Kust tuli elu maa peale? Maapealse elu tekkimine ja arengu algfaasid

Geoloogia- ja mineraloogiateaduste doktor I. A. REZANOV

Kirjanduskeeles elu sündis "kui Maa karjus". Kuid selleks, et Maa karjuks, ei piisanud professor Challengeri kogemusest ja vähesest kujutlusvõimest Conan Doyle'ist, kes sundis oma kangelast kaevu puurima. Teaduslikult rääkides usun, et oleme oma elu võlgu kahele kosmilises mastaabis katastroofile. Minu arvates suudab ainult üks teabeallikas usaldusväärselt öelda, millised sündmused viisid elu tekkeni - see on planeedi "kivikroonika".

Mittespetsialistil on raske uskuda, et radioaktiivne analüüs võimaldab mitte ainult täpselt dateerida geoloogilise stsenaariumi episoode, isegi nii kujuteldamatu iidse ajaga, vaid ka taasluua pilte tolleaegsetest füüsikalistest protsessidest. Kuidas tekkis elu surnud ainest?

Viimaste geoloogiliste andmete kohaselt on Maa eksisteerimise esimese 600 miljoni aasta jooksul (4,0-3,9 miljardit aastat tagasi) sellised äärmuslikud tingimused et elu oli võimatu. Tihe atmosfäär koosnes peamiselt vesinikust koos heeliumi lisandiga. Paljude vulkaanide tuulutusavad paiskas süsinikdioksiidi, metaani, ammoniaaki, vesiniksulfiidi ja muid gaase. Patriarhaalsete kivide analüüs näitas, et rõhk ulatus kuue tuhande atmosfäärini, planeedi pind kuumenes kuni 600 ° C, see tähendab, et selles põrgupõrgus oli kuumem kui praegu Veenusel, kus elu pole leitud. .

Kuid nooremad kivimid, mis sündisid 3,8 miljardit aastat tagasi ja hiljem, tekkisid juba tänapäevastele lähedastes tingimustes. Need kivikroonika leheküljed annavad tunnistust, et selleks ajaks oli tihe ja väga kuum vesinikuatmosfäär planeedilt lahkunud. Seda, mis selle esile kutsus, oli võimalik mõista alles pärast kosmoselaevade Kuulult naasmist. Kuu pinnase proove uurides lugesid selenoloogid selles kosmoses Maa kivikirjet, et 3,9 miljardit aastat tagasi toimus Päikesesüsteemis hiiglaslik katastroof. Kuumered – kuni 1200-kilomeetrise läbimõõduga kraatrikujulised lehtrid – löödi sel ajal hiiglaslike asteroidide pommitamise käigus välja. Kuud pommitavad kosmilised kehad andsid talle võimsa soojusimpulsi, mis soojendas ta sooled sulamiseni. Sellest ajast alates on Kuu pinnal eristatud kahte tüüpi reljeefi: heledad "mandrid" ja tumedad "mered", mis on täidetud sulanud basaltidega.

Akadeemik V. G. Fesenkov ja paljud teised astronoomid arvasid, et katastroofi kõige tõenäolisem põhjus oli planeedi plahvatus, mille orbiit langes kokku Marsi ja Jupiteri orbiitide vahel paikneva asteroidivööga.

Kui mõõdetakse skaalal Päikesesüsteem, Kuu on Maa lähedal. Järelikult tabas Maad ka asteroidide ja meteoriitide tulv. Kõik teavad, et heli edastatakse molekulide vibratsiooni tõttu. Kui ka siis polnud Kuul atmosfääri, siis kõik need kataklüsmid toimusid kohutavas vaikuses (inimese jaoks muidugi juhul, kui ta seal kohal olla sai). Aga millist kükloopi sümfooniat kuuleks tunnistaja meie planeedil? Võib-olla on nõrk väita Conan Doyle'i järgi, et "Maa karjus". Ta möirgas. Langevad killud-asteroidid tekitasid võimsaid õhuvoolusid ja põrgus läks 100 kraadi kuumaks. Lisasoojusest piisas Maa vesinikuvaiba maha rebimiseks. Ja alles pärast seda tekkisid Maale sobivad tingimused elu tekkeks. Nagu öeldakse, poleks õnne, aga õnnetus aitas.

Selgub, et katastroof sai elu sünni vajalikuks tingimuseks, kuid kas sellest piisas? Ei, sest atmosfäär ega hüdrosfäär ei püsinud Maa pinnal ning maakoor ja vahevöö sulasid. Planeet oli ümbritsetud sula viskoosse graniidikoorega, mis ei lasknud gaase läbi. Gaasid kogunesid vähem viskoossesse vahevöösse. Ainult rõhul vähemalt kümme tuhat atmosfääri ja temperatuuril vähemalt 1000°C murdsid magmas halvasti lahustuvad gaasid CO, CO2, H2, CH4 ja NH3 hiiglaslike jugadena läbi maakoore.

On teada, et vulkaanipurske käigus tekivad keerulised orgaanilised ühendid (aminohapped, suhkrud, porfüriinid). Nii kogunes vaid ühe Tjatya vulkaani purske ajal Kuriili saartel 1973. aastal tuha sisse 200 tonni keerulist orgaanilist ainet. Kui suur osa sellest tekkis planeedil pärast primaarse vesinikuatmosfääri lagunemist Maalt, kui pidevalt purskasid välja hiiglaslikud gaasijoad, mille intensiivsus oli tuhandeid kordi suurem kui praeguste vulkaanipursete tugevus? Sel ajal sünteesiti igal aastal gaasivulkaanide avades miljoneid tonne. orgaanilised ühendid. Geoloogiliselt lühikese aja jooksul (esimene miljon aastat) küpses planeedi pinnal kihiline kook mitmekümne meetri paksune vahelduvatest tuha ja orgaaniliste ühendite kihtidest.

Orgaanika rohkus oli teine ​​vajalik põhjus elu sünniks Maal. Kuid isegi sellest ei piisanud. Mida veel?

Rohkem kui sada aastat tagasi avastas kuulus prantsuse loodusteadlane Louis Pasteur, et taimedes ja loomades leiduvad orgaanilised ühendid on optiliselt asümmeetrilised – nad pööravad neile langeva valguse polarisatsioonitasandit. Kõik loomad ja taimed moodustavad aminohapped pööravad polarisatsioonitasandit vasakule ja kõik suhkrud paremale. Kui sünteesime sama keemilise koostisega ühendeid, siis on igaühel neist võrdne arv vasaku- ja paremakäelisi molekule.

Kujutage nüüd ette, et vasak- ja parempoolsete molekulidega keskkond on läinud olekusse, kus on ainult vasak- või ainult parempoolsed molekulid. Eksperdid nimetavad sellist keskkonda kiraalseks (alates Kreeka sõna"Kheira" - käsi) tellitud. Elavate isepaljunemine (biopoees D. Bernali definitsiooni järgi) sai tekkida ja säilida ainult sellises keskkonnas.

Nõukogude teadlane L. L. Morozov tõestas, et üleminek kiraalsele järjestusele ei saa toimuda evolutsiooniliselt, vaid ainult järsu faasimuutusega. Akadeemik V. I. Gol'danskii nimetas seda üleminekut kiraalseks katastroofiks. Siiski erinevad teadlased teistest inimestest mitte ainult teadmiste poolest. Kõik arvasid, et katastroof on midagi hirmuäratavat ja füüsikud nimetasid katastroofiks nähtust, mille tõttu sündis elu ja lõpuks ka nemad ise.

Kuidas tekkisid kiraalse ülemineku põhjustanud faasikatastroofi tingimused?

Kõige tähtsam oli see, et kasvava tuha-orgaanilise koogi alumised kihid praeti 600-ni kuumutatud maapõuel ja ülemised jahutati kosmosetemperatuurini ehk absoluutse nullini. Temperatuuride erinevus ulatus 1000 kraadini. Selge on see, et piruka põhi põles ehk orgaanilised molekulid sulasid kõrge temperatuuri mõjul ja hävisid isegi täielikult ning piruka pealmine osa jäi esialgu küpsetamata, kuna orgaanilised molekulid olid külmunud. Muidugi muutsid maapõuest lekkinud gaasid ja võimalik, et ka veeaur orgaaniliste ühendite keemilist koostist. Gaasid kandsid endaga kaasa soojust, mistõttu orgaanilise kihi sulamispiir liikus üles-alla.

