1. Життя на Землі. Теорії виникнення життя на Землі Походження життя на Землі - один з найбільш важких...

Життя на Землі. Теорії виникнення життя на Землі

Походження життя на Землі - один з найбільш важких і в той же час актуальний і цікавий питання в сучасному природознавстві.

Земля сформувалася, ймовірно, 4,5-5 млрд. Років тому з гігантської хмари космічного пилу. частинки якої спрессовались в розжарену кулю. З нього в атмосферу виділявся водяна пара, а з атмосфери на повільно остигає Землю протягом мільйонів років у вигляді дощів випадала вода. У поглибленнях земної поверхні утворився доісторичний Океан. У ньому приблизно 3,8 млрд. Років тому зародилася первісна життя.

Як сталася сама планета і як на ній з'явилися моря? З цього приводу існує одна широко визнана теорія. Відповідно до неї Земля утворилася з хмар космічного пилу, що містить всі відомі в природі хімічні елементи, які спрессовались в кулю. Гаряча водяна пара виривався з поверхні цього розпеченого червоного кулі, огортаючи його суцільним хмарним покривом, Водяна пара в хмарах повільно охолоджувався і перетворювався в воду, яка випадала у вигляді рясних безперервних дощів на ще розпечену, палаючу Землю. На її поверхні вона знову перетворювалася на водяну пару і поверталася в атмосферу. За мільйони років Земля поступово втратила так багато тепла, що її рідка поверхня, остигаючи, почала тверднути. Так утворилася земна кора.

Пройшли мільйони років, і температура поверхні Землі ще більше знизилася. Зливові води перестали випаровуватися і стали стікати в величезні калюжі. Так почалося вплив води на земну поверхню. А потім через зниження температури стався справжній потоп. Вода, яка до цього випаровувалася в атмосферу і перетворилася в її складову частину, безперервно падала на Землю, з громом і блискавками обрушувалися з хмар потужні зливи.

Мало-помалу в найглибших западинах земної поверхні накопичувалася вода, яка вже не встигала зовсім випаруватися. Її було так багато, що поступово на планеті утворився доісторичний Океан. Блискавки розсікали небо. Але ніхто цього не бачив. На Землі ще не було життя. Безперервний злива почав розмивати гори. Вода стікала з них гучними струмками і бурхливими річками. За мільйони років водні потоки глибоко роз'їли земну поверхню і подекуди з'явилися долини. В атмосфері зменшувався вміст води, а на поверхні планети її накопичувалось все більше.

Суцільний хмарний покрив ставав тонше, поки в один прекрасний день Землі не торкнулася перший промінь сонця. Безперервний дощ скінчився. Більшу частину суші покрив доісторичний Океан. З її верхніх шарів вода вимивала величезна кількість розчинних мінералів і солей, які потрапляли в море. Вода з нього безперервно випаровувалася, утворюючи хмари, а солі осідали, і з плином часу відбувалося поступове засолення морської води. Мабуть, при якихось існували в давнину умовах утворилися речовини, з яких виникли особливі кристалічні форми. Вони росли, як і всі кристали, і давали початок новим кристалів, які приєднували до себе все нові речовини.

Сонячне світло і, можливо, дуже сильні електричні розряди служили в цьому процесі джерелом енергії. Може бути, з таких елементів зародилися перші мешканці Землі - прокаріоти, організми без оформленого ядра, схожі на сучасних бактерій. Вони були анаеробами, тобто не використовували для дихання вільний кисень, якого тоді ще не було в атмосфері. Джерелом їжі для них служили органічні сполуки, що виникли на ще млявої Землі в результаті впливу ультрафіолетового випромінювання Сонця, грозових розрядів і тепла, що утворюється при виверженні вулканів.

Життя існувала тоді в тонкій бактеріальної плівці на дні водойм і у вологих місцях. Цю еру розвитку життя називають архейської. З бактерій, а можливо, і зовсім незалежним шляхом, виникли і крихітні одноклітинні організми - найдавніші найпростіші тварини.

Як виглядала первісна Земля?

Перенесемося на 4 млрд років тому. Атмосфера не містить вільного кисню, він знаходиться тільки в складі окислів. Майже ніяких звуків, крім свисту вітру, шипіння викидає з лавою води і ударів метеоритів об поверхню Землі. Ні рослин, ні тварин, ні бактерій. Може бути, так виглядала Земля, коли на ній з'явилося життя? Хоча ця проблема здавна хвилює багатьох дослідників, їх думки з цього приводу сильно розрізняються. Про умови на Землі того часу могли б свідчити гірські породи, але вони давно зруйнувалися в результаті геологічних процесів і переміщень земної кори.

