- Második rész: Felosztás a tudósok körében -
- Harmadik rész: az első replikátor keresésekor -
- Negyedik rész: a protonok energiája -
- Az ötödik rész: hogyan lehet létrehozni egy sejtet? -
- Hatodik rész: A nagy egyesülés -
Manapság az élet meghódította a Föld minden négyzetcentiméterét, de amikor a bolygó először kialakult, ez egy halott kő volt. Hogyan és mikor történt a mérföldkő átmenet? Hogyan kezdődött az élet? Aligha gondolhatunk egy komolyabb, nagyobb és összetettebb kérdésre. Az emberi történelem nagy részében senki sem kételkedett abban, hogy ez az istenek dolga. Minden más magyarázat elképzelhetetlen volt.
Nem több. Az elmúlt században sok tudós megpróbálta kitalálni, hol kezdődhet az első élet. Még a teremtés pillanatát megpróbálták újra létrehozni laboratóriumaikban: teljesen új életet teremtenek a semmiből. Eddig senkinek sem sikerült, de hosszú utat tettünk meg. Manapság sok élet eredetét vizsgáló tudós bízott abban, hogy a helyes úton haladnak - és kísérleteik vannak, amelyek alátámasztják az ezzel kapcsolatos bizalmukat.
Ez a történet valódi eredetének kiderítésére tett erőfeszítéseink története. Ez a megszállottság, a harc és a ragyogó kreativitás története, amely a modern tudomány néhány legnagyobb felfedezéséhez vezetett. Az élet eredete megértésének vágya a férfiakat és a nőket bolygónk legtávolabbi sarkaiba küldte. Egyes tudósokat ördögöknek tartottak a testben, míg mások továbbra is a brutális totalitárius kormányok hüvelykujján dolgoztak.
Ez a történet az élet születéséről a Földön.
Valójában a dinoszauruszok nem olyan régen éltek.
Az élet régi. A dinoszauruszok - a leghíresebb kihalt lények - 250 millió évvel ezelőtt jelentek meg. De az élet sokkal korábban kezdődött.
A legrégebbi ismert fosszilis rekord körülbelül 3,5 milliárd éves, 14-szer olyan hosszú, mint a legrégebbi dinoszauruszok. De a fosszilis adatok még tovább vihetnek bennünket. Például önmagában 2016 augusztusában a tudósok felfedezték a megkövesedett, 3,7 milliárd éves mikrobákat.
Promóciós videó:
Ezek a hullámos minták 3,7 milliárd éves lehetnek
Maga a Föld nem sokkal idősebb, 4,5 milliárd éves.
Feltételezve, hogy az élet a Földön származik - ami ésszerűnek tűnik, mivel még mindig nem találtuk meg másutt -, akkor ennek a Föld kialakulása és a legrégebbi ismert kövületek megjelenése között eltelt milliárd év alatt kellett történnie.
Az élet megjelenési lehetőségeinek szűkítésével tudományos kitalálásokat készíthetünk arról, hogy mi történt.
Az élet fája: a legtöbb baktérium és archaea
A 19. század óta a biológusok tudták, hogy az összes élőlény "sejtekből" áll: apró, az alakú és méretű élő anyag zsákból áll. A sejteket először a 17. században fedezték fel, az első mikroszkópok találmányának köszönhetően, de több mint száz évbe telt, hogy rájöjjünk, hogy minden élet alapját képezik.
Bizonyára nem úgy néz ki, mint harcsa vagy tyrannosaurus, de a mikroszkóp megmutatja, hogy szinte azonos sejtekből készültek. Mint a növények és a gombák. De eddig a legtöbb élő forma a mikroorganizmus, amely egy sejtből áll. A baktériumok a leghíresebb csoport, és a Földön mindenütt megtalálhatók.
2016 áprilisában a tudósok bemutatták az "életfa" frissített változatát: bizonyos értelemben minden élő faj családfáját. Szinte minden ág baktérium. Sőt, ezeknek az ágaknak a formája azt sugallja, hogy a baktériumok voltak az egész élet közös ősei. Más szavakkal, minden élőlény - beleértve te is - baktériumokból származik.
Kiderült, hogy pontosabban meghatározhatjuk az élet eredete problémáját. Csak olyan anyagokat és körülményeket használva, amelyek a Földön 3,5 milliárd évvel ezelőtt voltak, készítsünk egy cellát.
Mennyire nehéz lesz?
Egész élő sejt
Első kísérletek
A történelem nagy részében senki sem tartotta szükségesnek kérdezni az élet létrejöttét, mivel a válasz nyilvánvalónak tűnt. Az 1800-as évekig a legtöbb ember hitt a "vitalizmusban". Ez egy intuitív ötlet, miszerint az élő dolgok különleges, varázslatos tulajdonságokkal bírnak, amelyek megkülönböztetik őket az élettelen tárgyaktól.
