- Partea a doua: o divizare în rândul oamenilor de știință -
- Partea a treia: în căutarea primului replicator -
- Partea a patra: energia protonilor -
- Partea a cincea: deci cum creezi o celulă? -
- Partea a șasea: Marea Unire -
Astăzi, viața a cucerit fiecare centimetru pătrat al Pământului, dar când s-a format planeta pentru prima dată, a fost o piatră moartă. Cum și când a avut loc tranziția de reper? Cum a început viața? Cu greu se poate gândi la o întrebare mai serioasă, mai mare și mai complexă. De-a lungul celei mai multe istorii umane, nimeni nu se îndoia că aceasta era treaba zeilor. Orice altă explicație era de neconceput.
Nu mai. În secolul trecut, mulți oameni de știință au încercat să-și dea seama de unde ar putea începe prima viață. Au încercat chiar să recreeze momentul creației în laboratoarele lor: să creeze o viață complet nouă de la zero. Până acum, nimeni nu a reușit, dar am parcurs un drum lung. Astăzi, mulți oameni de știință care studiază originea vieții sunt încrezători că sunt pe drumul cel bun - și au experimente care stau la baza încrederii lor în acest sens.
Aceasta este povestea eforturilor noastre de a ne da seama de adevăratele noastre origini. Este o poveste de obsesie, luptă și creativitate strălucitoare care a dus la unele dintre cele mai mari descoperiri din știința modernă. Dorința de a înțelege originile vieții a trimis bărbați și femei în cele mai îndepărtate colțuri ale planetei noastre. Unii savanți au fost considerați diavoli în carne, în timp ce alții au continuat să lucreze sub degetul guvernelor totalitare brutale.
Aceasta este povestea nașterii vieții pe Pământ.
De fapt, dinozaurii au trăit nu cu mult timp în urmă.
Viața este veche. Dinozaurii - cele mai cunoscute creaturi dispărute - au apărut în urmă cu 250 de milioane de ani. Dar viața a început mult, mult mai devreme.
Cea mai veche înregistrare de fosile cunoscută are aproximativ 3,5 miliarde de ani, de 14 ori mai lungă decât cele mai vechi dinozauri. Dar înregistrarea fosilelor ne poate duce și mai departe. De exemplu, doar în august 2016, oamenii de știință au descoperit microbi fosilizați care au o vechime de 3,7 miliarde de ani.
Video promotional:
Aceste modele ondulate pot avea 3,7 miliarde de ani
Pământul în sine nu este mult mai vechi, are 4,5 miliarde de ani.
Dacă presupunem că viața își are originea pe Pământ - ceea ce pare rezonabil, având în vedere că încă nu am găsit-o în altă parte - atunci acest lucru trebuie să se fi întâmplat în miliardul de ani care s-a petrecut între formarea Pământului și apariția celor mai vechi fosile cunoscute.
Prin restrângerea intervalului de timp în care viața a apărut, putem face ghiciri educate despre cum s-a întâmplat.
Arborele vieții: cele mai multe bacterii și arhaea
Încă din secolul al XIX-lea, biologii au știut că toate ființele vii sunt alcătuite din „celule”: săculețe minuscule de materie vie care vin în toate formele și dimensiunile. Celulele au fost descoperite pentru prima dată în secolul al XVII-lea, datorită invenției primelor microscoape, dar a durat peste o sută de ani să ne dăm seama că acestea au stat la baza întregii vieți.
Cu siguranță nu arătați ca un pește-cat sau un tiranosaur, dar un microscop va arăta că sunteți format din aceleași celule. Ca plantele și ciupercile. Dar până acum, cea mai numeroasă formă de viață este microorganismele, constând dintr-o celulă. Bacteriile sunt cel mai faimos grup și pot fi găsite peste tot pe Pământ.
În aprilie 2016, oamenii de știință au prezentat o versiune actualizată a „copacului vieții”: într-un anumit sens, arborele genealogic al fiecărei specii vii. Aproape toate ramurile sunt bacterii. Mai mult, forma acestor ramuri sugerează că bacteriile au fost strămoșul comun al întregii vieți. Cu alte cuvinte, fiecare lucru viu - inclusiv tine - provenea din bacterii.
Se dovedește că putem defini mai exact problema originii vieții. Folosind doar materiale și condiții care erau pe Pământ acum 3,5 miliarde de ani, trebuie să facem o celulă.
Cât de dificil va fi?
Întreaga celulă vie
Primele experimente
De-a lungul celei mai multe istorii, nimeni nu a considerat necesar să se întrebe cum a decurs viața, deoarece răspunsul părea evident. Până în anii 1800, majoritatea oamenilor credeau în „vitalism”. Aceasta este o idee intuitivă că lucrurile vii sunt înzestrate cu o proprietate specială, magică, care le distinge de obiectele neînsuflețite.
Vitalismul a fost adesea asociat cu credințele religioase. Biblia spune că Dumnezeu a folosit „suflarea vieții” pentru a reînvia primii oameni, iar sufletul nemuritor este o formă de vitalism.
Există o singură problemă. Vitalismul este un nonsens complet.
Până la începutul anilor 1800, oamenii de știință descoperiseră mai multe substanțe care păreau unice vieții. Un astfel de compus a fost uree, care a fost găsit în urină și excretat în 1799. Doar acest lucru încă se încadrează în conceptul de vitalism. Doar lucrurile vii au fost capabile să producă aceste substanțe chimice, astfel încât se pare că acestea au fost încărcate cu energia vieții, iar acest lucru le-a făcut speciale.
Dar, în 1828, chimistul german Friedrich Wöhler a găsit o modalitate de a produce uree dintr-un chimic comun, cianatul de amoniu, care nu avea nicio legătură evidentă cu lucrurile vii. Alții și-au urmat exemplul și în curând a devenit clar că substanțele chimice ale vieții pot fi făcute din substanțe chimice mai simple, care nu aveau nicio legătură cu viața.
Friedrich Wöhler, chimist german
Acesta a fost sfârșitul vitalismului ca concept științific. Dar oamenilor le-a fost greu să se despartă de această idee. Mulți oameni păreau că a spune că nu există nimic „special” în ceea ce privește substanțele chimice ale vieții a fost ca și cum ai îndepărta magia din viață, făcând-o mecanică sau fără suflet. Și, desigur, era contrar Bibliei.
Chiar și savanții au încercat să salveze vitalismul. Încă din 1913, biochimistul englez Benjamin Moore a promovat cu fervoare teoria „energiei biotice”, care era același vitalism, dar cu un nume diferit. Această idee a avut o puternică apariție emoțională.
Chiar și astăzi, însă, această idee apare uneori aici și acolo. De exemplu, există multe povești de ficțiune în care „energia vieții” poate fi crescută sau aspirată. Gândiți-vă la „energia de regenerare” folosită de Lordii Timpului în Doctor Who. Pare neobișnuit, dar aceasta este o idee foarte, foarte veche.
Totuși, după 1828, oamenii de știință au avut motive să caute o explicație „fără de Dumnezeu” pentru prima apariție a vieții. Dar nu au făcut-o. S-ar părea că acest subiect trebuie investigat, dar de fapt misterul originii vieții a fost ignorat de zeci de ani. Poate că erau încă prea atașați de vitalism pentru a face următorul pas.
Charles Darwin a arătat că toată viața a descins dintr-un strămoș comun
În schimb, saltul uriaș în față în biologie în secolul al XIX-lea a fost teoria evoluției dezvoltată de Charles Darwin și alții.
Teoria lui Darwin, prezentată în „Originea speciilor” în 1859, a explicat modul în care toată această diversitate a vieții ar fi putut apărea dintr-un singur strămoș comun. Fiecare specie nu a mai fost creată de Dumnezeu, ci a coborât dintr-un organism antic care a trăit cu milioane de ani în urmă: ultimul strămoș comun universal.
Această idee s-a dovedit a fi extrem de controversată, din nou pentru că nu se potrivea Bibliei. Darwin și ideile sale au fost atacate de creștini parțial indignate.
Teoria evoluției nu a spus nimic despre cum a apărut primul organism.
Darwin credea că viața a apărut într-un „mic iaz cald”
Darwin știa că aceasta era o întrebare profundă, dar - temându-se poate de noi atacuri din partea bisericii - a îndrăznit să discute despre asta abia în 1871. Tonul optim al scrisorii arată că știa semnificația profundă a acestei întrebări:
„Dar dacă (și oh, ce mare„ dacă”) ne-am putea imagina un mic iaz cald cu tot felul de amoniac și sare de fosfor - cu lumină, căldură, electricitate - în care un compus proteic ar fi format chimic, gata să treacă și mai mult modificări complexe …"
Cu alte cuvinte, ce se întâmplă dacă a existat cândva un mic corp de apă umplut cu compuși organici simpli și scăldat în lumina soarelui? Unii dintre acești compuși s-ar putea combina pentru a forma o substanță semi-vie ca o proteină care ar putea începe să se dezvolte și să devină mai complexă.
Această idee a fost superficială. Dar ea a format baza primei ipoteze a apariției vieții.
Curios, această ipoteză a apărut în URSS.
Alexander Oparin a trăit și a lucrat în URSS
În timpul lui Stalin, totul a fost sub controlul statului. Chiar și ideile oamenilor, biologilor, nu au legătură cu politica comunistă. În mod remarcabil, Stalin a interzis oamenilor de știință să studieze genetica convențională. În schimb, el a promovat ideile fermierului Trofim Lysenko, care, în opinia sa, erau mai pe linie cu ideologia comunistă. Oamenii de știință care lucrează în domeniul geneticii au fost obligați să sprijine public ideile lui Lysenko pentru a nu ajunge în tabere.
Într-un mediu atât de represiv, Alexander Oparin și-a desfășurat cercetările în domeniul biochimiei. Poate lucra pentru că era un comunist devotat: a susținut ideile lui Lysenko și chiar a primit Ordinul lui Lenin, cel mai înalt premiu al erei sovietice.
În 1924, Oparin a publicat lucrarea Originea vieții. În el, el a prezentat viziunea sa despre originea vieții, care a fost izbitor de asemănătoare cu micul iaz cald al lui Darwin.
Oceanele formate după ce Pământul s-a răcit
Oparin a încercat să-și imagineze cum era Pământul după formare. Suprafața se înfioră fierbinte, în timp ce rocile cădeau din spațiu. O cabană de roci semi-extinse conținând o gamă uriașă de substanțe chimice, inclusiv cele pe bază de carbon.
Până la urmă Pământul s-a răcit suficient încât vaporii de apă să se condenseze în apă lichidă și prima ploaie a început să cadă. Acesta a umplut oceanele Pământului, care erau fierbinți și bogate în substanțe chimice carbonace. Ceea ce ai nevoie pentru viață.
La început, diverse substanțe chimice au interacționat între ele pentru a forma mulți compuși noi, dintre care unii au fost complexi. Oparin a sugerat că moleculele esențiale pentru viață, zaharurile și aminoacizii, s-ar fi putut forma în apele Pământului.
Apoi, unele dintre substanțele chimice au început să formeze structuri microscopice. Multe substanțe organice nu se dizolvă în apă: de exemplu, uleiurile formează un strat deasupra apei. Dar, când unele dintre aceste substanțe vin în contact cu apa, ele formează bile „coacervate” sferice, care pot avea o lungime de până la 0,01 centimetri.
Dacă te uiți la coacervate printr-un microscop, ele se comportă foarte mobil, ca celulele vii. Ele cresc și își schimbă forma, uneori împărțite în două părți. De asemenea, pot prelua substanțe chimice din apa din jur, astfel încât acestea să poată ajunge cu substanțe chimice asemănătoare vieții. Oparin a sugerat că coacervatorii au fost strămoșii celulelor moderne.
Cinci ani mai târziu, în 1929, biologul englez John Burdon Sanderson Haldane a propus, în mod independent, idei foarte similare într-un articol scurt publicat în raționalistul anual.
Până atunci, Haldane contribuise deja mult la teoria evoluției, contribuind la integrarea ideilor lui Darwin în știința în curs de dezvoltare a geneticii.
Genetician englez J. Haldane
Ca și Oparin, Haldane a descris modul în care materia organică s-ar putea acumula în apă „până când oceanele primordiale au atins consistența ciorbei calde, diluate”. Acest lucru ar seta scena pentru „primele lucruri vii sau semi-vii” care s-au format și s-au încheiat într-o peliculă subțire de ulei.
Este semnificativ faptul că dintre toți biologii din lume, numai Oparin și Haldane au ajuns la acest lucru. Ideea că organismele vii pot fi formate prin reacții chimice simple, fără Dumnezeu sau chiar „forța vieții”, a fost radicală. Ca și teoria evoluției lui Darwin înainte de aceasta, a fost și o palmă în fața creștinismului.
Dar se încadrează perfect în cadrul URSS. Regimul sovietic era oficial ateu, iar liderii săi au susținut cu fericire orice explicație materialistă pentru fenomene profunde precum viața. Haldane a fost, de asemenea, ateu și comunist pentru a porni.
„La acea vreme, acceptarea sau respingerea unei idei depindea în principal de individ: fie că era religios, fie că susținea idei de stânga sau comuniste”, spune expertul originar din viață, Armen Mulkidzhanian, de la Universitatea din Osnabruck din Germania. „În Uniunea Sovietică, au fost primiți cu bucurie, pentru că nu aveau nevoie de Dumnezeu. În lumea occidentală, dacă te uiți la oamenii care s-au gândit în această direcție, toți erau de stânga, comuniști și așa mai departe."
Ideea că viața s-a format într-un bulion primordial de materie organică a devenit ipoteza Oparin-Haldane. Era îngrijită și convingătoare, dar era o problemă. Nu a fost susținută de nicio dovadă experimentală. Și așa a continuat aproape un sfert de secol.
Harold Urey
În momentul în care Harold Urey s-a interesat de originile vieții, a câștigat deja Premiul Nobel pentru chimie din 1934 și a ajutat la construirea bombei atomice. În timpul celui de-al Doilea Război Mondial, Yuri a lucrat la Proiectul Manhattan, colectând uraniul instabil-235 necesar nucleului bombei. După război, a luptat pentru a ține tehnologia nucleară sub control civil.
De asemenea, s-a interesat de chimia spațiului, în special, de ceea ce s-a întâmplat în timpul formării sistemului solar. El a ținut o conferință într-o zi și a observat că probabil nu există oxigen în atmosfera Pământului când s-a format prima dată. Acesta a fost complementul perfect pentru bulionul primar al lui Oparin și Haldane: substanțele chimice fragile ar putea fi distruse prin contactul cu oxigenul.
Un student doctoral, numit Stanley Miller, a fost în audiență și apoi s-a apropiat de Yuuri cu o întrebare: poate fi testată această idee? Yuuri era sceptic, dar Miller a insistat pe cont propriu. Așadar, în 1952, Miller a început cel mai faimos experiment despre originea vieții.
Experiment Miller-Urey
Setările au fost simple. Miller a conectat o serie de baloane de sticlă și a tras patru substanțe chimice care ar fi putut fi prezente pe Pământul timpuriu: apă clocotită, hidrogen gaz, amoniac și metan. Apoi a supus gazele la șocuri electrice repetate pentru a simula loviturile de trăsnet care erau comune pe Pământ în acele zile.
Miller a constatat că „apa din flacoane a devenit semnificativ mai roz după prima zi, iar până la sfârșitul săptămânii soluția era roșie și tulbure”. Se pare că s-a format un amestec de substanțe chimice.
După analizarea amestecului, Miller a descoperit că acesta conține doi aminoacizi: glicină și alanină. Aminoacizii sunt adesea denumiți blocuri de viață. Sunt utilizate pentru a forma proteine care controlează cea mai mare parte a proceselor biochimice din corpul nostru. Miller a construit două componente esențiale ale vieții de la început.
Rezultatele au fost publicate în prestigioasa revistă Science în 1953. Yuri a făcut ceva foarte neobișnuit pentru oamenii de știință superiori, luându-și numele de la locul de muncă și acordând tot creditul lui Miller. În ciuda acestui fapt, studiul este adesea denumit experiment Miller-Urey.
Stanley Miller în laborator
"Puterea lui Miller-Urey este că puteți produce multe molecule biologice doar din atmosferă", spune John Sutherland, de la Laboratorul de Biologie Moleculară din Cambridge, Marea Britanie.
Detaliile s-au dovedit incorecte, deoarece studiile ulterioare au arătat că atmosfera Pământului timpuriu era un amestec diferit de gaze. Dar asta nu schimbă faptul. Experimentul a fost un succes, a stimulat imaginația publicului și a explodat în ghilimele.
După experimentul lui Miller, alți oameni de știință au început să caute modalități de a crea molecule biologice simple de la zero. Soluția la misterul originii vieții părea să apară.
Dar apoi s-a dovedit că viața a fost mai dificilă decât credea cineva. Celulele vii nu erau doar pungi cu substanțe chimice: erau mașini minuscule. Brusc, construirea unei celule de la zero s-a dovedit a fi mult mai dificilă decât au crezut oamenii de știință.
ILYA KHEL
- Partea a doua: o divizare în rândul oamenilor de știință -
- Partea a treia: în căutarea primului replicator -
- Partea a patra: energia protonilor -
- Partea a cincea: deci cum creezi o celulă? -
- Partea a șasea: Marea Unire -
