Viața pe Pământ a apărut în urmă cu mai bine de 3,5 miliarde de ani - este dificil de identificat momentul mai precis, doar dacă nu este ușor să trageți linia dintre „aproape viu” și „cu adevărat viu”. Cu toate acestea, putem spune cu siguranță că acest moment magic s-a întins timp de mulți, lungi milioane de ani. Totuși, a fost un adevărat miracol.
Pentru a aprecia această minune la adevărata sa valoare, trebuie să faceți cunoștință cu o serie de teorii moderne care descriu diferite opțiuni și etape ale nașterii vieții. De la un set rapid, dar fără viață, de compuși organici simpli, la protoorganisme care au cunoscut moartea și au intrat într-o rasă nesfârșită de variabilitate biologică. Până la urmă, acești doi termeni - mutabilitatea și moartea - nu dau naștere întregii sume de viață?..
1. Panspermia
Ipoteza privind aducerea vieții pe Pământ din alte corpuri cosmice are o mulțime de apărători autoritari. Această poziție a fost deținută de marele savant german Hermann Helmholtz și chimistul suedez Svante Arrhenius, gânditorul rus Vladimir Vernadsky și fizicianul britanic Kelvin. Cu toate acestea, știința este un tărâm al faptelor, iar după descoperirea radiațiilor cosmice și efectul distructiv al acesteia asupra tuturor lucrurilor vii, panspermia părea să moară.
Dar, cu cât oamenii de știință se adânc în problemă, cu atât apar mai multe nuanțe. Așadar, acum - incluzând numeroase experimente pe nave spațiale - luăm mult mai în serios capacitatea organismelor vii de a tolera radiațiile și frigul, lipsa apei și alte „delicii” de a fi în spațiul exterior. Descoperirile de tot felul de compuși organici pe asteroizi și comete, în grupuri de gaze și praf îndepărtate și nori protoplanetari sunt numeroase și nu există niciun dubiu. Dar afirmațiile despre descoperirea în ele a unor urme de ceva asemănător suspect cu microbi rămân neprobate.
Este ușor de observat că, pentru toată fascinația sa, teoria panspermiei nu face decât să transfere problema originii vieții într-un alt loc și într-un alt timp. Orice a adus primele organisme pe Pământ - fie că era un meteorit aleatoriu sau un plan viclean de extratereștri puternic dezvoltați, trebuiau să se nască undeva și cumva. Nu aici și mult mai departe în trecut, dar viața a trebuit să crească din materie fără viață. Întrebarea „Cum?” ramasite.
Video promotional:
1. Neștiințific: generare spontană
Originea spontană a materiei vii puternic dezvoltate din materia non-vie - cum ar fi nașterea larvelor de muște în carne putredească - poate fi asociată cu Aristotel, care a generalizat gândurile multor predecesori și a format o doctrină holistică a generației spontane. Ca și alte elemente ale filozofiei lui Aristotel, generația spontană a fost doctrina dominantă în Europa Medievală și s-a bucurat de un anumit sprijin până la experimentele lui Louis Pasteur, care au arătat în mod conștient că chiar și larvele de muscă au avut nevoie de mușchi părinți. Nu confundați generația spontană cu teoriile moderne despre originea abiogenă a vieții: diferența dintre ele este fundamentală.
2. Bulion primar
Acest concept este strâns legat de experimentele clasice care reușiseră să dobândească statutul anilor '50 de către Stanley Miller și Harold Urey. În laborator, oamenii de știință au modelat condițiile care ar putea exista în apropierea suprafeței tânărului Pământ - un amestec de metan, monoxid de carbon și hidrogen molecular, numeroase descărcări electrice, lumină ultraviolete - și în curând mai mult de 10% din carbon din metan a fost transformat în forma diferitelor molecule organice. Peste 20 de aminoacizi, zaharuri, lipide și precursori ai acidului nucleic au fost obținuți în experimentele Miller-Urey.
