Теории происхождения жизни на Земле — что это, определение и ответ
В данной теории мы рассмотрим с вами основные идеи происхождения жизни на Земле. Основные гипотезы:
Креационизм (религиозно-философская концепция)
Всё многообразие органического мира планеты ― это творение некого верховного существа (божества). Эта концепция находится вне поля научных изысканий и не даёт ответ на вопрос о причинах возникновения и существования самого верховного существа.
Первые научные гипотезы возникновения жизни были полярны и вызывали множество споров у современников. Сейчас нам известно, что жизнь могла развиваться лишь последовательно, однако изначально существовали две противоположные теории:
• Теория биогенеза
Происхождение живого от живого. Даная теория актуальна по сей день. Суть утверждения сводится к тому, что живые организмы всегда— потомки других организмов, следовательно, современное многообразие биологических систем развивалось постепенно.
• Теория абиогенеза
Происхождение живого от неживого.
Первоначально считалась, что жизнь зарождается самостоятельно: люди связывали появление мышей в кладовке с их самозарождением, спровоцированным наличием зерна. Конец этим заблуждениям положили опыты Ф.Реди и Л. Пастера
Опыт Ф. Реди заключался в следующем: исследователь оставил одну банку с мясом открытой, другую плотно закрыл марлей, защищающей мясо от мух. Через некоторое время обнаружилось, что личинки были только в открытом мясе, что доказывало их происхождение от других насекомых, а не самозарождение.
На какое-то время этот опыт опроверг теорию абиогенеза, однако споры вновь вспыхнули после открытия микроорганизмов. Некоторые ученые были убеждены, что бактерии способны самозародиться в бульоне, делая его мутным, однако для этого необходима «живительная сила», содержащаяся в воздухе.
Для опровержения этой теории Л. Пастер налил бульон в 2 колбы, вытянув горлышко одной из них так, что сообщение бульона с воздухом было возможно, однако споры бактерий оседали на месте изгиба, не попадая в бульон; вторая колба осталась с открытым коротким горлышком.
Через некоторое время бульон помутнел лишь во второй колбе, что окончательно опровергло теорию абиогенеза.
В настоящее время известно, что жизнь не зарождается сама по себе, а теории ее происхождения направлены на поиск путей её развития.
Гипотеза панспермии
Данная гипотеза предполагала, что жизнь на Землю попала с метеоритной пылью с других планет в виде органических соединений или спор организмов, похожих на бактерии. Они были обнаружены в доставленных на Землю пробах с Марса в 1996 году. Идею панспермии высказывали немецкий ученый Юстус Либих, шведский физик и химик Сванте Аррениус, русский ученый Вернадский и многие другие.
Теория стационарного состояния
Данная гипотеза утверждала, что жизнь существовала на Земле всегда, но претерпевала некоторые изменения. На данный момент эта теория неактуальна, поскольку возраст земли оценивается в 4,5 млрд.
лет, а вот возникновение первой жизни произошло по разным гипотезам либо 4,4 — 4 млрд. лет назад, либо 3,5 млрд. лет назад.
Эти расхождения связаны с тем, что в первый временной промежуток Земля подвергалась бомбардировке крупных астероидов, существует мнение, что именно это и стало причиной возникновения жизни.
Однако 3,5 млрд. лет назад паление астероидов на Землю прекратилось. Согласно некоторым исследованиям, если жизнь и появилась в результате удара астероида, то примерно в то время она и исчезла вновь, а снова зародиться смогла лишь через миллиард лет.
Гипотеза биохимической эволюции ― белково–коацерватная теория (А.И. Опарин и Дж. Холдейн)
Согласно теории возникновения жизни на Земле, созданной А.И. Опариным и Дж. Холдейном в 1924-1927 гг., живые тела возникли из веществ неорганической природы в три этапа:
На первом этапе происходило образование органических веществ из неорганических.
Абиогенное (т. е. без участия живых организмов) возникновение живой материи возможно было только в условиях древней атмосферы и отсутствия живых организмов.
Абиогенное (т. е. без участия живых организмов) возникновение живой материи возможно было только в условиях древней атмосферы и отсутствия живых организмов.Под действием мощных электрических разрядов, ультра-фиолетового излучения и высокой радиации из этих веществ могли возникать органические соединения, которые накапливались в океане, образуя «первичный бульон».
