Življenje na Zemlji ne bi nikoli nastalo, če Zemlja ne bi imela satelita brez življenja, Lune. Ta najnovejša teorija o nastanku življenja na Zemlji pripada britanskemu biologu Richardu Letsu. Pred 4 milijoni let je bila Luna v orbiti veliko bližje Zemlji in pod vplivom njene privlačnosti je bilo plimovanje oceanov veliko močnejše kot zdaj. To pa je prispevalo k vsakodnevnemu spreminjanju koncentracije soli v morski vodi, kar je na koncu pripeljalo do nastanka življenja, trdi znanstvenik. Če je ta teorija pravilna, potem hkrati izključuje možnost življenja na Marsu. Dejstvo je, da je največji Marsov satelit Fobos premajhen, da bi ustvarjal oseke in oseke, tudi če je ali je bila voda na Marsu, kar še ni dokazano, piše The Daily Telegraph.

Kemiki so predstavili novo teorijo o nastanku življenja na Zemlji - po njihovem mnenju bi starodavni vulkani lahko prispevali k njegovemu nastanku. Plini, ki jih izbruhajo vulkani, vsebujejo veliko karbonil sulfida ( kemijska formula COS), ta plin pa bi se lahko izkazal za »lepilo«, s katerim so zlepili prve gradnike življenja na Zemlji – organske molekule.

Pred približno 20 leti so okoli vročih vulkanskih vrelcev, ki bruhajo sredi oceana, odkrili biocenozo, ki obstaja popolnoma neodvisno od sonca. V zgodnjih devetdesetih letih je v puščavi Arizone skupina raziskovalcev poskušala ustvariti umetno, popolnoma izolirano zunanji svet, biosfera.

V poskusih, ki so jih postavili znanstveniki, so se molekule aminokislin v prisotnosti karbonil sulfida zlepile in tvorile molekule najpreprostejših beljakovin. Hitrost reakcije je bila precej visoka in za njeno izvedbo niso bili potrebni posebni pogoji. Če je bila na začetku zemeljske zgodovine koncentracija karbonil sulfida, ki ga je izpustilo ogromno vulkanov, pomembna, bi lahko bil katalizator za nastanek življenja na Zemlji.

To nakazuje tudi nova Wäckterzhäuserjeva teorija. Teorija juhe nakazuje, da so se kemični predhodniki življenja združili v tridimenzionalnem okolju. Snovi, ki se prosto gibljejo v zraku ali vodi, pa ne ostanejo dolgo skupaj. Na površini je stvar drugačna. Prve reakcije so morale potekati na površini, ki ni imela treh, ampak dve dimenziji, je razmišljal Wekterzhäuser.

Tretjo dimenzijo so osvojili že organizmi. Površino, kjer so se oblikovali predhodniki življenja, je morala sprati voda. Vse hipoteze o nastanku življenja, piše Wekterzhäuser v Science, lahko razdelimo v tri razrede, glede na to, kateri element življenja je zanje odločilen, kako se je vse začelo. Nekateri menijo, da iz celičnih membran. Potem pa morajo razložiti, kako je celična hrana prešla skozi membrano.

Drugi menijo, da so najprej nastale nukleinske kisline. Vendar pa so molekule tudi najpreprostejših nukleinskih kislin precej kompleksne spojine. Wäckterzhäuser zagovarja tretje stališče: življenje se je začelo z metabolizmom, s presnovo. Z drugimi besedami, s ponavljajočim se ciklom kemičnih sprememb. Metabolizem je tisti, ki je »izumil« celično membrano, nukleinske kisline in celoten genetski aparat. Sodeluje pri presnovi ogljikovih atomov. V vsakem ciklu so se združili v pare (znanstveno se temu reče cikel fiksacije ogljika). Aminokisline, gradniki bodočih beljakovin, so se izkazale za stranski, sprva »neuporaben« produkt te presnove. Takoj so postali lastni katalizatorji, pospeševalci tistih kemijskih sprememb, ki so v prvi vrsti usmerjale njihovo lastno sintezo. Kot stranski produkt so se pojavile tudi nukleinske kisline, ki so pokazale tudi sposobnost samokatalizacije. Kasneje so kot čebela matica v panju prevzele odgovornost za reprodukcijo celotnega sistema. Vse te kemijske spremembe so prej ali slej privedle do tega, da se je nekaterim medsebojno povezanim snovem uspelo zateči v membrano, ki so jo postopoma gradile, in zdrsniti iz ujetništva dveh dimenzij v kraljestvo treh. Takrat se je rodila prva celica. Takšna je shema. Toda vsaka shema, vsaka teorija se lahko sesuje zaradi stika z eksperimentom. Vekterzhäuserjeva teorija ni propadla, ampak je, nasprotno, dobila eksperimentalno podporo, in to celo v najpomembnejši povezavi - ciklu fiksacije ogljika. Bakterije, ta starodavna bitja, še vedno ohranjajo redko sposobnost, ki se je rodila z njimi - sintetizirati ocetno kislino, preprosto snov, ki v svoji aktivni obliki voljno vstopa v kemične reakcije. Ocetna kislina temelji na samo dveh ogljikovih atomih, povezanih v njeni molekuli. Toda ali lahko do takšne sinteze pride danes še kje? Da, morda - v vročih žveplovih plinih, ki uhajajo iz velikih globin iz podvodnih vulkanov. Kot veste, bakterije, ki se hranijo z žveplom, tam prosto živijo pri temperaturi več sto stopinj, veliko pa je tudi kovinskih sulfidov. Podvodni vulkani - tam se je rodilo življenje! Ocean, seveda, vendar ne isto. Ne juha, ampak zelo vrela voda. Wäckterzhäuser je pridobil vulkanske pline in jih začel mešati v prisotnosti železovih in nikljevih sulfidov. Sinteza ocetne kisline ni bila dolga! In ona je najverjetnejši kandidat za metabolizem, ki je rodil življenje. Ocetna kislina je aktivna - to je bistvo.

Eksperiment, ki so ga začeli prof. Doron Lancet Krona in njegovi študentki, Daniela Segr in Daphne Behn v Centru za človeški genom na Nemškem inštitutu za znanost, temelji na iskanju alternative beljakovinam in ribonukleinskim kislinam, saj je pojav proteinov ali samopodvajajočih se molekul ribonukleinske kisline je ostala skrivnostna. Razvili so model na osnovi lipidnih molekul in ponudili nov pogled na izvor življenja.

Lipidi so oljnate snovi, znane kot glavne sestavine celičnih membran. Lipidi imajo dva različne oblike s: hidrofilne (privlačijo vodo) in hidrofobne (odbijajo vodo). Lipidi se zlahka sintetizirajo v simuliranih "predbioloških" pogojih in zaradi svoje reverzibilne narave ponavadi spontano tvorijo supramolekularne strukture, sestavljene iz tisočev molekularnih enot. To se kaže v minimalnih lipidnih združbah, micelah, za katere se je celo izkazalo, da lahko rastejo in se množijo v vodi, kar spominja na celično življenje.

Vendar je ključno vprašanje ostalo brez odgovora: kako bi lahko minimalne lipidne skupnosti prenašale in širile informacije?
Model, ki so ga predlagali Lancet in sodelavci, ponuja rešitev. Predlagajo, da so na začetku lipidom podobne spojine obstajale v zelo različnih oblikah in velikostih. Matematično pokažejo, da bi lahko v obstoječih pogojih minimalne lipidne skupnosti vsebovale skoraj toliko informacij kot ribonukleinske kisline ali beljakovinska veriga. Informacija bi bila shranjena v sami sestavi minimalne združbe, torej v natančni količini vsake njene komponente, kar bi zagotovilo natančnejši prenos in shranjevanje informacij kot v zaporedju molekularnih »granul« na proteinski niti. . Prikazana je bila analogija s parfumom: informacijo – aromo ločimo po receptorjih, vonj pa je bolj odvisen od deleža posamezne komponente v mešanici kot od vrstnega reda dodajanja arom.
Tako avtorji dokazujejo, da lahko heterogene minimalne lipidne skupnosti obravnavamo kot primitivne genome. Nadalje prikazujejo, kako lahko skupnost lipidov z minimalno količino kapljic, ko raste in se deli, kaže obliko dedovanja. Njihove strojne simulacije kažejo, kako bi se genom prenesel na minimalne skupnosti potomcev. Kritični vidik modela je, kako je takšno molekularno dedovanje postalo možno. IN sodobne celice, prenos informacij, vsebovanih v DNK, olajšajo proteinski encimski katalizatorji. V zgodnji predbiološki dobi so lahko katalizo izvajale iste lipidom podobne snovi, ki so prenašale informacije. Molekule, ki so bile že predstavljene kot kapljice, so delovale kot molekularni "izbirni odbor", ki je povečal verjetnost prenosa nekaterih lastnosti in zmanjšal verjetnost prenosa drugih.

Skupina Lancet je razvila računalniške simulacije, ki kažejo, kako se, izključno na podlagi fizikalno-kemijskih principov, lipidne kapljice s specifično sestavo združujejo, rastejo, delijo, samopodvajajo, kopičijo mutacije in sodelujejo v kompleksni evolucijski igri. Pomembno je, da so to popolne minimalne skupnosti s svojimi kompleksnimi razmerji relativno majhnih molekul, ki se posnemajo v podrejene kapljice.

To se razlikuje od prejšnjih modelov, ki posnemajo en sam dolg polimer ribonukleinske kisline. Model znanstvenikov vsebuje zelo malo kemijskih predpostavk, vendar dobi bogato molekularno razlago, ki je vzporedna s sodobnimi življenjskimi procesi. In zato ima priložnost postati tisti dolgo iskani most, ki vodi iz neživega sveta v sodobni svetživi organizmi V XXI stoletju. Da bi razjasnili problem izvora življenja, raziskovalci kažejo povečano zanimanje za dva predmeta - za Jupitrov satelit, ki ga je leta 1610 odkril G. Galileo. Nahaja se na razdalji od Zemlje, ki je enaka 671.000 km. Njegov premer je 3100 km. Pokrit je z več kilometri ledu. Vendar pa je pod pokrovom ledu ocean in morda je ohranil najpreprostejše oblike starodavnega življenja.

Drug objekt je vzhodno jezero, ki se imenuje reliktni rezervoar. Nahaja se na Antarktiki pod štirikilometrsko plastjo ledu. Naši raziskovalci so ga odkrili kot rezultat globokomorskega vrtanja. Trenutno se razvija mednarodni program, katerega cilj je prodreti v vode tega jezera, ne da bi pri tem kršili njegovo reliktno čistost. Možno je, da obstajajo reliktni organizmi, stari več milijonov let.

Veliko zanimanja vlada tudi za jamo, odkrito na ozemlju Romunije, ki nima dostopa svetlobe. Ko so vrtali vhod v to jamo, so odkrili obstoj slepih živih organizmov, kot so stenice, ki se hranijo z mikroorganizmi. Ti mikroorganizmi za svoj obstoj uporabljajo anorganske spojine, ki vsebujejo vodikov sulfid, ki prihaja iz notranjosti dna te jame. V tej jami ni svetlobe, je pa voda.

