Vznik a počiatočné štádiá vývoja života na Zemi. Biochemická hypotéza vzniku života

Hypotézy o pôvode života

Vznik života na Zemi je jedným z najdôležitejších problémov prírodných vied. V priebehu desiatok storočí sa menili pohľady na problém života, vyjadrovali sa rôzne myšlienky, hypotézy a koncepty. Niektoré z nich sa rozšírili v rôznych obdobiach histórie rozvoja prírodných vied. V súčasnosti existuje päť hypotéz o pôvode života:

1. Kreacionizmus je hypotéza, ktorá tvrdí, že život bol vytvorený nadprirodzenou bytosťou ako výsledok aktu stvorenia. Má najdlhšiu históriu. Je založená na prítomnosti špeciálnej sily, „duše“, ktorá riadi všetky životné procesy v živých organizmoch.

2. Hypotéza stacionárneho stavu, podľa ktorej život nikdy nevznikol, ale vždy existoval. So zmenou prírodných podmienok sa menili aj druhy: niektoré zmizli, iné sa objavili. Na základe výskumu paleontológov.

3. Hypotéza spontánneho vytvárania života, ktorá je založená na myšlienke opakovaného vzniku života z neživej hmoty, bola predložená v starovekej Číne a Indii ako alternatíva ku kreacionizmu. Túto hypotézu podporili Platón, Aristoteles, Galileo, Descartes, Lamarck. Podstata hypotézy: nižšie živé organizmy vznikli z bahna, vlhkej pôdy, hnijúceho mäsa. Na vyvrátenie tejto hypotézy F. Redi sformuloval zásadu: „Všetko živé pochádza zo živých vecí“, keď našiel príčinu výskytu červov na hnijúcom mäse. L. Pasteur svojimi pokusmi s vírusmi napokon dokázal nekonzistentnosť myšlienky spontánneho vzniku života.

4. Hypotéza panspermie, podľa ktorej bol na Zem prinesený život z vesmíru. Prvýkrát ju vyjadril G. Richter koncom 19. storočia. Tento koncept počíta s možnosťou vzniku života v rôznych časoch v rôznych častiach vesmíru a jeho prenosu na Zem rôznymi spôsobmi (meteority, asteroidy, kozmický prach).

5. Hypotéza historického vzniku života prostredníctvom biochemickej evolúcie. Autormi sú A. Oparin a S. Haldane. Z hľadiska hypotézy A. Oparina, ako aj z hľadiska modernej vedy, vznik života z neživej hmoty nastal v dôsledku prírodných procesov vo Vesmíre počas dlhého vývoja hmoty. A. Oparin identifikoval niekoľko štádií biochemickej evolúcie, ktorej konečným cieľom bola primitívna živá bunka. Vývoj prebiehal podľa schémy:

A) geochemický vývoj planéty Zem, syntéza najjednoduchších zlúčenín ako CO2, NH3, H2O atď., prechod vody z pary do kvapalného skupenstva v dôsledku postupného ochladzovania Zeme. Vývoj atmosféry a hydrosféry.

B) vznik organických látok z anorganických zlúčenín – aminokyselín – a ich akumulácia v primárnom oceáne v dôsledku elektromagnetického vplyvu Slnka, kozmického žiarenia a elektrických výbojov.

C) postupná komplikácia organických zlúčenín a tvorba proteínových štruktúr.

D) izolácia proteínových štruktúr z prostredia, tvorba vodných komplexov a vytvorenie vodného obalu okolo proteínov.

E) fúzia takýchto komplexov a tvorba koacervátov schopných vymieňať si hmotu a energiu s prostredím.

E) absorpcia kovov koacervátmi, čo viedlo k tvorbe enzýmov, ktoré urýchľujú biochemické procesy.

G) tvorba hydrofóbnych lipidových hraníc medzi koacervátmi a vonkajším prostredím, čo viedlo k vytvoreniu semipermeabilných membrán, ktoré zabezpečovali stabilitu fungovania koacervátu.

H) vývoj v priebehu evolúcie v týchto formáciách procesov samoregulácie a sebareprodukcie.

Podľa akademika V. Vernadského je vznik života spojený s mohutným skokom, ktorý vniesol do evolúcie toľko rozporov, že vytvorili podmienky pre zrod živej hmoty. Extrémna zložitosť organizácie živej hmoty je dôkazom, že vznik života je výsledkom dlhého procesu biologickej evolúcie.

6. Moderná teória biologickej evolúcie

Evolúcia je chápaná ako jedna z foriem pohybu, pre ktorú sú charakteristické postupné, nepretržité, kumulujúce sa zmeny, vedúce ku kvalitatívnym posunom vo vývoji živej prírody. V procese formovania evolučnej paradigmy existujú tri hlavné fázy:

· Prvý stupeň – tradičná biológia; jej najjasnejším predstaviteľom je švédsky vedec K. Linné.

· Druhým stupňom je klasická teória biologickej evolúcie; tvorcom je anglický prírodovedec Ch.Darwin.

· Tretím stupňom je syntetická teória biologickej evolúcie. Jej obsah bol výsledkom myšlienok Charlesa Darwina a českého botanika, zakladateľa genetiky G. Mendela.

Všeobecným teoretickým základom tradičnej biológie, ktorá dominovala biologickému mysleniu od staroveku až do 19. storočia, bol koncept kreacionizmu, ktorý vychádzal z myšlienky súčasného vzniku všetkých foriem života na Zemi. Úlohou tradičnej biológie bolo vybudovať klasifikáciu a systematizáciu všetkých živých bytostí. Najvýraznejšie k riešeniu tohto problému prispel K. Linné, ktorý vytvoril systém klasifikácie živých organizmov, ktorý odhalil celistvosť, jednotu, prepojenosť a kontinuitu organizmov, čo následne priviedlo vedcov k myšlienke, že všetky rozmanitosť foriem voľne žijúcich živočíchov je výsledkom biologickej evolúcie . Tradičná biológia hromadí svoj vedecký materiál priamym pozorovaním živej prírody, takže sa v súčasnosti neustále rozvíja.

Teória Charlesa Darwina bola výsledkom sumarizácie obrovského množstva rôznych faktických údajov. Darwinove vysvetlenie procesu evolúcie možno zhrnúť takto:

1. Každá skupina živočíchov a rastlín sa vyznačuje variabilitou. Variabilita je jednou z vlastností živých organizmov.

2. Počet organizmov každého druhu, ktoré sa narodia na svete, je oveľa väčší ako počet, ktorý si dokáže nájsť potravu, prežiť a zanechať potomstvo. Väčšina potomkov v každej generácii zomrie.

3. Keďže sa rodí viac jedincov, ako dokáže prežiť, dochádza k konkurencii, boju o potravu a biotop.

4. Dedičné zmeny, ktoré organizmu uľahčujú prežitie v určitom prostredí, zvýhodňujú ich majiteľov oproti iným, menej prispôsobeným organizmom. Prežívajúce jedince dávajú vznik ďalšej generácii, a tak dochádza k selekcii najvhodnejších zástupcov (prirodzený výber).

Impulzom pre vznik syntetickej evolučnej teórie bolo objavenie zákona dedičnosti a rozlúštenie štruktúry DNA. Syntetická evolučná teória je vo svojom obsahu syntézou darwinizmu a výdobytkov molekulárnej biológie. Podstata teórie spočíva v predstavení procesu evolúcie ako súťaže genetických programov, ktorá určuje individuálny vývoj organizmov. Okrem toho dôležitú úlohu pri určovaní všeobecného smeru evolúcie zohráva hlavné programovacie zariadenie, ktorým je biosféra ako celok. Práve biosféra určuje rýchlosť a smer evolučnej premeny druhov zahrnutých v jej zložení.

Bioetika

Na prvý pohľad sa zdá, že medzi etikou a biológiou nie je nič spoločné. Veď etika je odvetvie sociálneho a humanitného poznania, ktoré skúma ideálnu sféru predpisov, noriem a princípov ľudského správania, zatiaľ čo biológia patrí medzi prírodné vedy, ktoré spoznávajú skutočné fakty charakterizujúce podstatu života. Napriek tomu existuje spojenie medzi biológiou a etikou. Koniec koncov, človek je produktom dlhej biologickej evolúcie. A jednou zo stránok evolúcie je boj o existenciu, počas ktorého sa uplatňujú nielen fyzické opatrenia, ale aj psychologické, vrátane etických noriem.

Bioetika je práve veda o duševných procesoch, ktoré vznikli v raných štádiách evolúcie živého, postupne sa rozvíjali a viedli k vzniku súboru požiadaviek a princípov nazývaných ľudská etika. Bioetika sa v smere svojich záujmov najviac približuje k predmetu štúdia spoločenských a humanitných vied, pričom študuje tieto hlavné problémy:

· Problémy hlbokého, biologického pôvodu etických princípov ľudského správania, prejavy základov týchto princípov v správaní živých organizmov už v raných štádiách biologickej evolúcie.

· Vyriešenie na tomto základe otázok korelácie v etických princípoch ľudského vrodeného a získaného, ​​biologického a sociálneho a nevedomého.

· Vývoj súboru nových etických noriem, ktorých relevantnosť je spojená s možnosťou hlbokých dôsledkov najväčších objavov modernej biológie, najmä genetiky, pre človeka.

Komplexné programy správania obsiahnuté vo svete zvierat a normy ľudskej etiky majú jediný biogénny pôvod. Na základe toho bioetika ako ústredná myšlienka presadzuje myšlienku, že princípy ľudského správania majú nielen sociálne, ale aj biologické predpoklady. Bioetika objavuje v našom vnútornom svete a v našom správaní okrem foriem generovaných mysľou, kultúrou, spoločnosťou aj formy vďaka starým genetickým programom zdedeným od našich zvieracích predkov. Dôležitou oblasťou modernej bioetiky je hľadanie nových prístupov k morálnemu posudzovaniu takých javov, ako je eutanázia, porušovanie sexuálnej istoty, klonovanie.



ÚVOD ODDIEL 1. ZÁKLADNÉ TEÓRIE VZNIKU ŽIVOTA NA ZEMI.

1.1 Kreacionizmus.

1.2 Hypotéza spontánneho generovania.

1.3 Teória stacionárneho stavu.

1.4 Hypotéza panspermie.

ODDIEL 2. TEÓRIA KOACERVOVANIA PROTEÍNOV OPARINA.

2.1 Podstata teórie.

2.2 Alexander Ivanovič Oparin.

2.3 Pôvod chemickej evolúcie "Primárna polievka".

2.4 Etapy procesu vzniku života.

ODDIEL 3. POTREBA ŠTUDIŤ VZNIK ŽIVOTA.

ČASŤ 4. MODERNÉ ÚVODY O VZNIKU ŽIVOTA.

ZÁVER.

LITERATÚRA.

ÚVOD

Otázka pôvodu života na Zemi a pravdepodobnosti jeho existencie na iných planétach vesmíru už dlho priťahuje záujem vedcov a filozofov, ako aj obyčajných ľudí. V posledných rokoch sa pozornosť venovaná tomuto „večnému problému“ výrazne zvýšila.

Je to spôsobené dvoma okolnosťami: po prvé, významný pokrok v laboratórnom modelovaní niektorých etáp vývoja hmoty, ktorý viedol k vzniku života, a po druhé, rýchly rozvoj vesmírneho výskumu, ktorý umožňuje skutočné hľadanie akéhokoľvek života. formuje sa na planétach slnečnej sústavy stále reálnejšie. , ale v budúcnosti a ďalej.

Pôvod života je jednou z najzáhadnejších otázok, vyčerpávajúca odpoveď, ktorú pravdepodobne nikdy nedostaneme. Mnohé hypotézy a dokonca aj teórie o vzniku života, vysvetľujúce rôzne aspekty tohto javu, stále nedokážu prekonať podstatnú okolnosť – experimentálne potvrdiť skutočnosť vzniku života. Moderná veda nemá priame dôkazy o tom, ako a kde vznikol život. Existujú len logické konštrukcie a nepriame dôkazy získané modelovými experimentmi a údaje z oblasti paleontológie, geológie, astronómie atď.

Zároveň ešte nie je definitívne vyriešená otázka pôvodu života. Existuje veľa hypotéz o vzniku života.

V rôznych časoch a v rôznych kultúrach sa zvažovali tieto myšlienky:

Kreacionizmus (život stvoril Stvoriteľ);

Spontánne pokolenie (spontánne pokolenie; život vznikal opakovane z neživej hmoty);

Hypotéza ustáleného stavu (život vždy existoval);

Hypotéza panspermie (život prinesený na Zem z iných planét);

Biochemické hypotézy (život vznikol v pozemských podmienkach v priebehu procesov, ktoré sa riadia fyzikálnymi a chemickými zákonmi, t. j. ako výsledok biochemickej evolúcie);

Účelom práce je zvážiť hlavné teórie vzniku života na Zemi.

Je dôležité poznamenať, že na dosiahnutie cieľa sa berú do úvahy tieto úlohy:

Zopakujte si hlavné teórie

kreacionizmus

Teória spontánneho generovania života

Teória ustáleného stavu

Pansermia hypotéza

Na preskúmanie základnej proteín-koacervátovej teórie A.I. Oparina

Prečítajte si životopis A.I. Oparina

Opíšte pôvod chemickej evolúcie „prapolievka“

Určte fázy procesu vzniku života na Zemi

Potreba študovať pôvod života na Zemi

Moderné názory na vznik života

Pri vykonávaní práce boli použité tieto metódy: porovnávacia geografická, rozbor literárnych prameňov, historická.

Práca bola napísaná na základe takýchto materiálov: monografie, prekladové vydania, články zo zborníka vedeckých prác, zložky kníh, literatúra z internetu.

ODDIEL 1. HLAVNÉ TEÓRIE O VZNIKU ŽIVOTA NA ZEMI

1.1kreacionizmus

Kreacionizmus (z anglického stvorenia - stvorenie) je náboženský a filozofický koncept, v rámci ktorého sa celá rozmanitosť organického sveta, ľudstva, planéty Zem, ako aj sveta ako celku, považuje za zámerne stvorený nejakou najvyššou bytosťou. alebo božstvo. Teória kreacionizmu, odkazujúca odpoveď na otázku pôvodu života na náboženstvo (stvorenie života Bohom), je podľa Popperovho kritéria mimo oblasti vedeckého výskumu (keďže je nevyvrátiteľná: nemožno dokázať vedeckými metódami, že Boh stvoril život a že ho Boh stvoril.) Okrem toho táto teória nedáva uspokojivú odpoveď na otázku príčin vzniku a existencie samotnej najvyššej bytosti, zvyčajne jednoducho postuluje jej nezačiatočnosť.