На втором этапе ― образование из простых органических соединений в водах первичного океана белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот. В «первичном бульоне» из биополимеров образовывались многомолекулярные комплексы ― коацерваты. В коацерватные капли из внешней среды попадали ионы металлов, выступавшие в качестве первых катализаторов. Из огромного количества химических соединений, присутствовавших в «первичном бульоне», отбирались наиболее эффективные в каталитическом отношении комбинации молекул, что, в конечном счете, привело к появлению ферментов.
На границе между коацерватами и внешней средой выстраивались молекулы липидов, что приводило к образованию примитивной клеточной мембраны.
Третий этап ― это этап развития жизни. На этом этапе коацерваты (лат. coacervo – собираю, скапливаю), то есть коллоидные капли, в которых концентрация веществ была выше, чем в окружающем растворе, начали укрупняться и взаимодействовать друг с другом и с другими веществами. В результате взаимодействия коацерватов с нуклеиновыми кислотами образовались способные к самовоспроизведению протобионты (белковые частицы, которые включали в себя нуклеиновые кислоты), что привело к возникновению самовоспроизведения, сохранение наследственной информации и передача её последующим поколениям; с этого момента начался период органической эволюции.
Следует подчеркнуть, что живые организмы ― это открытые способные к самовоспроизведению системы, в которые энергия поступает извне.
В связи с этим очевидно, что первые живые организмы были гетеротрофами, получавшими энергию за счет анаэробного расщепления органических соединений. Возникновение современной атмосферы прямо связано с появлением и развитием автотрофных организмов и фотосинтеза.
Наука: теории внеземного происхождения жизни
Ирина Лагунина: Теория панспермии возникла еще в 19 веке как гипотеза о том, что зародыши жизни были занесены на Землю вместе с космическими телами. Сегодня исследования метеоритов, в которых обнаружились следы структур, похожих на биологические организмы, также дают основания для развития теории панспермии. Продолжая цикл «Происхождение жизни», кандидат физико-математических наук, научный сотрудник Института ядерной физики Александр Панов рассказывает о том, почему некоторые современные ученые рассматривают внеземное появление жизни.
С ним беседуют Ольга Орлова и Александр Марков.
Александр Панов: То, что жизнь существует – это мы все понимаем, мы все это знаем, и существует проблема, откуда она на Земле взялась.
Здесь существуют два больших класса гипотез. Первый класс гипотез сводится к тому, что жизнь каким-то образом, собственно говоря, возникла на Земле в ходе какого-то естественного процесса. В соответствии с другим классом гипотез жизнь на Земле никогда не возникала, а была занесена откуда-то из космоса, тем самым возникла в другом месте. Если жизнь возникла на Земле, то возникает вопрос, как это могло произойти, какой процесс мог привести к возникновению жизни. Казалось, если мы находимся в другом классе гипотез, рассматриваем вопросы, связанные с панспермией, тогда вопрос о происхождении жизни просто переносится в другое место, она не на Земле возникла, а где-то в другом месте. Казалось бы, это не вносит ничего нового. Существует такое распространенное мнение, что гипотеза панспермии ничего не дает для вопроса о происхождении жизни. О чем я хотел бы сегодня сказать – это о том, что есть некие основания для того, что гипотеза панспермии действительно достаточно детально обсуждалась и, во-вторых, что это неверная точка зрения, что панспермия просто перенос вопроса возникновения жизни в другое место.
На самом деле гипотеза панспермии может означать некий качественно иной механизм процесса возникновения жизни. Жизнь на Земле возникла где-то 3,8 миллиарда лет назад и после того, как она возникла, в первое время эволюция протекала, грубо говоря, очень медленно. Сначала прокариотная биосфера и существовала она без существенных изменений и потрясений как минимум один миллиард лет прежде, чем там произошло что-то существенное, например, образовались первые эвкариоты. Потом еще миллиард лет существовала биосфера одноклеточных эвкариотов. В общем, короче говоря, процессы были сначала ужасно медленные. А по мере продвижения эволюции вперед с одной стороны эволюционирующая система, биосфера становилась сложнее и с другой стороны процессы протекали все быстрее. Возникает ощущение, чем сложнее, чем выше организована система, тем быстрее она эволюционирует.
Ольга Орлова: И что с этой точки зрения можно сказать о происхождении жизни?