Väga madalal atmosfäärirõhul oli vesi maapinnal ainult auru ja jää kujul. Kui rõhk jõudis nn vee kolmikpunktini (0,006 atmosfääri), võis vesi esimest korda olla vedeliku kujul.

Muidugi on ainult eksperimentaalselt võimalik tõestada, mis kiraalse ülemineku täpselt põhjustas: maapealsed või kosmilised põhjused. Kuid nii või teisiti, mingil hetkel osutusid kiraalselt järjestatud molekulid (nimelt vasakukäelised aminohapped ja paremakäelised suhkrud) stabiilsemaks ja algas nende arvu pidurdamatu kasv – kiraalne üleminek.

Kivikroonika jutustab ka, et sel ajal polnud Maal ei mägesid ega lohke. Poolsulanud graniidist maakoor oli sama tasane kui tänapäevase ookeani tase. Sellel tasandikul oli aga masside ebaühtlase jaotumise tõttu lohke. Need alandamised on mänginud äärmiselt olulist rolli. Tõsiasi on see, et lamedapõhjalised lohud, mille läbimõõt on sadu ja isegi tuhandeid kilomeetreid ja mille sügavus ei ületa saja meetrit, said tõenäoliselt elu hälliks. Neisse voolas ju planeedi pinnale kogunenud vesi. Vesi lahjendas tuhakihis kiraalseid orgaanilisi ühendeid. Ühendi keemiline koostis muutus järk-järgult ja temperatuur stabiliseerus. Veevabades tingimustes alanud üleminek elutust elavale jätkus juba veekeskkonnas.

Kas see on süžee elu päritolu? Suure tõenäosusega jah. 3,8 miljardi aasta vanusest geoloogilisest läbilõikest Isua (Lääne-Gröönimaa) leiti bensiini- ja õlitaolisi ühendeid fotosünteetilisele süsinikule iseloomuliku C12/C13 isotoopide suhtega. Kui bioloogiline olemus Isua lõigu süsinikuühendid kinnitatakse, selgub, et kogu süžee - kiraalse orgaanilise aine tekkimisest kuni fotosünteesiks ja paljunemiseks võimelise raku ilmumiseni - mängiti läbi vaid saja miljoni aastaga.

Nõukogude teadlaste sule otsas ennustatud kosmiliste mõõtmetega nähtus ootab oma eksperimentaalset kinnitust, et liikuda julgete hüpoteeside kategooriast teooriate auväärsesse kategooriasse.

Elu on suurim ime, mis ainult meie planeedil eksisteerib. Selle uurimise probleemidega tegelevad praegu mitte ainult bioloogid, vaid ka füüsikud, matemaatikud, filosoofid ja teised teadlased. Muidugi on kõige keerulisem mõistatus elu päritolu Maal.

Siiani vaidlevad teadlased selle üle, kuidas see juhtus. Kummalisel kombel on filosoofia andnud selle nähtuse uurimisse olulise panuse: see teadus võimaldab teha õigeid järeldusi, võttes kokku tohutul hulgal teavet. Millistest versioonidest juhinduvad tänapäeval teadlased üle kogu maailma? Siin on praegused teooriad elu tekke kohta Maal:

• Spontaanse põlvkonna mõiste.
• Kreatsionism ehk jumaliku loomise teooria.
• Püsiseisundi põhimõte.
• Panspermia, mille pooldajad väidavad iga planeedi loomulikku "tootlikkust", kus on olemas sobivad tingimused. Eelkõige töötas selle idee kunagi välja kurikuulus akadeemik Vernadsky.
• Biokeemiline evolutsioon A. I. Oparini järgi.

Vaatleme kõiki neid teooriaid elu tekke kohta Maal mõnevõrra üksikasjalikumalt.

materialism ja idealism

Juba keskajal ja varem, araabia maailmas, väitsid mõned teadlased isegi oma eluga riskides, et maailm võib tekkida mingite looduslike protsesside tulemusena, ilma jumaliku olemuse osaluseta. Need olid esimesed materialistid. Sellest tulenevalt olid kõik muud vaatenurgad, mis nägid ette jumaliku sekkumise kõigi asjade loomisesse, idealistlikud. Sellest lähtuvalt on nendest kahest positsioonist täiesti võimalik kaaluda elu päritolu Maal.

Kreatsionistid väidavad, et elu sai luua ainult Jumal, samas kui materialistid propageerivad teooriat esimeste orgaaniliste ühendite ja elu ilmumise kohta anorgaanilised ained. Nende versioon põhineb keerukusel või võimatusel mõista protsesse, mille tulemusena tekkis elu selle tänapäevasel kujul. Huvitav aga kaasaegne kirik see hüpotees leiab kinnitust vaid osaliselt. Teadlastele kõige sõbralikumate kujude seisukohalt on tõesti võimatu mõista Looja peamist kavatsust, kuid me saame kindlaks teha nähtused ja protsessid, mille tõttu elu tekkis. See on aga tõeliselt teaduslikust lähenemisest veel väga kaugel.

Praegusel ajal domineerib materialistide seisukoht. Alati nad siiski ei esitanud kaasaegsed teooriad elu päritolu. Seega oli hüpotees, et elu tekkimine ja areng Maal toimus spontaanselt, alguses populaarne ning selle nähtuse pooldajad kohtusid juba 19. sajandi alguses.

Selle kontseptsiooni pooldajad väitsid, et on olemas teatud loodusseadused, mis määravad anorgaaniliste ühendite meelevaldse ülemineku võimaluse orgaanilisteks, millele järgneb elu meelevaldne teke. See hõlmab ka teooriat "homunculuse", tehisinimese loomisest. Üldiselt peavad mõned "spetsialistid" ikka veel tõsiselt elu spontaanset päritolu Maal... Hea on vähemalt see, mida nad ütlevad bakterite ja viiruste kohta.

Muidugi tõestati selle lähenemisviisi ekslikkus hiljem, kuid see mängis olulist rolli, pakkudes tohutul hulgal väärtuslikku empiirilist materjali. Pange tähele, et elu iseseisva päritolu versiooni lõplik tagasilükkamine toimus alles 19. sajandi keskel. Põhimõtteliselt tõestas sellise protsessi võimatust Louis Pasteur. Selle eest sai teadlane isegi märkimisväärse auhinna Prantsuse Teaduste Akadeemialt. Peagi kerkivad päevakorda peamised teooriad elu tekke kohta Maal, mida allpool kirjeldame.

Akadeemik Oparini teooria

Kaasaegsed ideed elu tekke kohta Maal põhinevad teoorial, mille esitas vene teadlane akadeemik Oparin 1924. aastal. Ta lükkas ümber Redi põhimõtte, mis rääkis orgaaniliste ainete ainult biogeense sünteesi võimalusest, viidates, et see kontseptsioon kehtib ainult Praegune olukord asjadest. Teadlane märkis, et meie planeet oli oma eksisteerimise alguses hiiglaslik kivine pall, millel põhimõtteliselt orgaanilist ainet ei olnud.

Oparini hüpotees oli, et elu tekkimine planeedil Maa on pikk biokeemiline protsess, mille tooraineks on tavalised ühendid, mida leidub igal planeedil. Akadeemik pakkus, et nende ainete üleminek keerulisemateks oli võimalik ülitugevate füüsikaliste ja keemiliste tegurite mõjul. Oparin oli esimene, kes esitas hüpoteesi orgaaniliste ja anorgaaniliste ühendite pideva muutumise ja vastasmõju kohta. Ta nimetas seda "biokeemiliseks evolutsiooniks". Allpool on Oparini järgi Maa elu tekke peamised etapid.

Keemilise evolutsiooni etapp

Umbes neli miljardit aastat tagasi, kui meie planeet oli tohutu ja elutu kivi kosmosesügavuses, käis selle pinnal juba süsinikuühendite mittebioloogiline sünteesiprotsess. Sel perioodil paiskasid vulkaanid välja titaanilise koguse laavat ja kuumi gaase. Primaarses atmosfääris jahtudes muutusid gaasid pilvedeks, millest sadas lakkamatult vihma. Kõik need protsessid toimusid miljonite aastate jooksul. Aga vabandust, millal sai elu tekkimine Maal alguse?

