Как произошла жизнь на Земле

Величайшая тайна. Как возникла жизнь на Земле

Возникновение жизни на Земле – одна из величайших загадок, которая, пока, не по силам науке. Да и развитие ее, жизни, содержит ряд труднообъяснимых моментов. Дарвиновская теория эволюции, подтвержденная множеством фактов, объясняет именно эволюцию уже существующих живых существ, но ничего не говорит о том, как изначально появились эти существа.

Первый вопрос – что такое жизнь, живая материя. Самое распространенное мнение состоит в том, что жизнь начинается с первых организмов, способных воспроизводить самих себя. Таковыми, на сегодняшний день, считаются сложные органические молекулы РНК, содержащиеся во всех клетках. Существует даже такое понятие – «РНК – жизнь». Концепция мира РНК была предложена в 1962 году Александром Ричем, термин был придуман Вальтером Гилбертом в 1986 году. «РНК – жизнь» — это то, что было до появления жизни как таковой, до возникновения клеток и, тем боле, многоклеточных организмов. Некоторые РНК уже удалось синтезировать (Эмиль Фишер и Оскар Пилоти), воспроизводя предполагаемые условия существования Земли миллиарды лет назад. Но эти опыты мало что говорят о том, что было потом. Как из этой органики возникло то, что мы и привыкли называть жизнью.

Второй вопрос. Существует такая «terra incognita» — связь между самовоспроизводящимися РНК и клетками. Как могла возникнуть жизнь, в сегодняшнем понимании этого слова, из простейших агрегатов РНК, — это основной вопрос, на который ученые сейчас пытаются найти ответ.

А ведь есть еще и вирусы. Это слово слышали все. Но большинство не понимает, что это такое. И ученые не очень понимают. Управу на них находят. Глобальных эпидемий гриппа, подобно той, которая была в начале прошлого века и унесла миллионы жизней, слава богу, сейчас нет. Но факт остается фактом. Вирусы существуют и, в отличие от того, что существует на Земле, они являются неклеточными организмами. И воспроизводиться могут только внутри живых клеток. Как они появились и как до сих пор выжили – науке не известно. Может быть, когда-то это будет понятно. Но до этого еще очень далеко.

И вот в чем парадокс. Есть маленькая планета Земля. Где возникла жизнь и человеческая цивилизация. И есть Вселенная. Так вот, о том, как она создавалось, мы знаем намного больше, чем о возникновении нас на нашей планете.

В этом и состоит главное отличие проблемы возникновения жизни от, например, теории возникновения Вселенной – так называемой теории «Большого взрыва», которая сейчас является общепринятой. Там все понятно и вычислено до миллисекунд. Мы об этом уже подробно писали. Кому интересно – читайте здесь.

Но что тут важно. В теории возникновения вселенной («Большого Взрыва), все более менее подтверждено данными наблюдений. А вот с возникновением жизни на Земле и ее дальнейшим развитием – большие вопросы. Существует несколько теорий, каждая из которых представляется весьма сомнительной. Тем не менее, упомянем их.

Панспермия. Эта теория, предложенная шведским химиком Сванте Аррениусом, и поддержанная немецким ученым-энциклопедистом Германом Гельмгольцем, английским физиком Кельвином, российским ученым Владимиром Вернадским, утверждает, что первичные микроорганизмы были принесены на Землю из космоса на метеоритах. Как эти микроорганизмы вынесли длительное путешествие в холодном и безвоздушном пространстве космоса, пережили воздействие солнечной радиации, не сгорели, входя в плотные слои Земной атмосферы, не уточняется. И остается неясным самый главный вопрос. Как возникла жизнь на других мирах. Или опять будем все сваливать на некие внеземные цивилизации. Почему это контрпродуктивно, мы уже писали здесь.

Первичный бульон (Гарольд Юри и Стэнли Миллер), «Черные курильщики» (открыты в конце 70-х годов прошлого века батискафами «Сиана» и «Алвин), «Глиняное дыхание жизни» (Александр Кейрнс-Смит). Все эти гипотезы, говорят о том, где могла зародиться жизнь на Земле. Но не объясняют как. Речь идет об условиях, в которых из простейших химических соединений и элементов, таких как водород, метан, углекислый газ и прочие могли бы возникнуть сложные органические молекулы, например, аминокислоты. И подобные им «кирпичики» жизни. Но это – только кирпичики. А как из этих кирпичиков сложить здание живой клетки – это современной науке доподлинно неизвестно. Не говоря уж о сложно организованных системах, типа растений и животных.

Не понятна даже такая простая вещь. Вот клетки. Как они сумели отгородиться от внешнего мира, будучи защищенными мембраной, через которую клетка получает те или иные вещества из внешнего мира, необходимые для ее существования, и выбрасывает отходы своей жизнедеятельности. И, самое главное. Как и под воздействием каких факторов происходит процесс деления клеток, когда из одной клетки получаются две идентичные. А ведь именно так развивается из первичного зародыша каждое живое существо.

Структура клеток сейчас хорошо изучена. Она очень сложна.

Ученые понимают, как это все работает. Но как они, клетки, такие сложные образования, возникли?