Александр Панов: Во-первых, жизнь не могла возникнуть как какое-то одномоментное явление, потому что даже самые простые живые организмы — это что-то такое невероятно сложное и случайно сложиться из химических ингредиентов они не могли.
Вероятность настолько исчезающе мала, что ее с хорошей точностью можно считать равной нулю. Поэтому очевидно, что какая-то подготовка должна была быть предбиологической химической эволюции. Очевидно, что предбиологическая система, предбиологическая, предбиосфера – это и есть нечто более низко организованное и более простое, чем последующая биосфера. Поэтому на основании обратной индукции в обратную сторону можно предположить, что поскольку система более просто организована, более примитивная, она должна еще медленнее функционировать. И на основе элементарных соображений возникает гипотеза, что предбиологическая химическая эволюция должна быть еще более медленной, чем первые фазы биологической эволюции. Поскольку первые фазы биологической эволюции были миллиарды лет, по крайней мере, пара миллиардов лет, то здесь должна идти речь о величинах, по крайней мере, в несколько раз больше, то есть это величина около 10 миллиардов лет. По этому поводу существуют совершенно разные точки зрения, некоторые считают, что на самом деле химическая эволюция в некотором смысле что-то совсем другое, не похожее на биологическую эволюцию, и она может значительно более быстрой.
Другие считают, что она может быть еще более медленной. К сожалению, точных оценок скорости биологической эволюции дать никто не может, поэтому здесь мы должны заняться некоторыми спекуляциями. В частности, поскольку есть некоторые основания предполагать, что она должна быть достаточно медленнее, по крайней мере, в несколько раз медленнее, чем первые фазы биологической эволюции, можно некоторые спекуляции построить на этой гипотезе.
Ольга Орлова: Что мы можем узнать о том, как долго длилась эта предбиологическая химическая эволюция?
Александр Панов: Хорошо известно, это геохронологические оценки достаточно точные по этому вопросу, и Земля, и Солнечная система возникли 4 миллиарда 600 миллионов лет назад. Где-то 4 миллиарда 200 или 300 миллионов лет назад должна была существовать твердая поверхность Земли, возможно там и вода образовалась. А 3 миллиарда 800 миллионов лет назад уже была жизнь. По самым оптимистическим оценкам получается, что на предбиологическую химическую эволюцию было не больше нескольких сотен миллионов лет.
Очевидно, что это находится в противоречии с той оценкой, о которой я говорил, что предбиологическая химическая эволюция должна быть крайне медленной. Такая предбиологическая эволюция просто не может уместиться во всю историю существования Земли. То ли действительно предбиологическая эволюция — это совсем не то, что биологическая эволюция, то ли у нас концы с концами не сходятся. Кстати, еще один интересный факт, который говорит о том, что что-то здесь не то. Как устроена биологическая эволюция? В ходе эволюции биосферы, она проходила несколько этажей эволюции, это были сначала прокариоты, потом одноклеточные эвкариоты, потом более сложные многоклеточные эвкариоты, но когда возникали более сложные этажи, старые этажи не пропадали. Вся биосфера существует в виде многослойного бутерброда, который содержит как самые примитивные виды жизни, так и более организованные. Но что самое интересное — на Земле нет никаких следов предбиологической химической эволюции, по-видимому. То есть в отличие от эволюции всей биосферы, предбиологическая химическая эволюция не оставила после себя никаких предбиологических химических систем, по крайней мере, явно.
В общем что-то здесь опять не то.
Ольга Орлова: А какого рода это могли бы быть следы?
Александр Панов: Это какие-то автокаталитические цепочки, пресловутые типа гиперциклов Эйгена и так далее.
Александр Марков: Но чуть-чуть есть, синтез органических веществ абиогенный существует в паротермальных источниках.
Александр Панов: Это чисто молекулярная форма существования материи. Следует предположить, что было что-то такое промежуточное между просто молекулами и просто жизнью. По-моему, таких вещей не удается обнаружить.
Александр Марков: Между отдельными органическими молекулами и жизнью. Да, конечно, предполагается РНК-мир целый.
Александр Панов: Что-то не видно. Как это можно было бы понять? Понять это можно следующим образом: можно предположить, что предбеологическая эволюция действительно продолжалась может быть 5 миллиардов лет, может быть 10 миллиардов лет, но только происходило это не на Земле, а в других местах, собственно говоря, на других планетах нашей галактики.
