Чому життя почалося у водному середовищі. Життя зародилося у воді

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. ліг тому зародилося первісне життя.

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. Але 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 у 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 почався вплив 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 падала на Землю, З громом і блискавками обрушувалися з хмар потужні зливи. Помалу в самих глибоких западинахземної поверхні накопичувалася вода, яка 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 неї верхніх шаріввода вимивала велика кількістьрозчинних мінералів та солей, які потрапляли в 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 світлоі, 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 неживій Землі внаслідок впливу ультрафіолетового випромінюванняСонця, грозових розрядів та тепла, що утворюється при виверженні 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.

Вони і зараз становлять основу життя в морях та прісноводних водоймах. Вони такі малі, що їх можна побачити лише за допомогою мікроскопа. У краплі води з невеликого ставка їх тисячі та тисячі. З цих найпростіших одноклітинних почався розвиток всього тваринного життя. Наприкінці протерозою, наступної ери після архею, 1000 - 600 млн. років тому, вже існувала досить багата фауна: медузи, поліпи, плоскі черви, молюски та голкошкірі.

На зображенні, зображені примітивні істоти, що мешкали приблизно 600 - 570 млн. років тому в кембрійському геологічному періоді, першому періоді палеозойської ери. Ми вперше дізналися про них завдяки викопним скам'янілостям, які виявили геологи, які вивчали Кембрійські гори у Великій Британії. Звідси і походить назва геологічного періоду історії.

Від найпростіших за будовою тварин і рослин, що населяли море наприкінці протерозою, не збереглося слідів. Можна тільки припускати, що це були організми, що складалися тільки з м'яких тканин, які після смерті швидко розкладалися. Справжніх риб у кембрії ще не було, але вже жили кишковопорожнинні, губки, археоціати, що нині вимерли, плоскі і багатощетинкові черв'яки, равлики, каракатиці, раки та трилобіти. Останні були схожі на раків довжиною до 10 см. Для того часу це були справжні гіганти, найбільші від інших істот. (На суші на той час життя ще не було.) Наприкінці кембрія, очевидно, вже з'явилися перші хордові, схожі на сучасних ланцетників. Протягом наступних мільйонів років тварини поступово змінювалися, і в наступному геологічному періоді - силурі, що розпочався 500 - 400 млн. років тому, крім численних трилобітів на морському дніз'явилися нові жителі – морські скорпіони.

У товщі вод силурійського моря пасивно дрейфували одноклітинні організми та медузи. А по морському дну повзали ракоподібні та трилобіти, черви та тварини, захищені раковинами, наприклад двостулкові молюскита равлики. Плавати могли лише дуже мало хто з них. Навіть перші хребетні, що зовні вже нагадували риб, мешкали на морському дні. У силурі в морях та прісних водахз'явилися і дивні «риби» – без щелеп та парних плавників. До наших днів дожили їхні родичі – міксини та міноги. У силурійський період з'явилися перші справжні риби. У цих схожих на акул плавців було обтікане, вкрите панцирем тіло, плавці, рот з рухливою щелепою, що нагадувала дзьоб і усаджену гострими зубами. Приблизно 450 млн. років тому в силурі з'явилися перші хребетні тварини - риби. Тіло однієї з найдавніших – цефаласпісу – було вкрите панцирною лускою, а голова – кістковим панцирем. Очевидно, цефаласпис був поганим плавцем. За мільйони років у тому ж геологічному періоді розвинулися два великі класи риб - хрящові та кісткові (двоякодишачі, кістепері та променепері). І хрящовим, тобто таким, що має хрящовий скелет, відносяться акули та скати. На відміну від них, кістяк кісткових риб частково або повністю складається з кісткової тканини. До кісткових відносяться майже всі добре знайомі нам промислові риби: оселедець, камбала, тріска та скумбрія, короп, щука та багато інших. Всього на Землі в наші дні налічується 20 тисяч видів риб, і населяють вони не лише моря, а й інші водоймища.