1.2Hypotéza spontánnej generácie

Táto teória sa presadila v starovekej Číne, Babylone a Egypte ako alternatíva ku kreacionizmu, s ktorým koexistovala. Náboženské učenia všetkých čias a všetkých národov zvyčajne pripisovali vzhľad života tomu či onomu tvorivému činu božstva. Veľmi naivne vyriešili túto otázku aj prví bádatelia prírody. Aristoteles (384-322 pred n. l.), ktorý je často oslavovaný ako zakladateľ biológie, zastával teóriu spontánneho vytvárania života. Dokonca aj pre takú výnimočnú myseľ staroveku, akou bol Aristoteles, nebolo ťažké prijať myšlienku, že zvieratá – červy, hmyz a dokonca aj ryby – môžu vzniknúť z bahna. Naopak, tento filozof tvrdil, že každé suché telo, zmoknutie a naopak, každé mokré telo, ktoré sa stane suchým, rodí zvieratá.

Podľa Aristotelovej hypotézy o samovoľnom vytváraní určité „častice“ hmoty obsahujú akýsi „aktívny princíp“, ktorý za vhodných podmienok dokáže vytvoriť živý organizmus. Aristoteles mal pravdu, keď si myslel, že táto účinná látka je obsiahnutá v oplodnenom vajíčku, ale mylne sa domnieval, že je prítomná aj v slnečnom vetre, bahne a hnijúcom mäse.

„Toto sú fakty – živé veci môžu vzniknúť nielen párením zvierat, ale aj rozkladom pôdy. To isté platí pre rastliny: niektoré sa vyvíjajú zo semien, zatiaľ čo iné sa spontánne vytvárajú pôsobením celej prírody, vznikajúce z rozkladajúcej sa zeme alebo určitých častí rastlín “(Aristoteles).

Autorita Aristotela mala výnimočný vplyv na názory stredovekých učencov. Názor tohto filozofa bol v ich mysliach bizarne prepletený s náboženskými pojmami, pričom v moderných podmienkach často vyvodzoval smiešne a dokonca úprimne hlúpe závery. Príprava živého človeka alebo jeho podobizne „homunkula“ v banke miešaním a destiláciou rôznych chemikálií bola v stredoveku považovaná za veľmi náročnú a nezákonnú, no bezpochyby uskutočniteľnú. Získavanie zvierat z neživých materiálov sa vtedajším vedcom zdalo také jednoduché a bežné, že slávny alchymista a lekár Van Helmont (1577-1644) dáva priamo recept, podľa ktorého sa myši dajú umelo pripraviť tak, že nádobu s obilím pokryjeme mokrým a špinavým handry. Tento veľmi úspešný vedec opísal experiment, pri ktorom údajne za tri týždne vytvoril myši. Na to bola potrebná špinavá košeľa, tmavá skriňa a hrsť pšenice. Van Helmont považoval ľudský pot za aktívny princíp v procese myši.

Množstvo prameňov zo 16. a 17. storočia podrobne popisuje premenu vody, kameňov a iných neživých predmetov na plazy, vtáky a zvieratá. Grindel von Ach dokonca zobrazuje obraz žiab údajne vznikajúcich z májovej rosy a Aldrovand zobrazuje proces znovuzrodenia vtákov a hmyzu z konárov a plodov stromov.

Čím ďalej sa prírodná veda rozvíjala, čím dôležitejšie bolo presné pozorovanie a skúsenosť v poznaní prírody, a nielen uvažovanie a dômyselnosť, tým sa zužoval rozsah teórie spontánneho generovania. Už v roku 1688 taliansky biológ a lekár Francesco Redi, ktorý žil vo Florencii, pristupoval k problému vzniku života prísnejšie a spochybnil teóriu spontánneho generovania. Dr. Redi jednoduchými pokusmi dokázal neopodstatnenosť názorov o samovoľnom vytváraní červov v hnijúcom mäse. Zistil, že malé biele červy sú larvy múch. Po vykonaní série experimentov získal údaje potvrdzujúce myšlienku, že život môže vzniknúť len z predchádzajúceho života (koncept biogenézy).

„Presvedčenie by bolo zbytočné, keby sa nedalo potvrdiť experimentom. A tak som v polovici júla vzal štyri veľké nádoby so širokými ústami, do jednej som dal zem, do druhej ryby, do tretej úhory z Arna, do štvrtej kúsok mliečneho teľacieho mäsa, pevne som ich uzavrel a zapečatil. Potom som to isté vložil do štyroch ďalších nádob a nechal som ich otvorené... Čoskoro boli mäso a ryby v neuzavretých nádobách odčervené; muchy bolo možné vidieť voľne lietať do plavidiel a von z nich. V zapečatených nádobách som však nevidel jediného červa, hoci po vložení mŕtvych rýb do nich prešlo veľa dní “(Redi).

Takže, pokiaľ ide o živé bytosti viditeľné voľným okom, návrh spontánneho generovania sa ukázal ako neudržateľný. Ale na konci XVII storočia. Kircher a Leeuwenhoek objavili svet najmenších tvorov, neviditeľných voľným okom a rozlíšiteľných iba mikroskopom. Tieto „najmenšie živé zvieratá“ (ako Leeuwenhoek nazval baktérie a nálevníky, ktoré objavil) bolo možné nájsť všade tam, kde došlo k rozkladu, v odvaroch a infúziách rastlín, ktoré dlho stáli, v hnijúcom mäse, vývare, v kyslom mlieku, vo výkaloch. , v plakete . „Podľa mojich úst,“ napísal Leeuwenhoek, „je ich (baktérií) viac ako ľudí v Spojenom kráľovstve. Stačí na nejaký čas odložiť rýchlo sa kaziace a ľahko hnijúce látky na teplé miesto, pretože sa v nich okamžite vyvinú mikroskopické živé tvory, ktoré tam predtým neboli. Odkiaľ pochádzajú tieto stvorenia? Pochádzali z embryí, ktoré náhodou spadli do hnijúcej tekutiny? Koľko týchto zárodkov musí byť všade! Mimovoľne sa objavila myšlienka, že práve tu, v hnijúcich odvaroch a nálevoch, dochádza k samovoľnému vytváraniu živých mikróbov z neživej hmoty. Tento názor v polovici 18. storočia silne potvrdil v experimentoch škótskeho kňaza Needhama. Needham vzal mäsový vývar alebo odvar z rastlinných látok, umiestnil ich do tesne uzavretých nádob a krátko povaril. Zároveň podľa Needhama mali všetky embryá zomrieť, zatiaľ čo nové sa nemohli dostať zvonku, keďže cievy boli tesne uzavreté. Po chvíli sa však v tekutinách objavili mikróby. Z toho spomínaný vedec usúdil, že bol prítomný pri fenoméne spontánneho generovania.

Proti tomuto názoru sa zároveň postavil aj ďalší vedec, Talian Spallanzani. Opakovaním Needhamových experimentov sa presvedčil, že dlhšie zahrievanie nádob obsahujúcich organické kvapaliny ich úplne dehydruje. V roku 1765 uskutočnil Lazzaro Spallanzani nasledujúci experiment: po varení mäsových a zeleninových vývarov niekoľko hodín ich okamžite zapečatil a potom ich odstránil z ohňa. Po preskúmaní kvapalín o niekoľko dní neskôr v nich Spallanzani nenašiel žiadne známky života. Z toho usúdil, že vysoká teplota zničila všetky formy živých bytostí a že bez nich by nič živé nemohlo vzniknúť.

Medzi zástupcami dvoch protichodných názorov sa rozpútal ostrý spor. Spallanzani tvrdil, že tekutiny v Needhamových experimentoch neboli dostatočne zahriate a embryá živých bytostí tam zostali. Na to Needham namietal, že tekutiny nezohrieval príliš málo, ale naopak, Spallanzani ich zohrieval príliš veľa a takouto hrubou metódou zničil „generujúcu silu“ organických nálevov, ktorá je veľmi vrtkavá a vrtkavá.

V dôsledku toho každý z diskutujúcich zostal na svojich pôvodných pozíciách a otázka spontánneho vytvárania mikróbov v rozpadajúcich sa kvapalinách nebola vyriešená ani tak, ani po celom storočí. Počas tejto doby sa uskutočnilo mnoho empirických pokusov dokázať alebo vyvrátiť spontánnu tvorbu, ale žiadny z nich neviedol k jednoznačným výsledkom.

Otázka bola čoraz viac zamotaná a až v polovici 19. storočia bola konečne vyriešená vďaka brilantnému výskumu brilantného francúzskeho vedca.

Louis Pasteur sa v roku 1860 zaoberal problémom pôvodu života. V tom čase už urobil veľa v oblasti mikrobiológie a dokázal vyriešiť problémy, ktoré ohrozovali serikultáciu a vinárstvo. Dokázal tiež, že baktérie sú všadeprítomné a neživé materiály môžu byť ľahko kontaminované živými bytosťami, ak nie sú správne sterilizované. V množstve experimentov ukázal, že všade, a najmä v blízkosti ľudských obydlí, sa vo vzduchu preháňajú tie najmenšie choroboplodné zárodky. Sú také ľahké, že sa voľne vznášajú vo vzduchu, len veľmi pomaly a postupne klesajú k zemi.

V dôsledku série experimentov založených na Spallanzaniho metódach Pasteur dokázal platnosť teórie biogenézy a nakoniec vyvrátil teóriu spontánneho generovania.

Pasteur vysvetľoval záhadný výskyt mikroorganizmov v pokusoch predchádzajúcich výskumníkov buď neúplnou dekondíciou média, alebo nedostatočnou ochranou tekutín pred prenikaním choroboplodných zárodkov. Ak sa obsah banky dôkladne prevarí a potom sa ochráni pred choroboplodnými zárodkami, ktoré by sa do banky mohli dostať vzduchom prúdiacim do banky, tak v sto prípadoch zo sto tekutina nezhnije a nedochádza k tvorbe mikróbov.

Je dôležité poznamenať, že Pasteur používal širokú škálu metód na zníženie tlaku vzduchu prúdiaceho do banky: vzduch buď kalcinoval v sklenených a kovových trubiciach, alebo chránil hrdlo banky bavlnenou zátkou, ktorá zadržiavala všetky najmenšie častice suspendované vo vzduchu, alebo nakoniec vzduch prešiel cez tenkú sklenenú trubicu ohnutú do tvaru písmena S, v tomto prípade boli všetky jadrá mechanicky zadržané na mokrých povrchoch ohybov trubice.

Kdekoľvek bola ochrana dostatočne spoľahlivá, nebol pozorovaný výskyt mikróbov v kvapaline. Ale možno dlhodobé zahrievanie chemicky zmenilo prostredie a urobilo ho nevhodným pre život? Pasteur ľahko vyvrátil aj túto námietku. Do tepelne ochudobnenej tekutiny hodil vatu, cez ktorú prechádzal vzduch a ktorá následne obsahovala choroboplodné zárodky – tekutina rýchlo hnila. Preto sú varené infúzie celkom vhodnou pôdou na vývoj mikróbov. Tento vývoj sa neuskutočňuje len preto, že neexistuje žiadny zárodok. Akonáhle embryo vstúpi do tekutiny, okamžite vyklíči a poskytne bujnú úrodu.

Pasteurove experimenty s istotou ukázali, že nedochádza k spontánnej tvorbe mikróbov v organických infúziách. Všetky živé organizmy sa vyvíjajú z embryí, t.j. pochádzajú z iných živých bytostí. Potvrdenie teórie biogenézy zároveň vyvolalo ďalší problém. Keďže na vznik živého organizmu je potrebný ďalší živý organizmus, odkiaľ sa potom vzal úplne prvý živý organizmus? Iba teória ustáleného stavu nevyžaduje odpoveď na túto otázku a vo všetkých ostatných teóriách sa predpokladá, že v určitom štádiu histórie života došlo k prechodu od neživého k živému.

1.3Teória ustáleného stavu.

Podľa tejto teórie Zem nikdy nevznikla, ale existovala navždy; vždy bola schopná udržať život, a ak sa zmenila, zmenila sa len veľmi málo. Podľa tejto verzie druhy tiež nikdy nevznikli, vždy existovali a každý druh má len dve možnosti - buď zmenu počtu alebo vyhynutie.

Zároveň je hypotéza stacionárneho stavu zásadne v rozpore s údajmi modernej astronómie, ktoré naznačujú konečný čas existencie akýchkoľvek hviezd, a teda aj planetárnych systémov okolo hviezd. Podľa moderných odhadov založených na rýchlostiach rádioaktívneho rozpadu je vek Zeme, Slnka a Slnečnej sústavy ~4,6 miliardy rokov. Preto akademická veda túto hypotézu zvyčajne nezvažuje.

Zástancovia tejto teórie neuznávajú, že prítomnosť alebo neprítomnosť určitých fosílnych pozostatkov môže naznačovať čas objavenia sa alebo vyhynutia určitého druhu a ako príklad uvádzajú zástupcu lalokoplutvej ryby – coelacanth (coelacanth). Podľa paleontologických údajov vymreli crossopteráni na konci kriedy. Tento záver bolo zároveň potrebné revidovať, keď sa v oblasti Madagaskaru našli živí zástupcovia crossopterygiov. Zástancovia teórie ustáleného stavu tvrdia, že iba štúdiom živých druhov a ich porovnaním s fosílnymi pozostatkami možno dospieť k záveru o vyhynutí a v tomto prípade je veľmi pravdepodobné, že sa ukáže ako nesprávne. Pomocou paleontologických údajov na podporu teórie ustáleného stavu jej zástancovia interpretujú vzhľad fosílií v ekologickom zmysle. Napríklad náhly výskyt fosílneho druhu v určitej vrstve sa vysvetľuje zvýšením jeho populácie alebo jeho presunom na miesta priaznivé pre zachovanie pozostatkov.

1.4Pansermia hypotéza

Hypotéza o výskyte života na Zemi v dôsledku prenosu určitých zárodkov života z iných planét sa nazýva teória pansermie (z gréckeho παν - všetci, všetci a σπερμα - semeno). Táto hypotéza susedí s hypotézou ustáleného stavu. Jeho prívrženci podporujú myšlienku večnej existencie života a predkladajú myšlienku jeho náhleho pôvodu. Jedným z prvých, ktorí vyjadrili myšlienku kozmického (náhleho) vzniku života, bol v roku 1865 nemecký vedec G. Richter. Podľa Richtera život na Zemi nevznikol z anorganických látok, ale bol zavlečený z iných planét. V tejto súvislosti vyvstali otázky, ako je možný takýto presun z jednej planéty na druhú a ako by sa dal uskutočniť. Odpovede sa hľadali predovšetkým vo fyzike a nie je prekvapujúce, že prvými obhajcami týchto názorov boli predstavitelia tejto vedy, vynikajúci vedci G. Helmholtz, S. Arrhenius, J. Thomson, P.P. Lazarev a ďalší.