Variațiile moderne ale acestor experimente clasice folosesc setări mult mai sofisticate care se potrivesc mai bine condițiilor Pământului timpuriu. Acestea simulează impactul vulcanilor cu emisiile lor de hidrogen sulfurat și dioxid de sulf, prezența de azot etc. Problema principală a acestor experimente rămâne racematul: izomerii moleculelor optic active (cum ar fi aminoacizii) sunt formați într-un amestec în cantități egale, în timp ce toată viața cunoscută nouă (cu câteva excepții ciudate) include doar izomeri L.
Cu toate acestea, vom reveni la această problemă mai târziu. De asemenea, trebuie adăugat aici că recent - în 2015 - profesorul Cambridge John Sutherland și echipa sa au arătat posibilitatea formării tuturor „moleculelor vieții” de bază, componente ale ADN-ului, ARN-ului și proteinelor dintr-un set foarte simplu de componente inițiale. Caracterele principale ale acestui amestec sunt hidrogenul cianură și hidrogenul sulfurat, care nu sunt atât de rare în spațiu. La ele rămâne să adăugați unele minerale și metale care sunt prezente în cantități suficiente pe Pământ, cum ar fi fosfații, sărurile de cupru și fier. Oamenii de știință au construit o schemă de reacție detaliată, care ar putea crea o „supă primordială” bogată, astfel încât să apară polimeri și să intre în joc evoluția chimică plină.
Ipoteza originii abiogene a vieții dintr-un „bulion organic”, testat de experimentele lui Miller și Urey, a fost prezentată în 1924 de biochimistul sovietic Alexander Oparin. Și, deși în „anii întunecați” de înălțimea lizenismului, omul de știință a luat partea adversarilor geneticii științifice, meritele sale sunt minunate. În semn de recunoaștere a rolului unui academician, numele său poartă premiul principal prezentat de Societatea Științifică Internațională pentru Studiul Originii Vieții (ISSOL) - Medalia Oparin. Premiul este acordat o dată la șase ani și, în diferite momente, a fost acordat atât lui Stanley Miller, cât și marelui cercetător al cromozomilor, laureatul Nobel Jack Shostak. În semn de recunoaștere a contribuției enorme a lui Harold Urey, ISSOL acordă medalia Urey între Medalia Oparin (de asemenea, la fiecare șase ani). Rezultatul este un premiu evolutiv unic, adevărat - cu un nume schimbător.
3. Evoluția chimică
Teoria încearcă să descrie transformarea substanțelor organice relativ simple în sisteme chimice destul de complexe, precursorii vieții însăși, sub influența factorilor externi, mecanismele de selecție și autoorganizare. Conceptul de bază al acestei abordări este „șovinismul apă-carbon”, care prezintă aceste două componente (apă și carbon - NS) ca fiind absolut necesare și cheie pentru apariția și dezvoltarea vieții, fie pe Pământ, fie în altă parte. Iar principala problemă rămâne condițiile în care „șovinismul apă-carbon” se poate dezvolta în complexe chimice foarte sofisticate capabile, în primul rând, de auto-replicare.
Conform uneia dintre ipoteze, organizarea primară a moleculelor poate apărea în microporii mineralelor de argilă, care au jucat un rol structural. Chimistul scoțian Alexander Graham Cairns-Smith a prezentat această idee acum câțiva ani. Biomoleculele complexe s-ar putea instala și polimeriza pe suprafața lor interioară, ca pe o matrice: oamenii de știință israelieni au arătat că astfel de condiții fac posibilă creșterea unor lanțuri proteice suficient de lungi. Aici s-ar putea acumula cantitățile necesare de săruri metalice, care joacă un rol important ca catalizatori pentru reacțiile chimice. Pereții de argilă ar putea funcționa ca membrane celulare, împărțind spațiul „interior” în care au loc reacții chimice din ce în ce mai complexe și separându-l de haosul exterior.
Suprafețele mineralelor cristaline ar putea servi drept „matrici” pentru creșterea moleculelor de polimer: structura spațială a zăcământului lor de cristal este capabilă să selecteze doar izomeri optici de un singur tip - de exemplu, L-aminoacizi - rezolvând problema despre care am vorbit mai sus. Energia pentru „metabolismul” primar ar putea fi furnizată de reacții anorganice, cum ar fi reducerea piritului mineral (FeS2) cu hidrogen (la sulfura de fier și hidrogen sulfurat). În acest caz, nu este necesară nici fulgere, nici radiații ultraviolete pentru apariția biomoleculelor complexe, ca în experimentele Miller-Urey. Aceasta înseamnă că putem scăpa de aspectele nocive ale acțiunii lor.
