Původ života na Zemi: hypotézy, teorie, základní pojmy

Je známo, že vědecké časopisy se snaží nepřijímat k publikaci články věnované problémům, které přitahují pozornost každého, ale nemají jasné řešení - vážná edice fyziky nezveřejní návrh perpetual motion machine. Toto téma bylo původem života na Zemi. Otázka vzhledu přírody, vzhledu člověka, je znepokojující myšlení lidí po tisíce let a pouze kreacionisté - přívrženci božského původu všech věcí - našli pro sebe sama určitou odpověď, ale tato teorie není vědecká, protože není předmětem ověření.

Názory starších

Starověké čínské a starověké indické rukopisy vyprávějí o vzhledu živých bytostí z vody a rozpadu pozůstatků, egyptské hieroglyfy a klínové písmo starého Babylonu nám vyprávějí o narození obojživelných bytostí v úrodných sedimentech velkých řek. Hypotézy původu života na Zemi prostřednictvím spontánní generace byly zřejmé mudrcům vzdálené minulosti.

Starověcí filozofové také dali příklady vzhledu zvířat z neživé hmoty, ale jejich teoretické základy byly jiné povahy: materialistické a idealistické. Demokritus (460-370 př.nl.) Nalezl příčinu vzniku života ve zvláštní interakci nejmenších, věčných a nedělitelných částic - atomů. Platón (428-347 př.nl) a Aristotle (384-322 př.nl) Původ života na Zemi byl připsán zázračným účinkům na hmotnou hmotu vyššího principu, který přivádí duši do objektů přírody.

Myšlenka existence nějaké "životní síly", která přispívá k vzhledu živých bytostí, se ukázala jako velmi stabilní. To tvořilo názory na původ života na Zemi pro mnoho vědců, kteří žili ve středověku a později až do konce 19. století.

Teorie spontánního generování

Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723) s vynálezem mikroskopu vytvořil nejmenší mikroorganismy, které objevil, hlavním předmětem diskuse mezi vědci, kteří rozdělili dvě hlavní teorie původu života na Zemi - biogenezi a abiogenezi. Bývalý věřil, že veškerý život může být pouze stvořením živé věci, která věřila spontánní tvorbě organické hmoty v řešeních umístěných ve zvláštních podmínkách. Podstata tohoto sporu se dosud nezměnila.

Experimenty některých přírodovědců prokázaly možnost spontánního vzniku nejjednodušších mikroorganismů a příznivci biogeneze tuto možnost zcela odmítli. Louis Pasteur (1822-1895), který používal přísně vědecké metody a vysokou správnost svých experimentů, prokázal nepřítomnost mýtických životních sil přenášených vzduchem a vznik živých bakterií. Ve svých dílech však povolil možnost spontánní generace za určitých zvláštních podmínek, které musely vědci budoucích generací zjistit.

Evoluční teorie

Spisy velkého Charlese Darwina (1809-1882) otřásaly základy mnoha přírodních věd. Vyhlášený vzhled velkého množství biologických druhů od jednoho společného předka znova způsobil, že na Zemi vznikl život nejdůležitější vědní téma. Teorie přirozený výběr a na začátku bylo těžké nalézt své příznivce a nyní prochází kritickými útoky, které vypadají celkem poměrně, ale je to darwinismus, který je základem moderních přírodních věd.

Po Darwinu nemohl být původ života na biologii Země z jejich předchozích pozic zvážen. Vědci z mnoha oborů biologické vědy byli přesvědčeni o pravdivosti evoluční cesty rozvoje organismů. Nechte moderní pohledy na společného předka, který Darwin položil na založení Stromu života, změnili se v mnoha směrech, ale pravda obecného konceptu je neotřesitelná.

Teorie stacionárního stavu

Laboratorní vyvrácení spontánní spontánní generace bakterií a dalších mikroorganismů, povědomí o komplexní biochemické struktuře buňky spolu s myšlenkami darwinismu mělo zvláštní vliv na vznik alternativních verzí teorie původu života na Zemi. V roce 1880 jeden z nových návrhů navrhl William Preyer (1841-1897). Domníval se, že není potřeba mluvit o narození života na naší planetě, protože existuje navždy a nemá takový počátek jako takový, je neměnný a neustále připravený na znovuzrození za jakýchkoliv vhodných podmínek.

