Dzīvība uz Zemes parādījās vairāk nekā pirms 3,5 miljardiem gadu - ir grūti precīzi precīzi noteikt brīdi, kaut vai tikai tāpēc, ka nav viegli novilkt robežu starp “gandrīz dzīvu” un “patiesi dzīvu”. Tomēr mēs varam droši teikt, ka šis maģiskais brīdis izpaudās daudzus, ilgus miljonus gadu. Tomēr tas bija īsts brīnums.
Lai novērtētu šo brīnumu tā patiesajā vērtībā, jums jāiepazīstas ar vairākām mūsdienu teorijām, kas apraksta dažādas dzīves dzimšanas iespējas un posmus. Sākot no ņipra, bet nedzīva vienkāršo organisko savienojumu kopuma līdz protoorganismiem, kuri ir zināmi par nāvi un iekļuvuši nebeidzamajā bioloģisko mainīgumu skrējienā. Galu galā, vai šie divi termini - mainīgums un nāve - nerada visu dzīves summu?..
1. Panspermija
Hipotēzei par dzīvības atnesšanu uz Zemes no citiem kosmiskiem ķermeņiem ir daudz autoritatīvu aizstāvju. Šo amatu ieņēma lielais vācu zinātnieks Hermans Helmholts un zviedru ķīmiķis Svante Arrhenius, krievu domātājs Vladimirs Vernadskis un britu kungs fiziķis Kelvins. Tomēr zinātne ir faktu valstība, un pēc kosmiskā starojuma atklāšanas un tā destruktīvās ietekmes uz visām dzīvajām lietām, panspermija šķita mirst.
Bet, jo dziļāk zinātnieki iedziļinās šajā jautājumā, jo vairāk nianses parādās. Tātad tagad - ieskaitot daudzu eksperimentu veikšanu ar kosmosa kuģiem - mēs daudz nopietnāk uztveram dzīvo organismu spēju panest starojumu un aukstumu, ūdens trūkumu un citus “priekus” par atrašanos kosmosā. Visu veidu organisko savienojumu atradumi asteroīdos un komētās, tālu gāzes un putekļu puduros un protoplanetāros mākoņos ir daudz un bez šaubām. Bet apgalvojumi par kaut kā aizdomīgi līdzīgu mikrobu pēdu atrašanu viņos joprojām nav pierādīti.
Ir viegli redzēt, ka par visu savu valdzinājumu panspermijas teorija jautājumu par dzīves izcelsmi pārceļ tikai uz citu vietu un citu laiku. Neatkarīgi no tā, kas atnesa pirmos organismus uz Zemi - vai tas bija nejaušs meteorīts vai viltīgi plāns augsti attīstītiem citplanētiešiem, tiem vajadzēja kaut kur un kaut kā piedzimt. Neļaujiet šeit un vēl daudz agrāk - bet dzīvei vajadzēja izaugt no nedzīvas matērijas. Jautājums "Kā?" paliek.
Reklāmas video:
1. Nezinātnisks: spontāna ģenerēšana
Augsti attīstītas dzīvās vielas spontānā izcelsme no nedzīvās vielas - piemēram, mušu kāpuru dzimšana puves gaļā - var būt saistīta ar Aristoteli, kurš vispārināja daudzu priekšgājēju domas un veidoja holistisku spontānas paaudzes doktrīnu. Tāpat kā citi Aristoteļa filozofijas elementi, spontāna paaudze bija dominējošā doktrīna viduslaiku Eiropā un guva zināmu atbalstu līdz Luija Pasteura eksperimentiem, kuri pārliecinoši parādīja, ka pat mušu kāpuriem ir nepieciešams parādīties vecāku mušas. Nejauciet spontānu paaudzi ar mūsdienu teorijām par dzīves abiogēno izcelsmi: atšķirība starp tām ir būtiska.