400 млн. років тому силур змінився девонським геологічним періодом, яка тривала близько 60 млн. років. Тоді на суші з'явилися перші рослини – лишайники, якими заростали зволожені береги водойм. Протягом девону від них відбулися інші форми, у тому числі й перші вищі рослини- папороті та хвощі. Крім того, якщо раніше всі тварини дихали лише киснем, розчиненим у воді, то тепер деякі з них навчилися вилучати його з повітря. Ці перші сухопутні тварини - тисячоножки, скорпіони та безкрилі примітивні комахи, ймовірно, мешкали поблизу води. Предком усіх сухопутних хребетних тварин була кистепера риба зі схожими на лапи грудними та черевними плавцями. Поступово у кістеперих риб розвинулися справжні верхні та нижні кінцівки, і з часом з'явилися земноводні (амфібії) та плазуни (рептилії).

Звідки нам відомо, як виглядали давні тварини?

Усі ті зміни, які зазнавала Земля з утворення її кори, вивчає історична геологія. Вчені визначають вік геологічних шарів по скам'янілості - залишкам древніх тварин і рослин, тому що кожна епоха мала свої характерні представникифлори та фауни. Вивченням скам'янілостей займається палеонтологія. Палеонтологи досліджують викопні залишки давніх організмів та відновлюють зовнішній виглядвимерлих тварин. Коли живі організми гинули у доісторичному Океані, вони опускалися на дно, де їх покривав мул чи пісок, який приносили річки. Мільйони років мулисті ґрунти разом із похованими під ними останками ущільнювалися, перетворюючись на камінь. М'які тканини тварин повністю розкладалися, але відбиток залишався. Тверді раковини молюсків чи панцирі ракоподібних часто зберігалися неушкодженими. За час історичного розвиткуЗемлі неодноразово морське дно під дією потужних силі розплавлених надр планети виштовхувалося на велику висоту і ставало частиною суші. Вкраплені в гірську породу залишки та відбитки древніх тварин знаходять дослідники і з них вивчають геологічні процеси. Шари гірських порід для вчених - як сторінки книги з безліччю малюнків, і треба лише правильно розшифрувати текст, щоб зрозуміти, як розвивалося життя на планеті. Шари піску та мулу з скам'янілістю відкладалися один на одного мільйони років. Так вони й спресувалися: давніші шари – нижчі, пізніші – вищі. Накопичуючи відомості про те, в яких шарах переважають ті чи інші види скам'янілостей, вчені навчилися визначати, до якого геологічного часу вони належать. Після цього вже досить просто знайденим скам'янілостей визначити вік геологічної породи, в якій вони були виявлені.

Великий каньйон річки Колорадо в американському штатіАрізона - одне з небагатьох місць, де зберігся величезний, зручний для читання кам'яний літопис життя на планеті. Тут річка прорізала товщу осадових порід- вапняків, пісковиків та сланців – на глибину до 1800 м. Річка утворила каньйон, тобто глибоку долину з дуже крутими схилами та вузьким дном, розмивши дно древнього моря. Воно піднімалося дуже повільно та рівномірно. Гороутворення, яке завжди супроводжується гігантськими зрушеннями та розломами гірських порід, тут не було. Тому майже змінилася послідовність залягання геологічних порід. Вивчивши скам'янілості верств крутого схилу, можна простежити за всіма змінами, що відбувалися з тваринним світом стародавнього моря за сотні мільйонів років.

Походження життя на Землі - один з найважчих і водночас актуальний і цікаве питанняу 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 в результаті геологічних процесівта 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 фахівецьв галузі проблеми виникнення життя Стенлі Міллер, про виникнення життя та початок його еволюції можна говорити з того моменту, як органічні молекули самоорганізовувалися в структури, які змогли відтворювати 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 теоріїпоходження 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, Вуглекислий газі парів води могли виникнути найпростіші органічні сполуки, необхідні для виникнення життя. Пророцтво академіка Опаріна виправдалося. У 1955 р. американський дослідник С. Міллер, пропускаючи електричні заряди через суміш газів та парів, 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 речовинза умов, що відтворюють умови первісної Землі.

Теорія панспермії

Теорія панспермії – це можливості перенесення органічних сполук, суперечка мікроорганізмів з одного космічного тілана 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 До цього часу не було 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 преміїФ.Крік, Л.Оргел. Ф.Крік ґрунтувався на двох непрямих доказах: універсальності генетичного коду: необхідності для нормального метаболізму всіх живих істот молібдену, який зустрічається зараз на планеті дуже рідко.