Posebej zanimivi so mikroorganizmi, ki so jih pred kratkim odkrili ameriški znanstveniki pri preučevanju enega od slanih jezer. Ti mikroorganizmi izkazujejo izjemno odpornost na okolje. Lahko živijo tudi v okolju, ki je čisto arzen.

Veliko pozornosti pritegnejo tudi organizmi, ki živijo v tako imenovanih "črnih kadilcih" (slika 2.1).

riž. 2.1. "Črni kadilci" oceanskega dna (curki tople vode so prikazani s puščicami)
"Črni kadilci" so številni hidrotermalni vrelci, ki delujejo na dnu oceanov, omejeni na osne dele srednjeoceanskih grebenov. Od tega v oceane pod visokim pritiskom 250 atm. vstopi visoko mineralizirana topla voda (350 °C). Njihov prispevek k zemeljskemu toplotnemu toku je približno 20 %.

Hidrotermalni oceanski vrelci prenašajo raztopljene elemente iz oceanske skorje v oceane, spreminjajo skorjo in zelo pomembno prispevajo k kemični sestavi oceanov. Skupaj s ciklom nastajanja oceanske skorje na oceanskih grebenih in njenega recikliranja v plašč hidrotermalna sprememba predstavlja dvostopenjski sistem za prenos elementov med plaščem in oceani. Oceanska skorja, reciklirana v plašč, je očitno odgovorna za del nehomogenosti plašča.

Hidrotermalni vrelci na srednjeoceanskih grebenih so dom nenavadnih bioloških skupnosti, ki črpajo energijo iz razgradnje spojin hidrotermalne tekočine (črna).

V oceanski skorji so očitno najgloblji deli biosfere, ki segajo do globine 2500 m.

Hidrotermalni vrelci pomembno prispevajo k toplotni bilanci Zemlje. Pod srednjimi grebeni se plašč najbolj približa površini. Morska voda prodira skozi razpoke v oceansko skorjo do precejšnje globine, zaradi toplotne prevodnosti se segreva s toploto plašča in se koncentrira v komorah magme.

Poglobljena študija zgoraj naštetih "posebnih" objektov bo znanstvenike nedvomno pripeljala do bolj objektivnega razumevanja problema izvora življenja na našem planetu in oblikovanja njegove biosfere.

Vendar je treba poudariti, da do danes ni bilo mogoče poskusno pridobiti življenja.

Vprašanje izvora življenja na Zemlji je eno najtežjih vprašanj moderno naravoslovje, na katerega do zdaj ni jasnega odgovora.

Obstaja več teorij o nastanku življenja na Zemlji, med katerimi so najbolj znane:

• teorija spontane (spontane) generacije;
• teorija kreacionizma (ali ustvarjanja);
• teorija stabilnega stanja;
• teorija panspermije;
• teorija biokemične evolucije (teorija A.I. Oparina).

Razmislite o glavnih določbah teh teorij.

Teorija spontane (spontane) generacije

Teorija o spontanem nastanku življenja je bila razširjena v starem svetu – Babilon, Kitajska, Starodavni Egipt in Antična grčija(Tej teoriji je sledil zlasti Aristotel).

Znanstveniki starodavni svet in srednjeveška Evropa sta verjela, da živa bitja nenehno nastajajo iz nežive snovi: črvi iz blata, žabe iz blata, kresnice iz jutranje rose itd. Torej, slavni nizozemski znanstvenik iz 17. stoletja. Van Helmont je v svoji znanstveni razpravi povsem resno opisal izkušnjo, v kateri je v 3 tednih neposredno iz umazane srajce in pesti pšenice dobil miši v zaklenjeni temni omari. Italijanski znanstvenik Francesco Redi (1688) se je prvič odločil eksperimentalno preveriti splošno sprejeto teorijo. V posode je položil več kosov mesa in jih nekaj pokril z muslinom. V odprtih posodah so se na površini gnijočega mesa pojavili beli črvi - ličinke muhe. V posodah, prekritih z muslinom, ni bilo ličink muh. Tako je F. Redi uspel dokazati, da se ličinke muh ne pojavijo iz gnilega mesa, temveč iz jajčec, ki jih muhe odložijo na njegovo površino.

Leta 1765 je slavni italijanski znanstvenik in zdravnik Lazzaro Spalanzani v zaprtih steklenicah kuhal mesne in zelenjavne juhe. Juhe v zaprtih bučkah se niso pokvarile. Ugotovil je, da so pod vplivom visoke temperature umrla vsa živa bitja, ki bi lahko povzročila kvarjenje juhe. Vendar poskusi F. Redija in L. Spalanzanija niso prepričali vseh. Vitalistični znanstveniki (iz lat. vita- življenje) je verjel, da v kuhani juhi ne pride do spontanega nastajanja živih bitij, saj je poseben " življenjska sila”, ki ne more prodreti v zaprto posodo, saj se prenaša po zraku.

Spori o možnosti spontanega nastanka življenja so se okrepili v povezavi z odkritjem mikroorganizmov. Če se kompleksna živa bitja ne morejo razmnoževati spontano, se morda lahko mikroorganizmi?

V zvezi s tem je leta 1859 Francoska akademija razglasila podelitev nagrade tistemu, ki dokončno odloči o možnosti ali nemožnosti spontanega nastanka življenja. To nagrado je leta 1862 prejel slavni francoski kemik in mikrobiolog Louis Pasteur. Tako kot Spalanzani je kuhal hranilno juho v stekleni bučki, vendar bučka ni bila navadna, ampak z vratom v obliki cevke v obliki petice. Zrak in s tem "življenjska sila" je lahko prodrl v bučko, vendar so se prah in z njim mikroorganizmi, prisotni v zraku, naselili v spodnjem kolenu cevke v obliki petice in juha v bučki je ostala sterilna (slika 1). Vendar je bilo vredno zlomiti vrat bučke ali sprati spodnje koleno epruvete v obliki 5 s sterilno juho, saj je juha začela hitro postajati motna - v njej so se pojavili mikroorganizmi.

Tako je bila zahvaljujoč delu Louisa Pasteurja teorija spontane generacije priznana kot nevzdržna in v znanstvenem svetu je bila uveljavljena teorija biogeneze, katere kratka formulacija je - "vse živo je iz živih bitij."

riž. 1. Pasteurjeva bučka

Če pa vsi živi organizmi v zgodovinsko predvidljivem obdobju razvoja človeštva izvirajo le iz drugih živih organizmov, se seveda postavlja vprašanje, kdaj in kako so se prvi živi organizmi pojavili na Zemlji?

Stvaritvena teorija

Stvaritvena teorija nakazuje, da so bili vsi živi organizmi (ali samo njihove najpreprostejše oblike). določeno obdobječas, ki ga je ustvarilo (»zasnovalo«) neko nadnaravno bitje (božanstvo, absolutna ideja, nadrazum, nadcivilizacija itd.). Očitno je, da so se privrženci večine vodilnih svetovnih religij, zlasti krščanske, tega stališča držali že od antičnih časov.

Teorija kreacionizma je še vedno precej razširjena, ne samo v verskih, ampak tudi v znanstvenih krogih. Običajno se uporablja za razlago najbolj kompleksnih, nerešenih vprašanj biokemične in biološke evolucije, povezanih z nastankom proteinov in nukleinskih kislin, nastankom mehanizma interakcije med njimi, nastankom in nastankom posameznih kompleksnih organelov ali organov (kot npr. ribosom, oko ali možgani). Dejanja periodičnega "ustvarjanja" pojasnjujejo tudi odsotnost jasnih prehodnih povezav iz ene vrste živali
na drugega, na primer od črvov do členonožcev, od opic do ljudi itd. Poudariti je treba, da je filozofski spor o primatu zavesti (superum, absolutna ideja, božanstvo) oziroma materije v osnovi nerešljiv, saj poskus razlage kakršnihkoli težav sodobne biokemije in evolucijske teorije s temeljno nedoumljivimi nadnaravnimi dejanji stvarjenja zahteva ta vprašanja onkraj znanstvena raziskava, teorije kreacionizma ne moremo pripisati kategoriji znanstvenih teorij o nastanku življenja na Zemlji.

Stacionarno stanje in teorije panspermije

Obe teoriji sta komplementarna elementa ene same slike sveta, katere bistvo je naslednje: vesolje obstaja večno in življenje v njem obstaja večno (stacionarno stanje). Življenje prenašajo od planeta do planeta "semena življenja", ki potujejo v vesolju in so lahko del kometov in meteoritov (panspermija). Podobne poglede na izvor življenja je imel zlasti akademik V.I. Vernadskega.

Vendar pa teorija stacionarnega stanja, ki predpostavlja neskončno dolg obstoj vesolja, ni v skladu s podatki sodobne astrofizike, po katerih je vesolje nastalo relativno nedavno (pred približno 16 milijardami let) s primarno eksplozijo .

Očitno je, da obe teoriji (panspermija in stacionarno stanje) sploh ne ponujata razlage mehanizma primarnega nastanka življenja, njegovega prenosa na druge planete (panspermija) ali premikanja v neskončnost v času (teorija stacionarnega država).

Teorija biokemične evolucije (teorija A.I. Oparina)

Od vseh teorij o izvoru življenja je najbolj pogosta in priznana v znanstvenem svetu teorija biokemične evolucije, ki jo je leta 1924 predlagal sovjetski biokemik akademik A.I. Oparin (leta 1936 ga je podrobno opisal v knjigi Nastanek življenja).

Bistvo te teorije je, da biološka evolucija – tj. Pred nastankom, razvojem in zapletom različnih oblik živih organizmov je sledila kemična evolucija - dolgo obdobje v zgodovini Zemlje, povezano z nastankom, zapletom in izboljšanjem interakcije med osnovnimi enotami, "opekami", ki sestavljajo vsa živa bitja. stvari – organske molekule.

Predbiološka (kemijska) evolucija

Po mnenju večine znanstvenikov (predvsem astronomov in geologov) je Zemlja kot nebesno telo nastala pred približno 5 milijardami let. s kondenzacijo delcev oblaka plina in prahu, ki se vrti okoli Sonca.

Pod vplivom tlačnih sil delci, iz katerih je nastala Zemlja, sproščajo ogromno toplote. Termonuklearne reakcije se začnejo v črevesju Zemlje. Posledično se Zemlja zelo segreje. Torej pred 5 milijardami let Zemlja je bila vroča krogla, ki je drvela skozi vesolje, katere površinska temperatura je dosegla 4000-8000 °C (smeh. 2).