Samal ajal tekkisid hoovihmadest tohutud ürgookeanid, mille veed olid äärmiselt sooladest küllastunud. Sinna jõudsid ka esimesed orgaanilised ühendid, mille teke toimus atmosfääris tugevaimate elektrilahenduste ja UV-kiirguse mõjul. Järk-järgult suurenes nende kontsentratsioon, kuni mered muutusid omamoodi peptiididest küllastunud "puljongiks". Aga mis juhtus edasi ja kuidas tekkisid sellest "supist" esimesed rakud?

Valkude, rasvade ja süsivesikute moodustumine

Ja alles teises etapis ilmuvad "puljongis" tõelised valgud ja muud ühendid, millest elu ehitatakse. Tingimused Maal pehmenesid, ilmusid süsivesikud, valgud ja rasvad, esimesed biopolümeerid, nukleotiidid. Nii kulges pärisrakkude prototüübiks olnud koatservaaditilkade moodustumine. Jämedalt öeldes oli see tilkade nimi valkudest, rasvadest, süsivesikutest (nagu supis). Need moodustised võisid absorbeerida, absorbeerida neid aineid, mis olid lahustunud primaarsete ookeanide vetes. Samal ajal toimus omamoodi evolutsioon, mille tulemuseks olid keskkonnamõjudele suurenenud vastupidavuse ja stabiilsusega tilgad.

Esimeste rakkude välimus

Tegelikult muutus see amorfne moodustis kolmandas etapis millekski "tähenduslikumaks". See tähendab, et elusrakk, mis on võimeline ise paljunema. Loomulik tilkade valik, millest me juba eespool rääkisime, muutus üha jäigemaks. Esimestel "arenenud" koatservaatidel oli juba primitiivne, kuid ainevahetus. Teadlased viitavad sellele, et teatud suuruse saavutanud tilk lagunes väiksemateks koosseisudeks, millel olid kõik ema "raku" omadused.

Järk-järgult tekkis koacervaadi südamiku ümber lipiidide kiht, mis tekitas täisväärtusliku rakumembraani. Nii moodustusid esmased rakud, arherakud. Just seda hetke võib õigustatult pidada elu sünniks Maal.

Kas orgaanilise aine mittebioloogiline süntees on reaalne?

Mis puudutab hüpoteesi elu tekke kohta Maal Oparinist ... Paljude jaoks tekib kohe küsimus: "Kui realistlik on haridus looduslikud tingimused orgaanika anorgaanilisest? Sellised mõtted külastasid paljusid uurijaid!

1953. aastal modelleeris Ameerika teadlane Miller Maa ürgset atmosfääri koos selle uskumatute temperatuuride ja elektrilahendustega. Sellesse söötmesse pandi lihtsad anorgaanilised ühendid. Selle tulemusena tekkisid seal äädik- ja sipelghape ning muud orgaanilised ühendid. Nii tekkis elu Maal. Lühidalt võib see protsess iseloomustada filosoofilist seadust "Kvantiteeti üleminek kvaliteediks". Lihtsamalt öeldes omandavad need ühendid teatud koguse valkude ja muude ainete akumuleerumisel esmases ookeanis muid omadusi ja võime iseorganiseeruda.

Oparini teooria tugevused ja nõrkused

Meie poolt käsitletud kontseptsioonil pole mitte ainult tugevusi, vaid ka nõrkusi. Teooria tugevuseks on selle loogika ja eksperimentaalne kinnitus orgaaniliste ühendite abiootilisele sünteesile. Põhimõtteliselt võib see olla elu tekkeks ja arenguks Maal. Suur nõrkus on tõsiasi, et seni ei ole keegi suutnud selgitada, kuidas koatservaadid saaksid uuesti sündida keeruliseks bioloogiliseks struktuuriks. Isegi teooria pooldajad tunnistavad, et üleminek valgu-rasva tilgast täisväärtuslikule rakule on väga kaheldav. Ilmselt jääme millestki ilma, kui ei võta arvesse meile tundmatuid tegureid. Praegu tunnistavad kõik teadlased, et toimus mingi järsk hüpe, mille tulemusena sai võimalikuks aine iseorganiseerumine. Kuidas see üldse juhtuda sai? See pole veel selge... Millised teised peamised teooriad elu tekke kohta Maal eksisteerivad?

Panspermia ja püsiseisundi teooria

Nagu me juba ütlesime, toetas ja "reklaamis" seda versiooni omal ajal palavalt kuulus akadeemik Vernadsky. Üldiselt ei saa panspermia teooriat arutleda eraldiseisvana püsiseisundi mõistest, kuna nad käsitlevad elu tekke põhimõtet samast vaatenurgast. Te peaksite teadma, et esimest korda pakkus selle kontseptsiooni välja Saksa Richter 19. sajandi lõpus. 1907. aastal toetas teda Rootsi maadeavastaja Arrhenius.

Teadlased, kes järgivad seda kontseptsiooni, usuvad, et elu lihtsalt eksisteeris universumis ja jääb alati eksisteerima. See kandub planeedilt planeedile komeetide ja meteoriitide abil, mis mängivad omamoodi "seemnete" rolli. Selle teooria negatiivne külg on see, et arvatakse, et universum ise tekkis umbes 15–25 miljardit aastat tagasi. See ei näe välja nagu igavik. Arvestades tõsiasja, et potentsiaalselt elu tekkeks sobivad planeedid on kordades väiksemad kui tavalised kivised planetoidid, võib üsna loomulikuks pidada küsimust: „Millal ja kus tekkis elu ning kuidas levis see sellise kiirusega üle universumi, arvestades ebareaalsed vahemaad?"

Tuleb meeles pidada, et meie planeedi vanus ei ületa 5 miljardit aastat. Komeedid ja asteroidid liiguvad palju aeglasemalt kui valguse kiirus, mistõttu neil ei pruugi olla piisavalt aega elu "seemnete" Maale toomiseks. Panspermia pooldajad väidavad, et teatud seemned (näiteks mikroorganismide eosed) kanduvad sobiva kiirusega "valguskiirtel" ... Kuid aastakümnete pikkune kosmoseaparaat on võimaldanud tõestada, et kosmoses on üsna vähe vabu osakesi. . Sellise elusorganismide leviku meetodi tõenäosus on liiga väike.

Mõned teadlased viitavad tänapäeval, et iga eluks sobiv planeet võib lõpuks moodustada valgukehi, kuid selle protsessi mehhanism on meile teadmata. Teised teadlased ütlevad, et universumis on ehk mingid "hällid", planeedid, millel võib tekkida elu. Kõlab muidugi nagu mingi ulme... Samas, kes teab. Viimastel aastatel on meil ja välismaal hakanud järk-järgult kujunema teooria, mille sätted räägivad algselt ainete aatomitesse kodeeritud teabe kohta ...

Väidetavalt annavad need andmed just selle tõuke, mis viib kõige lihtsamate koatservaatide muutumiseni arherakkudeks. Kui mõelda loogiliselt, siis see on sama teooria elu spontaansest genereerimisest Maal! Üldiselt ei saa panspermia mõistet pidada täielikuks teaduslikuks väitekirjaks. Selle pooldajad saavad vaid öelda, et elu toodi Maale teistelt planeetidelt. Aga kuidas see sinna sattus? Sellele pole vastust.

"Kingitus" Marsilt?

Tänapäeval on kindlalt teada, et Punasel planeedil oli tõesti vett ja kõik tingimused valgulise elu arenguks. Seda kinnitavad andmed saadi tänu töödele korraga kahe laskumissõiduki pinnal: Spirit ja Curiosity. Kuid siiani vaidlevad teadlased tulihingeliselt: kas seal oli elu? Fakt on see, et samadelt kulguritelt saadud teave viitab lühiajalisele (geoloogilises aspektis) vee olemasolule sellel planeedil. Kui suur on tõenäosus, et põhimõtteliselt õnnestus seal areneda täisväärtuslikud valguorganismid? Jällegi, sellele küsimusele pole vastust. Jällegi, isegi kui elu tuli meie planeedile Marsilt, ei selgita see selle arenguprotsessi seal (millest oleme juba kirjutanud).

Niisiis, oleme kaalunud elu tekke põhimõisteid Maal. Millised neist on täiesti tõesed, pole teada. Probleem on ka selles, et seni pole ühtegi katseliselt kinnitatud testi, mis võiks kinnitada või ümber lükata vähemalt Oparini kontseptsiooni, rääkimata muudest teesidest. Jah, me saame sünteesida valke ilma probleemideta, kuid me ei saa valgu elu. Nii et teadlaste tööd on varuks veel palju aastakümneid.