Podľa predstáv Thomsona a Helmholtza sa spóry baktérií a iných organizmov mohli dostať na Zem pomocou meteoritov. Laboratórne štúdie potvrdzujú vysokú odolnosť živých organizmov voči nepriaznivým vplyvom, najmä voči nízkym teplotám. Napríklad spóry a semená rastlín nezomreli ani po dlhšom vystavení kvapalnému kyslíku alebo dusíku.

Moderní prívrženci konceptu pansermia (vrátane nositeľa Nobelovej ceny anglického biofyzika F. Cricka) sa domnievajú, že život na Zemi priniesli na Zem náhodne alebo zámerne vesmírni mimozemšťania. Pohľad astronómov C. Wickramasingh (Srí Lanka) a F. Hoyle (Veľká Británia) sa pripája k hypotéze pansermie. Veria, že vo vesmíre, hlavne v plynových a prachových oblakoch, sú vo veľkom počte prítomné mikroorganizmy, kde podľa vedcov vznikajú. Ďalej sú tieto mikroorganizmy zachytené kométami, ktoré potom pri prechode v blízkosti planét „zasievajú zárodky života“.

ODDIEL 2. TEÓRIA KOACERVOVANIA PROTEÍNOV OPARINA

2.1Podstata teórie

Prvú vedeckú teóriu o pôvode živých organizmov na Zemi vytvoril sovietsky biochemik A.I. Oparin (1894-1980). V roku 1924 publikoval diela, v ktorých načrtol myšlienky o tom, ako mohol na Zemi vzniknúť život. Podľa tejto teórie život vznikol v špecifických podmienkach starovekej Zeme a Oparin ho považuje za prirodzený výsledok chemického vývoja zlúčenín uhlíka vo vesmíre.

Podľa Oparina možno proces, ktorý viedol k vzniku života na Zemi, rozdeliť do troch etáp:

Vznik organickej hmoty.

Tvorba biopolymérov (proteíny, nukleové kyseliny, polysacharidy, lipidy a pod.) z jednoduchších organických látok.

Vznik primitívnych samoreprodukujúcich sa organizmov.

Medzi modernými vedcami má najväčší počet priaznivcov teória biochemickej evolúcie. Zem vznikla asi pred piatimi miliardami rokov; Spočiatku bola jeho povrchová teplota veľmi vysoká (až niekoľko tisíc stupňov). Ochladzovaním sa vytvoril pevný povrch (zemská kôra – litosféra).

Atmosféru, ktorú pôvodne tvorili ľahké plyny (vodík, hélium), nedokázala nedostatočne hustá Zem efektívne zadržiavať a tieto plyny nahradili ťažšie plyny: vodná para, oxid uhličitý, amoniak a metán. Keď teplota Zeme klesla pod 100 stupňov Celzia, vodná para začala kondenzovať a vytvárať svetové oceány. V tejto dobe, v súlade s myšlienkami A.I. Oparin, prebiehala abiogénna syntéza, to znamená v primárnych suchozemských oceánoch nasýtených rôznymi jednoduchými chemickými zlúčeninami, „v primárnom bujóne“ pod vplyvom sopečného tepla, bleskových výbojov, intenzívneho ultrafialového žiarenia a iných environmentálnych faktorov, syntéza zložitejšie organické zlúčeniny a potom začali biopolyméry . Vznik organických látok uľahčila absencia živých organizmov – konzumentov organickej hmoty – a hlavného oxidačného činidla – kyslíka. Komplexné molekuly aminokyselín sa náhodne spojili do peptidov, ktoré následne vytvorili pôvodné proteíny. Z týchto proteínov boli syntetizované primárne živé tvory mikroskopickej veľkosti.

Najťažším problémom modernej evolučnej teórie je premena zložitých organických látok na jednoduché živé organizmy. Oparin veril, že rozhodujúcu úlohu pri premene neživého na živé majú bielkoviny. Molekuly proteínov, ktoré priťahujú molekuly vody, zrejme vytvorili koloidné hydrofilné komplexy. Ďalšie vzájomné spájanie takýchto komplexov viedlo k oddeleniu koloidov z vodného prostredia (koacervácia). Na hranici medzi koacervátom (z lat. Coacervus - zrazenina, kôpka) a prostredím sa zoradili molekuly lipidov - primitívna bunková membrána. Predpokladá sa, že koloidy by si mohli vymieňať molekuly s okolím (prototyp heterotrofnej výživy) a akumulovať určité látky. Iný typ molekuly poskytoval schopnosť reprodukovať sa. Systém pohľadov A.I. Oparin sa nazýval „hypotéza koacervátov“.

Oparinova hypotéza bola len prvým krokom vo vývoji biochemických predstáv o pôvode života. Ďalším krokom boli experimenty L.S. Millera, ktorý v roku 1953 ukázal, ako sa môžu aminokyseliny a iné organické molekuly vytvárať z anorganických zložiek primárnej zemskej atmosféry pod vplyvom elektrických výbojov a ultrafialového žiarenia.

Akademik Ruskej akadémie vied V.N. Parmon a množstvo ďalších vedcov navrhuje rôzne modely na vysvetlenie toho, ako sa môžu vyskytnúť autokatalytické procesy v médiu nasýtenom organickými molekulami, ktoré replikujú niektoré z týchto molekúl. Niektoré molekuly sa replikujú úspešnejšie ako iné. Tým sa začína proces chemickej evolúcie, ktorá predchádza biologickej.

Dnes medzi biológmi prevláda hypotéza RNA sveta, ktorá tvrdí, že medzi chemickou evolúciou, v ktorej sa jednotlivé molekuly množili a súperili, a plnohodnotným životom založeným na modeli DNA-RNA-proteín, existoval medzistupeň, v ktorom sa jednotlivé molekuly množili. a súperili medzi sebou.molekuly RNA. Už existujú štúdie, ktoré dokazujú, že niektoré molekuly RNA majú autokatalytické vlastnosti a môžu sa samy reprodukovať bez zapojenia komplexných proteínových molekúl.

Moderná veda má stále ďaleko od vyčerpávajúceho vysvetlenia toho, ako špecificky anorganická hmota dosiahla vysokú úroveň organizácie, charakteristickú pre životné procesy. Je však zrejmé, že išlo o viacstupňový proces, počas ktorého sa úroveň organizácie hmoty postupne zvyšovala. Obnoviť špecifické mechanizmy tejto postupnej komplikácie je úlohou budúceho vedeckého výskumu. Tento výskum sleduje dve hlavné oblasti:

Zhora nadol: analýza biologických objektov a štúdium možných mechanizmov tvorby ich jednotlivých prvkov;

Zdola nahor: komplikácia „chémie“ – štúdium čoraz zložitejších chemických zlúčenín.

Doteraz sa nepodarilo dosiahnuť plnohodnotnú kombináciu týchto dvoch prístupov. Napriek tomu sa bioinžinierom už podarilo „podľa plánov“, teda podľa známeho genetického kódu a štruktúry proteínového obalu, poskladať z najjednoduchších biologických molekúl najjednoduchší živý organizmus – vírus. Je teda dokázané, že na vytvorenie živého organizmu z neživej hmoty nie je potrebný nadprirodzený vplyv. Treba si teda zodpovedať len otázku, ako by tento proces mohol prebiehať bez účasti človeka, v prírodnom prostredí.

Voči abiogénnemu mechanizmu vzniku života je rozšírená „štatistická“ námietka. Napríklad v roku 1996 nemecký biochemik Schram vypočítal, že pravdepodobnosť náhodnej kombinácie 6000 nukleotidov v RNA víruse tabakovej mozaiky: 1 šanca ku 102 000. Ide o extrémne nízku pravdepodobnosť, ktorá poukazuje na úplnú nemožnosť náhodného vzniku takýchto RNA. V skutočnosti je však táto námietka postavená nesprávne. Vychádza z predpokladu, že molekula vírusovej RNA musí byť vytvorená „od začiatku“ z rôznych aminokyselín. V prípade postupnej komplikácie chemických a biochemických systémov sa pravdepodobnosť počíta úplne iným spôsobom. Navyše nie je potrebné dostať len taký vírus a nie nejaký iný. S prihliadnutím na tieto námietky sa ukazuje, že odhady pravdepodobnosti syntézy vzniku vírusovej RNA sú podhodnotené až do úplnej nedostatočnosti a nemožno ich považovať za presvedčivú námietku proti abiogénnej teórii vzniku života.

2.2 Alexander Ivanovič Oparin a jeho teória o vzniku života

Od začiatku roku 1935 začal svoju činnosť Biochemický ústav Akadémie vied ZSSR, ktorý založil Oparin spolu s A.N. Bach. Od samého založenia ústavu riadil Oparin Laboratórium enzymológie, ktoré sa v budúcnosti zmenilo na laboratórium evolučnej biochémie a subcelulárnych štruktúr. Do roku 1946 bol zástupcom riaditeľa, po smrti A.N. Bach je riaditeľom tohto ústavu.

3. mája 1924 na stretnutí Ruskej botanickej spoločnosti predniesol správu „O pôvode života“, v ktorej navrhol teóriu vzniku života z vývaru organických látok. V polovici 20. storočia sa experimentálne získavali zložité organické látky prechodom elektrických nábojov cez zmes plynov a pár, čo sa hypoteticky zhoduje so zložením atmosféry starovekej Zeme. Za procely považoval Oparin koacerváty - organické štruktúry obklopené tukovými membránami.

Po smrti v roku 1951 S.I. Vavilová A.I. Oparin sa stal druhým predsedom predstavenstva All-Union Educational Society "Knowledge". Na tomto poste zotrval až do roku 1956, kedy M.B. Mitin.

V roku 1970 bola zorganizovaná Medzinárodná spoločnosť pre štúdium pôvodu života, ktorej prvým prezidentom a potom čestným prezidentom bol zvolený Oparin. Výkonný výbor ISSOL v roku 1977 ustanovil Zlatú medailu pomenovanú po A.I. Oparin (Ing. Oparin Medal), ocenený za najvýznamnejší experimentálny výskum v tejto oblasti.

2.3 Pôvod chemickej evolúcie "Primárna polievka"

Napriek niektorým medzerám v našich vedomostiach o prvej etape vzniku života sme schopní vyvodiť pomerne jednoznačné závery. Veď vieme, že v rámci slnečnej sústavy je možná syntéza zlúčenín obsahujúcich až 24 atómov uhlíka a dusíka. Možno je možná aj syntéza zložitejších zlúčenín vrátane polymérov, hoci neexistujú žiadne údaje o existencii polymérov s usporiadanou sekvenciou. To je všetko, čo môžeme povedať o zložení média známeho ako „prvotný vývar“.

S hromadením nových informácií je stále viac zrejmé, že produkty primárnej syntézy z molekúl jednoduchých hybridov budú nevyhnutne vznikať za vhodných podmienok. Tieto podmienky môžu byť mimoriadne rôznorodé, a preto uvažované syntézy nie sú spojené so žiadnym striktne definovaným časom a miestom.

Fakty, experimenty a pozorovania hovoria o možnosti syntetizovať pomerne zložité chemické zlúčeniny v blízkosti akejkoľvek hviezdy za predpokladu dostatočného množstva „surovín“ – prachu a plynov. Prvou etapou teda nie je ani tak vznik života, ako príprava naň. Všetko to začína materiálmi vytvorenými normálnymi astrofyzikálnymi procesmi; ďalšie transformácie sa uskutočňujú v úplnom súlade so zákonmi chémie bez toho, aby zahŕňali akékoľvek nové princípy. Zároveň už v tejto fáze existuje určitý predbežný výber tých typov zlúčenín, ktoré sa následne použijú na stavbu živých bytostí. V dôsledku toho, keďže procesy prebiehajúce v tejto prvej fáze ovplyvňujú celý nasledujúci priebeh biosyntézy, samotné závisia od špecifických podmienok existujúcich na planétach. Preto sa Zem – jediná planéta slnečnej sústavy, ktorá má na svojom povrchu oceány – ukázala byť zároveň jedinou planétou s rozvinutým životom.

2.4 Etapy vzniku života

Štádium 1. Toto štádium zodpovedá zvyšujúcej sa zložitosti molekúl a molekulárnych systémov, ktoré boli predurčené na to, aby sa nakoniec začlenili do živých systémov. V prvej fáze prebiehala tvorba molekúl preorganizmov z hybridov uhlíka, dusíka a kyslíka (tj z metánu, amoniaku a vody). Tieto plyny sa v molekulárnej forme nachádzajú vo vesmíre (v chladnejších častiach vesmíru) aj teraz. Zdá sa zrejmé, že prvá etapa by sa mohla odohrať na mnohých miestach – z ktorých s istotou poznáme len Zem a meteority asteroidového pôvodu. Takýmto miestom by mohol byť aj primárny poľný cloud. Ukázalo sa tiež, že je možné simulovať tieto procesy v laboratóriu, čo urobil Miller a jeho nasledovníci. V týchto experimentoch sa získali najdôležitejšie biologické molekuly: niektoré organické zásady (napríklad adeín), ktoré sú súčasťou bielkovín; niektoré cukry, najmä rabóza a ich fosfáty a nakoniec niektoré zložitejšie zlúčeniny obsahujúce dusík, ako sú porfyríny, ktoré sú dôležitými zložkami oxidačných enzýmov a nosičov energie.

Etapa 2. V druhej etape vznikli polyméry zo zložiek Oparinovej „prapolievky“, ktorá pozostávala najmä z práve spomínaných molekúl, ako aj zo zložitejších molekúl, a to spojením podobných alebo rovnakých monomérov alebo submolekúl v lineárnom objednať. V určitom rozhodujúcom štádiu evolúcie takýchto polymérov, ktoré sa zdajú byť jednoduchšími analógmi súčasných nukleových kyselín a proteínov, musí mechanizmus striktnej reprodukcie a replikácie, ktorý mnohí biológovia považujú za dôležitý rozlišovací znak samotného života. vznikli. Zatiaľ môžeme len logicky rekonštruovať tie procesy, ktoré by k tomu mohli viesť za podmienok, aké vtedy na Zemi zrejme existovali, t.j. v prítomnosti voľnej vody, ako aj molekúl plynu a kovových iónov v roztoku. Je ťažké si predstaviť, že by sa to všetko mohlo odohrať na takých bezvodých nebeských telesách, ako je Mesiac, a ešte viac na meteoritoch asteroidového pôvodu, obsahujúcich vodu len vo viazanom stave – vo forme hydrátov alebo ľadu.