Первая идея о том, как такое возможно, была высказана советским химиком и академиком Александром Опариным еще в 30-х годах прошлого века. Она касалась устройства той самой мембраны, которая окружает клетку. Его предположение много лет спустя было реализовано канадскими биологами, которые получили искусственную мембрану. А заодно и заслуженную «Нобелевку». Но воссоздать хотя бы похожий прототип клетки искусственным путем не удается. Поэтому это только первые шаги к разгадке возникновения жизни на Земле.

Не будем вдаваться в подробности. Они мало кому-нибудь интересны и понятны. Поэтому остановимся на самом главном из того, что не имеет объяснений.

Как появилась «клетка». Выше мы уже говорили на эту тему, но стоит добавить еще несколько слов. Клетка – это основа всех сложно организованных организмов, которые есть на Земле. Ее структура детально изучена и она очень сложна (смотрите картинку выше). Без клеток жизнь на Земле была бы невозможна. Но как, как она создалась? И почему современная цивилизация не может воспроизвести этот процесс?

Ладно, проехали. Это как «Большой взрыв». Вот как-то произошел. От чего и как – никто не понимает. Но! Дальше все пошло по законам физики.

А здесь? Теория эволюции, подтвержденная массой данных, вроде бы все объясняет. А только вопросы остаются. Самый главный и непонятный из них – не как эволюционировали, а как создавались первые живые существа.

Ну, понятно. Совокупился кот с кошечкой. Вот родились котята. Обычное, вроде бы дело. Но, давайте задумаемся. По каким законам все это происходит? Ведь здесь, что важно. Ну, встретился сперматозоид с яйцеклеткой, возникла новая жизнь. Все прекрасно и понятно. Но вот какой вопрос. Почему у этого родившегося зверька, например, человека, вырастают две руки и две ноги, два глаза, а не один, и все органы – печень, желудок, легкие и так далее, необходимые для его жизни. И как они располагаются в теле этого создания, как взаимодействуют друг с другом. А центральная нервная система, а кровообращение. Мозг, наконец, смоделировать работу которого не удается до сих пор, несмотря на все разговоры об искусственном интеллекте. Как из этой простейшей системы – яйцеклетка и сперматозоид, вырастает такой сложно организованный организм, как, например, человек. «Товарищи ученые, доценты с кандидатами», как писал Высоцкий. Вы объясните что-нибудь нам, простым людям. Или уж сознайтесь – пока не знаем. Тогда и креационизм (учение о божественном происхождении жизни) постепенно отомрёт.

Да, мы многое знаем про ДНК, которые передают наследственные признаки. Хорошо. Но как они формируют сложнейшую пространственную структуру живых существ?

Да, есть генная инженерия. Которая позволяет изменять свойства тех или иных форм существующего в природе растительного и животного мира. Но только изменять! Но не создавать что-то принципиально новое!

Тут, конечно, существуют ограничения и опасения. Действительно, а если эти «злобные» ученые научатся выращивать какие-то новые живые существа. Во что они превратятся? И не погубят ли они всю биосферу Земли? Сложные вопросы.

Но, представляется, что этот процесс познания окружающего мира, неостановим. Не было бы его – не было бы и современной цивилизации. Так что человечество и дальше будет идти по этому пути. Туда, за горизонт. А что там будет – падение в преисподню или пропуск в рай? Так это только жизнь покажет.

Когда же зародилась жизнь на нашей планете и где же границы этой жизни.

Биосфера выглядит тонкой плёнкой жизни, только если её сопоставлять с параметрами планеты. Но мы ведь обычно смотрим на биосферу не из космоса, а с земной поверхности, и на взгляд человека наш биосферный дом не так уж и мал. Попробуем определить его границы. Все этажи этого огромного здания под названием биосфера заселены. Некоторые этажи отличаются очень большим количеством обитателей, другие заселены не столь плотно. И архитектура здания, и стройматериалы, и распределение в нем жителей — всё имеет общие закономерности. Биосфера — это жизнь, а жизнь пронизывает различные «этажи» Земли: нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу (водную оболочку) и литосферу (верхнюю часть земной коры). Границы биосферы совпадают с границами жизни на Земле: нижний предел — дно океана или глубинные геологические слои, верхний предел ограничен жёстким излучением ультрафиолетовых лучей. Именно благодаря способности озонового экрана поглощать опасные ультрафиолетовые лучи жизнь на Земле и существует. Другим условием, определяющим верхние границы биосферы, является понижение давления и уменьшение температур по мере набора высоты. Так, критический порог кратковременного пребывания человека без кислородной маски ограничивается высотой 6–7 тыс. м над уровнем моря. А верхней границей растений является высота около 6200 м. Насекомые могут жить и выше, питаясь заносимой на высоты пыльцой и другой органикой. Таким образом, если не иметь в виду случаи рекордных подъемов (птицы до 13–14 км, бактерии до 75–85 км), верхней границей реального распространения жизни следует считать высоту около 8–10 км.