А таких планет, где могла происходить длительная предбиологическая эволюция, по-видимому, существует достаточное количество. Потому что галактический диск, в котором живут звездные системы, в которых есть планеты земного типа, где может существовать жизнь, существует 12 миллиардов лет и существует промежуток времени, по крайней мере, 7 миллиардов лет между образованием галактического диска и между образованием Земли. Где-то в этом промежутке вполне могла разместиться предбиологическая химическая эволюция на других планетах, а на Землю живые организмы могли быть занесены в процессе панспермии. Ну и как говорилось, для этого есть некие основания, для такой гипотезы, потому что на земле метеориты обнаруживаются с других планет, кроме того в этих метеоритах есть подозрительные структуры, напоминающие биогенные. Интересно, что гипотеза панспермии может объяснить не только невероятно быстрое возникновение жизни на Земле, но еще один факт. Жизнь на Земле возникла в виде простых прокариотических организмов и, что интересно, почти одновременно с возникновением жизни уже существовал механизм фотосинтеза.
Это совершенно непонятно, потому что кажется, что это что-то не очень обязательное для жизни, механизм фотосинтеза, и на создание этого механизма должно было уйти какое-то достаточное длинное эволюционное время. А на самом деле похоже на то, что фотосинтез на Земле возник фактически в тот самый момент, когда температуры опустились до такого уровня, при котором фотосинтезирующие цианобактерии могут существовать. Как это можно понять? Это можно понять таким образом, что не только жизнь появилась на Земле благодаря процессам панспермии, но и после того, как жизнь первый раз появилась, Земля все равно продолжала оставаться под постоянным давлением инфицирования из космоса, а температура земной поверхности постепенно падала. И как только она достигла подходящих условий, подходящих для существования фотосинтезирующих бактерий, вот эти самые споры, которые заносились из космоса, немедленно дали всходы и тут же в биосфере появились фотосинтезирующие бактерии. Вот о том, что процесс возникновения жизни, процесс возникновения синтеза были почти одновременны, говорят, в частности, работы школы Заварзина.
Александр Марков: Это все большой вопрос, когда появились цианобактерии с кислородным фотосинтезом. То есть западные ученые считают, что не раньше чем 2,7 миллиарда лет назад появились цианобактерии, а до этого появился аноксигенный фотосинтез, более примитивный, то, что сейчас делают зеленые бактерии и пурпурные бактерии — это более простой биохимический процесс, который мог появиться три с половиной миллиарда лет назад.
Александр Панов: Если действительно это правильно, а это чисто эвристическая гипотеза, то процесс эволюции на Земле мог выглядеть таким образом, что как бы сначала она имела не совсем самостоятельный характер и новые формы жизни могли заноситься из космоса, но в какой-то момент биосфера земная достигла такой сложности, что земная эволюция оторвалась от космической и пошла самостоятельно. В частности, эвкариотические организмы вполне могли возникнуть на Земле в результате вполне естественной земной эволюции и это может означать, что эвкариоты в процессе панспермии переноситься не могут, что, скажем, они слишком сложные и недостаточно устойчивые для этого живые существа.
Александр Марков: Проблема в том, что у всех живых организмов на Земле один и тот же генетический код, одни и те же рибосомы, одна и та же система синтеза белка, кодирования наследственной информации, что указывает на единое происхождение, если эти споры заносились, они как бы все из одного источника должны проходить.
Александр Панов: Вот я как раз сейчас хочу сказать о том, что может быть это не совсем так. И это следующий логический шаг моих рассуждений. Если мы предполагаем, что панспермия жизни возможна, то тогда тем более мы должны предполагать, что возможна панспермия каких-то более простых образований, предбиологических форм существования материи. Потому что в силу того, что они более простые, они могут оказаться более устойчивыми к неудобствам космического перелета, к жесткому космическому излучению, к низким температурам и так далее. Хорошо известно, что земная жизнь, например, она чем более примитивна, тем более устойчива к радиации.
Так что есть некоторые основания для такого предположения. А теперь предположим, что действительно возможна не только панспермия жизни, но и панспермия каких-то предбиологических систем. Во-первых, как все это должно выглядеть. Мы предполагаем, что панспермия происходит в результате того, что с поверхности планет какие-то тяжелые метеориты выбивают породы, в них оказываются какие-то кусочки жизни или преджизни, все это выносится в звездную систему, а потом может ее и покинуть.
