Съвременната концепция за произхода на живота на Земята е резултат от широк синтез на естествени науки, много теории и хипотези, изтъкнати от изследователи от различни специалности.

За възникването на живота на Земята е важна първичната атмосфера (на планетата).

Първичната атмосфера на Земята съдържаше метан, амоняк, водна пара и водород. Въздействайки върху смес от тези газове с електрически заряди и ултравиолетова радиация, учените успяха да получат сложни органични вещества, които съставляват живите протеини. Елементарните „градивни елементи“ на живите същества са такива химични елементи като въглерод, кислород, азот и водород.

В жива клетка по тегло съдържа 70% кислород, 17% въглерод, 10% водород, 3% азот, следван от фосфор, калий, хлор, калций, натрий, магнезий и желязо.

И така, първата стъпка по пътя към възникването на живота е образуването на органични вещества от неорганични. Свързва се с наличието на химически "суровини", синтезът на които може да се осъществи при определена радиация, налягане, температура и влажност.

Появата на най-простите живи организми е предшествана от дълга химическа еволюция. От малък брой съединения (в резултат на естествения подбор) са възникнали вещества със свойства, подходящи за живот. Съединенията, възникнали на базата на въглерод, образуват "първичната супа" на хидросферата. Вещества, съдържащи азот и въглерод, са възникнали в разтопените дълбини на Земята и са били изведени на повърхността по време на вулканична дейност.

Втората стъпка от появата на съединения е свързана с появата на биополимери в първичния океан на Земята: нуклеинови киселини, протеини. Ако приемем, че през този период всички органични съединения са били в първичния океан на Земята, тогава сложни органични съединения могат да се образуват на повърхността на океана под формата на тънък филм и в плитка вода, нагрявана от слънцето. Анаеробната среда улеснява синтеза на полимери от неорганични съединения. Простите органични съединения започнаха да се комбинират в големи биологични молекули.

Образувани са ензими - белтъчни вещества - катализатори, които допринасят за образуването или разпадането на молекулите. В резултат на дейността на ензимите възникват "първичните елементи" на живота - нуклеинови киселини, сложни полимерни вещества, състоящи се от мономери.

Мономерите в нуклеиновите киселини са подредени по такъв начин, че да носят определена информация, код,

състояща се във факта, че всяка аминокиселина, включена в протеина, съответства на определен протеин от 3 нуклеотида (триплет). Протеините могат да бъдат изградени на базата на нуклеинови киселини и може да се осъществи обмен на материя и енергия с външната среда.

Симбиозата на нуклеиновите киселини образува "молекулярно-генетични контролни системи".

На този етап молекулите на нуклеиновата киселина придобиха свойствата на самовъзпроизвеждане на собствения си вид, започнаха да контролират процеса на образуване на протеинови вещества.

Произходът на всички живи същества е ревертаза и матричен синтез от ДНК към РНК, еволюцията на r-RNA молекулярната система в ДНК-нова. Така възниква „геномът на биосферата“.

Топлина и студ, светкавици, ултравиолетова реакция, атмосферни електрически заряди, пориви на вятър и водни струи - всичко това осигури началото или затихването на биохимичните реакции, естеството на техния ход, генните "избухвания".

До края на биохимичния етап се появяват такива структурни образувания като мембрани, ограничаващи сместа от органични вещества от външната среда.

Мембраните са изиграли основна роля в изграждането на всички живи клетки. Телата на всички растения и животни са изградени от клетки.

Съвременните учени са стигнали до извода, че първите организми на Земята са били едноклетъчни прокариоти. По своята структура те приличаха на бактерии или синьо-зелени водорасли, които съществуват в момента.

За съществуването на първите "живи молекули", прокариотите, както и за всички живи същества, е необходим приток на енергия отвън. Всяка клетка е малка "енергийна станция". АТФ и други съединения, съдържащи фосфор, служат като директен източник на енергия за клетките. Клетките получават енергия от храната, те са в състояние не само да изразходват, но и да съхраняват енергия.

Учените предполагат, че много от първите бучки жива протоплазма са възникнали на Земята. Преди около 2 милиарда години в живите клетки се появи ядро. Еукариотите са еволюирали от прокариоти. На Земята има 25-30 вида от тях. Най-простите от тях са амебите. При еукариотите в клетката има украсено ядро ​​с вещество, съдържащо кода за протеиновия синтез.

По това време имаше „избор“ на растителен или животински начин на живот. Разликата между тези начини на живот е свързана с начина на хранене и появата на фотосинтеза, която се състои в създаването на органични вещества (например захари от въглероден диоксид и вода с помощта на светлинна енергия).

Благодарение на фотосинтезата растенията произвеждат органична материя, поради което се увеличава масата на растенията и произвеждат голямо количество органична материя.

С появата на фотосинтезата кислородът започва да навлиза в земната атмосфера и се образува вторична земна атмосфера с високо съдържание на кислород.

Появата на кислород и интензивното развитие на сухоземните растения е най-големият етап в развитието на живота на Земята. От този момент започва постепенна модификация и развитие на живите форми.

Животът с всичките му проявления доведе до дълбоки промени в развитието на нашата планета. Усъвършенствайки се в процеса на еволюция, живите организми се разпространяват все по-широко по планетата, като вземат голямо участие в преразпределението на енергията и веществата в земната кора, както и във въздушните и водните обвивки на Земята.

Появата и разпространението на растителността доведе до фундаментална промяна в състава на атмосферата, първоначално съдържаща много малко свободен кислород и състояща се главно от въглероден диоксид и вероятно метан и амоняк.

Растенията, усвояващи въглерод от въглероден диоксид, са създали атмосфера, съдържаща свободен кислород и само следи от въглероден диоксид. Свободният кислород в състава на атмосферата служи не само като активен химичен агент, но и като източник на озон, който блокира пътя на късите ултравиолетови лъчи към земната повърхност (озонов екран).

В същото време въглеродът, натрупан от векове в останките на растенията, образува енергийни резерви в земната кора под формата на отлагания на органични съединения (въглища, торф).

Развитието на живота в океаните доведе до създаването на седиментни скали, състоящи се от скелети и други останки от морски организми.

Тези отлагания, тяхното механично налягане, химични и физични трансформации са променили повърхността на земната кора. Всичко това свидетелства за наличието на биосфера на Земята, в която се развиват и продължават и до днес жизнените явления.

панспермия

Панспермията (от гръцки „смес“ и „семе“) е много авторитетна теория в наше време за появата на живот на Земята в резултат на прехвърлянето на „животни микроби“ от други планети. Тази хипотеза е изложена от немския учен Г. Рихтер през 1865 г., който е имал предвид пренасянето на спори на микроорганизми или чрез метеорити, или под действието на светлинно налягане. По-късно е открито космическото излъчване, което действа върху живите организми не по-малко разрушително от разпадането на урана. И теорията за панспермията "падна в прах" до първия полет до Луната - когато все пак живи микроорганизми от Земята бяха открити на кацналата сонда "Сървейър-3", която успешно оцеля след дълъг полет в космоса.

През 2006 г. е открито наличието както на вода, така и на най-простите органични съединения в кометното вещество. Смешно е, но това означава, че малък метеорит със светещ шлейф, който се приближава към много по-голямо кълбо на планетата, е нещо като космически аналог на женската и мъжката зародишни клетки, заедно пораждащи нов живот.

