Gyvybė Žemėje niekada nebūtų atsiradusi, jei Žemė nebūtų turėjusi negyvojo palydovo Mėnulio. Ši naujausia gyvybės atsiradimo Žemėje teorija priklauso britų biologui Richardui Lettsui. Prieš 4 milijonus metų Mėnulis skriejo daug arčiau Žemės, o jo gravitacijos įtakoje vandenynų potvyniai buvo daug stipresni nei dabar. Tai savo ruožtu prisidėjo prie kasdienės druskos koncentracijos jūros vandenyje kaitos, kuri galiausiai lėmė gyvybės atsiradimą, teigia mokslininkas. Jei ši teorija teisinga, tai tuo pačiu atmeta gyvybės Marse galimybę. Faktas yra tas, kad didžiausias Marso palydovas Fobasas yra per mažas, kad galėtų generuoti potvynius, net jei Marse yra arba buvo vandens, o tai dar neįrodyta, rašo „The Daily Telegraph“.

Chemikai pateikė naują teoriją apie gyvybės Žemėje atsiradimą – jų nuomone, prie jos atsiradimo galėjo prisidėti senoviniai ugnikalniai. Vulkanų išskiriamose dujose yra daug karbonilo sulfido ( cheminė formulė COS), ir šios dujos galėtų būti „klijai“, su kuriais buvo suklijuotos pirmosios gyvybės Žemėje plytos – organinės molekulės.

Maždaug prieš 20 metų aplink vandenyno viduryje trykštančius karštus vulkaninius šaltinius buvo aptikta biocenozė, egzistavusi visiškai nepriklausomai nuo saulės. Dešimtojo dešimtmečio pradžioje Arizonos dykumoje grupė tyrėjų bandė sukurti dirbtinį, visiškai izoliuotą. išorinis pasaulis, biosfera.

Mokslininkų atliktuose eksperimentuose aminorūgščių molekulės, esant karbonilsulfidui, sulipo viena su kita, sudarydamos paprasčiausių baltymų molekules. Reakcijos greitis buvo gana didelis, ir ne specialios sąlygos nebuvo reikalingas jo įgyvendinimui. Jei žemės istorijos aušroje daugybės ugnikalnių išmesto karbonilo sulfido koncentracija buvo reikšminga, tai galėtų būti gyvybės Žemėje atsiradimo katalizatorius.

Tai taip pat siūlo naujoji Wechterzhäuserio teorija. Sriubos teorija rodo, kad cheminiai gyvybės pirmtakai susiliejo trimatėje aplinkoje. Tačiau medžiagos, kurios laisvai juda ore ar vandenyje, ilgai neišbūna kartu. Iš pažiūros viskas kitaip. Pirmosios reakcijos turėjo įvykti ant paviršiaus, kuris turėjo ne tris, o du matmenis, samprotavo Wechterzhäuseris.

Trečiąją dimensiją jau užkariavo organizmai. Paviršius, kuriame susiformavo gyvybės pirmtakai, turėjo būti nuplautas vandens. Visas hipotezes apie gyvybės kilmę, Wechterzhäuseris rašo žurnale Science, galima suskirstyti į tris klases, priklausomai nuo to, kuris gyvybės elementas jiems yra lemiamas, kur viskas prasidėjo. Kai kurie mano, kad iš ląstelių membranų. Bet tada jiems reikia paaiškinti, kaip ląstelinis maistas praėjo per membraną.

Kiti mano, kad nukleorūgštys susidarė pirmosios. Tačiau net ir paprasčiausios nukleorūgščių molekulės yra gana sudėtingi junginiai. Wechterzhäuseris laikosi trečiojo požiūrio: gyvenimas prasidėjo nuo medžiagų apykaitos, nuo medžiagų apykaitos. Kitaip tariant, iš pasikartojančio cheminių pokyčių ciklo. Šis metabolizmas „išrado“ ląstelės membraną, nukleino rūgštis ir visą genetinį aparatą. Anglies atomai taip pat dalyvavo metabolizme. Kiekviename cikle jie susijungdavo po du (moksliškai tai vadinama anglies fiksavimo ciklu). Šalutinis produktas, iš pradžių „nenaudingas“ šio metabolizmo produktas, pasirodė esąs aminorūgštys – būsimų baltymų statybinės medžiagos. Iš karto jie tapo savo pačių katalizatoriais – tų cheminių pokyčių, kurie pirmiausia nukreipė jų pačių sintezę, greitintojais. Nukleino rūgštys taip pat pasirodė kaip šalutiniai produktai ir taip pat parodė savybę katalizuoti. Vėliau, kaip bičių motinėlė avilyje, jie prisiėmė atsakomybę atkurti visą sistemą. Anksčiau ar vėliau visi šie cheminiai pokyčiai lėmė tai, kad kai kurioms tarpusavyje susijusioms medžiagoms pavyko prisiglausti membranoje, kurią jos palaipsniui pastatė, ir iš dviejų dimensijų nelaisvės pabėgti į trijų sferą. Tada ir gimė pirmoji ląstelė. Tokia yra schema. Bet bet kokia schema, bet kuri teorija gali žlugti, kai susiduria su eksperimentu. Wechterzhäuser teorija nesugriuvo, o, priešingai, gavo eksperimentinį palaikymą ir net svarbiausioje grandyje – anglies fiksavimo cikle. Bakterijos, šios senovinės būtybės, vis dar išlaiko retą su jais gimusį gebėjimą – sintetinti acto rūgštį, paprastą medžiagą, kuri savo aktyvia forma lengvai įsitraukia į chemines reakcijas. Acto rūgštis yra pagrįsta tik dviem anglies atomais, sujungtais jos molekulėje. Bet ar šiandien tokia sintezė kur nors gali vykti? Taip, gali – karštose sieros dujose, išsiskiriančiose iš povandeninių ugnikalnių dideliame gylyje. Kaip žinia, siera mintančios bakterijos ten laisvai gyvena šimtų laipsnių temperatūroje, taip pat pilna metalų sulfidų. Povandeniniai ugnikalniai yra vieta, kur gimė gyvybė! Žinoma, vandenynas, bet ne tas pats. Ne sultinio, o itin verdančio vandens. Wechterzhäuser gavo vulkanines dujas ir pradėjo jas maišyti esant geležies ir nikelio sulfidams. Acto rūgšties sintezė netruko! Ir ji yra labiausiai tikėtina kandidatė į medžiagų apykaitą, kuri pagimdė gyvybę. Acto rūgštis yra aktyvi – štai ir visa esmė.

Eksperimentas, kurį Vokietijos mokslų instituto Žmogaus genomo centre pradėjo profesorius Doronas Lancetas Crohnas ir jo mokiniai Daniela Segr ir Daphne Behn, yra pagrįstas alternatyvos baltymams ir ribonukleino rūgštims paieška nuo tada, kai atsirado baltymai ar savaime besidauginančios ribonukleino rūgšties molekulės išliko paslaptingos. Jie sukūrė modelį, pagrįstą lipidų molekulėmis, ir pasiūlė naują požiūrį į gyvybės kilmę.

Lipidai yra riebios medžiagos, žinomos kaip pagrindiniai ląstelių membranų komponentai. Lipidai turi du įvairių formų s: hidrofilinis (pritraukia vandenį) ir hidrofobinis (atspindi vandenį). Lipidai lengvai sintetinami imituotomis „prebiologinėmis“ sąlygomis ir dėl savo dvišalio pobūdžio yra linkę spontaniškai formuoti supramolekulines struktūras, susidedančias iš tūkstančių molekulinių vienetų. Tai iliustruoja minimalios lipidų bendruomenės – micelės, kurios netgi auga ir dauginasi vandenyje, primenančios ląstelių aktyvumą.

Tačiau liko neatsakytas svarbus klausimas: kaip minimalios lipidų bendruomenės galėtų nešti ir skleisti informaciją?
Lancet ir kolegų pasiūlytas modelis siūlo sprendimą. Jie rodo, kad iš pradžių į lipidus panašūs junginiai egzistavo labai įvairių formų ir dydžių. Jie matematiškai parodo, kad esamomis sąlygomis minimalios lipidų bendruomenės gali turėti beveik tiek pat informacijos, kiek ribonukleino rūgštys ar baltymų grandinė. Informacija būtų saugoma pačioje minimalios bendruomenės sudėtyje, tai yra tiksliu kiekvieno jos komponento kiekiu, o tai užtikrino tikslesnį informacijos perdavimą ir saugojimą nei molekulinių „granulių“ seka ant baltyminio gijos. Buvo pateikta analogija su kvepalais: informacija - aromatas skiriasi tarp receptorių, o kvapas labiau priklauso nuo kiekvieno komponento proporcijos mišinyje, o ne nuo aromatų įdėjimo tvarkos.
Tokiu būdu autoriai teigia, kad heterogeninės minimalios lipidų bendruomenės gali būti laikomos primityviais genomais. Jie taip pat parodo, kaip lašelis, minimali lipidų bendruomenė, augdama ir dalijasi, gali turėti paveldėjimo formą. Jų mašinų modeliavimas rodo, kaip genomas būtų perduotas minimalioms palikuonių bendruomenėms. Svarbus modelio aspektas yra tai, kaip toks molekulinis paveldėjimas tapo įmanomas. IN šiuolaikinės ląstelės, DNR esančios informacijos perdavimą palengvina fermento baltyminiai katalizatoriai. Ankstyvojoje ikibiologinėje eroje katalizę galėjo atlikti tos pačios į lipidus panašios medžiagos, kurios nešė informaciją. Molekulės, jau esančios lašelio pavidalu, veikė kaip molekulinis „atrankos komitetas“, padidindamas tikimybę perduoti kai kuriuos požymius ir sumažindamas kitų perdavimo tikimybę.

„Lancet“ komanda sukūrė kompiuterizuotus modelius, kurie parodo, kaip, remiantis vien fizikiniais ir cheminiais principais, specifinės sudėties lipidų lašeliai susilieja, auga, dalijasi, dauginasi, kaupia mutacijas ir įsitraukia į sudėtingą evoliucinį žaidimą. Svarbu, kad tai būtų visiškos minimalios bendruomenės su savo sudėtingi ryšiai santykinai mažos molekulės, kurios nukopijuojamos į dukterinius lašelius.

Tai skiriasi nuo ankstesnių modelių, kuriuose nukopijuojamas vienas ilgas ribonukleino rūgšties polimeras. Mokslininkų modelis daro labai mažai cheminių prielaidų, tačiau pateikia turtingą molekulinį paaiškinimą, kuris yra lygiagretus šiuolaikiniams gyvybės procesams. Ir todėl turi galimybę tapti tuo ilgai trokštamu tiltu, vedančiu iš negyvojo pasaulio į modernus pasaulis gyvi organizmai.XXI amžiuje. Siekdami išsiaiškinti gyvybės atsiradimo problemą, mokslininkai rodo didesnį susidomėjimą dviem objektais – Jupiterio palydovu, kurį dar 1610 metais atrado G. Galilėjus. Jis yra 671 000 km atstumu nuo Žemės. Jo skersmuo yra 3100 km. Jį dengia daugybė kilometrų ledo. Tačiau po ledo danga yra vandenynas, o jame galėjo būti išlikusios paprasčiausios senovės gyvybės formos.

Kitas objektas – Rytų ežeras, vadinamas reliktų rezervuaru. Jis yra Antarktidoje po keturių kilometrų ilgio ledo sluoksniu. Mūsų tyrėjai jį atrado atlikę giliavandenius gręžinius. Šiuo metu kuriama tarptautinė programa, kurios tikslas – prasiskverbti į šio ežero vandenis nepažeidžiant jo reliktinio grynumo. Gali būti, kad ten egzistuoja kelių milijonų metų senumo reliktiniai organizmai.

Taip pat didelis susidomėjimas Rumunijoje aptiktu urvu, kuriame nėra šviesos. Išgręžę įėjimą į šį urvą, jie atrado aklų gyvų organizmų, tokių kaip vabzdžiai, kurie minta mikroorganizmais, egzistavimą. Šie mikroorganizmai savo egzistavimui naudoja neorganinius junginius, kurių sudėtyje yra vandenilio sulfido, patenkančio iš šio urvo dugno. Į šį urvą šviesa neprasiskverbia, bet ten yra vandens.