Postopoma se začne Zemlja zaradi sevanja toplotne energije v vesolje ohlajati. Pred približno 4 milijardami let Zemlja se tako ohladi, da se na njeni površini naredi trda skorja; hkrati pa lahke, plinaste snovi uhajajo iz njenega črevesja, se dvigajo in tvorijo primarno atmosfero. Sestava primarne atmosfere se je bistveno razlikovala od sodobne. Očitno v atmosferi starodavne Zemlje ni bilo prostega kisika, njegova sestava pa je vključevala snovi v reduciranem stanju, kot so vodik (H 2), metan (CH 4), amoniak (NH 3), vodna para (H 2 O), morda pa tudi dušik (N 2), ogljikov monoksid in dioksid (CO in CO 2).

Reducirajoča narava Zemljine primarne atmosfere je izjemno pomembna za nastanek življenja, saj so snovi v reduciranem stanju zelo reaktivne in pod določenimi pogoji lahko medsebojno delujejo in tvorijo organske molekule. Pomemben predpogoj za nastanek življenja je tudi odsotnost prostega kisika v atmosferi primarne Zemlje (praktično ves zemeljski kisik je bil vezan v obliki oksidov), saj kisik zlahka oksidira in s tem uniči organske spojine. Zato se je v prisotnosti prostega kisika v atmosferi na starodavni Zemlji kopičila znatna količina organska snov bilo bi nemogoče.

Pred približno 5 milijardami let- nastanek Zemlje kot nebesnega telesa; površinska temperatura — 4000-8000°С

Pred približno 4 milijardami let - nastanek zemeljske skorje in primarne atmosfere

Pri 1000°C- v primarni atmosferi se začne sinteza enostavnih organskih molekul

Energijo za sintezo daje:

Temperatura primarne atmosfere je pod 100 °C - nastanek primarnega oceana -

Sinteza kompleksnih organskih molekul - biopolimerov iz enostavnih organskih molekul:

• enostavne organske molekule – monomeri
• kompleksne organske molekule – biopolimeri

Shema. 2. Glavne stopnje kemijske evolucije

Ko temperatura primarne atmosfere doseže 1000°C, se v njej začne sinteza enostavnih organskih molekul, kot so aminokisline, nukleotidi, maščobne kisline, enostavni sladkorji, polihidrični alkoholi, organske kisline in drugi Energijo za sintezo zagotavljajo razelektritve strele, vulkanska aktivnost, močno kozmično sevanje in nazadnje ultravijolično sevanje sonca, pred katerim Zemlja še ni zaščitena z ozonskim zaslonom in znanstveniki menijo, da je ultravijolično sevanje glavni vir energije za abiogeno (to je, ki poteka brez sodelovanja živih organizmov) sintezo organskih snovi.

Priznavanje in široko širjenje teorije A.I. Oparina je močno olajšalo dejstvo, da se procesi abiogene sinteze organskih molekul zlahka reproducirajo v modelnih poskusih.

Možnost sintetiziranja organskih snovi iz anorganskih snovi je znana že od začetka 19. stoletja. Že leta 1828 je izjemni nemški kemik F. Wöhler sintetiziral organsko snov - sečnino iz anorganskega - amonijevega cianata. Vendar pa je bila možnost abiogene sinteze organskih snovi v pogojih, ki so blizu tistim na starodavni Zemlji, prvič prikazana v poskusu S. Millerja.

Leta 1953 je mladi ameriški raziskovalec, podiplomski študent Univerze v Chicagu, Stanley Miller, v stekleni bučki z elektrodami, spajkanimi vanjo, reproduciral primarno zemeljsko atmosfero, ki je po mnenju znanstvenikov tistega časa sestavljena iz vodika, metan CH 4, amoniak NH in vodna para H 2 0 (slika 3). Skozi to mešanico plinov je S. Miller teden dni prepuščal električne razelektritve, ki so simulirale nevihte. Ob koncu poskusa so bile v bučki najdene α-aminokisline (glicin, alanin, asparagin, glutamin), organske kisline (jantarna, mlečna, ocetna, glikokolna), γ-hidroksimaslena kislina in sečnina. Pri ponovitvi poskusa je S. Millerju uspelo pridobiti posamezne nukleotide in kratke polinukleotidne verige s petimi do šestimi povezavami.

riž. 3. Postavitev S. Millerja

V nadaljnjih poskusih abiogene sinteze, ki so jih izvedli različni raziskovalci, niso bile uporabljene samo električne razelektritve, temveč tudi druge vrste energije, značilne za starodavno Zemljo, kot so kozmično, ultravijolično in radioaktivno sevanje, visoke temperature, ki so značilne za vulkansko aktivnost, kot tudi različne vrste energije. različne variante plinske mešanice, ki simulirajo primarno atmosfero. Tako je bil pridobljen skoraj celoten spekter organskih molekul, značilnih za živa bitja: aminokisline, nukleotidi, maščobam podobne snovi, enostavni sladkorji, organske kisline.

Še več, abiogena sinteza organskih molekul se lahko pojavi tudi na Zemlji v sedanjem času (na primer med vulkansko aktivnostjo). Hkrati pa v vulkanskih emisijah ne najdemo le cianovodikove kisline HCN, ki je predhodnik aminokislin in nukleotidov, temveč tudi posamezne aminokisline, nukleotide in celo tako kompleksne organske snovi, kot so porfirini. Abiogena sinteza organskih snovi ni mogoča le na Zemlji, ampak tudi v vesolju. Najenostavnejše aminokisline najdemo v meteoritih in kometih.

Ko je temperatura primarne atmosfere padla pod 100 ° C, je na Zemljo padlo vroče deževje in pojavil se je primarni ocean. S potoki dežja so v primarni ocean vstopale abiogeno sintetizirane organske snovi, ki so ga spremenile, sicer v figurativnem izrazu angleškega biokemika Johna Haldana, v razredčeno »prvo juho«. Očitno se v prvobitnem oceanu začnejo procesi nastajanja preprostih organskih molekul - monomerov kompleksnih organskih molekul - biopolimerov (glej sliko 2).

Vendar pa so procesi polimerizacije posameznih nukleozidov, aminokislin in sladkorjev kondenzacijske reakcije, potekajo z izločanjem vode, zato vodni medij ne prispeva k polimerizaciji, temveč, nasprotno, k hidrolizi biopolimerov (tj. , njihovo uničenje z dodatkom vode).

Tvorba biopolimerov (zlasti proteinov iz aminokislin) bi lahko potekala v atmosferi pri temperaturi okoli 180 °C, od koder so jih z atmosferskimi padavinami odplaknili v primarni ocean. Poleg tega je možno, da so bile na starodavni Zemlji aminokisline koncentrirane v sušljivih rezervoarjih in polimerizirane v suhi obliki pod vplivom ultravijolične svetlobe in toplote tokov lave.

Kljub dejstvu, da voda spodbuja hidrolizo biopolimerov, se sinteza biopolimerov v živi celici zgodi ravno v vodnem mediju. Ta proces katalizirajo posebni katalitični proteini - encimi, energija, ki je potrebna za sintezo, pa se sprosti pri razpadu adenozin trifosfata - ATP. Možno je, da je sintezo biopolimerov v vodnem okolju primarnega oceana katalizirala površina določenih mineralov. Eksperimentalno je bilo dokazano, da lahko raztopina aminokisline alanin polimerizira v vodnem mediju v prisotnosti posebne vrste aluminijevega oksida. V tem primeru nastane peptid polialanin. Reakcijo polimerizacije alanina spremlja razpad ATP.

Polimerizacija nukleotidov je lažja od polimerizacije aminokislin. Dokazano je, da v raztopinah z visoko koncentracijo soli posamezni nukleotidi spontano polimerizirajo in se spremenijo v nukleinske kisline.

Življenje vseh sodobnih živih bitij je proces nenehnega medsebojnega delovanja najpomembnejših biopolimerov žive celice – beljakovin in nukleinskih kislin.

Beljakovine so "delovne molekule", "molekule inženirja" žive celice. Pri opisovanju njihove vloge pri presnovi biokemiki pogosto uporabljajo figurativne izraze, kot so "beljakovina deluje", "encim vodi reakcijo". Najpomembnejša funkcija beljakovin je katalitična. Kot veste, so katalizatorji snovi, ki pospešijo kemične reakcije, same pa v končnih izdelkov reakcije niso vključene. Rezervoarji-katalizatorji se imenujejo encimi. Encimi v ovinku in tisočkrat pospešijo presnovne reakcije. Presnova in s tem življenje brez njih nista mogoča.

Nukleinska kislina- to so "molekule-računalniki", molekule so hranitelji dednih informacij. Nukleinske kisline ne hranijo informacij o vseh snoveh žive celice, ampak samo o beljakovinah. Dovolj je, da v hčerinski celici reproduciramo beljakovine, značilne za matično celico, tako da natančno poustvarijo vse kemične in strukturne značilnosti matične celice, pa tudi naravo in stopnjo presnove, ki je v njej lastna. Tudi same nukleinske kisline se razmnožujejo zaradi katalitične aktivnosti beljakovin.

Tako je skrivnost izvora življenja skrivnost nastanka mehanizma interakcije med beljakovinami in nukleinskimi kislinami. Kakšne informacije ima sodobna znanost o tem procesu? Katere molekule so bile primarna osnova življenja – beljakovine ali nukleinske kisline?

Znanstveniki verjamejo, da kljub ključni vlogi beljakovin v presnovi sodobnih živih organizmov prve »žive« molekule niso bile beljakovine, temveč nukleinske kisline, in sicer ribonukleinske kisline (RNA).

Leta 1982 je ameriški biokemik Thomas Check odkril avtokatalitične lastnosti RNK. Eksperimentalno je pokazal, da v mediju, ki vsebuje visoko koncentracijo mineralnih soli, ribonukleotidi spontano (spontano) polimerizirajo in tvorijo polinukleotide - molekule RNA. Na prvotnih polinukleotidnih verigah RNK, kot na matriksu, nastanejo kopije RNK s parjenjem komplementarnih dušikovih baz. Reakcijo kopiranja predloge RNA katalizira originalna molekula RNA in ne zahteva sodelovanja encimov ali drugih proteinov.

Kar se je zgodilo potem, je precej dobro razloženo s tem, kar bi lahko imenovali "naravna selekcija" na molekularni ravni. Med samokopiranjem (samosestavljanjem) molekul RNA se neizogibno pojavijo netočnosti in napake. Napačne kopije RNA se ponovno kopirajo. Pri ponovnem kopiranju se lahko ponovno pojavijo napake. Kot rezultat, populacija molekul RNA na določeno območje primarni ocean bo heterogen.

Ker vzporedno s sinteznimi procesi potekajo tudi procesi razpada RNK, se bodo v reakcijskem mediju kopičile molekule bodisi z večjo stabilnostjo bodisi z boljšimi avtokatalitskimi lastnostmi (torej molekule, ki se hitreje kopirajo, hitreje »množijo«).

Na nekaterih molekulah RNK, kot na matriki, lahko pride do samosestavljanja majhnih proteinskih fragmentov – peptidov. Okoli molekule RNA se oblikuje proteinski "ovoj".

