60-70%, otprilike 20% u SAD-u i oko 19% u Rusiji prema kraju prošlog desetljeća.
U mnogim zemljama danas postoje pozivi da se Darwinov rad isključi iz školskog programa ili da se barem proučava zajedno s drugim vjerojatnim teorijama. Ako ne govorimo o religijskoj verziji, kojoj je sklona većina svjetske populacije, danas postoji nekoliko osnovnih teorija o podrijetlu i evoluciji života, koje opisuju njegov razvoj u različitim fazama.
Panspermija
Zagovornici ideje o panspermiji uvjereni su da su prvi mikroorganizmi doneseni na Zemlju iz svemira. Tako su mislili slavni njemački enciklopedist Hermann Helmholtz, engleski fizičar Kelvin, ruski znanstvenik Vladimir Vernadski i švedski kemičar Svante Arrhenius, koji se danas smatra utemeljiteljem ove teorije.
Znanstveno je potvrđeno da su meteoriti s Marsa i drugih planeta, možda i od kometa koji bi mogli doći iz izvanzemaljskih zvjezdanih sustava, opetovano otkrivani na Zemlji. U to danas nitko ne sumnja, ali još nije jasno kako je život mogao nastati na drugim svjetovima. U biti, apologeti panspermije prebacuju "odgovornost" za ono što se događa na vanzemaljske civilizacije.
Teorija iskonske juhe
Nastanak ove hipoteze pospješili su eksperimenti Harolda Ureyja i Stanleya Millera provedeni 1950-ih. Uspjeli su ponovno stvoriti gotovo iste uvjete koji su postojali na površini našeg planeta prije nastanka života. Mala električna pražnjenja i ultraljubičasto svjetlo propušteni su kroz mješavinu molekularnog vodika, ugljičnog monoksida i metana.
Kao rezultat toga, metan i druge primitivne molekule pretvorile su se u složene organske tvari, uključujući desetke aminokiselina, šećera, lipida, pa čak i početke nukleinskih kiselina.
Relativno nedavno, u ožujku 2015., znanstvenici sa Sveučilišta Cambridge, predvođeni Johnom Sutherlandom, pokazali su da se sve vrste “molekula života”, uključujući RNK, proteine, masti i ugljikohidrate, mogu dobiti sličnim reakcijama u kojima jednostavni anorganski ugljik spojevi, sumporovodik, metalne soli i fosfati.
Glina dah života
Jedan od glavnih problema s prethodnom verzijom evolucije života jest to što su mnoge organske molekule, uključujući šećere, DNK i RNK, previše krhke da bi se akumulirale u dovoljnim količinama u vodama Zemljinog primordijalnog oceana, gdje se prije mislilo da je većina evolucionista, nastala su prva živa bića.
Britanski kemičar Alexander Cairns-Smith vjeruje da je život "glinenog" a ne vodenog podrijetla - optimalno okruženje za nakupljanje i kompliciranje složenih organskih molekula može se pronaći unutar pora i kristala u mineralima gline, a ne u Darwinovom "iskonskom jezercu". " ili ocean Miller-Urey teorija.
Naime, evolucija je započela na razini kristala, a tek tada, kada su spojevi postali dovoljno složeni i stabilni, prvi živi organizmi krenuli su na “otvoreno putovanje” u primarni ocean Zemlje.
Život na dnu oceana
Konkurencija ovoj ideji je danas popularna ideja da život nije nastao na površini oceana, već u najdubljim dijelovima njegova dna, u blizini “crnih pušača”, podvodnih gejzira i drugih geotermalnih izvora.
Njihove emisije bogate su vodikom i drugim tvarima koje bi se, prema znanstvenicima, mogle akumulirati na obroncima stijena i osigurati prvi život sa svim potrebnim izvorima hrane i katalizatorima reakcije.
Dokaz za to možemo prepoznati u modernim ekosustavima koji postoje u blizini sličnih izvora na dnu svih Zemljinih oceana - oni uključuju ne samo mikrobe, već čak i višestanična živa bića.
RNA svemir
Teorija dijalektičkog materijalizma temelji se na istovremenom jedinstvu i beskrajnoj borbi para principa. Riječ je o nasljeđu informacija i strukturnim biokemijskim promjenama. Verzija o podrijetlu života u kojoj RNA igra ključnu ulogu prošla je dug put od svoje pojave u 1960-ima do kasnih 1980-ih, kada je dobila svoje moderne značajke.
S jedne strane, molekule RNK nisu tako učinkovite u pohranjivanju informacija kao DNK, ali su u stanju istovremeno ubrzati kemijske reakcije i sastaviti svoje kopije. Treba razumjeti da znanstvenici još nisu uspjeli pokazati kako je funkcionirao cijeli lanac evolucije RNA života, pa stoga ova teorija još nije univerzalno prihvaćena.
Protoćelije
Drugo važno pitanje u evoluciji života je misterij kako su se takve molekule RNK ili DNK i proteina "ogradile" od vanjskog svijeta i pretvorile u prve izolirane stanice, čiji je sadržaj zaštićen fleksibilnom membranom ili polu -propusna tvrda ljuska.
Pionir u tom području bio je poznati sovjetski kemičar Aleksandar Oparin, koji je pokazao da kapljice vode okružene dvostrukim slojem molekula masti mogu imati slična svojstva.
Njegove ideje oživjeli su kanadski biolozi pod vodstvom Jacka Szostaka, dobitnika Nobelove nagrade za fiziologiju i medicinu 2009. godine. Njegov je tim uspio "upakirati" jednostavan skup molekula RNA sposobnih za samoreplikaciju u membranu molekula masti dodavanjem iona magnezija i limunske kiseline unutar prve "protostanice".
Endosimbioza
Još jedna misterija evolucije života je kako su nastala višestanična stvorenja i zašto stanice ljudi, životinja i biljaka uključuju posebna tijela, poput mitohondrija i kloroplasta, koja imaju neobično složenu strukturu.
Njemački botaničar Andreas Schimper prvi je razmišljao o ovom problemu, sugerirajući da su kloroplasti u prošlosti bili neovisni organizmi slični cijanobakterijama, koji su se "sprijateljili" sa stanicama biljnih predaka i počeli živjeti u njima.
Tu su ideju kasnije razvili ruski botaničar Konstantin Merezhkovsky i američka evolucionistica Lynn Margulis, koji su pokazali da mitohondriji i potencijalno svi drugi složeni organeli naših stanica imaju slično podrijetlo.
Kao i kod teorija o "RNK svijetu" i "glinenoj" evoluciji života, ideja o endosimbiozi je u početku izazvala dosta kritika većine znanstvenika, ali danas gotovo svi evolucionisti ne sumnjaju u njenu ispravnost.
Tko je u pravu, a tko u krivu?