В течение длительного времени исследователи спорили: до какой глубины простирается жизнь в океане? Так, английский натуралист Э. Форбс в 1841 г. категорически заявил, что ниже 540 м на глубине морей жизни нет, обосновывая свою уверенность результатами наблюдений в Средиземном море. Но через 20 лет с глубины 2160 м в этом море был поднят кабель, который был усеян ракушками и устрицами. И по современным представлениям вся толща Мирового океана, в том числе и самая глубокая Марианская впадина (11 022 м), занята жизнью. Так, в пробе грунта, взятого японским автоматическим батискафом «Кайко» на глубине 10 900 м, японские исследователи обнаружили 13 видов неизвестных науке одноклеточных организмов размером 0,5– 0,7 мм, существующих в неизменном виде уже почти миллиард лет! Изменение привычных границ существования живых организмов обусловлено умением некоторых из них приспосабливаться к жизни в экстремальных условиях. Наиболее легко приспосабливаются бактерии: чем проще устроен организм, тем меньше усилий ему потребуется, чтобы адаптироваться к окружающему миру. Среди этих одноклеточных организмов встречаются бактерии, живущие в горячих источниках, кислых средах, солевых концентрированных растворах. Ранее, например, считалось, что жизнедеятельность живых организмов ограничена температурой около 100°С, поскольку при более высоких температурах происходит потеря белковыми веществами их естественных свойств вследствие нарушения структуры молекул, но в срединно-океанических хребтах океанического дна в местах выхода гидротермальных источников были найдены хемосинтезирующие бактерии, живущие при температурах 350°С. Эти гидротермальные источники, названные «черными курильщиками» и «белыми курильщиками», на глубинах более 2,5 км при полном отсутствии света дают начало богатейшему всплеску жизни — уникальному оазису среди пустынных экосистем морских глубин.

Читайте также  Как увеличить мощность нивы

В литосфере на глубине 4,5 тыс. м в нефтеносных водах также обнаружены микроорганизмы. Но на «пределах» биосферы можно найти лишь отдельные проявления жизни (споры, бактерии, мицелии грибов), а основная концентрация жизни наблюдается в местах соприкосновения различных геосфер. Кроме этого, в пределах биосферы существуют холодные полярные безжизненные пространства или жаркие и сухие безводные пустыни, где активная жизнь «замирает», но и там существуют живые организмы. Но когда же зародилась жизнь на планете Земля?

В литосфере на глубине 4,5 тыс. м в нефтеносных водах также обнаружены микроорганизмы. Но на «пределах» биосферы можно найти лишь отдельные проявления жизни (споры, бактерии, мицелии грибов), а основная концентрация жизни наблюдается в местах соприкосновения различных геосфер. Кроме этого, в пределах биосферы существуют холодные полярные безжизненные пространства или жаркие и сухие безводные пустыни, где активная жизнь «замирает», но и там существуют живые организмы. Но когда же зародилась жизнь на планете Земля?

10.jpg

Возникновение жизни на Земле — один из интереснейших вопросов, но однозначного ответа на него до сих пор нет. Одна из первых гипотез зарождения жизни была высказана ещё Аристотелем, который придерживался теории спонтанного (самопроизвольного) зарождения жизни. Согласно Аристотелю, определённые частицы содержат некое активное начало, которое при благоприятных условиях может создать живой организм. Аристотель предполагал, что примером активного начала является яйцо, но он также считал, что это и солнечный свет, и гниющее мясо. Затем основополагающей стала теория креационизма, утверждающая божественное творение жизни на Земле и мира в целом. Дискуссии продолжаются до сих пор. Предполагается, например, что жизнь могла быть занесена извне. Теория возникновения жизни вне планеты Земля называется гипотезой панспермии. Так, предполагается, что во Вселенной постоянно путешествуют зародыши жизни, которые — например, с метеоритами — и заносят жизнь из других планет. мира в целом. Дискуссии продолжаются до сих пор. Предполагается, например, что жизнь могла быть занесена извне. Теория возникновения жизни вне планеты Земля называется гипотезой панспермии. Так, предполагается, что во Вселенной постоянно путешествуют зародыши жизни, которые — например, с метеоритами — и заносят жизнь из других планет.