Myšlenky Preyera a jeho následovníků jsou pouze čistě historického a filozofického zájmu, protože pozdější astronomové a fyzici počítali čas konečné existence planetárních systémů, upevnili stálé, ale stálé rozšiřování vesmíru, to znamená, že nikdy nebyl věčný ani trvalý.

Touha vidět svět jako jediný globální živý bytost odrážel názory velkého vědce a filozofa z Ruska - Vladimira Ivanoviče Vernadského (1863-1945), který měl také svoji vlastní představu o původu života na Zemi. Byl založen na pochopení života jako na integrální charakteristice vesmíru, vesmíru. Podle Vernadského skutečnost, že věda nemohla najít vrstvy neobsahující stopy organické hmoty, mluvila o geologické věčnosti života. Jeden ze způsobů, jakými se život na mladé planetě objevil, nazval Vernadský kontakty s vesmírnými objekty - komety, asteroidy a meteority. Zde se jeho teorie spojila s jinou verzí, která vysvětlovala původ života na Zemi metodou panspermie.

Kolébka života - prostoru

Panspermie (řečtina - "semenná směs", "semena všude") pokládá život za základní vlastnost hmoty a nevysvětluje způsob jejího původu, ale volá vesmír jako zdroj životních zárodků, které spadají na nebeské těla s podmínkami vhodnými pro jejich klíčení.

První zmínka o základních pojmech panspermie se nachází ve spisech starověkého řeckého filosofa Anaxagoras (500-428 př.nl). e.) a ve století XVIII mluvila o jejím francouzském diplomovi a geologovi Benoitovi de Mayovi (1656-1738 gg.). Tyto myšlenky byly reanimovány Svantem Augustem Arrheniusem (1859-1927), lordem Kelvinem Williamem Thomsonem (1824-1907) a Hermannem von Helmholtzem (1821-1894).

Studie o krutém vlivu na živé organismy kosmického záření a teplotních podmínkách meziplanetárního prostoru dělala taková hypotéza o původu života na Zemi, která nebyla příliš relevantní, ale se začátkem vesmírného věku vzrostl zájem o panspermii.

V roce 1973 laureát Nobelovy ceny Francis Crick (1916-2004) navrhl mimozemskou produkci molekulárních živých systémů a zasáhl je na Zemi meteority a komety. Zároveň byly šance na abiogenezi na naší planetě hodnoceny jako velmi nízké. Vznik a vývoj života na Zemi samou shromážděním organické látky vysoce prominentní vědec nepovažoval realitu.

Zkameněné biologické struktury byly nalezeny v meteoritech po celé planetě, podobné stopy byly nalezeny v půdních vzorcích odebraných z Měsíce a Marsu. Na druhou stranu se provádějí četné experimenty s léčbou biostruktur s vlivy, které jsou možné, když jsou umístěny ve vesmíru a při průchodu podobnou atmosférou Země.

Důležitý experiment byl proveden v roce 2006 jako součást mise Deep Impact. Comet Tempel byl stlačen speciální nárazovou hlavicí, vydanou automatickým přístrojem. Analýza kometární látky, která byla uvolněna v důsledku nárazu, ukázala přítomnost vody a byla různorodá organických sloučenin.

Závěr: od výskytu teorie panspermie se výrazně změnila. Moderní věda zachází jinak s těmi primárními prvky života, které by mohly být na naší planetě předány vesmírnými objekty. Výzkum a experimenty dokazují životaschopnost živých buněk v meziplanetárním cestování. To všechno činí myšlenku mimozemského původu pozemského života relevantním. Základní koncepce původu života na Zemi jsou teorie, do kterých panspermie vstupuje buď jako hlavní část, nebo jako způsob, jak přenést komponenty na Zemi, aby vytvořily živou hmotu.