Ypatingą susidomėjimą kelia mikroorganizmai, aptikti Pastaruoju metu Amerikos mokslininkai tyrinėdami vieną iš druskos ežerų. Šie mikroorganizmai yra išskirtinai atsparūs savo aplinkai. Jie gali gyventi net grynai arseno aplinkoje.

Taip pat daug dėmesio sulaukia vadinamuosiuose „juoduosiuose rūkaliuose“ gyvenantys organizmai (2.1 pav.).

Ryžiai. 2.1. Vandenyno dugno „juodieji rūkaliai“ (karšto vandens srovė rodoma rodyklėmis)
„Juodieji rūkaliai“ – tai daugybė hidroterminių angų, veikiančių vandenyno dugne, apribotos ašinėmis vidurio vandenyno keterų dalimis. Iš jų į vandenynus esant aukštam 250 atm slėgiui. tiekiamas labai mineralizuotas karštas vanduo (350 °C). Jų indėlis į Žemės šilumos srautą siekia apie 20 proc.

Hidroterminės vandenyno angos perneša ištirpusius elementus iš vandenyno plutos į vandenynus, keičia plutą ir labai prisideda prie cheminė sudėtis vandenynai. Kartu su vandenyno plutos susidarymo ciklu vandenynų keterose ir jos perdirbimu į mantiją, hidroterminiai pokyčiai yra dviejų pakopų sistema, skirta elementams perkelti tarp mantijos ir vandenynų. Akivaizdu, kad vandenyno pluta, perdirbta į mantiją, yra atsakinga už kai kuriuos mantijos skirtumus.

Vandenyno vidurio kalnagūbriuose esančios hidroterminės angos yra neįprastų biologinių bendrijų, kurios gauna energiją skaidant hidroterminių skysčių junginius (juodoji srovė), buveinė.

Okeaninėje plutoje, matyt, yra giliausios biosferos dalys, siekiančios 2500 m gylį.

Hidroterminės angos labai prisideda prie Žemės šilumos balanso. Po vidurinėmis keteromis mantija yra arčiausiai paviršiaus. Jūros vanduo pro plyšius prasiskverbia į vandenyno plutą iki nemažo gylio, dėl šilumos laidumo įkaista nuo mantijos šilumos ir koncentruojasi magmos kamerose.

Išsamus aukščiau išvardytų „ypatingų“ objektų tyrimas neabejotinai paskatins mokslininkus objektyviau suprasti gyvybės atsiradimo mūsų planetoje ir jos biosferos formavimosi problemą.

Tačiau reikia pažymėti, kad iki šiol gyvybė nebuvo gauta eksperimentiškai.

Gyvybės Žemėje kilmės klausimas yra vienas sunkiausių klausimų šiuolaikinis gamtos mokslas, į kurį vis dar nėra aiškaus atsakymo.

Yra keletas teorijų apie gyvybės atsiradimą Žemėje, iš kurių garsiausios yra:

• spontaniškos (spontaniškos) kartos teorija;
• kreacionizmo (arba kūrybos) teorija;
• teorija pastovi būsena;
• panspermijos teorija;
• biocheminės evoliucijos teorija (A.I. Oparino teorija).

Panagrinėkime pagrindines šių teorijų nuostatas.

Spontaniškos kartos teorija

Spontaniškos gyvybės atsiradimo teorija buvo plačiai paplitusi senovės pasaulyje - Babilone, Kinijoje, Senovės Egiptas Ir Senovės Graikija(šios teorijos ypač laikėsi Aristotelis).

Mokslininkai Senovės pasaulis o viduramžių Europa tikėjo, kad gyvos būtybės nuolat kyla iš negyvos materijos: kirminai iš purvo, varlės iš purvo, ugniažolės iš ryto rasos ir kt. Taigi, žymus olandų mokslininkas XVII a. Van Helmontas savo moksliniame traktate gana rimtai aprašė patirtį, kai per 3 savaites jis gaudavo peles tiesiai iš nešvarių marškinių ir saujos kviečių užrakintoje tamsioje spintoje. Pirmą kartą italų mokslininkas Francesco Redi (1688) nusprendė plačiai paplitusią teoriją pritaikyti eksperimentiniam bandymui. Keletą mėsos gabalų jis įdėjo į indus ir kai kuriuos uždengė muslinu. Atviruose induose pūvančios mėsos paviršiuje pasirodė balti kirminai – musių lervos. Muslinu padengtuose induose nebuvo musių lervų. Taigi F. Redi pavyko įrodyti, kad musių lervos atsiranda ne iš pūvančios mėsos, o iš kiaušinėlių, kuriuos ant jos paviršiaus padeda musės.

1765 metais garsus italų mokslininkas ir gydytojas Lazzaro Spalanzani uždarytuose stikliniuose kolbose virė mėsos ir daržovių sultinius. Sultiniai sandariai uždarytose kolbose nesugesdavo. Jis padarė išvadą, kad aukšta temperatūra nužudė visus gyvus sutvėrimus, dėl kurių sultinys gali sugesti. Tačiau F. Redi ir L. Spalanzani eksperimentai įtikino ne visus. Vitalistai mokslininkai (iš lot. vita- gyvenimas) tikėjo, kad spontaniška gyvų būtybių generacija nevyksta virintame sultinyje, nes specialus „ gyvenimo jėga“, kuris negali prasiskverbti į sandarų indą, nes yra pernešamas per orą.

Ginčai dėl spontaniškos gyvybės atsiradimo galimybės paaštrėjo dėl mikroorganizmų atradimo. Jei sudėtingi gyvi dalykai negali spontaniškai susikurti, galbūt mikroorganizmai gali?

Šiuo atžvilgiu 1859 m. Prancūzų akademija paskelbė skirianti premiją tam, kuris pagaliau išspręs spontaniškos gyvybės kartos galimybės ar neįmanomumo klausimą. Šį prizą 1862 m. gavo garsus prancūzų chemikas ir mikrobiologas Louisas Pasteuras. Kaip ir Spalanzani, maistinį sultinį jis virė stiklinėje kolboje, tačiau kolba buvo ne įprasta, o su 5 formos vamzdelio formos kakleliu. Oras, taigi ir „gyvybės jėga“, galėjo prasiskverbti pro kolbą, tačiau dulkės ir kartu su jomis ore esantys mikroorganizmai nusėdo 5 formos vamzdelio apatinėje kojoje, o sultinys kolboje liko sterilus ( 1 pav.). Tačiau vos nulaužus kolbos kaklelį ar steriliu sultiniu išplovus 5 formos tūtelės blauzdą, sultinys ėmė greitai drumsti – jame atsirado mikroorganizmų.

Taigi Louiso Pasteuro darbo dėka spontaniškos kartos teorija buvo pripažinta nepagrįsta ir mokslo pasaulis buvo nustatyta biogenezės teorija, kurios trumpa formuluotė yra „Viskas, kas gyva, yra iš gyvų dalykų“.

Ryžiai. 1. Pastero kolba

Tačiau jei visi gyvi organizmai istoriškai numatomu žmonijos vystymosi laikotarpiu kilę tik iš kitų gyvų organizmų, natūraliai kyla klausimas: kada ir kaip Žemėje atsirado pirmieji gyvi organizmai?

Kūrimo teorija

Kūrimo teorija daro prielaidą, kad buvo visi gyvi organizmai (arba tik paprasčiausios jų formos). tam tikras laikotarpis laikas buvo sukurtas („sukonstruotas“) kokios nors antgamtinės būtybės (dievybės, absoliučios idėjos, superproto, supercivilizacijos ir kt.). Akivaizdu, kad tokio požiūrio nuo senų laikų laikėsi daugumos pirmaujančių pasaulio religijų, ypač krikščionių religijos, pasekėjai.

Kreacionizmo teorija ir šiandien yra gana plačiai paplitusi ne tik religiniuose, bet ir mokslo sluoksniuose. Paprastai jis naudojamas paaiškinti sudėtingiausius šiuo metu neišsprendžiamus biocheminės ir biologinės evoliucijos klausimus, susijusius su baltymų ir nukleorūgščių atsiradimu, jų tarpusavio sąveikos mechanizmo formavimu, atskirų kompleksinių organelių atsiradimu ir susidarymu arba organai (pvz., ribosoma, akis ar smegenys). Periodiniai „kūrybos“ aktai taip pat paaiškina aiškių pereinamųjų sąsajų su vienos rūšies gyvūnais nebuvimą
į kitą, pavyzdžiui, nuo kirminų iki nariuotakojų, nuo beždžionių iki žmonių ir kt. Reikia pabrėžti, kad filosofinis ginčas dėl sąmonės (viršproto, absoliučios idėjos, dievybės) ar materijos pirmenybės yra iš esmės neišsprendžiamas, kadangi bet kokius šiuolaikinės biochemijos ir evoliucijos teorijos sunkumus bandoma paaiškinti iš esmės nesuvokiamais antgamtiniais kūrimo aktais. šie klausimai nepatenka į taikymo sritį moksliniai tyrimai, kreacionizmo teorijos negalima priskirti prie mokslinės teorijos apie gyvybės atsiradimą Žemėje.

Pastovios būsenos ir panspermijos teorijos

Abi šios teorijos reprezentuoja vienas kitą papildančius vieno pasaulio paveikslo elementus, kurių esmė tokia: visata egzistuoja amžinai, o gyvybė joje egzistuoja amžinai (stacionari būsena). Gyvybę iš planetos į planetą perduoda kosmose keliaujančios „gyvybės sėklos“, kurios gali būti kometų ir meteoritų dalis (panspermija). Panašios nuomonės apie gyvybės kilmę visų pirma laikėsi biosferos doktrinos įkūrėjas akademikas V.I. Vernadskis.

Tačiau pastovios būsenos teorija, kuri daro prielaidą be galo ilgą Visatos egzistavimą, nesutinka su šiuolaikinės astrofizikos duomenimis, pagal kuriuos Visata atsirado palyginti neseniai (maždaug prieš 16 milijardų metų) per pirminį sprogimą.

Akivaizdu, kad abi teorijos (panspermija ir stacionarios būsenos) visiškai nepaaiškina pirminės gyvybės atsiradimo mechanizmo, perkeliant ją į kitas planetas (panspermija) ar nustumiant laiku į begalybę (stacionarios būsenos teorija). .

Biocheminės evoliucijos teorija (A.I. Oparino teorija)

Iš visų gyvybės kilmės teorijų labiausiai paplitusi ir pripažinta mokslo pasaulyje yra biocheminės evoliucijos teorija, kurią 1924 metais pasiūlė sovietų biochemikas akademikas A.I. Oparinas (1936 m. jis tai išsamiai aprašė savo knygoje „Gyvybės atsiradimas“).

Šios teorijos esmė ta, kad biologinė evoliucija – t.y. Prieš įvairių gyvų organizmų formų atsiradimą, vystymąsi ir komplikaciją vyko cheminė evoliucija – ilgas Žemės istorijos laikotarpis, susijęs su elementarių vienetų, kurių „statybiniais blokais“, atsiradimu, komplikavimu ir sąveikos pagerėjimu. susideda gyvos būtybės – organinės molekulės.

Prebiologinė (cheminė) evoliucija

Daugumos mokslininkų (pirmiausia astronomų ir geologų) nuomone, Žemė kaip dangaus kūnas susiformavo maždaug prieš 5 milijardus metų. kondensuojantis aplink Saulę besisukančio dujų ir dulkių debesies dalelėms.

Veikiamos suspaudimo jėgoms, dalelės, iš kurių susidaro Žemė, išskiria milžiniškus šilumos kiekius. Termobranduolinės reakcijos prasideda Žemės gelmėse. Dėl to Žemė labai įkaista. Taigi 5 milijardus metų vadinamieji. Žemė buvo karštas kamuolys, besiveržiantis per kosmosą, kurio paviršiaus temperatūra siekė 4000-8000 °C (juokas. 2).

