Все соединения делятся на органические и неорганические. Органические это как раз те, из которых состоим мы и все живые организме на Земле. Неорганические - все остальные. Зарождение жизни, по сути, представляет из себя образования органических соединений на планете. До определенного момента на Земле были только неорганические соединения, а жизнью даже и не пахло. Самая привычная нам и распространенная теория о зарождении жизни - теория большого взрыва, но помимо нее есть еще масса теорий, далеко не все из них можно считать правдоподобными, но есть и несколько занимательных, которых придерживаются всемирные ученые и которые берут в рассмотрение, 7 из них вы сможете прочитать в этой статье.
1. Черные курильщики
Черные курильщики, или, по-научному, гидротермальные источники срединно-океанических хребтов, - это источники, расположенные на дне океанов, поставляющие в океан высокоминерализированную горячую воду.
Как известно, нашей планете 4.5 миллиарда лет. На протяжении этого времени, она все время развивалась и не стояла на месте, и многие из тех "плюшек", которые есть сейчас, были далеко не всегда. Например, озоновый слой. Много лет тому назад его не было, а значит, ультрафиолетовое излучение и радиация из космоса не давали развиваться жизни на поверхности Земли. Нужно было где-то от этого пряться. Один из вариантов - под толщей воды. Но нужно брать откуда-то сульфиды и питательные элементы. Тут на помощь приходят они, черные курильщики, бьющие из-под океанского дна. В теории, они могут служить основанием для более чем цветущей жизни.
2. Панспермия
Гипотеза о происхождении жизни на Земле из других космических тел находит массу сторонников среди авторитетных ученых. Среди них - великий немецкий ученый Герман Гельмгольц и шведский химик Сванте Аррениус, российский мыслитель Владимир Вернадский и британский лорд-физик Кельвин. Однако наука стремится оперировать фактами, и после открытия космической радиации и ее воздействия на живые организмы, вера в панспермию, казалось, утратила актуальность.
Однако, более углубляясь в изучение данного вопроса, ученые обнаруживают все больше нюансов. Совершая многочисленные эксперименты с космическими аппаратами, они всерьез рассматривают способность живых организмов выжить при воздействии радиации, холода, отсутствия воды и других условий космической среды. Найденные органические соединения на астероидах, кометах, газопылевых скоплениях и протопланетных облаках являются неоспоримыми доказательствами. Однако заявления о наличии микробов или подобных им организмов всё еще остаются недоказанными.
Легко заметить, что даже самая увлекательная теория панспермии только смещает вопрос о происхождении жизни в другую среду и другое время. Независимо от того, что занесло первые организмы на Землю – случайный метеорит или умысел высокоразвитых пришельцев из космоса, они должны были возникнуть где-то и как-то. Возможно, не здесь и несколько дальше в прошлом, но жизнь все равно должна была возникнуть из неорганической материи. Вопрос "Как?" остается без ответа.
3. Первичный бульон
Понятие абиогенного происхождения жизни тесно связано с классическими экспериментами, проведенными Стэнли Миллером и Гарольдом Юри в 1950-х годах. В ходе этих экспериментов в лаборатории были созданы условия, схожие с теми, которые существовали на молодой Земле - комбинация метана, угарного газа, молекулярного водорода, многочисленные электрические разряды и ультрафиолетовое излучение. Через некоторое время более 10% углерода из метана превратилось в органические молекулы, такие как аминокислоты, сахара, липиды и предшественники нуклеиновых кислот.
Современные эксперименты, основанные на классическом подходе, имеют более сложные настройки, которые точнее соответствуют условиям на ранней Земле. В них имитируются воздействия вулканов, выбрасывающих сероводород и двуокись серы, и присутствие азота и других веществ. Благодаря этим опытам ученым удается получать большое количество органических соединений - потенциальных строительных блоков жизни. Однако основной проблемой остается наличие рацематов - изомеров оптически активных молекул, таких как аминокислоты, которые образуются в равных количествах, в то время как известная нам жизнь включает только L-изомеры, за некоторыми исключениями.
Кроме того, в 2015 году профессор Джон Сазерленд из Кембриджа доказал возможность образования всех основных молекул жизни - компонентов ДНК, РНК и белков - из простого набора исходных материалов. Циановодород и сероводород, которые встречаются нередко в космосе, являются главными героями этого процесса. Вместе с некоторыми минеральными веществами и металлами, которые достаточно распространены на Земле, они создают насыщенный "первичный бульон", способствующий полимеризации и химической эволюции.
