Морські життя виникло у воді. Життя зародилося у воді

Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru/

Зародження життя вгарячоюводі

1. Життя на Землі могло з'явитися у вулканічних озерах

Перші примітивні живі клітини могли з'явитися у водах прісних озер, які підігрівалися та насичувалися мікроелементами доісторичними геотермальними джерелами. Про це заявляють російські та американські вчені у статті, опублікованій у журналі Proceedings of the National Academy of Sciences. Більшість геологів та еволюційних біологів вважають, що життя на Землі в її сучасному вигляді зародилося у водах первинного океану, який покривав практично всю поверхню планети. Вважається, що цей океан був густим бульйоном з амінокислот та інших «цеглин життя», з яких з'явилися перші живі клітини. Група геологів та еволюційних біологів під керівництвом вихідця з Росії Євгена Куніна з Національного інституту здоров'я у місті Бетесда (США) запропонувала новий аргумент на користь альтернативної теорії – зародження життя у прісноводних озерах, у воду яких надходить пара та гаряча вода з геотермальних джерел. В останні роки з'явилося багато свідчень того, що активність вулканів та інші геотермальні процеси відігравали важливу роль у зародженні життя. Так, у лютому 2010 року британські та німецькі геологи запропонували нову теорію зародження життя, згідно з якою перші клітини з'явилися біля жерла підводних вулканів і лише потім заселили весь Світовий океан. У жовтні 2011 року інша група вчених знайшла свідчення цьому у відкладеннях давніх гірських порід у Гренландії. Кунін та його колеги «перенесли» вулкани з вод «підсоленого» первинного океану до прісноводних озер на тих клаптиках суші, які існували в ранній історії Землі, порівнявши хімічний склад клітин із набором елементів у водах сучасних геотермальних озер. У своєму дослідженні автори статті припустили, що первинні клітини мали розвинутися у тій місцевості, яка найменше відрізнялася від них за хімічним складом. З цієї точки зору, морська вода не є ідеальним середовищем для розвитку життя – концентрації натрію, калію, марганцю, цинку та іонів інших найважливіших біоелементів у ньому значно відрізняється від клітинних. Навіть найпримітивніші мікроорганізми мають складну систему особливих «насосів», які перешкоджають змішуванню цитоплазми з морською водою. Малоймовірно, що такі захисні пристрої існували вже в перших протоклітках. Вчені порівняли хімічний склад цитоплазми у клітинах безлічі сучасних організмів та вивели «середні» концентрації амінокислот, біологічно важливих металів та інших речовин. Потім вони порівняли їх із типовим набором мікроелементів у воді сучасних океанів, передбачуваним складом первинного океану та водою у сучасних геотермальних озерах. Виявилося, що вулканічні озера були найбільш сприятливою «колискою» для зародження життя. Як зазначають Кунін та його колеги, лише у їхніх водах склалися досить сприятливі умови для формування структур базових білків та інших найважливіших молекул, що становлять основу клітини. За словами вчених, такі озера могли утворитися внаслідок взаємодії води, що надходить на Землю разом із метеоритами та розпеченими породами на глибині. Вода під час своєї подорожі з поверхні в глибинні шари «збирала» іони калію, натрію та інших важливих мікроелементів і поверталася разом з ними у вигляді геотермальної пари, яка тримала в облозі озера. Як вважають геологи, такі умови могли стабільно існувати протягом багатьох мільйонів років, що дало життю великий шанс на появу. Висновки вчених підтверджуються тим, що подібний хімічний склад характерний для вод геотермальних джерел на околицях вулкана Мутновський на Камчатці.

2. Хімічна еволюція

Хімічна еволюція чи пребіотична еволюція - етап, що передував появі життя, під час якого органічні, пребіотичні речовини виникли з неорганічних молекул під впливом зовнішніх енергетичних і селекційних чинників і з розгортання процесів самоорганізації, властивих всім щодо складним системам, якими безперечно є все углеродсодержащие молекули. Також цими термінами позначається теорія виникнення та розвитку тих молекул, які мають важливе значення для виникнення та розвитку живої речовини. Все, що відомо про хімізм речовини, дозволяє обмежити проблему хімічної еволюції рамками так званого «водно-вуглецевого шовінізму», що постулює, що життя в нашому Всесвіті представлено в єдино можливому варіанті: як «спосіб існування білкових тіл», здійсненого завдяки унікальному поєднанню полімер властивостей вуглецю та деполяризуючих властивостей рідко-фазного водного середовища, як спільно необхідних та/або достатніх(?) умов для виникнення та розвитку всіх відомих нам форм життя. При цьому мається на увазі, що, принаймні, в межах однієї біосфери, що сформувалася, може існувати тільки один, загальний для всіх живих істот даної біоти код спадковості, але поки залишається відкритим питання, чи існують інші біосфери поза Землею і чи можливі інші варіанти генетичного апарату. Також невідомо, коли і де розпочалася хімічна еволюція. Можливі будь-які терміни після закінчення другого циклу зіркоутворення, що настав після конденсації продуктів вибухів первинних наднових зірок, що поставляють у міжзоряний простір важкі елементи (з атомною масою понад 26). Друге покоління зірок, вже з планетними системами, збагаченими важкими елементами, які необхідні для реалізації хімічної еволюції, з'явилося через 0,5-1,2 млрд років після Великого вибуху. При виконанні деяких цілком ймовірних умов для запуску хімічної еволюції може бути придатна практично будь-яке середовище: глибини океанів, надра планет, їх поверхні, протопланетні утворення і навіть хмари міжзоряного газу, що підтверджується повсюдним виявленням в космосі методами астрофізики багатьох видів органічних речовин - альдегідів, спиртів, цукрів і навіть амінокислоти гліцину, які разом можуть бути вихідним матеріалом для хімічної еволюції, що має своїм кінцевим результатом виникнення життя.