On veel üks probleem. Fakt on see, et me otsime intensiivselt süsinikul põhinevat elu ja püüame mõista, kuidas see täpselt tekkis. Aga mis siis, kui elu mõiste on palju laiem? Mis siis, kui see võiks põhineda ränil? Põhimõtteliselt ei ole see seisukoht keemia ja bioloogia sätetega vastuolus. Nii et teel vastuste leidmise poole kohtame üha uusi ja uusi küsimusi. Praegu on teadlased esitanud mitu fundamentaalset teesi, millest juhindudes otsivad inimesed potentsiaalselt elamiskõlblikke planeete. Siin nad on:

• Planeet peaks tiirlema ​​tähe ümber niinimetatud "mugavustsoonis": selle pind ei tohiks olla liiga kuum ega liiga külm. Põhimõtteliselt vastavad sellele nõudele igas tähesüsteemis vähemalt üks või kaks planeeti (eelkõige Maa ja Marss).
• Sellise keha mass peaks olema keskmine (Maa pooleteise mõõtme piires). Liiga palju suuremad planeedid või neil on ebareaalselt suur gravitatsioon või need on gaasihiiglased.
• Enam-vähem hästi organiseeritud elu saab eksisteerida ainult piisavalt vanade tähtede läheduses (vähemalt kolm või neli miljardit aastat vanad).
• Täht ei tohiks oma parameetreid tõsiselt muuta. Valgete kääbuste või punaste hiiglaste lähedusest on mõttetu elu otsida: kui see seal oli, on see ülimalt ebasoodsate keskkonnatingimuste tõttu ammu surnud.
• Soovitav on, et tähesüsteem oleks üksik. Põhimõtteliselt on kaasaegsed teadlased sellele väitekirjale vastu. Võimalik, et kahendsüsteem, mille vastasotstes paiknevad kaks tähte, võib sisaldada veelgi rohkem potentsiaalselt elamiskõlblikke planeete. Veelgi enam, tänapäeval räägitakse üha enam sellest, et kusagil Päikesesüsteemi äärealadel on gaasi-tolmupilv, sündimata teise Päikese eelkäija.

Lõplikud järeldused

Mida siis kokkuvõtteks öelda? Esiteks puuduvad meil kiiresti andmed täpsete keskkonnatingimuste kohta vastloodud Maa peal. Selle teabe saamiseks tuleks ideaalis jälgida planeedi arengut, mis on muus osas meiega sarnane. Lisaks on teadlastel endiselt raske öelda, millised tegurid stimuleerivad koacervaatide kaareviljade üleminekut täisväärtuslikeks rakkudeks. Võib-olla annavad mõned vastused edasised põhjalikud uuringud elusolendite genoomi kohta.

Elu päritolu maa peal

Elu algusest peale on loodus olnud pidevas arengus. Evolutsiooniprotsess on kestnud sadu miljoneid aastaid ja selle tulemuseks on mitmesugused eluvormid, mida pole veel paljuski täielikult kirjeldatud ja klassifitseeritud.

Elu päritolu küsimust on raske uurida, sest kui teadus läheneb arenguprobleemidele kui kvalitatiivselt uue loomisele, satub ta oma võimaluste piirile kultuuriharuna, mis põhineb tõestustel ja eksperimentaalsel kontrollimisel. avaldused.

Tänapäeva teadlased ei suuda elu tekkeprotsessi sama täpsusega reprodutseerida kui mitu miljardit aastat tagasi. Isegi kõige hoolikamalt lavastatud eksperiment on vaid mudelkatse, millel puuduvad mitmed tegurid, mis kaasnesid elu ilmumisega Maale. Raskus seisneb selles, et võimatus on läbi viia otsest katset elu tekkimise kohta (selle protsessi ainulaadsus takistab peamise teadusliku meetodi kasutamist).

Elu tekkeküsimus pole huvitav mitte ainult iseenesest, vaid ka oma tiheda seose tõttu elusate ja elutute asjade erinevuse probleemiga, samuti seoses elu evolutsiooni probleemiga.

Peatükk 1. Mis on elu? Erinevus elava ja elutu vahel.

Maa orgaanilise maailma evolutsioonimustrite mõistmiseks on vaja üldist arusaamist elusolendite evolutsioonist ja põhiomadustest. Selleks on vaja iseloomustada elusolendeid nende mõne tunnuse järgi ja tuua esile elukorralduse põhitasandid.

Kunagi usuti, et elusolendeid saab elututest eristada selliste omaduste järgi nagu ainevahetus, liikuvus, ärrituvus, kasv, paljunemine ja kohanemisvõime. Kuid analüüs näitas, et eraldiseisvalt leidub kõiki neid omadusi ka elutu looduse hulgas ja seetõttu ei saa neid käsitleda elavate omadustena. Ühel viimastest ja edukaimatest katsetest iseloomustavad elusolendeid järgmised tunnused, mille B. M. Mednikovi sõnastas teoreetilise bioloogia aksioomide kujul:

Kõik elusorganismid osutuvad põlvest põlve pärandatava fenotüübi a ja selle konstrueerimise programmi (genotüübi) ühtsuseks (A. Weismani aksioomid).

Geneetiline programm moodustatakse maatriksi teel. Maatriksina, millele on ehitatud tulevase põlvkonna geen, kasutatakse eelmise põlvkonna geeni (N.K. Koltsovi aksioomid).

Geneetilised programmid muutuvad põlvest põlve edasikandumise käigus erinevatel põhjustel juhuslikult ja mittesuunatult ning ainult juhuslikult saavad sellised muutused antud keskkonnas edukad olla (Charles Darwini 1. aksioom).

Juhuslikud muutused geneetilistes programmides fenotüübi a kujunemise ajal korrutatakse mitu korda (N.V. Timofejev-Resovski aksioomid a).

Korduvalt intensiivistunud muutused geneetilistes programmides alluvad keskkonnatingimuste selektsioonile (Ch. Darwini 2. aksioom).

"Diskreetsus ja terviklikkus on Maa elukorralduse kaks põhiomadust. Elusobjektid looduses on üksteisest suhteliselt isoleeritud (indiviidid, populatsioonid, liigid). Iga mitmerakulise looma isend koosneb rakkudest ja kõik rakud ja ainuraksed olendid koosnevad teatud organellidest. Organellid koosnevad diskreetsetest makromolekulaarsetest orgaanilistest ainetest, mis omakorda koosnevad diskreetsetest aatomitest ja elementaarosakestest. Samal ajal on keeruline organisatsioon mõeldamatu ilma selle osade ja struktuuride koostoimeta – ilma terviklikkuseta.

Terviklikkus bioloogilised süsteemid erineb kvalitatiivselt elutu terviklikkusest ja eelkõige selle poolest, et arenemisprotsessis säilib elava terviklikkus. Elavad süsteemid - avatud süsteemid, vahetavad nad pidevalt ainet ja energiat keskkonnaga. Neid iseloomustab negatiivne entroopia (järjekorra kasv), mis ilmselt suureneb orgaanilise evolutsiooni käigus. On tõenäoline, et aine iseorganiseerumisvõime avaldub elavates.

"Elussüsteemide hulgas pole kahte identset isendit, populatsioone ja liike. See elavate inimeste diskreetsuse ja terviklikkuse avaldumise ainulaadsus põhineb kovariandi reduplikatsiooni märkimisväärsel nähtusel.

Maatriksprintsiibi (esimese kolme aksioomi summa) alusel teostatav kovariantne reduplikatsioon (enese taastootmine muutustega) on ilmselt ainus elule omane omadus (selle olemasolu kujul, mis meile teada on Maa). See põhineb ainulaadsel võimel peamisi kontrollsüsteeme (DNA, kromosoomid ja geenid) ise taastoota.

"Elu on üks mateeria olemasolu vorme, mis tekib loomulikult teatud tingimustel selle arenguprotsessis."

