Dünyadaki yaşamın kökenine ilişkin modern kavram, çeşitli uzmanlık alanlarından araştırmacılar tarafından öne sürülen birçok teori ve hipotezin, doğa bilimlerinin geniş bir sentezinin sonucudur.

Dünya'da yaşamın ortaya çıkması için birincil atmosfer (gezegenin) önemlidir.

Dünyanın birincil atmosferi metan, amonyak, su buharı ve hidrojen içeriyordu. Bilim adamları, bu gazların elektrik yükleri ve ultraviyole radyasyon ile bir karışımı üzerinde hareket ederek, canlı proteinleri oluşturan karmaşık organik maddeler elde etmeyi başardılar. Canlıların temel "yapı taşları" karbon, oksijen, azot ve hidrojen gibi kimyasal elementlerdir.

Canlı bir hücrede ağırlıkça %70 oksijen, %17 karbon, %10 hidrojen, %3 azot, ardından fosfor, potasyum, klor, kalsiyum, sodyum, magnezyum ve demir içerir.

Dolayısıyla yaşamın ortaya çıkışına giden yolda ilk adım, inorganik maddelerden organik maddelerin oluşmasıdır. Sentezi belirli radyasyon, basınç, sıcaklık ve nem altında oluşabilecek kimyasal "hammaddelerin" varlığı ile ilişkilidir.

En basit canlı organizmaların ortaya çıkması, uzun bir kimyasal evrimden önce geldi. Az sayıda bileşikten (doğal seleksiyon sonucu) yaşam için uygun özelliklere sahip maddeler ortaya çıktı. Karbon temelinde ortaya çıkan bileşikler, hidrosferin "birincil çorbasını" oluşturdu. Azot ve karbon içeren maddeler, Dünya'nın erimiş derinliklerinde ortaya çıktı ve volkanik aktivite sırasında yüzeye çıkarıldı.

Bileşiklerin ortaya çıkışındaki ikinci adım, Dünya'nın birincil okyanusunda biyopolimerlerin ortaya çıkmasıyla ilişkilidir: nükleik asitler, proteinler. Bu süre zarfında tüm organik bileşiklerin Dünya'nın birincil okyanusunda olduğunu varsayarsak, okyanus yüzeyinde ince bir film şeklinde ve güneş tarafından ısıtılan sığ suda karmaşık organik bileşikler oluşabilir. Anaerobik ortam, inorganik bileşiklerden polimerlerin sentezini kolaylaştırdı. Basit organik bileşikler, büyük biyolojik moleküller halinde birleşmeye başladı.

Enzimler oluştu - protein maddeleri - moleküllerin oluşumuna veya parçalanmasına katkıda bulunan katalizörler. Enzimlerin aktivitesinin bir sonucu olarak, yaşamın "birincil unsurları" ortaya çıktı - nükleik asitler, monomerlerden oluşan karmaşık polimerik maddeler.

Nükleik asitlerdeki monomerler, belirli bilgileri, bir kodu,

proteine ​​​​içerilen her amino asidin, 3 nükleotitten (üçlü) belirli bir proteine ​​​​karşı gelmesinden oluşur. Proteinler, nükleik asitler temelinde oluşturulabilir ve dış ortamla madde ve enerji alışverişi gerçekleşebilir.

Nükleik asitlerin simbiyozu "moleküler genetik kontrol sistemleri" oluşturdu.

Bu aşamada, nükleik asit molekülleri kendi türlerinin kendi kendine üreme özelliklerini kazanmış, protein maddelerinin oluşum sürecini kontrol etmeye başlamıştır.

Tüm canlıların kökenleri, DNA'dan RNA'ya revertaz ve matris sentezi, r-RNA moleküler sisteminin DNA-nova'ya evrimiydi. “Biyosferin genomu” bu şekilde ortaya çıktı.

Isı ve soğuk, yıldırım, ultraviyole reaksiyonu, atmosferik elektrik yükleri, rüzgar ve su jetleri - tüm bunlar biyokimyasal reaksiyonların başlamasını veya zayıflamasını, seyrinin doğasını, gen "patlamalarını" sağladı.

Biyokimyasal aşamanın sonunda, organik maddelerin karışımını dış ortamdan sınırlayan membranlar gibi yapısal oluşumlar ortaya çıktı.

Zarlar, tüm canlı hücrelerin yapımında önemli bir rol oynamıştır. Tüm bitki ve hayvanların vücutları hücrelerden oluşur.

Modern bilim adamları, dünyadaki ilk organizmaların tek hücreli prokaryotlar olduğu sonucuna varmışlardır. Yapılarında şu anda var olan bakteri veya mavi-yeşil alglere benziyorlardı.

İlk "canlı moleküller"in, prokaryotların varlığı için, tüm canlılarda olduğu gibi, dışarıdan bir enerji akışı gereklidir. Her hücre küçük bir "enerji istasyonu"dur. ATP ve fosfor içeren diğer bileşikler, hücreler için doğrudan bir enerji kaynağı görevi görür. Hücreler yiyeceklerden enerji alırlar, sadece harcamakla kalmaz, aynı zamanda enerji depolayabilirler.

Bilim adamları, ilk canlı protoplazma yığınlarının çoğunun Dünya'da ortaya çıktığını öne sürüyorlar. Yaklaşık 2 milyar yıl önce canlı hücrelerde bir çekirdek ortaya çıktı. Ökaryotlar prokaryotlardan evrimleşmiştir. Yeryüzünde 25-30 türü vardır. Bunların en basiti amiptir. Ökaryotlarda, hücrede protein sentezi kodunu içeren bir madde ile süslenmiş bir çekirdek vardır.

Bu zamana kadar, bir bitki veya hayvan yaşam tarzı “seçimi” vardı. Bu yaşam tarzları arasındaki fark, beslenme şekli ve organik maddelerin (örneğin, ışık enerjisi kullanarak karbondioksit ve sudan şekerler) oluşturulmasından oluşan fotosentez oluşumu ile ilgilidir.

Fotosentez sayesinde bitkiler, bitki kütlesinde bir artış meydana geldiği için organik madde üretir ve büyük miktarda organik madde üretir.

Fotosentezin ortaya çıkmasıyla birlikte, oksijen Dünya atmosferine girmeye başladı ve yüksek oksijen içeriğine sahip Dünya'nın ikincil bir atmosferi oluştu.

Oksijenin ortaya çıkışı ve kara bitkilerinin yoğun gelişimi, Dünya'daki yaşamın gelişimindeki en büyük aşamadır. O andan itibaren, canlı formlarda kademeli bir değişiklik ve gelişme başladı.

Tüm tezahürleriyle yaşam, gezegenimizin gelişiminde derin değişiklikler üretti. Evrim sürecinde gelişen canlı organizmalar, Dünya'nın hava ve su kabuklarının yanı sıra yer kabuğundaki enerji ve maddelerin yeniden dağılımında büyük rol oynayarak gezegene giderek daha geniş bir alana yayıldı.

Bitki örtüsünün ortaya çıkması ve yayılması, atmosferin bileşiminde, başlangıçta çok az serbest oksijen içeren ve esas olarak karbondioksit ve muhtemelen metan ve amonyaktan oluşan temel bir değişikliğe yol açtı.

Karbondioksitten karbonu özümseyen bitkiler, serbest oksijen ve yalnızca eser miktarda karbondioksit içeren bir atmosfer yarattı. Atmosferin bileşimindeki serbest oksijen, yalnızca aktif bir kimyasal madde olarak değil, aynı zamanda kısa ultraviyole ışınlarının Dünya yüzeyine (ozon ekranı) yolunu kapatan bir ozon kaynağı olarak da hizmet etti.

Aynı zamanda, bitki kalıntılarında yüzyıllardır biriken karbon, yerkabuğunda organik bileşiklerin (kömür, turba) birikintileri şeklinde enerji rezervleri oluşturdu.

Okyanuslardaki yaşamın gelişimi, iskeletlerden ve diğer deniz organizmalarının kalıntılarından oluşan tortul kayaçların oluşmasına yol açtı.

Bu tortular, mekanik basınçları, kimyasal ve fiziksel dönüşümleri yer kabuğunun yüzeyini değiştirmiştir. Bütün bunlar, yaşam olaylarının ortaya çıktığı ve bu güne kadar devam ettiği Dünya'da bir biyosferin varlığına tanıklık etti.

panspermi

Panspermia (Yunanca “karışım” ve “tohum”dan), diğer gezegenlerden “yaşam mikroplarının” aktarılmasının bir sonucu olarak Dünya'daki yaşamın ortaya çıkması hakkında zamanımızda çok yetkili bir teoridir. Bu hipotez, 1865 yılında Alman bilim adamı G. Richter tarafından, mikroorganizma sporlarının ya meteorlar tarafından ya da hafif basınç etkisi altında aktarılması anlamına geliyordu. Daha sonra, canlı organizmalar üzerinde uranyumun bozunmasından daha az yıkıcı olmayan kozmik radyasyon keşfedildi. Ve panspermi teorisi, Ay'a ilk uçuşa kadar "toza düştü" - yine de, uzayda uzun bir uçuştan başarıyla kurtulan inişli "Surveyor-3" sondasında Dünya'dan canlı mikroorganizmalar bulunduğunda.