Palaipsniui dėl šiluminės energijos spinduliavimo į kosmosą Žemė pradeda vėsti. Apie 4 milijardus metų vadinamasis. Žemė taip atšąla, kad jos paviršiuje susidaro vientisa pluta; tuo pačiu metu iš jo gelmių išsiveržia lengvos dujinės medžiagos, kylančios aukštyn ir suformuotos pirminė atmosfera. Pirminės atmosferos sudėtis gerokai skyrėsi nuo šiuolaikinės. Senovės Žemės atmosferoje, matyt, nebuvo laisvo deguonies, o į jo sudėtį įeina redukuotos būsenos medžiagos, tokios kaip vandenilis (H 2), metanas (CH 4), amoniakas (NH 3), vandens garai (H 2 O). ), ir galbūt taip pat azotą (N 2), anglies monoksidą ir anglies dioksidą (CO ir CO 2).

Pirminės Žemės atmosferos redukcinis pobūdis yra nepaprastai svarbus gyvybės atsiradimui, nes redukuotos būsenos medžiagos yra labai reaktyvios ir tam tikromis sąlygomis gali sąveikauti viena su kita, sudarydamos organines molekules. Laisvo deguonies nebuvimas pirminės Žemės atmosferoje (beveik visas Žemės deguonis buvo surištas oksidų pavidalu) taip pat yra svarbi gyvybės atsiradimo sąlyga, nes deguonis lengvai oksiduojasi ir taip sunaikina organinius junginius. Todėl, esant laisvajam deguoniui atmosferoje, kaupiasi senovės žemė reikšminga suma organinės medžiagos tai būtų neįmanoma.

Apie 5 milijardus metų ir kt.— Žemės, kaip dangaus kūno, atsiradimas; paviršiaus temperatūra - 4000-8000°C

Apie 4 milijardus metų vadinamasis. -Žemės plutos ir pirminės atmosferos susidarymas

1000°C temperatūroje- pirminėje atmosferoje prasideda paprastų organinių molekulių sintezė

Energiją sintezei suteikia:

Pirminės atmosferos temperatūra yra žemesnė nei 100°C – susidaro pirminis vandenynas –

Sudėtingų organinių molekulių sintezė – biopolimerai iš paprastų organinių molekulių:

• paprastos organinės molekulės – monomerai
• sudėtingos organinės molekulės – biopolimerai

Schema. 2. Pagrindiniai cheminės evoliucijos etapai

Pirminės atmosferos temperatūrai pasiekus 1000°C, prasideda paprastų organinių molekulių, tokių kaip amino rūgštys, nukleotidai, riebalų rūgštys, paprasti cukrūs, daugiahidroksiliai alkoholiai, sintezė. organinės rūgštys Energiją sintezei tiekia žaibo išlydžiai, ugnikalnių aktyvumas, kietoji kosminė spinduliuotė ir galiausiai Saulės ultravioletinė spinduliuotė, nuo kurios Žemės dar neapsaugo ozono ekranas, o būtent ultravioletinę spinduliuotę mokslininkai laiko pagrindine. energijos šaltinis abiogeninei (t. y. praeinančiam nedalyvaujant gyviems organizmams) organinių medžiagų sintezei.

A.I teorijos pripažinimas ir platus sklaida. Opariną daugiausia skatino tai, kad organinių molekulių abiogeninės sintezės procesai lengvai atkuriami modelių eksperimentuose.

Galimybė susintetinti organines medžiagas iš neorganinių žinoma nuo XIX amžiaus pradžios. Jau 1828 metais iškilus vokiečių chemikas F. Wöhleris iš neorganinės medžiagos susintetino organinę medžiagą – karbamidą – amonio cianatą. Tačiau abiogeninės organinių medžiagų sintezės galimybė senovės Žemės sąlygoms artimomis sąlygomis pirmą kartą buvo parodyta S. Millerio eksperimente.

1953 m. jaunas amerikietis mokslininkas, Čikagos universiteto magistrantas Stanley Milleris, stiklinėje kolboje su įtaisytais elektrodais atkūrė pirminę Žemės atmosferą, kurią, anot to meto mokslininkų, sudarė vandenilio metanas. CH 4, amoniako NH ir vandens garų H 2 0 (3 pav.). Per šį dujų mišinį S. Milleris savaitę leido elektros iškrovas, imituodamas perkūniją. Eksperimento pabaigoje kolboje buvo rasta α-amino rūgščių (glicinas, alaninas, asparaginas, glutaminas), organinės rūgštys (gintaro, pieno, acto, glikolio), y-hidroksisviesto rūgštis ir karbamidas. Kartodamas eksperimentą S. Milleris sugebėjo gauti atskirus nukleotidus ir trumpas penkių–šešių vienetų polinukleotidų grandines.

Ryžiai. 3. S. Millerio montavimas

Tolesniuose įvairių tyrinėtojų abiogeninės sintezės eksperimentuose buvo naudojamos ne tik elektros iškrovos, bet ir kitos senovės Žemei būdingos energijos rūšys – kosminė, ultravioletinė ir radioaktyvioji spinduliuotė, ugnikalnio veiklai būdingos aukštos temperatūros, taip pat įvairios skirtingi variantai dujų mišiniai, imituojantys pirminę atmosferą. Dėl to buvo gautas beveik visas gyviems daiktams būdingų organinių molekulių spektras: aminorūgštys, nukleotidai, į riebalus panašios medžiagos, paprasti cukrūs, organinės rūgštys.

Be to, šiuo metu Žemėje gali vykti abiogeninė organinių molekulių sintezė (pavyzdžiui, vulkaninio aktyvumo procese). Tuo pačiu metu vulkaninėse emisijose galima rasti ne tik vandenilio cianido rūgšties HCN, kuri yra aminorūgščių ir nukleotidų pirmtakas, bet ir atskirų aminorūgščių, nukleotidų ir net tokių sudėtingų organinių medžiagų kaip porfirinai. Abiogeninė organinių medžiagų sintezė galima ne tik Žemėje, bet ir kosmose. Paprasčiausios aminorūgštys randamos meteorituose ir kometose.

Pirminės atmosferos temperatūrai nukritus žemiau 100°C, Žemę užklupo karšti lietūs ir atsirado pirminis vandenynas. Tekant lietui, abiogeniškai susintetintos organinės medžiagos pateko į pirminį vandenyną, kuris, vaizdine anglų biochemiko Johno Haldane'o išraiška, pavertė jį atskiestu „pirminiu sultiniu“. Matyt, būtent pirminiame vandenyne prasideda iš paprastų organinių molekulių – monomerų – sudėtingų organinių molekulių – biopolimerų susidarymo procesai (žr. 2 pav.).

Tačiau atskirų nukleotidų, aminorūgščių ir cukrų polimerizacijos procesai yra kondensacijos reakcijos, kurios vyksta šalinant vandenį, todėl vandeninė aplinka skatina ne polimerizaciją, o atvirkščiai – biopolimerų (t.y. jų) hidrolizę; sunaikinimas pridedant vandens).

Biopolimerai (ypač baltymai iš aminorūgščių) gali susidaryti atmosferoje maždaug 180°C temperatūroje, iš kur jie su krituliais buvo nuplauti į pirminį vandenyną. Be to, gali būti, kad senovės Žemėje aminorūgštys buvo sutelktos džiovinimo rezervuaruose ir polimerizuotos sausoje formoje, veikiamos ultravioletinių spindulių ir lavos srautų šilumos.

Nepaisant to, kad vanduo skatina biopolimerų hidrolizę, gyvoje ląstelėje biopolimerų sintezė vyksta būtent vandens aplinkoje. Šį procesą katalizuoja specialūs katalizatorių baltymai – fermentai, o sintezei reikalinga energija išsiskiria skylant adenozino trifosforo rūgščiai – ATP. Gali būti, kad biopolimerų sintezę pirmykščio vandenyno vandeninėje terpėje katalizavo kai kurių mineralų paviršius. Eksperimentiškai buvo įrodyta, kad aminorūgšties alanino tirpalas gali polimerizuotis vandeninėje terpėje, esant specialus tipas aliuminio oksidas Taip susidaro peptidas polialaninas. Alanino polimerizacijos reakciją lydi ATP skilimas.

Nukleotidų polimerizacija yra lengvesnė nei aminorūgščių polimerizacija. Įrodyta, kad tirpaluose, kuriuose yra didelė druskų koncentracija, atskiri nukleotidai spontaniškai polimerizuojasi, virsdami nukleino rūgštimis.

Visų šiuolaikinių gyvų būtybių gyvenimas yra nenutrūkstamos svarbiausių gyvos ląstelės biopolimerų – baltymų ir nukleorūgščių – sąveikos procesas.

Baltymai yra gyvos ląstelės „darbuotojų molekulės“, „inžinieriaus molekulės“. Apibūdindami savo vaidmenį metabolizme, biochemikai dažnai vartoja vaizdinius posakius, tokius kaip „baltymai veikia“, „fermentas vykdo reakciją“. Svarbiausia baltymų funkcija yra katalizė. Kaip žinote, katalizatoriai yra medžiagos, kurios pagreitina chemines reakcijas, tačiau jos pačios galutiniai produktai reakcijos neįtrauktos. Katalizatoriaus bakai vadinami fermentais. Fermentai lenkia ir pagreitina medžiagų apykaitos reakcijas tūkstančius kartų. Metabolizmas, taigi ir gyvenimas, be jų neįmanomas.

Nukleino rūgštys- tai yra „kompiuterių molekulės“, molekulės yra paveldimos informacijos saugotojai. Nukleino rūgštys kaupia informaciją ne apie visas gyvos ląstelės medžiagas, o tik apie baltymus. Pakanka dukterinėje ląstelėje atgaminti motininei ląstelei būdingus baltymus, kad jie tiksliai atkurtų visas motininės ląstelės chemines ir struktūrines savybes bei jai būdingą medžiagų apykaitos pobūdį ir greitį. Pačios nukleorūgštys taip pat dauginasi dėl baltymų katalizinio aktyvumo.

Taigi gyvybės atsiradimo paslaptis yra baltymų ir nukleorūgščių sąveikos mechanizmo atsiradimo paslaptis. Kokios informacijos apie šį procesą turi šiuolaikinis mokslas? Kurios molekulės buvo pagrindinis gyvybės pagrindas – baltymai ar nukleorūgštys?

Mokslininkai mano, kad nepaisant pagrindinio baltymų vaidmens šiuolaikinių gyvų organizmų metabolizme, pirmosios „gyvos“ molekulės buvo ne baltymai, o nukleorūgštys, būtent ribonukleino rūgštys (RNR).

1982 metais amerikiečių biochemikas Thomas Checkas atrado autokatalitines RNR savybes. Jis eksperimentiškai parodė, kad terpėje, kurioje yra didelės mineralinių druskų koncentracijos, ribonukleotidai spontaniškai polimerizuojasi, sudarydami polinukleotidus – RNR molekules. Originaliose RNR polinukleotidinėse grandinėse, kaip ir šablone, RNR kopijos susidaro poruojant komplementarioms azotinėms bazėms. RNR šablono kopijavimo reakciją katalizuoja originali RNR molekulė ir jai nereikia fermentų ar kitų baltymų.

Tai, kas toliau pateikiama, gana gerai paaiškinama procesu, kurį molekuliniu lygmeniu būtų galima pavadinti „natūralia atranka“. Savarankiškai kopijuojant (savarankiškai surenkant) RNR molekules, neišvengiamai atsiranda netikslumų ir klaidų. RNR kopijos, kuriose yra klaidų, nukopijuojamos dar kartą. Dar kartą kopijuojant gali vėl atsirasti klaidų. Dėl to RNR molekulių populiacija ant tam tikra sritis pirminis vandenynas bus nevienalytis.

Kadangi RNR skilimo procesai vyksta lygiagrečiai su sintezės procesais, reakcijos terpėje kaupsis molekulės, kurios turi didesnį stabilumą arba geresnes autokatalizines savybes (t. y. molekulės, kurios kopijuoja greičiau „dauginasi“ greičiau).

Ant kai kurių RNR molekulių, kaip ir ant matricos, gali savaime susikaupti maži baltymo fragmentai – peptidai. Aplink RNR molekulę susidaro baltymų „dangtelis“.