Niisiis, mis on elamine ja kuidas see erineb elutust. Kõige täpsema elu määratluse andis umbes 100 aastat tagasi F. Engels: "Elu on valgukehade eksisteerimisviis ja see eksisteerimisviis seisneb sisuliselt nende kehade keemiliste koostisosade pidevas eneseuuenduses." Mõistet "valk" ei määratletud tol ajal veel päris täpselt ja tavaliselt omistati see protoplasmale tervikuna. Mõistes oma definitsiooni ebatäielikkust, kirjutas Engels: "Meie elu definitsioon on muidugi väga ebapiisav, kuna see ei hõlma kaugeltki kõiki elunähtusi, vaid, vastupidi, piirdub kõige üldisema ja lihtsaimaga. neid ... Et saada elust tõeliselt ammendav ettekujutus, peaksime jälgima kõiki selle avaldumise vorme, alates madalaimast kuni kõrgeima.

Lisaks on elavate ja elutute vahel materiaalses, struktuurilises ja funktsionaalses mõttes mitmeid põhimõttelisi erinevusi. Materiaalses mõttes sisaldab elavate inimeste koostis tingimata kõrge järjestusega makromolekulaarseid orgaanilisi ühendeid, mida nimetatakse biopolümeerideks – valgud ja nukleiinhapped (DNA ja RNA). Struktuurselt erinevad elusolendid elututest oma rakulise struktuuri poolest. Funktsionaalses mõttes iseloomustab eluskehasid iseenda taastootmine. Stabiilsus ja paljunemine eksisteerivad ka elututes süsteemides. Kuid eluskehades toimub isepaljunemise protsess. Mitte miski ei reprodutseeri neid, vaid nemad ise. See on põhimõtteliselt uus hetk.

Samuti erinevad elusorganismid elututest ainevahetuse olemasolu, kasvu- ja arenguvõime, koostise ja funktsioonide aktiivse reguleerimise, liikumisvõime, ärrituvuse, keskkonnaga kohanemisvõime jms poolest. elamine on tegevus, tegevus. "Kõik elusolendid peavad kas tegutsema või hukkuma. Hiir peab olema pidevas liikumises, lind peab lendama, kalad ujuma ja isegi taim peab kasvama.

Elu on võimalik ainult teatud füüsiliste ja keemilised tingimused(temperatuur, vee olemasolu, mitmed soolad jne). Eluprotsesside seiskumine, näiteks seemnete kuivatamisel või väikeste organismide sügavkülmutamisel, ei too aga kaasa elujõulisuse kaotust. Kui struktuur säilib tervena, tagab see normaalsetesse tingimustesse naasmisel elutähtsate protsesside taastumise.

Ent rangelt teaduslik vahetegemine elava ja elutu vahel tekitab teatud raskusi. Nii näiteks ei ole viirustel väljaspool teise organismi rakke ühtegi elusorganismi atribuuti. Neil on pärilik aparaat, kuid neil puuduvad põhilised ainevahetuseks vajalikud ensüümid ning seetõttu saavad nad kasvada ja paljuneda vaid peremeesorganismi rakkudesse tungides ja selle ensüümsüsteeme kasutades. Sõltuvalt sellest, millist funktsiooni me oluliseks peame, liigitame viirused elussüsteemideks või mitte.

Niisiis, kui kõik ülaltoodu kokku võtta, anname elu määratluse:

"Elu on bioloogiliste süsteemide (näiteks rakk, taime organism, loom) eksisteerimise protsess, mis põhinevad keerulistel orgaanilistel ainetel ja on võimelised isepaljunema, säilitades oma olemasolu. energia, aine ja teabe vahetus keskkonnaga.

2. peatükk. Elu tekke mõisted.

a) Idee spontaansest päritolust.

Esialgu ei eksisteerinud teaduses elu tekkeprobleemi üldse, sest antiikmaailma teadlased tunnistasid elavate pideva genereerimise võimalikkust elutust. Suur Aristoteles (4. sajand eKr) ei kahelnud konnade spontaanses põlvkonnas. Filosoof Plotinus väitis 3. sajandil eKr, et elusolendid tekivad lagunemise käigus spontaanselt maa sees. See idee organismide spontaansest põlvkonnast tundus ilmselt paljudele meie kaugete esivanemate põlvkondadele väga veenev, kuna see eksisteeris muutumatuna palju sajandeid kuni 17. sajandini.

b) Elu päritolu idee põhimõttel "elav - elavast".

17. sajandil näitasid Toscana arsti Francesco Redi katsed, et ilma kärbesteta mädanenud lihast usse ei leidu ja kui orgaanilisi lahuseid keeta, siis ei saaks neis mikroorganisme üldse tekkida. Ja seda alles 60ndatel. 19. sajandi prantsuse teadlane Louis Pasteur demonstreeris oma katsetega, et mikroorganismid ilmuvad orgaanilistesse lahustesse vaid seetõttu, et idu viidi sinna varem.

Seega oli Pasteuri katsetel kahekordne tähendus -

Nad tõestasid elu spontaanse genereerimise kontseptsiooni vastuolulisust.

Nad põhjendasid ideed, et kõik kaasaegsed elusolendid pärinevad ainult elusolenditest.

c) Elu kosmilise päritolu idee.

Umbes samal perioodil, mil Pasteur oma katseid demonstreeris, töötas saksa teadlane G. Richter välja teooria elusolendite kosmosest Maale toomise kohta. Ta väitis, et embrüod võivad jõuda Maale koos kosmilise tolmu ja meteoriitidega ning algatada elusolendite evolutsiooni, mis tõi kaasa kogu maapealse elu mitmekesisuse. Seda mõistet nimetati panspermia mõisteks. Seda jagasid sellised teadlased nagu G. Helmholtz, W. Thompson, mis aitas kaasa selle laialdasele levikule teadusringkondades. Kuid ta ei saanud teaduslikke tõendeid, kuna primitiivsed organismid või embrüod peaksid surema ultraviolettkiirte ja kosmilise kiirguse mõjul.

d) A. I. Oparini hüpotees.

1924. aastal ilmus Nõukogude teadlase A. I. Oparini raamat "Elu tekkimine", kus ta katseliselt tõestas, et orgaanilised ained võivad tekkida abiogeenselt elektrilaengute, soojusenergia ja ultraviolettkiirte toimel veeauru sisaldavatel gaasisegudel. ammoniaak, metaan jne. Erinevate looduslike tegurite mõjul tekkisid süsivesinike evolutsiooni käigus aminohapped, nukleiidid ja nende polümeerid, mis orgaaniliste ainete kontsentratsiooni suurenedes hüdrosfääri primaarses puljongis aitasid kaasa kolloidsete süsteemide, nn koatservaatide teke, mis keskkonnast eristudes ja ebavõrdse sisestruktuuriga reageerisid väliskeskkonnale erinevalt. Süsinikuühendite muundumist evolutsiooni keemilisel perioodil soodustas atmosfäär oma redutseerivate omadustega, mis seejärel hakkas omandama oksüdeerivaid omadusi, mis on iseloomulikud praegusel ajal atmosfäärile.

Hüpotees ja Oparin aitasid kaasa kõige lihtsamate eluvormide päritolu konkreetsele uurimisele. See pani aluse aminohapete, nukleiinsete aluste ja süsivesinike molekulide moodustumise protsesside füüsikalis-keemilisele modelleerimisele Maa oletatava primaarse atmosfääri tingimustes.

e) Tänapäevased arusaamad elu tekkest.

Tänapäeval uurib elu tekkeprobleemi erinevate teaduste lai rinne. Olenevalt sellest, millist elusolendi kõige fundamentaalsemat omadust uuritakse ja mis selles uuringus valitseb (aine, informatsioon, energia), kaasaegsed kontseptsioonid Elu päritolu võib laias laastus jagada järgmisteks osadeks:

Elu substraadi päritolu kontseptsioon (sellest peavad kinni biokeemikud eesotsas A. I. Opariniga).

Energia päritolu mõiste. Seda arendavad juhtivad sünergilised teadlased I. Prigožin, M. Eigen.

Info päritolu mõiste. Selle töötasid välja A. N. Kolmogorov, A. A. Ljapunov, D. S. Chernavsky.

Geeni päritolu mõiste.

Selle kontseptsiooni autor on Ameerika geneetik G. Meller. Ta möönab, et paljunemisvõimeline elav molekul võib tekkida ootamatult, juhuslikult, kõige lihtsamate ainete koosmõjul. Ta usub, et pärilikkuse elementaarne üksus – geen – on ka elu alus. Ja elu geeni kujul tekkis tema arvates primaarse ookeani vetes eksisteerinud aatomirühmade ja molekulide juhusliku kombinatsiooni tõttu. Kuid selle kontseptsiooni matemaatilised arvutused näitavad sellise sündmuse täielikku ebatõenäosust.