Pământul tânăr nu a fost protejat de componentele dăunătoare - și chiar mortale - ale radiațiilor solare. Chiar și organismele moderne, testate în mod evolutiv, nu ar putea rezista acestei radiații ultraviolete dure - în ciuda faptului că Soarele însuși era mult mai tânăr și nu dădea suficientă căldură planetei. Din aceasta a apărut ipoteza că în epoca în care se întâmpla miracolul originii vieții, întregul Pământ putea fi acoperit cu un strat gros de gheață - sute de metri; și asta este pentru cei mai buni. Ascundându-se sub acest strat de gheață, viața s-ar putea simți complet în siguranță de radiațiile ultraviolete și de atacurile frecvente ale meteoritului care amenințau să-l distrugă în mugur. Mediul relativ rece ar putea stabiliza și structura primelor macromolecule.
4. Fumătorii negri
Într-adevăr, radiațiile ultraviolete de pe tânărul Pământ, a căror atmosferă nu conținea încă oxigen și nu avea un lucru atât de minunat ca stratul de ozon, ar fi trebuit să fie mortal pentru orice viață născută. De aici a apărut presupunerea că strămoșii fragili ai organismelor vii au fost nevoiți să existe undeva, ascunzându-se de fluxul continuu de sterilizare a tuturor și a tuturor razelor. De exemplu, adânc sub apă - desigur, unde există suficiente minerale, amestec, căldură și energie pentru reacții chimice. Și astfel de locuri au fost găsite.
Spre sfârșitul secolului al XX-lea, a devenit clar că fundul oceanului nu ar putea fi în niciun caz un refugiu pentru monștrii medievali: condițiile de aici sunt prea dure, temperatura este scăzută, nu există radiații și materia organică rară nu se poate instala decât de la suprafață. De fapt, acestea sunt vaste semi-deșerturi - cu câteva excepții notabile: chiar acolo, adânc sub apă, lângă prizele izvoarelor geotermale, viața este literalmente în plină dezvoltare. Apa neagră saturată de sulfuri este fierbinte, amestecată activ și conține o mulțime de minerale.
Fumătorii oceanului negru sunt ecosisteme foarte bogate și distinctive: bacteriile care se hrănesc folosesc reacțiile de fier-sulf, despre care am discutat deja. Ele stau la baza unei vieți complet înflorite, inclusiv o serie de viermi și creveți unici. Poate că au stat la baza originii vieții pe planetă: cel puțin teoretic, astfel de sisteme poartă tot ceea ce este necesar pentru aceasta.
2. Neștiințific: spirite, zei, strămoși
Orice mituri cosmologice despre originea lumii sunt întotdeauna încununate cu cele antropogonice - despre originea omului. Și în aceste fantezii nu se poate invidia decât imaginația autorilor antici: cu privire la ce, cum și de ce a apărut cosmosul, unde și cum a apărut viața - și oamenii - versiunile sunau foarte diferite și aproape întotdeauna frumoase. Plante, pești și animale au fost prinși de fundul mării de un corb uriaș, oamenii târâți din corpul strămoșului Pangu, în timp ce viermi, modelați din lut și cenușă, s-au născut din căsătoriile zeilor și monștrilor. Toate acestea sunt surprinzător de poetice, dar, desigur, nu are nicio legătură cu știința.
5. Lumea ARN
În conformitate cu principiile materialismului dialectic, viața este o „unitate și luptă” a două principii: informații schimbătoare și moștenite, pe de o parte, și funcții biochimice, structurale, pe de altă parte. Unul este imposibil fără celălalt - și problema locului în care a început viața, cu informații și acizi nucleici sau cu funcții și proteine, rămâne una dintre cele mai dificile. Și una dintre soluțiile bine cunoscute pentru această problemă paradoxală este ipoteza lumii ARN, care a apărut la sfârșitul anilor '60 și s-a conturat definitiv la sfârșitul anilor '80.