Гипотезу об абиогенном происхождении жизни из "органического бульона" выдвинул советский биохимик Александр Опарин в 1924 году. Несмотря на то, что в определенный период его карьеры он склонялся к сторонникам лысенковщины, его заслуги в этой области огромны. Главная премия, вручаемая Международным научным обществом изучения возникновения жизни (ISSOL) - Медаль Опарина - названа в его честь. Эта престижная награда присуждается раз в шесть лет в знак признания выдающихся достижений в области исследования происхождения жизни. Среди ее лауреатов были Стэнли Миллер, исследователь хромосом и нобелевский лауреат Джек Шостак. В промежутках между вручениями Медали Опарина ISSOL также присуждает Медаль Юри, которая признает значимость Гарольда Юри. Эти престижные награды образуют уникальную и по-настоящему эволюционную премию с изменчивым названием.
4. Химическая эволюция
Эта теория пытается объяснить процесс, в ходе которого относительно простая органическая материя под воздействием внешних факторов, отбора и механизмов самоорганизации превращается в довольно сложные химические системы, являющиеся предшественниками жизни.
Основной концепцией этого подхода является "водно-углеродный шовинизм", согласно которому эти два элемента (вода и углерод-NS) абсолютно необходимы и важны для возникновения и развития жизни, как на Земле, так и за ее пределами. Главный вопрос заключается в том, каковы условия для того, чтобы "водно-углеродное превосходство" развилось, в частности, в сложнейший химический комплекс, способный к самовоспроизведению. Согласно одной из гипотез, возможно, что молекулы впервые были организованы в микропорах глинистых минералов.
Эту идею несколько лет назад выдвинул шотландский химик Александр Грэм Кэрнс-Смит, предположивший, что первые организованные молекулы образовались на внутренней поверхности глинистого минерала. Израильский ученый показал, что такие условия позволяют выращивать достаточно длинные белковые цепочки: на внутренней поверхности, как и на матрице, могут осаждаться и полимеризоваться сложные биомолекулы. Здесь же можно накапливать нужное количество солей металлов, которые играют важную роль катализаторов химических реакций. Глиняные стенки могут выполнять функцию клеточных мембран, разделяя "внутреннее" пространство, где происходят сложные химические реакции, и отделяя его от внешнего хаоса. Матрица" для роста макромолекулярных молекул может служить поверхностью для кристаллических минералов. Пространственная структура кристаллической решетки позволяет выбрать только один оптический изомер, например, L-аминокислоты, что решает проблему, описанную ранее. Энергию для первичного "метаболизма" могут давать неорганические реакции, такие как восстановление пирита (FeS2) водородом (до сульфида железа и сероводорода). В этом случае для появления сложных биомолекул не нужны ни молнии, ни ультрафиолетовое излучение, как в эксперименте Миллера-Юри.
Другими словами, вредные аспекты этих действий могут быть устранены. Молодая Земля не была защищена от вредных и даже смертоносных компонентов солнечной радиации. Даже современные, проверенные эволюцией организмы не смогли бы противостоять этому жесткому ультрафиолетовому излучению - даже если бы само Солнце было намного моложе и не обеспечивало Землю достаточным количеством тепла. В связи с этим возникла гипотеза, что в период, когда происходила работа над чудом зарождения жизни, вся планета была покрыта толстым слоем льда, толщиной в сотни метров.
Скрываясь под этим слоем льда, жизнь могла чувствовать себя в полной безопасности от ультрафиолетового излучения и частых ударов метеоритов, которые грозили уничтожить жизнь на заре времен. Относительно прохладная среда также стабилизировала структуру первых макромолекул.
5. Мир РНК
Согласно принципам диалектического материализма, жизнь - это "единство и борьба" двух начал: с одной стороны, информации, которая изменяется и передается по наследству, а с другой - биохимических и структурных функций. И вопрос о том, где зародилась жизнь - с информации и нуклеиновых кислот или с функции и белков - остается одним из самых сложных. И одним из известных ответов на этот парадоксальный вопрос является гипотеза "мира РНК", которая возникла в конце 1960-х годов и была окончательно сформулирована в конце 1980-х.
РНК - это макромолекула, не столь эффективная, как ДНК, в хранении и передаче информации и не столь впечатляющая, как белки, в выполнении ферментативных функций. Однако молекулы РНК способны выполнять и то, и другое, и при этом выступают в качестве передаточного звена в обмене клеточной информацией, катализируя многие реакции внутри клетки. Белки не могут реплицироваться без информации ДНК, а ДНК не может реплицироваться без белковой "технологии". РНК, с другой стороны, может быть полностью самодостаточной: она может катализировать свою собственную "репликацию", и для начала этого достаточно.