Част от последователите на панспермията вярват, че обменът на бактерии е станал между Земята и Марс по време, когато Червената планета все още процъфтява и частично е покрита от океани. Освен това метеоритите не са служили непременно за това - може би интелигентни посетители са донесли бактерии тук (но това е отделен въпрос). Но дори и подобни събития да са се случили в историята, ще трябва да разберем откъде идва животът на друга планета.

Електричество и първична супа

Известният експеримент на Милър-Юри през 1953 г. доказва, че електрическите искри могат да генерират основата на живота - аминокиселини и захароза - в присъствието на вода, метан, амоняк и водород в атмосферата. Това означава, че обикновената мълния може да създаде основните градивни елементи на живота на древната Земя, наречена първична супа. Този термин е въведен през 1924 г. от съветския биолог Опарин. Според неговата теория тази "супа" е възникнала преди около 4 милиарда години в плитки водни тела на планетата под въздействието на електрически разряди, космическа радиация и висока температура на течността. Отначало в състава му преобладават нуклеотиди, полипептиди, азотни основи и аминокиселини. След това, в продължение на милиони години, по-сложни молекули се образуват в първичната супа, докато образуват най-простите едноклетъчни организми - бактерии.

глинен живот

Според религиозни източници Адам е създаден от земния прах, а в Корана и сред някои народи (например японците) боговете са изляли хората от глина. Според органичния химик Александър Греъм Кърнс-Смит от университета в Глазгоу в Шотландия, това може да не е проста алегория: първите молекули на живота може да са се образували върху глина. Първоначално примитивните въглеродни съединения не са имали ДНК, което означава, че не могат да възпроизвеждат собствения си вид - „възпроизвеждането“ може да бъде стимулирано само от източници от външната среда.

Такъв източник може да бъде глинеста скала, която не е просто определена земна маса – това е организирана, подредена последователност от молекули. Глинената повърхност може не само да концентрира и комбинира органични съединения, но и на микроскопично ниво да ги организира в структури, действащи като геном. С течение на времето органичните молекули "запомниха" тази последователност и се научиха да се самоорганизират. Впоследствие те станаха по-сложни: имаха прототип на ДНК, РНК и други нуклеинови киселини.

Живот от океаните

Теорията за подводни хидротермални отдушници предполага, че животът може да е възникнал от източника на подводни вулкани, които изхвърлят богати на водород молекули и много топлина през пукнатини в океанското дъно. Тези молекули се комбинират на повърхността на скалите, което осигурява минерални катализатори за нови химични реакции.

Така се раждат бактерии, които образуват световноизвестното геоложко любопитство - строматолити (от "строматос" - килим и "литос" - камък). В вкаменена форма тези образувания са оцелели и до днес. И подводните източници от този тип продължават да играят важна роля в поддържането на различни морски екосистеми в наше време.

Студът е катализаторът на еволюцията

Който и от учените да е прав, но обикновени едноклетъчни бактерии все още са населявали планетата – и в тази форма те неизменно съществуват повече от милиард години. Тогава имаше невероятно бърза експлозия по стандартите на еволюцията - започнаха да се развиват много по-сложни форми на живот, които първо овладяха океаните, а след това сушата, почвите и накрая въздуха. Не толкова отдавна учените успяха да разберат какъв е тласъкът за решителни промени. Оказа се, че това е най-мощният ледников период в историята на Земята, започнал преди около 3 милиарда години. Планетата беше изцяло покрита с лед с дебелина до един километър – експертите нарекоха това явление „Земя на снежната топка“ (като тези, на които играят децата).

Условията на живот за най-простите микроорганизми са се променили драстично - но, от друга страна, издръжливите екстремофилни бактерии трябваше да се адаптират под дебелината на леда! Именно през този „инкубационен“ период се извършва първичното разделяне на бактериите според начините на оцеляване: някои от тях се научиха да получават енергия от слънчевата светлина, други черпиха сила чрез обработка на вещества, разтворени във вода. Това постави началото на царствата на дивата природа - първите в бъдеще ще станат растения и едноклетъчни фотосинтезиращи животни, вторите - многоклетъчни животни и гъби.

Но един ден горещите вулкани се събудиха отново и изпръснаха в атмосферата огромно количество въглероден диоксид, което предизвика мощен парников ефект. Планетата се затопли, ледът се стопи и освободи „пораснали“ бактерии. Процесът на фотосинтеза, протичащ в цианобактерии (синьо-зелени водорасли), даде нова реакция - и атмосферата се насища с кислород за кратко време. А фрагментите от минерални скали, донесени от падналия в океана ледник, дадоха нови възможности за химични реакции. Това, както вече става ясно, позволи на животните да се развиват. Скоро, вместо да разделят бактериите на две нови, те започват да се делят, без да напускат „свободното плуване“, и образуват първите многоклетъчни структури. Пример са най-древните многоклетъчни животни без нервна, кръвоносна и храносмилателна системи - морски гъби.

Според тази теория животът е доста вероятно под дебел слой лед на една от луните на Юпитер - в студените океани на Европа, скрити от космическите сонди. Екип от изследователи от НАСА също установи, че има геотермална активност под леда на спътника. Следователно е напълно възможно Европа да повтаря нашия собствен път и когато нашето слънце започне да старее и става все по-ярко, еволюцията също ще превземе вечния студ.

Животът се появи на нашата планета около половин милиард години след появата на Земята, тоест преди около 4 милиарда години: тогава се роди първият общ прародител на всички живи същества. Това беше една-единствена клетка, чийто генетичен код включваше няколкостотин гена. Тази клетка имаше всичко необходимо за живота и по-нататъшното развитие: механизмите, отговорни за синтеза на протеини, възпроизвеждането на наследствена информация и производството на рибонуклеинова киселина (РНК), която също е отговорна за кодирането на генетични данни.

Учените разбраха, че първият общ прародител на всички живи същества произлиза от така наречената първична супа - аминокиселини, които са възникнали от комбинацията на вода с химически елементи, които изпълват резервоарите на младата Земя.

Възможността за образуване на аминокиселини от смес от химични елементи беше доказана в резултат на експеримента Милър-Юри, за който Gazeta.Ru съобщи преди няколко години. По време на експеримента Стенли Милър симулира атмосферните условия на Земята преди около 4 милиарда години в епруветки, напълвайки ги със смес от газове - метан, амоняк, въглерод и въглероден оксид - добавяйки вода там и пропускайки електрически ток през теста тръби, които е трябвало да произвеждат ефекта на мълниеносни разряди.

В резултат на взаимодействието на химикалите Милър получава пет аминокиселини в епруветки - основните градивни елементи на всички протеини.

Половин век по-късно, през 2008 г., изследователите анализират повторно съдържанието на епруветките, които Милър е запазил непокътнати, и установяват, че всъщност сместа от продукти съдържа изобщо не 5 аминокиселини, а 22, само авторът на експеримента не можеше да ги идентифицира преди няколко десетилетия.

