Panspermi
Panspermia (fra gresk "blanding" og "frø") er en veldig autoritativ teori i vår tid om fremveksten av liv på jorden som et resultat av overføring av "livs embryoer" fra andre planeter. Denne hypotesen ble fremsatt av den tyske vitenskapsmannen G. Richter i 1865, som mente overføring av mikroorganismesporer enten ved meteoritter eller under påvirkning av lett trykk. Senere ble kosmisk stråling oppdaget, som påvirker levende organismer ikke mindre destruktivt enn forfallet av uran. Og teorien om panspermia "falt i støv" til den første flyturen til månen - da levende mikroorganismer fra jorden ble funnet på Surveyor-3-sonden som landet på månen, som trygt overlevde den lange flyturen i verdensrommet.
I 2006 ble tilstedeværelsen av både vann og enkle organiske forbindelser i kometstoffet oppdaget. Morsomt nok betyr dette at en liten meteoritt med et lysende spor som nærmer seg en mye større jordklode av planeten er noe sånt som den kosmiske analogen til kvinnelige og mannlige reproduktive celler, som sammen gir opphav til nytt liv.
Noen tilhengere av panspermia tror at en utveksling av bakterier skjedde mellom Jorden og Mars i perioden da den røde planeten fortsatt blomstret og var delvis dekket av hav. Dessuten er dette ikke nødvendigvis forårsaket av meteoritter - kanskje bakteriene ble brakt hit av intelligente besøkende (men dette er et eget emne). Men selv om slike hendelser fant sted i historien, vil vi bli tvunget til å finne ut hvor livet kom fra på en annen planet.
Elektrisitet og urbuljongen
Det berømte Miller-Urey-eksperimentet i 1953 beviste at elektriske gnister kunne generere livsgrunnlaget - aminosyrer og sukrose - i nærvær av vann, metan, ammoniakk og hydrogen i atmosfæren. Dette betyr at vanlige lyn kan skape det viktigste byggeklosser livet videre eldgamle jord, kalt urbuljongen. Dette begrepet ble introdusert i 1924 av den sovjetiske biologen Oparin. I følge hans teori oppsto denne "suppen" for rundt 4 milliarder år siden i grunne reservoarer på planeten under påvirkning av elektriske utladninger, kosmisk stråling og høye væsketemperaturer. Til å begynne med var sammensetningen dominert av nukleotider, polypeptider, nitrogenholdige baser og aminosyrer. Så, over millioner av år, ble mer komplekse molekyler dannet i urbuljongen inntil de enkleste encellede organismene, bakterier, ble dannet.
Leirliv
Ifølge religiøse kilder ble Adam skapt av jordens støv, og i Koranen og blant noen folkeslag (for eksempel japanerne) formet gudene mennesker av leire. I følge organisk kjemiker Alexander Graham Kearns-Smith fra University of Glasgow i Skottland er dette kanskje ikke en enkel allegori: De første molekylene i livet kan ha dannet seg på leire. I utgangspunktet hadde ikke primitive karbonforbindelser DNA, noe som betyr at de ikke kunne reprodusere sin egen type - "reproduksjon" kunne bare stimuleres av kilder fra det ytre miljøet.
En slik kilde kan være leirestein, som ikke bare er en viss jordmasse – det er en organisert, ordnet sekvens av molekyler. Leireoverflaten kunne ikke bare konsentrere og kombinere organiske forbindelser, men på mikroskopisk nivå organisere dem i strukturer, som fungerer som et genom. Over tid "husket" organiske molekyler denne sekvensen og lærte å organisere seg selv. Deretter ble de mer komplekse: de hadde en prototype av DNA, RNA og andre nukleinsyrer.
Livet fra havet
"Teorien om hydrotermisk ventil under vann" antyder at livet kan ha sin opprinnelse ved kilden til undersjøiske vulkaner, som kastet ut hydrogenrike molekyler og mye varme gjennom sprekker i havbunnen. Disse molekylene kom sammen på overflaten av bergartene, noe som ga mineralkatalysatorer for nye kjemiske reaksjoner.
Dette er hvordan bakterier ble født som dannet det verdensberømte geologiske vidunderet - stromatolitter (fra "stromatos" - teppe og "litos" - stein). Disse formasjonene har overlevd til i dag i en fossilisert form. Og undervannskilder av denne typen fortsetter å spille en viktig rolle i å opprettholde mangfoldige marine økosystemer i vår tid.
Kulde er en katalysator for evolusjon
Uansett hvilken forsker som har rett, befolket fortsatt enkle encellede bakterier planeten - og i denne formen eksisterte de alltid i mer enn en milliard år. Så skjedde en utrolig rask eksplosjon etter evolusjonsstandardene - mye mer komplekse livsformer begynte å utvikle seg, som først mestret havene, og deretter land, jord og til slutt luft. For ikke så lenge siden klarte forskere å finne ut hva som var drivkraften til avgjørende endringer. Det viste seg å være den kraftigste istiden i hele jordens historie, som begynte for rundt 3 milliarder år siden. Planeten var fullstendig dekket av is opptil en kilometer tykk - eksperter kalte dette fenomenet "Snowball Earth" (som de som barn leker med).
Leveforholdene for de enkleste mikroorganismene har endret seg dramatisk – men på den annen side måtte hardføre ekstremofile bakterier tilpasse seg under isens tykkelse! Det var i denne "inkubasjonsperioden" at den primære deling av bakterier fant sted i henhold til deres overlevelsesmetoder: noen av dem lærte å få energi fra sollys, andre hentet styrke ved å behandle stoffer oppløst i vann. Dette markerte begynnelsen på den levende naturens rike - førstnevnte vil i fremtiden bli planter og encellede fotosyntetiske dyr, sistnevnte - flercellede dyr og sopp.
Men en dag våknet varme vulkaner igjen og slapp ut en enorm mengde karbondioksid, som forårsaket en kraftig drivhuseffekt. Planeten varmet opp, isen smeltet og frigjorde "modne" bakterier. Prosessen med fotosyntese som skjer i cyanobakterier (blågrønnalger) ga en ny reaksjon - og atmosfæren i kort tid mettet med oksygen. Og fragmentene av mineralbergarter brakt av isbreen i havet ga nye varianter av kjemiske reaksjoner. Dette, som allerede har blitt klart, tillot dyr å utvikle seg. Snart, i stedet for å dele bakterier i to nye, begynte de å dele seg uten å gå "fri svømming" og danne de første flercellede strukturene. Et eksempel er de eldste flercellede dyrene uten nerve-, blod- eller fordøyelsessystem - sjøsvamper.
I følge denne teorien er liv ganske sannsynlig under et tykt lag med is på en av Jupiters måner - i Europas kalde hav, skjult for romsonder. En gruppe forskere fra NASA fant også at det er geotermisk aktivitet under isen til satellitten. Derfor er det godt mulig at Europa følger vår egen vei, og etter hvert som solen vår begynner å eldes og bli lysere, vil evolusjonen også seire over den evige kulden.
Spørsmålet om når livet dukket opp på jorden har alltid bekymret ikke bare forskere, men også alle mennesker. Svar på det
nesten alle religioner. Selv om det fortsatt ikke finnes noe eksakt vitenskapelig svar på dette spørsmålet, lar noen fakta oss lage mer eller mindre fornuftige hypoteser. Forskere fant en steinprøve på Grønland
med en liten skvett karbon. Alderen på prøven er mer enn 3,8 milliarder år. Kilden til karbon var mest sannsynlig en slags organisk materiale - i løpet av denne tiden mistet det fullstendig strukturen. Forskere tror at denne klumpen av karbon kan være det eldste sporet av liv på jorden.
Hvordan så den primitive jorden ut?
La oss spole frem til 4 milliarder år siden. Atmosfæren inneholder ikke fritt oksygen den finnes bare i oksider. Nesten ingen lyder bortsett fra vindens fløyte, susing av vann som bryter ut med lava og nedslag fra meteoritter på jordoverflaten. Ingen planter, ingen dyr, ingen bakterier. Kanskje det var slik jorden så ut da liv dukket opp på den? Selv om dette problemet lenge har vært bekymret for mange forskere, varierer deres meninger om denne saken sterkt. Bergarter kunne indikere forholdene på jorden på den tiden, men de ble ødelagt for lenge siden som følge av geologiske prosesser og bevegelser av jordskorpen.
I denne artikkelen vil vi kort snakke om flere hypoteser for livets opprinnelse, som gjenspeiler moderne vitenskapelige ideer. I følge Stanley Miller, en velkjent ekspert innen livets opprinnelse, kan vi snakke om livets opprinnelse og begynnelsen av dets utvikling fra det øyeblikket da organiske molekyler selvorganiserte seg til strukturer som var i stand til å reprodusere seg selv. . Men dette reiser andre spørsmål: hvordan oppsto disse molekylene; hvorfor de kunne reprodusere seg selv og sette seg sammen til de strukturene som ga opphav til levende organismer; hvilke forhold trengs for dette?