A vitalitást gyakran összekapcsolják a vallási hiedelmekkel. A Biblia azt mondja, hogy Isten az „élet lélegzetét” használta az első emberek újjáélesztésére, és a halhatatlan lélek a vitalizmus egyik formája.
Csak egy probléma van. A vitalitás teljes ostobaság.
Az 1800-as évek elejére a tudósok számos anyagot fedeztek fel, amelyek az életre egyedinek tűntek. Az egyik ilyen vegyület a karbamid, amelyet a vizeletben találtak és 1799-ben ürítették ki. Csak ez illeszkedik még a vitalizmus fogalmába. Csak az élőlények képesek előállítani ezeket a vegyszereket, tehát nyilvánvalóan élelmi energiával voltak töltve, és ez különlegessé tette őket.
De 1828-ban a Friedrich Wöhler német kémikus talált módot karbamid előállítására közönséges vegyi anyagból, ammónium-cianátból, amelynek nincs nyilvánvaló kapcsolat az élőlényekkel. Mások követték példát, és hamarosan kiderült, hogy az élet vegyi anyagai egyszerűbb vegyi anyagokból készülhetnek, amelyeknek semmi köze sincs az élethez.
Friedrich Wöhler, német vegyész
Ez a vitalizmus, mint tudományos koncepció vége volt. De az embereknek nehéz volt megosztani ezt az ötletet. Sok embernek úgy tűnt, hogy azt mondani, hogy az élet vegyi anyagában nincs semmi "különleges", olyan volt, mint az élet varázsa elvetése, mechanikai vagy lélektelensé tétele. És természetesen ellentétes volt a Bibliával.
Még a tudósok megpróbálták megmenteni a vitalizmust. Már 1913-ban az angol biokémikus, Benjamin Moore hevesen támogatta a "biotikus energia" elméletét, amely ugyanaz a vitalizmus, de más néven. Ennek az ötletnek erős érzelmi felhangjai voltak.
Még ma is ez az ötlet néha felbukkan itt és ott. Például sok olyan tudományos fantasztikus történet létezik, amelyekben az „élet energiája” növelhető vagy kiszívható. Gondolj arra a "regenerációs energiára", amelyet a Time Lordok használnak a Doctor Who-ben. Szokatlannak tűnik, de ez egy nagyon, nagyon régi ötlet.
1828 után azonban a tudósoknak okuk volt az „istentelen” magyarázat keresésére az élet első megjelenésekor. De nem tették meg. Úgy tűnik, hogy ezt a témát meg kell vizsgálni, de valójában az élet eredetének rejtélyét évtizedek óta figyelmen kívül hagyják. Lehet, hogy még mindig nagyon kötődtek a vitalizmushoz a következő lépés megtételéhez.
Charles Darwin megmutatta, hogy az egész élet egyetlen közös ősből származik
Ehelyett a 19. században a biológia hatalmas előrelépése Charles Darwin és mások által kidolgozott evolúcióelmélet volt.
Darwin elmélete, amelyet a „Fajok eredete” című 1859-ben írt le, elmagyarázta, hogy az élet mindezek sokfélesége hogyan válthat ki egyetlen közös ősből. Az egyes fajokat már nem Isten készítette, hanem egy ősi organizmusból származott, amely több millió évvel ezelőtt élt: az utolsó egyetemes közös ősektől.
Ez az ötlet rendkívül ellentmondásosnak bizonyult, ismét azért, mert nem felelt meg a Bibliának. Darwint és ötleteit részben felháborodott keresztények támadtak.
Az evolúció elmélete nem mondott semmit arról, hogy miként jelent meg az első organizmus.
Darwin azt hitte, hogy az élet "meleg kis tóban" jelent meg
Darwin tudta, hogy ez mély kérdés, de - valószínűleg az egyház új támadásaitól félve - csak 1871-ben merte megbeszélni. A levél jó hangja azt mutatja, hogy ismerte a kérdés mély értelmét:
„De ha (és ó, milyen nagy„ ha”) el tudnánk képzelni egy kicsi meleg tót mindenféle ammóniával és foszfor-sóval - fénnyel, hővel, elektromossággal -, amelyben egy fehérjevegyület kémiailag alakul ki, készen áll még továbbmenni komplex változások …"
Más szavakkal, mi lenne, ha egyszer volt egy kis víztest, amelyet egyszerű szerves vegyületekkel töltöttek el, és napfényben fürdött? Ezen vegyületek némelyike kombinálhat egy félig élő anyagot, például fehérjét, amely fejlődni kezdhet és bonyolultabbá válhat.