ODDIEL 3. POTREBA VÝSKUMU VZNIKU ŽIVOTA

Hlavným praktickým motívom skúmania pôvodu života je, že bez neho nedokážeme pochopiť moderný život, a teda ho ani ovládať. Je potrebné študovať vznik života, aby sme pochopili jeho podstatu, jeho možnosti a obmedzenia, a potom len preto, aby sme rozvinuli to prvé a prekonali to druhé. V širšom zmysle je štúdium pôvodu života ďalším pokusom nájsť zmysel života. Už od pradávna sa zmysel života videl v rôznych veciach, no postupom času sa čoraz jasnejšie ukazovala falošnosť rôznych ciest zmyslu života, ich konečné zlyhanie. Až do stredoveku a ešte neskôr sa účel života vo všeobecnom systéme svetového poriadku považoval za známy. Rôzni ľudia v rôznych civilizáciách riešili túto otázku rôznymi spôsobmi, no tieto riešenia boli natoľko podobné, že ich možno považovať za varianty tej istej odpovede – najjednoduchšia odpoveď bola, že život má zmysel v plánoch vševedúceho a všemohúceho Boha. Vôľa Pána by sa mala plniť a ak je niekedy ťažké pochopiť, z čoho pozostáva, potom sú povolené rôzne interpretácie. Ale zo všetkých takýchto odpovedí môže byť len jedna správna. A aká je táto odpoveď - je daná poznať nie každému, ale iba skutočným veriacim.

Vedecká revolúcia, ktorá sa začala v 17. storočí, postupne podkopala základy viery. Ale aj v mysliach tých, ktorí tak či onak svojimi objavmi a intelektuálnymi postrehmi zničili pevnosť viery (niekedy úplne nevedome), viera stále existovala. Paradoxne, čím silnejší bol útok, tým viac mysle ľudí lipla na tomto presvedčení. Preto odpor voči ďalším bádateľom, ktorí, prirodzene, museli skoncovať s náboženskými názormi na vesmír. Hoci odpor voči novým myšlienkam prestal byť taký prudký ako za čias Koperníka a dokonca aj Darwina, stále existuje. Napriek tomu to málo, čo sa vie o možnom pôvode života, stačí na to, aby otriaslo základmi viery oveľa hlbšie, ako to dokázal akýkoľvek iný objav v minulosti. Štruktúra Vesmíru ako celku a procesy v ňom prebiehajúce sa nám začínajú vyjasňovať, aj keď len v hrubých rysoch, a potom už nič nemôže zostať nezmenené.

Potreba mýtov vysvetľujúcich pôvod a osud človeka vznikla na úsvite dejín a takýchto mýtov je už od pradávna známych veľmi veľa, no zatiaľ sa neobjavilo nič, čo by rovnako uspokojilo myseľ aj srdce. Na jednej strane bola viera povolaná napraviť nedokonalosť ľudskej mysle a jej pozorovaní a na druhej strane sa to, čo sa považovalo za vedecký obraz Vesmíru, začalo zdať nezmyselné, suché a neuspokojivé. Teraz konečne začíname vidieť želaný zmysel, a to nie vďaka vytváraniu „utešujúcej filozofie“, ale prakticky znižovaniu životných záťaží a zvyšovaniu ľudských schopností.

4. ČASŤ. MODERNÉ POHĽADY NA VZNIK ŽIVOTA NA ZEMI

Teória A.I. Oparin a ďalšie podobné hypotézy majú jeden podstatný nedostatok: neexistuje jediný fakt, ktorý by potvrdzoval možnosť abiogénnej syntézy na Zemi aspoň najjednoduchšieho živého organizmu z neživých zlúčenín. V mnohých laboratóriách po celom svete sa uskutočnili tisíce pokusov o takúto syntézu. Napríklad americký vedec S. Miller na základe predpokladov o zložení primárnej atmosféry Zeme prepúšťal v špeciálnom zariadení elektrické výboje cez zmes metánu, amoniaku, vodíka a vodnej pary. Podarilo sa mu získať molekuly aminokyselín – tých základných „stavebných kameňov“, ktoré tvoria základ života – bielkovín. Tieto experimenty sa mnohokrát opakovali, niektorým vedcom sa podarilo získať pomerne dlhé reťazce peptidov (jednoduché bielkoviny). Ale len! Nikto nemal to šťastie syntetizovať ani ten najjednoduchší živý organizmus. V súčasnosti je medzi vedcami populárny Rediho princíp: "Živí - len zo živých."

Predpokladajme však, že takéto pokusy budú jedného dňa korunované úspechom. Čo taká skúsenosť dokáže? Len to, že na syntézu života je potrebná ľudská myseľ, komplexná vyspelá veda a moderné technológie. Nič z toho na pôvodnej Zemi neexistovalo. Navyše, syntéza zložitých organických zlúčenín z jednoduchých je v rozpore s druhým termodynamickým zákonom, ktorý zakazuje prechod hmotných systémov zo stavu väčšej pravdepodobnosti do stavu s menšou pravdepodobnosťou a vývoj od jednoduchých organických zlúčenín k zložitým, potom z baktérií na človeka, prebiehala týmto smerom. Tu nepozorujeme nič iné ako tvorivý proces. Druhý zákon termodynamiky je nemenný zákon, jediný zákon, ktorý nebol nikdy spochybnený, porušený ani vyvrátený. Poradie (génová informácia) teda nemôže spontánne vzniknúť z poruchy náhodných procesov, čo potvrdzuje aj teória pravdepodobnosti.

Nedávno matematický výskum zasadil zdrvujúcu ranu hypotéze abiogénnej syntézy. Matematici vypočítali, že pravdepodobnosť spontánneho vygenerovania živého organizmu z blokov bez života je takmer nulová. L. Blumenfeld teda dokázal, že pravdepodobnosť náhodného vzniku aspoň jednej molekuly DNA (deoxyribonukleovej kyseliny - jednej z najdôležitejších zložiek genetického kódu) počas celej existencie Zeme je 1/10800. myslite na zanedbateľné malé množstvo tohto čísla! V jeho menovateli je totiž údaj, kde za jednotkou je rad 800 núl a toto číslo je neskutočne mnohonásobne väčšie ako celkový počet všetkých atómov vo vesmíre. Moderný americký astrofyzik C. Wickramasinghe tak obrazne vyjadril nemožnosť abiogénnej syntézy: „Je rýchlejšie, že hurikán, ktorý sa prevalí nad cintorínom starých lietadiel, zostaví z kúskov šrotu úplne nový superliner, než z jeho komponentov vznikne život ako výsledok náhodného procesu."

Protirečia teórii abiogénnej syntézy a geologickým údajom. Akokoľvek ďaleko prenikneme do hlbín geologickej histórie, nenájdeme tu stopy „azoickej éry“, teda obdobia, keď na Zemi neexistoval život.

Teraz paleontológovia v horninách, ktorých vek dosahuje 3,8 miliardy rokov, teda blízko času vzniku Zeme (podľa najnovších odhadov pred 4 až 4,5 miliardami rokov), našli fosílie pomerne komplexne organizovaných tvorov - baktérií, modrej -zelené riasy, jednoduché huby . V. Vernadsky si bol istý, že život je geologicky večný, to znamená, že v geologických dejinách neexistovala éra, keď bola naša planéta bez života. „Problém abiogenézy (spontánnej generácie živých organizmov),“ napísal vedec v roku 1938, „zostáva neplodný a paralyzuje skutočne oneskorenú vedeckú prácu.“

Teraz je forma života mimoriadne úzko spojená s hydrosférou. Svedčí o tom prinajmenšom skutočnosť, že voda je hlavnou časťou hmoty akéhokoľvek suchozemského organizmu (človek sa napríklad skladá z viac ako 70% vody a organizmy, ako sú medúzy - 97-98%). Je zrejmé, že život na Zemi vznikol až vtedy, keď sa na nej objavila hydrosféra, a to sa podľa geologických informácií stalo takmer od začiatku existencie našej planéty. Mnohé z vlastností živých organizmov sú spôsobené práve vlastnosťami vody, zatiaľ čo voda samotná je fenomenálna zlúčenina. Voda je teda podľa P. Privalova kooperatívny systém, v ktorom sa akákoľvek akcia rozdeľuje „štafetovým“ spôsobom, čiže existuje „ďaleká akcia“.

Niektorí vedci sa domnievajú, že celá hydrosféra Zeme je v podstate jednou obrovskou „molekulou“ vody. Zistilo sa, že voda môže byť aktivovaná prirodzenými elektromagnetickými poľami pozemského a kozmického pôvodu (najmä umelými). Nedávny objav francúzskych vedcov o „pamäti vody“ bol mimoriadne zaujímavý. Možno skutočnosť, že biosféra Zeme je jediný superorganizmus, je spôsobená týmito vlastnosťami vody? Koniec koncov, organizmy sú súčasťou, „kvapkami“ tejto supermolekuly suchozemskej vody.

Hoci stále poznáme len pozemský proteín-nukleo-vodný život, neznamená to, že jeho iné formy nemôžu existovať v bezhraničnom Kozme. Niektorí vedci, najmä americkí, G. Feinberg a R. Shapiro, modelujú také jeho hypoteticky možné varianty:

Plazmoidy - život v hviezdnych atmosférach v dôsledku magnetických síl spojených so skupinami mobilných elektrických výbojov;

Rádioby - život v medzihviezdnych oblakoch založený na agregátoch atómov, ktoré sú v rôznych stavoch excitácie;

Lavoby sú život na báze kremíka, ktorý môže existovať v roztavených lávových jazerách na veľmi horúcich planétach;

Vodík - život, ktorý môže existovať pri nízkych teplotách na planétach pokrytých "zásobníkmi" tekutého metánu a čerpať energiu z premeny ortovodíka na paravodík;

Termofágy sú druhom kozmického života, ktorý čerpá energiu z teplotného gradientu v atmosfére alebo oceánoch planét.

Samozrejme, takéto exotické formy života zatiaľ existujú len vo fantázii vedcov a autorov sci-fi. Napriek tomu nie je vylúčená možnosť skutočnej existencie niektorých z nich, najmä plazmidov. Existuje niekoľko dôvodov domnievať sa, že na Zemi paralelne s „našou“ formou života existuje aj iný jeho druh, podobný spomínaným plazmoidom. Patria sem niektoré typy UFO (neidentifikované lietajúce objekty), útvary podobné guľovým bleskom, ako aj okom neviditeľné, ale fixované farebným fotografickým filmom, energetické „zrazeniny“ lietajúce v atmosfére, ktoré v niektorých prípadoch vykazovali rozumné správanie.

Teraz je teda dôvod tvrdiť, že život na Zemi sa objavil od samého počiatku svojej existencie a podľa C. Wickraminghe vznikol „zo všetkého prenikajúceho všeobecného galaktického živého systému“.

ZÁVER

Máme logické právo uznať zásadný rozdiel medzi živým a neživým? Sú v prírode okolo nás fakty, ktoré nás presviedčajú, že život existuje večne a s neživou prírodou má tak málo spoločného, ​​že by sa za žiadnych okolností nemohol sformovať, odlíšiť sa od nej? Dokážeme rozpoznať organizmy ako útvary úplne, zásadne odlišné od zvyšku sveta?

Biológia 20. storočia prehĺbila pochopenie základných vlastností živých vecí, odhalila molekulárne základy života. Základom moderného biologického obrazu sveta je myšlienka, že živý svet je grandiózny systém vysoko organizovaných systémov.

Do modelov vzniku života sa nepochybne dostanú nové poznatky, ktoré budú čoraz viac opodstatnené. Ale čím kvalitatívne sa nové líši od starého, tým ťažšie je vysvetliť jeho pôvod.

Je potrebné študovať vznik života, aby sme pochopili jeho podstatu, jeho možnosti a obmedzenia, a potom len preto, aby sme rozvinuli to prvé a prekonali to druhé.

Život je jedným z najzložitejších prírodných javov. Od pradávna bol vnímaný ako tajomný a nepoznateľný – preto medzi materialistami a idealistami vždy prebiehal ostrý boj o otázky jeho vzniku. Niektorí prívrženci idealistických názorov považujú život za duchovný, nemateriálny začiatok, ktorý vznikol ako výsledok božského stvorenia. Materialisti sa naopak domnievajú, že život na Zemi vznikol z neživej hmoty spontánnym stvorením (abiogenézou) alebo bol prinesený z iných svetov, t.j. je produktom iných živých organizmov (biogenéza).

Podľa moderných vedeckých koncepcií je život procesom existencie zložitých systémov pozostávajúcich z veľkých organických molekúl a anorganických látok, ktoré sú schopné samy sa reprodukovať, rozvíjať a udržiavať svoju existenciu v dôsledku výmeny energie a hmoty s životné prostredie. Biologická veda teda stojí na materialistických pozíciách.

Zároveň ešte nie je definitívne vyriešená otázka pôvodu života.

LITERATÚRA

1. Oparin A. I. Vznik života na Zemi. - Tbilisi: Mincebra, 1985. - 270. roky.

2. Bernal D. Vznik života Príloha č. 1: Oparin AI Pôvod života. - Moskva: Mir, 1969. - 365 s.

3.Vernadsky v. I. Živá hmota. - Moskva: Nauka, 1978. - 407s.

4. Naidysh V. M. Concepts of modern natural science - Moskva: Nauka, 1999. - 215 s.

5. všeobecná biológia. Ed. N. D. Lisová. - Minsk, 1999 - 90. roky 20. storočia.

6. Ponnamperuma S. Pôvod života. - Moskva: Mir, 1977. - 234 s.

7. Vologodin A. G. Pôvod života na Zemi. - Moskva: Vedomosti, 1970. - 345 s.

8. Ignatov AI Problém vzniku života. - Moskva: Sovietske Rusko, 1962. - 538 rokov.

9. Bernal J. Vznik života. - Moskva: Mir, 1969. - 650-te roky.

Hypotézy o vzniku života na Zemi.

V súčasnosti existuje niekoľko konceptov zvažujúcich pôvod života na Zemi. Zastavme sa len pri niektorých hlavných teóriách, ktoré pomáhajú zostaviť celkom úplný obraz tohto zložitého procesu.

Kreacionizmus (lat. cgea – tvorba).

Podľa tohto konceptu je život a všetky druhy živých bytostí obývajúcich Zem výsledkom tvorivého aktu vyššej bytosti v určitom konkrétnom čase.

Hlavné ustanovenia kreacionizmu sú uvedené v Biblii, v Knihe Genezis. Proces božského stvorenia sveta je chápaný tak, že prebehol len raz, a preto je neprístupný pozorovaniu.

To stačí na to, aby sa celý koncept božského stvorenia vymanil z rozsahu vedeckého výskumu. Veda sa zaoberá iba pozorovateľnými javmi, a preto nikdy nebude môcť tento koncept dokázať ani zamietnuť.

Spontánny(spontánna) generácia.