Возраст Земли как планеты Солнечной системы оценивается в 4,5–4,6 млрд лет. Представим всю прошлую историю планеты в виде 24 часов. Итак, согласно нашим часам образование планеты произошло в полночь. Тогда планета была безжизненна и холодна: суровая пустыня, покрытая тёмно-серым первичным веществом, с чёрным небом, огромным диском красной Луны и слабо греющим Солнцем. В условиях ледяного холода и проникающего ультрафиолетового излучения трудно себе представить даже наличие будущей гипотетической жизни на планете. Между 2 и 3 часами ночи (около 4 млрд лет назад) появились древнейшие из известных горных пород, в океанах начали образовываться железные руды. Между 5 и 6 часами утра (около 3,5 млрд лет назад) появились первые микроорганизмы. Очевидно, что появлению жизни на планете предшествовала химическая эволюция, но этот вопрос до сих пор является научной загадкой: даже самые примитивные организмы не могли образоваться непосредственно из простых химических веществ. В это время планета была совершенно иной: безжизненные реки и тёмно-бурый океан, заселённый огромным количеством цианобактерий. Именно цианобактерии, средний размер которых намного меньше миллиметра, явились «творцами» кислорода в атмосфере, поскольку первыми на Земле освоили таинственный процесс фотосинтеза. Благодаря цианобактериям в час дня (2 млрд лет назад) появился свободный кислород в атмосфере. Таким образом, более половины времени Земля существовала без свободного кислорода. В результате в атмосфере начинает возникать озоновый слой, преграждающий путь губительным ультрафиолетовым лучам. По мере увеличения кислорода в атмосфере небо становилось всё более голубым, океаны очистились от железа — и жизнь на планете стала расширять свои границы. И только вечером, между 8 и 9 часами (около 700 млн лет назад), появились многоклеточные организмы, около 10 вечера (450 млн лет назад) растения захватили сушу, перед 11 вечера планета была уже с цветковыми растениями (200 млн лет назад). Чем ближе к современности, тем сложней и разнообразней становились живые организмы. А первый человек появился всего за 30 секунд до полуночи! И за последние несколько секунд он сильно изменил облик планеты. Вопрос, когда и как возник человек, до сих пор не имеет однозначного ответа. В прошлые века существовало ровно два ответа: первый описан в Библии, второй — в теории Чарльза Дарвина. При этом Дарвин не отрицал первичного божественного начала, но предполагал, что Бог сотворил первые виды живых организмов, которые впоследствии эволюционировали в другие. Если принять за основу дарвиновскую теорию происхождения человека, то в настоящий момент предполагается, что разделение ветвей человека и обезьян произошло во временном интервале от от 5 до 7 млн лет назад. Долгое время ученые считали, что эволюция человека была более-менее линейной: одна форма сменяла другую, и каждая новая была прогрессивнее, ближе к современному человеку, чем предыдущая. Сейчас очевидно, что всё было гораздо сложнее: формирование «человеческих» черт шло одновременно у нескольких видов гоминид и временные интервалы существования многих видов сильно перекрываются. Иногда несколько разных видов гоминид, находящихся на разных уровнях близости к человеку, сосуществовали одновременно. Например, ещё в сравнительно недавнем прошлом (всего-навсего 50 тыс. лет назад) на Земле существовали как минимум 4 вида гоминид: Homo sapiens, Homo neanderthalensis, Homo erectus и Homo floresiensis. И если история возникновения человека ещё изучается, то уж что действительно очевидно, так это то, что именно он абсолютно поменял все детали отлаженного механизма эволюции природной среды. Но для того, чтобы определить роль человека в изменении природы, надо понять детали природного конструктора. Пусть не всё, но хоть бы некоторые.

Как и когда на нашей планете возник предок всего живого?

Ученые Нагойского университета в Японии показали, что предшественниками живых организмов на Земле могли служить молекулы, похожие на ДНК, а не РНК. Рассказываем, что это значит и как развивалась жизнь на планете Земля.

Читайте «Хайтек» в

Когда началась эволюция жизни на Земле?

Эволюция жизни на Земле началась с момента появления первого живого существа — около 2,7 млрд (а по некоторым данным — 4,1 млрд лет назад) и продолжается по сей день. Сходство между всеми организмами указывает на наличие общего предка, от которого произошли все другие живые существа.

Цианобактериальные маты и археи были доминирующей формой жизни в начале архейского периода и явились огромным эволюционным шагом того времени. Кислородный фотосинтез, появившийся около 2,5 млрд лет назад, в конечном итоге привел к оксигенации атмосферы, которая началась примерно 2,4 млрд лет назад.

Самые ранние свидетельства эукариот датируются 1,8 млрд лет назад, хотя, возможно, они появились ранее — диверсификация эукариот ускорилась, когда они начали использовать кислород в метаболизме. Позже, около 1,7 млрд лет назад, стали появляться многоклеточные организмы с дифференцированными клетками для выполнения специализированных функций.

Примерно 1,2 млрд лет назад появляются первые водоросли, а уже примерно 450 млн лет назад — первые высшие растения. Беспозвоночные животные появились в эдиакарском периоде, а позвоночные возникли около 525 млн лет назад во время кембрийского взрыва.

Во время пермского периода из крупных позвоночных преобладали синапсиды — предки млекопитающих, но события пермского вымирания (251 млн лет назад) уничтожили 96% всех морских видов и 70% наземных видов позвоночных, в том числе и большинства синапсид.

В периоде восстановления после этой катастрофы архозавры стали наиболее распространенными наземными позвоночными и вытеснили терапсид в середине триаса. В конце триаса архозавры дали начало динозаврам, которые доминировали в течение юрского и мелового периодов.

Предки млекопитающих в то время представляли собой небольших насекомоядных животных. После мел-палеогенового вымирания, произошедшего около 66 млн лет назад, все нептичьи динозавры вымерли, и из архозавров остались только крокодилы и птицы.

После этого млекопитающие стали быстро увеличиваться в размерах и разнообразии, так как теперь им почти никто не составлял конкуренцию. Такие массовые вымирания, вероятно, ускоряли эволюцию путем появления у новых групп организмов возможностей для диверсификации.

Ископаемые остатки показывают, что цветковые растения появились в раннем меловом периоде (130 млн лет назад) или несколько раньше, и, вероятно, помогли эволюционировать опыляющим насекомым. Социальные насекомые появились примерно в то же время, что и цветковые растения. Хотя они занимают лишь небольшую часть «родословной» насекомых, в настоящее время они составляют более половины их общего количества.

Люди являются одними из приматов, начавших ходить вертикально около 6 млн лет назад. Хотя размер мозга их предков был сравним с размером мозга других гоминид, например, шимпанзе.

Возникновение жизни

Согласно современной концепции мира РНК, рибонуклеиновая кислота (РНК) была первой молекулой, которая приобрела способность самовоспроизводиться. Могли пройти миллионы лет, прежде чем на Земле появилась первая такая молекула. Но после ее образования на нашей планете появилась возможность возникновения жизни.