Kartu su autokatalizinėmis funkcijomis Thomas Check atrado savaiminio susijungimo reiškinį RNR molekulėse. Dėl savaiminio susijungimo RNR dalys, kurios neapsaugotos peptidais, spontaniškai pašalinamos iš RNR (jos tarsi „išpjaunamos“ ir „išmetamos“), o likusios RNR, koduojančios baltymą, sekcijos. fragmentai yra „susilieję“, t.y. spontaniškai susijungia į vieną molekulę. Ši nauja RNR molekulė jau koduos didelį, sudėtingą baltymą (4 pav.).

Matyt, iš pradžių baltyminiai dangteliai pirmiausia atliko apsauginę funkciją, apsaugodami RNR nuo sunaikinimo ir taip padidindami jos stabilumą tirpale (tai yra baltymų dangtelių funkcija paprasčiausiuose šiuolaikiniuose virusuose).

Akivaizdu, kad tam tikrame biocheminės evoliucijos etape pranašumą gavo RNR molekulės, koduojančios ne tik apsauginius baltymus, bet ir katalizatorius (fermentus), kurie smarkiai pagreitina RNR kopijavimo greitį. Matyt, būtent taip atsirado baltymų ir nukleorūgščių sąveikos procesas, kurį šiuo metu vadiname gyvybe.

Tolesnio vystymosi procese, atsiradus baltymui, turinčiam fermento - atvirkštinės transkriptazės - funkcijas, vienos grandinės RNR molekulėse buvo pradėtos sintetinti dezoksiribonukleino rūgšties (DNR) molekulės, susidedančios iš dviejų grandinių. OH grupės nebuvimas dezoksiribozės 2" padėtyje daro DNR molekules stabilesnes hidrolizinio skilimo atžvilgiu silpnai šarminiuose tirpaluose, o būtent aplinkos reakcija pirminiuose rezervuaruose buvo silpnai šarminė (ši aplinkos reakcija buvo išsaugota). šiuolaikinių ląstelių citoplazmoje).

Kur išsivystė sudėtingas baltymų ir nukleorūgščių sąveikos procesas? Pagal A. I. teoriją. Oparinas, vadinamieji koacervatiniai lašai, tapo gyvybės gimtine.

Ryžiai. 4. Baltymų ir nukleorūgščių sąveikos atsiradimo hipotezė: a) savaiminio RNR kopijavimo procese kaupiasi klaidos (1 - nukleotidai, atitinkantys pradinę RNR; 2 - nukleotidai, neatitinkantys originalios RNR - kopijavimo klaidos ); b) dėl savo fizikinių ir cheminių savybių aminorūgštys „prilimpa“ prie dalies RNR molekulės (3 - RNR molekulė; 4 - aminorūgštys), kurios, sąveikaudamos viena su kita, virsta trumpomis baltymų molekulėmis - peptidais. Dėl RNR molekulėms būdingo savaiminio susijungimo, peptidais neapsaugotos RNR molekulės atkarpos sunaikinamos, o likusios „suauga“ į vieną molekulę, koduojančią didelį baltymą. Dėl to atsiranda RNR molekulė, padengta baltyminiu dangteliu (primityviausi šiuolaikiniai virusai, pavyzdžiui, tabako mozaikos virusas, turi panašią struktūrą).

Koacervacijos reiškinys yra tas, kad tam tikromis sąlygomis (pavyzdžiui, esant elektrolitams) iš tirpalo išsiskiria didelės molekulinės masės medžiagos, bet ne nuosėdų, o labiau koncentruoto tirpalo – koacervato pavidalu. . Sukratytas koacervatas suyra į atskirus mažus lašelius. Vandenyje tokie lašai yra padengti juos stabilizuojančiu hidratacijos apvalkalu (vandens molekulių apvalkalu) - pav. 5.

Koacervato lašai turi tam tikrą medžiagų apykaitos panašumą: jodas, veikiami grynai fizinių ir cheminių jėgų, gali selektyviai absorbuoti tam tikras medžiagas iš tirpalo ir išleisti savo skilimo produktus į aplinką. Dėl selektyvios medžiagų koncentracijos iš aplinką jie gali augti, tačiau pasiekę tam tikrą dydį pradeda „daugintis“, formuojasi maži lašeliai, kurie savo ruožtu gali augti ir „dygti“.

Koacervuoti lašeliai, atsirandantys dėl baltymų tirpalų koncentracijos maišymosi metu, veikiant bangoms ir vėjui, gali pasidengti lipidų apvalkalu: vienu apvalkalu, primenančiu muilo miceles (kai lašas pakeliamas nuo vandens, padengto vieną kartą lipidų sluoksnį), arba dvigubą apvalkalą, primenantį ląstelės membraną (kai lašas, padengtas vienasluoksne lipidine membrana, pakartotinai nukrenta ant lipidinės plėvelės, dengiančios rezervuaro paviršių – 5 pav.).

Laboratorinėmis sąlygomis nesunkiai imituojami koacervatinių lašelių atsiradimo, jų augimo ir „bumzlėjimo“ procesai, taip pat „aprišimas“ lipidinio dvisluoksnio membrana.

Koacervatiniams lašeliams taip pat taikomas „natūralios atrankos“ procesas, kurio metu stabiliausi lašeliai išlaikomi tirpale.

Nepaisant išorinio koacervato lašelių panašumo į gyvas ląsteles, koacervatiniams lašeliams trūksta pagrindinio gyvybės ženklo – gebėjimo tiksliai save atkurti, savęs kopijuoti. Akivaizdu, kad gyvų ląstelių pirmtakai buvo tokie koacervatiniai lašeliai, apimantys replikatorių molekulių (RNR arba DNR) ir jų koduojamų baltymų kompleksus. Gali būti, kad RNR-baltymų kompleksai ilgą laiką egzistavo už koacervatinių lašelių ribų vadinamojo „laisvai gyvenančio geno“ pavidalu, o gal jie susidarė tiesiai kai kuriuose koacervatiniuose lašeliuose.

Galimas perėjimo nuo koacervatinių lašų iki primityvių blyksnių kelias:

a) koacervato susidarymas; 6) koacervato lašelių stabilizavimas vandeninis tirpalas; c) - susidarymas aplink lašelį dvigubo lipidinio sluoksnio, panašaus į ląstelės membraną: 1 - koacervato lašas; 2 - monomolekulinis lipidų sluoksnis rezervuaro paviršiuje; 3-vieno lipidinio sluoksnio susidarymas aplink lašą; 4 - dvigubo lipidinio sluoksnio susidarymas aplink lašelį, panašus į ląstelės membraną; d) - koacervatinis lašas, apsuptas dvigubu lipidų sluoksniu, kurio sudėtyje yra baltymų ir nukleotidų komplekso - pirmosios gyvos ląstelės prototipas

Itin sudėtingas gyvybės atsiradimo Žemėje procesas, kurio šiuolaikinis mokslas iki galo nesuvokė, istoriniu požiūriu praėjo itin greitai. Jau 3,5 milijardo metų vadinamasis. cheminė evoliucija baigėsi pasirodžius pirmosioms gyvoms ląstelėms ir prasidėjo biologinė evoliucija.

Norėdami įvertinti šį stebuklą, turite susipažinti su daugybe šiuolaikinių teorijų, kurios apibūdina skirtingus gyvenimo gimimo variantus ir etapus. Iš gyvo, bet negyvo paprasto rinkinio organiniai junginiai ir proto organizmams, kurie pažinojo mirtį ir įsitraukė į nesibaigiančią biologinio kintamumo lenktynes. Galų gale, ar ne šie du komponentai – kintamumas ir mirtis – sukelia visą gyvybės sumą?

1.Panspermija

Hipotezė apie gyvybės atėjimą į Žemę iš kitų kosminių kūnų turi daug autoritetingų gynėjų. Šias pareigas užėmė didysis vokiečių mokslininkas Hermannas Helmholtzas ir švedų chemikas Svante Arrhenius, rusų mąstytojas Vladimiras Vernadskis ir britų fizikas Lordas Kelvinas. Tačiau mokslas yra faktų reikalas, o atradus kosminę spinduliuotę ir jos griaunamą poveikį viskam, kas gyva, panspermija tarsi mirė.

Tačiau kuo giliau mokslininkai įsigilina į klausimą, tuo daugiau atsiranda niuansų. Taigi dabar, įskaitant daugybę eksperimentų su erdvėlaiviais, daug rimčiau žiūrime į gyvų organizmų gebėjimą ištverti radiaciją ir šaltį, vandens trūkumą ir kitus buvimo „malonumus“ kosmosas. Visų rūšių organinių junginių radiniai ant asteroidų ir kometų, tolimų dujų ir dulkių sankaupose bei protoplanetiniuose debesyse yra daug ir nekelia abejonių. Tačiau teiginiai apie kažko įtartinai mikrobus primenančio pėdsakų atradimą lieka neįrodyti.

Nesunku pastebėti, kad panspermijos teorija, nepaisant viso savo žavesio, tik perkelia gyvybės kilmės klausimą į kitą vietą ir kitą laiką. Kad ir kas į Žemę atnešė pirmuosius organizmus – ar tai būtų atsitiktinis meteoritas, ar gudrus labai išsivysčiusių ateivių planas, jie turėjo kažkur ir kažkaip gimti. Net jei ne čia ir daug toliau praeityje, gyvenimas turėjo augti iš negyvosios materijos. Klausimas "Kaip?" lieka.

1.Nemokslinis: spontaniška karta

Spontanišką labai išsivysčiusių gyvų medžiagų kilmę iš negyvosios medžiagos – kaip ir musių lervų atsiradimą pūvančioje mėsoje – galima sieti su Aristoteliu, kuris apibendrino daugelio pirmtakų mintis ir suformavo holistinę savaiminės kartos doktriną. Kaip ir kiti Aristotelio filosofijos elementai, spontaniška generacija buvo dominuojanti doktrina viduramžių Europoje ir turėjo tam tikrą paramą iki Louis Pasteur eksperimentų, kurie galiausiai parodė, kad net musių lervoms reikia, kad atsirastų musės. Spontaniškos kartos nereikėtų painioti su šiuolaikinėmis abiogeninės gyvybės kilmės teorijomis: skirtumas tarp jų yra esminis.

2. Pirminis sultinys

Ši koncepcija glaudžiai susijusi su dabar jau klasikiniais eksperimentais, kuriuos šeštajame dešimtmetyje atliko Stanley Miller ir Harold Urey. Laboratorijoje mokslininkai imitavo sąlygas, kurios galėtų egzistuoti jaunos Žemės paviršiuje – metano, anglies monoksido ir molekulinis vandenilis, daugybė elektros iškrovų, ultravioletinė spinduliuotė – ir netrukus daugiau nei 10 % anglies iš metano pateko į tam tikras organines molekules. Miller-Urey eksperimentuose buvo gauta daugiau nei 20 aminorūgščių, cukrų, lipidų ir nukleorūgščių pirmtakų.

Šiuolaikiniuose šių klasikinių eksperimentų variantuose naudojamos daug sudėtingesnės sąrankos, kurios labiau atitinka sąlygas pradžios Žemė. Imituojamas ugnikalnių poveikis su jų išmetamu sieros vandenilio ir sieros dioksido kiekiu, azoto buvimu ir kt. Tokiu būdu mokslininkams pavyksta gauti didžiulį ir įvairų kiekį organinių medžiagų – potencialių potencialios gyvybės statybinių blokų. Pagrindinė šių eksperimentų problema išlieka racematas: optiškai aktyvių molekulių izomerų (pavyzdžiui, aminorūgščių) mišinyje susidaro vienodi kiekiai, o visoje žinomoje gyvybėje (su keliomis ir keistomis išimtimis) yra tik L-izomerai.

Tačiau prie šios problemos grįšime vėliau. Čia verta pridurti, kad neseniai – 2015 m. – Kembridžo profesorius Johnas Sutherlandas ir jo komanda parodė galimybę iš labai paprasto pradinių komponentų rinkinio suformuoti visas pagrindines „gyvybės molekules“, DNR komponentus, RNR ir baltymus. Pagrindiniai šio mišinio veikėjai yra vandenilio cianidas ir vandenilio sulfidas, kurie nėra tokie reti kosmose. Belieka pridėti kai kurių mineralų ir metalų, kurių Žemėje yra pakankamai, pavyzdžiui, fosfatų, vario ir geležies druskų. Mokslininkai sukūrė išsamią reakcijos schemą, kuri galėtų sukurti sodrią „pirminę sriubą“, kad joje atsirastų polimerų ir prasidėtų visavertė cheminė evoliucija.