У цій статті ми коротко розповімо про декілька гіпотез виникнення життя, що відображають сучасні наукові уявлення. Як вважає відомий фахівець в області проблеми виникнення життя Стенлі Міллер, про виникнення життя і початку її еволюції можна говорити з того моменту, як органічні молекули самоорганізовувалися в структури, які змогли відтворювати самих себе. Але це породжує інші питання: як виникли ці молекули; чому вони могли самовідтворюватися і збиратися в ті структури, які дали початок живим організмам; які потрібні для цього умови?

Є кілька теорій про походження життя на Землі. Наприклад, одна з давніх гіпотез свідчить, що вона занесена на Землю з космосу, але незаперечних доказів цього немає. Крім того, те життя, яку ми знаємо, дивно пристосована для існування саме в земних умовах, тому якщо вона і виникла поза Землею, то на планеті земного типу. Більшість же сучасних вчених вважають, що життя зародилося на Землі, в її морях.

У розвитку навчань про походження життя істотне місце займає теорія біогенезу - походження живого тільки від живого. Але багато хто вважає її неспроможною, оскільки вона принципово протиставляє живе неживому і стверджує відхилену наукою ідею вічності життя. Абіогенез - ідея про походження живого з неживого - вихідна гіпотеза сучасної теорії походження життя. У 1924 р відомий біохімік А. І. Опарін висловив припущення, що при потужних електричних розрядах в земній атмосфері, яка 4-4,5 млрд років тому складалася з аміаку, метану, вуглекислого газу і водяної пари, могли виникнути найпростіші органічні сполуки, необхідні для виникнення життя. Передбачення академіка Опаріна виправдалося. У 1955 році американський дослідник С. Міллер, пропускаючи електричні заряди через суміш газів і парів, отримав найпростіші жирні кислоти, сечовину, оцтову і мурашину кислоти і кілька амінокислот. Таким чином, в середині XX століття був експериментально здійснено абіогенним синтез белковоподобних та інших органічних речовин в умовах, що відтворюють умови первісної Землі.

Теорія панспермії - це можливість перенесення органічних сполук, спор мікроорганізмів з одного космічного тіла на інше. Але вона зовсім не дає відповіді на питання, як зародилося життя у Всесвіті? Виникає необхідність обгрунтування виникнення життя в тій точці Всесвіту, вік якої, відповідно до теорії Великого вибуху, обмежений 12-14 мільярдами років. До цього часу не було навіть елементарних частинок. А якщо немає ядер і електронів, немає і хімічних речовин. Потім протягом декількох хвилин виникли протони, нейтрони, електрони, і матерія вступила на шлях еволюції.

Для обґрунтування цієї теорії використовуються багаторазові появи НЛО, наскальні зображення предметів, схожих на ракети і «космонавтів», а також повідомлення нібито про зустрічі з інопланетянами. При вивченні матеріалів метеоритів і комет в них були виявлені багато «попередники живого» - такі речовини, як ціаногени, синильна кислота і органічні сполуки, які, можливо, зіграли роль «насіння», що падали на голу Землю.

Прихильниками цієї гіпотези були лауреати Нобелівської премії Ф. Крик, Л.Оргел. Ф. Крик грунтувався на двох непрямих доказах: універсальності генетичного коду: необхідність для нормального метаболізму всіх живих істот молібдену, який зустрічається зараз на планеті вкрай рідко.

Дослідник з Техаського технологічного університету, після аналізу величезного обсягу зібраної інформації, висунув теорію про те, як же на Землі змогла утворитися життя. Вчений упевнений, що поява ранніх форм найпростішої життя на нашій планеті було б неможливо без участі впали на неї комет і метеоритів. Про свою роботу дослідник поділився на 125-й щорічній зустрічі геологічного товариства Америки, що проходила 31 жовтня в місті Денвер, Колорадо.

Автор роботи, професор геонауки в Техаському технологічному університеті (ТТУ) і куратор музею палеонтології при університеті, Санкар Чаттерджі розповів, що до такого висновку він прийшов після аналізу інформації про ранню геологічної історії нашої планети і зіставлення цих даних з різними теоріями хімічної еволюції.