Ez az ötlet felületes volt. De ő alapozta meg az élet kialakulásának első hipotézisét.
Furcsa módon ez a hipotézis megjelent a Szovjetunióban.
Alexander Oparin a Szovjetunióban élt és dolgozott
Sztálin idején mindent az állam ellenőrzése alatt tartott. Még az emberek, a biológusok gondolatai is, amelyek nem kapcsolódnak a kommunista politikához. Figyelemre méltó, hogy Sztálin valójában megtiltotta a tudósok számára a hagyományos genetika tanulmányozását. Ehelyett előmozdította Trofim Lysenko gazda ötleteit, amelyek véleménye szerint inkább összhangban voltak a kommunista ideológiával. A genetika területén dolgozó tudósokat arra kényszerítették, hogy nyilvánosan támogassák Lysenko ötleteit annak érdekében, hogy ne kerüljenek a táborokba.
Olyan elnyomó környezetben végezte Alexander Oparin kutatásait a biokémia területén. Dolgozni tudott, mert odaadó kommunista volt: támogatta Lysenko ötleteit, sőt még a szovjet korszak legmagasabb kitüntetését is Lenin-rendben kapta.
1924-ben Oparin kiadta az élet eredete című munkáját. Ebben vázolta az élet eredetéről alkotott képét, amely feltűnően hasonló volt Darwin kis meleg tójához.
A Föld lehűlése után képződött óceánok
Oparin megpróbálta elképzelni, milyen a Föld a formáció után. A felület forró volt, ahogy a sziklák estek az űrből. Fémből terjedő kőzetek nagyméretű vegyszere, beleértve a szén alapú vegyületeket is.
A Föld végül eléggé lehűlt ahhoz, hogy a vízgőz folyékony vízbe kondenzálódjon, és az első eső esni kezdett. Töltette a Föld óceánjait, amelyek forróak voltak és széntartalmú vegyszerekben gazdagok. Amire szüksége van az élethez
Először a különböző vegyi anyagok kölcsönhatásba léptek egymással, és sok új vegyületet képeztek, amelyek közül néhány komplex. Oparin szerint az élethez nélkülözhetetlen molekulák, a cukrok és az aminosavak képződhetnek a Föld vizein.
Aztán a vegyi anyagok egy része mikroszkopikus struktúrákat alakított ki. Sok szerves anyag nem oldódik vízben: például az olajok réteget képeznek a víz tetején. De amikor ezeknek az anyagoknak vízzel érintkeznek, gömb alakú "koacervált" golyókat képeznek, amelyek átmérője akár 0,01 centiméter lehet.
Ha a koacervátumokat mikroszkóppal nézik, akkor nagyon mozgalmasan viselkednek, mint az élő sejtek. Növekszik és megváltozik alakja, néha két részre osztva. Vegyi vegyszereket is felvehetnek a környező vízből, így életszerű vegyi anyagokkal járhatnak. Oparin szerint a koacervátumok a modern sejtek ősei.
Öt évvel később, 1929-ben, az angol biológus John Burdon Sanderson Haldane önállóan nagyon hasonló ötleteket javasolt egy rövid cikkben, amelyet a Rationalist Annualban publikáltak.
Addigra Haldane már sokat hozzájárult az evolúció elméletéhez, hozzájárulva Darwin elképzeléseinek beépítéséhez a fejlődő genetika tudományába.
J. Haldane angol genetikus
Az Oparinhoz hasonlóan Haldanén leírta, hogy a szerves anyagok felhalmozódhatnak a vízben "mindaddig, amíg az Óceánok elérik a forró, hígított leves állagát". Ez megteremtette a helyet az "első élő vagy félig élő dolgoknak", amelyek vékony olajréteggel formálódtak és végződtek.
Fontos, hogy a világ összes biológusa közül csak Oparin és Haldané jutott erre. Radikális volt az a gondolat, hogy az élő organizmusok egyszerű kémiai reakciók útján képesek kialakulni, Isten vagy akár „élet erő” nélkül. Mint Darwin előző evolúcióelmélete, ez is pofon volt a kereszténység szemszögéből.
De tökéletesen illeszkedik a Szovjetunió keretébe. A szovjet rendszer hivatalosan ateista volt, és vezetői örömmel támogatták az olyan mély jelenségek, mint az élet materialista magyarázatát. Haldane ateista és kommunista is volt.