2006 yılında kuyruklu yıldız maddesinde hem suyun hem de en basit organik bileşiklerin varlığı keşfedildi. Komik, ama bu, gezegenin çok daha büyük bir topuna yaklaşan parlak tüylü küçük bir göktaşının, kadın ve erkek üreme hücrelerinin kozmik bir analogu gibi bir şey olduğu ve birlikte yeni bir hayata yol açtığı anlamına geliyor.

Bazı panspermi takipçileri, Kızıl Gezegenin hala geliştiği ve kısmen okyanuslarla kaplı olduğu bir zamanda, Dünya ile Mars arasında bakteri alışverişinin gerçekleştiğine inanıyor. Üstelik, meteorlar buna mutlaka hizmet etmiyordu - belki de akıllı ziyaretçiler buraya bakterileri getirdi (ama bu ayrı bir konu). Ancak tarihte bu tür olaylar yaşanmış olsa bile, başka bir gezegende yaşamın nereden geldiğini bulmamız gerekecek.

Elektrik ve ilkel çorba

1953'teki ünlü Miller-Urey deneyi, elektrik kıvılcımlarının, atmosferdeki su, metan, amonyak ve hidrojen varlığında yaşamın temelini - amino asitler ve sakaroz - oluşturabileceğini kanıtladı. Bu, sıradan şimşeklerin, ilkel çorba olarak adlandırılan antik Dünya'daki yaşamın temel yapı taşlarını yaratabileceği anlamına gelir. Bu terim 1924 yılında Sovyet biyolog Oparin tarafından tanıtıldı. Teorisine göre, bu "çorba" yaklaşık 4 milyar yıl önce gezegenin sığ rezervuarlarında elektriksel deşarjların, kozmik radyasyonun ve sıvının yüksek sıcaklığının etkisi altında ortaya çıktı. İlk başta, bileşiminde nükleotidler, polipeptitler, azotlu bazlar ve amino asitler baskındı. Daha sonra, milyonlarca yıl boyunca, en basit tek hücreli organizmaları - bakterileri oluşturana kadar ilkel çorbada daha karmaşık moleküller oluştu.

kil ömrü

Dini kaynaklara göre Adem topraktan yaratılmıştır ve Kuran'da ve bazı halklarda (örneğin Japonlar) tanrılar insanları çamurdan şekillendirmiştir. İskoçya'daki Glasgow Üniversitesi'nden organik kimyager Alexander Graham Kearns-Smith'e göre, bu basit bir alegori olmayabilir: yaşamın ilk molekülleri kil üzerinde oluşmuş olabilir. Başlangıçta, ilkel karbon bileşiklerinin DNA'sı yoktu, bu da kendi türlerini çoğaltamayacakları anlamına geliyordu - "üreme" yalnızca dış çevreden gelen kaynaklar tarafından uyarılabilirdi.

Böyle bir kaynak, yalnızca belirli bir toprak kütlesi olmayan killi kaya olabilir - organize, düzenli bir molekül dizisidir. Kil yüzeyi sadece organik bileşikleri konsantre edip birleştiremez, aynı zamanda mikroskobik düzeyde onları bir genom gibi davranarak yapılar halinde organize edebilir. Zamanla, organik moleküller bu diziyi "hatırladı" ve kendi kendini organize etmeyi öğrendi. Daha sonra, daha karmaşık hale geldiler: DNA, RNA ve diğer nükleik asitlerin bir prototipi vardı.

okyanuslardan gelen hayat

Sualtı Hidrotermal Havalandırma Teorisi, yaşamın okyanus tabanındaki çatlaklardan hidrojen açısından zengin molekülleri ve çok fazla ısıyı fırlatan su altı volkanlarının kaynağında ortaya çıkmış olabileceğini öne sürüyor. Bu moleküller, yeni kimyasal reaksiyonlar için mineral katalizörler sağlayan kayaların yüzeyinde birleşti.

Böylece, dünyaca ünlü jeolojik merakı oluşturan bakteriler doğdu - stromatolitler ("stromatos" - halı ve "lithos" - taştan). Taşlaşmış formda, bu oluşumlar bu güne kadar hayatta kaldı. Ve bu türden sualtı kaynakları, günümüzde çeşitli deniz ekosistemlerinin korunmasında önemli bir rol oynamaya devam ediyor.

Soğuk, evrimin katalizörüdür

Bilim adamlarından hangisi haklıysa, ancak basit tek hücreli bakteriler hala gezegende yaşıyordu - ve bu formda bir milyar yıldan fazla bir süredir değişmez bir şekilde var oldular. Sonra, evrim standartlarına göre inanılmaz derecede hızlı bir patlama oldu - önce okyanuslarda, sonra karada, toprakta ve nihayet havada ustalaşan çok daha karmaşık yaşam formları gelişmeye başladı. Çok uzun zaman önce, bilim adamları belirleyici değişiklikler için itici gücün ne olduğunu çözebildiler. Yaklaşık 3 milyar yıl önce başlayan Dünya tarihindeki en güçlü buzul çağı olduğu ortaya çıktı. Gezegen bir kilometre kalınlığa kadar tamamen buzla kaplıydı - uzmanlar bu fenomene "Kartopu Dünyası" adını verdiler (çocukların oynadığı gibi).

En basit mikroorganizmaların yaşam koşulları çarpıcı biçimde değişti - ancak diğer yandan, dayanıklı ekstremofil bakterilerin buzun kalınlığına uyum sağlaması gerekiyordu! Bu "kuluçka" döneminde, bakterilerin hayatta kalma yollarına göre birincil bölünmesi gerçekleşti: bazıları güneş ışığından enerji almayı öğrendi, diğerleri suda çözünen maddeleri işleyerek güç aldı. Bu, yaban hayatı krallığının başlangıcını işaret ediyordu - ilki gelecekte bitkiler ve tek hücreli fotosentetik hayvanlar olacak, ikincisi - çok hücreli hayvanlar ve mantarlar olacak.

Ancak bir gün, sıcak volkanlar tekrar uyandı ve atmosfere büyük miktarda karbondioksit sıçradı, bu da güçlü bir sera etkisine neden oldu. Gezegen ısındı, buz eridi ve "yetişkin" bakterileri serbest bıraktı. Siyanobakterilerde (mavi-yeşil algler) meydana gelen fotosentez süreci yeni bir reaksiyon verdi - ve atmosfer kısa sürede oksijene doydu. Ve okyanusa düşen buzulun getirdiği mineral kaya parçaları, kimyasal reaksiyonlar için yeni seçenekler verdi. Bu, zaten açıklığa kavuştuğu gibi, hayvanların evrimleşmesine izin verdi. Çok geçmeden bakterileri iki yenisine bölmek yerine, "serbest yüzme"den ayrılmadan bölünmeye başladılar ve ilk çok hücreli yapıları oluşturdular. Bir örnek, sinir, kan ve sindirim sistemleri olmayan en eski çok hücreli hayvanlardır - deniz süngerleri.

Bu teoriye göre, Jüpiter'in uydularından birinde - uzay sondalarından gizlenmiş Europa'nın soğuk okyanuslarında - yaşam büyük olasılıkla kalın bir buz tabakasının altında. NASA'dan bir araştırma ekibi de uydunun buzunun altında jeotermal aktivite olduğunu buldu. Bu nedenle, Avrupa'nın kendi yolumuzu tekrar etmesi oldukça olasıdır ve güneşimiz yaşlanıp daha parlak hale geldikçe evrim de sonsuz soğuğu devralacaktır.

Gezegenimizde yaşam, Dünya'nın ortaya çıkmasından yaklaşık yarım milyar yıl sonra, yani yaklaşık 4 milyar yıl önce ortaya çıktı: o zaman tüm canlıların ilk ortak atası doğdu. Genetik kodu birkaç yüz gen içeren tek bir hücreydi. Bu hücre, yaşam ve daha fazla gelişme için gerekli olan her şeye sahipti: proteinlerin sentezinden, kalıtsal bilgilerin yeniden üretilmesinden ve genetik verilerin kodlanmasından da sorumlu olan ribonükleik asit (RNA) üretiminden sorumlu mekanizmalar.

Bilim adamları, tüm canlıların ilk ortak atasının, sözde ilkel çorbadan kaynaklandığını anladılar - suyun genç Dünya'nın rezervlerini dolduran kimyasal elementlerle birleşiminden ortaya çıkan amino asitler.

Gazeta.Ru'nun birkaç yıl önce bildirdiği Miller-Urey deneyinin bir sonucu olarak, kimyasal elementlerin bir karışımından amino asitler oluşturma olasılığı kanıtlandı. Deney sırasında, Stanley Miller, yaklaşık 4 milyar yıl önce Dünya'nın atmosferik koşullarını test tüplerinde simüle etti, onları bir gaz karışımı - metan, amonyak, karbon ve karbon monoksit ile doldurdu - oraya su ekledi ve testten bir elektrik akımı geçirdi. yıldırım deşarjlarının etkisini üretmesi beklenen tüpler.

Kimyasalların etkileşimi sonucunda Miller, tüm proteinlerin temel yapı taşları olan test tüplerinde beş amino asit aldı.

Yarım yüzyıl sonra, 2008'de, araştırmacılar Miller'ın sağlam tuttuğu test tüplerinin içeriğini yeniden analiz ettiler ve aslında ürün karışımının 5 amino asit değil, sadece deneyin yazarı olan 22 amino asit içerdiğini keşfettiler. birkaç on yıl önce onları tanımlayamadı.