След това учените се изправиха пред въпроса коя от трите основни молекули, съдържащи се във всички живи организми (ДНК, РНК или протеини), стана следващата стъпка във формирането на живота. Сложността на този въпрос се крие във факта, че процесът на образуване на всяка от трите молекули зависи от другите две и не може да се осъществи в негово отсъствие.

По този начин учените трябваше или да признаят възможността за образуване на два класа молекули наведнъж в резултат на случайна успешна комбинация от аминокиселини, или да се съгласят, че структурата на техните сложни взаимоотношения се формира спонтанно, след появата на трите класа. .

Проблемът е решен през 80-те години на миналия век, когато Томас Чек и Сидни Алтман откриват способността на РНК да съществува напълно автономно, като действа като ускорител на химичните реакции и синтезира нови РНК, подобни на себе си. Това откритие доведе до "РНК световната хипотеза", предложена за първи път от микробиолога Карл Везе през 1968 г. и накрая формулирана от биохимика и носител на Нобелова награда по химия Уолтър Гилбърт през 1986 г. Същността на тази теория е, че молекулите на рибонуклеинова киселина са признати за основа на живота, които в процеса на самовъзпроизвеждане могат да натрупват мутации. Тези мутации в крайна сметка доведоха до способността на рибонуклеиновата киселина да създава протеини. Протеиновите съединения са по-ефективни катализатори от РНК и затова мутациите, които ги създават, са се фиксирали в процеса на естествения подбор.

В същото време се формират и „хранилища“ на генетична информация, ДНК. Рибонуклеиновите киселини са оцелели като посредник между ДНК и протеини, изпълнявайки много различни функции:

те съхраняват информация за последователността на аминокиселините в протеините, пренасят аминокиселини в местата на синтез на пептидни връзки и участват в регулирането на степента на активност на определени гени.

В момента учените нямат недвусмислени доказателства, че такъв синтез на РНК в резултат на произволни комбинации от аминокиселини е възможен, въпреки че има някои доказателства за тази теория: например през 1975 г. учените Манфред Сампер и Рудигер Люис демонстрират, че, при определени условия РНК може спонтанно да възникне в смес, съдържаща само нуклеотиди и репликаза, а през 2009 г. изследователи от университета в Манчестър доказаха, че уридин и цитидин, съставните части на рибонуклеиновата киселина, могат да бъдат синтезирани в условията на ранната Земя. Въпреки това, някои изследователи продължават да критикуват "хипотезата за света на РНК" поради изключително ниската вероятност за спонтанно генериране на каталитична рибонуклеинова киселина.

Учените Ричард Уолфендън и Чарлз Картър от Университета на Северна Каролина предложиха своя версия за образуването на живот от първичния „строителен материал“. Те вярват, че аминокиселините, образувани от набор от химични елементи, съществуващи на Земята, са станали основа за образуването на не рибонуклеинови киселини, а други, по-прости вещества - протеинови ензими, което направи възможно появата на РНК. Изследователите публикуваха своите открития в списанието PNAS .

Richard Wolfenden анализира физическите свойства на 20 аминокиселини и стига до заключението, че аминокиселините могат самостоятелно да осигурят процеса на формиране на структурата на пълен протеин. Тези протеини от своя страна са били ензими - молекули, които ускоряват химичните реакции в организма. Чарлз Картър продължи работата на своя колега, като показа, използвайки ензим, наречен аминоацил-тРНК синтетаза, огромното значение, което ензимите могат да играят за по-нататъшното развитие на основите на живота: тези

протеиновите молекули са способни да разпознават транспортните рибонуклеинови киселини, като гарантират съответствието им с части от генетичния код и по този начин организират правилното предаване на генетична информация към следващите поколения.

Според авторите на изследването те са успели да намерят самата „липсваща връзка“, която е междинна стъпка между образуването на аминокиселини от първични химични елементи и сгъването на сложни рибонуклеинови киселини от тях. Процесът на образуване на протеинови молекули е доста прост в сравнение с образуването на РНК и неговата реалистичност беше доказана от Wolfenden, използвайки примера за изследване на 20 аминокиселини.

Заключенията на учените дават отговор на друг въпрос, който тревожи изследователите от дълго време, а именно: кога е станало „разделението на труда“ между протеини и нуклеинови киселини, които включват ДНК и РНК. Ако теорията на Wolfenden и Carter е вярна, тогава можем спокойно да кажем, че протеините и нуклеиновите киселини са „разделили“ основните функции помежду си в зората на появата на живота, а именно преди около 4 милиарда години.

Безжизнени планини, скали и вода, огромна луна в небето и постоянно бомбардиране на метеорити - най-вероятният пейзаж на Земята преди 4 милиарда години

Дали животът е произлязъл от неорганична материя в космоса или е възникнал на Земята? Тази дилема непременно се изправя пред изследовател, интересуващ се от проблема за произхода на живота. Досега никой не е успял да докаже правилността на нито една от двете съществуващи в момента хипотези, както обаче не е било възможно да се измисли трети начин за решение.

Първата хипотеза за възникването на живота на Земята е стара, тя има в актива си солидни фигури на европейската наука: Г. Хелмхолц, Л. Пастьор, С. Арениус, В. Вернадски, Ф. Крик. Сложността на живата материя, ниската вероятност за нейното спонтанно генериране на планетата, както и неуспехът на експериментаторите да синтезират жива материя от нежива материя, довеждат учените до лагера на привържениците на този подход. Има много вариации за това как точно животът е стигнал до Земята, най-известната от които е теорията за панспермията. Според нея животът е широко разпространен в междузвездното пространство, но тъй като няма условия за развитие, живата материя се превръща в сперматозоиди или спори и така се движи в космоса. Преди милиарди години кометите са донесли сперматозоидите на Земята, където се е образувала благоприятна среда за тяхното разкриване.

Според учените синтезът на жива клетка не е далеч, въпрос е на технология и въпрос на време. Но дали родената в епруветка клетка ще бъде отговорът на въпроса как е започнал животът на Земята? Едва ли. Синтетичната клетка само ще докаже, че абиогенезата е по някакъв начин възможна. Но преди 4 милиарда години на Земята нещата можеха да се случат по различен начин. Например, да. Повърхността на Земята се е охладила преди 4,5 милиарда години. Атмосферата беше тънка и кометите активно бомбардираха Земята, доставяйки органична материя в изобилие. Извънземната материя се утаява в плитки топли резервоари, нагрявани от вулкани: лава се излива на дъното, островите нарастват, горещите извори - фумаролите - бият. Континентите по това време не са били толкова силни и големи, колкото са сега, те лесно се движеха по земната кора, свързваха се и се разпадаха.