Teorie biochemické evoluce Oparin-Haldane

Myšlenka spontánní generace živých organismů anorganické látky vždy zůstala téměř jedinou alternativou ke kreacionismu a v roce 1924 byla vydána 70stránková monografie, která dala tuto myšlenku sílu rozvinuté a zakotvené teorie. Tato práce se nazývala "Původ života", autorem byl ruský vědec - Alexander Ivanovič Oparin (1894-1980). V roce 1929, kdy se díla Oparina ještě nepřekládaly do angličtiny, anglický biolog John Haldane (1860-1936) vyjádřil podobné pojetí původu života na Zemi.

Oparin navrhl, že pokud by primitivní atmosféra mladé planety Země byla redukována (tj. Neobsahovala kyslík), mohly by syntetický efekt syntézy organických sloučenin z anorganické hmoty přispět silným výbuchem energie (například bleskem nebo ultrafialovým zářením). Následně by takové molekuly mohly tvořit sraženiny a akumulace - koacervátové kapky, které jsou protoorganismy, kolem kterých se vytvářejí vodní košilky - základy membránové membrány, dochází k separaci, vytváří rozdíl náboje, tudíž pohyb - začátek metabolismu, počátky metabolismu atd. Koatservaty byly považovány za základ začátku evolučních procesů, které vedly k vytvoření prvních forem života.

Haldane představil koncept "primárního bujónu" - počátečního oceánu země, který se stal velkým chemickým laboratoří, spojeným se silným zdrojem potravin - slunečním světlem. Kombinace oxidu uhličitého, amoniaku a ultrafialového záření vedla k vzniku koncentrované populace organických monomerů a polymerů. Následně byly tyto formace kombinovány s výskytem lipidové membrány kolem nich a jejich vývoj vedl k vytvoření živé buňky.

Hlavní etapy vzniku života na Zemi (Oparin-Haldane)

Podle teorie vzniku vesmíru z velkého množství energie došlo k Velkému třesku zhruba před 14 miliardami let a před asi 4,6 miliardami let byla dokončena tvorba planet Sluneční soustavy.

Mladá Země, postupně ochlazená, získala pevnou skořápku, kolem níž vznikla atmosféra. Primární atmosféra obsahovala vodní páru a plyny, které později sloužily jako suroviny pro organickou syntézu: oxid uhličitý a oxid uhličitý, sirovodík, metan, amoniak, kyanidové sloučeniny.

Bombardování vesmírných objektů obsahujících vodu v zmrzlém stavu a kondenzace vodní páry v atmosféře vedly k vytvoření Světového oceánu, ve kterém byly rozpuštěny různé chemické sloučeniny. Výrazné bouřky doprovázely tvorbu atmosféry, do níž pronikly silné ultrafialové záření. Za takových podmínek došlo k syntéze aminokyselin, cukrů a dalších nejjednodušších organických látek.

Na konci prvních miliard let existence Země se proces polymerace nejjednodušších monomerů na proteiny (polypeptidy) a nukleových kyselin (polynukleotidy). Začali tvořit prebiologické sloučeniny - koacerváty (se začátky jádra, metabolismus a membrána).

3,5-3 miliardy let před naším letopočtem - fáze tvorby protobiontů se samou reprodukcí, řízený metabolismus, membrána s proměnlivou permeabilitou.

3 miliardy let před naším letopočtem e. - vznik buněčných organismů, nukleových kyselin, primárních bakterií, začátek biologické evoluce.

Experimentální důkaz hypotézy Oparin-Haldane

Mnoho vědců pozitivně zhodnotilo základní pojmy původu života na Zemi založené na abiogenezi, ačkoli od počátku našly útržky a výhrady v teorii Oparin-Haldane. V různých zemích se začalo pracovat na testování hypotézy, která je nejznámějším klasickým experimentem, provedeným v roce 1953 americkými vědci Stanleym Millerem (1930-2007) a Haroldem Ureyem (1893-1981).

Podstatou pokusu bylo simulovat podmínky v rané Zemi v laboratoři, ve kterých by mohly být syntetizovány nejjednodušší organické sloučeniny. Plynová směs, podobná složení jako primární zemská atmosféra, je v zařízení cirkulována. Konstrukce zařízení zajišťovala imitaci sopečné aktivity a elektrické výboje přenášené směsí vytvořily bleskový efekt.