2. Primārais buljons
Šī koncepcija ir cieši saistīta ar klasiskajiem eksperimentiem, kuriem bija izdevies iegūt Stenlija Millera un Harolda Ūreja 1950. gadu statusu. Laboratorijā zinātnieki modelēja apstākļus, kas varētu pastāvēt netālu no jaunās Zemes virsmas - metāna, oglekļa monoksīda un molekulārā ūdeņraža maisījumu, daudzām elektriskām izlādēm, ultravioleto gaismu - un drīz vairāk nekā 10% oglekļa no metāna tika pārveidoti dažādu organisko molekulu formā. Millera-Ureija eksperimentos tika iegūtas vairāk nekā 20 aminoskābes, cukuri, lipīdi un nukleīnskābju prekursori.
Mūsdienu šo klasisko eksperimentu variācijās tiek izmantoti daudz sarežģītāki iestatījumi, kas labāk atbilst agrās Zemes apstākļiem. Viņi imitē vulkānu ietekmi ar to sērūdeņraža un sēra dioksīda izmešiem, slāpekļa klātbūtni utt. Šādā veidā zinātniekiem izdodas iegūt milzīgu un daudzveidīgu organisko vielu daudzumu - potenciālās dzīves potenciālos pamatelementus. Šo eksperimentu galvenā problēma joprojām ir racemāts: optiski aktīvo molekulu (piemēram, aminoskābju) izomēri tiek veidoti maisījumā vienādos daudzumos, savukārt visa mums zināmā dzīvība (ar dažiem un dīvainiem izņēmumiem) ietver tikai L-izomērus.
Tomēr pie šīs problēmas atgriezīsimies vēlāk. Šeit jāpiebilst arī, ka nesen - 2015. gadā - Kembridžas profesors Džons Sutherlands un viņa komanda parādīja iespēju no ļoti vienkārša sākotnējo komponentu kopuma veidot visas pamata "dzīvības molekulas", DNS, RNS un olbaltumvielu komponentus. Šī maisījuma galvenie varoņi ir ciānūdeņradis un sērūdeņradis, kas kosmosā nav tik reti sastopami. Viņiem atliek pievienot dažus minerālus un metālus, kas uz Zemes atrodas pietiekamā daudzumā, piemēram, fosfātus, varu un dzelzs sāļus. Zinātnieki ir izveidojuši detalizētu reakcijas shēmu, kas labi varētu radīt bagātīgu "pirmatnējo zupu", lai tajā parādās polimēri un spēlē pilnvērtīga ķīmiskā evolūcija.
Hipotēzi par dzīvības abiogēno izcelsmi no "organiskā buljona", kas tika pārbaudīta ar Millera un Urijas eksperimentiem, 1924. gadā izvirzīja padomju bioķīmiķis Aleksandrs Oparins. Un, kaut arī Lysenkoism ziedoņa "tumšajos gados" zinātnieks ieņēma zinātniskās ģenētikas pretinieku pusi, viņa nopelni ir lieli. Atzīstot akadēmiķa lomu, viņa vārdam ir galvenā balva, ko pasniedz Starptautiskā zinātniskā biedrība par dzīves izcelsmes izpēti (ISSOL) - Oparīna medaļa. Balva tiek piešķirta reizi sešos gados, un dažādos laikos tā ir piešķirta gan Stenlijam Milleram, gan lielajam hromosomu pētniekam, Nobela prēmijas laureātam Džekam Šostakam. Atzīstot Harolda Ureja milzīgo ieguldījumu, ISSOL piešķir Ureja medaļu starp Oparīna medaļu (arī reizi sešos gados). Rezultāts ir unikāla, reāla evolūcijas balva - ar maināmu vārdu.