Луната беше по-близо, земята се въртеше по-бързо, дните бяха по-кратки, приливите бяха по-високи и бурите бяха по-силни. Над всичко се простираше небе с цвят на стомана, потъмняло от прашни бури, облаци вулканична пепел и скални парчета, избухнали от метеоритни удари. Постепенно се развива атмосфера, богата на азот, въглероден диоксид и водни пари. Изобилието от парникови газове предизвика глобалното затопляне. При такива екстремни условия се осъществява синтезът на живата материя. Дали това беше чудо, инцидент, който се случи въпреки еволюцията на Вселената, или това е единственият начин да се появи животът? Още в ранните етапи се проявява една от основните характеристики на живата материя - приспособимост към условията на околната среда. Ранната атмосфера съдържаше малко свободен кислород, озонът имаше дефицит и земята беше окъпана в ултравиолетови лъчи, които са смъртоносни за живота. Така че планетата щеше да остане необитаема, ако клетките не бяха изобретили механизъм за защита от ултравиолетова радиация. Този сценарий за възникване на живота като цяло не се различава от този, предложен от Дарвин. Добавени са нови детайли – научиха нещо, като изучаваха най-древните скали и експериментираха, отгатваха нещо. Макар и най-разумният, този сценарий е и най-противоречивият. Учените се борят за всяка точка, предлагайки множество алтернативи. От самото начало възникват съмнения: откъде идва първичната органична материя, синтезира ли се на Земята или е паднала от небето?

революционна идея

Научните основи на абиогенезата или произхода на живите същества от неживите същества са положени от руския биохимик A.I. Опарин. През 1924 г. като 30-годишен учен Опарин публикува статията „Произходът на живота“, която според негови колеги „съдържа семената на една интелектуална революция“. Публикуването на книгата на Опарин на английски език през 1938 г. става сензация и привлича значителни западни интелектуални ресурси към проблема за живота. През 1953 г. С. Милър, аспирант в Чикагския университет, провежда успешен експеримент за абиогенен синтез. Той създава условията на ранната Земя в лабораторна епруветка и получава набор от аминокиселини в резултат на химическа реакция. Така теорията на Опарин започва да получава експериментално потвърждение.

Опарин и свещеникът

Според спомените на колеги, академик A.I. Опарин беше убеден материалист и атеист. Това се потвърждава от неговата теория за абиогенезата, която, изглежда, не оставя надежда за свръхестествено обяснение на мистериите на живота. Въпреки това възгледите и личността на учения привличаха към него хора с напълно противоположни мирогледи. Занимавайки се с научна и образователна работа, участвайки в пацифисткото движение, той пътува много в чужбина. Веднъж, някъде през 50-те години на миналия век, Опарин изнася лекции в Италия по проблема за произхода на живота. След доклада му беше казано, че не друг, а президентът на Папската академия на науките от Ватикана иска да се срещне с него. Александър Иванович, бидейки съветски човек и добре знаейки пристрастното отношение на чуждата интелигенция към СССР, не очакваше нищо добро от представителя на Католическата църква, вероятно някаква провокация. Въпреки това запознанството се състоя. Преподобният синьор се ръкува с Опарин, благодари му за лекцията и възкликна: „Професоре, възхитен съм от това колко красиво разкрихте Божието провидение!“

Вероятност за живот

Теорията на абиогенезата предполага, че животът е възникнал на определен етап от развитието на материята. От образуването на Вселената и първите частици, материята е тръгнала по пътя на постоянна промяна. Първо се появиха атоми и молекули, след това се появиха звезди и прах, от него се появиха планети и на планетите се роди живот. Живото възниква от неживото, подчинявайки се на някакъв висш закон, чиято същност все още ни е неизвестна. Животът не би могъл да възникне на Земята, където има подходящи условия. Разбира се, невъзможно е да се опровергае това метафизично обобщение, но семената на съмнението са поникнали. Факт е, че условията, необходими за синтеза на живота, са много много, често противоречат на фактите и един на друг. Например, няма доказателства, че ранната Земя е имала редуцираща атмосфера. Не е ясно как възниква генетичният код. Изненадва със своята сложност структурата на жива клетка и нейните функции. Каква е вероятността за възникване на живота? Ето няколко примера.

Изчислението, което Фред Хойл дава в книгата си "Еволюция от космоса", е впечатляващо. Вероятността за произволно генериране на 2000 клетъчни ензими от по 200 аминокиселини всеки е 10 - 4000 - абсурдно малко число, дори ако целият космос е органична супа.

Вероятността да се синтезира един протеин, състоящ се от 300 аминокиселини, е един шанс в 2×10 390. Отново много малко. Ако намалим броя на аминокиселините в протеина до 20, тогава броят на възможните комбинации за синтеза на такъв протеин ще бъде 1018, което е само с порядък по-голямо от броя на секундите за 4,5 милиарда години. Лесно е да се види, че еволюцията просто не е имала време да сортира всички опции и да избере най-добрата. Ако вземем предвид, че аминокиселините в протеините са свързани в определени последователности, а не произволно, тогава вероятността да се синтезира протеинова молекула ще бъде същата, както ако маймуна произволно отпечата една от трагедиите на Шекспир, тоест почти нула.

Учените са изчислили, че молекулата на ДНК, участваща в най-простия протеинов кодиращ цикъл, трябва да се състои от 600 нуклеотида в определена последователност. Вероятността за произволен синтез на такава ДНК е 10 -400, с други думи, това ще изисква 10 400 опита.

Не всички учени са съгласни с подобни изчисления на вероятността. Те посочват, че е неправилно да се изчисляват шансовете за протеинов синтез чрез произволен избор на комбинации, тъй като молекулите имат предпочитания и някои химични връзки винаги са по-вероятни от други. Според австралийския биохимик Иън Мъсгрейв обикновено е безсмислено да се изчислява вероятността за абиогенеза. Първо, образуването на полимери от мономери не е случайно, а се подчинява на законите на физиката и химията. Второ, погрешно е да се изчислява образуването на съвременни протеинови, ДНК или РНК молекули, защото те не са били част от първите живи системи. Може би в структурата на организмите, които съществуват днес, нищо не е останало от минали времена. Сега се смята, че първите организми са били много прости системи от къси молекули, състоящи се само от 30-40 мономера. Животът започна с много прости организми, постепенно усложнявайки дизайна. Природата дори не се опита да построи Boeing 747 веднага. Трето, не се страхувайте от ниската вероятност. Един шанс на милион милиони? И какво от това, защото може да изпадне от първия опит.

Какво е живот

Философите не са сами в търсенето на дефиниция на живота. Такава дефиниция е необходима на биохимиците, за да разберат: какво се е случило в епруветка - живо или неживо? Палеонтолози, които изучават най-старите скали в търсене на началото на живота. Екобиолози, които търсят организми от извънземен произход. Не е лесно да се определи живота. По думите на Великата съветска енциклопедия „строго научното разграничение между живи и неживи обекти среща определени трудности“. Наистина, какво е характерно само за живия организъм? Може би набор от външни знаци? Нещо бяло, меко, движещо се, издаващо звуци. Растенията, микробите и много други организми не попадат в това примитивно определение, защото са безшумни и не се движат. Можете да разглеждате живота от химическа гледна точка като материя, състояща се от сложни органични съединения: аминокиселини, протеини, мазнини. Но тогава проста механична смес от тези съединения трябва да се счита за жива, което не е вярно. По-добра дефиниция, по която има широк научен консенсус, се отнася до уникалните функции на живите системи.