Ольга Орлова: Это предполагается, что это носит случайный характер?
Александр Панов: С определенной вероятностью эти процессы постоянно происходят.
7 теорий происхождения жизни
Когда вы совершаете покупку по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот как это работает.
(Изображение предоставлено: Getty Images) Происхождение жизни на Земле началось более 3 миллиардов лет назад, эволюционировало из простейших микробов в ослепительно сложный массив.
Но как первые организмы единственного известного дома жизни во вселенной развились из первобытного бульона?
Наука остается нерешенной и противоречивой относительно точного происхождения жизни, также известного как абиогенез. Даже само определение жизни оспаривается и переписывается: одно исследование, опубликованное в Журнале биомолекулярной структуры и динамики, предлагает раскрыть 123 различных опубликованных определения.
Хотя наука все еще кажется неуверенной, вот некоторые из многих различных научных теорий о происхождении жизни на Земле.
Все началось с электрической искры
Молния во время летней грозы. (Изображение предоставлено Getty Images) Молния могла дать искру, необходимую для зарождения жизни. Электрические искры могут генерировать аминокислоты и сахара из атмосферы, насыщенной водой, метаном, аммиаком и водородом , как это было показано в знаменитом фильме Миллера. -Эксперимент Юрия в 1952 году, согласно журналу Scientific American.
Результаты эксперимента показали, что молния могла помочь создать ключевые строительные блоки жизни на Земле в ее первые дни. За миллионы лет могли сформироваться более крупные и сложные молекулы.
Хотя исследования, проведенные с тех пор, показали, что ранняя атмосфера Земли была на самом деле бедна водородом, ученые предположили, что вулканические облака в ранней атмосфере могли содержать метан, аммиак и водород, а также были заполнены молниями, по данным Университета Калифорния
Молекулы жизни встретились на глине
Первые молекулы жизни могли встретиться на глине, согласно идее, разработанной химиком-органиком Александром Грэмом Кэрнсом-Смитом из Университета Глазго в Шотландии. Кэрнс-Смит предложил в своем 19В спорной книге «Семь ключей к происхождению жизни» утверждается, что кристаллы глины сохраняют свою структуру по мере роста и слипаются, образуя области, подверженные различным воздействиям окружающей среды, захватывая по пути другие молекулы и организуя их в паттерны, подобно тому, как это делают наши гены.
сейчас.
Ссылки по теме
Основная роль ДНК заключается в хранении информации о том, как должны быть организованы другие молекулы. Генетические последовательности в ДНК — это, по сути, инструкции о том, как аминокислоты должны располагаться в белках. Кэрнс-Смит предполагает, что кристаллы минералов в глине могли упорядочивать органические молекулы в организованные структуры. Через некоторое время органические молекулы взяли на себя эту работу и организовались.
Хотя теория Кэрнса-Смита определенно дала ученым пищу для размышлений в 1980-х годах, она до сих пор не получила широкого признания в научном сообществе.
Жизнь зародилась в глубоководных источниках
Глубоководный гидротермальный источник в Тихом океане. (Изображение предоставлено Getty Images) Теория глубоководных жерл предполагает, что жизнь могла зародиться в подводных гидротермальных жерлах, извергающих ключевые для жизни элементы, такие как , углерод, и водород-, согласно журналу Nature Reviews Microbiology.
По данным Музея естественной истории, гидротермальные источники можно найти в самых темных глубинах океанского дна, как правило, на расходящихся континентальных плитах. Эти жерла извергают жидкость, которая перегревается ядром Земли по мере прохождения через земную кору, а затем выбрасывается в вакууме. Во время своего путешествия через земную кору он собирает растворенные газы и минералы, такие как углерод и водород.
Их каменистые укромные уголки могли затем сконцентрировать эти молекулы вместе и обеспечить минеральные катализаторы для критических реакций. Даже сейчас эти источники, богатые химической и тепловой энергией, поддерживают живые экосистемы.
Абиогенез посредством гидротермальных жерл продолжает исследоваться как возможная причина жизни на Земле. В 2019 году ученые из Университетского колледжа Лондона успешно создали протоклетки (неживые структуры, которые помогают ученым понять происхождение жизни) в таких же жарких и щелочных условиях окружающей среды, как и в гидротермальных источниках.