3. Гіпотези хімічної еволюції

Поява в Космосі або на Землі умов для автокаталітичного синтезу великих об'ємів і значного розмаїття молекул, що містять вуглецю, тобто - виникнення в абіогенних процесах речовин, необхідних і достатніх для початку хімічної еволюції. Поява таких молекул щодо стійких замкнутих агрегатів, дозволяють так ізолювати себе від довкілля, що з нею стає можливим вибірковий обмін речовиною і енергією, тобто - виникнення деяких протоклітинних структур. Поява в таких агрегатах здатних до самозміни і самореплікації хімічних інформаційних систем, тобто - виникнення елементарних одиниць спадкового коду. Поява взаємної залежності між властивостями білків та функціями ферментів з носіями інформації (РНК, ДНК), тобто – виникнення власне коду спадковості, як необхідної умови вже для біологічної еволюції.

Великий внесок у прояснення цих питань, серед інших, зробили такі вчені:

Олександр Опарін: Коацервати.

Гарольд Юрі і Стенлі Міллер в 1953: Виникнення простих біомолекул в симулюваної стародавньої атмосфери.

Сідней Фокс: Мікросфери з протеноїдів.

Томас Чек (університет Колорадо) та Сідней Алтман (університет Yale New Haven Connecticut) у 1981: Автокаталітичне РНК-розподіл: «Рибозими» об'єднують каталіз та інформацію в молекулі. Вони можуть вирізати себе з більш довгого ланцюга РНК і з'єднувати кінці, що залишаються, знову.

Волтер Гілберт (Гарвард, університет Кембридж) розробляє в 1986 ідею світу РНК.

Гюнтер фон Кідровскі (Рур-університет Бохум) представляє в 1986 році першу систему, що само-реплікується на основі ДНК, важливий внесок у розуміння функцій зростання само-реплікованих систем

Манфред Ейген (інститут Макса Планка факультет біофізичної хімії, Геттінген): Еволюція ансамблів молекул РНК. Гіперцикл.

Юлій Ребек (Кембридж) створює штучну молекулу (Aminoadenosintriazidester), яка само-реплікується у розчині хлороформу. Копії все ж таки ідентичні зразку, так що еволюція для цих молекул неможлива.

Джон Корліс (Goddard центр космічних польотів - НАСА): Термальні джерела морів постачають енергію та хімікалії, які уможливлюють незалежну від космічного середовища хімічну еволюцію. Ще сьогодні вони є середовищем життя для початкових за багатьма ознаками археобактерій (Archaea).

Гюнтер Вехтерсхойзер (англ. Gьnter_Wдchtershдuser) (Мюнхен) - гіпотеза світу сульфідів заліза: перші структури, що само-реплікуються, з обміном речовин виникли на поверхні піриту. Пірит (сульфід заліза) поставив при цьому необхідну енергію. На кристалах піриту, що ростуть і знову розпадаються, ці системи могли зростати і розмножуватися, і різні популяції конфронтували з різними умовами середовища (умови відбору).

А.Г. Cairns-Smith (університет Глазго) і Девід К. Мауерцалл (Rockefeller-Universitдt New York, Нью-Йорк) бачать у глиняних мінералах систему, яка спочатку сама підпорядкована хімічній еволюції, через що виникає багато різних кристалів, що самореплікуються. Ці кристали притягують своїм електричним зарядом органічні молекули і каталізують синтез комплексних біомолекул, причому обсяг інформації кристалічних структур спочатку служить матрицею. Ці органічні сполуки стають все більш складними, допоки вони не зможуть розмножуватися без допомоги глиняних мінералів.

Вольфганг Вайганд, Марк Дерр та ін. (Інститут Макса Планка факультет біогеохімії, Єна) показали в 2003, що сульфід заліза може каталізувати синтез аміаку з молекулярного азоту.

4. Теорія Вехтерхойзера

геотермальний хімічний вехтерхойзер

Теорія залізосерного світу

Особливо інтенсивна форма сприяння мінералів та гірських порід пребіотичного синтезу органічних молекул має протікати на поверхні мінералів сульфіду заліза. Теорія Міллера-Юрі має суттєві обмеження, особливо з огляду на помилкове пояснення полімеризації мономерних складових біомолекули. Анаеробні бактерії, обмін речовин яких відбувається за участю заліза та сірки, існують і сьогодні. Альтернативний сценарій був з початку 1980-х років розроблений Гюнтером Вехтерхойзером. За цією теорією життя на Землі виникло на поверхні залізно-сірчаних мінералів, тобто сульфідів, які і сьогодні утворюються за допомогою геологічних процесів, а на молодій Землі мали зустрічатися набагато частіше. Ця теорія на противагу гіпотезі світу РНК передбачає, що обмін речовин передував появі ензимів і генів. Як відповідне місце пропонуються чорні курці на дні океанів де високий тиск, висока температура, немає кисню і рясно представлені різні сполуки, які могли послужити будівельним матеріалом «цеглинок життя» або каталізатором у ланцюжку хімічних реакціях. Велика перевага цієї гіпотези перед попередниками у тому, що вперше утворення комплексних біомолекул пов'язане з постійним надійним джерелом енергії. Енергія виділяється при відновленні частково окислених залізно-сірчаних мінералів, наприклад піриту (FeS2), воднем (рівняння реакції: FeS2 + H2 \;\overrightarrow(\leftarrow)\; FeS + H2S), і цієї енергії достатньо для ендотермічного синтезу мономерних структурних елементів біомолекул та їх полімеризації:

Fe2+ + FeS2 + H2 \; \ overrightarrow ( \ leftarrow) \; 2 FeS + 2 H+ ДG°" = ?44.2 кДж/моль

Інші метали, як і залізо, теж утворюють нерозчинні сульфіди. На додаток до цього пірит та інші залізно-сірчані мінерали мають позитивно заряджену поверхню, на якій можуть розташовуватися, концентруватися та реагувати між собою переважно негативно заряджені біомолекули (органічні кислоти, фосфорні ефіри, тіоли). Необхідні для цієї речовини (сірководень, моноксид вуглецю та солі двовалентного заліза) потрапляють з розчину на поверхню цього «залізо-сірчаного світу». Вехтерхойзер залучає для своєї теорії і сьогодні існуючі основні механізми обміну речовин і виводить із них замкнутий у собі сценарій синтезу комплексних органічних молекул (органічні кислоти, амінокислоти, цукор, азотисті основи, жири) з простих неорганічних сполук, що знаходяться у вулканічних газах (NH3, H2 , CO, CO2, CH4, H2S). На противагу експерименту Міллер-Юрі не залучаються джерела енергії ззовні, у формі блискавки або ультрафіолетового випромінювання; крім того, перші ступені синтезу при високих температурах і тисках протікають набагато швидше (наприклад, хімічні реакції, що каталізуються ензимами). При температурі підводних вулканів до 350 ° C виникнення життя є цілком уявним. Лише пізніше у разі виникнення чутливих до високих температур каталізаторам (вітаміни, білки) еволюція мала відбуватися за нижчої температури. Сценарій Вехтерхойзера добре підходить до умов глибоководних гідротермальних джерел, оскільки перепад температури, що є там, дозволяє подібний розподіл реакцій. Найдавніші з сьогодні живуть мікроорганізмів - найспекотніші, граничний відомий температурний максимум для їх зростання становить +122°C. Крім того, залізо-сірчані активні центри і сьогодні задіяні в біохімічних процесах, що може вказувати на первинну участь Fe-S-мінералів у розвитку життя.

5. Світ РНК

Вперше гіпотеза світу РНК була висунута в 1986 Уолтером Гільбертом і свідчила, що молекули РНК були попередниками організмів. Гіпотеза відштовхується від здатності РНК до зберігання, передачі та розмноження генетичної інформації, а також від її здатності каталізувати реакції в якості рибозимів. В еволюційному середовищі молекули РНК, які множать переважно себе, зустрічалися б найчастіше. Вихідним пунктом є прості молекули РНК, що самовідтворюються. Деякі їх мають здатність каталізувати синтез білків, які, своєю чергою, самі каталізують синтез РНК і свій власний синтез (розвиток трансляції). Деякі молекули РНК поєднуються в подвійну РНК-спіраль, вони розвиваються в молекули ДНК та носії спадкової інформації (розвиток транскрипції). Основою є певні РНК-молекули, які можуть копіювати будь-які РНК-зразки включаючи себе самих. Дженніфер А. Doudna і Джек В. Szostak використовували як зразок для розвитку цього типу РНК, що виробляє розрізання та сплайсинг самої себе інтрон прокаріотного одноклітинного організму Tetrahymena thermophila. Це підтверджує те, що в рибосомах rРНК є каталітичними молекулами і таким чином РНК каталізує синтез білка. Однак обмеження полягають у тому, щоб при РНК, що самореплікуються, не моно-, а олігонуклеотиди є складовими ланками і необхідні допоміжні речовини. 2001 року було відкрито, що важливими каталітичними центрами рибосом є РНК, а не, як раніше було прийнято, білки. Це показує, що каталітична функція РНК, як передбачалася в гіпотезі світу-РНК, використовується сьогодні живими істотами.

Так як рибосоми вважаються дуже початковими клітинними органоїдами, це відкриття вважається важливим внеском до обґрунтування гіпотези світу-РНК. Вже можна впевнено сказати, що молекули РНК можуть із амінокислот синтезувати білки. У зв'язку з цим нуклеопротеїди (комплекси нуклеїнових кислот з білками) також становлять інтерес як можливі попередники РНК. Іншим попередником РНК були поліциклічні ароматичні вуглеводні. Гіпотеза світу поліароматичних вуглеводнів намагається відповісти питанням, як виникли перші РНК, пропонуючи варіант хімічної еволюції від поліциклічних ароматичних вуглеводнів до РНК-подібних ланцюжків.

Розміщено на Allbest.ru

Подібні документи

Об'єкти біологічного пізнання та структура біологічних наук. Гіпотези виникнення життя та генетичного коду. Концепція початку та еволюції життя. Системна ієрархія організації живих організмів та їх угруповань. Екологія та взаємини живих істот.

реферат, доданий 07.01.2010

Таємниця появи життя Землі. Еволюція зародження життя Землі і сутність концепцій еволюційної хімії. Аналіз біохімічної еволюції теорії академіка Опаріна. Етапи процесу, що призвело до життя на Землі. Проблеми теорії еволюції.

реферат, доданий 23.03.2012

Специфіка живої речовини та проблеми вивчення живої природи у природознавстві. Концепція походження життя на планеті та еволюції живих організмів. Зародження та розвиток Сонячної системи. Теорія структурних рівнів організації біотичної матерії.