Зародження життя на Землі неможливе без метеоритів та комет

Дослідник з Техаського технологічного університету, після аналізу величезного обсягу зібраної інформації, висунув теорію у тому, як у Землі змогла утворитися життя. Вчений упевнений, що поява ранніх форм найпростішого життяна нашій планеті було б неможливо 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 теоріямихімічної 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. Відповідно до неї реальна кількість комет і метеоритів, які мали впасти на Землю в той час, відповідає реальному числукратерів на Місяці, що в свою чергу з'явився свого роду щитом для нашої планети і не дозволив нескінченному 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 мала. А надлишок цей списують на комети, які прилетіли до нас з Хмари Оорта, що, ймовірно, в одному світловому роцівід 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, немов 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 клітині.

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, поверхня частинок глинистих мінералів- розглядається 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 лауреатівДжеймс Шостак зараз активно робить спроби створення ефективних клітинних моделей, які розмножуються власними силами, відтворюючи собі подібних.

Ббув час - багато мільйонів років тому, - коли живих істот не було на Землі. Але з певного періодув 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 викопних істот найдавніші булимешканцями моря.

Вода є складовоютіла 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 і 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 водірозчинено 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 середовищедуже розріджена. 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 швидкістюдолати 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 наземним рослинам.

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. В воді сезонні відмінностіу 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 частинуроку стоїть морозна погода, море не замерзає до дна. Чи не промерзають і великі озерата 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. суворий часроку від літнього періоду. Ці сприятливі умовижиття в морі сприяли розвитку найбільшого розмаїття живих організмів, що населяють море. До сих пір тваринний світморя 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 виробилися різні пристосуваннядля життя у повітряному середовищі. Поступово вдосконалюючись, наземні тварини та рослини придбали сучасний вигляд. 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.

Життя зародилося у воді. За останні десятиліттявчені, використовуючи самі різні видиенергії, отримали в лабораторних умовнайрізноманітніші "органічні" речовини. У всіх цих дослідах моделювалися умови первинної безкисневої атмосфери. Було встановлено, що первинна безкиснева атмосфера давньої Землібув можливий синтез "органічних" молекул за рахунок енергії короткохвильового ультрафіолетового випромінювання Сонця, енергії електричних розрядівта за рахунок інших геотермальних джерел енергії.

Перші експерименти з неорганічного синтезу "органічних" речовин в умовах первісної Землі, провів у 1959 С. Міллер (Miller S. L., 1959). Сконструйований ним прилад заповнювався водою та сумішшю газів - воднем, метаном та аміаком; вільний кисень у колбу не допускався. У верхній частині колби безперервно створювалися сильні електричні розряди. Внизу нагрівалася до кипіння вода, створюючи циркуляцію пари та води (рис. 9).

Мал. 9. Експеримент Міллера, в якому під дією іскрового розряду з водню, метану, води та аміаку без кисню утворюються органічні сполуки.

Як джерело енергії спочатку використовувався іскровий розряд. Оскільки розряд дає менше енергії, ніж ультрафіолет, у подальших експериментах використали ультрафіолет. При цьому з метану, аміаку та водню синтезувалися органічні сполуки – альдегіди та амінокислоти.

Досліди виявили, що 10-15% вуглецю перейшло в органічну форму. Близько 2% вуглецю опинилися у вигляді амінокислот, причому найпоширенішим з них виявився гліцин. У реакційній суміші також були виявлені цукру, ліпіди та попередники нуклеїнових кислот- Нуклеозиди. Первинний аналіз показав наявність у кінцевій суміші 5 амінокислот. Однак, більш точний повторний аналіз, Опублікований в 2008 році, показав, що експеримент привів до утворення 22 амінокислот.

Оригінальні експерименти Міллера викликали великий інтерессеред вчених усього світу. Аналогічні досліди почали інші дослідники.