Myšlienky o pôvode živých bytostí z neživej hmoty boli rozšírené v starovekej Číne, Babylone a Egypte. Najväčší filozof starovekého Grécka Aristoteles navrhol, že určité „častice“ hmoty obsahujú akýsi „aktívny princíp“, ktorý za vhodných podmienok dokáže vytvoriť živý organizmus.

Van Helmont (1579–1644), holandský lekár a prírodný filozof, opísal experiment, pri ktorom údajne za tri týždne vytvoril myši. Na to bola potrebná špinavá košeľa, tmavá skriňa a hrsť pšenice. Van Helmont považoval ľudský pot za aktívny princíp v procese zrodu myši.

V 17.-18.storočí vďaka úspechom v štúdiu nižších organizmov, oplodňovania a vývoja zvierat, ako aj pozorovaniam a pokusom talianskeho prírodovedca F. Rediho (1626-1697), holandského mikroskopu A. Leeuwenhoeka (1632-1723), talianskeho vedca L. Spallanzaniho (1729-1799), ruského mikroskopu M. M. Terekhovského (1740-1796) a ďalších bola viera v spontánnu tvorbu úplne podkopaná.

Až do objavenia sa v polovici desiateho storočia diela zakladateľa mikrobiológie Louisa Pasteura však táto doktrína naďalej nachádzala prívržencov.

Vývoj myšlienky spontánnej generácie sa v podstate vzťahuje na éru, keď náboženské myšlienky dominovali v povedomí verejnosti.

Tí filozofi a prírodovedci, ktorí nechceli prijať učenie Cirkvi o „stvorení života“, s vtedajšou úrovňou poznania, ľahko dospeli k myšlienke jeho spontánneho generovania.

Nakoľko sa na rozdiel od viery v stvorenie zdôrazňovala myšlienka prirodzeného pôvodu organizmov, myšlienka spontánnej generácie mala v určitom štádiu progresívny význam. Preto sa proti tejto myšlienke často postavila cirkev a teológovia.

Hypotéza panspermie.

Podľa tejto hypotézy navrhnutej v roku 1865. nemeckým vedcom G. Richterom a nakoniec sformulovaný švédskym vedcom Arrheniusom v roku 1895, by mohol byť na Zem prinesený život z vesmíru.

Najpravdepodobnejší zásah živých organizmov mimozemského pôvodu meteoritmi a kozmickým prachom. Tento predpoklad je založený na údajoch o vysokej odolnosti niektorých organizmov a ich spór voči žiareniu, vysokému vákuu, nízkym teplotám a iným vplyvom.

Stále však neexistujú žiadne spoľahlivé fakty potvrdzujúce mimozemský pôvod mikroorganizmov nachádzajúcich sa v meteoritoch.

Ale aj keby sa dostali na Zem a dali vzniknúť životu na našej planéte, otázka pôvodného pôvodu života by zostala nezodpovedaná.

Hypotéza biochemická evolúcia.

V roku 1924 biochemik AI Oparin a neskôr anglický vedec J. Haldane (1929) sformulovali hypotézu, ktorá považuje život za výsledok dlhého vývoja zlúčenín uhlíka.

Modernú teóriu o vzniku života na Zemi, nazývanú teória biopoézy, sformuloval v roku 1947 anglický vedec J. Bernal.

V súčasnosti sa v procese formovania života bežne rozlišujú štyri etapy:

• 1. Syntéza nízkomolekulárnych organických zlúčenín (biologických monomérov) z plynov primárnej atmosféry.
• 2. Tvorba biologických polymérov.
• 3. Vznik fázovo oddelených systémov organických látok oddelených od vonkajšieho prostredia membránami (protobionty).
• 4. Vznik najjednoduchších buniek, ktoré majú vlastnosti živého tvora, vrátane reprodukčného aparátu, ktorý zabezpečuje prenos vlastností rodičovských buniek na bunky dcérske.

Prvé tri stupne sa pripisujú obdobiu chemickej evolúcie a od štvrtého začína evolúcia biologická.

Pozrime sa podrobnejšie na procesy, v dôsledku ktorých mohol na Zemi vzniknúť život. Podľa moderných koncepcií bola Zem vytvorená asi pred 4,6 miliardami rokov. Jej povrchová teplota bola veľmi vysoká (4000-8000°C) a ako sa planéta ochladzovala a pôsobili gravitačné sily, zo zlúčenín rôznych prvkov sa formovala zemská kôra.

Procesy odplynenia viedli k vytvoreniu atmosféry obohatenej prípadne o dusík, čpavok, vodnú paru, oxid uhličitý a oxid uhoľnatý. Takáto atmosféra bola zjavne redukčná, o čom svedčí prítomnosť kovov v redukovanej forme, ako je napríklad železité železo, v najstarších horninách Zeme.

Je dôležité poznamenať, že atmosféra obsahovala atómy vodíka, uhlíka, kyslíka a dusíka, ktoré tvoria 99% atómov, ktoré tvoria mäkké tkanivá akéhokoľvek živého organizmu.

Na to, aby sa atómy zmenili na zložité molekuly, však nestačili ich jednoduché zrážky. Bola potrebná dodatočná energia, ktorá bola na Zemi k dispozícii v dôsledku sopečnej činnosti, elektrických výbojov blesku, rádioaktivity, ultrafialového žiarenia zo Slnka.

Absencia voľného kyslíka zrejme nebola dostatočnou podmienkou pre vznik života. Ak by bol voľný kyslík prítomný na Zemi v prebiotickom období, potom by na jednej strane oxidoval syntetizované organické látky a na druhej strane by vytváraním ozónovej vrstvy v horných horizontoch atmosféry absorboval vysokoenergetické ultrafialové žiarenie Slnka.

V uvažovanom období vzniku života, ktoré trvalo približne 1000 miliónov rokov, bolo pravdepodobne hlavným zdrojom energie pre syntézu organických látok ultrafialové žiarenie.

Oparin A.I.

Zo zlúčenín vodíka, dusíka a uhlíka mali za prítomnosti voľnej energie na Zemi najskôr vzniknúť jednoduché molekuly (amoniak, metán a podobné jednoduché zlúčeniny).

V budúcnosti by tieto jednoduché molekuly v primárnom oceáne mohli vstúpiť do reakcií medzi sebou navzájom a s inými látkami a vytvárať nové zlúčeniny.

V roku 1953 americký výskumník Stanley Miller v sérii experimentov simuloval podmienky, ktoré existovali na Zemi približne pred 4 miliardami rokov.

Prechodom elektrických výbojov cez zmes čpavku, metánu, vodíka a vodnej pary získal množstvo aminokyselín, aldehydov, mliečnych, octových a iných organických kyselín. Americký biochemik Cyril Ponnaperuma dosiahol tvorbu nukleotidov a ATP. V priebehu takýchto a podobných reakcií sa mohli vody primárneho oceánu nasýtiť rôznymi látkami, čím sa vytvorila takzvaná „primárna polievka“.

Druhý stupeň pozostával z ďalších premien organických látok a abiogénnej tvorby zložitejších organických zlúčenín vrátane biologických polymérov.

Americký chemik S. Fox skladal zmesi aminokyselín, podrobil ich zahrievaniu a získal látky podobné proteo. Na primitívnej zemi mohla prebiehať syntéza bielkovín na povrchu zemskej kôry. V malých priehlbinách v tuhnúcej láve sa objavili rezervoáre obsahujúce malé molekuly rozpustené vo vode, vrátane aminokyselín.

Keď sa voda vyparila alebo striekala na horúce kamene, aminokyseliny reagovali a vytvorili proteoidy. Dažde potom spláchli proteoidy do vody. Ak by niektoré z týchto proteoidov mali katalytickú aktivitu, potom by sa mohla začať syntéza polymérov, teda molekúl podobných proteínom.

Tretia etapa bola charakterizovaná uvoľňovaním špeciálnych koacervátových kvapôčok, ktoré sú skupinami polymérnych zlúčenín, v primárnom "živnom bujóne". V mnohých experimentoch sa ukázalo, že tvorba koacervátových suspenzií alebo mikroguľôčok je typická pre mnohé biologické polyméry v roztoku.

Koacervátové kvapky majú niektoré vlastnosti, ktoré sú charakteristické aj pre živú protoplazmu, ako napríklad selektívne adsorbujú látky z okolitého roztoku a vďaka tomu „rastú“ a zväčšujú svoju veľkosť.

Vzhľadom na to, že koncentrácia látok v kvapkách koacervátu bola desaťkrát väčšia ako v okolitom roztoku, výrazne sa zvýšila možnosť interakcie medzi jednotlivými molekulami.

Je známe, že molekuly mnohých látok, najmä polypeptidov a tukov, pozostávajú z častí, ktoré majú odlišný vzťah k vode. Hydrofilné časti molekúl nachádzajúce sa na hranici medzi koacervátmi a roztokom sa otáčajú smerom k roztoku, kde je vyšší obsah vody.

Hydrofóbne časti sú orientované vo vnútri koacervátov, kde je menšia koncentrácia vody. Výsledkom je, že povrch koacervátov získava určitú štruktúru a v súvislosti s tým aj vlastnosť prechádzať niektorými látkami určitým smerom a iné neprepúšťať.

Vďaka tejto vlastnosti sa koncentrácia niektorých látok vo vnútri koacervátov ešte zvyšuje, zatiaľ čo koncentrácia iných klesá a reakcie medzi zložkami koacervátov nadobúdajú určitý smer. Koacervátové kvapky sa stávajú systémami izolovanými od média. Vznikajú protobunky alebo protobionty.

Dôležitým krokom v chemickej evolúcii bolo vytvorenie membránovej štruktúry. Paralelne s objavením sa membrány došlo k usporiadaniu a zlepšeniu metabolizmu. Katalyzátory mali zohrať významnú úlohu pri ďalšej komplikácii metabolizmu v takýchto systémoch.

Jednou z hlavných čŕt živého tvora je schopnosť replikovať sa, teda vytvárať kópie, ktoré sú na nerozoznanie od rodičovských molekúl. Túto vlastnosť majú nukleové kyseliny, ktoré sú na rozdiel od proteínov schopné replikácie.

V koacervátoch by sa mohol tvoriť protenoid schopný katalyzovať polymerizáciu nukleotidov s tvorbou krátkych reťazcov RNA. Tieto reťazce by mohli hrať úlohu primitívneho génu aj messengerovej RNA. Ani DNA, ani ribozómy, ani transferové RNA, ani enzýmy syntézy proteínov sa tohto procesu ešte nezúčastnili. Všetky sa objavili neskôr.

Už v štádiu formovania protobiontov pravdepodobne prebiehal prirodzený výber, teda zachovanie niektorých foriem a eliminácia (smrť) iných. Progresívne zmeny v štruktúre protobiontov boli teda fixované v dôsledku selekcie.

Vzhľad štruktúr schopných sebareprodukcie, replikácie a premenlivosti zjavne určuje štvrtú fázu vývoja života.

Takže na konci archeánu (približne pred 3,5 miliardami rokov), na dne malých nádrží alebo plytkých, teplých a na živiny bohatých morí, vznikli prvé primitívne živé organizmy, ktoré boli heterotrofné podľa typu výživy, to znamená, že sa živili hotové organické látky, syntetizované v priebehu chemickej evolúcie.

Ako prostriedok látkovej premeny slúžila fermentácia, proces enzymatickej premeny organických látok, pri ktorom ostatné organické látky slúžia ako akceptory elektrónov.

Časť energie uvoľnenej pri týchto procesoch sa ukladá vo forme ATP. Je možné, že niektoré organizmy využívali na životné procesy aj energiu oxidačno-redukčných reakcií, teda boli to chemosyntetiká.

Postupom času došlo k poklesu zásob voľnej organickej hmoty v prostredí a výhodu získali organizmy schopné syntetizovať organické zlúčeniny z anorganických.

Takto pravdepodobne asi pred 2 miliardami rokov vznikli prvé fototrofné organizmy typu cyanobaktérie schopné využívať svetelnú energiu na syntézu organických zlúčenín z CO2 a H2O, pričom uvoľňujú voľný kyslík.

Prechod na autotrofnú výživu mal veľký význam pre vývoj života na Zemi, a to nielen z hľadiska vytvárania zásob organických látok, ale aj pre nasýtenie atmosféry kyslíkom. Atmosféra zároveň začala nadobúdať oxidačný charakter.

Vzhľad ozónovej clony chránil primárne organizmy pred škodlivými účinkami ultrafialového žiarenia a ukončil abiogénnu (nebiologickú) syntézu organických látok.

Toto sú moderné vedecké predstavy o hlavných etapách vzniku a formovania života na Zemi.

Vizuálny diagram vývoja života na Zemi (kliknite naň)

Doplnenie:

Nádherný svet "čiernych fajčiarov"

Vo vede sa dlho verilo, že živé organizmy môžu existovať iba z energie Slnka. Jules Verne vo svojom románe Cesta do stredu Zeme opísal podsvetie s dinosaurami a prastarými rastlinami. Toto je však fikcia. Kto by si však pomyslel, že bude existovať svet izolovaný od energie Slnka s absolútne odlišnými živými organizmami. A našli ho na dne Tichého oceánu.

Ešte v päťdesiatych rokoch dvadsiateho storočia sa verilo, že v hlbinách oceánu nemôže byť život. Vynález batyskafu od Augusta Picarda rozptýlil tieto pochybnosti.

Jeho syn Jacques Picard spolu s donom Walshom zostúpili v Terstskom batyskafe do Mariánskej priekopy do hĺbky viac ako desaťtisíc metrov. Na samom dne účastníci ponoru videli živú rybu.

Potom oceánografické expedície mnohých krajín začali prečesávať hlbokomorskú priepasť hlbokomorskými sieťami a objavovať nové živočíšne druhy, rodiny, rády a dokonca aj triedy!

Ponory v batyskafoch sa zlepšili. Jacques-Yves Cousteau a vedci z mnohých krajín uskutočnili nákladné ponory na dno oceánov.
V 70. rokoch došlo k objavu, ktorý obrátil naruby mnohé nápady vedcov. V blízkosti Galapágskych ostrovov boli objavené zlomy v hĺbke od dvoch do štyroch tisíc metrov.
A na dne boli objavené malé sopky - hydrotermy. Morská voda, padajúca do zlomov zemskej kôry, sa vyparovala spolu s rôznymi minerálmi cez malé sopky vysoké až 40 metrov.
Tieto sopky sa nazývali „čierni fajčiari“ kvôli čiernej vode, ktorá z nich vychádzala.

Najneuveriteľnejšie však je, že v takejto vode, naplnenej sírovodíkom, ťažkými kovmi a rôznymi toxickými látkami, prekvitá pulzujúci život.