Thomas Check je poleg avtokatalitskih funkcij odkril tudi pojav samospojitve v molekulah RNK. Zaradi samospojitve se regije RNA, ki niso zaščitene s peptidi, spontano odstranijo iz RNA (so tako rekoč "izrezane" in "izvržene"), preostale regije RNA, ki kodirajo proteinske fragmente, pa "zrastejo skupaj". «, tj. spontano združijo v eno samo molekulo. Ta nova molekula RNA bo že kodirala velik kompleksen protein (slika 4).

Očitno so sprva beljakovinski ovoji opravljali predvsem zaščitno funkcijo, ščitili so RNA pred uničenjem in s tem povečali njeno stabilnost v raztopini (to je funkcija beljakovinskih ovojov v najpreprostejših sodobnih virusih).

Očitno je, da so na določeni stopnji biokemične evolucije molekule RNA, ki kodirajo ne le zaščitne beljakovine, ampak tudi katalitične beljakovine (encime), pridobile prednost, močno pospešile hitrost kopiranja RNA. Očitno je tako nastal proces interakcije med beljakovinami in nukleinskimi kislinami, ki ga danes imenujemo življenje.

V procesu nadaljnjega razvoja so se zaradi pojava proteina s funkcijami encima, reverzne transkriptaze, na enoverižnih molekulah RNA začele sintetizirati molekule deoksiribonukleinske kisline (DNA), sestavljene iz dveh verig. Odsotnost OH skupine na 2" položaju deoksiriboze naredi molekule DNA bolj stabilne glede na hidrolitično cepitev v rahlo alkalnih raztopinah, in sicer je bila reakcija medija v primarnih rezervoarjih rahlo alkalna (ta reakcija medija se je tudi ohranila v citoplazmi sodobnih celic).

Kje je potekal razvoj kompleksnega procesa interakcije med proteini in nukleinskimi kislinami? Po teoriji A.I. Oparin, tako imenovane koacervatne kapljice so postale rojstni kraj življenja.

riž. 4. Hipoteza o interakciji proteinov in nukleinskih kislin: a) v procesu samokopiranja RNA se kopičijo napake (1 - nukleotidi, ki ustrezajo originalni RNA; 2 - nukleotidi, ki ne ustrezajo originalni RNA - napake v kopiranje); b) zaradi svojih fizikalno-kemijskih lastnosti se aminokisline "prilepijo" na del molekule RNA (3 - molekula RNA; 4 - aminokisline), ki se v medsebojnem delovanju spremenijo v kratke beljakovinske molekule - peptide. Zaradi samospojitve, ki je značilna za molekule RNA, se deli molekule RNA, ki niso zaščiteni s peptidi, uničijo, preostali pa "zrastejo" v eno samo molekulo, ki kodira velik protein. Rezultat je molekula RNA, prekrita z beljakovinsko ovojnico (najbolj primitivni sodobni virusi, na primer virus tobačnega mozaika, imajo podobno strukturo)

Pojav koacervacije je v tem, da se pod določenimi pogoji (na primer v prisotnosti elektrolitov) makromolekularne snovi izločijo iz raztopine, vendar ne v obliki oborine, temveč v obliki bolj koncentrirane raztopine - koacervata. . Pri stresanju koacervat razpade na ločene majhne kapljice. V vodi so takšne kapljice prekrite s hidratacijsko lupino (lupina vodnih molekul), ki jih stabilizira – sl. 5.

Koacervatne kapljice imajo nekaj podobnega metabolizma: pod vplivom čisto fizikalnih in kemičnih sil lahko selektivno absorbirajo določene snovi iz raztopine in sproščajo njihove produkte razpada v okolje. S selektivnim koncentriranjem snovi iz okolju lahko rastejo, a ko dosežejo določeno velikost, se začnejo "množiti", brstijo majhne kapljice, te pa lahko rastejo in "brstijo".

Koacervatne kapljice, ki nastanejo zaradi koncentracije beljakovinskih raztopin v procesu mešanja pod vplivom valov in vetra, so lahko prekrite z lipidno lupino: enojno membrano, ki spominja na micele mila (z enim samim odstopom kapljice od vodne površine, prekrite z lipidni sloj) ali dvojni, ki spominja na celično membrano (ko kapljica, prekrita z enoslojno lipidno membrano, ponovno pade na lipidni film, ki pokriva površino rezervoarja - slika 5).

Procese nastajanja koacervatnih kapljic, njihovo rast in "brstenje" ter "oblačenje" z membrano iz dvojne lipidne plasti je enostavno modelirati v laboratoriju.

Za kapljice koacervata obstaja tudi proces "naravne selekcije", pri katerem najbolj stabilne kapljice ostanejo v raztopini.

Kljub zunanji podobnosti koacervatnih kapljic z živimi celicami, koacervatne kapljice nimajo glavnega znaka živega bitja - sposobnosti natančnega razmnoževanja, samokopiranja. Očitno so bile predhodnice živih celic takšne koacervatne kapljice, ki so vključevale komplekse replikatorskih molekul (RNA ali DNA) in proteinov, ki jih kodirajo. Možno je, da so kompleksi RNA-protein dolgo obstajali izven koacervatnih kapljic v obliki tako imenovanega »prosto živečega gena« ali pa je njihov nastanek potekal neposredno znotraj nekaterih koacervatnih kapljic.

Možna pot prehoda od koacervatnih kapljic do primitivnih izbruhov:

a) nastanek koacervata; 6) stabilizacija koacervatnih kapljic v vodni raztopini; c) - nastanek dvojne lipidne plasti okoli kapljice, podobne celični membrani: 1 - koacervatna kapljica; 2 - monomolekularna plast lipidov na površini rezervoarja; 3 - tvorba ene lipidne plasti okoli kapljice; 4 - nastanek dvojne lipidne plasti okoli kapljice, podobne celični membrani; d) - koacervatna kapljica, obdana z dvojno lipidno plastjo, v sestavi katere je beljakovinsko-nukleotidni kompleks - prototip prve žive celice

Z zgodovinskega vidika je izjemno zapleten proces nastanka življenja na Zemlji, ki ga sodobna znanost ne razume v celoti, minil izjemno hitro. Že 3,5 milijarde let t.i. kemijska evolucija se je končala s pojavom prvih živih celic in začela se je biološka evolucija.

Da bi ta čudež cenili v njegovi pravi vrednosti, se morate seznaniti s številnimi sodobnimi teorijami, ki opisujejo različne možnosti in stopnje rojstva življenja. Iz živahnega, a brezživljenjskega niza nezapletenega organske spojine in praorganizmom, ki so poznali smrt in vstopili v neskončno dirko biološke spremenljivosti. Navsezadnje, ali nista ta dva izraza - spremenljivost in smrt - vzrok za celotno vsoto življenja? ..

1. Panspermija

Hipoteza o prinašanju življenja na Zemljo iz drugih kozmičnih teles ima veliko avtoritativnih zagovornikov. To mesto so imeli veliki nemški znanstvenik Hermann Helmholtz in švedski kemik Svante Arrhenius, ruski mislec Vladimir Vernadski in britanski lord fizik Kelvin. Vendar je znanost kraljestvo dejstev in po odkritju kozmičnega sevanja in njegovega uničujočega delovanja na vsa živa bitja se je zdelo, da je panspermija umrla.

Toda globlje kot se znanstveniki poglobijo v vprašanje, več odtenkov se pojavi. Torej, zdaj - vključno s številnimi poskusi na vesoljskih plovilih - smo veliko bolj resni glede sposobnosti živih organizmov, da prenesejo sevanje in mraz, pomanjkanje vode in druge "čare" bivanja v vesolju. Najdbe različnih organskih spojin na asteroidih in kometih, v oddaljenih kopičenju plinov in prahu ter protoplanetarnih oblakih so številne in nedvomne. Toda trditve, da so vsebovale sledi nečesa sumljivo podobnega mikrobom, ostajajo nedokazane.

Zlahka je opaziti, da teorija panspermije kljub vsej svoji fascinantnosti zgolj prenaša vprašanje izvora življenja na drug kraj in v drug čas. Karkoli je prineslo prve organizme na Zemljo – naj bo to naključni meteorit ali premeten načrt visoko razvitih nezemljanov, so se morali nekje in nekako roditi. Naj ne tukaj in mnogo dlje v preteklosti – a življenje je moralo zrasti iz neživljenjske snovi. Vprašanje "Kako?" ostanki.

1. Neznanstveno: spontana generacija

Spontani nastanek visoko razvite žive snovi iz nežive snovi - kot rojstvo ličink muhe v gnijočem mesu - lahko povezujemo z Aristotelom, ki je posplošil misli mnogih predhodnikov in oblikoval celostni nauk o spontanem nastanku. Tako kot drugi elementi Aristotelove filozofije je bila spontana generacija prevladujoča doktrina v srednjeveški Evropi in je uživala nekaj podpore do poskusov Louisa Pasteurja, ki je končno pokazal, da tudi ličinke muhe potrebujejo starševske muhe za proizvodnjo. Spontanega nastajanja ne smemo zamenjevati s sodobnimi teorijami o abiogenem izvoru življenja: razlika med njima je temeljna.

2. Primarna juha

Ta pojem je tesno povezan s klasičnimi eksperimenti, ki sta jih v petdesetih letih izvedla Stanley Miller in Harold Urey. V laboratoriju so znanstveniki simulirali pogoje, ki bi lahko obstajali blizu površja mlade Zemlje – mešanico metana, ogljikovega monoksida in molekularni vodik, številne električne razelektritve, ultravijolično in kmalu je več kot 10 % ogljika iz metana prešlo v obliko različnih organskih molekul. V poskusih Miller-Urey je bilo pridobljenih več kot 20 aminokislin, sladkorjev, lipidov in prekurzorjev nukleinskih kislin.

Sodobne različice teh klasičnih poskusov uporabljajo veliko bolj zapletene nastavitve, ki se bolj ujemajo s pogoji zgodnje Zemlje. Učinke vulkanov posnemajo z njihovimi emisijami vodikovega sulfida in žveplovega dioksida, prisotnostjo dušika itd. Na ta način znanstvenikom uspe pridobiti ogromno in raznoliko količino organske snovi – potencialnih gradnikov potencialnega življenja. Glavna težava teh poskusov ostaja racemat: izomeri optično aktivnih molekul (kot so aminokisline) nastajajo v mešanici v enakih količinah, medtem ko vse življenje, ki nam je znano (z izoliranimi in nenavadnimi izjemami), vključuje samo L-izomere.