3. Ķīmiskā evolūcija
Teorija mēģina aprakstīt samērā vienkāršo organisko vielu pārveidošanos diezgan sarežģītās ķīmiskās sistēmās, pašas dzīves priekšgājējos ārēju faktoru ietekmē, izvēles un pašorganizācijas mehānismos. Šīs pieejas pamatkoncepcija ir "ūdens-oglekļa šovinisms", kurā šie divi komponenti (ūdens un ogleklis - NS) ir parādīti kā absolūti nepieciešami un nepieciešami dzīvības rašanās un attīstības nodrošināšanai neatkarīgi no tā, vai tā atrodas uz Zemes vai kaut kur ārpus tās. Un galvenā problēma joprojām ir apstākļi, kādos “ūdens-oglekļa šovinisms” var izvērsties par ļoti sarežģītiem ķīmiskiem kompleksiem, kas, pirmkārt, spēj paši atkārtoties.
Saskaņā ar vienu no hipotēzēm molekulu primārā organizācija varētu notikt māla minerālu mikroporās, kurām bija strukturāla loma. Skotu ķīmiķis Aleksandrs Grehems Kērnss-Smits šo ideju izvirzīja pirms dažiem gadiem. Sarežģītas biomolekulas var nogulsnēties un polimerizēties uz to iekšējās virsmas, tāpat kā uz matricas: Izraēlas zinātnieki ir pierādījuši, ka šādi apstākļi ļauj audzēt pietiekami garas olbaltumvielu ķēdes. Šeit varētu uzkrāties nepieciešamais metālu sāļu daudzums, kam ir liela nozīme kā ķīmisko reakciju katalizatoriem. Māla sienas varētu darboties kā šūnu membrānas, dalot “iekšējo” telpu, kurā notiek arvien sarežģītākas ķīmiskās reakcijas, un atdalot to no ārējā haosa.
Kristālisko minerālu virsmas varētu kalpot par "matricām" polimēru molekulu augšanai: to kristāla režģa telpiskā struktūra spēj atlasīt tikai viena veida optiskos izomērus - piemēram, L-aminoskābes -, lai atrisinātu problēmu, par kuru mēs runājām iepriekš. Primārā "metabolisma" enerģiju var piegādāt neorganiskas reakcijas, piemēram, minerāla pirīta (FeS2) reducēšana ar ūdeņradi (līdz dzelzs sulfīdam un sērūdeņražam). Šajā gadījumā sarežģītu biomolekulu parādīšanai nav vajadzīgs ne zibens, ne ultravioletais starojums, kā tas bija Millera-Ureja eksperimentos. Tas nozīmē, ka mēs varam atbrīvoties no viņu darbības kaitīgajiem aspektiem.
Jaunā Zeme nebija pasargāta no kaitīgiem un pat nāvējošiem saules starojuma komponentiem. Pat moderni, evolūcijā pārbaudīti organismi nespētu izturēt šo skarbo ultravioleto starojumu - neskatoties uz to, ka pati Saule bija daudz jaunāka un nesniedza planētai pietiekami daudz siltuma. No tā izrietēja hipotēze, ka laikmetā, kad notika dzīvības izcelsmes brīnums, visu Zemi varēja pārklāt ar biezu ledus kārtu - simtiem metru; un tas ir par labāko. Slēpjoties zem šīs ledus loksnes, dzīvnieki varēja justies pilnīgi droši no ultravioletā starojuma un no biežiem meteoroloģiskiem triecieniem, kas draudēja to iznīcināt pumpurā. Relatīvi vēsa vide arī varētu stabilizēt pirmo makromolekulu struktūru.
4. Melnie smēķētāji
Patiešām, ultravioletajam starojumam jaunajai Zemei, kuras atmosfērā vēl nebija skābekļa un kurai nebija tik brīnišķīgas lietas kā ozona slānis, vajadzēja būt nāvējošai jebkurai topošajai dzīvībai. No tā izrietēja pieņēmums, ka trauslie dzīvo organismu senči bija spiesti kaut kur pastāvēt, slēpjoties no nepārtrauktas visu un visu staru sterilizācijas plūsmas. Piemēram, dziļi zem ūdens - protams, kur ir pietiekami daudz minerālu, sajaukšanas, siltuma un enerģijas ķīmisku reakciju veikšanai. Un šādas vietas tika atrastas.