контрольна робота , доданий 06.10.2012

Сутність гіпотези біохімічної еволюції, припущень позаземного походження життя (Панспермії), теорія стаціонарного стану життя. Їхні засновники та прихильники. Джерела та течії філософсько-теїстичної концепції креаціонізму християнських учених.

презентація , доданий 27.02.2011

реферат, доданий 19.11.2010

Природа життя, її походження, різноманітність живих істот і структурна та функціональна близькість, що їх поєднує. Причини домінування теорії еволюції. Природничі гіпотези про походження життя. Християнські погляди походження людини.

курсова робота , доданий 12.06.2013

Значення теорії Дарвіна історія біології. Наслідувані морфологічні та фізіологічні характеристики живих організмів. Сучасні креаціоністські гіпотези. Теорія виникнення життя. Застосування стовбурових клітин. Процеси старіння та старість.

реферат, доданий 20.08.2015

Характеристика загальних уявлень про еволюцію та основні властивості живого, які важливі для розуміння закономірностей еволюції органічного світу на Землі. Узагальнення гіпотез та теорій походження життя та етапи еволюції біологічних форм та видів.

курсова робота , доданий 27.01.2010

Виникнення теорії еволюції та її значення. Уявлення про градацію живих істот та теорія мінливості видів. Закони еволюції Ж.Б. Ламарка. Штучний відбір концепції. Значення теорії еволюції Ч. Дарвіна. Результати впливу природного відбору.

контрольна робота , доданий 13.11.2009

Теорії еволюції - система природничо ідей і концепцій про прогресивний розвиток біосфери Землі, складових її біогеоценозів, окремих таксонів і видів. Гіпотези біохімічної еволюції, панспермії, стаціонарного життя, самозародження.

Вода є складовою тіла живих істот. Кров, м'язи, жир, мозок і навіть кістки містять воду у великій кількості. Зазвичай вода становить 65-75% ваги тіла живого організму. Тіло деяких морських тварин, наприклад медуз, містить навіть 97-98% води. Всі процеси, що відбуваються в тілі тварин та рослин, відбуваються лише за участю водних розчинів. Без води життя неможливе.

Першою турботою організму, що з'явився, є харчування. На суші знайти їжу набагато складніше, ніж у морі. Сухопутні рослини повинні довгим корінням добувати воду та розчинені в ній поживні речовини. Тварини добувають собі їжу з великою витратою сил. Інша річ у морі. У солоній морській воді розчинено багато поживних речовин. Таким чином, морські рослини з усіх боків оточені поживним розчином і легко засвоюють його.

Не менш важливо для організму підтримувати своє тіло у просторі. На суші це дуже важке завдання. Повітряне середовище дуже розріджене. Щоб триматися на землі, необхідно мати особливі пристосування - сильні кінцівки або міцне коріння. На суші найбільшою твариною є слон. Але кит у 40 разів важчий за слона. Якби така величезна тварина почала рухатися суходолом, то вона просто загинула б, не витримавши власної тяжкості. Ні товста шкіра, ні масивні ребра не були б достатньою опорою для цієї туші на 100 тонн вагою. Зовсім інша річ у воді. Кожен знає, що у воді можна легко підняти важкий камінь, який на суші ледве зрушиш з місця. Відбувається це тому, що у воді всяке тіло втрачає у вазі стільки, скільки важить витіснена їм вода. Ось чому киту для руху у воді доводиться витрачати в 10 разів менше зусиль, ніж потрібно цього гіганта на землі. Його тіло, що підтримується водою з усіх боків, набуває великої плавучості, і кити, незважаючи на свою величезну вагу, можуть з великою швидкістю долати величезні відстані. У морі мешкають і найбільші рослини. Водорість макроцистис досягає 150-200 метрів завдовжки. На землі такі гіганти є рідкістю навіть серед дерев. Вода підтримує величезну масу цієї водорості. Для прикріплення до ґрунту їй не потрібно міцного коріння, як наземних рослин.

Крім того, у морі температура постійніша, ніж у повітрі. А це дуже важливо, тому що не потрібно шукати захисту від холоду взимку та від спеки влітку. На суші різниця між температурою повітря взимку та влітку досягає у деяких районах 80-90 градусів. У ряді місць Сибіру температура влітку сягає 35-40 градусів спеки, а взимку стоять морози в 50-55 градусів. У воді сезонні відмінності у температурі не перевищують зазвичай 20 градусів. Для захисту від холоду земні тварини покриваються до зими пухнастим хутром, шаром підшкірного жиру, залягають у зимову сплячку в барлоги та нори. Важко боротися з промерзаючим ґрунтом рослинам. Ось чому особливо холодну зиму масами гинуть птахи, звірі та інші наземні тварини, а також вимерзають дерева.

Ббув час - багато мільйонів років тому, - коли живих істот не було на Землі. Але з певного періоду в історії нашої планети – Землі – з'являються живі організми. Вони зародились у морі.

Покопавшись у розсипах на березі річки або на гірському схилі, можна іноді знайти відбитки або скам'янілі залишки різних тварин, яких немає серед тепер. Серед цих копалин найдавніші були мешканцями моря.

Вода є складовою тіла живих істот. Кров, м'язи, жир, мозок і навіть кістки містять воду у великій кількості. Зазвичай вода становить 65-75% ваги тіла живого організму. Тіло деяких морських тварин, наприклад медуз, містить у собі навіть 97-98% води. Всі процеси, що відбуваються в тілі тварин та рослин, відбуваються лише за участю водних розчинів. Без води життя неможливе.

Крім того, у морі температура постійніша, ніж у повітрі. А це дуже важливо, тому що не потрібно шукати захисту від холоду взимку та від спеки влітку. На суші різниця між температурою повітря взимку та влітку досягає в деяких районах 80-90 градусів. У ряді місць Сибіру температура влітку сягає 35–40 градусів спеки, а взимку стоять морози в 50–55 градусів. У воді сезонні відмінності у температурі не перевищують зазвичай 20 градусів. Для захисту від холоду земні тварини покриваються до зими пухнастим хутром, шаром підшкірного жиру, залягають у зимову сплячку в барлоги та нори. Важко боротися з промерзаючим ґрунтом рослинам. Ось чому в особливо холодну зиму масами гинуть птахи та звірі та інші наземні тварини, а також вимерзають дерева.

В інших умовах виявляються жителі моря. З настанням морозів починається замерзання води. Лід легший за воду. Товстий шар льоду та снігу перешкоджає проникненню холоду у воду. Як тепла шуба закриває лід водоймище від промерзання до дна. Навіть у холодній Арктиці, де вічно плавають льоди та більшу частину року стоїть морозна погода, море не замерзає до дна. Не промерзають і великі озера та річки. А ґрунт в Арктиці промерзає на десятки метрів і утворюється вічна мерзлота. Насилу тут може вкоренитися навіть невибаглива рослина.

З настанням морозів усі водяні жителі йдуть у глибину. Тут умови їхнього життя мало чим відрізняються в цю сувору пору року від літнього періоду. Ці сприятливі умови життя у морі сприяли розвитку найбільшого розмаїття живих організмів, що населяють море. Досі тваринний світ моря значно багатший і різноманітніший, ніж на суші.

У теплій, багатій на солі морській воді зародилося життя. Змінювалися століття та тисячоліття. Все різноманітнішим і ряснішим ставало життя в морі. Одні види тварин почали витісняти інші. Боротьба за існування змушувала декого поступово виходити на берег, жити на березі і заселяти сушу. При цьому вони виробили різні пристосування для життя в повітряному середовищі. Поступово вдосконалюючись, наземні тварини та рослини набули сучасного вигляду. Процес заселення водними тваринами суші триває й досі. На березі моря можна часто бачити різних тварин, що прикріплюються до прибережних скель. Коли у відплив вода йде, вони міцно замикають стулки своїх раковин. Крапельки води, що залишилися всередині стулок, оберігають зябра від висихання і дозволяють цим морським тваринам дихати ними під час відливу. Після повернення води під час припливу вони відкриваються і починають пропускати через себе свіжу воду, що несе їжу і кисень для дихання. На берег моря вилазять риби-стрибуни. Вони довго можуть повзати по прибережних скелях і по коріння дерев, що виходять на поверхню суші. Ці риби полюють на повітрі навіть за комахами. Але довго жити на березі вони не можуть. Вони дихають зябрами, а зябра без води засихають, і дихання зупиняється.

З цих прикладів можна собі уявити, як поступово відбувався перехід до наземного життя різних водних тварин.

Російський біолог та австралійський геолог розповіли про нові несподівані відкриття, які змусили вчених повернутися до класичних дарвінівських ідей про зародження життя в "теплому дрібному ставку" на суші, а не у водах первинного океану Землі, і пояснили, де краще шукати його за межами нашої планети .

Досить довгий час вчені вважали, що життя на Землі зародилося приблизно 3,5 мільярда років тому в первинному океані Землі, на околицях вулканів та геотермальних джерел, так званих "чорних курців", або їх менш гарячих побратимів - "білих курців". Подібні уявлення, через велику кількість доказів їхньої правоти, майже не піддавалися сумнівам.

Армен Мулкіджанян, професор МДУ імені М. В. Ломоносова та університету Оснабрюка в Німеччині, та Мартін ван Кранендонк, геолог та директор Астробіологічного інституту Австралії, розповіли на всеросійському фестивалі "Наука 0+", що проходив у стінах МДУ минулого тижня, про кілька останніх відкриттях, які похитнули ці уявлення та змусили вчених повернутися до ідеї, яку озвучив ще сам Чарльз Дарвін більш ніж 150 років тому.

Світ вулканів та ультрафіолету

"Абсолютно все життя на Землі складається з трьох біологічних полімерів - ДНК, сховища інформації, РНК, яка відіграє роль її переносника, і білків, здатних прискорювати реакції в мільйони разів. Очевидно, що всі вони не могли з'явитися одночасно, і ми вже майже сторіччя намагаємося зрозуміти, які молекули з'явилися першими і як виглядало перше життя", - почав свою розповідь Мулкіджанян.

Дослідження останніх років, як зазначає вчений, однозначно показують, першими з'явилися молекули РНК. Вони, на відміну ДНК, зберігають хімічну активність і здатні прискорювати інші реакції, і навіть, на відміну білків, можуть грати роль переносника інформації та збирати як копії себе, і інші молекули.

Тому сьогодні панівною теорією зародження життя є гіпотеза так званого "світу РНК", відповідно до якої спочатку життя повністю складалося з універсальних РНК-молекул, здатних виконувати відразу всі функції, і лише потім з'явилися "вузькоспеціалізовані" білки та ДНК.

Впадина Данакіл в Ефіопії

"На Заході ці ідеї стали популярними лише у 1980-х роках, тоді як сама концепція запропонована ще в 1957 році академіком Андрієм Білозерським. Андрій Миколайович та його соратники відкрили рибосомальну РНК, і це відкриття змусило їх усвідомити, що вона не кодує інформацію, а бере участь у зборі білків. Цього вистачило для того, щоб Білозерський зрозумів, що все життя могло складатися з РНК у минулому", - продовжує Мулкіджанян.

Ця смілива гіпотеза, як зазначає біолог, знайшла своє підтвердження в наступні десятиліття - за останні роки вчені створили десятки молекул РНК, здатних копіювати себе та виконувати інші функції, які зазвичай здійснюють білки, а також прототипи примітивних протокліток на їх основі. Тому сьогодні ніхто не сумнівається в тому, що життя почалося саме в "світі РНК", але поки що вчені сперечаються, як і де він виник.

"Що ж спільного між трьома головними "молекулами життя", а також цукрами та жирами? При їх утворенні, при злитті одиночних ланок полімерних ланцюгів завжди виділяється вода. Як це пов'язано із зародженням життя? Це дуже важлива властивість живих істот, на яку ми звернули Увага лише нещодавно. Воно означає, що для мимовільної появи довгих ланцюжків, РНК, ДНК, білків, жирів і цукрів потрібно постійно прибирати цю воду, щоб ці молекули не розпадалися.

Це породжує один із найскладніших і майже незрозумілих парадоксів у біології та у вивченні історії виникнення життя. З одного боку, вода потрібна для існування життя та хімічних реакцій у клітинах, а з іншого боку - її великі кількості заважатимуть утворенню перших складних молекул, що унеможливить мимовільне формування майбутніх "цеглин життя".

"Сьогодні серед геологів дуже популярна ідея про те, що життя могло зародитися на дні океану, геотермальні джерела, що викидають величезну кількість нутрієнтів і здатні забезпечувати життя енергією навіть у повній темряві. У цієї ідеї є дві проблеми: там завжди дуже мокро - і цю "зайву" воду не можна звідти видалити, а по-друге, там дуже темно. Наявність світла, як виявилося, є найважливішим чинником у появі життя. Тому ми вважаємо, що ця теорія є помилковою", - заявив професор МДУ.

Космічний "сліпий годинникар"

Помилковість цієї теорії, за словами Мулкіджаняна, була нещодавно розкрита дослідами, в рамках яких російські вчені та їхні закордонні колеги спробували відтворити народження "літер" РНК та ДНК - щодо просто влаштованих органічних молекул, отримати які, як несподівано виявилося, дуже складно.

"Сьогодні це питання чомусь розглядається дуже поверхово - багато наших колег просто відмахуються від нього, не намагаючись пояснити те, як виникають ці молекули. Грубо кажучи, вони просто пропускають даний етап еволюції життя, відмахуючись від нього і не пояснюючи, як ці речовини могли виникнути на дні океану і як вони поступово почали ускладнюватись і накопичуватись у достатніх кількостях", - продовжує вчений.

Ці речовини, вважає Мулкиджанян, виникли під час своєрідної хімічної еволюції - " невдалі " і нестабільні молекули розпадалися, а стабільніші поступово накопичувалися серед і продовжували ускладнюватися.

Роль дарвінівського "сліпого годинникара", який проводив цей відбір і поступово збирав ці основи життя, за словами біолога, брали на себе дві речі - ультрафіолетове випромінювання Сонця і те середовище, в якому знаходилися майбутні "цеглини життя".

На користь цього каже кілька факторів. По-перше, як зазначає біолог, всі молекули РНК і ДНК, а також окремі їх ланки унікальним чином реагують на опромінення ультрафіолетом, дуже швидко позбавляючись енергії, яку їм передає поглинений квант світла, перетворюючи її в тепло. Це, як зазначає дослідник, помітно скорочує ймовірність того, що збуджена молекула розпадеться на частини. Ні білки, ні інші азотисті основи такою властивістю не мають.

По-друге, життя, судячи з особливостей хімічного складу всіх живих клітин і ймовірних властивостей предка всіх живих організмів, обчислених генетичним шляхом, зародилося не в морській воді, а в дуже незвичайному середовищі, в якому відрізнявся не тільки хімічний склад, а й головний компонент . Розчинником у ній виступав формамід - з'єднання аміаку і метану, схоже за своїми властивостями на воду, але кипляче за вищих температур.

"Перші примітивні форми життя мали той же хімічний склад, що і середовище, в якому вони жили, тому що у них ще не було білків, здатних "відкачувати" непотрібні елементи у зовнішнє середовище і не пускати їх назад. Тому можна сказати, що перші клітини жили в особливій рідині, де було багато калію, бору, фосфору, іонів перехідних металів і майже не було натрію. Все це виключає можливість того, що життя зародилося в морській воді", - пояснює професор.

Де такі водоймища, аналогів яким сьогодні немає, могли зустрічатися на ранній Землі? Відповідь на це питання нещодавно знайшли Мартін ван Кранендонк та його колеги, які проводять уже два десятиліття розкопки у містечку під назвою Пілбара на північному заході Австралії, де залягають найдавніші гірські породи планети, що сформувалися 3,5 мільярда років тому.

Вулканічна колиска життя

"Цей регіон, як давно вважав сам я і мої колеги, був мілководним дном первинного океану Землі, де в той час знаходився один з найпотужніших вогнищ вулканізму на планеті і де, як ми думали, мешкали перші організми на Землі. Три роки тому ми знайшли тут породи, які не схожі ні на що інше, що повністю перевернули цю виставу", - заявив австралійський учений.

За його словами, це відкриття було здійснено абсолютно випадково. Одного разу, коли він і його аспірантка Тара Джокич прогулювалися по зоні розкопок, вона звернула увагу на дивні гірські породи, що складалися з безлічі темних і світлих переміжних шарів, об'єднаних у хвилясті структури, що містять безліч бульбашок.

Мартін ван Кранендонк, геолог з Австралії

"Раніше ми вважали, що Пілбара представляла на той час жерло супервулкану, вкрите морською водою, яка періодично то зникала, то з'являлася всередині нього, і ці смуги ми вважали слідами цього процесу випаровування і появи води. Два роки тому, будучи проїздом у Новій Зеландії, я дізнався, чим вони є, і це усвідомлення зробило гейзери в національному парку Оракеї Корако моїм улюбленим місцем на Землі", - продовжує Кранендонк.

На околицях цих гейзерів Кранендонк та його колеги знайшли абсолютно такі ж гірські породи, так звані гейзерити, як і в Пілбарі. Ці відкладення, як виявилося, формуються на дні вулканічних озер і річок, чиї води живляться викидами гейзерів і містять величезну кількість мікробів, що живляться різними хімічними речовинами, які містяться в цих водоймах.

Вода в цих річках та озерах, як згадує геолог, більше схожа на густий суп, ніж на звичайну воду, і в цьому "супі" міститься безліч бульбашок газів, що викидаються мікробами. Ще більше здивування очікувало на геологів тоді, коли вони відкрили сліди бору, калію, цинку та багатьох інших елементів, що містяться в живих клітинах і відсутніх у морській воді.

Все це, як вважає Кранендонк, вказує на те, що саме вулканічні озера – а не "чорні курці" чи інші геотермальні джерела на дні океану – були колискою життя. Це, у свою чергу, говорить про те, що Дарвін мав рацію: життя дійсно зародилося в "теплому дрібному ставку".

"Вже зараз можна сказати, що Дарвін справді випередив час, але я, як учений, не втримаюся і покритикую його: життя не просто виникло в "теплому ставку", а в кількох ставках, і в них були не тільки аміак та органіка, але і бір. Відповідно, ми можемо поставити Дарвіну лише 97 зі 100", - жартує геолог.

Подібні відкриття, як зазначає вчений, мають велике значення для пошуку слідів позаземного життя. Вже зараз можна говорити, що три головні кандидати на роль її притулку - Європа, Енцелад та Титан, супутники Юпітера та Сатурна, навряд чи є мешканими. Єдиною планетою Сонячної системи, окрім Землі, міг бути Марс, де знайдені і сліди гейзерів, і рідка вода, і поклади бору і молібдену.

"Ми вже могли б знайти сліди життя на Марсі. Марсохід "Спіріт" в останні дні своєї роботи випадково відкрив відкладення незвичайних білих порід, аналогічні тим, які утворюються від викидів гейзерів у присутності бактерій. Якби я був Ілон Маск або мав мільярд доларів, я б відправив місію саме туди", - робить висновок учений.

Походження життя на Землі - одне з найважчих і водночас актуальне та цікаве питання в сучасному природознавстві.

Земля сформувалася, ймовірно, 4,5-5 млрд. років тому з гігантської хмари космічного пилу. частинки якої спресувалися в розпечену кулю. З нього в атмосферу виділялася водяна пара, а з атмосфери на Землю, що повільно остигала, протягом мільйонів років у вигляді дощів випадала вода. У поглибленнях земної поверхні утворився доісторичний океан. У ньому приблизно 3,8 млрд. років тому зародилося первісне життя.

Виникнення життя Землі

Як сталась сама планета і як на ній з'явилися моря? Із цього приводу існує одна широко визнана теорія. Відповідно до неї Земля утворилася з хмар космічного пилу, що містить усі відомі в природі хімічні елементи, які спресувалися в кулю. Гаряча водяна пара виривалася з поверхні цієї розпеченої до червоної кулі, огортаючи її суцільним хмарним покривом, Водяна пара в хмарах повільно охолоджувалась і перетворювалася на 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 твердіти. Так утворилася земна кора.

Минули мільйони років, і температура Землі ще більше знизилася. Зливові води перестали випаровуватись і стали стікати у величезні калюжі. Так почалася дія води на земну поверхню. А потім через пониження температури стався справжній потоп. Вода, яка до цього випаровувалась в атмосферу і перетворилася на її складову частину, безперервно скидалася на Землю, з громом та блискавками обрушувалися з хмар потужні зливи.

Поступово 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 розтинали небо. Але ніхто цього не бачив. На землі ще не було життя. Безперервна злива почала розмивати гори. Вода стікала з них галасливими струмками та бурхливими річками. За мільйони років водні потоки глибоко роз'їли земну поверхню і подекуди з'явилися долини. У атмосфері зменшувалася вміст води, але в поверхні планети її накопичувалося дедалі більше.

Суцільний хмарний покрив ставав тоншим, поки одного прекрасного дня Землі не торкнувся перший промінь сонця. Безперервний дощ скінчився. Більшість суші покрив доісторичний Океан. З її верхніх шарів вода вимивала величезну кількість розчинних мінералів та солей, які потрапляли у море. Вода з нього безперервно випаровувалась, утворюючи хмари, а солі осідали, і з часом відбувалося поступове засолення морської води. Очевидно, за якихось існували у давнину умовах утворилися речовини, у тому числі виникли особливі кристалічні форми. Вони росли, як і всі кристали, і давали початок новим кристалам, які приєднували до себе нові речовини.

Сонячне світло і, можливо, дуже сильні електричні розряди служили у процесі джерелом енергії. Можливо, з таких елементів зародилися перші жителі Землі – прокаріоти, організми без оформленого ядра, схожі на сучасні бактерії. 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 неживої Землі внаслідок впливу ультрафіолетового випромінювання Сонця, грозових розрядів та тепла, що утворюється під час виверження вулканів.

Життя існувало тоді в тонкій бактеріальній плівці на дні водойм та у вологих місцях. Цю епоху розвитку життя називають архейською. З бактерій, а можливо, і зовсім незалежним шляхом, виникли і крихітні одноклітинні організми – найдавніші найпростіші тварини.

Яка виглядала первісна Земля?

Перенесемося на 4 млрд. років тому. Атмосфера не містить вільного кисню, він перебуває лише у складі оксидів. Майже ніяких звуків, крім свисту вітру, шипіння води, що вивергається з лавою, і ударів метеоритів об поверхню Землі. Ні рослин, ні тварин, ні бактерій. Може, так виглядала Земля, коли на ній з'явилося життя? Хоча ця проблема здавна хвилює багатьох дослідників, їх думки щодо цього сильно різняться. Про умови на Землі на той час могли б свідчити гірські породи, але вони давно зруйнувалися внаслідок геологічних процесів та переміщень земної кори.

Теорії походження життя Землі

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

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

Теорія біогенезу

У розвитку вчень про походження життя значне місце посідає теорія біогенезу - походження живого лише живого. Але багато хто вважає її неспроможною, оскільки вона принципово протиставляє живе неживому і стверджує відкинуту 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 у земній атмосфері, яка 4-4,5 млрд років тому складалася з аміаку, метану, вуглекислого газу та пари води, могли виникнути найпростіші органічні сполуки, необхідні виникнення життя. Пророцтво академіка Опаріна виправдалося. У 1955 р. американський дослідник С. Міллер, пропускаючи електричні заряди через суміш газів і пар, отримав найпростіші жирні кислоти, сечовину, оцтову та мурашину кислоти та кілька амінокислот. Таким чином, у середині XX століття був експериментально здійснений абіогенний синтез білковоподібних та інших органічних речовин в умовах, що відтворюють умови первісної Землі.

Теорія панспермії

Теорія панспермії – це можливості перенесення органічних сполук, суперечка мікроорганізмів з одного космічного тіла на інше. Але вона зовсім не дає відповіді на питання, як зародилося життя у Всесвіті? Виникає необхідність обґрунтування виникнення життя в тій точці Всесвіту, вік якого, згідно з теорією Великого вибуху, обмежений 12-14 мільярдами років. На той час був навіть елементарних частинок. А якщо немає ядер та електронів, немає і хімічних речовин. Потім протягом кількох хвилин з'явилися протони, нейтрони, електрони, і матерія вступила на шлях еволюції.

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

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

Зародження життя на Землі неможливе без метеоритів та комет

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

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

Експерт вважає, що такий підхід дозволяє пояснити один із найприхованіших і не до кінця вивчених періодів в історії нашої планети. На думку багатьох геологів, основна маса космічних «бомбардувань», у яких брали участь комети та метеорити, припадала на час близько 4 мільярдів років тому. Чаттерджі вважає, що раннє життя на Землі утворилося в кратерах, залишених при падінні метеоритів і комет. І найімовірніше це сталося в період «Пізнього важкого бомбардування» (3,8-4,1 мільярда років тому), коли зіткнення дрібних космічних об'єктів із нашою планетою різко зросло. На той час припадало одразу кілька тисяч випадків падіння комет. Що цікаво, цю теорію опосередковано підтримує Модель Ніцци. Згідно з цією реальною кількістю комет і метеоритів, які повинні були впасти на Землю в той час, відповідає реальному числу кратерів на Місяці, що з'явилася в свою чергу свого роду щитом для нашої планети і не дозволила нескінченному бомбардування 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 мала. А надлишок цей списують на комети, які прилетіли до нас з Хмари Оорта, яка, ймовірно, в одному світловому році від нас.

Чаттерджі вказує, що кратери, що утворилися в результаті цих зіткнень, заповнилися водою, що розтанула, з самих комет, а також необхідними хімічними будівельними блоками, необхідними для утворення найпростіших організмів. При цьому вчений вважає, що місця, де навіть після такого бомбардування не з'явилося життя, просто виявилися непридатними 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 метеоритів, які постійно падають на неї», - пише онлайн-журнал AstroBiology, посилаючись на вченого.

«А через один мільярд років вона стала тихою і спокійною планетою, багатою на величезні запаси води, населеної різними представниками мікробного життя - предками всіх живих істот».

Життя на Землі могло виникнути завдяки глині

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

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

Потім автори дослідження спробували використовувати як недорогий замінник гідрогеля глину. Частинки глини виявилися схожими на частинки гідрогелю, стаючи своєрідними мікрореакторами для взаємодіючих біомолекул.

Отримавши такі результати, вчені було неможливо згадати проблему походження життя. Частинки глини з їхньою здатністю сорбувати біомолекули могли б насправді послужити найпершими біореакторами для перших біомолекул, поки ті ще не обзавелися мембранами. На користь такої гіпотези говорить ще й те, що вимивання силікатів та інших мінералів зі скель з утворенням глини почалося, за геологічними прикидками, якраз перед тим, коли, на думку біологів, найдавніші біомолекули почали об'єднуватись у протоклетки.

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