Vendar se bomo k tej težavi vrnili pozneje. Tukaj je vredno dodati, da je pred kratkim - leta 2015 - profesor John Sutherland (John Sutherland) s Cambridgea in njegova ekipa pokazala možnost nastanka vseh osnovnih "molekul življenja", sestavnih delov DNK, RNK in beljakovin iz zelo preprostega niz začetnih komponent. Glavni liki te mešanice sta vodikov cianid in vodikov sulfid, ki v vesolju nista tako redka. Dodati jim je treba še nekatere mineralne snovi in ​​kovine, ki so na Zemlji v zadostnih količinah, kot so fosfati, soli bakra in železa. Znanstveniki so zgradili podrobno reakcijsko shemo, ki bi lahko ustvarila bogato "prvobitno juho", da bi se v njej pojavili polimeri in da bi se začela popolna kemična evolucija.

Hipotezo o abiogenem izvoru življenja iz »organske juhe«, ki sta jo preizkusila Miller in Urey, je leta 1924 postavil sovjetski biokemik Aleksander Oparin. In čeprav se je znanstvenik v "temnih letih" razcveta Lysenkoizma postavil na stran nasprotnikov znanstvene genetike, so njegove zasluge velike. Kot priznanje za vlogo akademika nosi glavno priznanje, ki ga podeljuje Mednarodno znanstveno društvo za preučevanje izvora življenja (ISSOL), Oparinovo medaljo, njegovo ime. Nagrado podeljujejo vsakih šest let, ob različnih časih pa sta jo prejela tako Stanley Miller kot veliki raziskovalec kromosomov, nobelovec Jack Szostak. Kot priznanje za ogromne prispevke Harolda Ureyja ISSOL med Oparinovimi medaljami (prav tako vsakih šest let) podeljuje medaljo Urey. Rezultat je bila edinstvena, prava evolucijska nagrada – s spremenljivim imenom.

3. Kemijska evolucija

Teorija poskuša opisati transformacijo razmeroma preprostih organskih snovi v precej zapletene kemične sisteme, predhodnike življenja samega, pod vplivom zunanji dejavniki, mehanizmi selekcije in samoorganizacije. Osnovni koncept tega pristopa je »vodno-ogljični šovinizem«, ki ti dve komponenti (vodo in ogljik – NS) predstavlja kot nujno potrebni in ključni za nastanek in razvoj življenja, bodisi na Zemlji bodisi nekje izven njenih meja. In glavni problem ostajajo pogoji, pod katerimi se lahko "vodno-ogljični šovinizem" razvije v zelo sofisticirane kemične komplekse, sposobne - predvsem - samopodvajanja.

Po eni od hipotez bi se primarna organizacija molekul lahko zgodila v mikroporah glinenih mineralov, ki so imeli strukturno vlogo. To idejo je pred nekaj leti predstavil škotski kemik Alexander Graham Cairns-Smith. Na njihovi notranji površini, kot na matrici, bi se lahko kompleksne biomolekule usedle in polimerizirale: izraelski znanstveniki so pokazali, da takšni pogoji omogočajo rast dovolj dolgih beljakovinskih verig. Tu bi se lahko kopičile tudi potrebne količine kovinskih soli, ki igrajo pomembno vlogo katalizatorjev kemijskih reakcij. Glinene stene bi lahko služile kot celične membrane, ki ločujejo »notranji« prostor, v katerem se odvijajo vse bolj zapletene kemične reakcije, in ga ločujejo od zunanjega kaosa.

Površine kristalnih mineralov bi lahko služile kot "matrice" za rast polimernih molekul: prostorska struktura njihove kristalne mreže je sposobna izbrati samo optične izomere istega tipa, na primer L-aminokisline, in rešiti zgoraj obravnavani problem. . Energijo za primarni "metabolizem" bi lahko dobili z anorganskimi reakcijami - kot je redukcija minerala pirita (FeS2) z vodikom (v železov sulfid in vodikov sulfid). V tem primeru za pojav kompleksnih biomolekul nista potrebna niti strela niti ultravijolična svetloba, kot v poskusih Miller-Urey. Tako se lahko znebimo škodljivih vidikov njihovega delovanja.

Mlada Zemlja ni bila zaščitena pred škodljivimi - in celo smrtonosnimi - komponentami sončnega sevanja. Tega ostrega ultravijoličnega sevanja ne bi mogli prenesti niti sodobni, evolucijski organizmi – kljub dejstvu, da je bilo Sonce veliko mlajše in ni dajalo dovolj toplote planetu. Iz tega je nastala hipoteza, da bi lahko bila v dobi, ko se je dogajal čudež nastanka življenja, vsa Zemlja prekrita z debelo plastjo ledu - več sto metrov; in to je najboljše. Življenje, ki se skriva pod to ledeno ploščo, se lahko počuti precej varno pred ultravijoličnim sevanjem in pogostimi udarci meteoritov, ki so grozili, da ga bodo ubili v kali. Razmeroma hladno okolje bi lahko stabiliziralo tudi strukturo prvih makromolekul.

4. Črni kadilci

Dejansko bi moralo biti ultravijolično sevanje na mladi Zemlji, katere atmosfera še ni vsebovala kisika in ni imela tako čudovite stvari, kot je ozonski plašč, smrtonosna za vsako porajajoče se življenje. Iz tega je zrasla domneva, da so krhki predniki živih organizmov nekje prisiljeni obstajati in se skrivati ​​pred neprekinjenim tokom sterilizirajočih žarkov. Na primer globoko pod vodo – seveda tam, kjer je dovolj mineralov, mešanja, toplote in energije za kemične reakcije. In obstajajo takšni kraji.

Proti koncu 20. stoletja je postalo jasno, da oceansko dno nikakor ne more biti zatočišče za srednjeveške pošasti: tu so razmere pretežke, temperatura nizka, sevanja ni, redke organske snovi pa se lahko le usedejo. s površine. Pravzaprav so to največje polpuščave - z nekaterimi opaznimi izjemami: prav tam, globoko pod vodo, blizu izliva geotermalnih virov, je življenje dobesedno v polnem teku. S sulfidi bogata črna voda je vroča, vznemirjena in polna mineralov.

Črnooceanski kadilci so zelo bogati in značilni ekosistemi: bakterije, ki se hranijo z njimi, uporabljajo reakcije železa in žvepla, o katerih smo že govorili. So osnova za uspešno življenje, vključno z množico edinstvenih črvov in kozic. Morda so bili osnova in izvor življenja na planetu: po vsaj, teoretično imajo takšni sistemi vse potrebno za to.

2.Neznanstveno: Duhovi, bogovi, predniki

Vsi kozmološki miti o nastanku sveta so vedno okronani z antropogonskimi - o nastanku človeka. In v teh fantazijah lahko le zavidamo domišljiji starodavnih avtorjev: na vprašanje, kaj, kako in zakaj je nastalo vesolje, kje in kako se je pojavilo življenje - in ljudje - so različice zvenele zelo različno in skoraj vedno lepo. Rastline, ribe in živali je z morskega dna lovila ogromna vrana, ljudje so kot črvi prilezli iz telesa prvega prednika Panguja, oblikovali so se iz gline in pepela, rodili so se iz porok bogov in pošasti. Vse to je presenetljivo poetično, a seveda nima nobene zveze z znanostjo.

V skladu z načeli dialektičnega materializma je življenje »enotnost in boj« dveh principov: spreminjajočih se in podedovanih informacij na eni strani ter biokemičnih, strukturnih funkcij na drugi. Eno brez drugega je nemogoče – in vprašanje, kje se je življenje začelo, z informacijami in nukleinskimi kislinami ali s funkcijami in beljakovinami, ostaja eno najtežjih. In ena od dobro znanih rešitev tega paradoksalnega problema je hipoteza o "svetu RNA", ki se je pojavila v poznih šestdesetih letih prejšnjega stoletja in se dokončno oblikovala v poznih osemdesetih letih prejšnjega stoletja.

RNA - makromolekule, pri shranjevanju in prenosu informacij ni tako učinkovita kot DNK, pri opravljanju encimskih funkcij pa ni tako impresivna kot beljakovine. Toda molekule RNA so sposobne obojega in zaenkrat služijo kot prenosna povezava v izmenjavi informacij v celici in katalizirajo številne reakcije v njej. Proteini se ne morejo podvajati brez informacij DNK, DNK pa se ne more podvajati brez beljakovinskih "spretnosti". RNA pa je lahko povsem avtonomna: sposobna je katalizirati lastno »razmnoževanje« – in to je za začetek dovolj.

Študije v okviru hipoteze o "RNK svetu" so pokazale, da so te makromolekule sposobne tudi popolne kemične evolucije. Če vzamemo vsaj jasen primer, ki so ga pokazali kalifornijski biofiziki pod vodstvom Lesley Orgel: če etidijev bromid, ki služi kot strup za ta sistem, ki blokira sintezo RNA, dodamo raztopini samopodvajajoče se RNA, potem malo po malo z sprememba generacij makromolekul, v mešanici se pojavijo RNA, ki so odporne tudi na zelo visoke koncentracije toksina. Približno na ta način bi prve molekule RNK med razvojem lahko našle način za sintezo prvih beljakovinskih orodij in nato v kombinaciji z njimi zase "odkrile" dvojno vijačnico DNK, idealnega nosilca dednih informacij.

3.Neznanstveno: Nespremenljivost

Nič bolj znanstvenih kot zgodbe o prednikih ne moremo imenovati pogledov, ki nosijo veliko ime Teorija stalne stabilnosti. Po mnenju njegovih zagovornikov življenje sploh ni nikoli nastalo - tako kot se Zemlja ni rodila, se tudi kozmos ni pojavil: preprosto so vedno bili in vedno bodo. Vse to ni nič bolj upravičeno kot črvi Pangu: da bi takšno "teorijo" jemali resno, bo treba pozabiti na nešteta odkritja paleontologije, geologije in astronomije. In pravzaprav opustiti celotno veličastno zgradbo sodobne znanosti - potem pa je verjetno vredno opustiti vse, kar naj bi bilo za njene prebivalce, vključno z računalniki in nebolečim zdravljenjem zob.

6. Pracelice

Vendar preprosta replikacija ni dovolj za "normalno življenje": vsako življenje je najprej prostorsko izolirano območje okolja, ki ločuje presnovne procese, olajša potek nekaterih reakcij in omogoča izključitev drugih. Z drugimi besedami, življenje je celica, omejena s polprepustno membrano, sestavljeno iz lipidov. In "protocelice" bi se morale pojaviti že v najzgodnejših fazah obstoja življenja na Zemlji - prvo hipotezo o njihovem izvoru je izrazil nam dobro znani Aleksander Oparin. Po njegovem mnenju bi lahko bile "protomembrane" kapljice hidrofobnih lipidov, ki spominjajo na rumene kapljice olja, ki plavajo v vodi.

Na splošno ideje znanstvenika sprejema sodobna znanost, s to temo pa se je ukvarjal tudi Jack Shostak, ki je za svoje delo prejel Oparinovo medaljo. Skupaj s Katarzyno Adamala mu je uspelo ustvariti nekakšen model "protocelice", katerega analog membrane ni bil sestavljen iz sodobnih lipidov, temveč iz še enostavnejših organskih molekul, maščobnih kislin, ki bi se lahko dobro kopičile na mestih, kjer so bile prve pojavili praorganizmi. Shostak in Adamala sta uspela celo "oživiti" svoje strukture z dodajanjem magnezijevih ionov (spodbujanje delovanja RNA polimeraz) in citronske kisline (stabilizacija strukture maščobnih membran) v medij.