Bundan sonra bilim adamları, tüm canlı organizmalarda (DNA, RNA veya proteinler) bulunan üç temel molekülden hangisinin yaşamın oluşumunda bir sonraki adım olduğu sorusuyla karşı karşıya kaldılar. Bu konunun karmaşıklığı, üç molekülün her birinin oluşum sürecinin diğer ikisine bağlı olması ve yokluğunda gerçekleştirilememesi gerçeğinde yatmaktadır.

Bu nedenle, bilim adamları, amino asitlerin rastgele başarılı bir kombinasyonunun bir sonucu olarak aynı anda iki molekül sınıfının oluşma olasılığını kabul etmek zorunda kaldılar ya da karmaşık ilişkilerinin yapısının, üç sınıfın hepsinin ortaya çıkmasından sonra kendiliğinden oluştuğunu kabul etmek zorunda kaldılar. .

Sorun 1980'lerde, Thomas Check ve Sydney Altman, RNA'nın tamamen özerk olarak var olma, kimyasal reaksiyonların hızlandırıcısı olarak hareket etme ve kendisine benzer yeni RNA'lar sentezleme yeteneğini keşfettiklerinde çözüldü. Bu keşif, ilk olarak 1968'de mikrobiyolog Carl Wese tarafından önerilen ve nihayet 1986'da biyokimyacı ve Nobel Kimya Ödülü sahibi Walter Gilbert tarafından formüle edilen "RNA Dünyası Hipotezi"ne yol açtı. Bu teorinin özü, ribonükleik asit moleküllerinin, kendi kendine üreme sürecinde mutasyonları biriktirebilen yaşamın temeli olarak tanınması gerçeğinde yatmaktadır. Bu mutasyonlar sonunda ribonükleik asidin protein oluşturma yeteneğine yol açtı. Protein bileşikleri, RNA'dan daha verimli katalizörlerdir ve bu nedenle onları yaratan mutasyonlar, doğal seleksiyon sürecinde sabitlenmiştir.

Aynı zamanda, genetik bilgi "depoları", DNA da oluşturuldu. Ribonükleik asitler, DNA ve proteinler arasında bir aracı olarak hayatta kaldı ve birçok farklı işlevi yerine getirdi:

proteinlerdeki amino asit dizisi hakkında bilgi depolarlar, amino asitleri peptit bağlarının sentez bölgelerine aktarırlar ve belirli genlerin aktivite derecesini düzenlemede yer alırlar.

Şu anda, bilim adamları, bu teori için bazı kanıtlar olmasına rağmen, rastgele amino asit kombinasyonlarının bir sonucu olarak bu tür RNA sentezinin mümkün olduğuna dair açık kanıtlara sahip değiller: örneğin, 1975'te bilim adamları Manfred Samper ve Rudiger Lewis şunu gösterdi: Belirli koşullar altında, RNA, yalnızca nükleotidler ve replikaz içeren bir karışımda kendiliğinden ortaya çıkabilir ve 2009'da Manchester Üniversitesi'nden araştırmacılar, ribonükleik asidin bileşenleri olan üridin ve sitidinin, erken Dünya koşullarında sentezlenebileceğini kanıtladılar. Bununla birlikte, bazı araştırmacılar, kendiliğinden katalitik ribonükleik asit oluşturma olasılığının son derece düşük olması nedeniyle "RNA Dünyası Hipotezini" eleştirmeye devam ediyor.

Kuzey Carolina Üniversitesi'nden bilim adamları Richard Wolfenden ve Charles Carter, yaşamın oluşumuna ilişkin kendi versiyonlarını birincil "yapı malzemesinden" önerdiler. Dünyada var olan bir dizi kimyasal elementten oluşan amino asitlerin, ribonükleik asitlerin değil, diğer daha basit maddelerin - RNA'nın görünümünü mümkün kılan protein enzimlerinin oluşumunun temeli olduğuna inanıyorlar. Araştırmacılar bulgularını dergide yayınladılar. PNAS .

Richard Wolfenden, 20 amino asidin fiziksel özelliklerini analiz etti ve amino asitlerin bağımsız olarak tam bir proteinin yapısını oluşturma sürecini sağlayabileceği sonucuna vardı. Bu proteinler de enzimlerdi - vücuttaki kimyasal reaksiyonları hızlandıran moleküller. Charles Carter, aminoasil-tRNA sentetaz adı verilen bir enzimi kullanarak, enzimlerin yaşamın temellerinin daha da geliştirilmesinde oynayabileceği muazzam önemi göstererek meslektaşının çalışmasına devam etti:

protein molekülleri, taşıma ribonükleik asitlerini tanıma, genetik kodun bölümlerine karşılık gelmelerini sağlama ve böylece genetik bilginin sonraki nesillere doğru aktarımını organize etme yeteneğine sahiptir.

Çalışmanın yazarlarına göre, birincil kimyasal elementlerden amino asitlerin oluşumu ile onlardan karmaşık ribonükleik asitlerin katlanması arasında bir ara adım olan çok “eksik halkayı” bulmayı başardılar. Protein moleküllerinin oluşum süreci, RNA oluşumuna kıyasla oldukça basittir ve gerçekçiliği Wolfenden tarafından 20 amino asit çalışma örneği kullanılarak kanıtlanmıştır.

Bilim adamlarının sonuçları, araştırmacıları uzun süredir endişelendiren başka bir soruya cevap veriyor: DNA ve RNA'yı içeren proteinler ve nükleik asitler arasındaki “işbölümü” ne zaman gerçekleşti. Wolfenden ve Carter teorisi doğruysa, proteinlerin ve nükleik asitlerin, yaşamın ortaya çıkışının başlangıcında, yani yaklaşık 4 milyar yıl önce ana işlevleri kendi aralarında “böldüğünü” güvenle söyleyebiliriz.

Cansız dağlar, kayalar ve su, gökyüzünde devasa bir ay ve sürekli meteor bombardımanı - 4 milyar yıl önce Dünya'nın en olası manzarası

Yaşam uzaydaki inorganik maddeden mi kaynaklandı yoksa Dünya'da mı ortaya çıktı? Bu ikilem, yaşamın kökeni sorunuyla ilgilenen bir araştırmacının karşısına zorunlu olarak çıkar. Şu ana kadar var olan iki hipotezden herhangi birinin doğruluğunu kimse ispatlayamadı, ancak üçüncü bir çözüm yolu da ortaya konamadı.

Dünyadaki yaşamın kökeni hakkındaki ilk hipotez eskidir, varlıklarında Avrupa biliminin sağlam figürlerine sahiptir: G. Helmholtz, L. Pasteur, S. Arrhenius, V. Vernadsky, F. Crick. Canlı maddenin karmaşıklığı, gezegende kendiliğinden oluşma olasılığının düşük olması ve deneycilerin canlı maddeyi cansız maddeden sentezleyememesi, bilim adamlarını bu yaklaşımın taraftarları kampına yönlendiriyor. En ünlüsü panspermi teorisi olan yaşamın Dünya'ya tam olarak nasıl geldiğine dair sayısız varyasyon vardır. Ona göre yıldızlararası uzayda yaşam yaygındır, ancak gelişme koşulları olmadığı için canlı madde sperme veya spora dönüşerek uzayda hareket eder. Milyarlarca yıl önce, kuyruklu yıldızlar, spermatozoaları, ifşa edilmeleri için uygun bir ortamın oluştuğu Dünya'ya getirdi.

Bilim adamlarına göre, canlı bir hücrenin sentezi çok uzak değil, bir teknoloji meselesi ve bir zaman meselesi. Peki, dünyada yaşamın nasıl başladığı sorusunun yanıtı, tüpte doğmuş bir hücre mi olacak? Zorlukla. Sentetik hücre sadece abiyogenezin bir şekilde mümkün olduğunu kanıtlayacaktır. Ancak 4 milyar yıl önce Dünya'da işler farklı olabilirdi. Örneğin, evet. Dünya yüzeyi 4,5 milyar yıl önce soğudu. Atmosfer zayıftı ve kuyruklu yıldızlar aktif olarak Dünya'yı bombalıyor, bol miktarda organik madde veriyordu. Dünya dışı maddeler, volkanlar tarafından ısıtılan sığ ılık rezervuarlara yerleşti: dibe lav döküldü, adalar büyüdü, kaplıcalar - fumaroller - yendi. O zamanlar kıtalar şimdiki kadar güçlü ve büyük değildi, yerkabuğunda kolayca hareket ediyor, birbirine bağlı ve parçalanıyorlardı.