F. Engels oli üks esimesi, kes väitis, et elu ei tekkinud ootamatult, vaid tekkis mateeria pika evolutsioonilise arengutee käigus. Evolutsiooniline idee on aluseks hüpoteesile mateeria keerulisest mitmeastmelisest arengust, mis eelnes elu tekkele Maal.

Kaasaegsed bioloogid tõestavad, et universaalset eluvalemit (st sellist, mis peegeldaks täielikult selle olemust) pole olemas ega saagi olla. Selline arusaam eeldab ajaloolist lähenemist bioloogilisele teadmisele kui elu olemuse mõistmisele, mille käigus muutuvad nii arusaamad elu tekkest kui ka kujutlused selle kohta, millises vormis selline teadmine on võimalik.

Bioenergia-infovahetus kui elu tekkimise alus.

Üks uusimaid kontseptsioone elu tekke kohta Maal on bioenergia-infovahetuse kontseptsioon. Bioenergia-infovahetuse kontseptsioon tekkis biofüüsika, bioenergeetika ja ökoloogia valdkonnas seoses viimaste saavutustega neis teadusvaldkondades. Mõiste bioenergoinformaatika võttis kasutusele tehnikateaduste doktor, Moskva Riikliku Tehnikaülikooli professor V.I. N. E. Bauman V. N. Voltšenko 1989. aastal, kui ta pidas koos kaaslastega Moskvas esimest üleliidulist bioenergeetika informaatika konverentsi.

Bioenergia-teabevahetuse uurimine andis alust oletada Universumi informatiivset ühtsust, sellise aine nagu "Informatsioon – teadvus" olemasolu selles, mitte ainult teadaolevaid mateeria ja energia vorme.

Selle kontseptsiooni üks elemente on ühise idee, plaani olemasolu Universumis. Seda hüpoteesi kinnitab kaasaegne astrofüüsika, mille kohaselt on Universumi põhiomadused, füüsikaliste põhikonstantide väärtused ja isegi füüsikaliste seaduste vormid tihedalt seotud Universumi struktuuriga kõigis selle skaalades ja universumi struktuuriga. Elu võimalus.

Siit järgneb bioenergeetika informaatika mõiste teine ​​element – ​​Universumit tuleb käsitleda kui elavat süsteemi. Ja elussüsteemides peaks Teadvuse faktor (informatsioon) koos aine ja energiaga hõivama väga olulise koha. Seega saame rääkida Universumi kolmainsuse vajalikkusest: mateeria, energia ja informatsioon.

3. peatükk. Kuidas elu Maal tekkis.

Kaasaegne kontseptsioon elu tekkest Maal on loodusteaduste laiaulatusliku sünteesi, paljude erinevate erialade teadlaste esitatud teooriate ja hüpoteeside tulemus.

Elu tekkeks Maal on oluline (planeedi) esmane atmosfäär. Maa esmane atmosfäär sisaldas metaani, ammoniaaki, veeauru ja vesinikku. Just nende gaaside segule elektrilaengute ja ultraviolettkiirgusega toimides õnnestus teadlastel saada keerulisi orgaanilisi aineid, mis moodustavad elusvalgud. Elamise elementaarsed "ehituskivid" on sellised keemilised elemendid nagu süsinik, hapnik, lämmastik ja vesinik. Elusrakk sisaldab massi järgi 70 protsenti hapnikku, 17 protsenti süsinikku, 10 protsenti vesinikku, 3 protsenti lämmastikku, millele järgneb fosfor, kaalium, kloor, väävel, kaltsium, naatrium, magneesium ja raud. Niisiis, esimene samm elu tekkimise suunas on orgaaniliste ainete moodustumine anorgaanilistest. Seda seostatakse keemiliste "toorainete" olemasoluga, mille süntees võib toimuda teatud kiirguse, rõhu, temperatuuri, niiskuse juures. Lihtsaimate elusorganismide tekkele eelnes pikk keemiline evolutsioon. Suhteliselt väikesest hulgast ühenditest (loodusliku valiku tulemusena) tekkisid eluks sobivate omadustega ained. Süsiniku baasil tekkinud ühendid moodustasid hüdrosfääri "esmase supi". Teadlaste sõnul tekkisid lämmastikku ja süsinikku sisaldavad ained Maa sulasügavustes ning toodi pinnale vulkaanilise tegevuse käigus. Ühendite tekkimise teine ​​etapp on seotud järjestatud komplekssete ainete - biopolümeeride - tekkimisega Maa primaarses ookeanis: nukleiinhapped, valgud. Kuidas toimus biopolümeeride moodustamine?

Kui eeldada, et sel perioodil olid kõik orgaanilised ühendid Maa primaarses ookeanis, siis võisid ookeani pinnal õhukese kile kujul ja päikese käes soojendatud madalas vees tekkida keerulisemad orgaanilised ühendid. Hapnikuvaba keskkond hõlbustas polümeeride sünteesi anorgaanilistest ühenditest. Hapnik kui tugevaim oksüdeerija hävitaks tekkivad molekulid. Suhteliselt lihtsad orgaanilised ühendid hakkasid ühinema suurteks bioloogilisteks molekulideks. Moodustusid ensüümid – valkained-katalüsaatorid, mis aitavad kaasa molekulide tekkele või lagunemisele. Ensüümide tegevuse tulemusena tekkisid kõige olulisemad "elu esmased elemendid" - nukleiinhapped, komplekssed polümeersed ained (mis koosnevad monomeeridest). Monomeerid nukleiinrakkudes on paigutatud nii, et nad kannavad teatud teavet, koodi, et iga valgu koostises olev aminohape vastab teatud kolmest nukleotiidist koosnevale komplektile, nn nukleiinhappe kolmikule. Nukleiinhapete baasil saab juba valke ehitada ja nendega vahetada väliskeskkond ainet ja energiat. Nukleiinhapete sümbioos moodustas "molekulaarsed geneetilised kontrollisüsteemid".

See etapp oli ilmselt alguspunkt, pöördepunkt elu tekkimisel Maal. Nukleiinhappemolekulid omandasid omalaadsed isepaljunemise omadused, hakkasid kontrollima valguliste ainete moodustumise protsessi. Kõikide elusolendite päritolu oli revertaas ja maatriksi süntees DNA-st RNA-ks, RNA molekulaarsüsteemi evolutsioon DNA-ks. Nii tekkis "biosfääri genoom".

Kuumus ja külm, välk, ultraviolettreaktsioon, atmosfääri elektrilaengud, tuuleiilid ja veejuga – kõik see tingis biokeemiliste reaktsioonide alguse või nõrgenemise, nende kulgemise olemuse, geenide "pursked". Biokeemilise etapi lõpuks tekkisid sellised struktuursed moodustised nagu membraanid, mis piiritlesid orgaaniliste ainete segu väliskeskkonnast.

Membraanid on mänginud olulist rolli kõigi elusrakkude ehituses. Kõikide taimede ja loomade kehad koosnevad elu põhiüksustest – rakkudest. Raku elussisu on protoplasma. Kaasaegsed teadlased on jõudnud järeldusele, et esimesed organismid Maal olid üherakulised prokarüootid - organismid, millel puudus tuum ("karyo" - tõlkes kreeka keelest "tuum"). Oma struktuurilt meenutavad nad nüüd baktereid või sinivetikaid.

Esimeste "elusate" molekulide, prokarüootide olemasoluks on nagu kõigi elusolendite jaoks vaja energia sissevoolu väljastpoolt. Iga rakk on väike "energiajaam". Adenosiintrifosforhape ja teised fosforit sisaldavad ühendid on rakkude otseseks energiaallikaks. Rakud saavad energiat toidust, nad on võimelised mitte ainult kulutama, vaid ka salvestama energiat.

Arutelu teemaks on küsimus, kas esimest korda tekkis Maal üht tüüpi organisme või tekkis neid väga erinevaid. Eeldatakse, et paljud esimesed elusa protoplasma tükid tekkisid.