Читайте также  Как подключить доверительный платеж Мегафон (кредит доверия)

Молекула РНК может работать как фермент, соединяя свободные нуклеотиды в комплементарную последовательность. Таким образом происходит размножение РНК.

Но эти химические соединения еще нельзя назвать живым существом, так как они не имеют границ тела. Любой живой организм имеет такие границы. Только внутри изолированного от внешнего хаотического движения частиц тела могут происходить сложнейшие химические реакции, позволяющие существу питаться, размножаться, двигаться, и так далее.

Появление изолированных полостей в океане — явление довольно частое. Их образуют жирные кислоты (алифатические кислоты), попавшие в воду. Все дело в том, что один конец молекулы гидрофильный, а другой — гидрофобный.

Попавшие в воду жирные кислоты образуют сферы таким образом, что гидрофобные концы молекул находятся внутри сферы. Возможно, молекулы РНК стали попадать в такие сферы.

Умение воспроизводиться и наличие границ тела — это еще не все признаки, отличающие живое существо от неживой природы. Для воспроизведения внутри сферы из жирных кислот молекуле РНК нужно было наладить процесс обмена веществ.

  • Первое деление клетки

Как начали делиться первые клетки, состоящие из молекулы РНК и мембраны из жирных кислот, в настоящее время неизвестно. Возможно, построенная внутри мембраны новая молекула РНК начинала отталкиваться от первой.

В конце концов, одна из них прорывала мембрану. Вместе с молекулой РНК уходила и часть молекул жирных кислот, которые образовывали вокруг нее новую сферу.

Докембрий или криптозой

Докембрий длился почти 4 млрд лет. В этот отрезок времени на Земле произошли значительные изменения: кора остыла, появились океаны и, что самое важное, появилась примитивная жизнь. Однако следы этой жизни в палеонтологической летописи редки, поскольку первые организмы были мелкими и не имели твёрдых оболочек.

На докембрий приходится большая часть геологической истории Земли — около 3,8 млрд лет. При этом его хронология разработана гораздо хуже, чем последовавшего за ним фанерозоя.

Причина этого в том, что органические остатки в докембрийских отложениях встречаются крайне редко, что является одной из отличительных особенностей этих древнейших геологических образований. Поэтому палеонтологический метод изучения для докембрийских толщ неприменим.

  • Катархейский эон (4,54-4,0 млрд лет назад)

Исследования метеоритов, горных пород и других материалов того времени показывают, что наша планета сформировалась примерно 4,54 млрд лет назад. До этого времени вокруг Солнца был только размытый диск, состоящий из газа и космической пыли. Затем под действием силы притяжения пыль стала собираться в небольшие тела, которые в итоге превратились в планеты.

На протяжении многих миллионов лет на Земле не существовало никаких форм жизни. После архейского эпизода расплавления верхней мантии и ее перегрева с возникновением в этой геосфере магматического океана вся первозданная поверхность Земли вместе с ее первичной и изначально плотной литосферой очень быстро погрузилась в расплавы верхней мантии.

Атмосфера в то время не была плотной и состояла из ядовитых газов, таких как аммиак (NH 3), метан (CH 4), водород (H 2), хлор (Cl 2), сера. Температура ее достигала 80 °С. Естественная радиоактивность была во много раз выше нынешней. Жизнь в таких условиях была невозможна.

4,533 млрд лет назад Земля предположительно столкнулась с небесным телом размером с Марс, гипотетической планетой Тейей. Столкновение было таким сильным, что образовавшиеся при столкновении обломки были выброшены в космос и образовали Луну.

Образование Луны способствовало появлению жизни: она вызывала приливы, способствовавшие очищению и аэрации морей, и стабилизировала ось вращения Земли.

Катархейский эон, 4,54-4 млрд лет назад, известен как протопланетный этап развития Земли. Охватывает первую половину криптозоя. Земля в то время была холодным телом с разреженной атмосферой и без гидросферы. В таких условиях никакой жизни появиться не могло.

Во время катархея атмосфера не была плотной. Она состояла из газов и паров воды, появлявшихся при столкновении Земли с астероидами.

В связи с тем, что Луна тогда была слишком приближена (всего на 170 тыс. км) к Земле (длина экватора — 40 тыс. км), сутки длились недолго — всего 6 часов. Но по мере отдаления Луны сутки стали увеличиваться.

  • Архейский эон (4,0-2,5 млрд лет назад)

Первые химические следы жизни возрастом примерно 3,5 млрд лет были обнаружены в горных породах Австралии (Пилбара). Позднее органический углерод был обнаружен в породах, датируемых 4,1 млрд лет. Возможно, жизнь зародилась именно в горячих источниках, где было много питательных веществ, в том числе и нуклеотидов.

Жизнь в архее развилась до бактерий и цианобактерий. Они вели придонный образ жизни: устилали дно моря тонким слоем слизи.

Длился 4-3,6 млрд лет назад. Возможно, прокариоты появились уже в конце эоархея. Кроме того, к эоархею относятся древнейшие геологические породы — формация Исуа в Гренландии.

Палеоархей продолжался с 3,6 по 3,2 млрд лет назад. В Австралии найдена самая древняя форма жизни, относящаяся к этой эре — хорошо сохранившиеся остатки бактерий возрастом 3,46 млрд лет.