ARN - macromoleculele, în stocarea și transmiterea informațiilor nu sunt la fel de eficiente ca ADN-ul și în îndeplinirea funcțiilor enzimatice - nu sunt la fel de impresionante ca proteinele. Dar moleculele de ARN sunt capabile de ambele, și până acum servesc ca o legătură de transmitere în schimbul de informații al celulei și catalizează o serie de reacții în ea. Proteinele sunt incapabile să se reproducă fără informații despre ADN, iar ADN-ul este incapabil de acest lucru fără „abilitățile” proteice. ARN, pe de altă parte, poate fi complet autonom: este capabil să-și catalizeze propria „reproducere” - iar acest lucru este suficient pentru un început.
Studiile din cadrul ipotezei lumii ARN au arătat că aceste macromolecule sunt capabile să evolueze chimic. Luăm, de exemplu, un exemplu ilustrativ demonstrat de biofizicienții din California, conduși de Lesley Orgel: dacă bromura de etidiu este adăugată la o soluție de ARN capabilă să se auto-replică, care servește ca otravă pentru acest sistem, blocând sinteza ARN, apoi puțin câte puțin, cu o schimbare a generațiilor de macromolecule, în amestec. ARN-urile apar rezistente chiar și la concentrații foarte mari de toxină. Ceva de genul acesta, în evoluție, primele molecule de ARN ar putea găsi o modalitate de a sintetiza primele instrumente-proteine, apoi - în combinație cu ele - „descoperă” pentru ele însele dubla helixă a ADN-ului, purtătorul ideal al informațiilor ereditare.
3. Neștiințific: imuabilitate
Nimic mai științific decât poveștile despre primii strămoși nu pot fi numite punctele de vedere care poartă numele puternic al Teoriei unui stat staționar. Potrivit susținătorilor ei, nicio viață nu a apărut deloc - așa cum Pământul nu s-a născut și nici cosmosul nu a apărut: pur și simplu au fost mereu, mereu și vor rămâne. Toate acestea nu sunt mai justificate decât viermii Pangu: pentru a lua în serios o astfel de „teorie”, va trebui să uitați de nenumăratele descoperiri ale paleontologiei, geologiei și astronomiei. Și, de fapt, să abandonezi întreaga clădire grandioasă a științei moderne - dar atunci, probabil, merită să renunți la tot ceea ce se datorează locuitorilor săi, inclusiv computere și tratament dentar nedureros.
6. Protocelele
Cu toate acestea, simpla replicare nu este suficientă pentru „viața normală”: orice viață este, în primul rând, o zonă izolată spațial a mediului care separă procesele de schimb, facilitează cursul unor reacții și face posibilă excluderea altora. Cu alte cuvinte, viața este o celulă delimitată de o membrană semipermeabilă compusă din lipide. Și „protocoale” ar fi trebuit să apară deja la cele mai timpurii etape ale existenței vieții pe Pământ - prima ipoteză despre originea lor a fost exprimată de Alexander Oparin, care ne este bine cunoscut. În opinia sa, picăturile de lipide hidrofobe asemănătoare cu picăturile galbene de ulei care plutesc în apă ar putea servi drept „protomembrane”.
În general, ideile oamenilor de știință sunt acceptate de știința modernă, iar Jack Shostak, care a primit Medalia Oparin pentru munca sa, a fost implicat și în acest subiect. Împreună cu Katarzyna Adamala, a reușit să creeze un fel de model „protocol”, al cărui analog al membranei nu constă din lipide moderne, ci din molecule organice și mai simple, acizi grași, care ar fi putut să se acumuleze în locurile de origine ale primelor protoorganisme. Shostak și Adamala au reușit chiar să-și „reînvie” structurile adăugând ioni de magneziu (stimulând munca ARN polimerazelor) și acid citric (stabilizând structura membranelor grase) la mediu.