Гістограма 2. Розподіл сполук, отриманих у дослідах Міллера, за масою та кількістю атомів у молекулі (діаграми побудовані за даними С. Міллера)

У 1960 році Вілсон, додавши в вихідний розчинсірку, отримав більші молекули полімерів, що містять по 20 і більше атомів вуглецю (Wilson A. T., 1960). У суміші полімерів утворилися тонкі плівки розміром близько 1 см, що є поверхнево-активними речовинами, що скупчилися на поверхні розділу газ - рідина (див. рис. 10). Вважається, що ці плівки молекул, що синтезувалися на кордоні між різними фазамиграли важливу рольна ранніх стадіяхвиникнення життя. Каталізатором утворення подібних плівок служила, мабуть, сірка, яка була поширена на первісній Землі у вигляді зерен сульфідів, наприклад, у піритових пісках.

Мал. 10. Плоскі плівки органічних макромолекул, що утворюються при іскрових розрядаху суміші аміаку, сірководню, пари води та золи пекарських дріжджів. ДжерелоM.G.Rutten.

У 1969 році Поннамперуму та співр. провели експерименти, подібні до експериментів Міллера, використовуючи як джерело енергії ультрафіолетове світло(Ponnamperuma C., 1969). Хоча з теоретичних міркувань синтези, що йдуть під дією ультрафіолету, не повинні принципово відрізнятися від тих, що викликаються електричним розрядом, важливо було отримати експериментальне підтвердженняцього факту, оскільки за умов первинної атмосфери набагато більше енергії надходило з ультрафіолетовим випромінюванням.

Дослідники не тільки змогли синтезувати амінокислоти та пурини, тобто будівельні блоки білків та нуклеїнових кислот, але також змогли синтезувати з цих блоків полімери. Виявилося, що у присутності ціаністого водню амінокислоти полімеризуються, утворюючи пептидні ланцюги. При цьому, при додаванні фосфорної кислоти виходили різні нуклеотиди.

Цікаві результати отримав у 1965 році американський вчений Оро та співр., що показав, що більші "органічні" молекули можна синтезувати і без допомоги ультрафіолету, просто нагріваючи реакційну суміш (Oro J., 1965).

Відомо, що в умовах відновлювальної атмосфери малі "органічні" молекули могли синтезуватись за рахунок енергії ультрафіолетового випромінювання Сонця. Однак умови на Землі в епоху примітивної атмосфери були для раннього життяне менш небезпечними, ніж вони виявилися б для сучасної. Хоча перші організми в безкисневій атмосфері не зазнавали окислення, ніщо не захищало їх від згубного впливу жорсткого ультрафіолетового випромінювання. Тому треба враховувати, що на той час, можливо, використовувалися інші джерела енергії. Наприклад, вільні радикали та малі "органічні" молекули могли синтезуватися за рахунок високоенергетичного ультрафіолетового випромінювання Сонця, а для синтезу з малих молекул інших, складніших сполук могли служити і менш потужні геотермальні джерелаенергії (рис. 11). Так, у розчинах формальдегіду з гідроксиламіном, формальдегіду з гідразином і в розчинах, що містять ціаністий водень, наприкінці досвіду виявлялися амінокислоти (Oro J., 1965). В інших експериментах ці продукти полімеризувалися в пептидні ланцюги – великий крок до неорганічного синтезу білка. У системі з розчином ціаністого водню у водному аміаку також з'являлися складніші сполуки - пурини та піримідини (азотисті основи, що входять до складу нуклеїнових кислот).

Мал. 11. Передбачувані механізми утворення пуринів з водної суміші аміаку та ціаністого водню (вгорі) та аденіну з водної суміші аміаку та ціаністого водню (внизу). За данимиOro J., 1965

Всі ці експерименти вказали на можливий шлях переходу від синтезу малих "органічних" молекул за рахунок енергії ультрафіолетового сонячного випромінювання Сонця до більш складних "органічних" молекул, що утворюються при менш жорстких впливах.