Umbes 2 miljardit aastat tagasi tekkis elusrakkudesse tuum. Prokarüootidest tekkisid eukarüootid - tuumaga üherakulised organismid. Neid on Maal 25-30 liiki. Lihtsaim neist on amööb. Eukarüootidel on rakus kaunistatud tuum, milles on valkude sünteesi koodi sisaldav aine. Ligikaudu selleks ajaks oli "valik" taimse või looma eluviisi vahel. Peamine erinevus nende elustiilide vahel on seotud toitumisviisiga, Maal elu jaoks nii olulise protsessi nagu fotosüntees tekkimisega. Fotosüntees on orgaaniliste ainete, näiteks suhkrute loomine süsinikdioksiidist ja veest energia ja valguse abil. Tänu fotosünteesile toodavad taimed orgaanilisi aineid, mille tõttu suureneb taimede mass.

Järeldus.

Viimase kümne aasta jooksul on elu päritolu mõistmine teinud tohutuid edusamme. Jääb üle loota, et järgmine kümnend toob veelgi rohkem: uued uuringud on paljudes valdkondades väga aktiivsed.

Kuid just nimelt võimaldab evolutsiooniteooria mõista inimese ja ümbritseva eluslooduse vahelise suhte optimaalset strateegiat ning tõstatada küsimuse kontrollitud evolutsiooni põhimõtete väljatöötamisest. Üksikud elemendid Selline kontrollitud areng on juba täna nähtav näiteks katsetes mitte ainult äriliseks kasutamiseks, vaid ka üksikute looma- ja taimeliikide evolutsiooni majanduslikuks juhtimiseks.

Evolutsiooniliste protsesside uurimine on keskkonnakaitse seisukohalt oluline. Loodusesse tungiv inimene ei ole veel õppinud oma sekkumise soovimatuid tagajärgi ette nägema ja ära hoidma. Inimene kasutab kahjurite tõrjeks heksakloraani, elavhõbedapreparaate ja paljusid teisi mürgiseid aineid. See viib koheselt looduse evolutsioonilise "reaktsioonini" - pestitsiididele vastupidavate putukate rasside, "superrottide", antikoagulantidele jne resistentsete rasside tekkeni.

Tihti sama katastroofiline on ka tööstusreostus. Miljonid tonnid pesupulbrid, mis langevad reovette, tapavad kõrgemaid organisme ning põhjustavad tsüaniidi ja mõnede mikroorganismide enneolematut arengut. Evolutsioon võtab sellistel juhtudel inetuid vorme ja on võimalik, et tulevikus seisab inimkond silmitsi ootamatu "evolutsioonilise ohuga", mille põhjustavad mõned üliresistentsed tööstusreostuse mikroorganismid, bakterid ja tsüaniidid, mis võivad muuta meie planeedi nägu ebasoovitavalt. suunas.

Bibliograafia

1. Agapova O. V., Agapov V. I. Loengud kaasaegse loodusteaduse kontseptsioonidest. Ülikooli kursus. - Rjazan, 2000.

2. Vernadski V. I. Elu algus ja igavik. - M.: Vabariik, 1989.

3. Gorelov A. A. Kaasaegse loodusteaduse kontseptsioonid. – M.: Mõte, 2000.

4. Dubništševa G. D. Kaasaegse loodusteaduse kontseptsioonid: Proc. stud jaoks. ülikoolid / Toim. M. F. Žukova. - Novosibirsk: YuKEA, 1999.

5. Kaasaegse loodusteaduse mõisted. Sari "Õpikud ja õppevahendid". - Rostov n / a, 2000.

6. Nikolov T." Pikamaa elu”, M., Mir, 1999 Selye G. Unenäost avastuseni. - M., 2001.

7. Ponnamperuma S. "Elu päritolu", M., Mir, 1999

8. Nõukogude entsüklopeediline sõnaraamat. - M.: Sov. entsüklopeedia, 2002.

9. Yablokov A. V., Yusufov A. G. Evolutsiooniõpetus (darvinism): Proc. biol. spetsialist. ülikoolid. - 3. väljaanne - M .: Kõrgem. kool,

Idee elust Maal on mitmetähenduslik. Elu tekke kohta Maal on mitmeid hüpoteese.

kreatsionism – maise elu lõi Looja. Ideed maailma jumaliku loomise kohta on peaaegu kõigi levinumate järgijate käes usuõpetused. Kreatsionistlikku kontseptsiooni on praegu võimatu tõestada ega ümber lükata.

Hüpotees elu igavikulisusest - elu, nagu universum ise, on alati eksisteerinud ja eksisteerib igavesti, ilma alguseta ega lõputa. Samal ajal tekivad ja surevad eraldi kehad ja moodustised - galaktikad, tähed, planeedid, organismid, s.t. olemasolu on ajaliselt piiratud. Elu võib levida ühest galaktikast teise ja seda ideed elu kosmosest Maale "triivida" nimetatakse panspermia. Elu "igaviku ja algusetuse" ideedest järgisid paljud teadlased, nende hulgas S.P. Kostšev, V.I. Vernadski.

Elu spontaanse tekke hüpotees elutust ainest. Ideid elu spontaansest põlvkonnast on väljendatud juba antiikajast. Tuhandeid aastaid uskusid nad selle võimalikkusesse pidev spontaanne elu genereerimine, pidades seda tavaliseks viisiks elusolendite ilmumisel elutust ainest. Paljude keskaja teadlaste arvates võisid kalad sündida mudast, ussid mullast, hiired kaltsudest, kärbsed mädanenud lihast.

17. sajandil Itaalia teadlane F. Redi näitas eksperimentaalselt elusolendite pideva spontaanse genereerimise võimatust. Mitmesse klaasnõusse pani ta lihatükid. Ta jättis osa neist lahtiseks ja kattis osa musliiniga. Kärbsevastsed ilmusid ainult lahtistes anumates, suletud anumates neid ei olnud. Redi põhimõte: "elav tuleb elavast". Lõpuks lükati 19. sajandi keskel ümber versioon elusorganismide pidevast spontaansest põlvkonnast. L. Pasteur. Katsed on veenvalt näidanud, et kaasajal põlvnevad mis tahes suurusega elusorganismid teistest elusorganismidest.

Biokeemilise evolutsiooni hüpotees. 20. a väljendatud ideede kohaselt. 20. sajandil A.I. Oparin ja seejärel J. Haldane, elu või õigemini elusolendid tekkisid Maal elutust ainest biokeemiline evolutsioon.

Tingimused elu tekkeks biokeemilises evolutsioonis

Praegu on teadlased välja pakkunud enam-vähem tõenäolisi selgitusi selle kohta, kuidas Maa esmastes tingimustes elutust ainest järk-järgult, samm-sammult arenesid erinevad eluvormid. Järgmised tingimused aitasid kaasa elu tekkele keemilise evolutsiooni kaudu:

- esialgne elu puudumine;

- redutseerivate omadustega ühendite olemasolu atmosfääris (hapniku O 2 peaaegu täielikul puudumisel);

— vee ja toitainete olemasolu;

- energiaallika olemasolu (suhteliselt kõrge temperatuur, võimsad elektrilahendused, kõrge UV-kiirguse tase).

Elu tekkemehhanism

Maa vanus on umbes 4,6–4,7 miljardit aastat. Elul on oma ajalugu, mis sai paleontoloogiliste andmete kohaselt alguse 3–3,5 miljardit aastat tagasi.

1924. aastal vene akadeemik A.I. Oparin püstitada hüpoteesi elu tekkemehhanismi kohta. Aastal 1953 Ameerika teadlased S. Miller Ja G. Urey kinnitas eksperimentaalselt hüpoteesi orgaaniliste ainete (monomeeride) tekkest Maa primaarses atmosfääris leiduvatest gaasidest.

Praegu on selle kohta juba palju vaieldamatuid tõendeid esmane atmosfäär Maa oli anoksiline ja koosnes arvatavasti peamiselt veeaurust H 2 O, vesinikust H 2 ja süsinikdioksiidist CO 2 vähesel määral muude gaaside (NH 3, CH 4, CO, H 2 S) seguga. Maal tekkinud elu muutis neid tingimusi järk-järgult ja muutis planeedi ülemiste kestade keemiat.

Elu päritolu Maal – üksikasjad uudishimulikele mõtetele

Vastavalt A.I biokeemiline teooria Oparina hapniku ja elusorganismide puudumisel, abiogeno sünteesiti lihtsamaid orgaanilisi ühendeid - monomeerid, elusaine bioloogiliste makromolekulide ja mitmete teiste orgaaniliste ühendite prekursorid.