Teplota vody vychádzajúcej z čiernych fajčiarov dosahuje 300 ° C. Slnečné lúče nepreniknú do hĺbky štyroch tisíc metrov, a preto tu nemôže byť bohatý život.
Aj v menších hĺbkach sú bentické organizmy veľmi zriedkavé, o hlbokých priepastiach ani nehovoriac. Tam sa zvieratá živia organickým odpadom, ktorý padá zhora. A čím väčšia hĺbka, tým menej chudobná životnosť dna.
Na povrchoch čiernych fajčiarov sa našli chemoautotrofné baktérie, ktoré rozkladajú zlúčeniny síry vybuchnuté z vnútra planéty. Baktérie pokrývajú spodný povrch v súvislej vrstve a žijú v agresívnych podmienkach.
Stali sa potravou pre mnohé iné živočíšne druhy. Celkovo bolo popísaných asi 500 druhov zvierat žijúcich v extrémnych podmienkach „čiernych fajčiarov“.

Ďalším objavom boli vestimentifera, ktoré patria do triedy bizarných živočíchov – pogonofórov.

Sú to malé rúrky, z ktorých na koncoch vyčnievajú dlhé rúrky s chápadlami. Nezvyčajné na týchto zvieratách je, že nemajú tráviaci systém! Vstúpili do symbiózy s baktériami. Vo vnútri vestimentifera je orgán - trofozóm, kde žije veľa sírnych baktérií.

Baktérie doživotne prijímajú sírovodík a oxid uhličitý, prebytok rozmnožovacích baktérií požiera samotná vestimentifera. Okrem toho sa v blízkosti našli lastúrniky rodov Calyptogena a Bathymodiolus, ktoré tiež vstúpili do symbiózy s baktériami a prestali byť závislé na hľadaní potravy.

Jedným z najneobvyklejších tvorov hlbokomorského sveta hydroterm je červ Alvinella pompeii.

Sú pomenované kvôli analógii s erupciou sopky Pompeje - tieto stvorenia žijú v zóne horúcej vody dosahujúcej 50 ° C a neustále na ne padá popol z častíc síry. Červy spolu s vestimentifera tvoria skutočné „záhrady“, ktoré poskytujú potravu a úkryt mnohým organizmom.

Medzi kolóniami vestimentifera a pompejských červov, ktoré sa nimi živia, žijú kraby a desaťnožce. Aj medzi týmito „záhradami“ sú chobotnice a ryby z čeľade úhorov. Vo svete čiernych fajčiarov sa ukrývali aj dávno vyhynuté zvieratá, ktoré boli vytlačené z iných častí oceánu, ako napríklad Barnacles Neolepas.

Tieto zvieratá boli rozšírené pred 250 miliónmi rokov, ale potom vyhynuli. Tu sa zástupcovia barnacles cítia pokojne.

Objavenie ekosystémov „čiernych fajčiarov“ sa stalo najvýznamnejšou udalosťou v biológii. Takéto ekosystémy sa našli v rôznych častiach svetového oceánu a dokonca aj na dne jazera Bajkal.

Pompejský červ. Foto life-grind-style.blogspot.com

Otázka vzniku života na Zemi je jednou z najťažších otázok modernej prírodovedy, na ktorú zatiaľ neexistuje jednoznačná odpoveď.

Existuje niekoľko teórií o pôvode života na Zemi, z ktorých najznámejšie sú:

• teória spontánnej (spontánnej) generácie;
• teória kreacionizmu (alebo stvorenia);
• teória ustáleného stavu;
• teória panspermie;
• teória biochemickej evolúcie (teória A.I. Oparina).

Zvážte hlavné ustanovenia týchto teórií.

Teória spontánnej (spontánnej) generácie

Teória spontánneho vytvárania života bola rozšírená v starovekom svete - Babylone, Číne, starovekom Egypte a starovekom Grécku (tejto teórie sa držal najmä Aristoteles).

Vedci starovekého sveta a stredovekej Európy verili, že živé bytosti neustále vznikajú z neživej hmoty: červy z blata, žaby z blata, svetlušky z rannej rosy atď. Takže, slávny holandský vedec 17. storočia. Van Helmont celkom vážne opísal vo svojom vedeckom pojednaní zážitok, pri ktorom za 3 týždne dostal myši do zamknutej tmavej skrine priamo zo špinavej košele a hrsti pšenice. Taliansky vedec Francesco Redi (1688) sa prvýkrát rozhodol podrobiť všeobecne uznávanú teóriu experimentálnemu overeniu. Niekoľko kusov mäsa vložil do nádob a niektoré z nich prikryl mušelínom. V otvorených nádobách sa na povrchu hnijúceho mäsa objavili biele červy – larvy múch. V nádobách pokrytých mušelínom neboli žiadne muchy. F. Redimu sa teda podarilo dokázať, že larvy múch nevznikajú z hnijúceho mäsa, ale z vajíčok nakladených muchami na jeho povrch.

V roku 1765 slávny taliansky vedec a lekár Lazzaro Spalanzani varil mäsové a zeleninové bujóny v uzavretých sklenených bankách. Bujóny v uzavretých bankách sa neznehodnotili. Dospel k záveru, že pod vplyvom vysokej teploty uhynuli všetky živé tvory schopné spôsobiť pokazenie vývaru. Experimenty F. Rediho a L. Spalanzaniho však nepresvedčili každého. Vitalistickí vedci (z lat. vita- život) veril, že spontánna tvorba živých bytostí sa nevyskytuje vo varenom vývare, pretože je v ňom zničená špeciálna „životná sila“, ktorá nemôže preniknúť do zapečatenej nádoby, pretože sa prenáša vzduchom.

Spory o možnosti spontánneho generovania života sa zintenzívnili v súvislosti s objavením mikroorganizmov. Ak sa zložité živé bytosti nedokážu spontánne rozmnožovať, možno to dokážu mikroorganizmy?

V tejto súvislosti v roku 1859 Francúzska akadémia oznámila udelenie ceny tomu, kto definitívne rozhodne o otázke možnosti či nemožnosti spontánneho generovania života. Toto ocenenie získal v roku 1862 slávny francúzsky chemik a mikrobiológ Louis Pasteur. Rovnako ako Spalanzani varil živný vývar v sklenenej banke, ale banka nebola obyčajná, ale s hrdlom v tvare trubice v tvare 5. Vzduch, a teda „životná sila“, mohol preniknúť do banky, ale prach a s ním aj mikroorganizmy prítomné vo vzduchu sa usadili v dolnom kolene rúrky v tvare 5 a vývar v banke zostal sterilný. (obr. 1). Oplatilo sa však zlomiť hrdlo banky alebo opláchnuť podkolennú časť skúmavky v tvare 5 sterilným vývarom, pretože vývar sa začal rýchlo zakalovať – objavili sa v ňom mikroorganizmy.

Vďaka práci Louisa Pasteura bola teda teória spontánnej generácie uznaná ako neudržateľná a vo vedeckom svete bola etablovaná teória biogenézy, ktorej stručná formulácia je - "všetko živé je zo živých vecí."

Ryža. 1. Pasteurova banka

Ak však všetky živé organizmy v historicky predvídateľnom období vývoja ľudstva pochádzajú len z iných živých organizmov, prirodzene sa natíska otázka: kedy a ako sa na Zemi objavili prvé živé organizmy?

Teória stvorenia

Teória stvorenia predpokladá, že všetky živé organizmy (alebo len ich najjednoduchšie formy) boli vytvorené („navrhnuté“) v určitom časovom období nejakou nadprirodzenou bytosťou (božstvom, absolútnou ideou, nadmyslom, supercivilizáciou atď.). Je zrejmé, že nasledovníci väčšiny popredných svetových náboženstiev, najmä kresťanského náboženstva, sa od staroveku držali tohto názoru.

Teória kreacionizmu je stále dosť rozšírená nielen v náboženských, ale aj vedeckých kruhoch. Zvyčajne sa používa na vysvetlenie najzložitejších, nevyriešených otázok biochemickej a biologickej evolúcie spojenej so vznikom proteínov a nukleových kyselín, vznikom mechanizmu interakcie medzi nimi, vznikom a tvorbou jednotlivých zložitých organel alebo orgánov (ako napr. ribozóm, oko alebo mozog). Akty periodického „tvorenia“ tiež vysvetľujú absenciu jasných prechodných väzieb od jedného druhu zvierat
inému, napríklad od červov po článkonožce, od opíc po ľudí atď. Je potrebné zdôrazniť, že filozofický spor o prvenstvo vedomia (nadmyseľ, absolútna idea, božstvo) alebo hmoty je v podstate neriešiteľný, keďže pokus vysvetliť akékoľvek ťažkosti modernej biochémie a evolučnej teórie zásadne nepochopiteľnými nadprirodzenými aktmi stvorenia si vyžaduje tieto otázky presahujúce rámec vedeckého výskumu nemožno teóriu kreacionizmu zaradiť do kategórie vedeckých teórií vzniku života na Zemi.

Teória ustáleného stavu a panspermie

Obe tieto teórie sú komplementárnymi prvkami jedného obrazu sveta, ktorého podstata je nasledovná: vesmír existuje navždy a život v ňom existuje navždy (stacionárny stav). Život sa prenáša z planéty na planétu „semenámi života“ putujúcimi vo vesmíre, ktoré môžu byť súčasťou komét a meteoritov (panspermia). Podobné názory na vznik života zastával najmä akademik V.I. Vernadského.

Teória stacionárneho stavu, ktorá predpokladá nekonečne dlhú existenciu vesmíru, však nie je v súlade s údajmi modernej astrofyziky, podľa ktorej vesmír vznikol relatívne nedávno (asi pred 16 miliardami rokov) primárnym výbuchom. .

Je zrejmé, že obe teórie (panspermia a stacionárny stav) vôbec neponúkajú vysvetlenie mechanizmu primárneho vzniku života, jeho prenosu na iné planéty (panspermia) alebo jeho posúvania do nekonečna v čase (teória stacionárneho štát).

Teória biochemickej evolúcie (teória A.I. Oparina)

Zo všetkých teórií o vzniku života je najbežnejšou a vo vedeckom svete uznávaná teória biochemickej evolúcie, ktorú v roku 1924 navrhol sovietsky biochemik akademik A.I. Oparin (v roku 1936 to podrobne opísal vo svojej knihe Vznik života).

Podstatou tejto teórie je, že biologická evolúcia – t.j. Vzniku, vývoju a komplikáciám rôznych foriem živých organizmov predchádzala chemická evolúcia – dlhé obdobie v dejinách Zeme spojené so vznikom, komplikáciami a zlepšovaním interakcie medzi elementárnymi jednotkami, „tehlami“, z ktorých sa skladá všetko živé. veci - organické molekuly.

Prebiologická (chemická) evolúcia

Podľa väčšiny vedcov (predovšetkým astronómov a geológov) bola Zem vytvorená ako nebeské teleso asi pred 5 miliardami rokov. kondenzáciou častíc oblaku plynu a prachu rotujúcich okolo Slnka.

Vplyvom tlakových síl častice, z ktorých je vytvorená Zem, uvoľňujú obrovské množstvo tepla. Termonukleárne reakcie začínajú v útrobách Zeme. V dôsledku toho sa Zem veľmi zahrieva. Teda pred 5 miliardami rokov Zem bola horúca guľa rútiaca sa vesmírom, ktorej povrchová teplota dosahovala 4000-8000°C (smiech. 2).

Postupne sa Zem vplyvom vyžarovania tepelnej energie do vesmíru začína ochladzovať. Asi pred 4 miliardami rokov Zem sa ochladí natoľko, že sa na jej povrchu vytvorí tvrdá kôra; zároveň z jeho útrob unikajú ľahké, plynné látky, ktoré stúpajú hore a tvoria primárnu atmosféru. Zloženie primárnej atmosféry sa výrazne líšilo od modernej. V atmosfére starovekej Zeme sa zrejme nenachádzal voľný kyslík a jej zloženie zahŕňalo látky v redukovanom stave, ako vodík (H 2), metán (CH 4), amoniak (NH 3), vodnú paru (H 2 O ), prípadne tiež dusík (N 2), oxid uhoľnatý a oxid uhličitý (CO a CO 2).

Redukujúci charakter primárnej atmosféry Zeme je mimoriadne dôležitý pre vznik života, keďže látky v redukovanom stave sú vysoko reaktívne a za určitých podmienok sú schopné vzájomnej interakcie, pričom vznikajú organické molekuly. Neprítomnosť voľného kyslíka v atmosfére primárnej Zeme (prakticky všetok zemský kyslík bol viazaný vo forme oxidov) je tiež dôležitým predpokladom pre vznik života, pretože kyslík ľahko oxiduje a tým ničí organické zlúčeniny. Preto v prítomnosti voľného kyslíka v atmosfére by akumulácia významného množstva organickej hmoty na starovekej Zemi bola nemožná.

Asi pred 5 miliardami rokov- vznik Zeme ako nebeského telesa; povrchová teplota — 4000-8000°C

Asi pred 4 miliardami rokov - tvorba zemskej kôry a primárnej atmosféry

Pri 1000°C- v primárnej atmosfére začína syntéza jednoduchých organických molekúl

Energia pre syntézu je daná:

Teplota primárnej atmosféry je pod 100 °C - vznik primárneho oceánu -

Syntéza zložitých organických molekúl - biopolymérov z jednoduchých organických molekúl:

• jednoduché organické molekuly – monoméry
• komplexné organické molekuly - biopolyméry

Schéma. 2. Hlavné štádiá chemickej evolúcie

Keď teplota primárnej atmosféry dosiahne 1000°C, začína sa v nej syntéza jednoduchých organických molekúl, ako sú aminokyseliny, nukleotidy, mastné kyseliny, jednoduché cukry, viacsýtne alkoholy, organické kyseliny a pod.. Energiu pre syntézu dodáva napr. bleskové výboje, vulkanická činnosť, žiarenie z tvrdého vesmíru a napokon ultrafialové žiarenie Slnka, pred ktorým Zem ešte nie je chránená ozónovou clonou, a práve ultrafialové žiarenie vedci považujú za hlavný zdroj energie pre abiogénne (tj. je, prechádzajúca bez účasti živých organizmov) syntéza organických látok.

Uznanie a široké šírenie teórie A.I. Oparinu výrazne uľahčila skutočnosť, že procesy abiogénnej syntézy organických molekúl sa dajú ľahko reprodukovať v modelových experimentoch.

Možnosť syntézy organických látok z anorganických látok bola známa už od začiatku 19. storočia. Už v roku 1828 vynikajúci nemecký chemik F. Wöhler syntetizoval organickú látku - močovinu z anorganického - kyanatanu amónneho. Možnosť abiogénnej syntézy organických látok za podmienok blízkych podmienkam starovekej Zeme však prvýkrát ukázal experiment S. Millera.