Drept urmare, au ajuns cu un sistem complet simplu, dar oarecum viu; în orice caz, a fost un protocol normal care conținea un mediu protejat cu membrană pentru reproducerea ARN-ului. Din acest moment puteți închide ultimul capitol al preistoriei vieții - și începeți primele capitole ale istoriei sale. Cu toate acestea, acesta este un subiect complet diferit, așa că vom vorbi despre un singur concept, dar extrem de important legat de primii pași ai evoluției vieții și de apariția unei varietăți uriașe de organisme.
4. Neștiințific: Întoarcere eternă
O reprezentare „corporativă” a filozofiei indiene, în filozofia occidentală asociată cu lucrările lui Immanuel Kant, Friedrich Nietzsche și Mircea Eliade. O imagine poetică a veșnicului rătăcire a fiecărui suflet viu printr-un set infinit de lumi și locuitorii lor, transformarea lui într-o insectă nesemnificativă, apoi într-un poet elevat sau chiar într-o ființă necunoscută pentru noi, un demon sau un zeu. În ciuda lipsei ideilor reîncarnării, Nietzsche este într-adevăr aproape de această idee: eternitatea este eternă, ceea ce înseamnă că orice eveniment din ea poate - și ar trebui repetat din nou. Și fiecare creatură se învârtește la nesfârșit pe acest carusel al întoarcerii universale, astfel încât doar capul se învârte, iar problema de origine primară dispare undeva într-un caleidoscop de nenumărate repetări.
7. Endosimbioza
Priviți-vă în oglindă, priviți în ochi: creatura cu care vă uitați unul pe celălalt este un hibrid complex care a apărut în timpuri imemoriale. La sfârșitul secolului al XIX-lea, naturalistul germano-englez Andreas Schimper a observat că cloroplastele, organele celulelor vegetale responsabile de fotosinteză, se reproduc separat de celula în sine. Curând, a existat o ipoteză că cloroplastele sunt simbionți, celule ale bacteriilor fotosintetice, cândva înghițite de gazdă - și lăsate să trăiască aici pentru totdeauna.
Desigur, nu avem cloroplaste, altfel am putea să ne hrănim cu lumina soarelui, după cum sugerează unele secte pseudo-religioase. Cu toate acestea, în anii 1920, ipoteza endosimbiozei a fost extinsă pentru a include mitocondrii, organele care consumă oxigen și furnizează energie tuturor celulelor noastre. Până în prezent, această ipoteză a căpătat statutul unei teorii depline, dovedite în mod repetat - este suficient să spunem că mitocondriile și plastidele au propriul genom, mai multe mecanisme de diviziune celulară și propriile lor sisteme de sinteză a proteinelor.
În natură, s-au descoperit și alte endosimbionți care nu au miliarde de ani de evoluție comună în spatele lor și se află la un nivel mai puțin profund de integrare în celulă. De exemplu, unele amebene nu au mitocondrii proprii, dar există bacterii incluse în interior și care își îndeplinesc rolul. Există ipoteze despre originea endosimbiotică a altor organule - inclusiv flagelele și cilii, și chiar nucleul celular: după unii cercetători, toți eucariotele sunt rezultatul unei fuziuni fără precedent între bacterii și arhaea. Aceste versiuni nu au găsit încă o confirmare strictă, dar un lucru este clar: de îndată ce a apărut, viața a început să-și absoarbe vecinii - și să interacționeze cu aceștia, dând naștere unei noi vieți.
5. Necunoscut: Creationism
Însuși conceptul creaționismului a apărut în secolul al XIX-lea, când acest cuvânt a început să fie numit susținătorii diferitelor versiuni ale apariției lumii și vieții, propuse de autorii Torei, a Bibliei și a altor cărți sfinte ale religiilor monoteiste. Cu toate acestea, în esență, creaționistii nu au oferit nimic nou în comparație cu aceste cărți, încercând din nou, din nou, să infirme descoperirile riguroase și minuțioase ale științei - și, de fapt, din nou, din nou, pierzând o poziție după alta. Din păcate, ideile pseudoscienți-creaționistilor moderni sunt mult mai ușor de înțeles: este nevoie de mult efort pentru a înțelege teoriile științei reale.
Serghei Vasiliev