У жизни было холодное начало
Лед мог покрыть океаны 3 миллиарда лет назад и способствовать зарождению жизни. «Ключевые органические соединения, которые считаются важными в происхождении жизни, более стабильны при более низких температурах», — сказал Джеффри Бада из Калифорнийского университета.0005 Новый Ученый . Согласно работе Бада, опубликованной в журнале I carus , при нормальных температурах эти соединения, такие как простые наборы аминокислот, малочисленны в воде, но при замерзании концентрируются и способствуют возникновению жизни.
Лед также мог защищать хрупкие органические соединения в воде внизу от ультрафиолетового света и разрушения от космических ударов. Холод мог также помочь этим молекулам выжить дольше, позволив протекать ключевым реакциям.
Ответ заключается в понимании образования ДНК.
Иллюстрация двойной спирали молекулы ДНК. (Изображение предоставлено Getty Images) В настоящее время для формирования ДНК требуется белков из , а белкам для формирования требуется ДНК, так как же они могли образоваться друг без друга? Ответом может быть РНК , которая может хранить информацию, как ДНК, служить ферментом , подобным белкам, и помогать создавать как ДНК, так и белки, согласно журналу Molecular Biology of the Cell.
Позднее ДНК и белки пришли на смену этому «миру РНК», потому что они более эффективны.
РНК все еще существует и выполняет несколько функций в организмах, в том числе действует как выключатель для некоторых генов. До сих пор остается открытым вопрос, как РНК вообще попала сюда. Некоторые ученые считают, что молекула могла спонтанно возникнуть на Земле, в то время как другие говорят, что это маловероятно.
У жизни было простое начало
Вместо того, чтобы развиваться из сложных молекул, таких как РНК, жизнь могла бы начаться с более мелких молекул, взаимодействующих друг с другом в циклах реакций. Они могли содержаться в простых капсулах, похожих на клеточные мембраны, и со временем могли развиться более сложные молекулы, которые выполняли эти реакции лучше, чем более мелкие, сценарии, получившие название моделей «сначала метаболизм», в отличие от моделей «сначала гены». Модель гипотезы «мира РНК».
Жизнь была занесена сюда откуда-то из космоса
Могла ли жизнь быть доставлена на Землю из космоса? (Изображение предоставлено Getty Images) Возможно, жизнь вообще не зародилась на Земле, а была принесена сюда из другого места в космосе.
По данным НАСА, это явление известно как панспермия. Например, камни регулярно выбрасываются с Марса в результате космических ударов, а на Земле было обнаружено несколько марсианских метеоритов, которые, по мнению некоторых исследователей, принесли сюда микробы, потенциально сделавшие всех нас изначально марсианами. Другие ученые даже предположили, что жизнь могла зайти автостопом на кометах из других звездных систем. Однако, даже если бы эта концепция была верна, вопрос о том, как зародилась жизнь на Земле, изменился бы только на вопрос о том, как зародилась жизнь в другом месте в космосе.
Дополнительные ресурсы
Для получения дополнительной информации о теориях происхождения жизни ознакомьтесь с книгами «Лестница к жизни: проверка реальности происхождения жизни» Чанга Лауры Тан и «Тайна происхождения жизни» Чарльза Б. Тэкстона, и другие.
Библиография
Мэтью Леви и др., «Пребиотический синтез аденина и аминокислот в условиях Европы», Icarus, том 145, июнь 2000 г.
, https://doi.org/10.1006/icar.2000.6365
William Martin , «Гидротермальные источники и происхождение жизни», Nature Reviews Microbiology, том 6, сентябрь 2008 г., https://doi.org/10.1038/nrmicro1991
К. А. Дилл и Л. Агозино, «Движущие силы в происхождении жизни», Открытая биология, том 11, февраль 2021 г., ttps://doi.org/10.1098/rsob.200324
Бен К. Д. Пирс и др., «Происхождение мира РНК: судьба азотистых оснований в теплых маленьких прудах», PNAS, том 114, октябрь 2017 г., https://doi.org/10.1073/pnas.1710339114
Будьте в курсе последних научных новостей, подписавшись на нашу рассылку Essentials.