Як відомо, молекули протеїнів побудовані з одного або декількох поліпептидних ланцюгів, а ті в свою чергу складаються з великої кількостірізних амінокислот. Після того, як утворилися амінокислоти, може статися наступний важливий етап- їх конденсація у поліпептидні ланцюги. Вчені вважають, що виділення молекули води, що супроводжує реакцію конденсації двох молекул амінокислот, є фактом великої важливості. Оскільки реакція поліконденсації супроводжується дегідратацією, швидкість перетворення будуть вищими при видаленні води із системи. Це міркування привело вчених до висновку, що ранній розвитокжиття мало відбуватися поблизу діючих вулканів, оскільки у ранні періоди геологічної історії вулканічна діяльність йшла активніше, ніж у наступні часи. Однак дегідратація супроводжує не тільки полімеризацію амінокислот, а й об'єднання інших будівельних блоків у більші "органічні" молекули. Таке об'єднання завжди пов'язане з реакцією конденсації, коли від одного блоку "відщеплюється" атом водню, а від іншого - гідроксильна група.

Першим можливість проведення реакцій конденсації-дегідратації в умовах "первинного бульйону" довів у 1965 американський учений Кальвін (Calvin M., 1965). З усіх сполук лише синильна кислота здатна пов'язувати молекули води "первинного бульйону". Присутність у "первинному бульйоні" синильної кислоти доведено також першими експериментами Міллера.

Мал. 12. Реакції конденсації з дегідратацією, що призводять до утворення окремих будівельних блоків більших "органічних" молекул. Верхні три рівняння: конденсація та подальша полімеризація амінокислот у протеїни, цукрів у полісахариди та кислот і спиртів у ліпіди. Нижнє рівняння - конденсація аденіну з рибозою та фосфорною кислотою, у результаті утворюється нуклеотид. Полімеризація нуклеотидів в ланцюг нуклеїнової кислоти також є реакцією конденсації і протікає з виділенням молекул води .

Далі, виявилося, що дві інші, дещо складніші сполуки - ціанамід і диціанамід HN(C = N) 2 - мають ще більшу дегідратуючу здатність. Реакції з ними складніші, їх механізм ще не з'ясований остаточно. У присутності синильної кислоти та ціанамідів конденсація окремих блоків, що супроводжується дегідратацією, може йти при нормальних температураху сильно розведених водяних розчинах.

Цікаві висновки зробив у 1966 році Ейбелсон, який встановив, що реакції із синильною кислотою сильно залежать від кислотності водних розчинів, у яких вони протікають (Abelson Ph. H., 1966). Ці реакції не йдуть у кислих середовищахтоді як лужні умови (рН 8-9) їм сприяють. Вчені досі сперечаються, чи міг первинний океан мав такий склад, але цілком імовірно, що саме такий рН мала озерна вода, що стикалася з базальтом, і ці реакції цілком могли відбуватися при контакті з базальтовими породами.

Дослідники провели експерименти, в яких безводну суміш амінокислот піддавали впливу температур до 170 0 С. Виявилося, що найкращі результатипо поліконденсації виходять із сумішами, що містять аспарагінову та глутамінову кислоти. Саме ці дві амінокислоти відносяться до найважливіших амінокислот, що зустрічаються в сучасних організмах.

У ході синтезу утворювалися сполуки, названі протеїноїдами, подібні до природними білками. Так, вони складалися з великих молекул з молекулярною масоюдо 300 000, складених з тих же блоків, що і природний білок. Вони містили 18 з 23 амінокислот, які зазвичай зустрічаються у сучасних організмів. Таким чином вони відповідали загальному визначеннюбілка. З природним білкомвони подібні і за низкою інших важливих властивостей, наприклад, зв'язування полінуклеотидів, придатність в їжу бактеріям і щурам, здатність викликати реакції, подібні до тих, що каталізуються ферментами в організмах. Так, ці штучно синтезовані "органічні" сполуки здатні каталітично розкладати глюкозу.

інше важлива властивістьпротеїноїдних сполук - їхня "обмежена гетерогенність". Це означає, що послідовність амінокислот у тому пептидних ланцюгах зовсім випадкова, а, навпаки, більш-менш закономірна. Але тоді було неможливо провести суворе порівняння цих штучних сполук із природними білками, оскільки молекули білків настільки складні, що структура більшості їх ще визначено з достатньої точністю. Прагнучи підкреслити подібність цих штучних білковоподібних сполук із природними білками, Фокс назвав їх протеїноїдами. Оскільки вони були синтезовані під дією тепла, надалі їх почали називати "термічними протеїноїдами".