Ay daha yakındı, dünya daha hızlı dönüyordu, günler daha kısaydı, gelgitler daha yüksekti ve fırtınalar daha şiddetliydi. Hepsinin üzerinde, toz fırtınaları, volkanik kül bulutları ve göktaşı çarpmalarının patlattığı kaya parçalarıyla kararan çelik renkli gökyüzü gerildi. Azot, karbondioksit ve su buharı açısından zengin bir atmosfer yavaş yavaş gelişti. Sera gazlarının bolluğu küresel ısınmaya neden oldu. Böyle aşırı koşullar altında, canlı maddenin sentezi gerçekleşti. Evrenin evrimine rağmen meydana gelen bir mucize, bir tesadüf müydü, yoksa hayatın ortaya çıkmasının tek yolu bu mu? Zaten erken aşamalarda, canlı maddenin ana özelliklerinden biri kendini gösterdi - çevresel koşullara uyum. İlk atmosfer çok az serbest oksijen içeriyordu, ozon yetersizdi ve dünya, yaşam için ölümcül olan ultraviyole ışınlarıyla yıkandı. Yani hücreler ultraviyole radyasyona karşı korunmak için bir mekanizma icat etmemiş olsaydı, gezegen ıssız kalacaktı. Canlılığın bir bütün olarak ortaya çıkışına ilişkin bu senaryo, Darwin'in öne sürdüğünden farklı değildir. Yeni ayrıntılar eklendi - en eski kayaları inceleyerek ve deneyler yaparak bir şeyler öğrendiler, bir şeyler tahmin ettiler. En mantıklısı olsa da, bu senaryo aynı zamanda en tartışmalı olanıdır. Bilim adamları her noktada mücadele ediyor ve sayısız alternatif sunuyor. Şüpheler en baştan ortaya çıkıyor: Birincil organik madde nereden geldi, Dünya'da mı sentezlendi yoksa gökten mi düştü?

devrimci fikir

Abiyogenezin bilimsel temelleri veya canlıların cansızlardan kökeni, Rus biyokimyacı A.I. Oparin. 1924'te 30 yaşındaki bir bilim adamı olarak Oparin, meslektaşlarına göre "bir entelektüel devrimin tohumlarını içeren" "Yaşamın Kökeni" makalesini yayınladı. Oparin'in kitabının 1938'de İngilizce olarak yayınlanması bir sansasyon yarattı ve önemli Batılı entelektüel kaynakları yaşam sorununa çekti. 1953'te Chicago Üniversitesi'nde yüksek lisans öğrencisi olan S. Miller, abiyojenik sentez üzerine başarılı bir deney yaptı. Bir laboratuvar test tüpünde erken Dünya'nın koşullarını yarattı ve kimyasal reaksiyon sonucunda bir dizi amino asit elde etti. Böylece, Oparin'in teorisi deneysel onay almaya başladı.

Oparin ve rahip

Meslektaşlarının anılarına göre, Akademisyen A.I. Oparin ikna olmuş bir materyalist ve ateistti. Bu, görünüşe göre, yaşamın gizemlerinin doğaüstü bir açıklaması için hiçbir umut bırakmayan abiyogenez teorisi tarafından doğrulanmaktadır. Bununla birlikte, bilim adamının görüşleri ve kişiliği, tamamen zıt dünya görüşlerinden insanları kendisine çekti. Bilimsel ve eğitimsel çalışmalarla meşgul olarak, pasifist harekete katılarak yurt dışına çok seyahat etti. Bir keresinde, 1950'lerde, Oparin İtalya'da yaşamın kökeni sorunu üzerine konferans verdi. Rapordan sonra kendisine Vatikan'dan Papalık Bilimler Akademisi başkanından başka kimsenin onunla görüşmek istemediği söylendi. Sovyet bir adam olan ve yabancı aydınların SSCB'ye karşı önyargılı tutumunu çok iyi bilen Alexander Ivanovich, Katolik Kilisesi temsilcisinden muhtemelen bir tür provokasyon beklemiyordu. Bununla birlikte, tanıdık gerçekleşti. Muhterem Sinyor Oparin ile el sıkıştı, konferans için ona teşekkür etti ve haykırdı: "Profesör, Tanrı'nın takdirini ne kadar güzel bir şekilde açıkladığınızdan çok memnunum!"

yaşam olasılığı

Abiyogenez teorisi, yaşamın maddenin gelişiminin belirli bir aşamasında ortaya çıktığını öne sürer. Evrenin ve ilk parçacıkların oluşumundan bu yana madde sürekli bir değişim yoluna girmiştir. Önce atomlar ve moleküller ortaya çıktı, ardından yıldızlar ve tozlar ortaya çıktı, ondan gezegenler ortaya çıktı ve gezegenlerde yaşam doğdu. Canlı, cansız olandan doğar, özü hala bizim için bilinmeyen daha yüksek bir yasaya uyar. Uygun koşulların olduğu yerde yaşam Dünya'da ortaya çıkamazdı. Elbette bu metafizik genellemeyi reddetmek mümkün değil ama şüphe tohumları filizlendi. Gerçek şu ki, yaşamın sentezi için gerekli koşullar çok sayıdadır ve çoğu zaman gerçeklerle ve birbirleriyle çelişir. Örneğin, erken Dünya'nın indirgeyici bir atmosfere sahip olduğuna dair hiçbir kanıt yoktur. Genetik kodun nasıl ortaya çıktığı belli değil. Karmaşıklığı ile canlı bir hücrenin yapısını ve işlevlerini şaşırtıyor. Yaşamın kökeni olasılığı nedir? İşte bazı örnekler.

Fred Hoyle'un "Uzaydan Evrim" adlı kitabında yaptığı hesaplama etkileyici. Her biri 200 amino asitten oluşan 2.000 hücre enzimini rastgele üretme olasılığı 10 - 4.000'dir - tüm kozmos organik çorba olsa bile, çok küçük bir sayı.

300 amino asitten oluşan bir proteini sentezleme olasılığı 2×10 390'da bir şanstır. Yine çok az. Bir proteindeki amino asitlerin sayısını 20'ye düşürürsek, böyle bir proteinin sentezi için olası kombinasyonların sayısı 1018 olacaktır ki bu 4,5 milyar yıldaki saniye sayısından yalnızca daha büyük bir büyüklük sırasıdır. Evrimin tüm seçenekleri sıralamak ve en iyisini seçmek için zamanının olmadığını görmek kolaydır. Proteinlerdeki amino asitlerin rastgele değil de belirli dizilerde bağlı olduğunu hesaba katarsak, o zaman bir protein molekülünü sentezleme olasılığı, bir maymunun Shakespeare'in trajedilerinden birini rastgele basmış gibi, yani neredeyse sıfır olacaktır.

Bilim adamları, en basit protein kodlama döngüsünde yer alan DNA molekülünün belirli bir dizilimde 600 nükleotitten oluşması gerektiğini hesapladılar. Böyle bir DNA'nın rastgele sentezlenme olasılığı 10-400'dür, yani bunun için 10.400 deneme gerekir.

Tüm bilim adamları bu tür olasılık hesaplamalarıyla aynı fikirde değil. Moleküllerin tercihleri ​​olduğu ve bazı kimyasal bağların her zaman diğerlerinden daha olası olduğu için, rastgele kombinasyon seçimi ile protein sentezi şansını hesaplamanın yanlış olduğuna dikkat çekiyorlar. Avustralyalı biyokimyacı Ian Musgrave'e göre, abiyogenez olasılığını hesaplamak genellikle anlamsızdır. Birincisi, monomerlerden polimerlerin oluşumu tesadüfi değildir, fizik ve kimya yasalarına uyar. İkincisi, modern protein, DNA veya RNA moleküllerinin oluşumunu hesaplamak, ilk canlı sistemlerin parçası olmadıkları için yanlıştır. Belki de bugün var olan organizmaların yapısında geçmiş zamanlara ait hiçbir şey kalmamıştır. Artık ilk organizmaların sadece 30-40 monomerden oluşan çok basit kısa molekül sistemleri olduğuna inanılıyor. Yaşam, tasarımı yavaş yavaş karmaşıklaştıran çok basit organizmalarla başladı. Doğa hemen bir Boeing 747 inşa etmeye çalışmadı bile. Üçüncüsü, düşük olasılıktan korkmayın. Milyonda bir şans mı? Ne yani, çünkü ilk denemede düşebilir.

Hayat nedir

Filozoflar hayatın bir tanımını ararken yalnız değiller. Biyokimyacıların anlaması için böyle bir tanım gereklidir: Bir test tüpünde ne oldu - canlı mı cansız mı? Hayatın başlangıcını araştırmak için en eski kayaları inceleyen paleontologlar. Dünya dışı kökenli organizmalar arayan ekzobiyologlar. Hayatı tanımlamak kolay değil. Büyük Sovyet Ansiklopedisi'nin sözleriyle, "canlı ve cansız nesneler arasında kesin olarak bilimsel bir ayrım yapmak bazı zorluklarla karşılaşır." Gerçekten de, yalnızca canlı bir organizmanın özelliği nedir? Belki bir dizi dış işaret? Beyaz, yumuşak, hareketli, ses çıkaran bir şey. Bitkiler, mikroplar ve diğer birçok organizma sessiz oldukları ve hareket etmedikleri için bu ilkel tanıma girmezler. Hayatı kimyasal açıdan karmaşık organik bileşiklerden oluşan bir madde olarak düşünebilirsiniz: amino asitler, proteinler, yağlar. Ancak bu bileşiklerin basit bir mekanik karışımının canlı olarak kabul edilmesi gerekir ki bu doğru değildir. Üzerinde geniş bir bilimsel fikir birliği bulunan daha iyi bir tanım, canlı sistemlerin benzersiz işlevleriyle ilgilidir.