Posledično so dobili povsem preprost, a nekoliko živ sistem; v vsakem primeru je bila normalna protocelica, ki je vsebovala z membrano zaščiteno okolje za razmnoževanje RNA. Od tega trenutka lahko zaprete zadnje poglavje prazgodovine življenja - in začnete prva poglavja njegove zgodovine. Vendar je to povsem druga tema, zato bomo govorili le o enem, a izjemno pomembnem konceptu, ki je povezan s prvimi koraki v evoluciji življenja in nastankom najrazličnejših organizmov.

4. Neznanstveno: Večno vračanje

"Blagovna" predstavitev indijske filozofije, v zahodni filozofiji povezana z deli Immanuela Kanta, Friedricha Nietzscheja in Mircee Eliadeja. Poetična slika večnega tavanja vsake žive duše po neskončnem številu svetov in njihovih prebivalcev, njenega preporoda bodisi v nepomembno žuželko, bodisi v vzvišenega pesnika ali celo v nam neznano bitje, demona ali boga. Kljub odsotnosti idej o reinkarnaciji je ta ideja res blizu Nietzscheju: večnost je večna, kar pomeni, da se vsak dogodek v njej lahko – in mora znova ponoviti. In vsako bitje se vrti v nedogled na tem vrtiljaku vsesplošnega vračanja, tako da se vrti le še v glavi, sam problem primarnega izvora pa izgine nekam v kalejdoskopu neštetih ponovitev.

7. Endosimbioza

Poglejte se v ogledalo, poglejte si v oči: bitje, s katerim se spogledate, je najkompleksnejši hibrid, ki je nastal od nekdaj. Že v poznem 19. stoletju je nemško-angleški naravoslovec Andreas Schimper opazil, da se kloroplasti, organeli rastlinskih celic, odgovorni za fotosintezo, razmnožujejo ločeno od celice same. Kmalu se je pojavila hipoteza, da so kloroplasti simbionti, celice fotosintetskih bakterij, ki jih gostitelj enkrat pogoltne - in pusti, da tu živijo za vedno.

Kloroplastov seveda nimamo, sicer bi lahko jedli sončno svetlobo, kot namigujejo nekatere psevdoreligiozne sekte. Vendar pa je bila v dvajsetih letih prejšnjega stoletja hipoteza o endosimbiozi razširjena na mitohondrije, organele, ki porabljajo kisik in oskrbujejo z energijo vse naše celice. Do danes je ta hipoteza pridobila status polnopravne, večkrat dokazane teorije - dovolj je reči, da imajo mitohondriji in plastidi svoj genom, bolj ali manj od celic neodvisne mehanizme delitve in lastne sisteme sinteze beljakovin.

V naravi so našli tudi druge endosimbionte, ki nimajo za seboj milijard let skupne evolucije in so na manj globoki stopnji integracije v celici. Na primer, nekatere amebe nimajo lastnih mitohondrijev, vendar so znotraj njih bakterije, ki opravljajo svojo vlogo. Obstajajo hipoteze o endosimbiotskem izvoru drugih organelov - vključno z bički in migetalkami ter celo celičnim jedrom: po mnenju nekaterih raziskovalcev smo vsi mi, evkarionti, nastali kot posledica združitve bakterij in arhej brez primere. Te različice še niso našle stroge potrditve, vendar je ena stvar jasna: takoj ko se je pojavilo, je življenje začelo absorbirati sosede in komunicirati z njimi ter rojevalo novo življenje.

5. Neznanstveno: kreacionizem

Sam koncept kreacionizma je nastal v 19. stoletju, ko so se s to besedo začeli imenovati zagovorniki različnih različic videza sveta in življenja, ki so jih predlagali avtorji Tore, Svetega pisma in drugih svetih knjig monoteističnih religij. Vendar pa kreacionisti v bistvu niso ponudili nič novega v primerjavi s temi knjigami, vedno znova so poskušali ovreči stroga in temeljita dognanja znanosti – v resnici pa vedno znova izgubljali eno pozicijo za drugo. Na žalost so ideje sodobnih psevdokreacionističnih znanstvenikov veliko lažje razumljive: razumevanje teorij prave znanosti zahteva veliko truda.

Izvor življenja je obsežen znanstveni problem. V zadnjih 10 letih je bilo pridobljenih ogromno novih podatkov in raziskav. Do danes so še vedno nerešena vprašanja, vendar se splošna slika o tem, kako je življenje lahko nastalo iz nežive snovi, zelo hitro razjasni. Toda, kot veste, v znanosti vsak odgovor povzroči 10 novih vprašanj.

Modeli postopne evolucije iz anorganske spojine da so prvi organizmi do danes dobro razviti. Toda zgodovina te številke sega v čas slavnega avtorja .

Angleški naravoslovec in raziskovalec o tem v svojih znanstvenih delih ni nič zapisal in se ni resneje ukvarjal s teorijami in hipotezami o nastanku življenja. Ta tema je presegala razumevanje znanosti 19. stoletja. Charles je govoril le o tem, kako je vsa raznolikost bioloških oblik, ki jih vidimo, nastala iz že obstoječih prvih živih organizmov.

Samo iz njegovih pisem najboljšemu prijatelju vemo, da je Darwin poskušal razmišljati o tej temi, seveda pa na tej ravni znanja ni mogel ničesar konkretno domnevati, razen najbolj splošne ideje da bi nekako lahko iz anorganske kemije nastajale organske snovi, amonijeve soli, fosfor z uporabo elektrike v majhnem toplem ribniku.

A pripomniti je treba, da je tudi v tem pismu marsikaj zelo natančno uganil. Kemiki so na primer odkrili verjeten način za abiogeno sintezo nukleotidov, katerih gradniki so sestavljeni iz RNK. Izkazalo se je, da se ti nukleotidi lahko spontano sintetizirajo pod pogoji, podobnimi tistim v majhnem toplem rezervoarju.

Obstaja ogromno število različic izvora vsega življenja na Zemlji. Mnoge od njih so si izmislili teoretiki zarote in psevdoznanstveniki. Še vedno pa večina teorij temelji na resničnih dejstvih in raziskavah.

Glavne teorije o izvoru življenja:

- kreacionizem;

- panspermija;

— teorija stabilnega stanja;

- spontana generacija;

- biokemična evolucija.

Kreacionistična hipoteza se držijo ljudi, ki verjamejo, da je življenje ustvaril Stvarnik, Bog, univerzalni um. Nima dokazov in tega ne promovirajo znanstveniki, ampak novinarji, teologi in teologi. Pridružujejo se jim tudi ljudje, ki želijo s prevaro dodatno zaslužiti.

Ti isti kreacionisti še naprej trdijo, da je v vprašanju izvora ljudi skrivnost, saj arheologi ne morejo najti nekega manjkajočega člena, torej prehodne oblike iz pračlovek kromanjonskega do modernega homo sapiens. Izjemno pomembni članki za razumevanje:

» 100 % človeški izvor: teorije in hipoteze

Teorija stabilnega stanja leži v tem, da je živo, skupaj z vesoljem in s tem celotnim svetom, obstajalo in bo vedno obstajalo, ne glede na čas. Poleg tega so derivati ​​​​vesolja, telesa in tvorbe, kot so zvezde, planetni sistemi, živi organizmi, časovno omejeni: rojevajo se in umirajo.

Trenutno je ta hipoteza samo zgodovinski pomen, v znanstvenih krogih pa o njem že dolgo ni govora, saj ga je sodobna znanost ovrgla na ključni točki: vesolje je nastalo zaradi velikega poka in njegovega posledično širjenja. Pomemben članek na to temo v preprosti in navaden jezik: 100% izvor in razvoj vesolja.

Teorija panspermije bolj znanstveno. Predpostavlja naslednje: živi organizmi so na naš planet prinesli vesoljska telesa kot meteorite ali komete. Nekateri posebej zasanjani podporniki so prepričani, da so NLP-ji in nezemljani to storili zavestno in zasledovali svoje cilje.

V našem sončnem sistemu je verjetnost, da bi našli žive organizme kjer koli drugje, izjemno majhna, vendar bi življenje lahko prišlo k nam iz drugega zvezdni sistem. Astronomski podatki kažejo, da po biokemična sestava meteoriti, meteorji in kometi, pogosto vsebujejo organske spojine, kot so aminokisline. Prav ti bi lahko ob stiku vesoljskega telesa z Zemljo postali semena, tako kot se regratova semena razpršijo na stotine metrov naokoli.

Glavna protiutež trditvam panspermistov je logično vprašanje, od kod življenje na drugih planetih, s katerih je priletel ta isti asteroid ali komet. Tako lahko panspermična hipoteza o tujem izvoru živih organizmov le dopolni glavno različico - biokemično.

Teorija abiogeneze skozi biokemične evolucijske študije in uspešno dokazuje nastanek organskih struktur iz anorganskih snovi, ter zunaj telesa in brez uporabe posebnih encimov.

Sinteza najpreprostejših organskih spojin iz anorganske snovi lahko poteka v najrazličnejših naravnih pogojih: na planetu ali v vesolju (na primer v protoplanetarnem disku - proplid). Leta 1953 je bil izveden znameniti klasični Miller-Ureyjev poskus, ki je dokazal, da se lahko takšna organska snov, kot so aminokisline, pojavi v mešanici različnih plinov, ki bi posnemali atmosfersko sestavo planeta.

V naravi, sčasoma se je oblikovala pridobila sposobnost, da (mimogrede, danes je njegova sinteza s strani človeka zelo težka). Toda to je glavna opeka in prav v njej je odgovor na vprašanje o izvoru življenja na Zemlji.

Zdaj je popolnoma znano, kako je nastala molekula deoksiribonukleinske kisline. Sprva so biološka bitja temeljila na drugi podobni molekuli, imenovani RNA. Za dolgo časa obstajal je drug živi svet, v katerem so organizmi imeli dedno informacijo v obliki molekule ribonukleinske kisline, ki je delovala kot beljakovine. Ta molekula lahko shrani dedne informacije, kot je DNK, in opravlja aktivno delo, kot so beljakovine.

V sodobnih celicah so te funkcije ločene – DNK shranjuje dedne informacije, proteini opravljajo delo, RNK pa služi kot nekakšen posrednik med njimi. V prvih starodavnih organizmih je bila samo RNA, ki je sama opravila obe nalogi.

Zanimiv vzorec pri vprašanju izvora vseh živih bitij je, da se je v zadnjih nekaj letih pojavilo na desetine novih znanstveni članki, kar vodi čim bližje razkritju skrivnosti, in nobene druge teorije in hipoteze o izvoru življenja, razen abiogenih, trenutno niso več potrebne.