Ifølge en hypotese begynte livet i et isstykke. Selv om mange forskere mener at karbondioksid i atmosfæren opprettholdt drivhusforholdene, mener andre at vinteren hersket på jorden. Ved lave temperaturer er alle kjemiske forbindelser mer stabile og kan derfor akkumuleres i større mengder enn ved høye temperaturer. Meteorittfragmenter hentet fra verdensrommet, utslipp fra hydrotermiske ventiler og kjemiske reaksjoner som oppstår under elektriske utladninger i atmosfæren var kilder til ammoniakk og organiske forbindelser som formaldehyd og cyanid. Da de kom ut i vannet i verdenshavet, frøs de sammen med det. I issøylen kom molekyler av organiske stoffer tett sammen og gikk inn i interaksjoner som førte til dannelsen av glycin og andre aminosyrer. Havet var dekket med is, som beskyttet de nydannede forbindelsene mot ødeleggelse av ultrafiolett stråling. Denne iskalde verdenen kan for eksempel smelte hvis en enorm meteoritt falt på planeten (fig. 1).
Charles Darwin og hans samtidige trodde at liv kunne ha oppstått i en vannmasse. Mange forskere holder seg fortsatt til dette synspunktet. I et lukket og relativt lite reservoar kan organiske stoffer brakt med vannet som strømmer inn i det samle seg i de nødvendige mengder. Disse forbindelsene ble deretter ytterligere konsentrert på de indre overflatene av lagdelte mineraler, som kunne katalysere reaksjonene. For eksempel reagerte to molekyler av foshaldehyd som møttes på overflaten av et mineral med hverandre for å danne et fosforylert karbohydratmolekyl, en mulig forløper til ribonukleinsyre (fig. 2).
Eller kanskje det oppsto liv i områder med vulkansk aktivitet? Umiddelbart etter dannelsen var jorden en ildpustende ball av magma. Under vulkanutbrudd og med gasser frigjort fra smeltet magma, ble en rekke kjemikalier som var nødvendige for syntesen av organiske molekyler ført til jordens overflate. Ja, molekyler karbonmonoksid, en gang på overflaten av pyrittmineralet, som har katalytiske egenskaper, kunne de reagere med forbindelser som hadde metylgrupper og danne eddiksyre, hvorfra andre organiske forbindelser så ble syntetisert (fig. 3).
For første gang klarte den amerikanske forskeren Stanley Miller å skaffe organiske molekyler - aminosyrer - under laboratorieforhold som simulerte de som var på den primitive jorden i 1952. Så ble disse eksperimentene en sensasjon, og forfatteren deres fikk verdensomspennende berømmelse. Han fortsetter for tiden å forske innen prebiotisk (før livet) kjemi ved University of California. Installasjonen som det første eksperimentet ble utført på, var et system av kolber, hvorav det var mulig å oppnå en kraftig elektrisk utladning ved en spenning på 100 000 V.
Miller fylte denne kolben med naturgasser - metan, hydrogen og ammoniakk, som var tilstede i atmosfæren til den primitive jorden. Kolben nedenfor inneholdt en liten mengde vann, som simulerte havet. Den elektriske utladningen var nær lyn i styrke, og Miller forventet at det under dens handling ble dannet kjemiske forbindelser som, når de kom i vannet, ville reagere med hverandre og danne mer komplekse molekyler.
Resultatet overgikk alle forventninger. Etter å ha slått av installasjonen om kvelden og returnert neste morgen, oppdaget Miller at vannet i kolben hadde fått en gulaktig farge. Det som dukket opp var en suppe av aminosyrer, byggesteinene til proteiner. Dermed viste dette eksperimentet hvor lett de primære ingrediensene i livet kunne dannes. Alt som skulle til var en blanding av gasser, et lite hav og litt lyn.
Andre forskere er tilbøyelige til å tro at den eldgamle atmosfæren på jorden var forskjellig fra den som Miller modellerte, og mest sannsynlig besto av karbondioksid og nitrogen. Ved å bruke denne gassblandingen og Millers eksperimentelle oppsett forsøkte kjemikere å produsere organiske forbindelser. Imidlertid var konsentrasjonen deres i vann like ubetydelig som om en dråpe vann hadde blitt oppløst matmaling I svømmebassenget. Naturligvis er det vanskelig å forestille seg hvordan liv kunne oppstå i en så fortynnet løsning.
Hvis faktisk bidraget fra jordiske prosesser til opprettelsen av reserver av primært organisk materiale var så ubetydelig, hvor kom det da fra? Kanskje fra verdensrommet? Asteroider, kometer, meteoritter og til og med partikler av interplanetært støv kan bære organiske forbindelser, inkludert aminosyrer. Disse utenomjordiske objektene kan gi tilstrekkelige mengder organiske forbindelser til at livets opprinnelse kan komme inn i urhavet eller den lille vannmassen.
Sekvensen og tidsintervallet til hendelser, som starter fra dannelsen av primært organisk materiale og slutter med livets utseende som sådan, forblir og vil sannsynligvis alltid forbli et mysterium som bekymrer mange forskere, så vel som spørsmålet om hva. faktisk vurdere det livet.
For tiden er det flere vitenskapelige definisjoner av liv, men alle er ikke nøyaktige. Noen av dem er så brede at livløse gjenstander som ild eller mineralkrystaller faller under dem. Andre er for smale, og ifølge dem anerkjennes ikke muldyr som ikke føder avkom som levende.
En av de mest vellykkede definerer livet som et selvopprettholdende kjemisk system som er i stand til å oppføre seg i samsvar med lovene i darwinistisk evolusjon. Dette betyr for det første at en gruppe levende individer må produsere etterkommere som ligner dem selv, som arver foreldrenes egenskaper. For det andre må generasjoner av etterkommere vise konsekvensene av mutasjoner – genetiske endringer som er arvet av påfølgende generasjoner og forårsaker populasjonsvariabilitet. Og for det tredje er det nødvendig for et system med naturlig utvalg å fungere, som et resultat av at noen individer får en fordel over andre og overlever under endrede forhold, og produserer avkom.
Hvilke elementer i systemet var nødvendige for at det skulle ha egenskapene til en levende organisme? Et stort antall biokjemikere og molekylærbiologer mener at RNA-molekyler hadde de nødvendige egenskapene. RNA - ribonukleinsyrer - er spesielle molekyler. Noen av dem kan replikere, mutere, og dermed overføre informasjon, og derfor kan de delta i naturlig utvalg. Riktignok er de ikke i stand til å katalysere replikasjonsprosessen selv, selv om forskere håper at det i nær fremtid vil bli funnet et RNA-fragment med en slik funksjon. Andre RNA-molekyler er involvert i "lesing" genetisk informasjon og overføre det til ribosomer, hvor syntesen av proteinmolekyler skjer, der den tredje typen RNA-molekyler deltar.
Dermed kan det mest primitive levende systemet representeres av RNA-molekyler som dupliserer, gjennomgår mutasjoner og er gjenstand for naturlig utvalg. I løpet av evolusjonen, basert på RNA, oppsto spesialiserte DNA-molekyler - vokterne av genetisk informasjon - og ikke mindre spesialiserte proteinmolekyler, som tok på seg funksjonene til katalysatorer for syntesen av alle for tiden kjente biologiske molekyler.
På et tidspunkt fant et "levende system" av DNA, RNA og protein ly inne i en sekk dannet av en lipidmembran, og denne strukturen, mer beskyttet mot ytre påvirkninger, fungerte som prototypen på de aller første cellene som ga opphav til de tre hovedgrenene av livet, som er representert i den moderne verden av bakterier, arkea og eukaryoter. Når det gjelder datoen og sekvensen for utseendet til slike primærceller, forblir dette et mysterium. I tillegg, ifølge enkle sannsynlighetsoverslag, er det ikke nok tid til den evolusjonære overgangen fra organiske molekyler til de første organismene - de første enkleste organismene dukket opp for plutselig.
Forskerne mente i mange år at det var usannsynlig at liv kunne ha oppstått og utviklet seg i perioden da Jorden stadig var utsatt for kollisjoner med store kometer og meteoritter, en periode som endte for omtrent 3,8 milliarder år siden. Nylig har imidlertid spor av komplekse cellulære strukturer som dateres tilbake minst 3,86 milliarder år blitt oppdaget i de eldste sedimentære bergartene på jorden, funnet i det sørvestlige Grønland. Dette betyr at de første livsformene kunne ha oppstått millioner av år før bombardementet av planeten vår av store kosmiske kropper stoppet. Men da er et helt annet scenario mulig (fig. 4).