Свяжитесь со мной, чтобы сообщить о новостях и предложениях от других брендов Future. Получайте электронные письма от нас от имени наших надежных партнеров или спонсоров. Чарльз К. Чой — автор статей для Live Science и Space.com. Он охватывает все, что связано с человеческим происхождением и астрономией, а также физику, животных и общие научные темы. Чарльз имеет степень магистра гуманитарных наук Университета Миссури-Колумбия, Школу журналистики и степень бакалавра гуманитарных наук Университета Южной Флориды.
Чарльз побывал на всех континентах Земли, пил прогорклый чай с маслом яка в Лхасе, плавал с морскими львами на Галапагосских островах и даже взбирался на айсберг в Антарктиде.7 теорий происхождения жизни
Когда вы совершаете покупку по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот как это работает.
(Изображение предоставлено: Getty Images) Наука остается нерешенной и противоречивой относительно точного происхождения жизни, также известного как абиогенез. Даже само определение жизни оспаривается и переписывается: одно исследование, опубликованное в Журнале биомолекулярной структуры и динамики, предлагает раскрыть 123 различных опубликованных определения.
Хотя наука все еще кажется неуверенной, вот некоторые из многих различных научных теорий о происхождении жизни на Земле.
Все началось с электрической искры
Молния во время летней грозы. (Изображение предоставлено Getty Images)Молния могла дать искру, необходимую для зарождения жизни. Электрические искры могут генерировать аминокислоты и сахара из атмосферы, насыщенной водой, метаном, аммиаком и водородом , как это было показано в знаменитом фильме Миллера. -Эксперимент Юрия в 1952 году, согласно журналу Scientific American. Результаты эксперимента показали, что молния могла помочь создать ключевые строительные блоки жизни на Земле в ее первые дни. За миллионы лет могли сформироваться более крупные и сложные молекулы.
Хотя исследования, проведенные с тех пор, показали, что ранняя атмосфера Земли была на самом деле бедна водородом, ученые предположили, что вулканические облака в ранней атмосфере могли содержать метан, аммиак и водород, а также были заполнены молниями, по данным Университета Калифорния
Молекулы жизни встретились на глине
Первые молекулы жизни могли встретиться на глине, согласно идее, разработанной химиком-органиком Александром Грэмом Кэрнсом-Смитом из Университета Глазго в Шотландии.
Кэрнс-Смит предложил в своем 19В спорной книге «Семь ключей к происхождению жизни» утверждается, что кристаллы глины сохраняют свою структуру по мере роста и слипаются, образуя области, подверженные различным воздействиям окружающей среды, захватывая по пути другие молекулы и организуя их в паттерны, подобно тому, как это делают наши гены. сейчас.
Ссылки по теме
Основная роль ДНК заключается в хранении информации о том, как должны быть организованы другие молекулы. Генетические последовательности в ДНК — это, по сути, инструкции о том, как аминокислоты должны располагаться в белках. Кэрнс-Смит предполагает, что кристаллы минералов в глине могли упорядочивать органические молекулы в организованные структуры. Через некоторое время органические молекулы взяли на себя эту работу и организовались.
Хотя теория Кэрнса-Смита определенно дала ученым пищу для размышлений в 1980-х годах, она до сих пор не получила широкого признания в научном сообществе.
Жизнь зародилась в глубоководных источниках
Глубоководный гидротермальный источник в Тихом океане.
(Изображение предоставлено Getty Images)Теория глубоководных жерл предполагает, что жизнь могла зародиться в подводных гидротермальных жерлах, извергающих ключевые для жизни элементы, такие как , углерод, и водород-, согласно журналу Nature Reviews Microbiology.
По данным Музея естественной истории, гидротермальные источники можно найти в самых темных глубинах океанского дна, как правило, на расходящихся континентальных плитах. Эти жерла извергают жидкость, которая перегревается ядром Земли по мере прохождения через земную кору, а затем выбрасывается в вакууме. Во время своего путешествия через земную кору он собирает растворенные газы и минералы, такие как углерод и водород.
Их каменистые укромные уголки могли затем сконцентрировать эти молекулы вместе и обеспечить минеральные катализаторы для критических реакций. Даже сейчас эти источники, богатые химической и тепловой энергией, поддерживают живые экосистемы.
Абиогенез посредством гидротермальных жерл продолжает исследоваться как возможная причина жизни на Земле.