Hipotezę apie abiogeninę gyvybės kilmę iš „organinio sultinio“, kuri buvo patikrinta Millerio ir Urey eksperimentais, 1924 m. iškėlė sovietų biochemikas Aleksandras Oparinas. Ir nors lisenkoizmo klestėjimo „tamsiaisiais metais“ mokslininkas stojo į mokslinės genetikos priešininkų pusę, jo nuopelnai yra dideli. Pripažįstant akademiko vaidmenį, pagrindinis Tarptautinės gyvybės kilmės mokslinės draugijos (ISSOL) įteiktas apdovanojimas – Oparino medalis – pavadintas jo vardu. Premija teikiama kas šešerius metus ir skirtingu metu buvo įteikta tiek Stanley'iui Milleriui, tiek didžiajam chromosomų tyrinėtojui, Nobelio premijos laureatui Jackui Szostakui. Atsižvelgdama į didžiulį Haroldo Urey indėlį, ISSOL įteikia Urey medalį tarp Oparino medalio įteikimo (taip pat kas šešerius metus). Rezultatas buvo unikalus, tikras evoliucinis prizas – su keičiamu pavadinimu.

3. Cheminė evoliucija

Teorija bando apibūdinti gana paprastų organinių medžiagų virsmą į gana sudėtingas chemines sistemas, pačios gyvybės pirmtakas, veikiant. išoriniai veiksniai, atrankos ir saviorganizacijos mechanizmai. Pagrindinė šio požiūrio koncepcija yra „vandens ir anglies šovinizmas“, kuris pateikia šiuos du komponentus (vanduo ir anglis – NS) kaip absoliučiai būtinus ir pagrindinius gyvybės atsiradimui ir vystymuisi Žemėje ar kur nors už jos ribų. Ir pagrindinė problema išlieka sąlygos, kuriomis „vandens ir anglies šovinizmas“ gali išsivystyti į labai sudėtingus cheminius kompleksus, galinčius, visų pirma, savaime replikuotis.

Remiantis viena hipoteze, pirminė molekulių organizacija gali atsirasti molio mineralų mikroporose, kurios vaidino struktūrinį vaidmenį. Šią idėją prieš keletą metų iškėlė škotų chemikas Aleksandras Grahamas Kernsas-Smithas. Sudėtingos biomolekulės galėtų nusėsti ir polimerizuotis ant savo vidinio paviršiaus, tarsi ant matricos: Izraelio mokslininkai įrodė, kad tokios sąlygos leidžia išauginti gana ilgas baltymų grandines. Čia taip pat galėtų susikaupti reikiami kiekiai metalų druskų, kurios atlieka svarbų katalizatorių vaidmenį. cheminės reakcijos. Molio sienos galėtų veikti kaip ląstelių membranos, padalijančios „vidinę“ erdvę, kurioje vyksta vis sudėtingesnės cheminės reakcijos, ir atskiriančios ją nuo išorinio chaoso.

Kristalinių mineralų paviršiai galėtų tarnauti kaip „matricos“ polimerų molekulėms augti: jų kristalinės gardelės erdvinė struktūra gali atrinkti tik vieno tipo optinius izomerus – pavyzdžiui, L-aminorūgštis – išspręsdama mūsų aptartą problemą. aukščiau. Energija pirminiam „metabolizmui“ gali būti tiekiama neorganinėmis reakcijomis, pavyzdžiui, mineralinio pirito (FeS2) redukcija vandeniliu (į geležies sulfidą ir vandenilio sulfidą). Šiuo atveju sudėtingoms biomolekulėms atsirasti nereikia nei žaibo, nei ultravioletinės spinduliuotės, kaip Miller-Urey eksperimentuose. Tai reiškia, kad galime atsikratyti žalingų jų veiksmų aspektų.

Jaunoji Žemė nebuvo apsaugota nuo žalingų – ir net mirtinų – saulės spinduliuotės komponentų. Netgi šiuolaikiniai organizmai, išbandyti evoliucijos, neatlaikytų šios atšiaurios ultravioletinės spinduliuotės – nepaisant to, kad pati Saulė buvo daug jaunesnė ir nepateikė planetai pakankamai šilumos. Iš to kilo hipotezė, kad epochoje, kai įvyko gyvybės atsiradimo stebuklas, visa Žemė galėjo būti padengta storu – šimtų metrų ilgio – ledo sluoksniu; ir tai į gerąją pusę. Pasislėpus po šiuo ledo sluoksniu, gyvybė galėjo jaustis visiškai saugi tiek nuo ultravioletinės spinduliuotės, tiek nuo dažnų meteoritų smūgių, kurie dar kūdikystėje grasino ją sunaikinti. Santykinai vėsi aplinka taip pat galėjo stabilizuoti pirmųjų makromolekulių struktūrą.

4. Juodaodžiai rūkaliai

Tiesą sakant, ultravioletinė spinduliuotė jaunoje Žemėje, kurios atmosferoje dar nebuvo deguonies ir neturėjo tokio nuostabaus dalyko kaip ozono sluoksnis, turėjo būti mirtina bet kuriai besiformuojančiai gyvybei. Iš to išaugo prielaida, kad trapūs gyvų organizmų protėviai buvo priversti kažkur egzistuoti, slėpdamiesi nuo nenutrūkstamo viską sterilizuojančio spindulių srauto. Pavyzdžiui, giliai po vandeniu – žinoma, kur pakanka mineralų, maišymosi, šilumos ir energijos cheminėms reakcijoms. Ir tokių vietų buvo rasta.

Dvidešimtojo amžiaus pabaigoje tapo aišku, kad vandenyno dugnas niekaip negali būti viduramžių pabaisų prieglobstis: čia per atšiaurios sąlygos, žema temperatūra, nėra radiacijos, o retos organinės medžiagos gali nusėsti tik paviršius. Tiesą sakant, tai didžiulės pusdykumės – su tam tikromis išskirtinėmis išimtimis: čia pat, giliai po vandeniu, šalia geoterminių šaltinių ištakų gyvybė verda pačiame įkarštyje. Sulfido pripildytas juodas vanduo yra karštas, stipriai maišomas, jame yra daug mineralų.

Juodieji vandenyno rūkaliai yra labai turtingos ir išskirtinės ekosistemos: jais mintančios bakterijos naudoja geležies ir sieros reakcijas, kurias jau aptarėme. Jie yra gana klestinčio gyvenimo pagrindas, įskaitant daugybę unikalių kirminų ir krevečių. Galbūt jie buvo gyvybės planetoje atsiradimo pagrindas: anot bent jau, teoriškai tokiose sistemose yra viskas, ko reikia tam.

2.Nemokslinis: Dvasios, dievai, protėviai

Bet kokius kosmologinius mitus apie pasaulio kilmę visada vainikuoja antropogoniniai – apie žmogaus kilmę. Ir šiose fantazijose galima tik pavydėti antikos autorių vaizduotės: į klausimą, kur, kaip ir kodėl atsirado kosmosas, kur ir kaip atsirado gyvybė – ir žmonės, versijos skambėjo labai įvairiai ir beveik visada gražiai. Augalus, žuvis ir gyvūnus iš jūros dugno gaudė didžiulis varnas, žmonės kaip kirminai išropojo iš pirmojo protėvio Pangu kūno, buvo lipdomi iš molio ir pelenų, gimė iš dievų ir pabaisų santuokų. Visa tai stebėtinai poetiška, bet, žinoma, neturi nieko bendra su mokslu.

Remiantis dialektinio materializmo principais, gyvenimas yra dviejų principų „vienybė ir kova“: viena vertus, kintančios ir paveldimos informacijos ir, kita vertus, biocheminių, struktūrinių funkcijų. Vienas neįmanomas be kito – ir klausimas, kur prasidėjo gyvybė, su informacija ir nukleino rūgštimis, ar su funkcijomis ir baltymais, išlieka vienas iš sunkiausių. Ir vienas iš gerai žinomų šios paradoksalios problemos sprendimų yra „RNR pasaulio“ hipotezė, kuri pasirodė septintojo dešimtmečio pabaigoje ir galiausiai susiformavo devintojo dešimtmečio pabaigoje.

RNR yra makromolekulė, kuri nėra tokia efektyvi kaip DNR saugant ir perduodant informaciją ir ne tokia įspūdinga kaip baltymai, atliekanti fermentines funkcijas. Tačiau RNR molekulės sugeba abu, jos vis tiek tarnauja kaip perdavimo jungtis keičiantis informacija ląstelėje ir katalizuoja daugybę joje vykstančių reakcijų. Baltymai negali daugintis be DNR informacijos, o DNR negali daugintis be baltymų „įgūdžių“. Kita vertus, RNR gali būti visiškai savarankiška: ji gali katalizuoti savo „dauginimąsi“ - ir to pakanka pradžiai.

Tyrimai pagal „RNR pasaulio“ hipotezę parodė, kad šios makromolekulės taip pat gali visiškai cheminiu būdu evoliucionuoti. Paimkite bent aiškų pavyzdį, kurį demonstravo Kalifornijos biofizikai, vadovaujami Lesley Orgel: jei į savaime replikuotis RNR tirpalą pridedama etidžio bromido, kuris yra šios sistemos nuodas, blokuojantis RNR sintezę, tada po truputį kintančios makromolekulių kartos, mišinyje atsiranda RNR, kurios yra atsparios net labai didelei toksino koncentracijai. Maždaug tokiu pačiu būdu, kai vystėsi, pirmosios RNR molekulės galėjo rasti būdą, kaip susintetinti pirmuosius baltymų įrankius, o tada kartu su jais „atrastų“ DNR dvigubą spiralę, idealų paveldimos informacijos nešiklį.

3.Nemokslinis: nekintamumas

Garsiu Stacionarios būsenos teorijos vardu pavadintas pažiūras galima pavadinti ne ką moksliškiau nei pasakojimus apie pirmuosius protėvius. Anot jos šalininkų, gyvybė išvis neatsirado – kaip ir Žemė negimė, o kosmosas neatsirado: jie tiesiog visada buvo, visada bus. Visa tai nėra labiau pateisinama nei Pangu kirminai: norint rimtai žiūrėti į tokią „teoriją“, teks pamiršti nesuskaičiuojamus paleontologijos, geologijos ir astronomijos radinius. Ir tiesą sakant, atsisakyti viso grandiozinio šiuolaikinio mokslo pastato – bet tada, ko gero, verta atsisakyti visko, į ką jo gyventojai turi teisę, įskaitant kompiuterius ir neskausmingas gydymas dantų.

6.Protocelės

Tačiau „normaliam gyvenimui“ paprasto replikacijos neužtenka: bet kokia gyvybė pirmiausia yra erdviškai izoliuota aplinkos dalis, atskirianti medžiagų apykaitos procesus, palengvinanti kai kurių reakcijų eigą, o kitų leidžianti atstumti. Kitaip tariant, gyvybė yra ląstelė, apribota pusiau pralaidžia membrana, susidedančia iš lipidų. O „protoelementai“ turėjo atsirasti jau pačioje ankstyvoje gyvybės Žemėje egzistavimo stadijoje – pirmąją hipotezę apie jų kilmę išsakė mums gerai žinomas Aleksandras Oparinas. Jo nuomone, hidrofobinių lipidų lašeliai, primenantys vandenyje plūduriuojančius geltonus aliejaus lašus, galėtų tarnauti kaip „protomembranos“.

Apskritai mokslininko idėjoms pritariama ir šiuolaikinis mokslas, šia tema dirbo ir Jackas Shostakas, už savo darbą gavęs Oparino medalį. Kartu su Katarzyna Adamala jam pavyko sukurti savotišką „protocelio“ modelį, kurio membranos analogą sudarė ne šiuolaikiniai lipidai, o dar paprastesnės organinės molekulės – riebalų rūgštys, kurios galėjo kauptis tose vietose, kur atsirado pirmasis. atsirado protoorganizmai. Šostakui ir Adamalai netgi pavyko „atgaivinti“ savo struktūras, į terpę įdėjus magnio jonų (stimuliuojančių RNR polimerazių darbą) ir citrinos rūgšties (stabilizuojančios riebalų membranų struktūrą).