Строматолит мезоархейского периода.

Мезоархей длился 3,2-2,8 млрд лет назад. В мезоархее уже встречаются строматолиты.

Неоархей длился 2,8-2,5 млрд лет назад. В этом периоде появился кислородный фотосинтез, который стал причиной кислородной катастрофы, случившейся в палеопротерозое. В этом периоде активно развиваются бактерии и водоросли.

Что было прародителем живых организмов?

Ученые Нагойского университета в Японии считают, что до появления первой живой клетки существовал мир пре-РНК, основанный на ксенонуклеиновых кислотах (XNA).

В отличие от РНК-цепочек, репликация и сборка XNA не требует ферментов. Цепи ксенонуклеиновых кислот достаточно стабильны, чтобы нести генетическую информацию.

Они также способны связываться с белками и обладать ферментативными функциями подобно рибозимам (так ученые называют рибонуклеиновые кислоты, способные катализировать биохимические реакции).

Ученые синтезировали фрагменты алифатической (не имеющей циклов) нуклеиновой кислоты L-треонинола (L-aTNA), которая, как считается, существовала до появления РНК.

Они также сделали более длинную цепочку L-aTNA, которая была комплементарна исходной последовательности фрагментов, подобно тому, как две комплементарные друг другу ДНК-цепочки создают двойную спираль.

В пробирке при контролируемых условиях более короткие фрагменты L-aTNA собирались вместе и связывались друг с другом на более длинной цепочке L-треонинола. Это произошло в присутствии соединения, называемого N-цианоимидазолом, и иона металла, такого как марганец, оба из которых, скорее всего, присутствовали на ранней Земле.

Фрагменты L-aTNA также могли связываться с ДНК и РНК. Это говорит о том, что генетический код может быть перенесен с ДНК и РНК на L-aTNA и обратно.

По словам ученых, результаты исследования помогут будущим разработкам по созданию искусственной жизни и высокофункциональных биотехнологических инструментов, состоящих из ациклических XNA.

Земная жизнь возникла до. сотворения Земли

Генетики Алексей Шаров (Alexei Sharov) из Национального института старения ( National Institute on Aging in Baltimore) и биолог Ричард Гордон (Richard Gordon) из Морской лаборатории (Gulf Specimen Marine Laboratory in Florida) применили закон Мура к биологическим системам.

И получили сенсационные результаты: жизнь зародилась не на Земле, а в каком-то месте, которое существовало до образования нашей планеты.

Закон Мура еще в 1965 году открыл лично Гордон Мур (Gordon E. Moore) — через три года он стал одним из основателей компании Intel. Открыл на основе наблюдений, выступив с ними в журнале Electronics. Где и представил свой прогноз развития полупроводниковой техники и прочей микроэлектроники. Мур предрек, что количество транзисторов в микросхемах будет удваиваться ежегодно.

В результате процессоры будут дешеветь, становясь при этом все более быстродействующими и миниатюрными. Через 10 лет Мур поправил сам себя, уточнив, что удвоение транзисторов будет происходить с интервалом в два года. Это откровение и получило название закона Мура.

Создатели земной жизни по версии фильма «Прометей»

С помощью закона Мура вполне реально предсказать будущее, анализируя прошлое и настоящее состояние некой сложной и развивающейся системы. Шаров и Гордон взялись решать обратную задачу — попробовали обрисовать прошлое. Для чего разработали специальные алгоритмы.

Прежде чем применить свои алгоритмы к биологии, ученые проверили их на полупроводниковой технике, благодаря которой закона Мура и получил право на существование. Вычислили, что первый чип должен был появиться где-то в 1960 году. А так оно и было.

После успешной проверки Шаров и Гордон заменили в своих вычислениях электронные элементы на нуклеотиды — строительные блоки, усложнявшихся в процессе эволюции молекул ДНК и РНК. И получили, что удвоение сложности генома присхоит каждые 376 миллионов лет. Из чего следовало, что жизнь зародилась примерно 10 миллиардов лет назад.

Выходит, не Земля колыбель живого. Ведь ей всего 4,5 миллиардов лет. Выходит, что жизнь появилась еще до того, как образовалась наша планета. То есть, где-то в другом месте.

Вычисления с использованием закона Мура обрадуют в первую очередь сторонников так называемой панспермии — гипотезы о том, что жизнь на Землю была принесена из Космоса. Может быть, в виде бактерий, может быть, в виде цепочек ДПК, прибывших на кометах или на метеоритах. Или вместе с инопланетянами.

Кстати, обрадуются и те, кто полагают, что где-то во Вселенной живут инопланетяне, далеко обогнавшие нас в развитии. Почему бы и нет, раз жизни аж 10 миллиардов лет.

Братья по разуму, которые гораздо умнее нас, могли разработать способы скоростного перемещения в пространстве. Не исключено, что у них получается летать даже быстрее света сквозь какие-нибудь «норы» в ткани Вселенной. Тогда мы можем рассчитывать, что инопланетяне посетят нас. Или уже посещали. Вычисления Шарова и Гордона дают такую надежду.

А В ЭТО ВРЕМЯ

Контакт с пришельцами неминуем через 251 год

Самуэль Арбесман (Samuel Arbesman) из Гарвардской медицинской школы (Harvard Medical School in Boston) изумившись многократно тем, что эмпирическое по сути правило — закон Мура — стало чуть ли не законом природы, решил применить его к астрономии. Но уже к анализу грядущего.