V roku 1953 mladý americký výskumník, postgraduálny študent Chicagskej univerzity, Stanley Miller, reprodukoval v sklenenej banke s elektródami prispájkovanými do nej primárnu atmosféru Zeme, ktorá podľa vedcov tej doby pozostávala z vodíka, metán CH 4, amoniak NH a vodná para H 2 0 (obr. 3). Prostredníctvom tejto zmesi plynov S. Miller týždeň prechádzal elektrickými výbojmi simulujúcimi búrky. Na konci experimentu boli v banke nájdené α-aminokyseliny (glycín, alanín, asparagín, glutamín), organické kyseliny (jantárová, mliečna, octová, glykolová), kyselina γ-hydroxymaslová a močovina. Pri opakovaní experimentu sa S. Millerovi podarilo získať jednotlivé nukleotidy a krátke polynukleotidové reťazce s piatimi až šiestimi väzbami.

Ryža. 3. Inštalácia S. Millera

V ďalších experimentoch abiogénnej syntézy, ktoré uskutočnili rôzni výskumníci, sa použili nielen elektrické výboje, ale aj iné typy energie charakteristické pre starovekú Zem, ako je kozmické, ultrafialové a rádioaktívne žiarenie, vysoké teploty spojené so sopečnou činnosťou, ako aj rôzne druhy energie. možnosti pre zmesi plynov, napodobňujúce pôvodnú atmosféru. V dôsledku toho sa získalo takmer celé spektrum organických molekúl charakteristických pre živé veci: aminokyseliny, nukleotidy, látky podobné tukom, jednoduché cukry, organické kyseliny.

Okrem toho môže v súčasnosti na Zemi prebiehať aj abiogénna syntéza organických molekúl (napríklad pri sopečnej činnosti). Zároveň sa vo vulkanických emisiách môže nachádzať nielen kyselina kyanovodíková HCN, ktorá je prekurzorom aminokyselín a nukleotidov, ale aj jednotlivé aminokyseliny, nukleotidy a dokonca aj také zložité organické látky, akými sú porfyríny. Abiogénna syntéza organických látok je možná nielen na Zemi, ale aj vo vesmíre. Najjednoduchšie aminokyseliny sa nachádzajú v meteoritoch a kométach.

Keď teplota primárnej atmosféry klesla pod 100 °C, na Zem padali horúce dažde a objavil sa primárny oceán. S prúdmi dažďa sa do primárneho oceánu dostávali abiogénne syntetizované organické látky, ktoré ho premenili, no v prenesenom vyjadrení anglického biochemika Johna Haldana, na zriedenú „primárnu polievku“. Zrejme práve v prvotnom oceáne sa začínajú procesy tvorby jednoduchých organických molekúl – monomérov zložitých organických molekúl – biopolymérov (pozri obr. 2).

Procesy polymerizácie jednotlivých nukleozidov, aminokyselín a cukrov sú však kondenzačné reakcie, prebiehajú s elimináciou vody, preto vodné prostredie neprispieva k polymerizácii, ale naopak k hydrolýze biopolymérov (t.j. ich zničenie pridaním vody).

Tvorba biopolymérov (najmä proteínov z aminokyselín) mohla prebiehať v atmosfére pri teplote okolo 180 °C, odkiaľ sa s atmosférickými zrážkami vyplavili do primárneho oceánu. Okrem toho je možné, že na starovekej Zemi sa aminokyseliny koncentrovali vo vysychajúcich nádržiach a polymerizovali v suchej forme pod vplyvom ultrafialového svetla a tepla lávových prúdov.

Napriek tomu, že voda podporuje hydrolýzu biopolymérov, syntéza biopolymérov v živej bunke prebieha práve vo vodnom prostredí. Tento proces je katalyzovaný špeciálnymi katalytickými proteínmi – enzýmami a energia potrebná na syntézu sa uvoľňuje pri rozklade adenozíntrifosfátu – ATP. Je možné, že syntézu biopolymérov vo vodnom prostredí primárneho oceánu katalyzoval povrch niektorých minerálov. Experimentálne sa ukázalo, že roztok aminokyseliny alanínu môže polymerizovať vo vodnom prostredí v prítomnosti špeciálneho typu oxidu hlinitého. V tomto prípade vzniká peptid polyalanín. Polymerizačná reakcia alanínu je sprevádzaná rozkladom ATP.

Polymerizácia nukleotidov je jednoduchšia ako polymerizácia aminokyselín. Ukázalo sa, že v roztokoch s vysokou koncentráciou soli jednotlivé nukleotidy spontánne polymerizujú a menia sa na nukleové kyseliny.

Život všetkých moderných živých bytostí je procesom nepretržitej interakcie medzi najdôležitejšími biopolymérmi živej bunky – proteínmi a nukleovými kyselinami.

Proteíny sú „pracovné molekuly“, „inžinierske molekuly“ živej bunky. Biochemici pri opise svojej úlohy v metabolizme často používajú také obrazné výrazy ako „proteín funguje“, „enzým vedie reakciu“. Najdôležitejšia funkcia bielkovín je katalytická. Ako viete, katalyzátory sú látky, ktoré urýchľujú chemické reakcie, ale samotné nie sú zahrnuté v konečných produktoch reakcie. Nádrže-katalyzátory sa nazývajú enzýmy. Enzýmy v ohybe a tisíckrát urýchľujú metabolické reakcie. Metabolizmus, a teda aj život bez nich, je nemožný.

Nukleové kyseliny- sú to "molekuly-počítače", molekuly sú strážcovia dedičnej informácie. Nukleové kyseliny neuchovávajú informácie o všetkých látkach živej bunky, ale iba o bielkovinách. Stačí v dcérskej bunke reprodukovať proteíny charakteristické pre materskú bunku, aby presne obnovili všetky chemické a štrukturálne vlastnosti materskej bunky, ako aj povahu a rýchlosť metabolizmu, ktoré sú jej vlastné. Samotné nukleové kyseliny sa tiež reprodukujú vďaka katalytickej aktivite proteínov.

Záhada pôvodu života je teda záhadou vzniku mechanizmu interakcie medzi proteínmi a nukleovými kyselinami. Aké informácie o tomto procese má moderná veda? Aké molekuly boli primárnym základom života – proteíny alebo nukleové kyseliny?

Vedci sa domnievajú, že napriek kľúčovej úlohe bielkovín v metabolizme moderných živých organizmov neboli prvými „živými“ molekulami proteíny, ale nukleové kyseliny, konkrétne ribonukleové kyseliny (RNA).

V roku 1982 objavil americký biochemik Thomas Check autokatalytické vlastnosti RNA. Experimentálne ukázal, že v médiu obsahujúcom vysokú koncentráciu minerálnych solí ribonukleotidy spontánne (spontánne) polymerizujú a vytvárajú polynukleotidy - molekuly RNA. Na pôvodných polynukleotidových reťazcoch RNA, podobne ako na matrici, vznikajú kópie RNA párovaním komplementárnych dusíkatých báz. Reakcia kopírovania templátu RNA je katalyzovaná pôvodnou molekulou RNA a nevyžaduje účasť enzýmov alebo iných proteínov.

Čo sa stalo potom, je celkom dobre vysvetlené tým, čo by sa dalo nazvať „prirodzeným výberom“ na molekulárnej úrovni. Pri samokopírovaní (samo-skladaní) molekúl RNA nevyhnutne vznikajú nepresnosti a chyby. Chybné kópie RNA sa znova skopírujú. Pri opätovnom kopírovaní sa môžu znova vyskytnúť chyby. V dôsledku toho bude populácia molekúl RNA v určitej časti primárneho oceánu heterogénna.

Keďže paralelne s procesmi syntézy prebiehajú aj procesy rozpadu RNA, v reakčnom médiu sa budú hromadiť molekuly s vyššou stabilitou alebo lepšími autokatalytickými vlastnosťami (t. j. molekuly, ktoré sa rýchlejšie kopírujú, rýchlejšie sa „množia“).

Na niektorých molekulách RNA, ako na matrici, môže dôjsť k samouskladaniu malých proteínových fragmentov - peptidov. Okolo molekuly RNA sa vytvorí proteínový „plášť“.

Spolu s autokatalytickými funkciami objavil Thomas Check fenomén samozostrihu v molekulách RNA. V dôsledku samozostrihu sú oblasti RNA, ktoré nie sú chránené peptidmi, spontánne odstránené z RNA (sú akoby „vyrezané“ a „vysunuté“) a zostávajúce oblasti RNA kódujúce proteínové fragmenty „rastú spolu. “, t.j. spontánne spojiť do jedinej molekuly. Táto nová molekula RNA už bude kódovať veľký komplexný proteín (obrázok 4).

Zrejme pôvodne proteínové obaly plnili predovšetkým ochrannú funkciu, chránili RNA pred deštrukciou a tým zvyšovali jej stabilitu v roztoku (toto je funkcia proteínových obalov u najjednoduchších moderných vírusov).

Je zrejmé, že v určitom štádiu biochemického vývoja získali výhodu molekuly RNA, ktoré kódujú nielen ochranné proteíny, ale aj katalytické proteíny (enzýmy), prudko zrýchľujúce rýchlosť kopírovania RNA. Zrejme takto vznikol proces interakcie medzi proteínmi a nukleovými kyselinami, ktorý dnes nazývame život.

V procese ďalšieho vývoja sa v dôsledku objavenia sa proteínu s funkciami enzýmu, reverznej transkriptázy, na jednovláknových molekulách RNA začali syntetizovať molekuly deoxyribonukleovej kyseliny (DNA) pozostávajúce z dvoch vlákien. Neprítomnosť OH skupiny v 2" polohe deoxyribózy robí molekuly DNA stabilnejšími vzhľadom na hydrolytické štiepenie v mierne alkalických roztokoch, konkrétne reakcia média v primárnych zásobníkoch bola mierne alkalická (táto reakcia média bola tiež zachovaná v cytoplazme moderných buniek).

Kde došlo k vývoju komplexného procesu interakcie medzi proteínmi a nukleovými kyselinami? Podľa teórie A.I. Oparin, takzvané koacervátové kvapky sa stali rodiskom života.

Ryža. 4. Hypotéza interakcie proteínov a nukleových kyselín: a) v procese samokopírovania RNA sa hromadia chyby (1 - nukleotidy zodpovedajúce pôvodnej RNA; 2 - nukleotidy, ktoré nezodpovedajú pôvodnej RNA - chyby v kopírovanie); b) vďaka svojim fyzikálno-chemickým vlastnostiam sa aminokyseliny „lepia“ na časť molekuly RNA (3 - molekula RNA; 4 - aminokyseliny), ktoré sa pri vzájomnej interakcii menia na krátke proteínové molekuly - peptidy. V dôsledku samozostrihu, ktorý je súčasťou molekúl RNA, sa časti molekuly RNA, ktoré nie sú chránené peptidmi, zničia a zvyšné „vyrastú“ do jedinej molekuly kódujúcej veľký proteín. Výsledkom je molekula RNA pokrytá proteínovým obalom (podobnú štruktúru majú aj najprimitívnejšie moderné vírusy, napríklad vírus tabakovej mozaiky)

Fenomén koacervácie spočíva v tom, že za určitých podmienok (napríklad v prítomnosti elektrolytov) sa z roztoku oddeľujú makromolekulové látky, nie však vo forme zrazeniny, ale vo forme koncentrovanejšieho roztoku - koacervátu. . Pri pretrepaní sa koacervát rozpadne na samostatné malé kvapôčky. Vo vode sú takéto kvapky pokryté hydratačným obalom (obal z molekúl vody), ktorý ich stabilizuje - obr. 5.

Koacervátové kvapky majú určité zdanie metabolizmu: pod vplyvom čisto fyzikálnych a chemických síl môžu selektívne absorbovať určité látky z roztoku a uvoľňovať svoje produkty rozpadu do prostredia. Vďaka selektívnej koncentrácii látok z prostredia môžu rásť, ale keď dosiahnu určitú veľkosť, začnú sa "množiť", pučia malé kvapôčky, ktoré zase môžu rásť a "pučať".

Koacervátové kvapôčky vznikajúce koncentráciou proteínových roztokov v procese miešania pôsobením vĺn a vetra môžu byť pokryté lipidovým obalom: jedinou membránou pripomínajúcou mydlové micely (s jediným oddelením kvapôčky od povrchu vody pokrytej lipidová vrstva), alebo dvojitá, pripomínajúca bunkovú membránu (keď kvapka pokrytá jednovrstvovou lipidovou membránou opäť dopadne na lipidový film pokrývajúci povrch rezervoára - obr. 5).

Procesy vzniku koacervátových kvapôčok, ich rast a „pučanie“, ako aj ich „oblečenie“ membránou z dvojitej lipidovej vrstvy sa dajú ľahko modelovať v laboratóriu.

Pre koacervátové kvapôčky tiež existuje proces "prirodzeného výberu", pri ktorom najstabilnejšie kvapôčky zostávajú v roztoku.

Napriek vonkajšej podobnosti koacervátových kvapiek so živými bunkami, koacervátovým kvapkám chýba hlavný znak živej bytosti - schopnosť presne sa reprodukovať, samokopírovať. Je zrejmé, že prekurzormi živých buniek boli také koacervátové kvapky, ktoré zahŕňali komplexy replikátorových molekúl (RNA alebo DNA) a proteínov, ktoré kódujú. Je možné, že komplexy RNA-proteín existovali dlhší čas mimo koacervátových kvapôčok vo forme takzvaného „voľne žijúceho génu“, alebo je možné, že ich tvorba prebiehala priamo vo vnútri niektorých koacervátových kvapôčok.

Možná cesta prechodu z koacervátových kvapiek na primitívne vzplanutia:

a) tvorba koacervátu; 6) stabilizácia kvapiek koacervátu vo vodnom roztoku; c) - vytvorenie dvojitej lipidovej vrstvy okolo kvapky podobnej bunkovej membráne: 1 - koacervátová kvapka; 2 - monomolekulárna vrstva lipidu na povrchu zásobníka; 3 — vytvorenie jednej lipidovej vrstvy okolo kvapky; 4 — vytvorenie dvojitej lipidovej vrstvy okolo kvapky podobnej bunkovej membráne; d) - koacervátová kvapka obklopená dvojitou lipidovou vrstvou, ktorej zloženie obsahuje proteín-nukleotidový komplex - prototyp prvej živej bunky

Z historického hľadiska mimoriadne zložitý proces vzniku života na Zemi, ktorému moderná veda úplne nerozumie, prešiel mimoriadne rýchlo. Po dobu 3,5 miliardy rokov tzv. chemická evolúcia skončila objavením sa prvých živých buniek a začala biologická evolúcia.

Vznik života na Zemi je jednou z najťažších a zároveň aktuálnych a najzaujímavejších otázok modernej prírodovedy.