Способността за възпроизвеждане, когато точно копие на наследствена информация се предава на потомците, е присъща на целия земен живот и дори на най-малката му частица - клетка. Ето защо клетката се приема за мерна единица на живота. Компонентите на клетките: протеини, аминокиселини, ензими - взети отделно, няма да са живи. Това води до важното заключение, че успешните експерименти по синтеза на тези вещества не могат да се считат за отговор на въпроса за произхода на живота. Революция в тази област ще има едва когато стане ясно как е възникнала цялата клетка. Без съмнение откривателите на мистерията ще бъдат удостоени с Нобелова награда. В допълнение към функцията за възпроизвеждане, има редица необходими, но недостатъчни свойства на системата, за да бъде наречена жива. Живият организъм може да се адаптира към промените в околната среда на генетично ниво. Това е много важно за оцеляването. Благодарение на променливостта животът е оцелял на ранната Земя, по време на катастрофи и по време на тежки ледникови периоди.

Важно свойство на живата система е каталитичната активност, тоест способността да се извършват само определени реакции. Метаболизмът се основава на това свойство – изборът на необходимите вещества от околната среда, тяхната преработка и получаване на енергията, необходима за по-нататъшния живот. Метаболитната схема, която не е нищо повече от алгоритъм за оцеляване, е вградена в генетичния код на клетката и се предава на потомците чрез механизма на наследствеността. Химиците познават много системи с каталитична активност, които обаче не могат да се възпроизвеждат и следователно не могат да се считат за живи.

Решаващ експеримент

Няма надежда, че един ден клетката се е оказала сама от атомите на химичните елементи. Това е невероятен вариант. Една проста бактериална клетка съдържа стотици гени, хиляди протеини и различни молекули. Фред Хойл се пошегува, че синтезът на клетка е толкова невероятен, колкото сглобяването на Boeing в ураган, който се разнесе над сметището. И все пак, Боингът съществува, което означава, че е бил някак „сглобен“, или по-скоро „самосглобен“. Според настоящите идеи „самосглобяването“ на Boeing е започнало преди 4,5 милиарда години, процесът е протичал постепенно и е удължен във времето с милиард години. Преди поне 3,5 милиарда години на Земята вече е съществувала жива клетка.

За синтеза на живи същества от неживи същества, в началния етап, в атмосферата и водните тела на планетата трябва да присъстват прости органични и неорганични съединения: C, C 2 , C 3 , CH, CN, CO, CS , HCN, CH 3 CH, NH, O, OH, H 2 O, С. Стенли Милър, в известните си експерименти за абиогенен синтез, смеси водород, метан, амоняк и водна пара, след което прекара нагрятата смес през електрически разряди и се охлажда то. Седмица по-късно в колбата се образува кафява течност, съдържаща седем аминокиселини, включително глицин, аланин и аспарагинова киселина, които са част от клетъчните протеини. Експериментът на Милър показа как могат да се образуват пребиологични органики – вещества, които участват в синтеза на по-сложни клетъчни компоненти. Оттогава биолозите смятат този проблем за разрешен, въпреки сериозния проблем. Факт е, че абиогенният синтез на аминокиселини се случва само при редуциращи условия, поради което Опарин смята, че атмосферата на ранната Земя е метан-амоняк. Но геолозите не са съгласни с това заключение.

Проблем с ранната атмосфера

Метанът и амонякът няма откъде да дойдат в големи количества на Земята, твърдят експерти. Освен това тези съединения са много нестабилни и се унищожават от слънчевата светлина, метан-амонячна атмосфера не би могла да съществува, дори ако тези газове са били освободени от недрата на планетата. Според геолозите земната атмосфера преди 4,5 милиарда години е била доминирана от въглероден диоксид и азот, които по химичен път създават неутрална среда. Това се доказва от състава на най-старите скали, които по това време са претопени от мантията. Най-старите скали на планетата, на 3,9 милиарда години, са открити в Гренландия. Това са така наречените сиви гнайси - силно променени магмени скали със среден състав. Промяната в тези скали продължава милиони години под въздействието на флуидите от въглероден диоксид на мантията, които едновременно насищат атмосферата. При такива условия абиогенният синтез е невъзможен.

Академик Е.М. Галимов, директор на Института по геохимия и аналитична химия. В И. Вернадски RAS. Той изчисли, че земната кора е възникнала много рано, през първите 50-100 милиона години след образуването на планетата, и е била предимно метална. В такъв случай мантията наистина трябва да е отделила метан и амоняк в достатъчни количества, за да създаде условия за намаляване. Американските учени К. Саган и К. Чайба предложиха механизъм за самозащита на метановата атмосфера от разрушаване. Според тяхната схема разлагането на метан под действието на ултравиолетова радиация може да доведе до създаването на аерозол от органични частици в горните слоеве на атмосферата. Тези частици абсорбират слънчевата радиация и защитават намаляващата среда на планетата. Вярно е, че този механизъм е разработен за Марс, но е приложим за ранната Земя.

Подходящите условия за образуване на предбиологични органики не са продължили дълго на Земята. През следващите 200-300 милиона години мантията започва да се окислява, което води до отделяне на въглероден диоксид от нея и промяна в състава на атмосферата. Но по това време средата за възникване на живота вече е била подготвена.

На дъното на морето

Първичният живот може да е възникнал около вулкани. Представете си многобройни разломи и пукнатини по все още крехкото дъно на океаните, изтичащи магма и кипящи газове. В такива зони, наситени с пара на сероводород, се образуват отлагания на метални сулфиди: желязо, цинк, мед. Ами ако синтезът на първични органични вещества се осъществи директно върху повърхността на желязо-серни минерали, използвайки реакцията на въглероден диоксид и водород? За щастие има много и от двете наоколо: въглероден диоксид и монооксид се отделят от магмата, а водородът се освобождава от водата по време на химическото й взаимодействие с гореща магма. Има и приток на енергия, необходима за синтеза.

Тази хипотеза е в съответствие с геоложките данни и се основава на предположението, че ранните организми са живели в екстремни условия, като съвременните хемосинтетични бактерии. През 60-те години на XX век изследователите откриват подводни вулкани на дъното на Тихия океан - черни пушачи. Там, в клубове от отровни газове, без достъп до слънчева светлина и кислород, при температура от + 120 ° има колонии от микроорганизми. Подобни условия на черните пушачи вече са били на Земята преди 2,5 милиарда години, както се вижда от слоевете строматолити - следи от жизнената дейност на синьо-зелените водорасли. Форми, подобни на тези микроби, са сред останките на най-древните организми на 3,5 милиарда години.

За потвърждаване на вулканичната хипотеза е необходим експеримент, който да покаже, че абиогенният синтез е възможен при дадените условия. Работата в тази посока се извършва от групи биохимици от САЩ, Германия, Англия и Русия, но засега безуспешно. Обнадеждаващи резултати са получени през 2003 г. от младия изследовател Михаил Владимиров от лабораторията по еволюционна биохимия на Института по биохимия. A.N. Бах RAS. Той създава изкуствен черен пушач в лабораторията: диск от пирит (FeS 2) се поставя в автоклав, пълен с физиологичен разтвор, който служи като катод; въглероден диоксид и електрически ток преминават през системата. Ден по-късно в автоклава се появи мравчена киселина - най-простата органична материя, която участва в метаболизма на живите клетки и служи като материал за абиогенен синтез на по-сложни биологични вещества.