Исследования в рамках гипотезы "мира РНК" показывают, что возможна и полномасштабная химическая эволюция этих макромолекул. Рассмотрим хотя бы один реальный пример, продемонстрированный биофизиками из Калифорнии под руководством Лесли Оргела. Когда бромистый этидий добавляют в раствор РНК, способной к саморепликации, он становится токсичным для этой системы и подавляет синтез РНК. Затем, постепенно, по мере смены поколений макромолекул в смеси, появляются РНК, устойчивые даже к очень высоким концентрациям токсина. Так в процессе эволюции первые молекулы РНК нашли способ синтезировать свой первый инструмент - белки, а в комплексе с ними "открыли" двойную спираль ДНК, идеальный носитель генетической информации.
6. Эндосимбиоз
*тут картинки не нашлось*
Посмотрите на себя в зеркало и полюбуйтесь своими глазами. Существо, которое вы видите, - сложный гибрид, существовавший с незапамятных времен В конце XIX века немецко-британский натуралист Андреас Симпер заметил, что хлоропласты, органеллы растительных клеток, отвечающие за фотосинтез, могут реплицироваться отдельно от самих клеток. Хлоропласты - это симбионты, клетки фотосинтезирующих бактерий.
Конечно, у нас нет хлоропластов. Иначе, как утверждают некоторые псевдорелигиозные секты, мы могли бы питаться солнечным светом. Однако к 1920-м годам гипотеза внутриклеточного симбиоза была распространена и на митохондрии. Митохондрии - это органеллы, которые потребляют кислород и обеспечивают энергией все клетки. На сегодняшний день эта гипотеза приобрела статус полноценной теории, которая была неоднократно доказана. Достаточно сказать, что митохондрии и пластиды имеют собственный геном, более или менее независимые механизмы деления клеток и собственные системы синтеза белка.
В природе встречаются и другие эндосимбионты, которые не эволюционировали в течение миллиардов лет и имеют менее глубокий уровень внутриклеточной интеграции. Например, у некоторых амеб нет митохондрий, и для выполнения этой роли в их клетки внедряются бактерии. Существуют также гипотезы об эндосимбиотическом происхождении других органелл, таких как жгутики, реснички и даже клеточные ядра. По мнению некоторых исследователей, все мы, эукариоты, являемся результатом беспрецедентного слияния бактерий и архей. Эти теории пока не получили строгого подтверждения, но ясно одно: как только жизнь зародилась, она поглотила соседние организмы, взаимодействовала с ними и начала порождать новую жизнь.
7. Протоклетки
Однако простой репликации недостаточно для "нормальной жизни". Любая жизнь - это прежде всего пространственно изолированная от окружающей среды область, разделяющая метаболические процессы, способствующая протеканию одних реакций и позволяющая исключить другие. Иными словами, жизнь - это клетка, окруженная полупроницаемой мембраной, состоящей из липидов. И "протоклетки" должны были возникнуть уже на самых ранних этапах развития жизни на Земле. Первую гипотезу о ее происхождении высказал хорошо известный нам Александр Опарин. По его мнению, "первозданная мембрана" представляла собой каплю гидрофобных липидов, похожую на желтую масляную каплю, плавающую в воде.
В целом идеи ученого приняты современной наукой, и Жак Состак, награжденный медалью Опалина, также занимался этой темой. Вместе с Катажиной Адамара ему удалось создать своеобразную модель "примитивной клетки". Аналог ее мембраны состоял не из современных липидов, а из еще более простых органических молекул - жирных кислот, которые смогли накопиться в достаточном количестве там, где появились первые примитивные организмы. Шостаку и Адамаре также удалось "оживить" структуру, добавив в среду ионы магния (которые способствуют действию РНК-полимеразы) и лимонную кислоту (которая стабилизирует структуру жировой мембраны).
Им удалось создать в некотором роде живую, хотя и совершенно простую систему. По крайней мере, это была обычная протоклеточка, содержащая защищенную мембраной среду для воспроизводства РНК. На этом мы можем закрыть последнюю главу предыстории жизни и начать первую главу ее истории. Однако, поскольку это совершенно другая тема, мы обсудим здесь только первые шаги в эволюции жизни и соответствующие, но крайне важные концепции, связанные с появлением огромного разнообразия живых организмов.
Надеюсь, вы оцените этот пост. В комментариях напишите свое мнение насчет мироздания.