Po týdenní cirkulaci směsi systémem byla desetina uhlíku přenesena na organické sloučeniny, nalezeny aminokyseliny, cukry, lipidy a sloučeniny předcházející aminokyselinám. Opakované a modifikované experimenty plně potvrdily možnost abiogeneze v simulovaných podmínkách časné Země. V dalších letech provedly další laboratoře opakované experimenty. Do kompozice plynné směsi byl přidán sírový kysličník jako možná složka vulkanických emisí, byly provedeny další změny, které nebyly zásadní. Ve většině případů byla zkušenost s syntézou organických sloučenin úspěšná, ačkoliv pokusy jít dál a získávat složitější prvky blížící se složení živé buňky nebyly úspěšné.

RNA World

Koncem dvacátého století mnoho vědců, kteří nepřestali mít zájem o problém původu života na Zemi, bylo jasné, že teorie Oparin-Haldane má všemi symetriemi teoretických konstrukcí a zřetelným experimentálním potvrzením zřejmé, možná nepřekonatelné chyby. Hlavním je nemožnost vysvětlit vzhled vlastností protobiontů, které určují živý organismus - množit se při zachování dědičných vlastností. S objevem genetických buněčných struktur, s definicí funkce a struktury DNA s rozvojem mikrobiologie se objevil nový kandidát na roli molekuly prvního života.

Stala se molekulou ribonukleové kyseliny - RNA. Tato makromolekula, která je součástí všech živých buněk, je řetězec nukleotidů - nejjednodušší organické jednotky sestávající z atomů dusíku, monosacharid - ribóza a fosfátová skupina. Sekvence nukleotidů je kódem dědičných informací a ve virech například RNA hraje roli, kterou hraje DNA v komplexních buněčných strukturách.

Navíc vědci objevili jedinečnou schopnost některých molekul RNA vkládat zlomy do jiných řetězců nebo spojovat jednotlivé prvky RNA a některé hrají roli autokatalyzátorů - to znamená, že přispívají k rychlé reprodukci. Poměrně malá velikost makromolekuly RNA a její zjednodušená, ve srovnání s DNA strukturou (v jednom vláknu), činila z ribonukleové kyseliny hlavní kandidát na roli hlavního prvku prebiologických systémů.

Závěrečná teorie vzniku živé hmoty na planetě byla formulována v roce 1986 Waltem Gilbertem (nar. 1932) - americkým fyzikem, mikrobiologem a biochemistou. Ne všichni odborníci souhlasili s tímto pohledem na původ života na Zemi. Krátce nazvaný "RNA World", teorie struktury prebiologického světa naší planety nemůže odpovědět na jednoduchou otázku, jak se první molekula RNA objevila s požadovanými vlastnostmi, a to i tehdy, kdyby existovalo obrovské množství "stavebního materiálu" ve formě nukleotidů apod.

Pau World

Odpověď se pokusila najít v květnu 2004 Simon Nicholas Platts a v roce 2006 skupinu vědců pod vedením Pascala Ehrenfreunda. Jako výchozí materiál pro RNA s katalytickými vlastnostmi byly navrženy polyaromatické uhlovodíky.

Svět PAHs byl založen na vysoké prevalenci těchto sloučenin ve viditelném prostoru (musely být přítomny v "primárním bujónu" mladé Země) a zvláštnosti jejich prstencovité struktury, přispívající k jejich rychlému spojení s dusíkatými bázemi, klíčovými složkami RNA. Teorie PAH opět mluví o aktuálnosti některých ustanovení panspermie.

Unikátní život na jedinečné planetě

Dokud se vědci nebudou moci vrátit před 3 miliardami let, tajemství původu života na naší planetě nebude odhaleno - mnozí z těch, kteří se s tímto problémem setkali, dospějí k tomuto závěru. Základní pojmy původu života na Zemi jsou: teorie abiogeneze a teorie panspermie. Mohou se protínají mnoha způsoby, ale s největší pravděpodobností nebudou schopni odpovědět: jak mezi obrovským kosmem se ze Země a jeho družice, Měsíce, jak se na něm zrodil, objevil překvapivě vyvážený systém ...