Zgodovina življenja na Zemlji skriva veliko skrivnosti. Ali bodo kdaj razkriti, bo pokazal prihodnji razvoj znanosti.

Omejili smo se na kulturnozgodovinsko obravnavo vseh hipotez o nastanku življenja na Zemlji. V okviru naravoslovnega koncepta bomo posebno pozornost namenili konstruktivno-teoretičnim modelom teorije biokemijske evolucije.

Ker ima biološki čas – starost »puščico časa«, usmerjeno iz preteklosti v prihodnost in jo opisuje triada: rojstvo – staranje – smrt, je evolucijska ideja nastala že v mitologiji in se oblikovala v starodavni naravni filozofiji l. teorija spontanega nastajanjaživljenje iz nežive snovi, medtem ko se je domnevalo večgeneriranje na podlagi naivnega transformizma z naključno kombinacijo posameznih organov (Empedokles, 495-435 pr. n. št.), nenadna transformacija vrst (Anaksimen, 384-322 pr. n. št.). Aristotel (384-322 pr. n. št.) je teorijo o spontanem nastanku življenja formaliziral v teorijo o postopnem razvoju živih oblik (od enostavnih k zapletenim), ki se v srednjem veku križa z kreacionistična teorija.

kreacionizem(stvarjenje, stvaritev) – vsebuje tezo o božjem stvarjenju sveta in človeka. Po tej teoriji je življenje posledica nadnaravnih dogodkov v preteklosti. Mnogi znanstveniki v estetiki mišljenja dejansko združujejo evolucijsko idejo s kreacionizmom. Zdi se nam, da je estetika mišljenja ruskega filozofa 20. stoletja Meraba Mamardašvilija, ki vodi do presečišča sakralnega in posvetnega mišljenja na »stičišču, na katerem smo mislili misel, ki je ni mogoče imeti z voljo oz. želja po razmišljanju, se zdi upravičena. Misli ali ne. In če pomislimo, če smo na tej točki presečišča v polnosti zbranega bitja, ne bo šlo mimo nas. Potem smo vredni te misli ali z drugimi besedami vredni darila. Dar ne izhaja iz naših zaslug, vredni smo ga šele takrat, ko se nam zgodi, in to je pot po loku in ne vodoravno, saj smo povezani in zliti z višjim, nadzavestnim.

V sedemnajstem stoletju je bilo teorija biogeneze, ki se spušča v trditev, da lahko življenje nastane le iz prejšnjega življenja, torej »živo iz živega«. Oblikoval ga je italijanski zdravnik in biolog F. Redi in je v literaturi poznan kot »Redijevo načelo«. Francoski biolog Louis Pasteur je leta 1862 s prepričljivimi poskusi dokazal nezmožnost spontanega nastajanja najpreprostejših organizmov v sodobnih razmerah in potrdil načelo "vsega živega od živih bitij". Estetika razmišljanja utemeljitelja sodobne mikrobiologije in imunologije L. Pasteurja se jasno križa s kreacionizmom v naslednji izjavi: »Bolj ko preučujem naravo, bolj se v spoštljivem začudenju ustavljam pred stvarnikovimi dejanji. Med delom v laboratoriju molim.«

Načelo komplementarnosti evolucijskih idej s kreacionizmom je značilno tudi za načelo razvoja J.B. Lamarck (1744-1829), ki je postavil naslednje določbe: organizmi so spremenljivi; vrste (in druge taksonomske kategorije) so pogojne in se postopoma spreminjajo v nove vrste; splošni trend zgodovinskih sprememb v organizmih je postopno izboljševanje njihove organizacije (gradacija), katerega gibalo je začetna (od Stvarnika postavljena) želja narave po napredku. Za lamarkizem sta značilni dve dopolnjujoči se značilnosti: teleologizem - kot želja po izboljšanju, ki je lastna organizmom, organizmocentrizem - priznavanje organizma kot osnovne enote evolucije.

Charles Darwin (1809 - 1882) je s povzetkom posameznih evolucijskih idej ustvaril koherentno, podrobno teorijo evolucije. Dedno variabilnost in naravno selekcijo je štel za gibalni sili evolucije, za osnovno enoto evolucije pa organizem vsake vrste, torej pravzaprav posamezne osebke. Iz preživelih osebkov nastane naslednja generacija in tako se »posrečene« pozitivne spremembe prenesejo na naslednje generacije. Zelo pogosto je teorija naravne selekcije Charlesa Darwina v nasprotju s kreacionizmom. Vendar se obrnimo k estetiki razmišljanja Charlesa Darwina: "Svet sloni na vzorcih in se v svojih manifestacijah kaže kot produkt uma - to je pokazatelj njegovega Stvarnika."

»Bog, resnično dues ex machine, ti omogoča, da preskočiš brezno med živimi in mrtvimi, naravo in duhom, hkrati pa ohraniš brezno.« Bog (Stvarnik) je zapletena, ustvarjalna konstrukcija našega uma, ki kaže sposobnost civilizirati človeštvo, da razmišlja abstraktno. V srednjem veku se teorija kreacionizma izoblikuje v konfesionalnih filozofskih teologijah in religijah, ki temeljijo na tezi: »Boga spoznamo samo z vero«, s čimer je religija ločila vero v božansko stvarjenje sveta od znanosti, tj. znanstvena metoda spoznavanja sveta, ki temelji na nizu empiričnih in teoretičnih metod. Hkrati dobro in zlo dobivata sveto sankcijo v veri in človek najde notranji mir in luč za delo v našem nepopolnem svetu. To je najbolj jasno izraženo v naslednjem učenju M.V. Lomonosov: »Matematik ni razumen, če hoče s kompasom meriti Božjo voljo. Takšen je učitelj bogoslovja, če misli, da se lahko astronomije in kemije naučimo iz psaltra.

Nastanek življenja na Zemlji so skušali razložiti tako, da so ga uvedli iz drugih vesoljski svetovi. Leta 1865 je nemški zdravnik G. Richter postavil hipotezo o kozmozojih (kozmičnih kalčkih), po kateri je življenje večno in se kalčki, ki naseljujejo svetovni prostor, lahko prenašajo z enega planeta na drugega. nastala teorija stabilnega stanja, po katerem je življenje obstajalo od nekdaj, v določeni meri temelji na “principu Redi”. To hipotezo so podprli številni znanstveniki XIX stoletja - W. Thompson, G. Helmholtz in drugi. Do neke mere je naš veliki znanstvenik V.I. Vernadskega, ki je verjel, da se je življenje na Zemlji pojavilo sočasno z nastankom Zemlje.

Teorija stabilnega stanja v Richterjevem modelu se križa z teorija panspermije, ki ga je leta 1907 izpostavil slavni švedski naravoslovec S. Arrhenius: »V vesolju vedno obstajajo zametki življenja, ki se gibljejo v vesolju pod pritiskom svetlobnih žarkov; ko padejo v sfero privlačnosti planeta, se usedejo na njegovo površino in postavijo začetek življenja na tem planetu. Strukturno-teoretične možnosti panspermije potrjujejo številni poskusi: odkrivanje sledov organskih spojin v meteoritih in kometnih snoveh, prekurzorjev aminokislin v luninih tleh, sledov mikroorganizmov v meteoritu domnevno Marsovega izvora. Očitno se bodo ta odkritja druge polovice 20. stoletja razširila, ko bo človek raziskoval vesolje.

Vendar pa v okviru naravoslovnega principa globalne evolucije teorija stacionarnega stanja ni produktivna, teorija panspermije pa tudi ne ponuja nobenega mehanizma za razlago primarnega izvora življenja; preprosto prenese problem izvora življenja na nek drug kraj v vesolju.

Torej v okviru evolucijske »puščice časa«, ki temelji na principu komplementarnosti, ostajata dve med seboj izključujoči, morda pa vsaj v estetiki mišljenja komplementarni, teorija kreacionizma in teorija biokemijske evolucije. Po našem mnenju se zdita v presečišču teh teorij tako vera v verski fanatizem kot znanstveni absolutizem neupravičena. Zdi se nam, da je občutek »religiozne vere v višje, nadzavestno in občudovanja« harmonije narave na Zemlji in v vesolju ter prepričanje, da v »konceptualnem skladu (pa tudi v genskem bazenu) Zemlja« so vsi elementi pomembni in pomembni in so osnova ne le duhovne, ampak tudi materialne kulture človeške civilizacije.

Antropno načelo, oblikovano v 70. letih 20. stoletja, govori v prid nenaključnosti procesa tako nastanka kot razvoja življenja. Njegovo bistvo je v tem, da že rahlo odstopanje vrednosti katere koli temeljne konstante povzroči nemožnost pojava visoko urejenih struktur v vesolju. Na primer, povečanje Planckove konstante za 10% onemogoči združevanje protona z nevtronom, kar pomeni, da postane nukleosinteza nemogoča. Zmanjšanje Planckove konstante za 10 % bi povzročilo nastanek stabilnega jedra 2 He, kar bi povzročilo izgorevanje vsega vodika v zgodnjih fazah širjenja vesolja ali propad zvezd v kasnejših fazah. Znanost je naletela na veliko skupino dejstev, katerih ločeno obravnavanje ustvarja vtis nerazložljivih naključij, ki mejijo na čudež. (za več podrobnosti: Barron J.D., Tipler F.J. Antropični kozmološki princip, Oxford, 2. izd., 1986). Po besedah ​​fizika J. Wheelerja: "Faktor, ki daje življenje, je v središču celotnega mehanizma in gradi svet."

Hkrati konstruktivno-teoretični modeli biokemične evolucije temeljijo na hipotezi, da je življenje nastalo kot posledica procesov, ki se podrejajo kemijskim in fizikalnim zakonom. Tako postavljamo, upravičeno ali ne, zakone fizike in kemije v središče »celotnega mehanizma, ki konstruira svet«.

Prve tri stopnje pripisujemo obdobju kemične evolucije, četrta začne biološko evolucijo. Koncept kemijske evolucije je bil potrjen s številnimi poskusi. Začetek tega dela sta leta 1953 postavila S. Miller in G. Ury, ki sta ob izpostavitvi iskrečemu naboju plinske mešanice metana in vodne pare dobila niz majhnih organskih molekul, ki so prvič prikazale možnost abiogene sinteze organskih spojin v sistemih, ki posnemajo domnevno sestavo zemeljske primarne atmosfere.

Kompleksne procese kemijske evolucije, ki vodijo do biokemične in biološke evolucije, je mogoče izraziti kot preprosto zaporedje: atomi
preproste molekule
kompleksne makromolekule in ultramolekularni sistemi (probionti)

enocelični organizmi.

Prve celice veljajo za prototip vseh živih organizmov rastlin, živali, bakterij.

Vendar pa je v tej fizikalno-kemijski zgradbi vsega živega naravno prisoten antropični princip, tj. prepričanje v nenaključnost procesa nastanka in razvoja življenja na Zemlji. Poleg tega ni odstranjena možnost presečišča teorije biokemične evolucije zemeljske snovi s teorijo panspermije. Sama teorija biokemične evolucije je dobila znanstveno naravo teoretične konstrukcije modelov, ki jo je geokronološka zgodovina Zemlje eksperimentalno potrdila šele v 20. stoletju po odkritju molekularne genetske ravni biološke ravni materije in oblikovanju evolucijske ravni. kemija.

Teorija biokemične evolucije temelji na konceptu abiogeneze - nastajanju organskih spojin, ki so običajne v živi naravi zunaj telesa, brez sodelovanja encimov.

Vse številne hipoteze, ki so bile postavljene v 60-ih in 80-ih letih 20. stoletja, so imele jasno izraženo nasprotje glede značilnosti protobiološkega sistema, tj. predceličnega prednika. Težava je bila v tem, da je med kemično obliko snovi, ki še ni življenje, in biološko obliko snovi, ki je že življenje, prebiotična struktura, povezana s prehodom iz fizikalno-kemijske evolucije v biološko. Treba je bilo najti nekakšno predcelično strukturo, ki bi se lahko razvila, da bi bila podvržena genetskim transformacijam in naravni selekciji. Posledično sta bili identificirani dve hipotezi - koacervantna in genetska.

Osnova hipoteze o koacervantu je trditev, da so bile začetne faze biogeneze povezane s tvorbo beljakovinskih struktur iz "primarnega oceana" zaradi koacervacije - spontanega ločevanja vodne raztopine polimerov v faze z različnimi koncentracijami. Glavne določbe te hipoteze je prvič oblikoval A.I. Oparin leta 1924 (glej: Oparin A.I. Življenje, njegova narava, izvor in razvoj. M., 1968). Selekcija kot glavni razlog za izboljšanje koacervantov v primarna živa bitja je najpomembnejša določba Oparinove hipoteze.

V okviru koacervantne hipoteze je nastalo metodološko načelo, imenovano holobioza, tj. primarnost struktur celičnega tipa, obdarjenih s sposobnostjo elementarne presnove, vključno z encimsko katalizo.

Če pa se zanašamo na ravnotežno termodinamiko, potem molekule živih bitij ne nastanejo spontano, njihov nastanek zahteva zapleten mehanizem za neprekinjeno in usklajeno delovanje »grelca« in »hladilnika« v skladu z drugim zakonom termodinamike. Verjetnost, da bo beljakovinska molekula, sestavljena iz 20 vrst aminokislin, naključno oblikovana po določenem vzorcu, je

Število v imenovalcu je preveliko, da bi ga um dojel. "Verjetnost - po mnenju astronoma Freuda Hoyla je očitno majhna, tako majhna, da bi bilo nepredstavljivo, tudi če bi celotno vesolje sestavljalo organsko juho." Če pa preidemo na neravnovesno termodinamiko, potem je entropija sevanja S rad. veliko več kot entropija snovi S real. (S izl >> S real.), potem verjetnost nastanka urejenih struktur od kristalov do beljakovin in nukleinskih kislin močno poveča.

Vendar pa za to komaj dovolj naravne selekcije, ki je namenjen čiščenju genskega sklada populacije od »pokvarjenih« genov, pride do modifikacije le v okviru obstoječega genskega materiala, kot adaptivni odziv na okoljske spremembe.

Prihaja v ospredje genetska hipoteza, po katerem so nukleinske kisline najprej nastale kot matrična osnova za sintezo beljakovin. To hipotezo je leta 1929 prvič predstavil ameriški genetik G. Meller.

V okviru genetske hipoteze je nastalo metodološko načelo, imenovano genobioza, ki zatrjuje primarnost nastanka kot rezultat biokemične evolucije molekularnega sistema z lastnostmi genetske kode.

Naravni selekciji je bila dodana ideja o diskretni delitvi genetskih lastnosti, ki do neke mere temelji na glavnem stališču kvantne mehanike: »Vse: snov, energija, kvantne značilnosti delcev – so diskretne količine in nobena od njih ne more izmeriti, ne da bi ga spremenili." Genetska hipoteza povezuje teorijo biokemične evolucije z globalnim evolucionizmom, in teorija o izvoru življenja na Zemlji je povezana s prepričanjem o obstoju "super-racionalnega, super-racionalnega" teleologizma - kot želje po izboljšanju, ki je neločljivo povezana s celotnim vesoljem do nastanka "razumnega opazovalca" .

Genetski koncept je zdaj splošno sprejet zaradi odkritij v osemdesetih letih prejšnjega stoletja. Eksperimentalno je bilo dokazano, da se preproste nukleinske kisline lahko replicirajo brez encimov. Sposobnost nukleinskih kislin, da služijo kot vzorci pri tvorbi komplementarnih verig, je najprepričljivejši argument v prid konceptu vodilne vloge v procesu biogeneze dednega mehanizma in posledično v prid genetske hipoteze o izvor življenja.

V začetku osemdesetih let prejšnjega stoletja je postalo jasno, da je le ribonukleinska kislina (RNA) lahko primarna nukleinska kislina.

Z drugimi besedami, molekula RNA bi lahko predstavljala makromolekularni substrat predceličnega prednika. Odločilno odkritje o vlogi molekule RNA pri nastanku življenja se spušča v naslednje. Prvič, to je vzpostavitev sposobnosti RNA za samoreprodukcijo v odsotnosti proteinskih encimov. Drugič, ugotovitev dejstva, da ima ena od majhnih molekul RNK (ribozin) sama funkcijo encima. Končno, tretjič, ugotovljeno je bilo, da ima RNA avtokatalitične lastnosti.

Tako lahko štejemo, da je starodavna RNA združevala obe funkciji: katalitično in informacijsko-genetsko, kar je omogočilo samoreprodukcijo makromolekularnega objekta. Z drugimi besedami, izpolnila je vse zahteve mehanizma evolucije v kombinaciji teorije naravne selekcije z dedno (genetsko) diskretno delitvijo lastnosti (alelni geni) in s teorijo povezovanja nealelnih genov. To je prispevalo k kasnejšemu razvoju makromolekularnega sistema na osnovi RNK v učinkovitejši makromolekularni sistem na osnovi DNK v smislu sinteze beljakovin. V procesu takšne evolucije je v večini primerov prišlo do ločitve informacijsko-genetske in katalitične funkcije. Posebej je treba poudariti pomembno vlogo "desno-leve" asimetrije tako nukleinskih kot proteinskih molekul, katere izvor ima veliko hipotez in še ni eksperimentalno utemeljen. Možno je, da je imel pojav takšne disimetrije tako globoke posledice za izvor življenja, kot je imel pojav barionsko-antibarionske disimetrije za razvoj vesolja.

Problem je tudi je čas in kraj dejanja- Zemlja pred približno 4,5 milijarde let- edinstveno prizorišče biokemične evolucije. Ali pa je ta proces potekal in poteka spontano in hkrati na podlagi »nadracionalnega, nadracionalnega« teleologizma v različnih delih vesolja, Zemlja pa je le dala ugodne pogoje za razvoj življenja, ki je že nastal.

Če preidemo na ontogenetsko (organizmsko) raven žive narave, od štiridesetih let 20. stoletja velja celica, rastlina življenja, za strukturno značilnost živega organizma. Z drugimi besedami, Celica je priznana kot najnižji objekt žive narave bodisi kot samostojen enocelični organizem bodisi kot avtonomen del večceličnega organizma. Predcelične oblike življenja - virusi - zasedajo vmesno mesto med živim in neživim.

Šele v zgodnjih 60. letih 20. stoletja se je pojavil genetski koncept celične organizacije žive snovi, ki je omogočil diskretno razdelitev vseh živih bitij na dve nadkraljestvi – prokariontov in evkariontov. Najbolj temeljne razlike med obema vrstama organizmov zadevajo naravo organizacije in razmnoževanja na genetski ravni; strukture aparatov, ki sintetizirajo beljakovine; narava "začetnih" mehanizmov biosinteze beljakovin; strukture molekule RNA; organizacija in narava fotosintetskega aparata itd. Hkrati niti prokarionti niti evkarionti nimajo določenih evolucijskih prednosti. To nakazuje, da obe vrsti organizmov izhajata iz skupnega prednika oz arhecelice, ki združuje lastnosti prokariontov in evkariontov.

V sedemdesetih letih prejšnjega stoletja je bilo to mnenje močno potrjeno z odkritjem arhebakterije, ki so prokarionti glede na vrsto organizacije genetskega aparata, imajo znake, ki jih približujejo evkariontom. Trenutno najbolj priljubljena simbiotsko hipoteza, da je evkariontska celica rezultat simbioze več prokariontskih celic.

Pomemben koncept delovanja žive narave na ontogenetski ravni je njen funkcionalni sistem. Po tem konceptu je funkcionalna sistemičnost posledica dejstva, da komponente sistemov ne le medsebojno delujejo, ampak tudi sodelovati.

Koncept funkcionalne skladnosti je univerzalen na vseh strukturnih ravneh žive narave. Temelji na interakciji mutacijske (genetsko dedne delitve alternativnih lastnosti (alelni geni) in povezovanje nealelnih genov v genetiki spola) selekcije z naravno selekcijo, ko so procesi na nižjih ravneh tako rekoč organizirani. s funkcionalnimi povezavami na višjih nivojih, deloma pa s specializiranimi regulacijskimi aparati (homeostazo), kot so na primer hormonski in prvi sistemi v živalskem telesu.

Koncept funkcionalne konsistentnosti bi se lahko pojavil na molekularno-genetski ravni in v obliki simbioze metodoloških principov holobioze in genobioze.

Ta pristop v določeni meri odpravlja problem primata proteina ali DNA/RNA pri nastanku probiontov. Menijo, da se je življenje razvilo na podlagi dinamičnega medsebojnega delovanja majhnih molekul (organskih in anorganskih), prvi biopolimeri pa bi lahko bili rezultat avtokatalitskih reakcij majhnih molekul v dežnih kapljicah, obsijanih z ultravijolično svetlobo prvobitnega Sonca. Vendar pa obstaja problem zorenja teh kapljic v koacervantne kapljice v skladu z oparinskim scenarijem "primarne juhe" ali v primarne dvoverižne RNA v skladu z genetsko hipotezo in njihovo kasnejšo simbiozo v arhecelico.

Po našem mnenju na podlagi predloga N.V. Timofejev-Resovski aksiom, da je razvoj žive narave v osnovi nepredvidljiv, potem ta aksiom kaže na precej težaven način preučevanja izvora življenja na Zemlji in antropološkega preučevanja človeške genealogije, ki po našem mnenju vodi do presečišča vsaj tri teorije (koncepte) , in sicer naravoslovni koncept biokemične evolucije s konceptoma panspermije in kreacionizma, ki temelji na antropičnem principu in principu globalnega evolucionizma.