Ученый привлек в соратники Грега Лафлина (Greg Laughlin) из университета Калифорнии (University of California, Santa Cruz). И они вместе занялись предсказаниями в области обнаружения экзопланет — тех, которые имеются у других звезд. Отталкивались, как и Мур, от предыдущих достижений.

Арбесман и Лафлин учли, что первая планета за пределами Солнечной системы была обнаружена в 1988 году. Что ныне число известны экзопланет перевалило за тысячу. И несколько сотен претендуют на то, чтобы походить на нашу Землю по размерам, массе, местоположению у своей звезды и температуре у поверхности.

Читайте также  Как составить план рассказа

Исследователи вычислили вероятную динамику. И оказалось: первая сестра Земли — с обитателями «земного типа» — будет обнаружена к 2020 году с вероятностью 75 процентов. А к 2264 внеземная жизнь найдется обязательно. Ну, почти. Вероятность этого события оценена в 95 процентов. Так по крайней мере выходит по закону Мура, если его прикинуть на обозримую Вселенную.

Арбесман и Лафлин, правда, не уточняют, найдутся ли в указанное ими время планеты с разумными обитателями «земного типа». Но очевидно, что шансы на такое чудо меньше.

Как появилась жизнь: кто был самым первым на нашей планете

Именно поэтому таинство возникновения жизни, которое не может быть изучено на ископаемых материалах, является предметом теоретических и экспериментальных изысканий и проблемой не столько биологической, сколько геологической. Можно смело сказать: истоки жизни находятся на другой планете. И дело вовсе не в том, что первые биологические существа были принесены к нам из космоса (хотя подобные гипотезы и обсуждаются). Просто та, ранняя Земля была очень мало похожа на нынешнюю.

Великолепная метафора для понимания сущности жизни принадлежит знаменитому французскому естествоиспытателю Жоржу Кювье, который уподобил живой организм смерчу. И в самом деле, торнадо имеет множество признаков, роднящих его с живым организмом. Он поддерживает определенную форму, движется, растет, что-то вбирает в себя, что-то выбрасывает — и это напоминает обмен веществ. Смерч может раздваиваться, то есть как бы размножаться, и наконец, он преобразует среду. Но живет он лишь до тех пор, пока дует ветер. Иссякнет поток энергии — и смерч утратит и форму, и движение. Поэтому ключевым вопросом исследования биогенеза является поиск того потока энергии, который сумел «завести» процесс биологической жизни и обеспечил первым метаболическим системам динамическую стабильность, подобно тому как ветер поддерживает существование торнадо.

Животворящие «курильщики»

Одна из групп существующих ныне гипотез рассматривает в качестве колыбели жизни горячие источники на дне океанов, температура воды в которых может превышать сотню градусов. Подобные источники существуют и по сей день в районе рифтовых зон океанического дна и называются «черными курильщиками». Перегретая выше точки кипения вода выносит из недр растворенные до ионной формы минералы, которые часто тут же оседают в виде руды. На первый взгляд эта среда кажется смертельной для любой жизни, но уже там, где вода охлаждается до 120 градусов, живут бактерии — так называемые гипертермофилы.

Выносимые на поверхность сульфиды железа и никеля образуют на дне преципитат пирита и греигита- осадок в виде пористой шлакообразной породы. Некоторые современные ученые, например Майкл Рассел, выдвинули гипотезу о том, что именно эти насыщенные микропорами (пузырьками) породы стали колыбелью жизни. В микроскопических пузырьках могли формироваться и рибонуклеиновые кислоты, и пептиды. Пузырьки, таким образом, становились первичными катаклавами, в которых ранние метаболические цепочки обособились и превратились в клетку.

Так где же место для возникновения жизни на этой не очень приспособленной для нее ранней Земле? Прежде чем попытаться дать ответ на этот вопрос, стоит заметить, что чаще всего ученые, занимающиеся проблемами биогенеза, ставят на первое место происхождение «живых кирпичиков», «строительных блоков», то есть тех органических веществ из которых состоит живая клетка. Это ДНК, РНК, белки, жиры, углеводы. Но если взять все эти вещества и выложить их в некий сосуд, из них ничего само собой не соберется. Это не пазл. Любой организм – динамическая система, находящаяся в состоянии постоянного обмена со средой.

Даже если взять современные живой организм и растереть его до молекул, то никому не под силам повторно собрать из этих молекул живое существо. Однако современные модели происхождения жизни в основном ориентируются на процессы абиогенного синтеза макромолекул – предшественников биоорганических соединений, не предлагая механизмов генерирования энергии, которая инициировала и поддерживала процессы обмена веществ.

Гипотеза о происхождении жизни в горячих источниках интересна не только версией происхождения клетки, ее физического обособления, но и возможностью нащупать энергетическую первооснову жизни, направить исследования в область процессов, которые описываются не столько языком химии, сколько терминами физики.

Поскольку океаническая вода более кислая, а в гидротермальных водах и в поровом пространстве осадка — более щелочная, возникали разности потенциалов, что чрезвычайно важно для жизни. Ведь все наши реакции в клетках по своей природе электрохимические. Они связаны с переносом электронов и с ионными (протонными) градиентами, которые вызывают перенос энергии. Полупроницаемые стенки пузырьков играли роль мембраны, поддерживающей этот электрохимический градиент.