Kalıtsal bilginin tam bir kopyası torunlara iletildiğinde, çoğalma yeteneği, tüm dünyevi yaşamın ve hatta en küçük parçacığının - bir hücrenin doğasında vardır. Bu nedenle hücre, yaşamın ölçü birimi olarak alınır. Hücrelerin bileşenleri: proteinler, amino asitler, enzimler - ayrı ayrı alındığında canlı olmayacaktır. Bu, bu maddelerin sentezi üzerine yapılan başarılı deneylerin, yaşamın kökeni sorusuna bir cevap olarak kabul edilemeyeceği gibi önemli bir sonuca götürür. Bu alanda ancak tüm hücrenin nasıl meydana geldiği netleştiğinde bir devrim olacaktır. Hiç şüphesiz, gizemi keşfedenlere Nobel Ödülü verilecektir. Sistemin canlı denilebilmesi için üreme işlevinin yanı sıra gerekli, ancak yetersiz bir takım özellikleri vardır. Canlı bir organizma, genetik düzeyde çevresel değişikliklere uyum sağlayabilir. Bu hayatta kalmak için çok önemlidir. Değişkenlik sayesinde, yaşam, felaketler sırasında ve şiddetli buzul çağlarında, erken Dünya'da hayatta kaldı.

Canlı bir sistemin önemli bir özelliği, katalitik aktivite, yani sadece belirli reaksiyonları gerçekleştirme yeteneğidir. Metabolizma bu özelliğe dayanır - çevreden gerekli maddelerin seçimi, işlenmesi ve daha fazla yaşam için gerekli enerjinin elde edilmesi. Bir hayatta kalma algoritmasından başka bir şey olmayan metabolik şema, hücrenin genetik koduna sabitlenmiştir ve kalıtım mekanizması yoluyla torunlara iletilir. Kimyagerler, katalitik aktiviteye sahip, ancak çoğalamayan ve bu nedenle canlı olarak kabul edilemeyen birçok sistem bilirler.

belirleyici deney

Hücrenin bir gün kimyasal elementlerin atomlarından kendi kendine ortaya çıkması umudu yoktur. Bu inanılmaz bir seçenek. Basit bir bakteri hücresi yüzlerce gen, binlerce protein ve farklı molekül içerir. Fred Hoyle, bir hücrenin sentezinin, bir hurdalığı süpüren bir kasırgada bir Boeing'in montajı kadar inanılmaz olduğu konusunda şaka yaptı. Yine de Boeing var, bu da bir şekilde "birleştirilmiş" veya daha doğrusu "kendi kendine monte edilmiş" olduğu anlamına geliyor. Mevcut fikirlere göre, Boeing'in “kendi kendine montajı” 4,5 milyar yıl önce başladı, süreç kademeli olarak ilerledi ve zaman içinde bir milyar yıl uzatıldı. En az 3.5 milyar yıl önce, Dünya'da zaten yaşayan bir hücre vardı.

Canlıların cansızlardan sentezi için, ilk aşamada, gezegenin atmosferinde ve su kütlelerinde basit organik ve inorganik bileşikler bulunmalıdır: C, C 2 , C 3 , CH, CN, CO, CS , HCN, CH 3 CH, NH, O, OH, H 2 O, S. Stanley Miller, abiojenik sentez üzerine yaptığı ünlü deneylerde, hidrojen, metan, amonyak ve su buharını karıştırmış, daha sonra ısıtılmış karışımı elektriksel deşarjlardan geçirip soğutmuştur. o. Bir hafta sonra, hücresel proteinlerin bir parçası olan glisin, alanin ve aspartik asit dahil yedi amino asit içeren şişede kahverengi bir sıvı oluştu. Miller'in deneyi, daha karmaşık hücre bileşenlerinin sentezinde yer alan maddeler olan prebiyolojik organiklerin nasıl oluşabileceğini gösterdi. O zamandan beri biyologlar, ciddi soruna rağmen bu sorunun çözüldüğünü düşünüyorlar. Gerçek şu ki, amino asitlerin abiojenik sentezi sadece indirgeyici koşullar altında gerçekleşir, bu nedenle Oparin, erken Dünya atmosferinin metan-amonyak olduğuna inandı. Ancak jeologlar bu sonuca katılmıyorlar.

Erken atmosfer sorunu

Uzmanlar, metan ve amonyak'ın Dünya'da büyük miktarlarda gelebileceği hiçbir yer olmadığını söylüyor. Ek olarak, bu bileşikler çok kararsızdır ve güneş ışığı tarafından yok edilir, bu gazlar gezegenin bağırsaklarından salınsa bile metan-amonyak atmosferi var olamaz. Jeologlara göre, 4,5 milyar yıl önce Dünya'nın atmosferine, kimyasal olarak nötr bir ortam yaratan karbondioksit ve azot hakimdi. Bu, o zamanlar mantodan eritilen en eski kayaların bileşimi ile kanıtlanmıştır. Grönland'da 3,9 milyar yıllık gezegendeki en eski kayalar bulundu. Bunlar sözde gri gnayslardır - orta bileşimli oldukça değişmiş magmatik kayaçlar. Bu kayalardaki değişim, aynı anda atmosferi doyuran mantodaki karbondioksit sıvılarının etkisi altında milyonlarca yıl devam etti. Bu koşullar altında abiyojenik sentez imkansızdır.

Akademisyen E.M. Galimov, Jeokimya ve Analitik Kimya Enstitüsü müdürü. VE. Vernadsky RAS. Yerkabuğunun, gezegenin oluşumundan sonraki ilk 50-100 milyon yılda çok erken ortaya çıktığını ve ağırlıklı olarak metalik olduğunu hesapladı. Böyle bir durumda, manto gerçekten de indirgeme koşulları yaratmak için yeterli miktarlarda metan ve amonyak salmış olmalıdır. Amerikalı bilim adamları K. Sagan ve K. Chaiba, metan atmosferini yıkımdan korumak için bir mekanizma önerdiler. Şemalarına göre, ultraviyole radyasyonun etkisi altında metanın ayrışması, üst atmosferdeki organik parçacıklardan bir aerosol oluşmasına yol açabilir. Bu parçacıklar güneş radyasyonunu emdi ve gezegenin azaltıcı ortamını korudu. Doğru, bu mekanizma Mars için geliştirildi, ancak erken Dünya'ya uygulanabilir.

Prebiyolojik organiklerin oluşumu için uygun koşullar Dünya'da uzun sürmedi. Önümüzdeki 200-300 milyon yıl boyunca, manto oksitlenmeye başladı, bu da ondan karbondioksit salınımına ve atmosferin bileşiminde bir değişikliğe yol açtı. Ama o zamana kadar, yaşamın başlangıcı için ortam çoktan hazırlanmıştı.

Denizin dibinde

İlkel yaşam, volkanların çevresinde ortaya çıkmış olabilir. Okyanusların hala kırılgan olan tabanında, magma sızdıran ve gazları kaynatan sayısız fay ve çatlak hayal edin. Hidrojen sülfür buharı ile doymuş bu bölgelerde metal sülfit birikintileri oluşur: demir, çinko, bakır. Ya birincil organiklerin sentezi, karbon dioksit ve hidrojen reaksiyonu kullanılarak doğrudan demir-kükürt minerallerinin yüzeyinde gerçekleştiyse? Neyse ki, her ikisinden de çok fazla var: magmadan karbondioksit ve monoksit salınıyor ve sıcak magma ile kimyasal etkileşimi sırasında sudan hidrojen salınıyor. Ayrıca sentez için gerekli bir enerji akışı da vardır.

Bu hipotez jeolojik verilerle tutarlıdır ve erken organizmaların modern kemosentetik bakteriler gibi aşırı koşullarda yaşadığı varsayımına dayanmaktadır. XX yüzyılın 60'larında, araştırmacılar Pasifik Okyanusu'nun dibinde sualtı volkanları keşfettiler - siyah sigara içenler. Orada, + 120 ° sıcaklıkta güneş ışığına ve oksijene erişimi olmayan zehirli gaz kulüplerinde mikroorganizma kolonileri vardır. Siyah sigara içenlere benzer koşullar, stromatolit katmanlarının kanıtladığı gibi, 2.5 milyar yıl önce Dünya'daydı - mavi-yeşil alglerin hayati aktivitesinin izleri. Bu mikroplara benzer formlar, 3.5 milyar yıllık en eski organizmaların kalıntıları arasındadır.

Volkanik hipotezi doğrulamak için, verilen koşullar altında abiyojenik sentezin mümkün olduğunu gösterecek bir deneye ihtiyaç vardır. Bu yöndeki çalışmalar ABD, Almanya, İngiltere ve Rusya'dan biyokimyacı grupları tarafından yürütülüyor, ancak şimdiye kadar başarılı olamadı. Cesaret verici sonuçlar 2003 yılında Biyokimya Enstitüsü'nün evrimsel biyokimya laboratuvarından genç bir araştırmacı Mikhail Vladimirov tarafından elde edildi. BİR. Bach RAS. Laboratuvarda yapay bir siyah içici yarattı: katot görevi gören tuzlu su ile doldurulmuş bir otoklava bir pirit diski (FeS 2) yerleştirildi; sistemden karbondioksit ve elektrik akımı geçti. Bir gün sonra, otoklavda formik asit ortaya çıktı - canlı hücrelerin metabolizmasında yer alan ve daha karmaşık biyolojik maddelerin abiyojenik sentezi için bir malzeme görevi gören en basit organik madde.