З того часу багато вивчено в отриманні було зроблено для вивчення активності протеїноїдів. Найважливіше те, що промиваючи гарячу суміш протеїноїдів водою чи водними розчинами солей у середовищі утворюються елементарні мембраноподібні мікросфери – коацервати (Rutten M. G., 1963). Розмір мікросфер дуже малий, їхній діаметр становить близько 2 мкм. Зовні вони нагадують мембрану клітини. Морфологічні особливостіпротеноїдних коацерватів показано на рис. 13 та рис. 14.

Мал. 13 . Електронні мікрофотографії зрізів протеноїдних коацерватів. ДжерелоM.G.Rutten. Origin of life by natural causas. Elsevier Publishich Comp., N. Y., 1971.

Мал. 14. Протеноїднікоацервати, здвоєні зі збільшенням рН середовища. ДжерелоM.G.Rutten. Origin of life by natural causas. Elsevier Publishich Comp., N. Y., 1971.

Коацервати досить стабільні. Якщо їх поміщають в розчини іншої концентрації, ніж концентрація розчину, в якому вони утворилися, вони реагують на зовнішні умови. У надто концентрованих розчинах вони зморщуються, розбавлених набухають, тобто їх реакція на зміну осмотичного тиску подібна до реакції живих клітин. Це пояснюється наявністю у них напівпроникної зовнішньої оболонки, подібної до мембрани клітини, яка може бути також і подвійною.

Утворення коацерватів із суміші штучних протеїнів важливе тому, що воно дає нам матеріал для судження про те, як міг статися наступний крок у розвитку життя. Це крок від розрізнених "органічних" молекул до груп організованих молекул, зібраних в окремі структури та відокремлених від навколишнього світу примітивною мембраною, що було продемонстровано нашим співвітчизником академіком О.І. Опаріним.

З урахуванням вищесказаного походження життя виглядає так: Першим етапом живої еволюції, мабуть, було утворення при дуже високих температурах амінокислот та азотистих сполук – аналогів нуклеїнових кислот. Такий синтез цілком можливий поряд з іншими, тобто при дії електричних розрядів, ультрафіолетового випромінювання та високої температури. Можливість такого термічного синтезу експериментально доведена дослідами багатьох дослідників (Fox S. W., 1965). Наступний етап - полікопденсація одержаних амінокислот при температурі 170 або 65 С (у останньому випадкуу присутності деяких фосфатів). Реакція поліконденсації відбувається, якщо в суміші є достатньо аспарагінової та глутамінової кислот. У суміші протеїноїдів при дії на неї водою або кислими водними розчинами (дощем) утворюються коарцервати – попередники клітин. Здатність протеїноїдів до виконання деяких функцій, подібних до функцій ферментів живих організмів, виявляється у тому, що вони можуть у присутності гідрату окису цинку розщеплювати нуклеотид АТФ, тобто мають слабку ферментативну активність.

В даний час є багато способів експериментального отримання "органічних" молекул неорганічним шляхом в умовах, що моделюють первинну атмосферу. Проте, результати цих експериментів з геологічної погляду є задовільними, оскільки досить важко моделювати геологічне минуле. Для появи перших найдавніших формжиття природним шляхомІстотно важливі дві умови. По-перше, атмосфера повинна бути безкисневою, по-друге, має бути все необхідне для побудови "органічних" молекул - атоми вуглецю, азоту, неорганічні каталізатори та вода. Якщо ці умови будуть виконані, негайно розпочнеться утворення "органічних" сполук.

Але це означає, що формування життя - процес, властивий як нашій Землі. У принципі, на будь-якій планеті, що відповідає двом вищевикладеним вимогам, вона знаходилася в нашій Сонячній або в будь-якій іншій системі, можуть йти аналогічні процеси. Адже безкиснева атмосфера, що містить необхідні синтезу " органічних " сполук атоми і молекули, - просте для Всесвіту явище. Залишається одна головна умова для освіти життя – наявність рідкої води. Таким чином, утворення "органічних" сполук з неорганічних водному середовищі- Розповсюджений космічний процес.

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.