Цианобактерии, способни да фиксират атмосферния азот

Обитаеми ловци на планети

И двете теории за произхода на живота, панспермията и абиогенезата, предполагат, че животът не е уникален феномен във Вселената, той трябва да е на други планети. Но как да го намеря? Дълго време съществуваше единственият метод за търсене на живот, който все още не е дал положителни резултати - чрез радиосигнали от извънземни. В края на 20-ти век възниква нова идея – използване на телескопи за търсене на планети извън Слънчевата система. Започна ловът на екзопланети. През 1995 г. е уловен първият екземпляр: планета с маса половината от Юпитер, бързо обикаляща около 51-та звезда в съзвездието Пегас. В резултат на почти 10 години търсене бяха открити 118 планетарни системи, съдържащи 141 планети. Нито една от тези системи не е подобна на Слънчевата, нито една от планетите - на Земята. Откритите екзопланети са близки по маса до Юпитер, тоест са много по-големи от Земята. Далечните гиганти са необитаеми поради особеностите на техните орбити. Някои от тях се въртят много близо до звездата си, което означава, че повърхностите им са горещи и няма течна вода, в която да се развива животът. Останалите планети - тяхното малцинство - се движат по удължена елиптична орбита, което драматично се отразява на климата: смяната на сезоните там трябва да е много рязка, а това е пагубно за организмите.

И двете теории за произхода на живота, панспермията и абиогенезата, признават, че животът не е уникално явление във Вселената, той трябва да е на други планети. Но как да го намеря? Дълго време съществуваше единственият метод за търсене на живот, който все още не е дал положителни резултати - чрез радиосигнали от извънземни. В края на 20-ти век възниква нова идея – използване на телескопи за търсене на планети извън Слънчевата система. Започна ловът на екзопланети. През 1995 г. е уловен първият екземпляр: планета с маса половината от Юпитер, бързо обикаляща около 51-та звезда в съзвездието Пегас. В резултат на почти 10 години търсене бяха открити 118 планетарни системи, съдържащи 141 планети. Нито една от тези системи не е подобна на Слънчевата, нито една от планетите - на Земята. Откритите екзопланети са близки по маса до Юпитер, тоест са много по-големи от Земята. Далечните гиганти са необитаеми поради особеностите на техните орбити. Някои от тях се въртят много близо до звездата си, което означава, че повърхностите им са горещи и няма течна вода, в която да се развива животът. Останалите планети - тяхното малцинство - се движат по удължена елиптична орбита, което драматично се отразява на климата: смяната на сезоните там трябва да е много рязка и това е пагубно за организмите.

Фактът, че не е открита планетарна система от слънчев тип, предизвика песимистични изявления на някои учени. Може би малките каменни планети са много редки във Вселената, или нашата Земя като цяло е единствената по рода си, или може би просто ни липсва точността на измерванията. Но надеждата умира последна и астрономите продължават да усъвършенстват своите методи. Сега те търсят планети не чрез директно наблюдение, а по косвени знаци, защото разделителната способност на телескопите не е достатъчна. По този начин позицията на подобните на Юпитер гиганти се изчислява от гравитационното смущение, което те упражняват върху орбитите на своите звезди. През 2006 г. Европейската космическа агенция ще изстреля спътника Корот, който ще търси планети с земна маса, като затъмнява звезда, докато преминава през нейния диск. Същият начин за лов на планети ще бъде спътникът на НАСА Kepler от 2007 г. След още 2 години НАСА ще организира мисия за космическа интерферометрия - много чувствителен метод за откриване на малки планети чрез тяхното въздействие върху тела с по-голяма маса. Едва до 2015 г. учените ще изградят устройства за директно наблюдение – това ще бъде цяла флота от космически телескопи, наречени „Ловец на планети като Земята“, способни едновременно да търсят признаци на живот.

Когато се открият планети, подобни на Земята, ще започне нова ера в науката и учените се подготвят за това събитие сега. От голямо разстояние човек трябва да може да разпознава следи от живот в атмосферата на планетата, дори и най-примитивните му форми - бактерии или най-простите многоклетъчни организми. Вероятността да се открие примитивен живот във Вселената е по-висока, отколкото да се осъществи контакт със зелени човечета, тъй като животът съществува на Земята повече от 4 милиарда години, от които само един век се пада на развита цивилизация. Преди появата на създадени от човека сигнали е било възможно да научим за нашето съществуване само чрез наличието на специални съединения в атмосферата - биомаркери. Основният биомаркер е озонът, който показва наличието на кислород. Водна пара означава наличието на течна вода. Въглероден диоксид и метан се отделят от някои видове организми. Търсенето на биомаркери на далечни планети ще бъде поверено на мисията Дарвин, която европейски учени ще стартират през 2015 г. Шест инфрачервени телескопа ще обикалят на 1,5 милиона километра от Земята и ще изследват няколко хиляди близки планетарни системи. По количеството кислород в атмосферата проектът Дарвин е в състояние да определи много млад живот на няколкостотин милиона години.

Ако в излъчването на атмосферата на планетата има спектрални линии от три вещества – озон, водна пара и метан – това е допълнително доказателство в полза на наличието на живот. Следващата стъпка е да се установи неговият вид и степен на развитие. Например, наличието на хлорофилни молекули би означавало, че на планетата има бактерии и растения, които използват фотосинтезата за енергия. Разработването на биомаркери от следващо поколение е много обещаваща задача, но все още е далечно бъдеще.

органичен източник

Ако на Земята нямаше условия за синтез на предбиологични органични вещества, тогава те биха могли да бъдат в космоса. Още през 1961 г. американският биохимик Джон Оро публикува статия за кометния произход на органичните молекули. Младата Земя, незащитена от гъста атмосфера, беше подложена на масивна бомбардировка от комети, които се състоят главно от лед, но също така съдържат амоняк, формалдехид, циановодород, цианоацетилен, аденин и други съединения, необходими за абиогенния синтез на аминокиселини, нуклеинови и мастни киселини - основните компоненти на клетките. Според астрономите 1021 кг кометна материя паднаха на повърхността на Земята. Водата на кометите образува океаните, където животът процъфтява стотици милиони години по-късно.

Наблюденията потвърждават, че в космическите тела и междузвездните облаци прах има прости органични вещества и дори аминокиселини. Спектрален анализ показа наличието на аденин и пурин в опашката на кометата Хейли-Боп, а пиримидин е открит в метеорита Мърчисън. Образуването на тези съединения в космоса не противоречи на законите на физиката и химията.

Хипотезата за кометата е популярна и сред космолозите, защото обяснява появата на живот на Земята след образуването на Луната. Както обикновено се смята, преди около 4,5 милиарда години Земята се сблъска с огромно космическо тяло. Повърхността му се стопи, част от веществото се пръсна в орбита, където от нея се образува малък спътник - Луната. След такава катастрофа на планетата не трябваше да останат никакви органики и вода. откъде са дошли? Кометите ги върнаха.

Проблемът с полимерите

Клетъчните протеини, ДНК, РНК са полимери, много дълги молекули, като нишки. Структурата на полимерите е доста проста, те се състоят от части, които се повтарят в определен ред. Например, целулозата е най-разпространената молекула в света, която е част от растенията. Една целулозна молекула се състои от десетки хиляди въглеродни, водородни и кислородни атоми, но в същото време не е нищо повече от многократно повторение на по-къси глюкозни молекули, свързани заедно, като в огърлица. Протеините са верига от аминокиселини. ДНК и РНК - последователност от нуклеотиди. И като цяло това са много дълги поредици. Така декодираният човешки геном се състои от 3 милиарда двойки нуклеотиди.