Експерт вважає, що такий підхід дозволяє пояснити один із самих прихованих і не до кінця вивчених періодів в історії нашої планети. На думку багатьох геологів, основна маса космічних «бомбардувань», в яких брали участь комети і метеорити, припадала на час близько 4 мільярдів років тому. Чаттерджі вважає, що найраніша життя на Землі утворилася в кратерах, залишених при падінні метеоритів і комет. І найімовірніше це сталося в період «Пізньої важкого бомбардування» (3,8-4,1 мільярда років тому), коли зіткнення дрібних космічних об'єктів з нашою планетою різко зросла. На той час доводилося відразу кілька тисяч випадків падіння комет. Що цікаво, цю теорію побічно підтримує Модель Ніцци. Згідно неї реальне число комет і метеоритів, які повинні були впасти на Землю в той час, відповідає реальному числу кратерів на Місяці, що стала в свою чергу свого роду щитом для нашої планети і не дозволила нескінченної бомбардуванню її знищити.

Деякі вчені припускають, що результатом цього бомбардування є заселення життям океанів Землі. При цьому кілька досліджень на цю тему вказують на те, що наша планета має більше запасів води, ніж повинна була. А надлишок цей списують на комети, які прилетіли до нас з Хмари Оорта, що знаходиться приблизно в одному світловому рік від нас.

Чаттерджі вказує, що утворилися в результаті цих зіткнень кратери заповнилися розтанула водою з самих комет, а також необхідними хімічними будівельними блоками, необхідними для утворення найпростіших організмів. При цьому вчений вважає, що ті місця, де навіть після такої бомбардування не з`явилася життя, просто виявилися непридатні для цього.

«Коли близько 4,5 мільярда років тому утворилася Земля, вона була повністю непридатна для появи на ній живих організмів. Це був справжній киплячий котел з вулканів, отруйного гарячого газу і постійно падаючих на неї метеоритів », - пише онлайн-журнал AstroBiology, посилаючись на вченого.

«А через один мільярд років вона стала тихою і спокійно планетою, багатою величезними запасами води, населеній різними представниками мікробного життя - предками всіх живих істот».

Група вчених під керівництвом Данина Ло (Dan Luo) з Корнельського університету виступила з гіпотезою, що концентратором для найдавніших біомолекул могла служити звичайна глина.

Спочатку дослідники займалися не проблемою походження життя - вони шукали спосіб підвищити ефективність безклітинних систем синтезу білка. Замість того щоб дозволити ДНК і обслуговуючим її білкам вільно плавати в реакційній суміші, вчені спробували загнати їх в частинки гідрогелю. Цей гідрогель, немов губка, вбирав реакційну суміш, сорбированная потрібні молекули, і в результаті всі потрібні компоненти виявлялися замкнені в невеликому обсязі - подібно до того, як це відбувається в клітці.

Потім автори дослідження спробували використовувати в якості недорогого замінника гідрогелю глину. Частинки глини виявилися схожі на частки гідрогелю, стаючи своєрідними мікрореактори для взаємодіючих біомолекул.

Отримавши такі результати, вчені не могли не згадати про проблему походження життя. Частинки глини з їх здатністю сорбувати біомолекули могли б насправді послужити найпершими біореактора для найперших біомолекул, поки ті ще не обзавелися мембранами. На користь такої гіпотези говорить ще й те, що вимивання силікатів і інших мінералів зі скель з утворенням глини почалося, за геологічними розрахунками, якраз перед тим, коли, на думку біологів, найдавніші біомолекули почали об'єднуватися в протоклітини.

- У воді, точніше в розчині, мало що могло статися, тому що процеси в розчині йдуть абсолютно хаотично, а всі з'єднання дуже нестійкі. Глина сучасною наукою - точніше, поверхня частинок глинистих мінералів - розглядається як матриця, на якій могли утворюватися первинні полімери. Але це теж тільки одна з багатьох гіпотез, кожна з яких має свої сильні і слабкі сторони. Але щоб змоделювати зародження життя в повному масштабі, потрібно дійсно бути Богом. Хоча на Заході сьогодні вже з'являються статті з назвами «Конструювання клітини» або «Моделювання клітини». Наприклад, один з останніх нобелівських лауреатів Джеймс Шостак зараз активно робить спроби створення ефективних клітинних моделей, які розмножуються самі по собі, відтворюючи собі подібних.