Atmosferik nitrojeni sabitleyebilen siyanobakteriler

Yaşanabilir Gezegen Avcıları

Yaşamın kökenine ilişkin her iki teori, panspermi ve abiyogenez, yaşamın Evrende benzersiz bir fenomen olmadığını, diğer gezegenlerde olması gerektiğini varsayar. Ama nasıl bulunur? Uzun zamandır, henüz olumlu sonuç vermeyen yaşamı aramanın tek yöntemi vardı - uzaylılardan gelen radyo sinyalleri. 20. yüzyılın sonunda, güneş sisteminin dışındaki gezegenleri aramak için teleskopları kullanmak gibi yeni bir fikir ortaya çıktı. Ötegezegen avı başladı. 1995'te ilk örnek yakalandı: Jüpiter'in yarısı kadar kütleye sahip, Pegasus takımyıldızındaki 51. yıldızın yörüngesinde hızla dönen bir gezegen. Yaklaşık 10 yıllık araştırma sonucunda 141 gezegen içeren 118 gezegen sistemi keşfedildi. Bu sistemlerin hiçbiri Güneş'e benzemez, gezegenlerin hiçbiri - Dünya'ya. Bulunan ötegezegenler kütle olarak Jüpiter'e yakındır, yani Dünya'dan çok daha büyüktürler. Uzak devler, yörüngelerinin özellikleri nedeniyle yaşanmaz. Bazıları yıldızına çok yakın dönüyor, bu da yüzeylerinin sıcak olduğu ve içinde yaşamın geliştiği sıvı su olmadığı anlamına geliyor. Gezegenlerin geri kalanı - onların azınlıkları - iklimi çarpıcı biçimde etkileyen uzun bir eliptik yörüngede hareket ederler: oradaki mevsimlerin değişimi çok keskin olmalıdır ve bu organizmalar için zararlıdır.

Yaşamın kökenine ilişkin her iki teori, panspermi ve abiyogenez, yaşamın Evrende benzersiz bir fenomen olmadığını, diğer gezegenlerde olması gerektiğini varsayar. Ama nasıl bulunur? Uzun zamandır, henüz olumlu sonuç vermeyen yaşamı aramanın tek yöntemi vardı - uzaylılardan gelen radyo sinyalleri. 20. yüzyılın sonunda, güneş sisteminin dışındaki gezegenleri aramak için teleskopları kullanmak gibi yeni bir fikir ortaya çıktı. Ötegezegen avı başladı. 1995'te ilk örnek yakalandı: Jüpiter'in yarısı kadar kütleye sahip, Pegasus takımyıldızındaki 51. yıldızın yörüngesinde hızla dönen bir gezegen. Yaklaşık 10 yıllık araştırma sonucunda 141 gezegen içeren 118 gezegen sistemi keşfedildi. Bu sistemlerin hiçbiri Güneş'e benzemez, gezegenlerin hiçbiri - Dünya'ya. Bulunan ötegezegenler kütle olarak Jüpiter'e yakındır, yani Dünya'dan çok daha büyüktürler. Uzak devler, yörüngelerinin özellikleri nedeniyle yaşanmaz. Bazıları yıldızına çok yakın dönüyor, bu da yüzeylerinin sıcak olduğu ve içinde yaşamın geliştiği sıvı su olmadığı anlamına geliyor. Gezegenlerin geri kalanı - onların azınlıkları - iklimi çarpıcı biçimde etkileyen uzun bir eliptik yörüngede hareket ederler: oradaki mevsimlerin değişimi çok keskin olmalıdır ve bu organizmalar için zararlıdır.

Güneş tipi bir gezegen sisteminin keşfedilmemiş olması, bazı bilim adamlarının karamsar açıklamalarına neden oldu. Belki Evrende küçük taş gezegenler çok nadirdir veya Dünyamız genellikle türünün tek örneğidir veya belki de ölçümlerin doğruluğundan yoksundur. Ancak umut en son ölür ve astronomlar yöntemlerini geliştirmeye devam ederler. Şimdi doğrudan gözlemle değil, dolaylı işaretlerle gezegen arıyorlar çünkü teleskopların çözünürlüğü yeterli değil. Böylece Jüpiter benzeri devlerin konumu, yıldızlarının yörüngeleri üzerinde uyguladıkları kütleçekimsel bozulmadan hesaplanır. 2006'da Avrupa Uzay Ajansı, diskinden geçerken bir yıldızı karartarak karasal kütleli gezegenleri arayacak olan Korot uydusunu fırlatacak. Gezegenleri avlamanın aynı yolu, 2007'den itibaren NASA'nın Kepler uydusu olacaktır. 2 yıl sonra NASA, daha büyük kütleli cisimler üzerindeki etkileriyle küçük gezegenleri tespit etmek için çok hassas bir yöntem olan bir uzay interferometrisi görevi organize edecek. Bilim adamları yalnızca 2015 yılına kadar doğrudan gözlem için cihazlar inşa edecekler - aynı anda yaşam belirtileri arayabilen "Dünya benzeri gezegen avcısı" adı verilen bir uzay teleskopu filosu olacak.

Dünya gibi gezegenler keşfedildiğinde bilimde yeni bir dönem başlayacak ve bilim adamları şimdi bu olay için hazırlanıyorlar. Çok uzak bir mesafeden, en ilkel formları - bakteri veya en basit çok hücreli organizmalar olsa bile, gezegenin atmosferindeki yaşam izlerini tanıyabilmelidir. Evrende ilkel yaşamı keşfetme olasılığı, yeşil adamlarla temas kurmaktan daha yüksektir, çünkü Dünya'da yaşam 4 milyar yıldan fazladır var ve bunun yalnızca bir asrı gelişmiş bir uygarlığa düşüyor. İnsan yapımı sinyallerin ortaya çıkmasından önce, varlığımızı ancak atmosferdeki özel bileşiklerin varlığıyla öğrenmek mümkündü - biyobelirteçler. Ana biyobelirteç, oksijenin varlığını gösteren ozondur. Su buharı, sıvı suyun varlığı anlamına gelir. Karbondioksit ve metan bazı organizma türleri tarafından yayılır. Uzak gezegenlerde biyobelirteç aramak, Avrupalı ​​bilim adamlarının 2015'te başlatacağı Darwin misyonuna emanet edilecek. Altı kızılötesi teleskop, Dünya'dan 1,5 milyon kilometre uzakta olacak ve yakınlardaki birkaç bin gezegen sistemini araştıracak. Darwin projesi, atmosferdeki oksijen miktarına göre, birkaç yüz milyon yıllık çok genç yaşamı belirleyebiliyor.

Gezegenin atmosferinin radyasyonunda üç maddenin - ozon, su buharı ve metan - spektral çizgileri varsa, bu, yaşamın varlığı lehine ek bir kanıttır. Bir sonraki adım, türünü ve gelişme derecesini belirlemektir. Örneğin, klorofil moleküllerinin varlığı, gezegende enerji için fotosentezi kullanan bakteri ve bitkiler olduğu anlamına gelir. Yeni nesil biyobelirteçlerin geliştirilmesi çok umut verici bir iştir, ancak hala uzak bir gelecek.

organik kaynak

Dünyada prebiyolojik organiklerin sentezi için koşullar olmasaydı, uzayda olabilirlerdi. 1961'de Amerikalı biyokimyacı John Oro, organik moleküllerin kuyruklu yıldız kökeni hakkında bir makale yayınladı. Yoğun bir atmosfer tarafından korunmayan genç Dünya, esas olarak buzdan oluşan, ancak aynı zamanda amonyak, formaldehit, hidrojen siyanür, siyanoasetilen, adenin ve amino asitlerin abiojenik sentezi için gerekli diğer bileşikleri de içeren kuyruklu yıldızların yoğun bombardımanına maruz kaldı, nükleik ve yağ asitleri - hücrelerin ana bileşenleri. Gökbilimcilere göre, Dünya yüzeyine 1.021 kg kuyruklu yıldız maddesi düştü. Kuyruklu yıldızların suları, yaşamın yüz milyonlarca yıl sonra geliştiği okyanusları oluşturdu.

Gözlemler, kozmik cisimlerde ve yıldızlararası toz bulutlarında basit organikler ve hatta amino asitler olduğunu doğrulamaktadır. Spektral analiz, Haley-Bopp kuyruklu yıldızının kuyruğunda adenin ve pürinin varlığını gösterdi ve Murchison göktaşında pirimidin bulundu. Bu bileşiklerin uzayda oluşumu fizik ve kimya kanunlarına aykırı değildir.

Kuyruklu yıldız hipotezi, kozmologlar arasında da popülerdir, çünkü Ay'ın oluşumundan sonra Dünya'daki yaşamın ortaya çıkışını açıklar. Genel olarak inanıldığı gibi, yaklaşık 4,5 milyar yıl önce Dünya, devasa bir kozmik bedenle çarpıştı. Yüzeyi eridi, maddenin bir kısmı yörüngeye sıçradı ve oradan küçük bir uydu olan Ay oluştu. Böyle bir felaketten sonra gezegende hiçbir organik madde ve su kalmamalıydı. Nereden geldiler? Kuyruklu yıldızlar onları geri getirdi.

polimer sorunu

Hücresel proteinler, DNA, RNA, polimerlerdir, iplikler gibi çok uzun moleküllerdir. Polimerlerin yapısı oldukça basittir, belirli bir düzende tekrar eden parçalardan oluşurlar. Örneğin selüloz, bitkilerin bir parçası olan dünyadaki en yaygın moleküldür. Bir selüloz molekülü on binlerce karbon, hidrojen ve oksijen atomundan oluşur, ancak aynı zamanda bir kolyede olduğu gibi birbirine bağlı daha kısa glikoz moleküllerinin tekrarlanmasından başka bir şey değildir. Proteinler bir amino asit zinciridir. DNA ve RNA - bir nükleotid dizisi. Ve toplamda, bunlar çok uzun diziler. Böylece, kodu çözülen insan genomu 3 milyar çift nükleotitten oluşur.

Hücrede, polimerler sürekli olarak karmaşık matris kimyasal reaksiyonlarla üretilir. Bir protein elde etmek için, bir amino asidin bir ucundan hidroksil grubu OH'yi ve diğer ucundan hidrojen atomunu ayırması ve ancak bundan sonra bir sonraki amino asidi "yapıştırması" gerekir. Suyun bu süreçte ve tekrar tekrar oluştuğunu görmek kolaydır. Suyun serbest bırakılması, yani dehidrasyon, yaşamın kökeninin anahtarı olan çok eski bir süreçtir. Protein fabrikası olan hücre yokken bu nasıl oldu? Sıcak, sığ bir göletle ilgili bir sorun da var - canlı sistemlerin beşiği. Gerçekten de, polimerizasyon sırasında suyun uzaklaştırılması gerekir, ancak etrafta çok fazla varsa bu imkansızdır.

kil geni

İlkel çorbada canlı sistemin doğmasına yardımcı olan, süreci hızlandıran ve enerji sağlayan bir şey olmalıydı. 1950'lerde İngiliz kristalograf John Bernal, herhangi bir rezervuarın tabanıyla bolca kaplanmış olan sıradan kilin böyle bir yardımcı olabileceğini öne sürdü. Kil mineralleri, biyopolimerlerin oluşumuna ve kalıtım mekanizmasının ortaya çıkmasına katkıda bulunmuştur. Bernal'in hipotezi yıllar içinde güçlendi ve birçok takipçiyi kendine çekti. Ultraviyole ışınlanmış kil parçacıklarının, biyopolimer birleştirme reaksiyonu için harcanan ortaya çıkan enerji rezervini depoladığı ortaya çıktı. Kilin varlığında, monomerler, bir tür RNA gibi, kendi kendini kopyalayan moleküller halinde birleşirler.

Çoğu kil minerali yapısal olarak polimerlere benzer. Zayıf kimyasal bağlarla birbirine bağlanan çok sayıda katmandan oluşurlar. Böyle bir mineral şerit kendi kendine büyür, sonraki her katman bir öncekini tekrarlar ve bazen kusurlar meydana gelir - gerçek genlerde olduğu gibi mutasyonlar. İskoç kimyager A.J. Kearns-Smith, kil geninin dünyadaki ilk organizma olduğunu iddia etti. Kil parçacıklarının katmanları arasına girerek, onlarla etkileşime giren organik moleküller, bilgi depolama ve büyüme yolunu benimsediler, denilebilir, öğrendiler. Bir süre, mineraller ve proto-yaşam barış içinde bir arada var oldu, ancak Kearns-Smith'e göre kısa süre sonra bir kırılma veya genetik devralma oldu, ardından yaşam mineral yuvasını terk etti ve kendi gelişimine başladı.

En eski mikroplar

Batı Avustralya'nın 3.5 milyar yıllık siyah şeylleri, Dünya'da şimdiye kadar keşfedilen en eski organizmaların kalıntılarını içeriyor. Sadece mikroskop altında görülebilen toplar ve lifler prokaryotlara aittir - hücresinde hala çekirdek olmayan ve DNA sarmalı doğrudan sitoplazmaya yerleştirilmiş mikroplar. En eski fosiller 1993 yılında Amerikalı paleobiyolog William Schopf tarafından keşfedildi. Avustralya'daki Büyük Kum Çölü'nün batısındaki Pilbara Kompleksi'nin volkanik ve tortul kayaları, Dünya'daki en eski kayalardan bazılarıdır. Mutlu bir tesadüf eseri, bu oluşumlar güçlü jeolojik süreçlerin etkisi altında çok fazla değişmedi ve ara katmanlarda erken canlıların kalıntılarını korudu.

Küçük topların ve liflerin geçmişte yaşayan organizmalar olduğundan emin olmak zor çıktı. Bir kayadaki bir dizi küçük boncuk herhangi bir şey olabilir: mineraller, biyolojik olmayan organikler, optik bir yanılsama. Toplamda, Schopf prokaryotlarla ilgili 11 tür fosil saydı. Bilim adamına göre bunlardan 6 tanesi siyanobakteriler veya mavi-yeşil alglerdir. Benzer türler hala Dünya'da tatlı sularda ve okyanuslarda, kaplıcalarda ve volkanların yakınında bulunmaktadır. Schopf, siyah şeyllerdeki şüpheli nesnelerin canlı olarak kabul edilmesi gereken altı işaret saydı.

Bu işaretler:
1. Fosiller organik maddelerden oluşur
2. Karmaşık bir yapıya sahiptirler - lifler çeşitli şekillerde hücrelerden oluşur: silindirler, kutular, diskler
3. Birçok nesne var - sadece 200 fosilde 1.900 hücre var
4. Nesneler, aynı nüfusun modern temsilcileri gibi birbirine benzer.
5. Bunlar, erken Dünya'nın koşullarına iyi uyum sağlayan organizmalardı. Denizin dibinde, kalın bir su ve mukus tabakasıyla ultraviyole radyasyondan korunarak yaşadılar.
6. Bölünme aşamasındaki hücre bulgularının kanıtladığı gibi, nesneler modern bakteriler gibi çoğaldı.

Bu tür eski siyanobakterilerin keşfi, yaklaşık 3.5 milyar yıl önce karbondioksit tüketen ve oksijen üreten organizmaların olduğu, modern türlerin yaptığı gibi güneş radyasyonundan saklanabildiği ve yaralanmalardan kurtulabildiği anlamına geliyor. Biyosfer şimdiden şekillenmeye başladı. Bilim için bu keskin bir andır. William Schopf'un da kabul ettiği gibi, bu tür saygın ırklarda daha ilkel yaratıklar bulmayı tercih ederdi. Ne de olsa, en eski siyanobakterilerin keşfi, yaşamın başlangıcını jeolojik tarihten sonsuza kadar silinmiş bir dönem için geriye iter, jeologların onu tespit edip okuyabilmeleri pek olası değildir. Kayalar ne kadar eskiyse, o kadar uzun süre basınç, sıcaklık ve yıpranmış durumdaydılar. Batı Avustralya'ya ek olarak, fosillerin bulunabileceği gezegende çok eski kayalara sahip tek bir yer hayatta kaldı - Güney Afrika'nın doğusunda Svaziland krallığında. Ancak Afrika ırkları milyarlarca yıl içinde çarpıcı değişiklikler geçirdi ve eski organizmaların izleri kayboldu.

Şu anda, jeologlar Dünya'nın kayalarında yaşamın başlangıcını bulamadılar. Açıkçası, hiçbir canlı organizmanın olmadığı zaman aralığını adlandıramazlar. Ayrıca, canlıların evriminin erken evrelerini -3,5 milyar yıl öncesine kadar- izleyemezler. Büyük ölçüde jeolojik kanıtların olmaması nedeniyle, yaşamın kökeninin gizemi çözülmedi.

Realist ve Sürrealist

Uluslararası Yaşamın Kökeni Araştırmaları Derneği'nin (ISSOL) ilk konferansı 1973'te Barselona'da yapıldı. Bu konferansın amblemi Salvador Dali tarafından çizildi. İşte böyleydi. Amerikalı bir biyokimyacı olan John Oro, sanatçıyla arkadaştı. 1973'te Paris'te buluştular, Maxim'de yemek yediler ve holografi üzerine bir konferansa gittiler. Konferanstan sonra Dali beklenmedik bir şekilde bilim insanını ertesi gün oteline gelmeye davet etti. Oro geldi ve Dali ona canlı sistemlerdeki kiralite sorununu simgeleyen bir çizim verdi. Sızan su birikintisinden ters çevrilmiş bir kum saati deseninde iki kristal büyür ve evrimin bitiş zamanını ima eder. Solda bir kadın figürü oturuyor, sağda bir adam duruyor ve bir kelebek kanadı tutuyor, kristaller arasında bir DNA solucanı rüzgarları. Şekilde gösterilen sol ve sağ kuvars kristalleri, Oparin'in 1957 tarihli The Origin of Life on Earth kitabından alınmıştır. Bilim adamını şaşırtan bir şekilde Dali, bu kitabı odasında tuttu! Konferanstan sonra Oparinler, Katalonya kıyısındaki Dali'yi ziyarete gittiler. Her iki ünlü de iletişim kurma arzusundan ölüyordu. Gerçekçi ve sürrealist arasında, yüz ifadeleri ve jestlerin diliyle canlandırılan uzun bir konuşma başladı - sonuçta Oparin sadece Rusça konuştu.

RNA dünyası

Abiyogenez teorisinde, yaşamın kökeni arayışı, hücreden daha basit bir sistem fikrine yol açar. Modern hücre olağanüstü karmaşıktır, çalışması üç sütuna dayanır: DNA, RNA ve proteinler. DNA kalıtsal bilgileri depolar, proteinler DNA'da belirtilen şemaya göre kimyasal reaksiyonları gerçekleştirir, DNA'dan proteinlere bilgi RNA tarafından iletilir. Basitleştirilmiş bir sisteme neler dahil edilebilir? En azından kendini çoğaltabilen ve metabolizmayı düzenleyebilen hücre bileşenlerinden bazıları.