В клетката полимерите се произвеждат постоянно чрез сложни матрични химични реакции. За да се получи протеин, една аминокиселина трябва да отдели хидроксилната група OH от единия край и водородния атом от другия и едва след това да „залепи“ следващата аминокиселина. Лесно е да се види, че в този процес се образува вода и отново и отново. Отделянето на вода, дехидратацията, е много древен процес, ключ към възникването на живота. Как се случи, когато нямаше клетка с нейната протеинова фабрика? Проблем има и с топлото плитко езерце - люлката на живите системи. Наистина, по време на полимеризацията водата трябва да се отстрани, но това е невъзможно, ако има много от нея наоколо.

глинен ген

В първичната супа трябваше да има нещо, което помага на живата система да се роди, ускорява процеса и доставя енергия. През 50-те години на миналия век английският кристалограф Джон Бернал предполага, че обикновената глина, която е обилно покрита с дъното на всеки резервоар, може да служи като такъв помощник. Глинените минерали допринесоха за образуването на биополимери и появата на механизма на наследствеността. Хипотезата на Бернал се засилва с годините и привлича много последователи. Оказа се, че облъчените с ултравиолетови лъчи глинени частици съхраняват получения енергиен резерв, който се изразходва за реакцията на сглобяване на биополимера. В присъствието на глина, мономерите се събират в самовъзпроизвеждащи се молекули, нещо като РНК.

Повечето глинени минерали са структурно подобни на полимерите. Те се състоят от огромен брой слоеве, свързани помежду си със слаби химически връзки. Такава минерална лента расте сама, всеки следващ слой повтаря предишния и понякога се появяват дефекти - мутации, както в истинските гени. Шотландският химик A.J. Кернс-Смит твърди, че глиненият ген е първият организъм на Земята. Попадайки между слоевете глинени частици, органичните молекули взаимодействаха с тях, възприемаха начина на съхранение на информация и растеж, може да се каже, те научиха. Известно време минералите и протоживотът съжителстваха мирно, но скоро имаше прекъсване или генетично поглъщане, според Кернс-Смит, след което животът напусна минералния дом и започна свое собствено развитие.

Най-древните микроби

Черните шисти на 3,5 милиарда години на Западна Австралия съдържат останките от най-древните организми, открити някога на Земята. Видими само под микроскоп, топките и влакната принадлежат на прокариоти - микроби, в чиято клетка все още няма ядро ​​и спиралата на ДНК е положена директно в цитоплазмата. Най-старите вкаменелости са открити през 1993 г. от американския палеобиолог Уилям Шопф. Вулканичните и седиментни скали на комплекса Пилбара, западно от Голямата пясъчна пустиня в Австралия, са едни от най-старите скали на Земята. По щастливо стечение на обстоятелствата тези образувания не са се променили толкова много под влиянието на мощни геоложки процеси и са запазили останките от ранни същества в междинните слоеве.

Оказа се трудно да се уверим, че малките топчета и влакна са били живи организми в миналото. Ред от малки мъниста в скала може да бъде всичко: минерали, небиологични органични вещества, оптична илюзия. Общо Шоп преброи 11 вида вкаменелости, свързани с прокариотите. От тях 6, според учения, са цианобактерии или синьо-зелени водорасли. Подобни видове все още съществуват на Земята в прясна вода и океани, в горещи извори и близо до вулкани. Шопф преброи шест знака, по които подозрителни обекти в черни шисти трябва да се считат за живи.

Това са знаците:
1. Вкаменелостите са съставени от органична материя
2. Те имат сложна структура - влакната се състоят от клетки с различни форми: цилиндри, кутии, дискове
3. Има много обекти - само 200 вкаменелости включват 1900 клетки
4. Обектите са подобни един на друг, като съвременните представители на едно и също население
5. Това са организми, добре адаптирани към условията на ранната Земя. Те живеели на дъното на морето, защитени от ултравиолетова радиация от дебел слой вода и слуз.
6. Обектите се размножават като съвременни бактерии, както се вижда от находките на клетки в етапа на делене.

Откриването на такива древни цианобактерии означава, че преди почти 3,5 милиарда години е имало организми, които са консумирали въглероден диоксид и са произвеждали кислород, са били в състояние да се скрият от слънчевата радиация и да се възстановяват от наранявания, както правят съвременните видове. Биосферата вече е започнала да се оформя. За науката това е пикантен момент. Както признава Уилям Шопф, в такива почтени породи той би предпочел да намери по-примитивни същества. В крайна сметка откриването на най-древните цианобактерии отблъсква началото на живота за период, изтрит завинаги от геоложката история, малко вероятно е геолозите някога да могат да го открият и прочетат. Колкото по-стари са скалите, толкова по-дълго са били под налягане, температура, изветряни. Освен Западна Австралия, на планетата е оцеляло само едно място с много древни скали, където могат да се открият вкаменелости – в източната част на Южна Африка в кралство Свазиленд. Но африканските породи са претърпели драматични промени в продължение на милиарди години и следите от древни организми са загубени.

В момента геолозите не са открили началото на живота в скалите на Земята. Строго погледнато, те не могат да посочат интервала от време, когато изобщо не е имало живи организми. Те също така не могат да проследят ранните - преди 3,5 милиарда години - етапи на еволюцията на живите. До голяма степен поради липсата на геоложки доказателства, мистерията за произхода на живота остава неразгадана.

Реалист и сюрреалист

Първата конференция на Международното дружество за изследване на произхода на живота (ISSOL) се провежда през 1973 г. в Барселона. Емблемата на тази конференция е нарисувана от Салвадор Дали. Ето как беше. Джон Оро, американски биохимик, беше приятелски настроен с художника. През 1973 г. те се срещнаха в Париж, вечеряха в Maxim's и отидоха на лекция по холография. След лекцията Дали неочаквано покани учения да дойде в хотела му на следващия ден. Оро дойде и Дали му подаде рисунка, символизираща проблема с хиралността в живите системи. Два кристала растат от изтичащата локва в образец на обърнат пясъчен часовник, намеквайки за крайното време на еволюцията. Женска фигура седи отляво, мъж стои отдясно и държи крило на пеперуда, между кристалите се вие ​​ДНК червей. Левият и десният кварцови кристали, показани на фигурата, са взети от книгата на Опарин от 1957 г. „Произходът на живота на Земята“. За изненада на учения, Дали държа тази книга в стаята си! След конференцията Опарини отидоха на посещение в Дали, на брега на Каталуния. И двете знаменитости умираха от желание да общуват. Последва дълъг разговор между реалиста и сюрреалиста, оживен от езика на мимиките и жестовете - все пак Опарин говореше само на руски.

РНК свят

В теорията на абиогенезата търсенето на произхода на живота води до идеята за система, която е по-проста от клетката. Съвременната клетка е изключително сложна, нейната работа се основава на три стълба: ДНК, РНК и протеини. ДНК съхранява наследствена информация, протеините извършват химични реакции по схемата, заложена в ДНК, информацията от ДНК към протеините се предава чрез РНК. Какво може да бъде включено в опростена система? Някой от компонентите на клетката, който може поне да се възпроизвежда и да регулира метаболизма.