Romobjekter som falt til jorden kunne ha spilt en sentral rolle i fremveksten av liv på planeten vår, siden celler som ligner på bakterier, ifølge en rekke forskere, kunne ha oppstått på en annen planet og deretter nådd jorden sammen med asteroider. Ett bevis som støtter teorien om utenomjordisk opprinnelse til liv ble funnet inne i en meteoritt formet som en potet og kalt ALH84001. Denne meteoritten var opprinnelig et stykke Mars-skorpe, som deretter ble kastet ut i verdensrommet som et resultat av en eksplosjon da en enorm asteroide kolliderte med overflaten til Mars, som skjedde for rundt 16 millioner år siden. Og for 13 tusen år siden, etter en lang reise innenfor solsystemet Dette fragmentet av marsstein i form av en meteoritt landet i Antarktis, hvor det nylig ble oppdaget. En detaljert studie av meteoritten avslørte stavformede strukturer som liknet fossiliserte bakterier inne i den, noe som ga opphav til opphetet vitenskapelig debatt om muligheten for liv dypt i Mars-skorpen. Det vil være mulig å løse disse tvistene tidligst i 2005, da US National Aeronautics and Space Administration vil implementere et program for å fly et interplanetært romfartøy til Mars for å ta prøver av Mars-skorpen og levere prøver til Jorden. Og hvis forskerne klarer å bevise at mikroorganismer en gang bebodde Mars, så kan vi snakke med større grad av selvtillit om livets utenomjordiske opprinnelse og muligheten for liv fra verdensrommet (fig. 5).
Ris. 5. Vår opprinnelse er fra mikrober.
Hva har vi arvet fra eldgamle livsformer? Sammenligningen nedenfor av encellede organismer med menneskelige celler avslører mange likheter.
 1. Seksuell reproduksjon |
 2. Øyevipper |
 3. Fang andre celler |
 4. Mitokondrier |
 5. Flagella |
Livets utvikling på jorden: fra enkel til kompleks
For tiden, og sannsynligvis i fremtiden, vil vitenskapen ikke være i stand til å svare på spørsmålet om hvordan den aller første organismen som dukket opp på jorden så ut - stamfaren som de tre hovedgrenene til livets tre stammer fra. En av grenene er eukaryoter, hvis celler har en dannet kjerne som inneholder genetisk materiale og spesialiserte organeller: energiproduserende mitokondrier, vakuoler osv. Eukaryote organismer inkluderer alger, sopp, planter, dyr og mennesker.
Den andre grenen er bakterier - prokaryote (prenukleære) encellede organismer som ikke har en uttalt kjerne og organeller. Og til slutt, den tredje grenen er encellede organismer kalt archaea, eller archaebacteria, hvis celler har samme struktur som prokaryoter, men en helt annen kjemisk struktur av lipider.
Mange arkebakterier er i stand til å overleve under ekstremt ugunstige miljøforhold. Noen av dem er termofile og lever bare i varme kilder med temperaturer på 90 ° C eller enda høyere, hvor andre organismer ganske enkelt ville dø. Disse encellede organismene føler seg bra under slike forhold, og bruker jern og svovelholdige stoffer, samt en rekke kjemiske forbindelser som er giftige for andre livsformer. I følge forskere er de termofile arkebakteriene som er funnet ekstremt primitive organismer og, i evolusjonære termer, nære slektninger til de eldste livsformene på jorden.
Det er interessant at moderne representanter for alle tre livsgrener, mest lik deres forfedre, fortsatt lever i dag på steder med høy temperatur. Basert på dette er noen forskere tilbøyelige til å tro at det mest sannsynlig oppsto liv for rundt 4 milliarder år siden på havbunnen nær varme kilder, utbrudd av bekker rike på metaller og høyenergistoffer. Ved å samhandle med hverandre og med vannet i det da sterile havet, og gikk inn i en lang rekke kjemiske reaksjoner, ga disse forbindelsene opphav til fundamentalt nye molekyler. Så, i titalls millioner år i denne " kjemisk kjøkken«Den beste retten ble tilberedt – livet. Og for rundt 4,5 milliarder år siden dukket det opp encellede organismer på jorden, hvis ensomme eksistens fortsatte gjennom den prekambriske perioden.
Utbruddet av evolusjon som ga opphav til flercellede organismer skjedde mye senere, for litt over en halv milliard år siden. Selv om mikroorganismer er så små at en enkelt vanndråpe kan inneholde milliarder, er omfanget av deres arbeid enorm.
Det antas at det i utgangspunktet ikke var fritt oksygen i jordens atmosfære og havene, og under disse forholdene levde og utviklet bare anaerobe mikroorganismer. Et spesielt skritt i utviklingen av levende ting var fremveksten av fotosyntetiske bakterier, som ved hjelp av lysenergi konverterte karbondioksid til karbohydratforbindelser som tjente som mat for andre mikroorganismer. Hvis de første fotosyntetikkene produserte metan eller hydrogensulfid, begynte mutantene som dukket opp en gang å produsere oksygen under fotosyntesen. Som oksygen akkumulert i atmosfæren og vannet, okkuperte anaerobe bakterier, som det er skadelig for, oksygenfrie nisjer.
Gamle fossiler funnet i Australia som dateres tilbake 3,46 milliarder år har avslørt strukturer som antas å være rester av cyanobakterier, de første fotosyntetiske mikroorganismene. Den tidligere dominansen av anaerobe mikroorganismer og cyanobakterier er bevist av stromatolitter funnet i grunt kystvann i uforurensede saltvannsforekomster. I form ligner de store steinblokker og representerer et interessant samfunn av mikroorganismer som lever i kalkstein eller dolomittbergarter dannet som et resultat av deres livsaktivitet. På en dybde på flere centimeter fra overflaten er stromatolittene mettet med mikroorganismer: fotosyntetiske cyanobakterier som produserer oksygen lever i det øverste laget; dypere bakterier finnes som til en viss grad er tolerante for oksygen og ikke krever lys; i det nedre laget er det bakterier som bare kan leve i fravær av oksygen. Plassert i forskjellige lag danner disse mikroorganismene et system forent av komplekse forhold mellom dem, inkludert matforhold. Bak den mikrobielle filmen er en bergart dannet som et resultat av samspillet mellom restene av døde mikroorganismer med kalsiumkarbonat oppløst i vann. Forskere tror at når det ikke var noen kontinenter på den primitive jorden og bare øygrupper av vulkaner steg over havets overflate, var det grunne vannet fylt med stromatolitter.
Som et resultat av aktiviteten til fotosyntetiske cyanobakterier dukket det opp oksygen i havet, og omtrent 1 milliard år etter det begynte det å samle seg i atmosfæren. Først interagerte det resulterende oksygenet med jern oppløst i vann, noe som førte til utseendet av jernoksider, som gradvis utfelte i bunnen. I løpet av millioner av år, med deltakelse av mikroorganismer, oppsto det således enorme forekomster av jernmalm, hvorfra stål i dag smeltes.
Så, når hoveddelen av jernet i havene ble oksidert og ikke lenger kunne binde oksygen, rømte det ut i atmosfæren i gassform.
Etter at fotosyntetiske cyanobakterier skapte en viss tilførsel av energirikt organisk materiale fra karbondioksid og beriket jordens atmosfære med oksygen, oppsto nye bakterier - aerober, som bare kan eksistere i nærvær av oksygen. De trenger oksygen for oksidasjon (forbrenning) av organiske forbindelser, og en betydelig del av den resulterende energien omdannes til en biologisk tilgjengelig form - adenosintrifosfat (ATP). Denne prosessen er energetisk veldig gunstig: anaerobe bakterier, når de brytes ned ett glukosemolekyl, mottar bare 2 ATP-molekyler, og aerobe bakterier som bruker oksygen har 36 ATP-molekyler.
Med inntoget av oksygen som er tilstrekkelig for en aerob livsstil, debuterte også eukaryote celler, som i motsetning til bakterier har en kjerne og organeller som mitokondrier, lysosomer, og i alger og høyere planter - kloroplaster, hvor fotosyntetiske reaksjoner finner sted. Det er en interessant og velbegrunnet hypotese angående fremveksten og utviklingen av eukaryoter, uttrykt for nesten 30 år siden av den amerikanske forskeren L. Margulis. I følge denne hypotesen er mitokondriene som fungerer som energifabrikker i den eukaryote cellen aerobe bakterier, og kloroplastene i plantecellene som fotosyntesen foregår i er cyanobakterier, trolig absorbert for rundt 2 milliarder år siden av primitive amøber. Som et resultat av gjensidig fordelaktige interaksjoner ble de absorberte bakteriene indre symbionter og dannet et stabilt system med cellen som absorberte dem - en eukaryot celle.
Studier av fossile rester av organismer i bergarter av forskjellige geologiske aldre har vist at eukaryote livsformer i hundrevis av millioner år etter deres opprinnelse var representert av mikroskopiske sfæriske encellede organismer som gjær, og deres evolusjonsutvikling gikk veldig sakte. tempo. Men for litt over 1 milliard år siden dukket det opp mange nye arter av eukaryoter, som markerte et dramatisk sprang i livets utvikling.