Tuvojoties divdesmitā gadsimta beigām, kļuva skaidrs, ka okeāna dibens nekādā gadījumā nevar būt viduslaiku briesmoņu patvērums: apstākļi ir pārāk bargi, temperatūra ir zema, nav starojuma, un retas organiskās vielas var nogulsnēties tikai no virsmas. Patiesībā šie ir plaši pusdilesi - ar dažiem ievērojamiem izņēmumiem: tieši tur, dziļi zem ūdens, netālu no ģeotermisko avotu izejām, dzīve burtiski rit pilnā sparā. Ar sulfīdiem piesātinātais melnais ūdens ir karsts, aktīvi sajaukts un satur daudz minerālvielu.
Melno okeānu smēķētāji ir ļoti bagātas un atšķirīgas ekosistēmas: baktērijas, kas no tām barojas, izmanto dzelzs-sēra reakcijas, par kurām mēs jau runājām. Tie ir pamats pilnībā ziedošai dzīvei, ieskaitot daudz unikālu tārpu un garneļu. Iespējams, ka tie bija dzīves planētas dzīves pamatā: vismaz teorētiski šādās sistēmās ir viss nepieciešamais.
2. Nezinātniski: stiprie alkoholiskie dzērieni, dievi, senči
Jebkurus kosmoloģiskos mītus par pasaules izcelsmi vienmēr vainago antropogoniskie - par cilvēka izcelsmi. Un šajās fantāzijās var tikai apskaust seno autoru iztēli: uz jautājumu, kas, kā un kāpēc radās kosmoss, kur un kā parādījās dzīve - un cilvēki, versijas izklausījās ļoti atšķirīgas un gandrīz vienmēr skaistas. Augus, zivis un dzīvniekus no jūras dibena nozvejoja milzīgs krauklis, cilvēki izlēca no senča Pangu ķermeņa, kā no māla un pelniem veidoti tārpi piedzima no dievu un monstru laulībām. Tas viss ir pārsteidzoši poētiski, bet tam, protams, nav nekā kopīga ar zinātni.
5. RNS pasaule
Saskaņā ar dialektiskā materiālisma principiem dzīve ir divu principu "vienotība un cīņa": mainīga un iedzimta informācija, no vienas puses, un bioķīmiskās, strukturālās funkcijas, no otras puses. Viens nav iespējams bez otra - un viens no grūtākajiem joprojām ir jautājums par to, kur sākusies dzīve ar informāciju un nukleīnskābēm vai ar funkcijām un olbaltumvielām. Un viens no labi zināmajiem šīs paradoksālās problēmas risinājumiem ir RNS pasaules hipotēze, kas parādījās 60. gadu beigās un beidzot izveidojās 1980. gadu beigās.
RNS - makromolekulas, informācijas glabāšanā un pārsūtīšanā nav tik efektīvas kā DNS, un fermentatīvo funkciju veikšanā - nav tik iespaidīgas kā olbaltumvielās. Bet RNS molekulas ir spējīgas abas, un līdz šim tās kalpo kā pārvades saite šūnas informācijas apmaiņā un katalizē vairākas reakcijas tajā. Olbaltumvielas nespēj replicēties bez DNS informācijas, un DNS to nespēj bez olbaltumvielu "prasmēm". RNS, no otras puses, var būt pilnīgi autonoma: tā spēj katalizēt savu "reproducēšanu" - un ar to pietiek, lai sāktu.
Pētījumi RNS pasaules hipotēzes ietvaros ir parādījuši, ka šīs makromolekulas spēj pilnvērtīgi attīstīties ķīmiski. Ņemiet, piemēram, ilustratīvu piemēru, kuru demonstrēja Kalifornijas biofiziķi Leslija Orgela vadībā: ja etiīdija bromīds tiek pievienots pašreplikācijai spējīgam RNS šķīdumam, kas kalpo kā šīs sistēmas inde, bloķējot RNS sintēzi, tad pamazām, mainot makromolekulu paaudzes, maisījumā Parādās RNS, kas ir izturīgi pat pret ļoti lielām toksīna koncentrācijām. Kaut kas līdzīgs šim, attīstoties, pirmās RNS molekulas varētu atrast veidu, kā sintezēt pirmos instrumentus-olbaltumvielas, un tad - kombinācijā ar tiem - “atklāt” sev DNS dubultā spirāli, kas ir ideāls iedzimtas informācijas nesējs.