Dėl to jie gavo visiškai paprastą, bet kažkiek gyvą sistemą; bet kuriuo atveju tai buvo normalus protoląstelis, kuriame buvo membrana apsaugota aplinka RNR dauginimuisi. Nuo šios akimirkos galite uždaryti paskutinį gyvenimo priešistorės skyrių ir pradėti pirmuosius jo istorijos skyrius. Tačiau tai visiškai kita tema, todėl kalbėsime tik apie vieną, tačiau itin svarbią koncepciją, susijusią su pirmaisiais gyvybės evoliucijos žingsniais ir didžiulės organizmų įvairovės atsiradimu.

4.Nemokslinis: amžinas sugrįžimas

Indijos filosofijos „parašas“ Vakarų filosofijoje siejamas su Immanuelio Kanto, Friedricho Nietzsche's ir Mircea Eliade'o darbais. Poetinis paveikslas apie kiekvienos gyvos sielos amžiną klajonę per begalę pasaulių ir jų gyventojų, jos atgimimą arba į nereikšmingą vabzdį, arba į išaukštintą poetą, ar net į mums nežinomą būtybę – demoną ar dievą. Nepaisant reinkarnacijos idėjų stokos, Nietzsche šiai idėjai išties artima: amžinybė yra amžina, vadinasi, bet koks įvykis joje gali ir turi kartotis dar kartą. Ir kiekviena būtybė be galo sukasi šioje visuotinio sugrįžimo karuselėje, kad sukasi tik galva, o pati pirminės kilmės problema dingsta kažkur nesuskaičiuojamų pasikartojimų kaleidoskope.

7. Endosimbiozė

Pažvelkite į save veidrodyje, pažvelkite į akis: padaras, su kuriuo keičiatės žvilgsniais, yra sudėtingas hibridas, atsiradęs neatmenamų laikų. XIX amžiaus pabaigoje vokiečių-anglų gamtininkas Andreasas Schimperis pastebėjo, kad chloroplastai – augalų ląstelių organelės, atsakingos už fotosintezę, dauginasi atskirai nuo pačios ląstelės. Netrukus iškilo hipotezė, kad chloroplastai yra simbiontai, fotosintetinių bakterijų ląstelės, kurias kažkada prarijo šeimininkas ir kurios liko čia gyventi amžinai.

Žinoma, mes neturime chloroplastų, kitaip galėtume maitintis saulės šviesa, kaip siūlo kai kurios pseudoreliginės sektos. Tačiau 1920-aisiais endosimbiozės hipotezė buvo išplėsta įtraukiant mitochondrijas – organelius, kurie vartoja deguonį ir aprūpina visas mūsų ląsteles energija. Šiandien ši hipotezė yra įgijusi visavertės, ne kartą įrodytos teorijos statusą – pakanka pasakyti, kad mitochondrijos ir plastidai atrado savo genomą, daugiau ar mažiau nuo ląstelių nepriklausomus dalijimosi mechanizmus ir savo baltymų sintezės sistemas.

Gamtoje buvo aptikti kiti endosimbiontai, kurie neturi milijardų metų koevoliucijos ir yra mažiau integruoti į ląstelę. Pavyzdžiui, kai kurios amebos neturi savo mitochondrijų, tačiau jose yra bakterijų, kurios atlieka savo vaidmenį. Taip pat yra hipotezių apie kitų organelių, įskaitant žvynelius ir blakstienas, ir net ląstelės branduolį, endosimbiotinę kilmę: kai kurių tyrinėtojų teigimu, visi mes, eukariotai, yra precedento neturinčio bakterijų ir archėjų susiliejimo rezultatas. Šios versijos dar nėra griežtai patvirtintos, tačiau aišku viena: vos atsiradusi gyvybė pradėjo sugerti kaimynus ir su jais bendrauti, gimdydama naują gyvybę.

5.Nemokslinis: kreacionizmas

Pati kreacionizmo samprata atsirado XIX amžiuje, kai šiuo žodžiu imta apibūdinti Toros, Biblijos ir kitų monoteistinių religijų šventųjų knygų autorių pasiūlytus įvairių pasaulio ir gyvybės atsiradimo versijų šalininkus. Tačiau iš esmės kreacionistai, lyginant su šiomis knygomis, nepasiūlė nieko naujo, vis bandydami paneigti griežtas ir nuodugnias mokslo išvadas – o iš tikrųjų – vėl ir vėl prarasdami vieną poziciją po kitos. Deja, šiuolaikinių mokslininkų pseudokreacionistines idėjas suprasti daug lengviau: realaus mokslo teorijoms suprasti reikia įdėti daug pastangų.

Gyvybės kilmė yra didžiulė mokslinė problema. Per pastaruosius 10 metų buvo gauta daug naujų duomenų ir tyrimų. Šiandien vis dar yra neišspręstų klausimų, tačiau labai greitai ryškėja bendras vaizdas, kaip gyvybė galėjo atsirasti iš negyvos materijos. Tačiau, kaip žinote, moksle kiekvienas atsakymas sukelia 10 naujų klausimų.

Laipsniškos evoliucijos modeliai nuo neorganiniai junginiai pirmieji organizmai dabar yra gerai išsivystę. Tačiau šio numerio istorija siekia garsųjį autorių .

Anglų gamtininkas ir tyrinėtojas savo moksliniuose darbuose apie tai nieko nerašė ir gyvybės atsiradimo teorijų bei hipotezių rimtai nenagrinėjo. Ši tema buvo už XIX amžiaus mokslo supratimo ribų. Charlesas kalbėjo tik apie tai, kaip pirmieji gyvi organizmai, kurie jau egzistavo, sukėlė visą mūsų matomą biologinių formų įvairovę.

Tik iš jo laiškų geriausiam draugui žinome, kad Darvinas bandė mąstyti šia tema, bet, žinoma, tokiu žinių lygiu jis negalėjo nieko konkrečiai daryti, išskyrus labiausiai bendros idėjos, kad nedideliame šiltame tvenkinyje iš neorganinės chemijos, amonio druskų, fosforo, naudojant elektrą, kažkaip vis tiek būtų galima susidaryti organines medžiagas.

Tačiau reikia pažymėti, kad ir šiame laiške jis daug ką atspėjo labai tiksliai. Pavyzdžiui, chemikai atrado patikimą abiogeninės nukleotidų, RNR statybinių blokų, sintezės būdą. Paaiškėjo, kad šie nukleotidai gali būti spontaniškai susintetinti sąlygomis, panašiomis į mažo šilto tvenkinio sąlygas.

Buvo išrasta daugybė versijų apie visos gyvybės Žemėje kilmę. Daugelį jų sugalvojo sąmokslo teoretikai ir pseudomokslininkai. Tačiau dauguma teorijų yra pagrįstos tikrus faktus ir tyrimai.

Pagrindinės gyvybės kilmės teorijos:

- kreacionizmas;

- panspermija;

— pastovios būsenos teorija;

- spontaniška generacija;

- biocheminė evoliucija.

Kreacionistinė hipotezė kurių laikosi žmonės, tikintys, kad gyvybę sukūrė kūrėjas, Dievas, visuotinis protas. Ji neturi įrodymų, o jos propagavimą vykdo ne mokslininkai, o žurnalistai, teologai ir teologai. Prie jų prisijungia ir žmonės, norintys papildomai užsidirbti per apgaulę.

Tie patys kreacionistai ir toliau įrodinėja, kad žmonių kilmės klausimas slypi paslaptyje, nes archeologai negali rasti kokios nors trūkstamos grandies, tai yra pereinamosios formos iš senovės žmogus Cro-Magnon iki šiuolaikinio homo sapiens. Straipsniai, kuriuos labai svarbu suprasti:

» 100% žmogaus kilmė: teorijos ir hipotezės

Pastovios būsenos teorija yra tai, kad gyvi daiktai kartu su visata ir atitinkamai visu pasauliu egzistavo ir egzistuos visada, nepriklausomai nuo laiko. Be to, visatos dariniai yra kūnai ir dariniai, tokie kaip žvaigždės, planetų sistemos, gyvi organizmai yra riboti laike: jie gimsta ir miršta.

Šiuo metu ši hipotezė turi tik istorinę reikšmę, ir ilgą laiką nebuvo diskutuojama mokslo sluoksniuose, nes tai paneigė šiuolaikinis mokslas m. Pagrindinė mintis: Visata atsirado dėl Didžiojo sprogimo ir vėlesnio jo plėtimosi. Svarbus straipsnis šia tema paprasta ir aiškia kalba: 100% Visatos kilmė ir evoliucija.

Panspermijos teorija jau moksliškesnis. Jame daroma prielaida, kad gyvi organizmai į mūsų planetą atnešė kosminius kūnus, tokius kaip meteoritai ar kometos. Kai kurie ypač svajingi šalininkai įsitikinę, kad NSO ir ateiviai tai darė sąmoningai, siekdami savo tikslų.

Mūsų saulės sistemoje tikimybė rasti gyvų organizmų kur nors kitur yra labai maža, tačiau gyvybė galėjo atskristi pas mus iš kitos žvaigždžių sistema. Astronominiai duomenys rodo, kad, anot biocheminė sudėtis Juose dažnai galima rasti meteoritų, meteorų ir kometų, organinių junginių, pavyzdžiui, amino rūgščių. Būtent jie galėjo tapti sėklomis, kai kosminis kūnas liečiasi su Žeme, lygiai taip pat, kaip kiaulpienių sėklos išsibarsto šimtus metrų.

Pagrindinė atsvara panspermisto teiginiams yra logiškas klausimas, iš kur atsirado gyvybė kitose planetose, iš kurių išskrido tas pats asteroidas ar kometa. Taigi pansperminė gyvų organizmų svetimos kilmės hipotezė gali tik papildyti pagrindinę versiją – biocheminę.

Abiogenezės teorija per biocheminę evoliuciją tiria ir sėkmingai įrodo organinių struktūrų susidarymą iš neorganinių medžiagų, už kūno ribų ir nenaudojant specialių fermentų.

Paprasčiausių organinių junginių sintezė iš neorganinių medžiagų gali vykti pačiomis įvairiausiomis gamtinėmis sąlygomis: planetoje arba erdvėje (pavyzdžiui, protoplanetiniame diske – proplyd). 1953 m. buvo atliktas garsusis klasikinis Miller-Urey eksperimentas, įrodantis, kad organinės medžiagos, tokios kaip aminorūgštys, gali atsirasti įvairių dujų mišinyje, kuris imituotų planetos atmosferos sudėtį.

Gamtoje laikui bėgant susiformavo ir įgavo gebėjimą (beje, šiandien jo sintezė žmonėms yra labai sunki). Bet tai yra pagrindinė statybinė medžiaga, ir atsakymas į gyvybės Žemėje kilmės klausimą slypi būtent jame.

Dabar visiškai aišku, kaip atsirado dezoksiribonukleino rūgšties molekulė. Iš pradžių biologinės būtybės buvo pagrįstos kita panašia molekule, vadinama RNR. Ilgam laikui buvo kitas gyvas pasaulis, kuriame organizmai turėjo paveldimos informacijos ribonukleino rūgšties molekulės pavidalu, kuri veikė kaip baltymai. Ši molekulė gali saugoti paveldimą informaciją, tokią kaip DNR, ir atlikti aktyvų darbą kaip baltymai.

Šiuolaikinėse ląstelėse šios funkcijos yra atskirtos – DNR saugo paveldimą informaciją, baltymai atlieka darbą, o RNR atlieka savotiško tarpininko vaidmenį tarp jų. Pirmuosiuose senovės organizmuose buvo tik RNR, kuri pati susidorojo su abiem užduotimis.

Įdomus visų gyvų daiktų kilmės klausimo modelis yra tas, kad per pastaruosius kelerius metus atsirado dešimtys naujų mokslinius straipsnius, vedantis kiek įmanoma arčiau paslapties išsprendimo, ir šiuo metu nereikia jokių kitų teorijų ir hipotezių apie gyvybės kilmę, išskyrus abiogeninę.

Gyvybės Žemėje istorija slepia daug paslapčių. Ar jie kada nors bus atrasti, lems tolesnė mokslo raida.

Mes apsiribosime kultūriniu ir istoriniu visų hipotezių apie gyvybės atsiradimą Žemėje svarstymu. Gamtos mokslo koncepcijos rėmuose Ypatingas dėmesys Sutelkime dėmesį į konstruktyvius teorinius biocheminės evoliucijos teorijos modelius.

Kadangi biologinis laikas – amžius turi „laiko strėlę“, nukreiptą iš praeities į ateitį ir apibūdinamas triada: gimimas – senėjimas – mirtis, evoliucinė idėja kilo jau mitologijoje ir susiformavo senovės gamtos filosofijoje m. spontaniškos kartos teorija gyvybė iš negyvos materijos, o daugialypės kartos buvo daroma prielaida, remiantis naiviu transformizmu per atsitiktinį atskirų organų derinį (Empedoklis, 495-435 m. pr. Kr.), staigią rūšių transformaciją (Anaksimenas, 384-322 m. pr. Kr.). Aristotelis (384–322 m. pr. Kr.) spontaniško gyvybės atsiradimo teoriją įformino į laipsniško gyvų formų vystymosi teoriją (nuo paprastos iki sudėtingos), kuri viduramžiais susikerta su kreacionizmo teorija.

Kreacionizmas(kūrimas, kūryba) – yra tezė apie dieviškąjį pasaulio ir žmogaus sukūrimą. Pagal šią teoriją gyvybė yra antgamtinių praeities įvykių rezultatas. Daugelis mąstymo estetikos mokslininkų iš tikrųjų derina evoliucinę idėją su kreacionizmu. Mums atrodo, kad XX amžiaus rusų filosofo Merabo Mamardašvili mąstymo estetika yra pateisinama, vedanti į sakralinio ir pasaulietinio mąstymo sankirtą „susitikimo taške, su kuriuo galvojome mintį, kurios negali turėti valia ar minties troškimas. Bus galvojama ar negalvota. Ir jei mes apie tai pagalvosime, jei būsime šioje susikirtimo vietoje savo surinktos būties pilnatvėje, tai mūsų nepraeis. Tada mes esame verti šios minties arba, kitaip tariant, verti dovanos. Dovana neplaukia iš mūsų nuopelnų, esame jos verti tik tada, kai tai nutinka mums, ir tai yra kelias lanku, o ne horizontaliai, nes esame susieti ir susilieję su aukščiausiu, antsąmone.

XVII amžiuje atsirado biogenezės teorija, kuris susiveda į teiginį, kad gyvenimas gali atsirasti tik iš ankstesnio gyvenimo, t. y. „gyventi iš gyvenimo“. Jį sukūrė italų gydytojas ir biologas F. Redi ir literatūroje žinomas kaip „Redi principas“. 1862 m. prancūzų biologas Louisas Pasteuras įtikinamais eksperimentais įrodė, kad šiuolaikinėmis sąlygomis neįmanoma spontaniškai sukurti paprasčiausius organizmus ir nustatė principą „visa gyva yra iš gyvų būtybių“. Šiuolaikinės mikrobiologijos ir imunologijos pradininko L. Pasteur mąstymo estetika aiškiai susikerta su kreacionizmu tokiu teiginiu: „Kuo daugiau tyrinėju gamtą, tuo labiau stebiuosi Kūrėjo darbais. Aš meldžiuosi dirbdamas laboratorijoje.

Evoliucinių idėjų papildomumo su kreacionizmu principas būdingas ir Zh.B raidos principui. Lamarkas (1744-1829), postulavęs tokius principus: organizmai yra kintantys; rūšys (ir kitos taksonominės kategorijos) yra laikinos ir palaipsniui transformuojamos į naujas rūšis; bendra organizmų istorinių pokyčių tendencija yra laipsniškas jų organizavimo tobulėjimas (gradacija), kurio varomoji jėga yra pirminis (Kūrėjo nustatytas) gamtos pažangos troškimas. Lamarkizmui būdingi du vienas kitą papildantys bruožai: teleologizmas – kaip įgimtas troškimas tobulėti organizmams, organizmocentrizmas – organizmo, kaip elementaraus evoliucijos vieneto, pripažinimas.

Charlesas Darwinas (1809 - 1882), apibendrinęs individualias evoliucijos idėjas, sukūrė nuoseklią, išsamią evoliucijos teoriją. Evoliucijos varomosiomis jėgomis jis laikė paveldimą kintamumą ir natūralią atranką, o kiekvienos rūšies organizmą, t.y., faktiškai atskirus individus, elementariu evoliucijos vienetu. Išgyvenę asmenys gimdo kitą kartą, todėl „sėkmingi“ teigiami pokyčiai perduodami kitoms kartoms. Labai dažnai Charleso Darwino natūralios atrankos teorija priešpastatoma kreacionizmui. Tačiau atsigręžkime į Charleso Darwino mąstymo estetiką: „Pasaulis remiasi šablonais ir savo apraiškose pasirodo kaip proto produktas – tai jo Kūrėjo požymis“.

„Dievas, tikrai priklausęs nuo mašinos, leidžia mums peršokti bedugnę tarp gyvųjų ir mirusiųjų, gamtos ir dvasios, išsaugodamas bedugnę, Dievas (Kūrėjas) yra sudėtingas, kūrybingas mūsų proto darinys, parodantis gebėjimą civilizuojančią žmoniją mąstyti abstrakčiai. Viduramžiais kreacionizmo teorija buvo formalizuota konfesinėse filosofinėse teologijose ir religijose, kurios remiasi teze: „Dievas pažįstamas tik per tikėjimą“, tuo religija atskyrė tikėjimą dieviškuoju pasaulio sutvėrimu nuo mokslo, t.y. iš mokslinio pasaulio pažinimo metodo, paremto aibe empirinių ir teorinių metodų. Tuo pačiu metu gėris ir blogis gauna šventą sankciją religijoje ir žmogus randa vidinę ramybę ir šviesą darbui mūsų netobulame pasaulyje. Tai aiškiausiai išreiškiama toliau pateiktame M. V. mokyme. Lomonosovas: „Matematikas nėra sveiko proto, jei nori išmatuoti dieviškąją valią kompasu. Toks yra teologijos mokytojas, jei mano, kad iš Psalmės galima išmokti astronomijos ir chemijos.

Jie bandė paaiškinti gyvybės atsiradimą Žemėje, pristatydami ją iš kitų kosminiai pasauliai. Vokiečių gydytojas G. Richteris 1865 metais iškėlė kosmozoanų (kosminių užuomazgų) hipotezę, pagal kurią gyvybė yra amžina ir kosminėje erdvėje gyvenantys rudimentai gali būti perkeliami iš vienos planetos į kitą. Kilo pastovios būsenos teorija, pagal kurią gyvybė visada egzistavo, tam tikru mastu paremta „Redi principu“. Šią hipotezę palaikė daugelis XIX amžiaus mokslininkų – W. Thompsonas, G. Helmholtzas ir kt. Stacionarios būsenos teorija tam tikru mastu pritarė mūsų didysis mokslininkas V.I. Vernadskis, kuris tikėjo, kad gyvybė Žemėje atsirado kartu su Žemės atsiradimu.

Richterio modelio pastovios būsenos teorija kertasi su panspermijos teorija, kurį 1907 metais iškėlė garsus švedų gamtininkas S. Arrhenius: „Visatoje amžinai egzistuoja gyvybės užuomazgos, kurios, spaudžiamos šviesos spindulių, juda kosminėje erdvėje; patekę į planetos gravitacijos sferą, jie apsigyvena jos paviršiuje ir suteikia gyvybės pradžią šioje planetoje“. Struktūriškai teorines panspermijos galimybes patvirtina daugybė eksperimentų: organinių junginių pėdsakų aptikimas meteorito ir kometų medžiagose, aminorūgščių pirmtakų Mėnulio dirvožemyje, mikroorganizmų pėdsakų, spėjama, Marso kilmės meteorite. Akivaizdu, kad šie XX amžiaus antrosios pusės atradimai bus išplėsti žmogui tyrinėjant kosminę erdvę.

Tačiau gamtos mokslų pasaulinės evoliucijos principo rėmuose stacionarios būsenos teorija nėra produktyvi, o panspermijos teorija taip pat nepasiūlo jokio mechanizmo, paaiškinančio pirminę gyvybės kilmę; ji tiesiog perkelia gyvybės atsiradimo problemą į kurią nors kitą Visatos vietą.

Taigi evoliucinių „laiko strėlių“ rėmuose, remiantis papildomumo principu, išlieka dvi viena kitą paneigiančios ir galbūt viena kitą papildančios kreacionizmo ir biocheminės evoliucijos teorija. Mūsų nuomone, šių teorijų sankirtoje tiek tikėjimas religiniu fanatizmu, tiek mokslinis absoliutizmas atrodo nepateisinamas. Mums atrodo, kad „religinio tikėjimo aukštesniuoju, antsąmonės ir susižavėjimo“ gamtos harmonija Žemėje ir Kosmose jausmas bei tikėjimas, kad „Žemės koncepciniame fonde (kaip genofonde)“ elementai yra reikšmingi ir svarbūs yra ne tik dvasinės, bet ir materialinės žmogaus civilizacijos kultūros pagrindas.

XX amžiaus aštuntajame dešimtmetyje suformuluotas antropinis principas pasisako už tai, kad gyvybės atsiradimo ir vystymosi procesas nėra atsitiktinis. Jo esmė slypi tame, kad net ir nedidelis bet kurios esminės konstantos vertės nukrypimas neleidžia Visatoje atsirasti labai tvarkingoms struktūroms. Pavyzdžiui, padidinus Planko konstantą 10%, protonas negali susijungti su neutronu, tai yra, nukleosintezė tampa neįmanoma. Planko konstantai sumažėjus 10 %, susidarytų stabilus 2 He branduolys, dėl kurio pradinėse Visatos plėtimosi stadijose sudegtų visas vandenilis arba vėlesnėse stadijose suirtų žvaigždės. Mokslas susidūrė su didele grupe faktų, kurių atskiras svarstymas sukuria nepaaiškinamų sutapimų, besiribojančių su stebuklu, įspūdį. (išsamiau: Barron J.D., Tipler F.J. The antropic cosmological Principle, Oxford, 2nd., ed., 1986). Anot fiziko J. Wheelerio: „Gyvybę teikiantis veiksnys yra viso mechanizmo centre ir kuria pasaulį“.

Tuo pačiu metu konstruktyvūs teoriniai biocheminės evoliucijos modeliai remiasi hipoteze, kad gyvybė atsirado dėl procesų, kurie paklūsta cheminiams ir fiziniams dėsniams. Taigi, pagrįstai ar ne, fizikos ir chemijos dėsnius pastatome „viso mechanizmo, kuris kuria pasaulį“, centre.

Pirmieji trys etapai priklauso cheminės evoliucijos laikotarpiui, nuo ketvirtojo prasideda biologinė evoliucija. Cheminės evoliucijos idėja buvo patvirtinta daugybe eksperimentų. Šio darbo pradžią 1953 metais padėjo S. Milleris ir G. Urey, kurie, veikiami metano ir vandens garų dujų mišinio kibirkštinio krūvio, gavo mažų organinių molekulių rinkinį, pirmą kartą parodydami abiogeninės organinių junginių sintezės galimybė sistemose, imituojančiose numatomą pirminės žemės atmosferos sudėtį.

Sudėtingi cheminės evoliucijos procesai, kurie perauga į biocheminę ir biologinę evoliuciją, gali būti išreikšti paprasta seka: atomai
paprastos molekulės
sudėtingos makromolekulės ir ultramolekulinės sistemos (probiontai)

vienaląsčiai organizmai.

Pirmosios ląstelės laikomos visų gyvų augalų, gyvūnų ir bakterijų organizmų prototipu.

Tačiau šioje fizinėje ir cheminėje visų gyvų būtybių konstrukcijoje natūraliai yra antropinis principas, t.y. tikėjimas gyvybės atsiradimo ir vystymosi Žemėje proceso neatsitiktiniu pobūdžiu. Be to, nepašalinama galimybė susikirsti su žemiškosios materijos biocheminės evoliucijos teorija su panspermijos teorija. Pati biocheminės evoliucijos teorija įgavo mokslinį teorinės modelių konstravimo pobūdį, kurį eksperimentiškai patvirtino geochronologinė Žemės istorija tik XX amžiuje po to, kai buvo atrastas medžiagos biologinio lygio molekulinis genetinis lygis ir atsirado evoliucinė chemija. .

Biocheminės evoliucijos teorija remiasi abiogenezės samprata – gyvojoje gamtoje paplitusių organinių junginių susidarymu už kūno ribų, nedalyvaujant fermentams.

Visos daugybė hipotezių, iškeltų XX amžiaus 60–80-aisiais, aiškiai išreiškė prieštaravimą protobiologinės sistemos, ty priešląstelinio protėvio, savybių klausimu. Problema buvo ta, kad tarp cheminės materijos formos, kuri dar nėra gyvybė, ir biologinės materijos formos, kuri jau yra gyvybė, yra prebiotinė struktūra, susijusi su perėjimu nuo fizinės ir cheminės evoliucijos prie biologinės. Reikėjo rasti kažkokią priešląstelinę struktūrą, kuri galėtų išsivystyti taip, kad ji būtų pavaldi genetinėms transformacijoms ir natūraliai atrankai. Dėl to atsirado dvi hipotezės – koacervantinė ir genetinė.

Koacervantinės hipotezės pagrindas yra tvirtinimas, kad pradiniai biogenezės etapai buvo susiję su baltymų struktūrų susidarymu iš „pirminio vandenyno“ dėl koacervacijos - spontaniško polimerų vandeninio tirpalo atskyrimo į skirtingos koncentracijos fazes. Pagrindines šios hipotezės nuostatas 1924 m. pirmą kartą suformulavo A. I. Oparinas (žr.: Oparin A. I. Gyvenimas, jo prigimtis, kilmė ir raida. M., 1968). Pasirinkimas kaip pagrindinė priežastis, dėl kurios koacervantus patobulino pirminės gyvos būtybės, yra svarbiausia Oparino hipotezės nuostata.

Koacervantinės hipotezės rėmuose atsirado metodologinis principas, vadinamas holobiozė, t.y. ląstelinio tipo struktūrų, turinčių elementarų metabolizmą, įskaitant fermentų katalizę, pirmenybę.

Tačiau jei pasikliaujame pusiausvyros termodinamika, tai gyvų būtybių molekulės neatsiranda savaime, joms susidaryti reikalingas sudėtingas nepertraukiamo ir koordinuoto „šildytuvo“ ir „vėsintuvo“ veikimo mechanizmas pagal antrąjį termodinamikos dėsnį. Tikimybė, kad baltymo molekulė, susidedanti iš 20 rūšių aminorūgščių, atsitiktinai susiformuos pagal tam tikrą modelį, lygi

Skaičius vardiklyje yra per didelis, kad jį būtų galima suprasti protu. „Tikimybė, kaip teigia astronomas Freudas Hoyle'as, yra akivaizdžiai maža, tokia maža, kad būtų neįsivaizduojama, net jei visa Visata sudarytų iš ekologiškos sriubos. Tačiau, jei pereisime prie nepusiausvyros termodinamikos, tada spinduliuotės S emisijos entropija. daug daugiau materijos entropijos S dalykas. (Galimas >> Netikras), tada tvarkingų struktūrų susidarymo tikimybė nuo kristalų iki baltymų ir nukleorūgščių smarkiai padidėja.

Tačiau už tai Tik natūralios atrankos vargu ar pakaks, kurios tikslas yra išvalyti populiacijos genofondą nuo „defektuotų“ genų, modifikacija vyksta tik esamoje genetinėje medžiagoje, kaip adaptyvi reakcija į aplinkos pokyčius.

Išeina į pirmą planą genetinė hipotezė, pagal kurią nukleorūgštys pirmiausia atsirado kaip baltymų sintezės matricos pagrindas. Pirmą kartą šią hipotezę 1929 metais iškėlė amerikiečių genetikas G. Meller.

Genetinės hipotezės rėmuose atsirado metodologinis principas, vadinamas genobiozė, kuris teigia, kad molekulinės sistemos, turinčios genetinio kodo savybes, atsiradimo pirmenybė yra biocheminės evoliucijos rezultatas.

Į natūralią atranką buvo įtraukta genetinių savybių diskretiško padalijimo idėja, tam tikru mastu remiantis kvantinės mechanikos pagrindine pozicija: „Viskas: medžiaga, energija, dalelių kvantinės charakteristikos - veikia kaip diskretūs dydžiai, ir nė vienas iš jų nėra. galima išmatuoti jo nekeičiant“. Genetinė hipotezė susieja biocheminės evoliucijos teoriją su pasauliniu evoliucionizmu, o gyvybės atsiradimo Žemėje teorija siejama su tikėjimu „superracionalaus, superprotingo“ teleologizmo egzistavimu – kaip įgimtu troškimu tobulėti visoje Visatoje iki „protingo stebėtojo“ sukūrimo.

Genetinė koncepcija dabar yra plačiai priimta dėl atradimų, padarytų devintajame dešimtmetyje. Eksperimentiškai įrodyta, kad paprastas nukleorūgštis galima dauginti be fermentų. Nukleino rūgščių gebėjimas tarnauti kaip šablonai formuojant papildomas grandines yra įtikinamiausias argumentas, patvirtinantis idėją, kad paveldimo mechanizmo biogenezės procese yra pagrindinė svarba, taigi ir už genetinė gyvybės kilmės hipotezė.

Devintojo dešimtmečio pradžioje tapo aišku, kad tik ribonukleino rūgštis (RNR) gali būti pirminė nukleorūgštis.

Kitaip tariant, tai buvo RNR molekulė, kuri galėjo sudaryti ikiląstelinio protėvio makromolekulinį substratą. Lemiamas atradimas dėl RNR molekulės vaidmens gyvybės atsiradime yra toks. Pirma, tai yra RNR gebėjimo savarankiškai daugintis, kai nėra baltymų fermentų, nustatymas. Antra, nustatyti faktą, kad viena iš mažų RNR molekulių (ribozinas) pati atlieka fermento funkcijas. Galiausiai, trečia, buvo nustatyta, kad RNR turi autokatalizinių savybių.

Taigi galime daryti prielaidą, kad senovės RNR sujungė abi funkcijas: katalizinę ir informacinę-genetinę, o tai suteikė galimybę savarankiškai daugintis stambiamolekuliniam objektui. Kitaip tariant, jis atitiko visus evoliucijos mechanizmo reikalavimus derinant natūralios atrankos teoriją su paveldimu (genetiniu) diskrečiu simbolių (alelinių genų) padalijimu ir su nealelinių genų susiejimo teorija. Tai prisidėjo prie vėlesnės RNR pagrįstos makromolekulinės sistemos evoliucijos į efektyvesnę DNR pagrindu veikiančią makromolekulinę sistemą baltymų sintezės požiūriu. Tokios evoliucijos procese daugeliu atvejų įvyko informacinių-genetinių ir katalizinių funkcijų atskyrimas. Ypatingas dėmesys turėtų būti skiriamas tiek nukleorūgščių, tiek baltymų molekulių „dešinės-kairės“ dissimetrijos reikšmingumui, kurios kilmė turi daug hipotezių ir dar nebuvo eksperimentiškai pagrįsta. Gali būti, kad tokios disimetrijos atsiradimas turėjo tokias pat gilias pasekmes gyvybės atsiradimui, kaip ir bariono-antibariono disimetrijos atsiradimas Visatos evoliucijai.

Problema taip pat yra yra veiksmo laikas ir vieta- Žemė maždaug prieš 4,5 milijardo metų- unikali biocheminės evoliucijos arena. Arba šis procesas įvyko ir vyksta spontaniškai ir tuo pačiu „superracionalaus, superintelektinio“ teleologizmo pagrindu įvairiose kosmoso vietose, o Žemė tik teikė palankias sąlygas jau atsiradusiai gyvybei vystytis.

Perėjimas į ontogenetinį (organizmo) gyvosios gamtos lygmenį, gyvo organizmo struktūrinis bruožas, nuo 1940-ųjų buvo laikomas ląstele – gyvybės fabriku. Kitaip tariant, Ląstelė pripažįstama žemiausiu gyvosios gamtos objektu arba kaip savarankiškas vienaląstis organizmas, arba kaip savarankiška daugialąsčio organizmo dalis. Ikiląstelinės gyvybės formos – virusai – užima tarpinę padėtį tarp gyvųjų ir negyvųjų.

Tik XX amžiaus 60-ųjų pradžioje atsirado genetinė gyvosios medžiagos ląstelių organizavimo samprata, kuri leido diskretiškai padalyti visus gyvus daiktus į dvi superkaralystes - prokariotai Ir eukariotų. Esminiai skirtumai tarp dviejų organizmų tipų yra susiję su organizavimo pobūdžiu ir replikacija genetiniu lygmeniu; aparato, kuris sintetina baltymus, struktūra; baltymų biosintezės „paleidimo“ mechanizmų pobūdis; RNR molekulės struktūra; fotosintezės aparato struktūra ir pobūdis ir kt. Tačiau nei prokariotai, nei eukariotai neturi tam tikrų evoliucinių pranašumų. Tai rodo, kad abu šie organizmų tipai yra kilę iš bendro protėvio arba archecelės, derinant prokariotų ir eukariotų požymius.

Aštuntajame dešimtmetyje šis požiūris gavo rimtą patvirtinimą dėl atradimo archebakterijos, kurie, būdami prokariotai pagal genetinio aparato organizavimo tipą, turi savybių, kurios priartina juos prie eukariotų. Šiuo metu populiariausias simbiozinis hipotezė, kad eukariotinė ląstelė yra kelių prokariotinių ląstelių simbiozės rezultatas.

Svarbi gyvosios gamtos funkcionavimo ontogenetiniame lygmenyje samprata yra jos funkcinė sistema. Pagal šią sampratą funkcinis sistemingumas atsiranda dėl to, kad sistemų komponentai ne tik sąveikauja, bet ir bendrauti.

Funkcinio sistemingumo samprata yra universali visuose gyvosios gamtos struktūriniuose lygmenyse. Jis pagrįstas mutacinės (genetiškai paveldimas alternatyvių savybių (alelinių genų) suskaidymas ir nealelinių genų susiejimas lyties genetikoje) atrankos sąveika su natūralia atranka, kai vyksta procesai žemesni lygiai yra tarsi organizuoti funkciniais ryšiais aukštesniuose lygmenyse, o kai kurie – specializuotais reguliavimo (homeostazės) aparatais, tokiais kaip, pavyzdžiui, hormoninės ir pirminės gyvūnų kūno sistemos.

Funkcinio sistemiškumo samprata galėtų atsirasti molekuliniame genetiniame lygmenyje ir holobiozės bei genobiozės metodinių principų simbiozės pavidalu.

Šis metodas tam tikru mastu pašalina baltymų arba DNR/RNR pirmumo problemą probiontų atsiradime. Manoma, kad gyvybė išsivystė remiantis dinamišku mažų molekulių (organinių ir neorganinių) žaismu, o pirmieji biopolimerai galėjo atsirasti dėl autokatalitinių mažų molekulių reakcijų lietaus lašeliuose, apšviestuose pirmapradės Saulės ultravioletinės šviesos. Tačiau kyla problemų dėl šių lašų brandinimo į koacervantus lašus pagal „pirminio sultinio“ Oparino scenarijų arba į pirminę dvigrandę RNR pagal genetinę hipotezę ir vėlesnę jų simbiozę į archeląstelę.

Mūsų nuomone, jei vadovausimės N. V. pasiūlymu. Timofejevo-Resovskio aksioma, kad gyvosios gamtos evoliucija iš esmės nenuspėjama, tada ši aksioma nurodo gana sudėtingą kelią tiriant gyvybės kilmę Žemėje ir antropologinį žmogaus protėvių tyrimą, kuris, mūsų nuomone, veda į sankirtą. mažiausiai trys teorijos (sąvokos) , būtent gamtos mokslų biocheminės evoliucijos samprata su panspermijos ir kreacionizmo sampratomis, pagrįstomis antropiniu ir globalaus evoliucijos principu.