Търсенето на най-древната молекула, с която всъщност е започнал животът, продължава почти век. Подобно на геолозите, които реконструират историята на Земята от скални слоеве, биолозите откриват еволюцията на живота според структурата на клетката. Поредица от открития през 20-ти век доведоха до хипотезата за спонтанно роден ген, който стана прародител на живота. Естествено е да се мисли, че молекулата на ДНК може да бъде такъв първичен ген, тъй като съхранява информация за своята структура и промените в нея. Постепенно открили, че ДНК не може сама да предава информация на други поколения, за това се нуждае от помощници - РНК и протеини. Когато през втората половина на 20 век бяха открити нови свойства на РНК, се оказа, че тази молекула е по-подходяща за главната роля в пиесата за произхода на живота.

Молекулата на РНК е по-проста като структура от ДНК. Той е по-къс и се състои от една нишка. Тази молекула може да служи като катализатор, тоест да извършва селективни химични реакции, например да свързва аминокиселини заедно и по-специално да извършва собствена репликация, тоест възпроизвеждане. Както е известно, селективната каталитична активност е едно от основните свойства, присъщи на живите системи. В съвременните клетки тази функция изпълняват само протеините. Може би тази способност им е преминала с времето и веднъж това е направено от РНК.

За да разберат на какво още е способна РНК, учените започнаха да я развъждат изкуствено. В разтвор, наситен с РНК молекули, собственият му живот кипи. Жителите обменят части и се възпроизвеждат, тоест информацията се предава на потомците. Спонтанният подбор на молекули в такава колония наподобява естествения подбор, което означава, че може да бъде контролиран. Тъй като животновъдите отглеждат нови породи животни, те също започнаха да отглеждат РНК с желани свойства. Например, молекули, които помагат за зашиването на нуклеотиди в дълги вериги; високотемпературни молекули и т.н.

Колонии от молекули в петриеви блюда - това е светът на РНК, само изкуствена. Естественият свят на РНК е могъл да възникне преди 4 милиарда години в топли локви и малки езера, където е имало спонтанно възпроизвеждане на молекули. Постепенно молекулите започнаха да се събират в общности и да се състезават помежду си за място под слънцето, най-способните оцеляха. Вярно е, че предаването на информация в такива колонии е неточно и новопридобитите черти на отделния „индивид“ може да се загубят, но този недостатък се покрива от голям брой комбинации. Изборът на РНК беше много бърз и след половин милиард години можеше да възникне клетка. Давайки импулс за възникването на живота, светът на РНК не изчезна, той продължава да съществува във всички организми на Земята.

Светът на РНК е почти жив, остава му само една стъпка до пълното съживяване - да произведе клетка. Клетката е отделена от околната среда със здрава мембрана, което означава, че следващият етап от еволюцията на РНК света е сключването на колонии, където молекулите са свързани една с друга, в мастна мембрана. Такава протоклетка можеше да се случи случайно, но за да се превърне в пълноценна жива клетка, мембраната трябваше да се възпроизвежда от поколение на поколение. С помощта на изкуствена селекция в колонията е възможно да се премахне РНК, която е отговорна за растежа на мембраната, но това наистина ли се е случило? Авторите на експериментите от Масачузетския технологичен институт подчертават, че резултатите, получени в лабораторията, няма да са непременно подобни на реалното сглобяване на жива клетка и може да са далеч от истината. Все още обаче не е възможно да се създаде жива клетка в епруветка. Светът на РНК не е разкрил напълно своите тайни.

Науката

Според учените, животът на Земята е започнал преди около 3 милиарда години: през това време най-простите организми са еволюирали в сложни форми на живот. Въпреки това, за учените все още е загадка как е започнал животът на планетата и те излагат няколко теории, за да обяснят това явление:

1. Електрически искри

В известния експеримент на Милър-Юри учените доказаха, че мълнията може да допринесе за създаването на основните вещества, необходими за възникването на живота: електрическите искри образуват аминокиселини в атмосфера, съставена от огромни количества вода, метан, амоняк и водород. . След това от аминокиселините са се развили по-сложни форми на живот. Тази теория беше донякъде променена, след като изследователите откриха, че атмосферата на планетата преди милиарди години е била бедна на водород. Учените предполагат, че метан, амоняк и водород се съдържат във вулканични облаци, наситени с електрически заряди.

2. Глина

Химикът Александър Греъм Кернс-Смит от университета в Глазгоу, Шотландия, теоретизира, че в зората на живота глината съдържа много органични съединения, които са близо един до друг и че глината помогна да се организират тези вещества в структури, подобни на нашите гени.

ДНК съхранява информация за структурата на молекулите, а генетичната последователност на ДНК показва как аминокиселините трябва да бъдат вградени в протеините. Кернс-Смит предполага, че глинените кристали са помогнали за организирането на органичните молекули в подредени структури, а по-късно самите молекули са започнали да правят това, „без помощта“ на глината.

3. Дълбоководни отвори

Според тази теория, животът възниква в подводни хидротермални отвори, които изхвърлят молекули, богати на водород.На тяхната скалиста повърхност тези молекули могат да се съберат и да станат минерални катализатори за реакциите, довели до раждането на живот. Дори сега такива хидротермални отвори, богати на химическа и топлинна енергия, са дом на доста голям брой живи същества.

4. Леден старт

Преди 3 милиарда години Слънцето не светеше толкова ярко, колкото сега, и съответно по-малко топлина достигаше до Земята. Това е напълно възможно повърхността на земята била покрита с дебел слой лед, който защитавал крехката органична материявъв водата под него от ултравиолетовите лъчи и космическото облъчване. Освен това студът помогна на молекулите да оцелеят по-дълго, позволявайки реакциите, довели до раждането на живот.

5. Светът на РНК

ДНК се нуждае от протеини, за да се образува, а протеините се нуждаят от ДНК, за да се образуват. Как биха могли да се образуват един без друг? Учените предполагат, че в този процес участва РНК, която, подобно на ДНК, съхранява информация. От РНК се образуват съответно протеини и ДНК., който го замени с оглед по-голямата му ефективност.

Възникна още един въпрос: "Как се появи РНК?". Някои смятат, че то се е появило спонтанно на планетата, а други отричат ​​подобна възможност.

6. „Проста” теория

Някои учени предполагат, че животът не се е развил от сложни молекули като РНК, а от прости, които взаимодействат помежду си. Може да са били в прости черупки, подобни на клетъчните мембрани. В резултат на взаимодействието на тези прости молекули, сложникоито реагират по-ефективно.

7. Панспермия

накрая, животът можеше да възникне не на нашата планета, а да бъде донесен от космоса: в науката това явление се нарича панспермия. Тази теория има много солидна основа: поради космическо въздействие от Марс периодично се отделят фрагменти от камъни, които достигат до Земята. След като учените откриха марсиански метеорити на нашата планета, те предположиха, че тези обекти са донесли бактерии със себе си. Ако им вярваш, значи всички сме марсианци. Други изследователи предполагат, че комети от други звездни системи са донесли живот. Дори и да са прави, човечеството ще търси отговор на друг въпрос: „Как е възникнал животът в космоса?“.