3. Nezinātnisks: negrozāmība
Nevar zinātniskāk kā stāstus par pirmajiem senčiem saukt par uzskatiem, kuriem ir skaļš Stacionārā stāvokļa teorijas nosaukums. Pēc viņas atbalstītāju teiktā, dzīve nekad nav radusies - tāpat kā Zeme vēl nav dzimusi, un arī kosmoss neparādījās: viņi vienkārši bija vienmēr, vienmēr un paliks. Tas viss nav vairāk pamatots kā Pangu tārpi: lai nopietni uztvertu šādu “teoriju”, nāksies aizmirst par neskaitāmajiem paleontoloģijas, ģeoloģijas un astronomijas atradumiem. Un faktiski jāatsakās no visas grandiozās mūsdienu zinātnes ēkas - bet tad droši vien ir vērts atteikties no visa, kas pienākas tās iedzīvotājiem, ieskaitot datorus un nesāpīgu zobu ārstēšanu.
6. Vienšūņi
Tomēr ar "normālu dzīvi" nepietiek ar vienkāršu atkārtošanu: jebkura dzīve, pirmkārt, ir telpiski izolēta vides zona, kas atdala vielmaiņas procesus, atvieglo dažu reakciju gaitu un ļauj izslēgt citas. Citiem vārdiem sakot, dzīve ir šūna, ko ierobežo puscaurlaidīga membrāna, kas sastāv no lipīdiem. Un "vienšūņiem" vajadzēja parādīties jau Zemes dzīvības pastāvēšanas agrīnākajos posmos - pirmās hipotēzes par viņu izcelsmi izteica Aleksandrs Oparins, kurš mums ir labi pazīstams. Pēc viņa domām, hidrofobisko lipīdu pilieni, kas atgādina ūdenī peldošus dzeltenus eļļas pilienus, varētu kalpot par "protomembrānām".
Kopumā zinātnieka idejas pieņem mūsdienu zinātne, un šajā tēmā tika iesaistīts arī Džeks Šostaks, kurš par savu darbu saņēma Oparīna medaļu. Kopā ar Katarzyna Adamala viņam izdevās izveidot sava veida “protocelulu” modeli, kura membrānas analogs nesastāvēja no mūsdienu lipīdiem, bet no vēl vienkāršākām organiskām molekulām, taukskābēm, kuras varētu būt uzkrājušās pirmo protoorganismu izcelsmes vietās. Šostakam un Adamalai pat izdevās "atdzīvināt" savas struktūras, barotnei pievienojot magnija jonus (stimulējot RNS polimerāžu darbu) un citronskābi (stabilizējot taukaino membrānu struktūru).
Rezultātā viņi nonāca pie pilnīgi vienkāršas, bet nedaudz dzīvas sistēmas; katrā ziņā tas bija parasts vienšūnis, kas saturēja ar membrānu aizsargātu vidi RNS reprodukcijai. No šī brīža jūs varat aizvērt pēdējo dzīves aizvēstures nodaļu un sākt pirmās tās vēstures nodaļas. Tomēr šī ir pilnīgi atšķirīga tēma, tāpēc mēs runāsim tikai par vienu, bet ārkārtīgi svarīgu jēdzienu, kas saistīts ar dzīvības evolūcijas pirmajiem soļiem un milzīga daudzveidības organismu rašanos.
4. Nezinātnisks: mūžīgā atgriešanās
Indijas filozofijas "korporatīvs" attēlojums Rietumu filozofijā, kas saistīts ar Imanuela Kanta, Frīdriha Nīčes un Mircea Eliades darbiem. Poētisks attēls ar katras dzīvās dvēseles mūžīgo klejošanu caur bezgalīgu skaitu pasauli un to iemītniekiem, tās pārvēršanos par nenozīmīgu kukaini, pēc tam par paaugstinātu dzejnieku vai pat par mums nezināmu būtni, dēmonu vai dievu. Neskatoties uz reinkarnācijas ideju trūkumu, Nīče šai idejai tiešām ir tuvs: mūžība ir mūžīga, kas nozīmē, ka jebkurš notikums tajā var - un tā ir jāatkārto vēlreiz. Un katrs radījums bezgalīgi griežas šajā universālās atgriešanās karuselī, tā ka griežas tikai galva, un pati primārās izcelsmes problēma kaut kur pazūd neskaitāmu atkārtojumu kaleidoskopā.
7. Endosimbioze
Paskatieties uz sevi spogulī, skatieties acīs: būtne, ar kuru jūs skatāties viens uz otru, ir sarežģīts hibrīds, kas radies neatminamā laikā. 19. gadsimta beigās vācu-angļu dabaszinātnieks Andreass Šimpers pamanīja, ka hloroplasti - augu šūnu organellās, kas atbild par fotosintēzi, replicējas atsevišķi no pašas šūnas. Drīz parādījās hipotēze, ka hloroplasti ir simbionti, fotosintētisko baktēriju šūnas, ko reiz norijis saimnieks - un atstāj šeit mūžīgi dzīvot.
Protams, mums nav hloroplasti, pretējā gadījumā mēs varētu baroties ar saules gaismu, kā liecina dažas pseidoreliģiskās sektas. Tomēr 1920. gados endosimbiozes hipotēze tika paplašināta, iekļaujot mitohondrijus, organellus, kas patērē skābekli un piegādā enerģiju visām mūsu šūnām. Līdz šim šī hipotēze ir ieguvusi pilntiesīgas, atkārtoti pierādītas teorijas statusu - pietiek pateikt, ka mitohondrijiem un plastidiem ir savs genoms, vairāk vai mazāk šūnu dalīšanas mehānismi un savas olbaltumvielu sintēzes sistēmas.
Dabā ir atrasti arī citi endosimbionti, kuriem aiz muguras nav miljardu gadu kopīgas evolūcijas un kas atrodas šūnā mazāk dziļā integrācijas līmenī. Piemēram, dažām amēbām nav savu mitohondriju, bet iekšpusē ir baktērijas, kas pilda savu lomu. Pastāv hipotēzes par citu organoīdu endosimbiotisko izcelsmi - ieskaitot flagellas un cilia un pat šūnas kodolu: pēc dažu pētnieku domām, visi no mums eikarioti ir bezprecedenta saplūšanas rezultāts starp baktērijām un archaea. Šīs versijas vēl nav atradušas stingru apstiprinājumu, taču skaidrs ir viens: tiklīdz tā parādījās, dzīve sāka absorbēt savus kaimiņus - un mijiedarboties ar viņiem, dzemdējot jaunu dzīvi.
5. Nezinātnisks: kreacionisms
Pats kreacionisma jēdziens radās 19. gadsimtā, kad šo vārdu sāka saukt par dažādu pasaules un dzīves parādīšanās versiju atbalstītājiem, kurus ierosināja Toras, Bībeles un citu monoteistisko reliģiju svēto grāmatu autori. Tomēr patiesībā kreatīvisti nepiedāvāja neko jaunu, salīdzinot ar šīm grāmatām, atkal un atkal mēģinot atspēkot stingros un fundamentālos zinātnes atzinumus - un faktiski atkal un atkal, zaudējot vienu pozīciju pēc otras. Diemžēl mūsdienu pseidozinātnieku-kreacionistu idejas ir daudz vieglāk saprotamas: ir nepieciešams daudz pūļu, lai izprastu reālās zinātnes teorijas.
Sergejs Vasiļjevs