"Abban az időben egy ötlet elfogadása vagy elutasítása elsősorban az egyéntől függ: legyen vallásos, támogassa-e a baloldali vagy a kommunista ötleteket" - mondja Armen Mulkidzhanian, a németországi Osnabrucki Egyetem életének szakértője. „A Szovjetunióban örömmel fogadták őket, mert nem volt szükségük Istenre. A nyugati világban, ha az embereket nézzük, akik ebbe az irányba gondolkodtak, akkor mind baloldaliak, kommunisták és így tovább."
Az ötlet, hogy az élet egy ősi szerves anyag táptalajon alakul ki, az Oparin-Haldane hipotézisgé vált. Nagyon ügyes és meggyőző volt, de volt egy probléma. Nem támasztotta alá semmilyen kísérleti bizonyítékot. És így folytatódott majdnem negyed századon keresztül.
Harold Urey
Mire Harold Urey érdeklődött az élet eredete iránt, már elnyerte az 1934-es kémiai Nobel-díjat és segített az atombomba felépítésében. A második világháború alatt Jurij a Manhattan Projektnél dolgozott, összegyűjtve a bomba magjához szükséges instabil uránt-235. A háború után küzdött azért, hogy a nukleáris technológiát polgári ellenőrzés alatt tartsa.
Érdeklődött az űrkémia iránt is, különös tekintettel arra, mi történt a Naprendszer kialakulása során. Egy nap előadást tartott, és megjegyezte, hogy valószínűleg nincs oxigén a Föld légkörében, amikor az először kialakult. Ez tökéletesen kiegészítette az Oparin és a Haldane elsődleges táptalaját: az érzékeny vegyi anyagokat az oxigénnel való érintkezés elpusztíthatja.
A hallgatóságban Stanley Miller nevű doktorandusz hallgató vett részt, majd egy kérdéssel felkereste Yuurit: ki lehet-e próbálni ezt az ötletet? Yuuri szkeptikus volt, de Miller ragaszkodott a sajátjához. Tehát 1952-ben Miller megkezdte a leghíresebb kísérletet az élet eredetével kapcsolatban.
Miller-Urey kísérlet
A beállítások egyszerűek voltak. Miller az üveg lombik sorozatát összekapcsolta, és négy vegyi anyagot lőtt, amelyek esetleg jelen voltak a korai Földön: forrásban lévő víz, hidrogén-gáz, ammónia és metán. Ezután a gázokat ismételt áramütéseknek vetette alá, hogy szimulálja a villámcsapásokat, amelyek akkoriban a Földön gyakoriak voltak.
Miller megállapította, hogy "az üvegben az első nap után a vizek szignifikánsan csekélyebbé váltak, és a hét végére az oldat vörös és zavaros volt." Úgy tűnik, vegyi anyagok keveréke alakult ki.
A keverék elemzése után Miller rájött, hogy két aminosavat tartalmaz: glicint és alanint. Az aminosavakat gyakran az élet építőelemeinek nevezik. Olyan fehérjék előállítására használják, amelyek a testünkben zajló biokémiai folyamatok nagy részét irányítják. Miller az élet két alapvető elemét építette fel a földről felfelé.
Az eredményeket a rangos Science folyóirat 1953-ban tette közzé. Jurij valami nagyon szokatlan dolgot tett az idősebb tudósok számára, lemondta a nevét a munkájáról, és teljes hiteleket adott Millernek. Ennek ellenére a tanulmányt gyakran Miller-Urey kísérletnek nevezik.
Stanley Miller a laboratóriumban
"A Miller-Urey erőssége, hogy sok biológiai molekulát előállíthat közvetlenül a légkörből" - mondja John Sutherland a molekuláris biológiai laboratóriumból, Cambridge, Egyesült Királyság.
A részletek tévesnek bizonyultak, mivel későbbi tanulmányok kimutatták, hogy a korai Föld légköre más gázkeverék volt. De ez nem változtatja meg a tényt. A kísérlet sikeres volt, serkentette a közönség képzeletét és idézetekké robbant fel.
Miller kísérlete után más tudósok kezdték keresni az egyszerű biológiai molekulák semmiből történő létrehozásának módját. Úgy tűnt, hogy megjelenik az élet eredete rejtélyének megoldása.
De aztán kiderült, hogy az élet nehezebb, mint bárki gondolta. Az élő sejtek nem csupán zacskók vegyszerek voltak: apró apró gépek voltak. Hirtelen a sejt semmiből történő felépítése sokkal nehezebbnek bizonyult, mint gondolnák a tudósok.
ILYA KHEL
- Második rész: Felosztás a tudósok körében -
- Harmadik rész: az első replikátor keresésekor -
- Negyedik rész: a protonok energiája -
- Az ötödik rész: hogyan lehet létrehozni egy sejtet? -
- Hatodik rész: A nagy egyesülés -