Zem vznikla pravdepodobne pred 4,5 až 5 miliardami rokov z obrovského oblaku kozmického prachu. ktorých častice sú stlačené do horúcej gule. Vodná para sa z nej uvoľnila do atmosféry a voda v priebehu miliónov rokov vypadávala z atmosféry na pomaly chladnúcu Zem vo forme dažďa. V zákutiach zemského povrchu vznikol prehistorický oceán. V nej sa asi pred 3,8 miliardami rokov zrodil pôvodný život.

Pôvod života na Zemi

Ako vznikla samotná planéta a ako sa na nej objavili moria? Existuje na to jedna všeobecne uznávaná teória. V súlade s ňou vznikla Zem z oblakov kozmického prachu, obsahujúcich všetky chemické prvky známe v prírode, ktoré boli stlačené do gule. Z povrchu tejto rozžeravenej gule unikala horúca vodná para, ktorá ju zahalila do súvislej oblačnosti.Vodná para v oblakoch sa pomaly ochladzovala a menila sa na vodu, ktorá v podobe výdatných súvislých dažďov padala na ešte horúce, horiace Zem. Na svojom povrchu sa opäť zmenil na vodnú paru a vrátil sa do atmosféry. Počas miliónov rokov Zem postupne stratila toľko tepla, že jej tekutý povrch začal chladnutím tvrdnúť. Takto vznikla zemská kôra.

Prešli milióny rokov a teplota zemského povrchu klesla ešte viac. Búrková voda sa prestala odparovať a začala stekať do obrovských mlák. Tak sa začal vplyv vody na zemský povrch. A potom kvôli poklesu teploty nastala poriadna potopa. Voda, ktorá sa predtým vyparila do atmosféry a zmenila sa na jej súčasť, sa neustále rútila na Zem, z oblakov padali silné lejaky s hrommi a bleskami.

Kúsok po kúsku sa v najhlbších priehlbinách zemského povrchu hromadila voda, ktorá sa už nestihla úplne vypariť. Bolo toho toľko, že postupne na planéte vznikol prehistorický oceán. Oblohu preťal blesk. Nikto to však nevidel. Na Zemi ešte nebol život. Sústavný lejak začal zmývať hory. Voda z nich tiekla v hlučných potokoch a búrlivých riekach. Vodné toky za milióny rokov hlboko korodovali zemský povrch a na niektorých miestach vznikli údolia. Obsah vody v atmosfére klesol a na povrchu planéty sa jej hromadilo stále viac.

Súvislá oblačnosť sa stenčila, až sa jedného dňa prvý slnečný lúč dotkol Zeme. Nepretržitý dážď skončil. Väčšinu územia pokrýval prehistorický oceán. Z jeho vrchných vrstiev voda vyplavila obrovské množstvo rozpustných minerálov a solí, ktoré spadli do mora. Voda sa z nej neustále vyparovala, vytvárali sa oblaky a soli sa usadzovali a časom dochádzalo k postupnému zasoľovaniu morskej vody. Zrejme za určitých podmienok, ktoré existovali v staroveku, vznikali látky, z ktorých vznikli zvláštne kryštalické formy. Rástli, ako všetky kryštály, a dali vzniknúť novým kryštálom, ktoré na seba pripájali stále viac nových látok.

Ako zdroj energie v tomto procese slúžilo slnečné svetlo a možno aj veľmi silné elektrické výboje. Možno sa z takýchto prvkov zrodili prví obyvatelia Zeme – prokaryoty, organizmy bez vytvoreného jadra, podobne ako moderné baktérie. Boli to anaeróby, to znamená, že na dýchanie nepoužívali voľný kyslík, ktorý v tom čase ešte nebol v atmosfére. Zdrojom potravy pre nich boli organické zlúčeniny, ktoré vznikli na ešte neživej Zemi v dôsledku vystavenia ultrafialovému žiareniu zo Slnka, výbojom bleskov a teplu vznikajúcemu pri sopečných erupciách.

Život vtedy existoval v tenkom bakteriálnom filme na dne nádrží a na vlhkých miestach. Táto éra vývoja života sa nazýva archejská. Z baktérií a možno úplne nezávislým spôsobom vznikli aj drobné jednobunkovce – najstaršie prvoky.

Ako vyzerala primitívna Zem?

Rýchly posun vpred pred 4 miliardami rokov. Atmosféra neobsahuje voľný kyslík, je len v zložení oxidov. Takmer žiadne zvuky, okrem hvízdania vetra, syčania vody vyvierajúcej lávu a dopadu meteoritov na povrch Zeme. Žiadne rastliny, žiadne zvieratá, žiadne baktérie. Možno takto vyzerala Zem, keď sa na nej objavil život? Hoci tento problém trápi mnohých výskumníkov už dlhú dobu, ich názory na túto vec sa značne líšia. O vtedajších podmienkach na Zemi by mohli svedčiť horniny, ktoré sú však už dávno zničené v dôsledku geologických procesov a pohybov zemskej kôry.

Teórie o pôvode života na Zemi

V tomto článku si stručne povieme o niekoľkých hypotézach o vzniku života, odrážajúcich moderné vedecké myšlienky. Podľa Stanleyho Millera, známeho odborníka v oblasti vzniku života, možno hovoriť o vzniku života a začiatku jeho evolúcie od momentu, keď sa organické molekuly samoorganizovali do štruktúr, ktoré sa mohli reprodukovať. To však vyvoláva ďalšie otázky: ako tieto molekuly vznikli; prečo sa mohli reprodukovať a zostavovať do tých štruktúr, z ktorých vznikli živé organizmy; aké sú na to podmienky?

Existuje niekoľko teórií o vzniku života na Zemi. Jedna z dlhodobých hypotéz napríklad hovorí, že bola na Zem prinesená z vesmíru, no neexistujú pre to žiadne presvedčivé dôkazy. Navyše, život, ktorý poznáme, je prekvapivo prispôsobený na existenciu práve v pozemských podmienkach, teda ak vznikol mimo Zeme, tak na planéte pozemského typu. Väčšina moderných vedcov verí, že život vznikol na Zemi, v jej moriach.

Teória biogenézy

Vo vývoji učenia o pôvode života zaujíma dôležité miesto teória biogenézy – pôvodu živého iba zo živého. Mnohí ho však považujú za neudržateľný, pretože zásadne stavia proti živému a neživému a potvrdzuje myšlienku večnosti života odmietnutú vedou. Abiogenéza - myšlienka pôvodu živých vecí z neživých vecí - je počiatočnou hypotézou modernej teórie pôvodu života. Slávny biochemik A. I. Oparin v roku 1924 navrhol, že pri silných elektrických výbojoch v zemskej atmosfére, ktorá sa pred 4-4,5 miliardami rokov skladala z amoniaku, metánu, oxidu uhličitého a vodnej pary, by mohli vzniknúť najjednoduchšie organické zlúčeniny potrebné na vznik života. Predpoveď akademika Oparina sa naplnila. V roku 1955 americký výskumník S. Miller, prechádzajúc elektrickým nábojom cez zmes plynov a pár, získal najjednoduchšie mastné kyseliny, močovinu, kyselinu octovú a mravčiu a niekoľko aminokyselín. V polovici 20. storočia sa teda experimentálne uskutočňovala abiogénna syntéza bielkovinových a iných organických látok v podmienkach reprodukujúcich podmienky primitívnej Zeme.

Teória panspermie

Teória panspermie je možnosť prenosu organických zlúčenín, spór mikroorganizmov z jedného kozmického tela do druhého. Vôbec však nedáva odpoveď na otázku, ako vznikol život vo vesmíre? Je potrebné ospravedlniť vznik života v tomto bode vesmíru, ktorého vek je podľa teórie veľkého tresku obmedzený na 12-14 miliárd rokov. Dovtedy neexistovali ani elementárne častice. A ak neexistujú žiadne jadrá a elektróny, neexistujú žiadne chemikálie. Potom v priebehu niekoľkých minút vznikli protóny, neutróny, elektróny a hmota vstúpila do cesty evolúcie.

Táto teória je založená na viacerých pozorovaniach UFO, skalných rytinách vecí, ktoré vyzerajú ako rakety a „astronauti“ a správach o údajných stretnutiach s mimozemšťanmi. Pri štúdiu materiálov meteoritov a komét sa v nich našlo veľa „predchodcov života“ - látky, ako sú kyanogény, kyselina kyanovodíková a organické zlúčeniny, ktoré možno zohrali úlohu „semená“, ktoré dopadli na holú Zem.

Podporovateľmi tejto hypotézy boli nositelia Nobelovej ceny F. Crick, L. Orgel. F. Crick na základe dvoch nepriamych dôkazov: univerzálnosť genetického kódu: potreba normálneho metabolizmu všetkých živých bytostí molybdénu, ktorý je dnes na planéte extrémne vzácny.

Pôvod života na Zemi je nemožný bez meteoritov a komét

Výskumník z Texaskej technickej univerzity po analýze obrovského množstva zhromaždených informácií predložil teóriu o tom, ako by sa na Zemi mohol vytvoriť život. Vedec si je istý, že objavenie sa raných foriem najjednoduchšieho života na našej planéte by nebolo možné bez účasti komét a meteoritov, ktoré na ňu dopadli. Výskumník sa podelil o svoju prácu na 125. výročnom stretnutí Geologickej spoločnosti Ameriky, ktoré sa konalo 31. októbra v Denveri v štáte Colorado.

Autor práce, profesor geovedy na Texaskej technickej univerzite (TTU) a kurátor múzea paleontológie na univerzite Sankar Chatterjee uviedol, že k tomuto záveru dospel po analýze informácií o ranej geologickej histórii našej planéty a porovnaní tieto údaje s rôznymi teóriami chemickej evolúcie.

Odborník sa domnieva, že tento prístup nám umožňuje vysvetliť jedno z najskrytejších a nie úplne pochopených období v histórii našej planéty. Podľa mnohých geológov sa väčšina vesmírnych „bombardovaní“ zahŕňajúcich kométy a meteority odohrala v čase asi pred 4 miliardami rokov. Chatterjee verí, že najskorší život na Zemi vznikol v kráteroch, ktoré zanechali dopady meteoritov a komét. A s najväčšou pravdepodobnosťou sa to stalo počas obdobia „neskorého ťažkého bombardovania“ (pred 3,8-4,1 miliardami rokov), keď sa kolízia malých vesmírnych objektov s našou planétou dramaticky zvýšila. V tom čase sa vyskytlo niekoľko tisíc prípadov pádu komét naraz. Je zaujímavé, že túto teóriu nepriamo podporuje model z Nice. Podľa nej skutočný počet komét a meteoritov, ktoré mali v tom čase dopadnúť na Zem, zodpovedá skutočnému počtu kráterov na Mesiaci, ktorý bol zasa akýmsi štítom pre našu planétu a neumožňoval nekonečné bombardovanie. zničiť to.

Niektorí vedci naznačujú, že výsledkom tohto bombardovania je kolonizácia života v oceánoch Zeme. Viaceré štúdie na túto tému zároveň naznačujú, že naša planéta má viac zásob vody, ako by mala. A tento prebytok sa pripisuje kométam, ktoré k nám prileteli z Oortovho oblaku, ktorý je od nás pravdepodobne vzdialený jeden svetelný rok.

Chatterjee poukazuje na to, že krátery vzniknuté týmito zrážkami boli vyplnené roztopenou vodou zo samotných komét, ako aj nevyhnutnými chemickými stavebnými kameňmi potrebnými na vznik najjednoduchších organizmov. Vedec sa zároveň domnieva, že miesta, kde sa život neobjavil ani po takomto bombardovaní, sa jednoducho ukázali ako nevhodné.

„Keď sa Zem sformovala asi pred 4,5 miliardami rokov, bola úplne nevhodná na to, aby sa na nej objavili živé organizmy. Bol to skutočný vriaci kotol sopiek, jedovatého horúceho plynu a neustále naň padajúcich meteoritov,“ píše s odvolaním sa na vedca internetový časopis AstroBiology.

"A po jednej miliarde rokov sa z nej stala tichá a pokojná planéta, bohatá na obrovské zásoby vody, obývaná rôznymi predstaviteľmi mikrobiálneho života - predkami všetkých živých bytostí."

Život na Zemi mohol vzniknúť z hliny

Skupina vedcov pod vedením Dana Lua z Cornell University prišla s hypotézou, že obyčajná hlina by mohla slúžiť ako koncentrátor pre najstaršie biomolekuly.

Pôvodne sa výskumníci nezaoberali problémom pôvodu života – hľadali spôsob, ako zvýšiť účinnosť systémov bezbunkovej syntézy bielkovín. Namiesto toho, aby sa DNA a jej podporné proteíny voľne vznášali v reakčnej zmesi, vedci sa ich pokúsili vtlačiť do hydrogélových častíc. Tento hydrogél ako špongia absorboval reakčnú zmes, sorboval potrebné molekuly a vďaka tomu sa všetky potrebné zložky uzamkli v malom objeme – presne tak, ako sa to deje v bunke.

Autori štúdie sa potom pokúsili použiť íl ako lacnú náhradu hydrogélu. Ukázalo sa, že častice ílu sú podobné časticiam hydrogélu, čím sa stali akýmsi mikroreaktorom pre interagujúce biomolekuly.

Po získaní takýchto výsledkov si vedci nemohli pomôcť, ale pripomenúť si problém pôvodu života. Ílové častice so svojou schopnosťou sorbovať biomolekuly by v skutočnosti mohli slúžiť ako úplne prvé bioreaktory pre úplne prvé biomolekuly predtým, ako mali membrány. Túto hypotézu podporuje aj fakt, že vyplavovanie silikátov a iných minerálov z hornín za vzniku ílu začalo podľa geologických odhadov tesne predtým, ako sa podľa biológov začali najstaršie biomolekuly spájať do protobuniek.

Vo vode, alebo skôr v roztoku, by sa toho mohlo stať málo, pretože procesy v roztoku sú absolútne chaotické a všetky zlúčeniny sú veľmi nestabilné. Hlina modernou vedou – presnejšie povrch častíc ílových minerálov – je považovaná za matricu, na ktorej by sa mohli vytvárať primárne polyméry. Ale aj toto je len jedna z mnohých hypotéz, z ktorých každá má svoje silné a slabé stránky. Ale aby sme mohli simulovať vznik života v plnom rozsahu, musí byť skutočne Boh. Aj keď na západe už dnes existujú články s názvami „Stavba buniek“ alebo „Modelovanie buniek“. Napríklad jeden z posledných laureátov Nobelovej ceny, James Szostak, sa teraz aktívne snaží vytvárať efektívne modely buniek, ktoré sa samy reprodukujú a reprodukujú svoj vlastný druh.