Aslında yaşamın başladığı en eski molekül arayışı neredeyse bir asırdır devam ediyor. Jeologların dünyanın tarihini kaya katmanlarından yeniden oluşturmaları gibi, biyologlar da yaşamın evrimini hücrenin yapısına göre keşfederler. 20. yüzyıldaki bir dizi keşif, yaşamın atası haline gelen kendiliğinden doğan bir genin hipotezine yol açtı. DNA molekülünün böyle bir birincil gen olabileceğini düşünmek doğaldır, çünkü yapısı ve içindeki değişiklikler hakkında bilgi depolar. Yavaş yavaş, DNA'nın diğer nesillere bilgi aktaramayacağını öğrendiler, bunun için yardımcılara ihtiyacı var - RNA ve proteinler. 20. yüzyılın ikinci yarısında RNA'nın yeni özellikleri keşfedildiğinde, bu molekülün yaşamın kökeni hakkındaki oyundaki ana rol için daha uygun olduğu ortaya çıktı.

RNA molekülü yapı olarak DNA'dan daha basittir. Daha kısadır ve tek iplikten oluşur. Bu molekül bir katalizör görevi görebilir, yani seçici kimyasal reaksiyonlar gerçekleştirebilir, örneğin amino asitleri birbirine bağlayabilir ve özellikle kendi replikasyonunu, yani üremesini gerçekleştirebilir. Bilindiği gibi, seçici katalitik aktivite, canlı sistemlerin doğasında bulunan temel özelliklerden biridir. Modern hücrelerde bu işlevi yalnızca proteinler gerçekleştirir. Belki de bu yetenek zamanla onlara geçti ve bir kez bu RNA tarafından yapıldı.

RNA'nın başka neler yapabileceğini bulmak için bilim adamları onu yapay olarak üretmeye başladılar. RNA molekülleriyle doyurulmuş bir çözeltide kendi ömrü kaynar. Sakinler parçaları değiştirir ve kendilerini çoğaltır, yani bilgi torunlara iletilir. Böyle bir kolonide moleküllerin kendiliğinden seçimi, doğal seçilime benzer, yani kontrol edilebilir. Yetiştiriciler yeni hayvan ırkları yetiştirdikçe, aynı zamanda istenilen özelliklere sahip RNA da üretmeye başladılar. Örneğin, nükleotidleri uzun zincirler halinde birleştirmeye yardımcı olan moleküller; yüksek sıcaklık molekülleri vb.

Petri kaplarındaki molekül kolonileri - bu RNA dünyası, sadece yapay. RNA'nın doğal dünyası, 4 milyar yıl önce, moleküllerin kendiliğinden üremesinin gerçekleştiği sıcak su birikintileri ve küçük göllerde ortaya çıkmış olabilir. Yavaş yavaş, moleküller topluluklar halinde toplanmaya ve güneş altında bir yer için birbirleriyle rekabet etmeye başladılar, en uygun olanı hayatta kaldı. Doğru, bu tür kolonilerde bilgi aktarımı yanlıştır ve bireysel bir "bireyin" yeni edinilmiş özellikleri kaybolabilir, ancak bu eksiklik çok sayıda kombinasyonla kapatılır. RNA seçimi çok hızlıydı ve yarım milyar yıl içinde bir hücre ortaya çıkabilirdi. Yaşamın ortaya çıkmasına ivme kazandıran RNA dünyası yok olmadı, dünyadaki tüm organizmaların içinde var olmaya devam ediyor.

RNA dünyası neredeyse canlıdır, canlanmayı tamamlamak için sadece bir adım kaldı - bir hücre üretmek. Hücre, güçlü bir zar ile ortamdan ayrılır, yani RNA dünyasının evrimindeki bir sonraki aşama, moleküllerin birbiriyle ilişkili olduğu kolonilerin yağlı bir zara dönüşmesidir. Böyle bir ön hücre tesadüfen olabilir, ancak tam teşekküllü bir canlı hücre olabilmesi için zarın nesilden nesile yeniden üretilmesi gerekiyordu. Kolonideki yapay seçilim yardımıyla zarın büyümesinden sorumlu olan RNA'yı çıkarmak mümkün ama bu gerçekten oldu mu? ABD Massachusetts Institute of Technology'den yapılan deneylerin yazarları, laboratuvarda elde edilen sonuçların canlı bir hücrenin gerçek birleşimine mutlaka benzemeyeceğini ve gerçeklerden uzak olabileceğini vurgulamaktadır. Ancak bir deney tüpünde canlı hücre oluşturmak henüz mümkün olmamıştır. RNA dünyası sırlarını tam olarak açıklamadı.

Bilim

Bilim adamlarına göre, dünyadaki yaşam yaklaşık 3 milyar yıl önce başladı: bu süre zarfında, en basit organizmalar karmaşık yaşam biçimlerine dönüşmüştür. Bununla birlikte, bilim adamları için gezegende yaşamın nasıl başladığı hala bir gizem ve bu fenomeni açıklamak için birkaç teori öne sürdüler:

1. Elektrik kıvılcımları

Ünlü Miller-Urey Deneyi'nde bilim adamları, yıldırımın yaşamın başlangıcı için gerekli olan temel maddelerin yaratılmasına katkıda bulunabileceğini kanıtladılar: Elektrik kıvılcımları, büyük miktarlarda su, metan, amonyak ve hidrojenden oluşan bir atmosferde amino asitleri oluşturur. . Daha sonra amino asitlerden daha karmaşık yaşam biçimleri gelişti. Araştırmacılar, milyarlarca yıl önce gezegenin atmosferinin hidrojen açısından fakir olduğunu keşfettikten sonra bu teori biraz değişti. Bilim adamları, metan, amonyak ve hidrojenin elektrik yükleriyle doymuş volkanik bulutlarda bulunduğunu öne sürdüler.

2. Kil

İskoçya, Glasgow Üniversitesi'nden kimyager Alexander Graham Cairns-Smith, hayatın başlangıcında kilin birbirine yakın birçok organik bileşik içerdiğini ve kil, bu maddelerin genlerimize benzer yapılarda düzenlenmesine yardımcı oldu.

DNA, moleküllerin yapısı hakkında bilgi depolar ve DNA'nın genetik dizisi, amino asitlerin proteinlere nasıl inşa edilmesi gerektiğini gösterir. Cairns-Smith, kil kristallerinin organik molekülleri düzenli yapılar halinde organize etmeye yardımcı olduğunu ve daha sonra moleküllerin kendilerinin kilin "yardımı olmadan" bunu yapmaya başladığını öne sürüyor.

3. Derin deniz menfezleri

Bu teoriye göre, Yaşam, hidrojen açısından zengin molekülleri fırlatan su altı hidrotermal menfezlerinde ortaya çıktı. Bu moleküller kayalık yüzeylerinde bir araya gelerek yaşamın doğuşuna yol açan reaksiyonlar için mineral katalizörler haline gelebilirler. Kimyasal ve termal enerji açısından zengin olan bu tür hidrotermal menfezler bugün bile oldukça fazla sayıda canlıya ev sahipliği yapmaktadır.

4. Buz başlangıcı

3 milyar yıl önce Güneş şimdiki kadar parlak değildi ve buna bağlı olarak Dünya'ya daha az ısı ulaştı. bu oldukça olası Dünyanın yüzeyi, kırılgan organik maddeyi koruyan kalın bir buz tabakasıyla kaplıydı. altındaki suda ultraviyole ışınlarından ve kozmik maruziyetten. Ayrıca soğuk, moleküllerin daha uzun süre hayatta kalmasına yardımcı oldu ve yaşamın doğuşuna yol açan reaksiyonlara izin verdi.

5. RNA Dünyası

DNA'nın oluşması için proteinlere, proteinlerin de oluşması için DNA'ya ihtiyacı vardır. Birbirleri olmadan nasıl oluşabilirler? Bilim adamları, RNA'nın, DNA gibi bilgi depolayan bu sürece dahil olduğunu öne sürdüler. RNA'dan sırasıyla proteinler ve DNA oluştu., daha yüksek verimliliği nedeniyle yerini aldı.

Başka bir soru ortaya çıktı: "RNA nasıl ortaya çıktı?". Bazıları gezegende kendiliğinden ortaya çıktığına inanırken, diğerleri böyle bir olasılığı reddediyor.

6. "Basit" teori

Bazı bilim adamları, yaşamın RNA gibi karmaşık moleküllerden değil, birbirleriyle etkileşime giren basit moleküllerden geliştiğini öne sürmüşlerdir. Hücre zarlarına benzer basit kabuklarda olabilirler. Bu basit moleküllerin etkileşimi sonucunda karmaşık daha verimli tepki verir.

7. Panspermi

En sonunda, hayat bizim gezegenimizde değil uzaydan gelmiş olabilir: bilimde bu fenomene panspermi denir. Bu teorinin çok sağlam bir temeli vardır: kozmik etki nedeniyle, Dünya'ya ulaşan taş parçaları periyodik olarak Mars'tan ayrılır. Bilim adamları gezegenimizde Marslı meteoritleri keşfettikten sonra, bu nesnelerin yanlarında bakteri getirdiğini öne sürdüler. Eğer onlara inanıyorsan, o zaman hepimiz marslıyız. Diğer araştırmacılar, diğer yıldız sistemlerinden gelen kuyruklu yıldızların hayat getirdiğini öne sürdüler. Haklı olsalar bile insanlık başka bir soruya cevap arayacaktır: "Uzayda yaşam nasıl ortaya çıktı?".