В 2019 году ученые из Университетского колледжа Лондона успешно создали протоклетки (неживые структуры, которые помогают ученым понять происхождение жизни) в таких же жарких и щелочных условиях окружающей среды, как и в гидротермальных источниках.
У жизни было холодное начало
Лед мог покрыть океаны 3 миллиарда лет назад и способствовать зарождению жизни. «Ключевые органические соединения, которые считаются важными в происхождении жизни, более стабильны при более низких температурах», — сказал Джеффри Бада из Калифорнийского университета.0005 Новый Ученый . Согласно работе Бада, опубликованной в журнале I carus , при нормальных температурах эти соединения, такие как простые наборы аминокислот, малочисленны в воде, но при замерзании концентрируются и способствуют возникновению жизни.
Лед также мог защищать хрупкие органические соединения в воде внизу от ультрафиолетового света и разрушения от космических ударов. Холод мог также помочь этим молекулам выжить дольше, позволив протекать ключевым реакциям.
Ответ заключается в понимании образования ДНК.
Иллюстрация двойной спирали молекулы ДНК. (Изображение предоставлено Getty Images)В настоящее время для формирования ДНК требуется белков из , а белкам для формирования требуется ДНК, так как же они могли образоваться друг без друга? Ответом может быть РНК , которая может хранить информацию, как ДНК, служить ферментом , подобным белкам, и помогать создавать как ДНК, так и белки, согласно журналу Molecular Biology of the Cell. Позднее ДНК и белки пришли на смену этому «миру РНК», потому что они более эффективны.
РНК все еще существует и выполняет несколько функций в организмах, в том числе действует как выключатель для некоторых генов. До сих пор остается открытым вопрос, как РНК вообще попала сюда. Некоторые ученые считают, что молекула могла спонтанно возникнуть на Земле, в то время как другие говорят, что это маловероятно.
У жизни было простое начало
Вместо того, чтобы развиваться из сложных молекул, таких как РНК, жизнь могла бы начаться с более мелких молекул, взаимодействующих друг с другом в циклах реакций.
Они могли содержаться в простых капсулах, похожих на клеточные мембраны, и со временем могли развиться более сложные молекулы, которые выполняли эти реакции лучше, чем более мелкие, сценарии, получившие название моделей «сначала метаболизм», в отличие от моделей «сначала гены». Модель гипотезы «мира РНК».
Жизнь была занесена сюда откуда-то из космоса
Могла ли жизнь быть доставлена на Землю из космоса? (Изображение предоставлено Getty Images) Возможно, жизнь вообще не зародилась на Земле, а была принесена сюда из другого места в космосе. По данным НАСА, это явление известно как панспермия. Например, камни регулярно выбрасываются с Марса в результате космических ударов, а на Земле было обнаружено несколько марсианских метеоритов, которые, по мнению некоторых исследователей, принесли сюда микробы, потенциально сделавшие всех нас изначально марсианами. Другие ученые даже предположили, что жизнь могла зайти автостопом на кометах из других звездных систем. Однако, даже если бы эта концепция была верна, вопрос о том, как зародилась жизнь на Земле, изменился бы только на вопрос о том, как зародилась жизнь в другом месте в космосе.
Дополнительные ресурсы
Для получения дополнительной информации о теориях происхождения жизни ознакомьтесь с книгами «Лестница к жизни: проверка реальности происхождения жизни» Чанга Лауры Тан и «Тайна происхождения жизни» Чарльза Б. Тэкстона, и другие.
Библиография
Мэтью Леви и др., «Пребиотический синтез аденина и аминокислот в условиях Европы», Icarus, том 145, июнь 2000 г., https://doi.org/10.1006/icar.2000.6365
William Martin , «Гидротермальные источники и происхождение жизни», Nature Reviews Microbiology, том 6, сентябрь 2008 г., https://doi.org/10.1038/nrmicro1991
К. А. Дилл и Л. Агозино, «Движущие силы в происхождении жизни», Открытая биология, том 11, февраль 2021 г., ttps://doi.org/10.1098/rsob.200324
Бен К. Д. Пирс и др., «Происхождение мира РНК: судьба азотистых оснований в теплых маленьких прудах», PNAS, том 114, октябрь 2017 г., https://doi.org/10.1073/pnas.1710339114
Будьте в курсе последних научных новостей, подписавшись на нашу рассылку Essentials.