Драгоценность в белковом футляре

Разница сред — ниже дна (где сверхгорячей водой растворяются породы) и выше дна, где вода остывает, — также создает разность потенциалов, результатом которой является активное перемещение ионов и электронов. Такое явление даже получило название геохимической батареи.

Кроме подходящей среды для образования органических молекул и наличия энергетического потока, есть еще один фактор, позволяющий считать океанские гидротермы наиболее вероятным местом зарождения жизни. Это металлы.

Горячие источники находятся, как уже говорилось, в рифтовых зонах, где дно раздвигается и близко подступает горячая лава. Внутрь трещин проникает морская вода, которая затем выходит обратно в виде раскаленного пара. При огромном давлении и высоких температурах базальты растворяются, как сахарный песок, вынося наружу огромное количество железа, никеля, вольфрама, марганца, цинка, меди. Все эти металлы (и некоторые другие) играют колоссальную роль в живых организмах, поскольку имеют высокие каталитические свойства.

Реакции в наших живых клетках управляются ферментами. Это довольно большие белковые молекулы, которые увеличивают скорость реакции по сравнению с подобными реакциями вне клетки иногда на несколько порядков. И что интересно, в составе молекулы фермента на тысячи и тысячи атомов углерода, водорода, азота и серы подчас приходится всего 1−2 атома металла. Но если эту пару атомов вытащить, белок перестает быть катализатором. То есть в паре «белок-металл» именно последний оказывается ведущим. Зачем же нужна тогда большая молекула белка? С одной стороны, она манипулирует атомом металла, «прислоняя» его к месту реакции. А с другой стороны, она его бережет, защищает от соединений с другими элементами. И в этом есть глубокий смысл.

Дело в том, что многие из тех металлов, что были в изобилии на ранней Земле, когда кислорода не было, и сейчас доступны — там, где кислорода нет. Например, в вулканических источниках много вольфрама. Но как только этот металл выходит на поверхность, где встречается с кислородом, то тут же окисляется и оседает. То же происходит с железом и другими металлами. Таким образом, задача большой белковой молекулы — сохранить металл активным. Все это наводит на мысль, что именно металлы первичны в истории жизни. Возникновение белков было фактором сохранения первичной среды, в которой металлы или их простые соединения сохраняли свои каталитические свойства, и обеспечило возможность их эффективного использования в биокатализе.

Формирование нашей планеты можно уподобить выплавке чугуна в мартеновской печи. В печи кокс, руда, флюсы – все это плавится, и в конце концов тяжелый жидкий металл стекает вниз, а наверху остается затвердевшая пена шлака.

Кроме того выделяются газы и вода. Точно так же образовалось металлическое ядро земли, «стекшее» к центру планеты. В результате этой «плавки» начался процесс, известный как дегазация мантии. Землю 4 млрд лет назад, когда, как считают, зародилась жизнь отличал активный вулканизм, не идущий ни в какое сравнение с нынешним. Поток радиации из недр был раз в 10 мощнее, чем в наше время. В результате тектонических процессов и интенсивной метеоритной бомбардировки тонкая земная кора постоянно перерабатывалась. Свой вклад, очевидно, вносила и находившаяся на значительно более близкой орбите Луна, которая своим гравитационным полем массировала и разогревала нашу планету.

Самое удивительное, что интенсивность свечения солнца в те далекие времена была ниже примерно на 30%. Если бы солнце стало в нашу эпоху стало светить хотя бы на 10% слабее, Земля моментально покрылась бы льдом. Но тогда у нашей планеты было намного больше собственного тепла, и ничего даже близко напоминавшего ледников на ее поверхности не встречалось.

Зато существовала плотная атмосфера, хорошо удерживавшая тепло. По своему составу она имела восстановительный характер, то есть, в ней практически отсутствовал несвязанный кислород, зато она включала в себя значительное количество водорода, а также парниковые газы – водяной пар, метан и углекислый газ.

Короче говоря, первая жизнь на Земле появилась в условиях, в которых из живущих ныне организмов могли бы существовать лишь примитивные бактерии. Первые следы воды геологи находят в отложениях, возрастом 3,5 млрд лет, хотя, судя по всему в жидком виде она появилась на Земле несколько раньше. На это косвенно указывают имеющие окатанную форму цирконы, которую они приобрели, вероятно находясь в водоемах. Вода образовывалась из насыщавшего атмосферу водяного пара, когда Земля стала постепенно остывать. Кроме того, воду (предположительно в объеме до 1,5 объема современного мирового океана) к нам принесли малые кометы, интенсивно бомбардировавшие земную поверхность.

Водород как валюта

К древнейшему типу ферментов относятся гидрогеназы, которые катализируют простейшую из химических реакций — обратимое восстановление водорода из протонов и электронов. А активаторами этой реакции являются железо и никель, которые в изобилии присутствовали на ранней Земле. Немало было и водорода — он выделялся при дегазации мантии. Именно водород, похоже, был главным источником энергии для самых ранних метаболических систем. Ведь и в нашу эпоху подавляющее большинство реакций, осуществляемых бактериями, включают в себя действия с водородом. Как первичный источник электронов и протонов водород составляет основу энергетики микробов, являясь для них чем-то вроде энергетической валюты.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: