Az élet a Földön több mint 3,5 milliárd évvel ezelőtt jelent meg - nehéz pontosan meghatározni a pillanatot, csak azért, mert nem könnyű meghúzni a vonalat a „szinte életben” és az „igazán él” között. Biztosan mondhatjuk azonban, hogy ez a varázslatos pillanat sok-sok millió millió évig nyúlt. Ennek ellenére igazi csoda volt.
Ahhoz, hogy ezt a csodát valóban megérthesse, meg kell ismerkednie számos modern elmélettel, amelyek az élet születésének különféle lehetőségeit és szakaszát írják le. Az élénk, de élettelen egyszerű szerves vegyületek sorozatától a protoorganizmusokig, amelyek ismertek a halálról és végtelen biológiai változékonyságú versenyre indultak. Végül is, nem ez a két kifejezés - megváltoztathatóság és halál - nem az egész élet összegét eredményezi?..
1. Panspermia
Az a hipotézis, amely szerint más kozmikus testekből a Földre hozza az életét, sok tekintélyes védõvel rendelkezik. Ezt a pozíciót Hermann Helmholtz nagy német tudós és Svante Arrhenius svéd vegyész, Vladimir Vernadsky orosz gondolkodó és Kelvin brit ura fizikus töltötte be. A tudomány azonban a tények birodalma, és a kozmikus sugárzás felfedezése és annak minden élőlényre gyakorolt pusztító hatása után úgy tűnt, hogy a panspermia meghal.
De minél mélyebben tudósok merülnek bele a kérdésbe, annál több árnyalattal jelentkezik. Tehát most - beleértve az űrhajókon végzett számos kísérletet - sokkal komolyabban vesszük figyelembe az élő szervezetek azon képességét, hogy tolerálják a sugárzást és a hideget, a vízhiányt és a világűrben való "más élvezeteket". Az aszteroidákon és üstökösökön, a távoli gáz- és porcsoportokban, valamint a protoplanetáris felhőkben található mindenféle szerves vegyület megtalálása számtalan és kétségtelen. Azon állítások azonban, amelyek bennük felfedezték valami gyanúsan mikrobákra emlékeztető nyomait, továbbra sem bizonyítottak.
Könnyű belátni, hogy a lenyűgöző képesség érdekében a panspermia elmélete csak az élet eredete kérdését más helyre és másik időbe helyezi. Bármi is hozta az első organizmusokat a Földre - legyen az véletlenszerű meteorit vagy ravasz terv a magasan fejlett idegenek számára, nekik és valahogy születettek. Ne hagyjuk itt és sokkal tovább a múltban -, de az életnek élettelen anyagból kellett nőnie. A "Hogyan?" maradványok.
Promóciós videó:
1. Nem tudományos: Spontán generáció
A magasan fejlett élő anyag spontán eredete az élettelen anyagtól - mint például a légylárvák születése rothadó húsban - összekapcsolható Arisztotelzéssel, aki sok előd gondolatait általánosította és a spontán generáció holisztikus doktrínáját alkotta. Arisztotelész filozófiájának más elemeihez hasonlóan a spontán generáció volt a domináns tan a középkori Európában, és némi támogatást élveztek Louis Pasteur kísérleteivel, akik meggyőzően kimutatták, hogy még a légylárváknak is szükségük van szülői légyek megjelenésére. Ne keverje össze a spontán generációt az élet abiogenikus eredetének modern elméleteivel: a köztük levõ különbség alapvetõ.
2. Primer leves
Ez a koncepció szorosan kapcsolódik a klasszikus kísérletekhez, amelyek Stanley Miller és Harold Urey által sikerült megszerezni az 1950-es évek státusát. A laboratóriumban a tudósok modellezték azokat a feltételeket, amelyek a fiatal Föld felszíne közelében állhatnak - metán, szén-monoxid és molekuláris hidrogén keveréke, számos elektromos kisülés, ultraibolya fény - és a metánból származó szén több mint 10% -át különféle szerves molekulákká alakították át. Több mint 20 aminosavat, cukrot, lipidet és nukleinsav prekurzort nyertünk a Miller-Urey kísérletekben.
A klasszikus kísérletek modern változatai sokkal kifinomultabb beállításokat használnak, amelyek jobban megfelelnek a korai Föld körülményeinek. Szimulálják a vulkánok hatását a hidrogén-szulfid- és kéndioxid-kibocsátással, a nitrogén jelenlétével stb. Szóval a tudósoknak sikerül hatalmas és változatos mennyiségű szerves anyagot nyerni - a potenciális élet potenciális építőelemeit. Ezeknek a kísérleteknek a fő problémája a racemát marad: az optikailag aktív molekulák izomerjei (például aminosavak) egyenlő mennyiségben képződnek keverékben, míg a nekünk ismert élet (néhány és furcsa kivétellel) csak az L-izomereket tartalmazza.
Később azonban visszatérünk erre a problémára. Itt kell még hozzátenni, hogy nemrégiben - 2015-ben - John Sutherland cambridge-i professzor és csapata megmutatta annak lehetőségét, hogy az alapvető „életmolekulákat”, a DNS, az RNS és a fehérjék alkotóelemeit egy nagyon egyszerű kiindulási alkotóelemből készítsék. Ennek a keveréknek a főszereplői a hidrogén-cianid és a hidrogén-szulfid, amelyek az űrben ritka. Nekik még hozzá kell adni néhány ásványi anyagot és fémet, amelyek elegendő mennyiségben vannak jelen a Földön, például foszfátokat, réz- és vassókat. A tudósok részletes reakcióvázlatot készítettek, amely egy gazdag "őskori levest" készíthet, oly módon, hogy benne jelennek meg a polimerek, és a teljes kémiai fejlődés játszódik.
Miller és Urey kísérleteivel kipróbált „organikus táptalajból” származó élet abiogenikus eredetének hipotézisét 1924-ben Alexander Oparin szovjet biokémikus fogalmazta meg. És bár a tudósok a lysenkoizmus korszakának "sötét éveiben" a tudományos genetika ellenzőinek álltak, érdeme nagyszerű. Az akadémikus szerepének elismeréseként neve viseli az Élet eredete kutatására szolgáló Nemzetközi Tudományos Társaság (ISSOL) által odaítélt fő díjat - az Oparin-érmet. A díjat hatévente ítélik oda, és különféle időpontokban Stanley Millernek és a nagy kromoszómakutatónak, a Nobel-díjas Jack Shostaknak ítélték oda. Harold Urey hatalmas hozzájárulásának elismeréseként az ISSOL az Oparin-érme között (szintén hatévente) odaadja az Urey-érmet. Az eredmény egy egyedi, valódi evolúciós díj - megváltoztatható névvel.
3. Kémiai fejlődés
Az elmélet megpróbálja leírni a viszonylag egyszerű szerves anyagok meglehetősen összetett kémiai rendszerekké történő átalakulását, maga az élet előfutárait, külső tényezők hatására, a szelekció mechanizmusait és az önszerveződést. Ennek a megközelítésnek az alapfogalma a "víz-szén šovinizmus", amely ezt a két komponenst (víz és szén - NS) feltétlenül szükséges és az élet megjelenésének és fejlődésének kulcsa, akár a Földön, akár valahol azon túl. És a fő probléma továbbra is azok a körülmények, amelyek mellett a „víz-szén šovinizmus” nagyon kifinomult kémiai komplexekké alakulhat, amelyek elsősorban önmagukba replikálódnak.
Az egyik hipotézis szerint a molekulák elsődleges szerveződése az agyag ásványok mikropórusaiban fordulhat elő, amelyek szerkezeti szerepet játszottak. Alexander Graham Cairns-Smith, a skót vegyész néhány évvel ezelőtt előterjesztette ezt az ötletet. Komplex biomolekulák lerakódhatnak és polimerizálódhatnak belső felületükön, mint egy mátrix: az izraeli tudósok kimutatták, hogy ezek a körülmények lehetővé teszik a kellően hosszú fehérjeláncok növekedését. Itt felhalmozódhatnak a szükséges mennyiségű fémsók, amelyek fontos szerepet játszanak a kémiai reakciók katalizátoraként. Az agyagfalak sejtmembránként működhetnek, megosztva a „belső” teret, amelyben egyre összetettebb kémiai reakciók zajlanak, és elválasztva azt a külső káosztól.
A kristályos ásványok felületei "mátrixokként" szolgálhatnak a polimermolekulák növekedéséhez: kristályrácsaik térbeli szerkezete csak az egyik típusú optikai izomereket - például L-aminosavakat - képes kiválasztani, megoldva a fentiekben említett problémát. Az elsődleges „anyagcseréhez” szükséges energiát szervetlen reakciók, például az ásványi pirit (FeS2) hidrogénnel történő redukciója (vas-szulfiddá és hidrogén-szulfiddá) szolgáltathatják. Ebben az esetben sem a villám, sem az ultraibolya sugárzás nem szükséges a komplex biomolekulák megjelenéséhez, mint a Miller-Urey kísérletekben. Ez azt jelenti, hogy megszabadulhatunk cselekedeteik káros következményeitől.
A Fiatal Földet nem védették a napsugárzás káros, sőt halálos alkotóelemei ellen sem. Még a modern, evolúcióval tesztelt organizmusok sem lennének képesek ellenállni ennek a durva ultraibolya sugárzásnak - annak ellenére, hogy maga a Nap sokkal fiatalabb volt és nem adott elegendő hőt a bolygónak. Ebből merült fel a hipotézis, miszerint abban az időben, amikor az élet eredetének csodája történt, az egész Földet vastag jégréteggel boríthatták - száz méterre; és ez a legjobb. Az e jégtakaró alatt rejtőzve az élet teljesen biztonságban érezheti magát az ultraibolya sugárzástól és a gyakori meteorológiai csapásoktól, amelyek azzal fenyegettek, hogy elpusztítják a rügyben. A viszonylag hűvös környezet stabilizálhatja az első makromolekulák szerkezetét.
4. Fekete dohányosok
Valójában az ultraibolya sugárzásnak a fiatal Földön, amelynek atmoszférája még nem tartalmazott oxigént, és nem volt olyan csodálatos dolga, mint az ózonréteg, bármilyen születő életre halálosnak kellett volna lennie. Ebből az a feltevés született, hogy az élő organizmusok törékeny ősei kénytelenek voltak létezni valahol, mindent elrejtetve minden és minden sugara sterilizálásának folyamatától. Például mélyen a víz alatt - természetesen, ahol elegendő ásványi anyag van, keverés, hő és energia a kémiai reakciókhoz. És találtak ilyen helyeket.
A huszadik század vége felé világossá vált, hogy az óceánfenék semmiképpen sem lehet menedék a középkori szörnyek számára: az itt fennálló feltételek túl szigorúak, a hőmérséklet alacsony, nincs sugárzás, és a ritka szerves anyagok csak a felszínről képesek leülepedni. Valójában ezek hatalmas fél sivatagok - néhány figyelemre méltó kivétellel: ott, mélyen a víz alatt, a geotermikus források kimenetei közelében, az élet szó szerint teljes lendületben van. A szulfidokkal telített fekete víz forró, aktívan kevert és sok ásványi anyagot tartalmaz.
A fekete-óceáni dohányosok nagyon gazdag és jellegzetes ökoszisztémák: az őket tápláló baktériumok a vas-kén reakciókat használják, amiről már tárgyaltunk. Ezek a teljes virágzás alapját képezik, beleértve számos egyedi férget és garnélarát. Talán ők voltak az alapok a bolygón lévő élet eredetéhez: legalábbis elméletileg az ilyen rendszerek mindent tartalmaznak, ami ehhez szükséges.
2. Nem tudományos: Szellemek, istenek, ősök
A világ eredetével kapcsolatos kozmológiai mítoszokat mindig antropogonikus koronák képezik - az ember eredetéről. És ezekben a fantáziákban csak az ókori szerzők képzeletét lehet irigyelni: arra a kérdésre, hogy mi, hogyan és miért keletkezett a kozmosz, hol és hogyan jelent meg az élet - és az emberek -, a verziók nagyon különbözőnek hangzottak és szinte mindig gyönyörűek. A növényeket, a halakat és az állatokat egy hatalmas holló fogta ki a tengerfenékből. Az emberek a Pangu őse testéből kúsztak, amikor agyagból és hamuból öntött férgek istenek és szörnyek házasságaiban születtek. Mindez meglepően költői, de ennek természetesen nincs köze a tudományhoz.
5. Az RNS világa
A dialektikus materializmus elveivel összhangban az élet két elv "egységét és harcát" jelenti: egyrészről az információ megváltoztatása és örökölése, másrészt a biokémiai, szerkezeti funkciók. Az egyik lehetetlen a másik nélkül - és az a kérdés, hogy hol kezdődött az élet, információval és nukleinsavakkal, vagy funkciókkal és fehérjékkel, továbbra is az egyik legnehezebb. És ennek a paradox helyzetnek az egyik ismert megoldása az RNS világhipotézise, amely az 1960-as évek végén jelent meg és végül kialakult az 1980-as évek végén.
Az RNS - a makromolekulák az információ tárolásában és továbbításában nem olyan hatékonyak, mint a DNS, és az enzimatikus funkciók ellátásában - nem olyan lenyűgöző, mint a fehérjék. Az RNS-molekulák azonban mindkettőre képesek, és eddig átviteli kapcsolatként szolgálnak a sejt információcseréjénél, és számos reakciót katalizálnak benne. A fehérjék nem képesek replikálódni DNS-információ nélkül, és a DNS nem képes fehérje "képességek" nélkül. Az RNS viszont teljesen autonóm lehet: képes katalizálni saját „szaporodását” - és ez elegendő a kezdethez.
Az RNS világhipotézise keretében végzett tanulmányok kimutatták, hogy ezek a makromolekulák képesek teljes kémiai evolúcióra. Vegyünk például egy szemléltető példát, amelyet a kaliforniai biofizikus mutatott be Lesley Orgel vezetésével: ha etidium-bromidot adnak az önreplikációra képes RNS oldathoz, amely mérgezője ennek a rendszernek, blokkolja az RNS szintézist, majd apránként, a makromolekulák generációinak megváltozásával, a keverékben Úgy tűnik, hogy az RNS-k ellenállnak a toxin nagyon magas koncentrációinak is. Valahogy így fejlődve az első RNS-molekulák megtalálhatják a módját az első eszközök-fehérjék szintetizálására, majd - velük kombinálva - "felfedezik" maguknak a DNS kettős spirálját, az örökletes információ ideális hordozóját.
3. Nem tudományos: megváltoztathatatlanság
Nem lehet több tudományos, mint az első ősökről szóló történetek úgy hívni a nézeteket, hogy a helyhez kötött állam elmélete hangos nevét viseli. Támogatói szerint soha semmilyen élet nem keletkezett - ahogy a Föld sem született, és a kozmosz sem jelent meg: egyszerűen mindig, mindig és maradtak. Mindez nem igazolhatóbb, mint a Pangu férgek: Ahhoz, hogy egy ilyen „elméletet” komolyan vegyék, el kell felejteni a paleontológia, a geológia és a csillagászat számtalan megállapítását. Valójában el kell hagyni a modern tudomány nagyszabású épületét - de valószínűleg érdemes feladni mindent, ami a lakosságának tudható be, beleértve a számítógépeket és a fájdalommentes fogászati kezelést is.
6. Protocellák
Az egyszerű replikáció azonban nem elegendő a "normális élethez": az élet mindenekelőtt a környezet térben elszigeteltebb területe, amely elválasztja az anyagcserét, megkönnyíti egyes reakciók lefolyását, és lehetővé teszi mások kizárását. Más szavakkal, az élet olyan sejt, amelyet egy lipidekből álló féligáteresztő membrán határol. És a "protocellák "nak már a Föld életének legkorábbi szakaszában meg kellett volna jelenniük - származásukra az első hipotézist Alekszandr Oparin fejezte ki, aki nekünk jól ismert. Véleménye szerint a hidrofób lipidek cseppek, amelyek hasonlítanak a vízben lebegő sárga olajcseppekre, "protomembránok" lehetnek.
Általában véve a tudós elképzeléseit a modern tudomány elfogadja, és Jack Shostak, aki munkájáért Oparin-érmet kapott, szintén részt vett ebben a témában. Katarzyna Adamala-val együtt sikerült létrehozni egyfajta „protocell” modellt, amelynek membránjának analógja nem a modern lipidekből, hanem még egyszerűbb szerves molekulákból, zsírsavakból állt, amelyek már az első protoorganizmusok származási helyein is felhalmozódhattak. Shostaknak és Adamalanak még sikerült "újraéleszteni" szerkezetét azáltal, hogy magnéziumionokat (stimulálva az RNS polimerázok munkáját) és citromsavat (stabilizálja a zsíros membránok szerkezetét) a tápközeghez.
Ennek eredményeként egy teljesen egyszerű, ám némileg élõ rendszerrel végződtek; mindenesetre egy normál protocell volt, amely membránval védett környezetet tartalmazott az RNS szaporodásához. Ettől a pillanattól bezárhatja az élet őskorának utolsó fejezetét - és elkezdi a történelem első fejezeteit. Ez azonban egy teljesen más téma, tehát csak egy, de rendkívül fontos koncepcióról fogunk beszélni, amely az élet fejlődésének első lépéseivel és a hatalmas fajta organizmusok megjelenésével jár.
4. Tudománytalan: Örök visszatérés
Az indiai filozófia „vállalati” ábrázolása, a nyugati filozófiában Immanuel Kant, Friedrich Nietzsche és Mircea Eliade munkáival összefüggésben. Költői kép minden élő lélek örök vándorlásáról végtelen számú világon és azok lakóin keresztül, annak jelentéktelen rovarmá, majd magasztos költővé vagy akár számunkra ismeretlen lényvé, démonként vagy istenné történő átalakulásáról. A reinkarnáció ötleteinek hiánya ellenére Nietzsche valóban közel áll ehhez az ötlethez: az örökkévalóság örökkévaló, ami azt jelenti, hogy minden benne lévő esemény megismételhető és megismételhető. És mindegyik lény végtelenül forog az egyetemes visszatérés ezen körhintaján, úgy, hogy csak a fej forog, és az elsődleges eredetű probléma eltűnik valahol a számtalan ismétlés kaleidoszkópjában.
7. Endosymbiosis
Vessen egy pillantást magára a tükörben, szemébe nézz: a lény, akivel egymásra nézel, egy komplex hibrid, amely az emlékezetlen idők során felmerült. A német-angol természettudós, Andreas Schimper a 19. század végén észrevette, hogy a kloroplasztok - a fotoszintézisért felelős növényi sejt-organellák - önmaguktól külön-külön replikálódnak. Hamarosan felmerült egy hipotézis, miszerint a kloroplasztok szimbióntok, a fotoszintézisű baktériumok sejtjei, amelyeket egyszer a gazda elnyel - és örökre itt hagyják.
Természetesen nincsenek kloroplasztok, különben táplálkozhatnánk a napfénytől, amint azt néhány ál-vallásos szekták sugallják. Az 1920-as években azonban az endosimbiózis hipotézisét kiterjesztették a mitokondriumokra, az organellákra, amelyek oxigént fogyasztanak és minden sejtünkhöz energiát szolgáltatnak. A mai napig ez a hipotézis teljes jogú, többször bevált elmélet státusát kapta - elegendő azt mondani, hogy a mitokondriumoknak és a plasztidoknak megvan a saját genomja, többé-kevésbé sejtosztódási mechanizmusuk, és saját proteinszintézis-rendszerük.
A természetben más endoszimptónokat is találtak, amelyeknek mögött nem áll egymilliárd éves közös evolúció, és a sejtbe való integráció kevésbé mély szintjén vannak. Például néhány amőba nem rendelkezik saját mitokondriummal, de vannak baktériumok, amelyek benne vannak és szerepet játszanak. Hipotézisek vannak más organellák endosimbiotikus eredetére vonatkozóan - ideértve a flagella-t és a ciliát, sőt a sejtmagot: egyes kutatók szerint mindannyian az eukarióták példátlanul összekapcsolódtak a baktériumok és az archaea között. Ezek a verziók még nem találtak szigorú megerősítést, de egy dolog világos: amint megjelentek, az élet elkezdett felszívni a szomszédait - és kölcsönhatásba lépni velük, új életet szülve.
5. Nem tudományos: kreacionizmus
A kreacionizmus fogalma a 19. században merült fel, amikor ezt a szót a világ és az élet megjelenésének különféle változatai támogatóinak hívták, amelyeket a Tóra, a Biblia és a monoteista vallások más szent könyveinek szerzői javasoltak. Valójában azonban a kreacionisták nem nyújtottak semmi újat ezekhez a könyvekhez képest, és újra és újra megpróbálták megcáfolni a tudomány szigorú és alapvető megállapításait - és valójában újra és újra elvesztették az egyik helyet a másik után. Sajnos a modern álszertechnikusok-kreacionisták ötleteit sokkal könnyebb megérteni: sok erőfeszítésre van szükség az igazi tudomány elméleteinek megértéséhez.
Szergej Vasziljev