Mnogi znanstveni radovi i specijalizirane studije govore u prilog Darwinovim hipotezama, posebice u području “prijelaznih oblika”. Darwin nije imao potreban broj arheoloških artefakata koji bi potkrijepili njegove znanstvene radove, budući da se većim dijelom vodio osobnim nagađanjima.
Na primjer, samo u posljednjih deset godina znanstvenici su pronašli ostatke nekoliko sličnih "izgubljenih karika" evolucije, poput Tiktaalika i Indohyusa, koje nam omogućuju da povučemo granicu između kopnenih životinja i riba te kitova i vodenkonja.
S druge strane, skeptici često tvrde da takve životinjske vrste nisu pravi prijelazni oblici, što dovodi do stalnih beskonačnih rasprava između pristaša darvinizma i njihovih protivnika.
S druge strane, pokusi na običnoj E. coli i raznim višestaničnim bićima jasno pokazuju da je evolucija stvarna, te da se životinje mogu brzo prilagoditi novim životnim uvjetima, stječući nove značajke koje njihovi preci nisu imali prije 100-200 generacija.
Vrijedno je podsjetiti da je značajan dio modernog društva još uvijek sklon vjerovati u postojanje više božanske inteligencije ili izvanzemaljskih civilizacija koje su utemeljile život na Zemlji. Zasad ne postoji niti jedna ispravna teorija, a čovječanstvo u budućnosti tek treba odgovoriti na ovo pitanje.
Ako analiziramo sve podatke do kojih su znanstvenici uspjeli doći tijekom različitih studija, postaje očito da je život na Zemlji nevjerojatno nevjerojatna činjenica. Šanse da se pojavi u našem Svemiru su zanemarive. Sve faze nastanka života sadržavale su mogućnost alternativnog razvoja događaja, uslijed čega bi svijet ostao hladan kozmički ponor bez naznake ne samo ljudskog uma, već i najmanjeg mikroba. Kreacionisti takav nevjerojatan događaj objašnjavaju božanskom intervencijom. Međutim, postojanje Boga se ne može dokazati niti opovrgnuti, a moderne ideje o podrijetlu života, kao i sva znanost općenito, temelje se na eksperimentalnim podacima i teorijskim razvojima koji se mogu preispitivati ili potvrditi.
Vitalizam
Ljudsko znanje prolazi kroz evoluciju koja je u svojim glavnim točkama donekle slična procesu koji je opisao Darwin. Teorije prolaze i opstaju najjači, oni koji su uspjeli izdržati navale protuargumenata ili se prilagođavati i mijenjati kako njima odgovara. Hipoteze o postanku života također su prošle dug razvojni put čiji se završetak još ne nazire jer se svakodnevno otkrivaju nove činjenice koje tjeraju na ispravljanje već ustaljenih pogleda.
Velika prekretnica na tom putu bio je vitalizam - teorija o stalnom spontanom stvaranju života. Prema njezinim odredbama, miševi su se pojavili u starim krpama, crvi - u trulim ostacima hrane. Vitalizam je dominirao znanošću sve do pokusa Louisa Pasteura 1860. godine, kada je dokazao nemogućnost spontanog nastajanja živih organizama. Rezultati su stvorili paradoks: ojačali su vjeru u božansko i natjerali znanstvenike da potraže dokaze za ono što su nedavno opovrgli. Znanost je nastojala objasniti da se neovisni nastanak života dogodio, ali vrlo davno i da se odvijao u fazama, trajajući milijunima godina.
Sinteza ugljika
Situacija se činila bezizlaznom sve dok 1864. A.M. Butlerov nije došao do važnog otkrića.
Uspio je dobiti (ugljik) iz anorganskog (u njegovom eksperimentu to je bio formaldehid). Dobiveni podaci uništili su impresivni zid koji je do tada dijelio žive organizme od svijeta mrtve tvari. S vremenom su znanstvenici uspjeli dobiti druge varijante organske tvari iz anorganskih tvari. Od tog trenutka počele su se formirati moderne ideje o podrijetlu života. Uključili su podatke ne samo iz biologije, već i iz kozmologije i fizike.
Posljedice Velikog praska
Teorije o podrijetlu života pokrivaju golemo razdoblje: znanstvenici pronalaze prve preduvjete za budući nastanak organizama u ranim fazama nastanka Svemira. Moderna fizika datira postojanje svijeta od Velikog praska, kada je sve nastalo praktički ni iz čega. U Svemiru koji se brzo širio i hladio prvo su se formirali atomi i molekule, a zatim su se počeli sjedinjavati stvarajući zvijezde prve generacije. Oni su postali mjesto formiranja većine elemenata poznatih znanosti danas. Novi atomi ispunili su prostor nakon zvjezdanih eksplozija i postali osnova za sljedeću generaciju objekata, uključujući naše Sunce. Moderni podaci sugeriraju da su se prvi mogli pojaviti u protoplanetarnim oblacima koji okružuju nove zvijezde. Od njih su ubrzo nastali planeti. Ispostavilo se da su se prve faze nastanka života na Zemlji dogodile i prije njegovog formiranja.
Autokatalitički ciklusi
Procesi koji su se odvijali na Plavom planetu u njegovim “godinama djetinjstva” bili su podržani tvarima koje su bile dio njegove unutrašnjosti i koje su dolazile iz svemira kao meteoriti. Hipoteze o podrijetlu života, jedan od važnih temelja za nastanak organske tvari na Zemlji, katalizatori su kemijskih reakcija koje su ovamo došle s krhotinama tih “vanzemaljaca”. Oni su doveli do činjenice da su najbrži procesi počeli igrati ogromnu ulogu u formiranju novih tvari na planetu.
Sljedeća faza su autokatalitički ciklusi. U takvim procesima nastaju tvari koje pomažu povećati brzinu reakcije, kao i obnoviti supstrat - elemente koji međusobno djeluju. Krug se tako zatvorio: procesi su se sami ubrzali i sami sebi “kuhali hranu”, odnosno tvari koje su opet reagirale, opet se katalizirale i opet stvarale supstrat itd.
sumnje
Suvremene ideje o podrijetlu života dugo su sadržavale oprečna mišljenja. Kamen spoticanja je problem kokoši i jajeta. Što je bilo prvo: proteini koji provode sve procese u stanici, odnosno DNK koja određuje strukturu tih proteina i pohranjuje sve nasljedne informacije. Prvi su neophodni za tijelo, jer pridonose samoodržanju sustava, bez kojeg je život nemoguć. DNK sadrži zapis o strukturi stanice, što također određuje sposobnost preživljavanja. Mišljenja znanstvenika bila su podijeljena i na to pitanje nije bilo odgovora sve do trenutka kada se saznalo da pohrana nasljednih informacija u virusima nije DNK, već RNK, treća klasa organskih spojeva, kojoj se obično pripisivala tek sekundarna uloga u teoriji o postanku života.
RNA svijet
Postupno su se počele gomilati činjenice, a 80-ih godina prošlog stoljeća pojavili su se podaci koji su prevrnuli ideje o početnim fazama nastanka žive tvari. Otkriveni su ribozimi, molekule RNA koje imaju sposobnost kataliziranja reakcija, posebno poput proteina. Prvi oblici života, dakle, mogli su nastati bez sudjelovanja proteina i DNK. U njima je funkciju pohranjivanja informacija, kao i sav unutarnji rad, obavljala RNA. Život na Zemlji sada je evoluirao iz protoorganizama koji su bili autokatalitički ciklusi koji su se sastojali od samoreplicirajućih ribozima. Teorija je nazvana "RNK svijet".
Koacervati
Danas je teško zamisliti život tog razdoblja, jer nije imao jednu važnu značajku - školjku ili granicu. U biti, to je bila otopina koja je sadržavala autokatalitičke cikluse iz RNK. Problem nedostatka granica potrebnih za pravilan tijek procesa riješen je improviziranim metodama. Protoorganizmi su pronašli utočište u blizini minerala zeolita, koji su imali mrežastu strukturu kristalne rešetke. Njihova je površina mogla katalizirati stvaranje RNA lanaca i dati im određenu konfiguraciju.
Dalje - više: na sceni se pojavljuju koacervati ili vodeno-lipidne kapi. Hipoteze i novijeg i modernog doba uglavnom se temelje na teoriji A.I. Oparin, koji je proučavao svojstva takvih formacija. Koacervati su kapljice otopine zatvorene u ovojnici od masti (lipida). Njihove membrane karakterizira i sposobnost provođenja metabolizma. Neki od njih očito su se kombinirali s lancima samoreplicirajuće RNA, uključujući one koji su katalizirali sintezu samih lipida. Tako su nastali novi oblici života, prevladavajući put od predorganizmske razine do stvarne organske razine. Mogućnost takvih formacija potvrđena je nedavno: znanstvenici su eksperimentalno potvrdili sposobnost RNA, u kombinaciji s ionima kalcija, da se pričvrsti na lipidne membrane i regulira njihovu propusnost.
Vješti pomagači
Nastanak života u sljedećoj fazi bio je proces poboljšanja funkcija nastalih organizama. RNA je stekla sposobnost kataliziranja sinteze polimera aminokiselina, u početku prilično jednostavne. Kruna postavljanja novog mehanizma bila je sposobnost sintetiziranja proteina. Nastale formacije bile su nekoliko puta učinkovitije u suočavanju s biološkim procesima od ribozima.
U početku, sinteza peptida nije bila naručena. Proces se dogodio "slučajno", ostavljajući mogućnost usmjeravanja slijeda aminokiselina u novim lancima. S vremenom je egzaktno kopiranje zavladalo jer je pridonijelo većoj stabilnosti cijelog sustava. Tako je postalo moguće sintetizirati određene proteine s potrebnim funkcijama.
Poboljšanje
Sposobnost sintetiziranja potrebnih proteina postupno se usavršavala. Prva faza bila je pojava posebne vrste RNA koja je mogla povezivati aminokiseline. Sljedeća faza bila je popraćena konstrukcijom procesa formiranja peptidnih molekula pomoću baza poredanih određenim redoslijedom. Sekvenca je određena RNA šablonom. Nova vrsta RNK, nazvana transportna RNK, počela je povezivati "upute" glasničke RNK i elemente budućih proteina. Poput informacija, još uvijek je važan dio sinteze peptida.
DNK
Usložnjavanje organizama dalje je slijedilo put poboljšanja metoda pohranjivanja informacija. Vjeruje se da je DNK izvorno bila jedna od faza životnog ciklusa RNK kolonija. Imao je stabilniju strukturu. Njegova razina zaštite informacija bila je za red veličine viša, pa je DNK nakon dosta dugo vremena postala glavni repozitorij genetskog koda.
Jedno od svojstava nove formacije, koje svojedobno nije dopuštalo da se DNK postavi na čelo teorije o nastanku života, jest nemogućnost aktivnog djelovanja. To je postala neka vrsta plaćanja za poboljšane funkcije pohrane informacija. Sav "posao" prepušten je proteinima i RNK.
Simbioza
Suvremene ideje o podrijetlu života ne identificiraju organizam koji je zatvoren i ograđen od ostalih kao pretka. Znanstvenici su skloniji vjerovati da su u ranim fazama postojale zajednice mikroskopskih sličnosti stanica koje su obavljale različite funkcije. Takvu simbiozu danas nije teško pronaći u prirodi. Najjednostavniji primjer su cijanobakterijske prostirke, koje su istovremeno zajednica mikroorganizama i jedno živo biće.
Biologija na sadašnjem stupnju svog razvoja vidi proces koji ne karakterizira stalna borba i natjecanje, već sve veće sjedinjavanje određenih različitih struktura, što je u konačnici dovelo do nastanka žive stanice, kako je mi danas zamišljamo.
Generalizacija
Rezimirajući, možemo ukratko navesti sve faze nastanka života, koje se u okviru modernih teorija čine najvjerojatnijim verzijama pojave i razvoja organizama na Zemlji:
Stvaranje primarnih organskih spojeva u protoplanetarnim oblacima.
Postupno nastajanje reakcija sa sposobnošću samoubrzavanja i autokatalitičkih ciklusa u prvi plan.
Pojava autokatalitičkih ciklusa koji se sastoje od RNA.
Spajanje RNA i lipidnih membrana.
Stjecanje sposobnosti RNA za sintezu proteina.
Pojava DNK i njezina uspostava kao glavnog spremišta informacija.
Nastanak prvih jednostaničnih organizama na temelju simbioze.
Razumijevanje procesa koji su doveli do nastanka života još uvijek je nesavršeno. Znanstvenici još uvijek imaju puno pitanja. Ne zna se točno kako je RNK nastala; mnoge međufaze ostaju samo teoretske. Međutim, svaki dan se izvode novi eksperimenti, provjeravaju činjenice i hipoteze. Sa sigurnošću se može reći da će naše stoljeće dati svijetu mnogo više otkrića vezanih uz prapovijesno doba.
Postoji hipoteza o mogućem unošenju bakterija, mikroba i drugih malih organizama preko nebeskih tijela. Organizmi su se razvili i, kao rezultat dugotrajnih transformacija, postupno se pojavio život na Zemlji. Hipoteza razmatra organizme koji mogu funkcionirati čak i u okruženjima bez kisika i na abnormalno visokim ili niskim temperaturama.
To je zbog prisutnosti migrirajućih bakterija na asteroidima i meteoritima, koji su fragmenti od sudara planeta ili drugih tijela. Zbog prisutnosti vanjske ljuske otporne na habanje, kao i sposobnosti usporavanja svih životnih procesa (ponekad pretvarajući se u spore), ova vrsta života može se kretati vrlo dugo i na vrlo velikim udaljenostima.
Kada se nađu u gostoljubivijim uvjetima, “međugalaktički putnici” aktiviraju osnovne funkcije održavanja života. I nesvjesni toga, s vremenom formiraju život na Zemlji.
Činjenica postojanja sintetičkih i organskih tvari danas je neporeciva. Štoviše, još u devetnaestom stoljeću njemački znanstvenik Friedrich Wöhler sintetizirao je organsku tvar (ureu) iz anorganske tvari (amonijev cijanat). Zatim su sintetizirani ugljikovodici. Stoga je život na planeti Zemlji vrlo vjerojatno nastao sintezom iz anorganskog materijala. Kroz abiogenezu se postavljaju teorije o nastanku života.
Budući da glavnu ulogu u strukturi svakog organskog organizma igraju aminokiseline. Bilo bi logično pretpostaviti njihovu uključenost u naseljavanje života na Zemlji. Na temelju podataka dobivenih eksperimentom Stanleya Millera i Harolda Ureya (nastanak aminokiselina prolaskom električnog naboja kroz plinove) možemo govoriti o mogućnosti nastanka aminokiselina. Uostalom, aminokiseline su građevni blokovi uz pomoć kojih se grade složeni sustavi tijela, odnosno bilo kojeg života.
Kozmogonijska hipoteza
Vjerojatno najpopularnija interpretacija od svih, koju zna svaki školarac. Teorija velikog praska bila je i ostala vrlo vruća tema za burne rasprave. Veliki prasak dogodio se iz jedinstvene točke akumulacije energije, uslijed čijeg se oslobađanja svemir znatno proširio. Nastala su svemirska tijela. Unatoč svoj svojoj dosljednosti, Teorija Velikog praska ne objašnjava nastanak samog Svemira. Kao što, zapravo, nijedna postojeća hipoteza ne može objasniti.
Simbioza organela nuklearnih organizama
Ova verzija nastanka života na Zemlji naziva se i endosimbioza. Jasne odredbe sustava izradio je ruski botaničar i zoolog K. S. Merezhkovsky. Bit ovog koncepta je uzajamno koristan suživot organele sa stanicom. Što zauzvrat sugerira endosimbiozu kao simbiozu korisnu za obje strane uz stvaranje eukariotskih stanica (stanica u kojima postoji jezgra). Zatim je pomoću prijenosa genetske informacije između bakterija izvršen njihov razvoj i povećanje populacije. Prema ovoj verziji, sav daljnji razvoj života i životnih oblika duguje se prethodnom pretku modernih vrsta.
Spontana generacija
Ovakva izjava u devetnaestom stoljeću nije mogla ne biti doživljena bez zrnca skepse. Iznenadna pojava vrsta, odnosno nastanak života iz neživih bića, ljudima se tog vremena činila fantastičnom. Štoviše, heterogeneza (metoda razmnožavanja, kao rezultat koje se rađaju jedinke koje su vrlo različite od svojih roditelja) prepoznata je kao razumno objašnjenje života. Jednostavan primjer bio bi stvaranje složenog održivog sustava od tvari koje se raspadaju.
Na primjer, u istom Egiptu, egipatski hijeroglifi izvješćuju o nastanku raznolikog života iz vode, pijeska, raspadajućih i trulih biljnih ostataka. Ova vijest ne bi nimalo iznenadila starogrčke filozofe. Ondje se vjerovanje o postanku života iz neživih bića doživljavalo kao činjenica koja ne zahtijeva opravdanje. Veliki grčki filozof Aristotel govorio je o vidljivoj istini: “Lisne uši nastaju od pokvarene hrane, Krokodil je rezultat procesa u trulim trupcima pod vodom.” Tajanstveno je, ali unatoč svim vrstama progona od strane crkve, uvjerenje, skriveno u krilu tajne, živjelo je cijelo stoljeće.
Rasprava o životu na Zemlji ne može trajati zauvijek. Zato je krajem devetnaestog stoljeća francuski mikrobiolog i kemičar Louis Pasteur izvršio svoje analize. Njegovo je istraživanje bilo strogo znanstvenog karaktera. Pokus je izveden 1860.-1862. Zahvaljujući uklanjanju spora iz uspavanog stanja, Pasteur je uspio riješiti pitanje spontanog nastajanja života. (Za što mu je dodijeljena nagrada Francuske akademije znanosti)
Stvaranje stvari od obične gline
Zvuči ludo, ali u stvarnosti ova tema ima pravo na život. Nije uzalud škotski istraživač A.J. Cairns-Smith iznio proteinsku teoriju života. Čvrsto se oslanjajući na slične studije, govorio je o međudjelovanju na molekularnoj razini između organskih komponenti i jednostavne gline... Pod njezinim utjecajem komponente su tvorile stabilne sustave u kojima je došlo do promjena u strukturi obje komponente, a zatim formiranje bogatog života. Tako je Kerns-Smith na tako jedinstven i originalan način objasnio svoje stajalište. Kristali gline, s biološkim inkluzijama u sebi, potaknuli su zajednički život, nakon čega je njihova “suradnja” prekinuta.
Teorija stalnih katastrofa
Prema konceptu koji je razvio Georges Cuvier, svijet koji se sada može vidjeti nije nimalo primaran. Ono što jest samo je još jedna karika u lancu koji se uzastopno prekida. To znači da živimo u svijetu koji će na kraju doživjeti masovno izumiranje života. U isto vrijeme, nije sve na Zemlji bilo podvrgnuto globalnom uništenju (na primjer, dogodila se poplava). Neke su vrste, tijekom svoje prilagodljivosti, preživjele i tako naselile Zemlju. Struktura vrsta i života, prema Georgesu Cuvieru, ostala je nepromijenjena.
Materija kao objektivna stvarnost
Glavna tema nastave su različita područja i područja koja približavaju razumijevanje evolucije sa stajališta egzaktnih znanosti. (materijalizam je svjetonazor u filozofiji koji otkriva sve uzročno-posljedične okolnosti, pojave i čimbenike stvarnosti. Zakoni vrijede za čovjeka, društvo i Zemlju). Teoriju su iznijeli poznati pristaše materijalizma, koji vjeruju da je život na Zemlji nastao transformacijama na razini kemije. Štoviše, dogodile su se prije gotovo 4 milijarde godina. Objašnjenje života ima izravnu vezu s DNA, (dezoksiribonukleinska kiselina) RNA (ribonukleinska kiselina), kao i nekim HMC-ima (spojevi velike molekularne težine, u ovom slučaju proteini.)
Koncept je nastao kroz znanstvena istraživanja koja otkrivaju bit molekularne i genetičke biologije i genetike. Izvori su ugledni, pogotovo s obzirom na njihovu mladost. Uostalom, istraživanje hipoteze o svijetu RNA počelo se provoditi krajem dvadesetog stoljeća. Carl Richard Woese dao je veliki doprinos teoriji.
Učenje Charlesa Darwina
Govoreći o podrijetlu vrsta, nemoguće je ne spomenuti tako istinski briljantnu osobu kao što je Charles Darwin. Njegovo životno djelo, prirodna selekcija, označilo je početak masovnih ateističkih pokreta. S druge strane, dao je neviđeni poticaj znanosti, neiscrpno tlo za istraživanje i eksperimentiranje. Bit učenja bio je opstanak vrsta kroz povijest, kroz prilagodbu organizama lokalnim uvjetima, formiranje novih karakteristika koje pomažu u kompetitivnim uvjetima.
Evolucija se odnosi na određene procese usmjerene na promjenu života organizma i samog organizma tijekom vremena. Pod nasljednim osobinama podrazumijevaju prijenos bihevioralnih, genetskih ili drugih vrsta informacija (prijenos s majke na kćer).
Glavne sile evolucije, prema Darwinu, borba je za pravo na postojanje kroz odabir i varijabilnost vrsta. Pod utjecajem darvinističkih ideja, početkom dvadesetog stoljeća aktivno se provode istraživanja ekologije, ali i genetike. Nastava zoologije radikalno se promijenila.
Božje stvaranje
Mnogi ljudi iz cijeloga svijeta još uvijek ispovijedaju vjeru u Boga. Kreacionizam je tumačenje nastanka života na Zemlji. Tumačenje se sastoji od sustava izjava temeljenih na Bibliji i promatra život kao stvorenje koje je stvorio bog stvoritelj. Podaci su preuzeti iz “Starog zavjeta”, “Evanđelja” i drugih svetih spisa.
Tumačenja stvaranja života u različitim religijama donekle su slična. Prema Bibliji, Zemlja je stvorena za sedam dana. Nebo, nebeska svjetla, voda i slično trebalo je pet dana da nastane. Šestog je Bog stvorio Adama od gline. Vidjevši dosadnog, usamljenog čovjeka, Bog je odlučio stvoriti još jedno čudo. Uzevši Adamovo rebro, stvorio je Evu. Sedmi dan je priznat kao slobodan dan.
Adam i Eva živjeli su bez problema, sve dok zlobni đavao u obliku zmije nije odlučio iskušati Evu. Uostalom, usred raja stajalo je drvo spoznaje dobra i zla. Prva majka pozvala je Adama da zajednički objeduju, prekršivši time riječ danu Bogu (zabranio je dodirivanje zabranjenog voća).
Prvi ljudi su protjerani u naš svijet, čime počinje povijest cijelog čovječanstva i života na Zemlji.
Pitanje kada se život pojavio na Zemlji oduvijek je brinulo ne samo znanstvenike, već i sve ljude. Odgovori na njega
gotovo sve religije. Iako još uvijek nema točnog znanstvenog odgovora na ovo pitanje, neke nam činjenice omogućuju postavljanje manje-više razumnih hipoteza. Istraživači su pronašli uzorak stijene na Grenlandu
sa sitnim prskanjem ugljika. Starost uzorka je više od 3,8 milijardi godina. Izvor ugljika najvjerojatnije je bila neka vrsta organske tvari - tijekom tog vremena potpuno je izgubila svoju strukturu. Znanstvenici vjeruju da bi ovaj komad ugljika mogao biti najstariji trag života na Zemlji.
Kako je izgledala prvobitna Zemlja?
Premotajmo unaprijed do prije 4 milijarde godina. Atmosfera ne sadrži slobodni kisik, nalazi se samo u oksidima. Gotovo bez zvukova osim zvižduka vjetra, šištanja vode koja izbija lavom i udara meteorita o površinu Zemlje. Nema biljaka, nema životinja, nema bakterija. Možda je ovako izgledala Zemlja kada se na njoj pojavio život? Iako ovaj problem već dugo zabrinjava mnoge istraživače, njihova mišljenja o ovom pitanju uvelike se razlikuju. Stijene bi mogle upućivati na stanje na Zemlji u to vrijeme, ali su one davno uništene kao posljedica geoloških procesa i kretanja zemljine kore.
U ovom ćemo članku ukratko govoriti o nekoliko hipoteza o podrijetlu života, odražavajući suvremene znanstvene ideje. Prema Stanleyju Milleru, poznatom stručnjaku za podrijetlo života, o podrijetlu života i početku njegove evolucije možemo govoriti od trenutka kada su se organske molekule samoorganizirale u strukture koje su se mogle same reproducirati. . Ali ovo otvara druga pitanja: kako su te molekule nastale; zašto su se mogli razmnožavati i okupljati u one strukture koje su dovele do nastanka živih organizama; koji su uvjeti potrebni za to?
Prema jednoj hipotezi, život je nastao u komadu leda. Iako mnogi znanstvenici smatraju da je ugljični dioksid u atmosferi održavao stakleničke uvjete, drugi smatraju da je na Zemlji vladala zima. Na niskim temperaturama svi su kemijski spojevi stabilniji i stoga se mogu akumulirati u većim količinama nego na visokim temperaturama. Fragmenti meteorita doneseni iz svemira, emisije iz hidrotermalnih izvora i kemijske reakcije koje se javljaju tijekom električnih pražnjenja u atmosferi bili su izvori amonijaka i organskih spojeva poput formaldehida i cijanida. Ulazeći u vodu Svjetskog oceana, smrzavali su se zajedno s njim. U stupcu leda molekule organskih tvari su se zbližile i stupile u interakcije koje su dovele do stvaranja glicina i drugih aminokiselina. Ocean je bio prekriven ledom, koji je zaštitio novonastale spojeve od uništenja ultraljubičastim zračenjem. Ovaj ledeni svijet mogao bi se otopiti, na primjer, ako bi golemi meteorit pao na planet (slika 1).
Charles Darwin i njegovi suvremenici vjerovali su da je život mogao nastati u vodenoj površini. Mnogi znanstvenici još uvijek se pridržavaju ovog gledišta. U zatvorenom i relativno malom rezervoaru mogle bi se u potrebnim količinama akumulirati organske tvari koje su donijele vode koje u njega teku. Ti su spojevi zatim dalje koncentrirani na unutarnjim površinama slojevitih minerala, koji su mogli katalizirati reakcije. Na primjer, dvije molekule fosfaldehida koje su se susrele na površini minerala reagirale su jedna s drugom stvarajući fosforiliranu molekulu ugljikohidrata, mogući prekursor ribonukleinske kiseline (Slika 2).
Ili je možda život nastao u područjima vulkanske aktivnosti? Neposredno nakon svog nastanka, Zemlja je bila kugla magme koja bljuje vatru. Tijekom vulkanskih erupcija i s plinovima koji se oslobađaju iz rastaljene magme, razne kemikalije potrebne za sintezu organskih molekula nošene su na površinu Zemlje. Tako bi molekule ugljičnog monoksida, kada bi se našle na površini minerala pirita, koji ima katalitička svojstva, mogle reagirati sa spojevima koji su imali metilne skupine i formirati octenu kiselinu, iz koje bi potom sintetizirani drugi organski spojevi (slika 3).
Američki znanstvenik Stanley Miller prvi je put uspio u laboratorijskim uvjetima dobiti organske molekule - aminokiseline simulirajući one koje su bile na prvobitnoj Zemlji 1952. godine. Tada su ti pokusi postali senzacija, a njihov autor stekao svjetsku slavu. Trenutačno nastavlja provoditi istraživanja u području kemije prebiotika (prije života) na Kalifornijskom sveučilištu. Instalacija na kojoj je izveden prvi eksperiment bio je sustav tikvica, u jednoj od kojih je bilo moguće dobiti snažno električno pražnjenje na naponu od 100 000 V.
Miller je ovu bocu napunio prirodnim plinovima - metanom, vodikom i amonijakom, koji su bili prisutni u atmosferi prvobitne Zemlje. Tikvica ispod sadržavala je malu količinu vode, simulirajući ocean. Električno pražnjenje bilo je blizu munje i Miller je očekivao da će pod njegovim djelovanjem nastati kemijski spojevi koji će, kada dospiju u vodu, međusobno reagirati i formirati složenije molekule.
Rezultat je nadmašio sva očekivanja. Nakon što je navečer isključio instalaciju i vratio se sljedećeg jutra, Miller je otkrio da je voda u boci poprimila žućkastu boju. Ono što se pojavilo bila je juha od aminokiselina, građevnih blokova proteina. Stoga je ovaj eksperiment pokazao kako se lako mogu formirati primarni sastojci života. Sve što je bilo potrebno bila je mješavina plinova, mali ocean i malo munje.
Drugi su znanstvenici skloni vjerovati da je drevna Zemljina atmosfera bila drugačija od one koju je modelirao Miller, te da se najvjerojatnije sastojala od ugljičnog dioksida i dušika. Koristeći ovu plinsku smjesu i Millerovu eksperimentalnu postavu, kemičari su pokušali proizvesti organske spojeve. Međutim, njihova koncentracija u vodi bila je beznačajna kao da se kap prehrambene boje otopi u bazenu. Naravno, teško je zamisliti kako bi život mogao nastati u tako razrijeđenoj otopini.
Ako je doista doprinos zemaljskih procesa stvaranju rezervi primarne organske tvari bio tako neznatan, odakle je onda uopće došao? Možda iz svemira? Asteroidi, kometi, meteoriti, pa čak i čestice međuplanetarne prašine mogu nositi organske spojeve, uključujući aminokiseline. Ovi izvanzemaljski objekti mogli bi osigurati dovoljne količine organskih spojeva za početak života da uđe u primordijalni ocean ili malo vodeno tijelo.
Slijed i vremenski interval događaja, počevši od nastanka primarne organske tvari pa sve do pojave života kao takvog, ostaje i vjerojatno će zauvijek ostati misterij koji brine mnoge istraživače, kao i pitanje što. zapravo, smatrajte to životom.
Trenutno postoji nekoliko znanstvenih definicija života, ali nisu sve točne. Neki od njih su toliko široki da ispod njih padaju neživi predmeti poput vatre ili mineralnih kristala. Drugi su preuski, a prema njima se mazge koje ne rađaju potomstvo ne priznaju kao žive.
Jedan od najuspješnijih definira život kao samoodrživ kemijski sustav sposoban ponašati se u skladu sa zakonima Darwinove evolucije. To znači da, prvo, skupina živih jedinki mora proizvesti sebi slične potomke, koji nasljeđuju karakteristike svojih roditelja. Drugo, generacije potomaka moraju pokazati posljedice mutacija - genetske promjene koje nasljeđuju sljedeće generacije i uzrokuju varijabilnost populacije. I treće, potrebno je da djeluje sustav prirodne selekcije, zbog čega neke jedinke stječu prednost nad drugima i preživljavaju u promijenjenim uvjetima, stvarajući potomstvo.
Koji su elementi sustava bili potrebni da bi imao karakteristike živog organizma? Velik broj biokemičara i molekularnih biologa vjeruje da su molekule RNA imale potrebna svojstva. RNA – ribonukleinske kiseline – posebne su molekule. Neki od njih mogu se umnožavati, mutirati, prenoseći na taj način informacije, te stoga mogu sudjelovati u prirodnoj selekciji. Istina, oni sami nisu sposobni katalizirati proces replikacije, iako se znanstvenici nadaju da će u skoroj budućnosti biti pronađen fragment RNK s takvom funkcijom. Druge molekule RNA uključene su u "čitanje" genetskih informacija i njihov prijenos do ribosoma, gdje se odvija sinteza proteinskih molekula, u kojoj sudjeluje treća vrsta molekula RNA.
Stoga bi najprimitivniji živi sustav mogao biti predstavljen molekulama RNA koje se dupliciraju, podliježu mutacijama i podliježu prirodnoj selekciji. Tijekom evolucije, na temelju RNA, nastale su specijalizirane molekule DNA - čuvari genetskih informacija - i ništa manje specijalizirane proteinske molekule, koje su preuzele funkcije katalizatora za sintezu svih danas poznatih bioloških molekula.
U nekom trenutku, "živi sustav" DNA, RNA i proteina pronašao je utočište unutar vrećice koju je formirala lipidna membrana, a ta je struktura, zaštićenija od vanjskih utjecaja, poslužila kao prototip prvih stanica koje su dale nastanak na tri glavne grane života, koje u suvremenom svijetu predstavljaju bakterije, arheje i eukarioti. Što se tiče datuma i redoslijeda pojavljivanja takvih primarnih stanica, to ostaje misterij. Osim toga, prema jednostavnim probabilističkim procjenama, nema dovoljno vremena za evolucijski prijelaz od organskih molekula do prvih organizama – prvi najjednostavniji organizmi pojavili su se previše iznenada.
Dugi niz godina znanstvenici su vjerovali da je malo vjerojatno da se život mogao pojaviti i razviti u razdoblju kada je Zemlja stalno bila izložena sudarima s velikim kometima i meteoritima, razdoblju koje je završilo prije otprilike 3,8 milijardi godina. Međutim, nedavno su u najstarijim sedimentnim stijenama na Zemlji, pronađenim u jugozapadnom Grenlandu, otkriveni tragovi složenih staničnih struktura koji datiraju unatrag najmanje 3,86 milijardi godina. To znači da su prvi oblici života mogli nastati milijunima godina prije nego što je prestalo bombardiranje našeg planeta velikim kozmičkim tijelima. No tada je moguć sasvim drugačiji scenarij (slika 4).
Svemirski objekti koji su pali na Zemlju mogli su odigrati središnju ulogu u nastanku života na našem planetu, budući da su, prema brojnim istraživačima, stanice slične bakterijama mogle nastati na drugom planetu i zatim stići na Zemlju zajedno s asteroidima. Jedan dokaz koji podupire teoriju o izvanzemaljskom podrijetlu života pronađen je unutar meteorita u obliku krumpira nazvanog ALH84001. Ovaj meteorit izvorno je bio komad Marsove kore, koji je zatim bačen u svemir kao rezultat eksplozije kada se golemi asteroid sudario s površinom Marsa, što se dogodilo prije otprilike 16 milijuna godina. I prije 13 tisuća godina, nakon dugog putovanja unutar Sunčevog sustava, ovaj fragment Marsove stijene u obliku meteorita sletio je na Antarktiku, gdje je nedavno otkriven. Detaljno proučavanje meteorita otkrilo je štapićaste strukture koje podsjećaju na fosilizirane bakterije unutar njega, što je potaknulo žestoku znanstvenu raspravu o mogućnosti postojanja života duboko u Marsovoj kori. Ove sporove bit će moguće riješiti tek 2005. godine, kada će američka Nacionalna uprava za zrakoplovstvo i svemir provesti program letenja međuplanetarne letjelice na Mars kako bi se uzeli uzorci Marsove kore i dostavili uzorci na Zemlju. A ako znanstvenici uspiju dokazati da su mikroorganizmi nekada nastanjivali Mars, tada se s većom sigurnošću može govoriti o izvanzemaljskom podrijetlu života i mogućnosti da je život donesen iz svemira (slika 5).
Riža. 5. Naše porijeklo je od mikroba.
Što smo naslijedili od drevnih oblika života? Donja usporedba jednostaničnih organizama s ljudskim stanicama otkriva mnoge sličnosti.
 1. Spolno razmnožavanje |
 2. Trepavice |
 3. Hvatanje drugih stanica |
 4. Mitohondriji |
 5. Bičevi |
Evolucija života na Zemlji: od jednostavnog do složenog
Trenutno, a vjerojatno ni u budućnosti, znanost neće moći odgovoriti na pitanje kako je izgledao prvi organizam koji se pojavio na Zemlji - predak od kojeg su potekle tri glavne grane stabla života. Jedna od grana su eukarioti, čije stanice imaju formiranu jezgru koja sadrži genetski materijal i specijalizirane organele: mitohondrije koji proizvode energiju, vakuole itd. Eukariotski organizmi uključuju alge, gljive, biljke, životinje i ljude.
Druga grana su bakterije - prokariotski (prenuklearni) jednostanični organizmi koji nemaju izraženu jezgru i organele. I konačno, treća grana su jednostanični organizmi zvani arheje, odnosno arhebakterije, čije stanice imaju istu strukturu kao prokarioti, ali potpuno drugačiju kemijsku strukturu lipida.
Mnoge arhebakterije mogu preživjeti u izrazito nepovoljnim uvjetima okoliša. Neki od njih su termofili i žive samo u toplim izvorima s temperaturama od 90°C ili čak i višim, gdje bi drugi organizmi jednostavno uginuli. Osjećajući se odlično u takvim uvjetima, ovi jednostanični organizmi konzumiraju tvari koje sadrže željezo i sumpor, kao i niz kemijskih spojeva koji su otrovni za druge oblike života. Prema znanstvenicima, pronađene termofilne arhebakterije iznimno su primitivni organizmi i, u evolucijskom smislu, bliski srodnici najstarijih oblika života na Zemlji.
Zanimljivo je da moderni predstavnici sve tri grane života, najsličniji svojim precima, još uvijek žive na mjestima s visokim temperaturama. Na temelju toga neki su znanstvenici skloni vjerovati da je najvjerojatnije život nastao prije otprilike 4 milijarde godina na dnu oceana u blizini toplih izvora, izbijajući potoke bogate metalima i visokoenergetskim tvarima. U interakciji jedni s drugima i s vodom tada sterilnog oceana, stupajući u široku lepezu kemijskih reakcija, ovi su spojevi doveli do temeljno novih molekula. Tako se u toj “kemijskoj kuhinji” desecima milijuna godina pripremalo najveće jelo – život. A prije otprilike 4,5 milijardi godina na Zemlji su se pojavili jednostanični organizmi, čije se usamljeno postojanje nastavilo tijekom cijelog razdoblja pretkambrija.
Prasak evolucije koji je iznjedrio višestanične organizme dogodio se mnogo kasnije, prije nešto više od pola milijarde godina. Iako su mikroorganizmi toliko mali da jedna kap vode može sadržavati milijarde, opseg njihovog rada je ogroman.
Vjeruje se da u početku nije bilo slobodnog kisika u zemljinoj atmosferi i oceanima, te su u tim uvjetima živjeli i razvijali se samo anaerobni mikroorganizmi. Poseban korak u evoluciji živih bića bila je pojava fotosintetskih bakterija koje su pomoću svjetlosne energije pretvarale ugljikov dioksid u ugljikohidratne spojeve koji su služili kao hrana drugim mikroorganizmima. Ako su prvi fotosintetici proizvodili metan ili sumporovodik, onda su mutanti koji su se jednom pojavili počeli proizvoditi kisik tijekom fotosinteze. Kako se kisik nakupljao u atmosferi i vodi, anaerobne bakterije, za koje je on štetan, zauzimale su niše bez kisika.
Drevni fosili pronađeni u Australiji stari 3,46 milijardi godina otkrili su strukture za koje se vjeruje da su ostaci cijanobakterija, prvih fotosintetskih mikroorganizama. O nekadašnjoj dominaciji anaerobnih mikroorganizama i cijanobakterija svjedoče stromatoliti pronađeni u plitkim obalnim vodama nezagađenih slanih vodnih tijela. Oblikom podsjećaju na velike gromade i predstavljaju zanimljivu zajednicu mikroorganizama koji žive u vapnenačkim ili dolomitnim stijenama nastalim kao rezultat njihove životne aktivnosti. Na dubini od nekoliko centimetara od površine stromatoliti su zasićeni mikroorganizmima: u najgornjem sloju žive fotosintetske cijanobakterije koje proizvode kisik; pronađene su dublje bakterije koje su do određene mjere tolerantne na kisik i ne zahtijevaju svjetlost; u donjem sloju nalaze se bakterije koje mogu živjeti samo u nedostatku kisika. Smješteni u različitim slojevima, ti mikroorganizmi tvore sustav ujedinjen složenim međusobnim odnosima, uključujući i prehrambene odnose. Iza mikrobnog filma nalazi se stijena nastala kao rezultat interakcije ostataka mrtvih mikroorganizama s kalcijevim karbonatom otopljenim u vodi. Znanstvenici vjeruju da su plitke vode bile pune stromatolita, dok na prvobitnoj Zemlji nije bilo kontinenata i samo su se arhipelazi vulkana uzdizali iznad površine oceana.
Kao rezultat aktivnosti fotosintetskih cijanobakterija, kisik se pojavio u oceanu, a otprilike 1 milijardu godina nakon toga počeo se nakupljati u atmosferi. Prvo je nastao kisik u interakciji sa željezom otopljenim u vodi, što je dovelo do pojave željeznih oksida koji su se postupno taložili na dnu. Tako su tijekom milijuna godina, uz sudjelovanje mikroorganizama, nastala golema ležišta željezne rude iz koje se danas tali čelik.
Zatim, kada je većina željeza u oceanima oksidirala i više nije mogla vezati kisik, pobjeglo je u atmosferu u plinovitom obliku.
Nakon što su fotosintetske cijanobakterije stvorile određenu zalihu energetski bogate organske tvari iz ugljičnog dioksida i obogatile zemljinu atmosferu kisikom, nastale su nove bakterije - aerobi, koji mogu postojati samo uz prisutnost kisika. Za oksidaciju (izgaranje) organskih spojeva potreban im je kisik, a značajan dio dobivene energije pretvara se u biološki dostupan oblik – adenozin trifosfat (ATP). Taj je proces energetski vrlo povoljan: anaerobne bakterije pri razgradnji jedne molekule glukoze dobiju samo 2 molekule ATP-a, a aerobne bakterije koje koriste kisik 36 molekula ATP-a.
Dolaskom kisika dostatnog za aerobni način života debitiraju i eukariotske stanice koje za razliku od bakterija imaju jezgru i organele poput mitohondrija, lizosoma, a kod algi i viših biljaka - kloroplaste u kojima se odvijaju fotosintetske reakcije. Postoji zanimljiva i dobro utemeljena hipoteza o nastanku i razvoju eukariota koju je prije gotovo 30 godina iznio američki istraživač L. Margulis. Prema ovoj hipotezi, mitohondriji koji funkcioniraju kao tvornice energije u eukariotskoj stanici su aerobne bakterije, a kloroplasti biljnih stanica u kojima se odvija fotosinteza su cijanobakterije koje su primitivne amebe vjerojatno apsorbirale prije oko 2 milijarde godina. Kao rezultat obostrano korisnih interakcija, apsorbirane bakterije postale su unutarnji simbionti i formirale stabilan sustav sa stanicom koja ih je apsorbirala - eukariotskom stanicom.
Istraživanja fosilnih ostataka organizama u stijenama različite geološke starosti pokazala su da su stotinama milijuna godina nakon nastanka eukariotski oblici života bili predstavljeni mikroskopskim sferičnim jednostaničnim organizmima poput kvasca, a njihov evolucijski razvoj tekao je vrlo sporo tempo. Ali prije nešto više od 1 milijarde godina pojavile su se mnoge nove vrste eukariota, što je označilo dramatičan skok u evoluciji života.
Prije svega, to je bilo zbog pojave spolnog razmnožavanja. A ako su se bakterije i jednostanični eukarioti razmnožavali stvaranjem genetski identičnih kopija samih sebe i bez potrebe za spolnim partnerom, tada se spolno razmnožavanje u visoko organiziranim eukariotski organizmima događa na sljedeći način. Dvije haploidne spolne stanice roditelja, koje imaju jedan skup kromosoma, spajaju se u zigotu koja ima dvostruki set kromosoma s genima obaju partnera, što stvara mogućnosti za nove kombinacije gena. Pojava spolnog razmnožavanja dovela je do pojave novih organizama, koji su ušli u arenu evolucije.
Tri četvrtine cjelokupnog postojanja života na Zemlji predstavljali su isključivo mikroorganizmi, sve dok se nije dogodio kvalitativni skok u evoluciji koji je doveo do pojave visoko organiziranih organizama, uključujući i čovjeka. Pratimo glavne prekretnice u povijesti života na Zemlji silaznom linijom.
Prije 1,2 milijarde godina dogodila se eksplozija evolucije, uzrokovana pojavom spolnog razmnožavanja i obilježena pojavom visokoorganiziranih oblika života - biljaka i životinja.
Formiranje novih varijacija u mješovitom genotipu koje nastaje tijekom spolnog razmnožavanja očitovalo se u obliku bioraznolikosti novih oblika života.
Prije 2 milijarde godina pojavile su se složene eukariotske stanice kada su jednostanični organizmi zakomplicirali svoju strukturu apsorbirajući druge prokariotske stanice. Neke od njih - aerobne bakterije - pretvorile su se u mitohondrije - energetske stanice za disanje kisika. Druge - fotosintetske bakterije - počele su provoditi fotosintezu unutar stanice domaćina i postale su kloroplasti u stanicama algi i biljaka. Eukariotske stanice, koje imaju ove organele i jasno izraženu jezgru koja sadrži genetski materijal, čine sve moderne složene oblike života - od plijesni do ljudi.
Prije 3,9 milijardi godina pojavili su se jednostanični organizmi koji su vjerojatno izgledali poput modernih bakterija i arhebakterija. I drevne i moderne prokariotske stanice imaju relativno jednostavnu strukturu: nemaju formiranu jezgru i specijalizirane organele, njihova želatinasta citoplazma sadrži makromolekule DNA - nositelje genetskih informacija, i ribosome na kojima se odvija sinteza proteina, a na njima se proizvodi energija. citoplazmatsku membranu koja okružuje stanicu.
Prije 4 milijarde godina misteriozno se pojavila RNK. Moguće je da je nastala od jednostavnijih organskih molekula koje su se pojavile na primitivnoj zemlji. Vjeruje se da su drevne molekule RNK imale funkciju nositelja genetske informacije i proteinskog katalizatora, bile su sposobne za replikaciju (samodupliciranje), mutirale su i bile podložne prirodnoj selekciji. U modernim stanicama RNA nema ili ne pokazuje ova svojstva, ali ima vrlo važnu ulogu kao posrednik u prijenosu genetske informacije od DNA do ribosoma, u kojima se odvija sinteza proteina.
A.L. Prohorov
Na temelju članka Richarda Monasterskog
u časopisu National Geographic, 1998. br. 3