Først av alt skyldtes dette fremveksten av seksuell reproduksjon. Og hvis bakterier og encellede eukaryoter reproduserte seg ved å produsere genetisk identiske kopier av seg selv og uten behov for en seksuell partner, så skjer seksuell reproduksjon i mer organiserte eukaryote organismer som følger. To haploide kjønnsceller av foreldrene, som har et enkelt sett med kromosomer, smelter sammen og danner en zygote som har et dobbelt sett med kromosomer med genene til begge partnere, noe som skaper muligheter for nye genkombinasjoner. Fremveksten av seksuell reproduksjon førte til fremveksten av nye organismer, som kom inn på evolusjonsarenaen.
Tre fjerdedeler av hele eksistensen av liv på jorden var representert utelukkende av mikroorganismer, inntil et kvalitativt sprang i evolusjonen skjedde, som førte til fremveksten av høyt organiserte organismer, inkludert mennesker. La oss spore de viktigste milepælene i historien om livet på jorden i en synkende linje.
For 1,2 milliarder år siden var det en eksplosjon av evolusjon, forårsaket av fremveksten av seksuell reproduksjon og preget av fremveksten av høyt organiserte livsformer - planter og dyr.
Dannelsen av nye variasjoner i den blandede genotypen som oppstår under seksuell reproduksjon, manifesterte seg i form av biologisk mangfold av nye livsformer.
For 2 milliarder år siden oppsto komplekse eukaryote celler da encellede organismer kompliserte strukturen deres ved å absorbere andre prokaryote celler. Noen av dem - aerobe bakterier - ble til mitokondrier - energistasjoner for oksygenrespirasjon. Andre – fotosyntetiske bakterier – begynte å utføre fotosyntese inne i vertscellen og ble til kloroplaster i alger og planteceller. Eukaryote celler, som har disse organellene og en klart distinkt kjerne som inneholder genetisk materiale, utgjør alle moderne komplekse livsformer - fra muggsopp til mennesker.
For 3,9 milliarder år siden dukket det opp encellede organismer som sannsynligvis så ut som moderne bakterier og arkebakterier. Både eldgamle og moderne prokaryote celler har en relativt enkel struktur: de har ikke en dannet kjerne og spesialiserte organeller, deres gelélignende cytoplasma inneholder DNA-makromolekyler - bærere av genetisk informasjon, og ribosomer som proteinsyntese skjer på, og energi produseres på cytoplasmatisk membran som omgir cellen.
For 4 milliarder år siden dukket RNA opp på mystisk vis. Det er mulig at det ble dannet av enklere organiske molekyler som dukket opp på den primitive jorden. Det antas at eldgamle RNA-molekyler hadde funksjonene som bærere av genetisk informasjon og proteinkatalysatorer, de var i stand til replikasjon (selvduplikasjon), muterte og var gjenstand for naturlig utvalg. I moderne celler har eller viser ikke RNA disse egenskapene, men spiller en svært viktig rolle som mellomledd i overføringen av genetisk informasjon fra DNA til ribosomer, der proteinsyntesen skjer.
A.L. Prokhorov
Basert på en artikkel av Richard Monasterski
i National Geographic magazine, 1998 nr. 3
Det er kjent at vitenskapelige tidsskrifter prøver å ikke akseptere for publisering artikler viet til problemer som tiltrekker seg generell oppmerksomhet, men som ikke har en klar løsning - en seriøs publisering om fysikk vil ikke publisere prosjektet evighetsmaskin. Dette emnet var opprinnelsen til livet på jorden. Spørsmålet om fremveksten av levende natur, menneskets utseende har bekymret tenkende mennesker i mange årtusener, og bare kreasjonister - tilhengere av den guddommelige opprinnelsen til alle ting - har funnet et klart svar, men denne teorien er ikke vitenskapelig som den ikke kan være verifisert.
Utsikt over de gamle
Gamle kinesiske og gamle indiske manuskripter forteller om fremveksten av levende skapninger fra vann og råtnende rester i de gjørmete sedimentene til store elver er skrevet i gamle egyptiske hieroglyfer og kileskriftet til det gamle Babylon. Hypotesene om opprinnelsen til livet på jorden gjennom spontan generering var åpenbare for vismenn fra den fjerne fortiden.
Gamle filosofer ga også eksempler på fremveksten av dyr fra livløs materie, men deres teoretiske begrunnelser var av en annen karakter: materialistisk og idealistisk. Democritus (460-370 f.Kr.) fant årsaken til livets fremvekst i det spesielle samspillet mellom de minste, evige og udelelige partiklene - atomer. Platon (428-347 f.Kr.) og Aristoteles (384-322 f.Kr.) forklarte livets opprinnelse på jorden ved den mirakuløse innflytelsen av et høyere prinsipp på livløs materie, og tilførte sjeler til naturlige objekter.
Ideen om eksistensen av en slags "livskraft" som bidrar til fremveksten av levende vesener har vist seg å være veldig vedvarende. Det formet synet på livets opprinnelse på jorden blant mange vitenskapsmenn som levde i middelalderen og senere, helt t.o.m. sent XIXårhundre.
Teori om spontan generering
Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723), med oppfinnelsen av mikroskopet, laget de minste mikroorganismene han oppdaget til hovedemnet for strid mellom forskere som delte to hovedteorier om livets opprinnelse på jorden - biogenese og abiogenese. Førstnevnte mente at alle levende ting kunne være et produkt av bare levende ting, sistnevnte mente at spontan generering av organisk materiale i løsninger plassert under spesielle forhold var mulig. Essensen av denne tvisten har ikke endret seg til i dag.
Eksperimentene til noen naturforskere beviste muligheten for spontan fremvekst av de enkleste mikroorganismer tilhengere av biogenese fullstendig benektet denne muligheten. Louis Pasteur (1822-1895) strengt tatt vitenskapelige metoder, med den høye korrektheten av eksperimentene hans, beviste fraværet av en mytisk vital kraft som overføres gjennom luften og genererer levende bakterier. Imidlertid innrømmet han i sine arbeider muligheten for spontan generering hos noen spesielle forhold, som forskere fra fremtidige generasjoner måtte finne ut av.
Evolusjonsteori
Verkene til den store Charles Darwin (1809-1882) rystet grunnlaget for mange naturvitenskaper. Fremveksten av enormt mangfold som han forkynte biologiske arter fra en felles stamfar igjen gjort opprinnelsen til livet på jorden den viktigste saken Vitenskaper. Teorien om naturlig utvalg hadde vanskeligheter med å finne sine støttespillere i begynnelsen, og er nå utsatt for kritiske angrep som virker ganske rimelige, men det er darwinismen som ligger til grunn for moderne naturvitenskap.
Etter Darwin kunne ikke biologien vurdere opprinnelsen til livet på jorden fra sine tidligere posisjoner. Forskere fra mange grener av biologisk vitenskap var overbevist om sannheten om den evolusjonære veien for utvikling av organismer. Selv om moderne syn på den felles stamfaren plassert av Darwin ved foten av Livets tre har endret seg på mange måter, er sannheten i det generelle konseptet urokkelig.
Steady State Theory
Laboratorieavvisning av spontan generering av bakterier og andre mikroorganismer, bevissthet om den komplekse biokjemiske strukturen til cellen, sammen med ideene om darwinisme, hadde en spesiell innflytelse på fremveksten alternative alternativer teorier om opprinnelsen til livet på jorden. I 1880 ble en av de nye dommene foreslått av William Preyer (1841-1897). Han mente at det ikke var nødvendig å snakke om fødselen av liv på planeten vår, siden den eksisterer for alltid, og den ikke hadde en begynnelse som sådan, den er uforanderlig og konstant klar for gjenfødelse under alle passende forhold.
Ideene til Preyer og hans tilhengere er av rent historisk og filosofisk interesse, fordi senere astronomer og fysikere beregnet tidspunktet for den endelige eksistensen av planetariske systemer, registrerte den konstante, men jevne ekspansjonen av universet, det vil si at det aldri var evig eller konstant.
Ønsket om å se verden som en enkelt global levende enhet gjentok synspunktene til den store vitenskapsmannen og filosofen fra Russland, Vladimir Ivanovich Vernadsky (1863-1945), som også hadde sin egen idé om opprinnelsen til livet på jorden. Den var basert på forståelsen av livet som en integrert karakteristikk av universet, kosmos. Det faktum at vitenskapen ikke kunne finne lag som ikke inneholdt spor av organiske stoffer, talte ifølge Vernadsky om livets geologiske evighet. En av måtene livet dukket opp på den unge planeten, kalte Vernadsky kontaktene med romobjekter - kometer, asteroider og meteoritter. Her fusjonerte teorien hans med en annen versjon, som forklarte livets opprinnelse på jorden ved metoden panspermia.
Livets vugge er rommet
Panspermia (gresk - "frøblanding", "frø overalt") anser livet for å være en grunnleggende egenskap ved materie og forklarer ikke hvordan det oppstår, men kaller kosmos kilden til livskimene som faller på himmellegemer med forhold som er egnet for deres "spiring".
Den første omtalen av de grunnleggende begrepene panspermia kan finnes i skriftene til den antikke greske filosofen Anaxagoras (500-428 f.Kr.), og på 1700-tallet snakket den franske diplomaten og geologen Benoit de Maillet (1656-1738) om det. Disse ideene ble gjenopplivet av Svante August Arrhenius (1859-1927), Lord Kelvin William Thomson (1824-1907) og Hermann von Helmholtz (1821-1894).
Studiet av den grusomme påvirkningen av kosmisk stråling og temperaturforhold i det interplanetære rommet på levende organismer gjorde at slike hypoteser om opprinnelsen til livet på jorden ikke var særlig relevante, men med begynnelsen av romalderen økte interessen for panspermia.
I 1973 uttrykte nobelprisvinneren Francis Crick (1916-2004) ideen om utenomjordisk produksjon av molekylære levende systemer og deres ankomst til jorden med meteoritter og kometer. Samtidig vurderte han sjansene for abiogenese på planeten vår som svært lave. Opprinnelsen og utviklingen av liv på jorden ved metoden for selvmontering av organisk materiale høy level den fremtredende vitenskapsmannen anså det ikke som en realitet.
Fossiliserte biologiske strukturer er funnet i meteoritter over hele planeten, og lignende spor er funnet i jordprøver hentet tilbake fra Månen og Mars. På den annen side utføres det en rekke eksperimenter på behandling av biologiske strukturer med påvirkninger som er mulig når de befinner seg i verdensrommet og når de passerer gjennom en atmosfære som ligner jordens.
Et viktig eksperiment ble utført i 2006 som en del av Deep Impact-oppdraget. Kometen Tempel ble rammet av en spesiell slagsonde som ble lansert av en automatisk enhet. Analyse av kometstoffet som ble frigjort som et resultat av nedslaget viste tilstedeværelsen av vann og forskjellige organiske forbindelser i det.
Konklusjon: Siden oppstarten har teorien om panspermi endret seg betydelig. Moderne vitenskap tolker forskjellig de primære elementene i livet som kunne blitt levert til vår unge planet av romobjekter. Forskning og eksperimenter beviser levedyktigheten til levende celler under interplanetariske reiser. Alt dette gjør ideen om den utenomjordiske opprinnelsen til jordisk liv relevant. Hovedkonseptene om livets opprinnelse på jorden er teorier som inkluderer panspermia eller hvordan hoveddel, eller som en måte å levere komponenter til jorden for å skape levende materie.
Oparin-Haldane teori om biokjemisk evolusjon
Ideen om spontan generering av levende organismer fra uorganiske stoffer har alltid vært nesten det eneste alternativet til kreasjonisme, og i 1924 ble det publisert en 70-siders monografi, som ga denne ideen kraften til en velutviklet og velfundert teori. Dette verket ble kalt "The Origin of Life", forfatteren var en russisk vitenskapsmann - Alexander Ivanovich Oparin (1894-1980). I 1929, da Oparins verk ennå ikke var oversatt til engelsk, ble lignende begreper om livets opprinnelse på jorden uttrykt av den engelske biologen John Haldane (1860-1936).
Oparin foreslo at hvis den primitive atmosfæren til den unge planeten Jorden ble redusert (det vil si uten oksygen), kunne et kraftig energiutbrudd (som lyn eller ultrafiolett stråling) fremme syntesen av organiske forbindelser fra uorganisk materiale. Deretter kan slike molekyler danne klumper og klynger - koacervate dråper, som er proto-organismer, rundt hvilke vannkapper dannes - rudimentene til en skallmembran, separasjon oppstår, genererer en ladningsforskjell, som betyr bevegelse - begynnelsen av metabolisme , stoffskiftets rudimenter, etc. Koacervater ble ansett for å være grunnlaget for begynnelsen av de evolusjonære prosessene som førte til opprettelsen av de første livsformene.
Haldane introduserte konseptet "ursuppen" - det første jordhavet, som ble et enormt kjemisk laboratorium koblet til en kraftig kraftkilde - sollys. Kombinasjonen av karbondioksid, ammoniakk og ultrafiolett stråling resulterte i en konsentrert populasjon av organiske monomerer og polymerer. Deretter ble slike formasjoner kombinert med utseendet til en lipidmembran rundt dem, og deres utvikling førte til dannelsen av en levende celle.
De viktigste stadiene av livets opprinnelse på jorden (ifølge Oparin-Haldane)
I følge teorien om fremveksten av universet fra en energiklump, skjedde Big Bang for rundt 14 milliarder år siden, og for rundt 4,6 milliarder år siden ble opprettelsen av planetene i solsystemet fullført.
Den unge jorden, som gradvis avkjølte seg, fikk et solid skall som det dannet seg en atmosfære rundt. Den primære atmosfæren inneholdt vanndamp og gasser, som senere fungerte som råmaterialer for organisk syntese: karbonoksid og -dioksid, hydrogensulfid, metan, ammoniakk og cyanidforbindelser.
Bombardement av romobjekter som inneholder frossent vann og kondensering av vanndamp i atmosfæren førte til dannelsen av verdenshavet, der ulike kjemiske forbindelser ble oppløst. Kraftige tordenvær fulgte med dannelsen av en atmosfære gjennom hvilken sterk ultrafiolett stråling penetrerte. Under slike forhold skjedde syntesen av aminosyrer, sukker og annet enkelt organisk materiale.
På slutten av de første milliarder årene av jordens eksistens begynte prosessen med polymerisering i vann av de enkleste monomerene til proteiner (polypeptider) og nukleinsyrer (polynukleotider). De begynte å danne prebiologiske forbindelser - koacervater (med rudimentene til kjernen, metabolismen og membranen).
3,5-3 milliarder år f.Kr. - stadiet for dannelse av protobioner med selvreproduksjon, regulert metabolisme og en membran med variabel permeabilitet.
3 milliarder år f.Kr e. - utseendet til cellulære organismer, nukleinsyrer, primærbakterier, begynnelsen av biologisk evolusjon.
Eksperimentelt bevis for Oparin-Haldane-hypotesen
Mange forskere vurderte positivt de grunnleggende konseptene om livets opprinnelse på jorden basert på abiogenese, selv om de helt fra begynnelsen fant flaskehalser og inkonsekvenser i Oparin-Haldane-teorien. I forskjellige land begynte arbeidet med å gjennomføre teststudier av hypotesen, hvorav den mest kjente er det klassiske eksperimentet utført i 1953 av amerikanske forskere Stanley Miller (1930-2007) og Harold Urey (1893-1981).
Essensen av eksperimentet var å simulere i laboratoriet forholdene til den tidlige jorden, der syntesen av de enkleste organiske forbindelsene kunne skje. En gassblanding som i sammensetning ligner den primære jordens atmosfære sirkulerte i enheten. Utformingen av enheten ga en imitasjon av vulkansk aktivitet, og elektriske utladninger som gikk gjennom blandingen skapte effekten av lyn.
Etter å ha sirkulert blandingen gjennom systemet i en uke, ble overgangen av en tiendedel karbon til organiske forbindelser notert, aminosyrer, sukker, lipider og forbindelser foran aminosyrer ble oppdaget. Gjentatte og modifiserte eksperimenter bekreftet fullt ut muligheten for abiogenese under simulerte forhold på den tidlige jorden. I de påfølgende årene ble gjentatte eksperimenter utført i andre laboratorier. Hydrogensulfid ble tilsatt sammensetningen av gassblandingen som en mulig komponent av vulkanske utslipp, og andre ikke-drastiske endringer ble gjort. I de fleste tilfeller var erfaringen med å syntetisere organiske forbindelser vellykket, selv om forsøk på å gå lenger og få mer komplekse elementer som nærmet seg sammensetningen av en levende celle var mislykket.
RNA verden
Ved slutten av 1900-tallet ble det klart at mange forskere som aldri sluttet å være interessert i problemet med livets opprinnelse på jorden, med all harmonien mellom teoretiske konstruksjoner og klare eksperimentelle bekreftelser, har Oparin-Haldane-teorien åpenbare, kanskje uoverstigelige, mangler. Den viktigste var umuligheten av å forklare utseendet i protobionter av egenskapene som definerer en levende organisme - å reprodusere mens man opprettholder arvelige egenskaper. Med oppdagelsen av genetiske cellulære strukturer, med bestemmelsen av funksjonen og strukturen til DNA, med utviklingen av mikrobiologi, dukket det opp en ny kandidat for rollen som molekylet i urlivet.
Det ble et ribonukleinsyremolekyl - RNA. Dette makromolekylet, som er en del av alle levende celler, er en kjede av nukleotider - de enkleste organiske enhetene som består av nitrogenatomer, et monosakkarid - ribose og en fosfatgruppe. Det er sekvensen av nukleotider som er koden for arvelig informasjon, og i virus spiller for eksempel RNA samme rolle som DNA spiller i komplekse cellestrukturer.
I tillegg har forskere oppdaget den unike evnen til enkelte RNA-molekyler til å introdusere brudd i andre kjeder eller lime individuelle RNA-elementer, og noen spiller rollen som autokatalysatorer - det vil si at de bidrar til rask selvreproduksjon. Den relativt lille størrelsen på RNA-makromolekylet og dets forenklede struktur sammenlignet med DNA (en tråd) gjorde ribonukleinsyre til hovedkandidaten for rollen som hovedelementet i prebiologiske systemer.
Den nye teorien om fremveksten av levende materie på planeten ble til slutt formulert i 1986 av Walter Gilbert (født 1932), en amerikansk fysiker, mikrobiolog og biokjemiker. Ikke alle eksperter var enige i dette synet på livets opprinnelse på jorden. Kort kalt "RNA World", teorien om strukturen til den prebiologiske verdenen på planeten vår kan ikke svare på det enkle spørsmålet om hvordan det første RNA-molekylet med de gitte egenskapene dukket opp, selv om en enorm mengde "byggemateriale" var til stede i form for nukleotider osv.
PAH verden
Simon Nicholas Platts prøvde å finne svaret i mai 2004, og i 2006 en gruppe forskere ledet av Pascale Ehrenfreund. Polyaromatiske hydrokarboner har blitt foreslått som utgangsmaterialer for RNA med katalytiske egenskaper.
PAH-verdenen var basert på den høye overfloden av disse forbindelsene i det synlige rommet (de var sannsynligvis tilstede i "ursuppen" til den unge jorden) og særegenhetene til deres ringformede struktur, som letter rask kombinasjon med nitrogenholdige baser - nøkkelkomponenter i RNA. PAH-teorien taler nok en gang om relevansen av noen bestemmelser om panspermi.
Unikt liv på en unik planet
Før forskerne har muligheten til å gå tilbake for 3 milliarder år siden, vil mysteriet om livets opprinnelse på planeten vår ikke bli avslørt - dette er konklusjonen som mange av de som har studert dette problemet kommer til. Hovedkonseptene for livets opprinnelse på jorden er: teorien om abiogenese og teorien om panspermia. De kan overlappe på mange måter, men mest sannsynlig vil de ikke være i stand til å svare: hvordan, midt i det enorme kosmos, et utrolig nøyaktig balansert system av jorden og dens satellitt, månen, dukket opp, hvordan livet oppsto. på den...
Jorden ble sannsynligvis dannet for 4,5-5 milliarder år siden fra en gigantisk sky av kosmisk støv. hvis partiklene ble komprimert til en varm ball. Vanndamp ble sluppet ut fra den til atmosfæren, og vann falt fra atmosfæren på den sakte avkjølende jorden i millioner av år i form av regn. Et forhistorisk hav dannet seg i fordypningene på jordens overflate. I den, for omtrent 3,8 milliarder år siden, oppsto det opprinnelige livet.
Det er flere teorier om opprinnelsen til livet på jorden. For eksempel sier en av de mangeårige hypotesene at den ble brakt til jorden fra verdensrommet, men det er ingen avgjørende bevis på dette. I tillegg er livet som vi kjenner overraskende tilpasset til å eksistere nettopp under terrestriske forhold, så hvis det oppsto utenfor jorden, ville det ha vært på en jordisk planet. De fleste moderne forskere tror at livet oppsto på jorden, i dens hav. Men hvordan oppsto selve planeten og hvordan dukket havene opp på den?
Det er en allment akseptert teori om dette. Ifølge henne ble jorden dannet av skyer kosmisk støv, som inneholder alt som er kjent i naturen kjemiske elementer, som ble komprimert til en ball. Varm vanndamp slapp ut fra overflaten av denne rødglødende kulen og omsluttet den i et kontinuerlig skydekke. Vanndampen i skyene ble sakte avkjølt og ble til vann, som falt i form av rikelig kontinuerlig regn på det fortsatt varme, brennende. Jord. På overflaten ble den igjen til vanndamp og vendte tilbake til atmosfæren. I løpet av millioner av år mistet jorden gradvis så mye varme at væskeoverflaten begynte å stivne etter hvert som den ble avkjølt. Slik ble jordskorpen dannet.
Millioner av år gikk, og temperaturen på jordoverflaten sank enda mer. Regnevann sluttet å fordampe og begynte å renne inn i enorme vannpytter. Dermed begynte påvirkningen av vann på jordoverflaten. Og så, på grunn av temperaturfallet, skjedde det en skikkelig flom. Vannet, som tidligere hadde fordampet inn i atmosfæren og forvandlet til dens bestanddeler, falt kontinuerlig til jorden Kraftige byger falt fra skyene med torden og lyn. Litt etter litt samlet det seg vann i de dypeste forsenkningene på jordoverflaten, som ikke lenger hadde tid til å fordampe fullstendig. Det var så mye av det at det gradvis ble dannet et forhistorisk hav på planeten. Lynet strøk himmelen. Men ingen så dette. Det var ikke liv på jorden ennå. Det kontinuerlige regnet begynte å erodere fjellene. Vann rant fra dem i støyende bekker og stormfulle elver. Gjennom millioner av år har vannstrømmer erodert jordoverflaten dypt og daler har dukket opp noen steder. Vanninnholdet i atmosfæren sank, og mer og mer samlet seg på overflaten av planeten. Det kontinuerlige skydekket ble tynnere, helt til en vakker dag den første solstrålen berørte jorden. Det kontinuerlige regnet har stoppet. Det meste av landet var dekket av det forhistoriske havet. Fra de øvre lagene vasket vannet bort en enorm mengde løselige mineraler og salter, som falt i havet. Vannet fra den fordampet kontinuerlig og dannet skyer, og saltene satte seg, og over tid skjedde det en gradvis salinisering av sjøvann. Tilsynelatende, under noen forhold som eksisterte i eldgamle tider, ble det dannet stoffer hvorfra spesielle krystallinske former oppsto. De vokste, som alle krystaller, og ga opphav til nye krystaller, som tilførte flere og flere stoffer til seg selv. Sollys og muligens veldig sterke elektriske utladninger fungerte som en energikilde i denne prosessen. Kanskje de første innbyggerne på jorden - prokaryoter, organismer uten en dannet kjerne, som ligner på moderne bakterier - oppsto fra slike elementer. De var anaerobe, det vil si at de ikke brukte fritt oksygen til respirasjon, som ennå ikke fantes i atmosfæren. Matkilden for dem var organiske forbindelser som oppsto på den fortsatt livløse jorden som følge av eksponering for ultrafiolett stråling fra solen, lynutladninger og varme generert under vulkanutbrudd. Livet fantes da i en tynn bakteriefilm på bunnen av reservoarer og på fuktige steder. Denne epoken med livets utvikling kalles Archean. Fra bakterier, og kanskje på en helt uavhengig måte, oppsto det bittesmå encellede organismer – de eldste protozoene.
De danner fortsatt grunnlaget for livet i hav og ferskvann. De er så små at de bare kan sees med et mikroskop. Det er tusenvis og tusenvis av dem i en dråpe vann fra en liten dam. Utviklingen av alt dyreliv begynte med disse enkleste encellede organismene. På slutten av proterozoikum, neste epoke etter arkeisk tid, for 1000 - 600 millioner år siden, eksisterte det allerede en ganske rik fauna: maneter, polypper, flatormer, bløtdyr og pigghuder.
Bildet viser primitive skapninger som levde for omtrent 600 - 570 millioner år siden i den kambriske geologiske perioden, den første perioden Paleozoikum. Vi lærte først om dem gjennom fossiler oppdaget av geologer som studerte Kambriumfjellene i Storbritannia. Det er her navnet på historiens geologiske periode kommer fra.
Det er ingen spor etter de enklere dyrene og plantene som bebodde havet på slutten av proterozoikum. Man kan bare anta at dette var organismer som kun bestod av bløtvev, som raskt ble fullstendig dekomponert etter døden. Det var ingen ekte fisk i Kambrium ennå, men coelenterates, svamper, nå utdødde arkeocyater, flate og polychaete ormer, snegler, blekksprut, kreps og trilobitter levde allerede. Sistnevnte så ut som sjøkreps opptil 10 cm lange. For den tiden var de ekte kjemper, større enn alle andre skapninger. (Det var ikke noe liv på land på den tiden.) På slutten av kambrium dukket tydeligvis de første akkordatene, som ligner på moderne lansetter, allerede. I løpet av de neste millioner av år endret dyr seg gradvis, og i den neste geologiske perioden - silur, som begynte for 500 - 400 millioner år siden, i tillegg til tallrike trilobitter på havbunnen nye innbyggere dukket opp - sjøskorpioner.
I vannsøylen i Silurhavet drev encellede organismer og maneter passivt. Og krepsdyr og trilobitter, ormer og dyr beskyttet av skjell, som muslinger og snegler, krøp langs havbunnen. Bare noen få av dem kunne svømme. Selv de første virveldyrene, som allerede lignet fisk i utseende, levde på havbunnen. I Silur dukket merkelige "fisk" opp i havet og ferskvannet - uten kjever og sammenkoblede finner. Deres slektninger, hagfishes og lampreys, har overlevd til i dag. I løpet av den siluriske perioden dukket allerede den første ekte fisken opp. Disse hai-lignende svømmerne hadde en strømlinjeformet, skjell-dekket kropp, finner og en munn med en bevegelig nebb-lignende kjeve foret med skarpe tenner. For omtrent 450 millioner år siden, i Silur, dukket de første virveldyrene opp - fisk. Kroppen til en av de eldste - cephalaspis - var dekket med pansrede skalaer, og hodet med et beinskall. Tilsynelatende var Cephalaspis en dårlig svømmer. I løpet av millioner av år i samme geologiske periode utviklet det seg to store klasser av fisk - brusk og bein (lungefisk, lappfinnet og strålefinnet). Og brusk, det vil si å ha et bruskskjelett, inkluderer haier og rokker. I motsetning til dette består skjelettet til benfisk helt eller delvis av beinvev. Benfisk inkluderer nesten all kommersiell fisk vi er kjent med: sild, flyndre, torsk og makrell, karpe, gjedde og mange andre. Totalt er det 20 tusen arter av fisk på jorden i dag, og de bor ikke bare i havene, men også andre vannmasser.
For 400 millioner år siden ga silur for den geologiske perioden Devon, som varte i rundt 60 millioner år. Så dukket de første plantene opp på land - lav, som overgrodde de fuktede breddene av reservoarer. Under Devonian utviklet andre former seg fra dem, inkludert den første høyere planter- bregner og kjerringrokk. I tillegg, hvis tidligere alle dyr bare pustet oksygen oppløst i vann, har noen av dem nå lært å trekke det ut av luften. Disse første landdyrene – tusenbein, skorpioner og vingeløse primitive insekter – levde sannsynligvis i nærheten av vann. Stamfaren til alle landvirveldyr var en lappfinnet fisk med potelignende bryst- og bukfinner. Gradvis utviklet lappfinnede fisk ekte øvre og nedre lemmer, og over tid dukket det opp amfibier (amfibier) og krypdyr (krypdyr).
Hvordan vet vi hvordan gamle dyr så ut?
Alle endringene som jorden har gjennomgått siden dannelsen av skorpen er studert av historisk geologi. Forskere bestemmer alderen til geologiske lag av fossiler - restene av eldgamle dyr og planter, siden hver epoke hadde sine egne karakteristiske representanter for flora og fauna. Paleontologi er studiet av fossiler. Paleontologer studerer fossile rester av eldgamle organismer og gjenoppretter utseendet til utdødde dyr. Når levende organismer døde i det forhistoriske havet, sank de til bunnen, hvor de ble dekket med silt eller sand brakt av elver. I løpet av millioner av år ble den siltholdige jorda, sammen med restene begravd under dem, komprimert og ble til stein. Dyrenes myke vev ble fullstendig dekomponert, men avtrykket ble igjen. Harde bløtdyrskjell eller krepsdyrskall ble ofte bevart intakte. I løpet av historisk utvikling Ved flere anledninger, under påvirkning av mektige krefter og planetens smeltede indre, ble jordens havbunn presset til en stor høyde og ble en del av landet. Forskere finner rester og avtrykk av eldgamle dyr innebygd i stein og bruker dem til å studere geologiske prosesser. For forskere er steinlag som sidene i en bok med mange tegninger, og du trenger bare å dechiffrere "teksten" riktig for å forstå hvordan livet utviklet seg på planeten. Lag av sand og silt som inneholder fossiler ble avsatt oppå hverandre over millioner av år. Slik ble de komprimert: jo eldre lag er lavere, jo senere lag er høyere. Ved å samle informasjon om hvilke lag som domineres av visse typer fossiler, har forskere lært å bestemme hvilken geologisk tid de tilhører. Etter dette er det ganske enkelt å bestemme alderen til den geologiske bergarten de ble funnet i ut fra fossilene som ble funnet.
Grand Canyon i Colorado River i den amerikanske delstaten Arizona er et av de få stedene hvor en enorm, lettlest steinopptegnelse over livet på planeten er bevart. Her skar elven seg gjennom et lag med sedimentære bergarter - kalkstein, sandstein og skifer - til en dybde på 1800 m. Elven dannet en canyon, det vil si en dyp dal med svært bratte skråninger og en smal bunn, som eroderte bunnen av elven. gammelt hav. Den steg veldig sakte og jevnt. Fjellbygging, som alltid er ledsaget av gigantiske forskyvninger og forkastninger av bergarter, forekom ikke her. Derfor har sekvensen av forekomsten av geologiske bergarter knapt endret seg. Ved å studere fossilene til lagene i en bratt skråning, kan du spore alle endringene som skjedde i dyreverdenen i det gamle havet gjennom hundrevis av millioner av år.
Materialet ble utarbeidet ved hjelp av boken "Fiskene" forlaget SlovoHei kjære lesere av bloggsiden! I dagens artikkel vil jeg gjerne snakke om en av teoriene om livets opprinnelse. Dette er evolusjonsteorien som Darwin snakket så mye om. Her kan du lese om DNA, eldgamle fossiler, noen laboratorieforsøk m.m.
Som et resultat av kjemiske reaksjoner, for omtrent 3800 millioner år siden, ble den første komplekse forbindelsen dannet som var i stand til selvreproduksjon.
Det er fortsatt et mysterium livets opprinnelse på jorden . Forskere er av den oppfatning at alle former for liv har vært i en prosess med konstant og kontinuerlig utvikling siden Charles Darwin først beskrev prosessen og.
For hver påfølgende generasjon elimineres svakheter, styrker skjerpes og nye muligheter identifiseres.Én art av forfedre kunne gi opphav til flere former for liv, hvoretter den enten fant sin egen nisje i økosystemet eller døde ut.
Deres egen nisje i økosystemet tillot dem å overleve og opprettholde sin opprinnelige form, og på dette tidspunktet passet etterkommerne av disse artene perfekt inn i andre nisjer.
Som et resultat, a et komplekst system familielinjer, som i dag forbinder alle organismer som lever på jorden med deres allerede utdødde forfedre. I dag er eldgamle rester av mange av de utdødde artene bevart som fossiler.
Fossiler kan finnes i sedimentære bergarter. Alderen til disse fossilene bestemmes ved hjelp av avanserte radioisotopdateringsteknikker.
Dette gjorde det mulig for forskere å gjenskape et omtrentlig bilde av livet videre Jorden av noen - omtrentlig, fordi bare en liten brøkdel av restene av hele mangfoldet av dyre- og planteverdenen som noen gang har eksistert er bevart.
En ting er imidlertid klart fra fossilene som er funnet: mellom forsvunne og eksisterende organismer er det et system av slektskapsforbindelser som ligner et tre, og på dette treet dukker det opp flere og flere nye grener over tid.
Mange av disse grenene visner og dør (som dinosaurer), mens andre grener vokser og blomstrer. Hvis vi sporer noen av disse grenene til selve grunnlaget, vil vi til slutt komme til en enkelt stamme - stamfaderen til alle organismer som noen gang har levd, det vil si kilden til livets opprinnelse.
Fotspor i fjellet.
Dessverre er dette ikke lett å gjøre. Omtrent 4500 millioner år, ifølge moderne estimater, er jordens alder. De eldste fossilene antas å være ikke mer enn 590 millioner år gamle, tilsvarende begynnelsen av den kambriske geologiske perioden (kambrium).
Fossiler funnet i kambriske bergarter inkluderer rester av ulike livsformer. For eksempel, slik som: stammer fra deres primitive forfedre, bløtdyr og ormer.
De var med andre ord et sted midt på evolusjonstreet. Deres opprinnelse i den såkalte prekambriske epoken er fortsatt uklar, på grunn av det faktum at det ikke er noen organiske rester igjen i bergartene i denne perioden.
Det er lett å forklare årsaken til dette. Myke organismer forlater ikke fossiler fordi de vanligvis, etter døden, har tid til å brytes helt ned før de omkringliggende sedimentene blir til fast stein.
Det er sannsynlig at de fleste organismer som levde i den prekambriske perioden var for skjøre til å etterlate klare avleiringer. Denne perioden utgjør 80 % av hele jordens historie.
Men dette betyr ikke at de ikke etterlot spor i det hele tatt. To forskere startet tidlig på 1950-tallet en grundig studie av fjellformasjonen ved bredden avØvre i .
Dette steinlaget, kjent som chert, var 2000 millioner år gammelt. Ved første øyekast var det ingenting organisk i dem, men til tross for dette bestemte forskere seg for å undersøke små prøver av ringer ved hjelp av et mikroskop.
Utrolig oppdagelse.
De fant umiskjennelige tegn eldgammelt liv. Dette var restene av bittesmå organismer som ligner mikroskopiske encellede bakterier og alger som fortsatt lever i dag.
Disse skjøre organismene ble på en eller annen måte mirakuløst gjennomsyret av glassaktig silika, som herdet til kiselholdig skifer der disse organismene ble bevart, som fluer i rav. Disse nysgjerrige hvite ringene i fjellet viste seg å være de eroderte restene av kolonier av disse organismene.
Dette funnet, som inneholdt de organiske restene av prøvene, var en åpenbaring. Forskere over hele verden har gjenopptatt studiet av raser. De fikk en overraskende belønning etter å ha studert bergarter de tidligere hadde trodd var blottet for fossiler.
Den eldste livsformen til dags dato, omtrent 3500 millioner år gammel, ble oppdaget i det vestlige Australia. Men studiet av de eldste bergartene vi kjenner til, Amitsoka-gneisen i sørvest-Grønland, 3800 millioner år gamle, ga ikke de forventede resultatene.
Ingen mirakler.
Biologer finner ikke noe overraskende i det faktum at de funnet primitive restene ligner moderne. Slike encellede organismer har alltid vært ansett som de enkleste livsformene, og det er naturlig at de er dens mest primitive former.
Eksistensmåten til encellede livsformer er lett å finne ut på grunn av deres enkelhet. Biologer, i stedet for å studere hvordan muskler og organer fungerer, studerer hvordan råkjemikalier omdannes til livets byggesteiner – sukker, fett og proteiner.
En enkel celle.
Disse studiene er spesielt viktige for å avdekke mysteriet om livets opprinnelse. For den neste transformasjonen, som markerte begynnelsen på hele prosessen – fra uorganiske levende stoffer til levende stoffer, måtte finne sted.
Bakterien i seg selv er en nærende enkleste cellen; det er en væskefylt, gelatinøs membran som bearbeider enkle kjemikalier, som består av nitrogen, karbon, oksygen og hydrogen, til komplekse organiske forbindelser: karbohydrater, som gir den energi (sukker) og de nødvendige proteinene for veksten.
Struktur av DNA.
Deoksyribonukleinsyre (DNA) er et organisk stoff som til slutt kontrollerer disse prosessene. DNA har i tillegg en annen viktig egenskap: den kan reprodusere seg selv.
Hvert DNA-molekyl ligner en spiraltrapp, der kjeder av atomer danner sidene med hoppere ("trinn") plassert med forskjellige intervaller.
Om nødvendig kan hele molekylet være todelt, med broene separert i midten. Etter at spiralen deler seg, tiltrekker de forkortede "trinnene" andre stoffer, som, når de legges til, danner de manglende halvdelene av "stigen" - dermed oppnås to fra en spiral.
Denne enkle teknikken er essensen av livet. Takket være det vokser og reproduserer en encellet organisme seg selv, deler seg på midten og kopierer samtidig sin indre kjemiske prosess.
Reproduserende celler, i mer komplekse livsformer, danner i fellesskap flercellede strukturer, hver struktur er på samme tid bare en del av den ekstreme kompleks prosess. Den genetiske koden styrer hele prosessen. Denne koden er innebygd i DNA-molekylet og er forskjellig mellom forskjellige arter og individer.
Funksjoner av DNA.
Mekanismer er alle livsprosesser (drikking, spising, fjerning av avfallsstoffer fra kroppen) som tjener til å sikre aktiviteten til DNA.
DNA er et veldig komplekst molekyl, jo mer kompleks en livsform er, jo mer kompleks er DNA. Strukturen til det enkleste DNA består av tusenvis av atomer disse atomene er gruppert i nukleotider - disse er forbindelser av fosfater, sukkerarter og nitrogenholdige baser.
Hvert nukleotid i seg selv er også en ganske kompleks struktur. Dette gjelder også andre organiske molekyler, som karbohydrater og proteiner. Fra kjeder av aminosyrer (hvorav det bare er 20 forskjellige typer), som ligger i en viss sekvens, består av proteiner.
En enkel kjede kan bestå av 100 ledd, og en kompleks kjede kan bestå av flere tusen ledd. Den genetiske koden til en gitt organisme bestemmer hele strukturen.
Den enkleste bakteriecellen inneholder DNA, karbohydrater og proteiner som den ikke kan fungere uten. Av de livsformene som er kjent i dag, er disse cellene den mest primitive formen.
Fra dette kan vi konkludere med at de stammer fra ikke-levende strukturer som syntetiserte disse essensielle elementene i livet før de fant organisk bruk for dem.
"Urbuljong".
Ingen vet hvordan vår verden var for 3800 millioner år siden. Forskerne Haldane og Oparin fremsatte på 20-tallet en teori som gikk ut på at jorden i disse fjerne tider var nesten fullstendig blottet for oksygen og besto av hydrogen, ammoniakk, vann, metan, karbonmonoksid og en rekke andre stoffer. .
De teoretiserte at varmt vann dekket mesteparten av jordens overflate, og at kokingen av dette vannet ble opprettholdt av magma, smeltet stein som ligger under tynn oseanisk bergart.
Ifølge deres hypotese kan en slik blanding av varmt vann og gasser føre til dannelsen av den såkalte "primærbuljongen", som er rik på de kjemiske elementene som er nødvendige for syntesen av liv.
Reaksjonen som settes i gang kan være vulkansk aktivitet, en elektrisk utladning fra lyn eller intens ultrafiolett stråling som passerer gjennom tynt lag atmosfære. Den amerikanske vitenskapsmannen Stanley Miller testet denne teorien eksperimentelt i 1953.
Stanley Miller skapte en modell av den opprinnelige verden, som besto av to kolber og glassrør. En av disse kolbene inneholdt en løsning hvis sammensetning teoretisk tilsvarer sjøvann. Det fylte rommet over væsken med en blanding av gasser.
Denne blandingen av gasser tilsvarte også teoretisk sett den foreslåtte atmosfæren. Denne kolben ble koblet med et rør til en annen kolbe, som hadde to elektroder for å produsere en gnist - en miniatyrmodell av lyn.
Et annet rør forlenget fra gnistkammeret dette røret førte til den første kolben gjennom en U-formet manifoldkondensator.
Når Miller varmet opp blandingen i den nedre kolben, kokte den og ble til gass, kom deretter inn i kammeret med en gnist, og kondenserte deretter og strømmet tilbake i den nedre kolben. Denne prosessen ble utført kontinuerlig i en uke, og deretter ble væsken pumpet ut for analyse.
Resultatene var positive. Den resulterende blandingen inneholdt tre aminosyrer - forbindelser som proteiner dannes fra. Denne ideen ble plukket opp av mange forskere. De utførte eksperimenter som ligner på disse, og som et resultat fikk de enda flere aminosyrer, og til og med enkle nukleotider - byggesteinene til DNA.
Fantastiske resultater.
Resultatene av disse eksperimentene anses som overbevisende og de gir grunn til å tro at alt proteinet (og ikke bare det) kunne blitt syntetisert over flere milliarder år. DNA, antagelig, kan også skapes sammen med sine tusenvis av strengt arrangerte atomer.
Når den først er skapt, kan den reprodusere seg selv, lage sine egne proteiner og andre komplekse organiske stoffer, og utvikle seg til en funksjonell selvreplikerende livsform, for eksempel en bakteriecelle.
Noe mulig kunne ha skjedd, men den matematiske sannsynligheten for å skape et så komplekst stoff som DNA eller protein er uendelig liten i "ursuppen", som et resultat av en tilfeldig kombinasjon av kjemiske elementer.
Eksemplet med en ape med en skrivemaskin kan illustrere denne sannsynligheten. Hvis du for eksempel gir en ape nok papir og lar den skrive tilfeldig i flere år, kan den kanskje reprodusere noen ord, men sannsynligheten for at den skaper et litterært mesterverk er nesten null. I dette eksemplet kan en aminosyre sammenlignes med et ord, men mesterverket er utvilsomt DNA.
I dag er denne teorien anerkjent av mange forskere som fortsetter å lete etter mekanismer som letter kombinasjonen av aminosyrer til proteiner uten kontroll av DNA.
Hvis en slik mekanisme blir funnet, vil menneskeheten ta et viktig skritt mot å forstå mysteriet med DNA-dannelse og derfor å belyse opprinnelsen til livet på jorden.
Denne artikkelen handler om evolusjonsteori livets opprinnelse, som selvfølgelig ikke er helt fylt ennå, og som kan diskuteres mye, men vi vil ikke gjøre dette 😉