Võimalikud energiaallikad orgaaniliste ainete moodustamiseks ilma elusorganismide osaluseta olid ilmselt elektrilahendused, ultraviolettkiirgus, radioaktiivsed osakesed, kosmilised kiired, Maa atmosfääri sisenevate meteoriitide lööklained, intensiivsest vulkaanilisest tegevusest tulenev kuumus. Nende hävitamiseks vajaliku hapniku puudumisel, aga ka elusorganismidel, mis neid toiduna kasutaksid, kogunes ookeanidesse abiogeenselt moodustunud orgaaniline aine - " esmane puljong».

Järgmine samm oli suuremate moodustamine polümeerid väikestest orgaanilistest monomeeridest, jällegi ilma elusorganismide osaluseta. Ameerika teadlane S. Fox sai kuivade aminohapete segu kuumutamise tulemusena erineva pikkusega polüpeptiide. Neid nimetati proteinoidideks, st. valgulised ained. Ilmselt võis primitiivsel Maal selliste juhusliku aminohapete või nukleotiidide järjestusega proteinoidide ja polünukleotiidide moodustumine toimuda mõõna järel alles jäänud veehoidlates vee aurustumisel.

Kui polümeer on moodustunud, on see võimeline mõjutama teiste polümeeride moodustumist. Mõned proteinoidid on võimelised, nagu ensüümid, katalüüsima teatud keemilised reaktsioonid: see oli see võime, mis ilmselt oli peamine omadus mis määras nende edasise arengu. Katsed näitavad, et üks nukleotiidide segust saadud polünukleotiid võib olla teise sünteesi matriitsiks.

Polüpeptiidid moodustasid oma amfoteersuse tõttu kolloidseid hüdrofiilseid komplekse (st veemolekulid, moodustades valgumolekulide ümber kesta, eraldasid need kogu vee massist). Sel juhul seostati üksikuid komplekse üksteisega, mis viis primaarsest söötmest eraldatud tilkade moodustumiseni. koacerveerib võimeline absorbeerima ja selektiivselt akumuleerima erinevaid ühendeid. Looduslik valik soodustas kõige stabiilsemate koatservaatide süsteemide ellujäämist, mis võivad veelgi keerulisemaks muutuda.

Komplekssete molekulide edasine iseorganiseerumine, mis tekkis lipiidimolekulide kontsentratsiooni tõttu koatservaatide ja väliskeskkonna piiril, viis membraanitüüpi vaheseinte moodustumiseni. Koatservaatide siseõõnsustes, kuhu molekulid saavad tungida vaid valikuliselt, on alanud evolutsioon keemilistest reaktsioonidest biokeemilisteks. Selle teooria üks olulisemaid samme oli polünukleotiidide võime kombineerimine ensüümvalkude katalüütilise aktiivsusega.

Oparini ja tema toetajate seisukoht kujunes sisuliselt välja holobioosi hüpotees : rakueelse eellase (bioidi) struktuurse aluse moodustavad elulaadsed avatud (koatserveeritud) mikrosüsteemid, näiteks rakulised, mis on võimelised ensümaatilise mehhanismi osalusel elementaarseks metabolismiks.. Peamine valguline aine.

Genobioosi hüpotees : esmane oli geeniga sarnane makromolekulaarne süsteem, mis oli võimeline isepaljunema. RNA molekul tunnistatakse esmaseks.

Elu arengu algfaasid Maal

Kaasaegne idee elust Maal taandub asjaolule, et esimesed primitiivsed rakud ilmusid Maa veekeskkonda 3,8 miljardit aastat tagasi - anaeroobsed, heterotroofsed prokarüootid , nad toitusid sünteesitud abiogeenselt orgaanilistest ainetest või nende vähem õnnelikest kolleegidest; energiavajadus rahuldati kääritamise teel.

Heterotroofsete prokarüootsete rakkude arvu suurenemisega oli esmase ookeani orgaaniliste ühendite varu ammendunud. Nendes tingimustes on organismid võimelised autotroofia, st. orgaanilise org sünteesile. anorgaanilistest ainetest. Ilmselt olid esimesed autotroofsed organismid kemosünteetilised bakterid. Järgmine samm oli reaktsioonide väljatöötamine kasutades päikesevalgus – fotosüntees.

Vesiniksulfiid oli esimeste fotosünteetiliste bakterite elektronide allikas. Palju hiljem töötasid tsüanobakterid (sinivetikad) välja keerukama protsessi elektronide saamiseks veest. Fotosünteesi kõrvalsaadusena hakkas Maa atmosfääri kogunema hapnik. See oli evolutsiooni käigus tekkimise eelduseks aeroobne hingamine. Võime sünteesida hingamise ajal rohkem ATP-d võimaldas organismidel kiiremini kasvada ja paljuneda, samuti raskendada nende struktuure ja ainevahetust.

Arvatakse, et prokarüootsed rakud olid eukarüootide esivanemad. Vastavalt rakuteooria sümbiogenees eukarüootne rakk on keeruline struktuur, mis koosneb mitmest üksteist täiendavast prokarüootsest rakust. Mitmed andmed näitavad mitokondrite ja kloroplastide ning võib-olla ka flagellade päritolu varajastest prokarüootsetest rakkudest, millest said suurema anaeroobse raku sisemised sümbiontid.

Põhjalikud muutused struktuuris ja funktsioneerimises suurendasid oluliselt eukarüootide evolutsioonivõimalusi, mis alles 0,9 miljardit aastat tagasi ilmununa suutsid jõuda mitmerakulisele tasemele ning moodustada tänapäevase taimestiku ja loomastiku. Võrdluseks olgu öeldud, et esimeste prokarüootsete rakkude ilmumise hetkest (3,8 miljardit aastat tagasi) kuni esimeste eukarüootsete rakkude ilmumiseni kulus 2,5 miljardit aastat.

Elu tekkimine Maal: Biosfääri arengu peamised etapid

Elusorganismide mitmekesisus on organisatsiooni ja

biosfääri jätkusuutlikkus

Kaasaegne bioloogiline mitmekesisus: 5–30 miljonit liiki Maal. Bioloogiline mitmekesisus– kahe protsessi – spetsifikatsiooni ja väljasuremise – koosmõju tulemusena. Bioloogiline mitmekesisus on planeedi kõige väärtuslikum "ressurss". Bioloogiline mitmekesisus hõlmab kahte mõistet: geneetiline mitmekesisus või sama liigi isendite geneetiliste omaduste mitmekesisus ja liigiline mitmekesisus või erinevate liikide arv koosluses või kogu biosfääris. Bioloogiline mitmekesisus pakub uusi toidu-, energia-, tooraine-, keemia- ja meditsiinitoodete allikaid. Geneetiline mitmekesisus võimaldab liikidel täiustuda, kohaneda, kasutada vajalikke ressursse, leida koht Maa biogeokeemilises ringis. Bioloogiline mitmekesisus on looduse kindlustuspoliis katastroofide vastu.

Bioloogilise mitmekesisuse struktuur. Süsteemi ühikud on deemid ja populatsioonid. populatsiooni genofond.

Bioloogilise mitmekesisuse areng. End-to-End evolutsiooniline suundumus – mitmekesisuse suurenemine, mille katkestas järsk langus liikide massilise väljasuremise tagajärjel.

Inimese mõju bioloogilisele mitmekesisusele. Selle tagajärjel otsene kahju inimtegevus. Kaudne kahju mõjudest, mis rikuvad ökosüsteemide tasakaalustatud suhteid ja protsesse.

Bioloogilise mitmekesisuse säilitamine. Bioloogilise mitmekesisuse inventeerimine ja kaitse. Inimõiguste ühendamine loomade õigustega. Bioeetika. Eetiliste põhimõtete ja majanduslike huvide kombinatsioon. Bioloogilise mitmekesisuse kaitse ja looduslik areng.

Bioloogiline mitmekesisus mõjude näitajana. Kasutatakse nii bioloogilise mitmekesisuse üksikkomponente kui ka kogunäitajaid. Funktsiooni struktuuri või ökosüsteemi arengu järjestuse rikkumine väljendub tavaliselt bioloogilise mitmekesisuse vähenemises.

Praeguseks on Maal kirjeldatud umbes 3 miljonit elusorganismide liiki. Tänapäevases elusorganismide taksonoomias on järgmine taksonite hierarhia: kuningriik, osakond (loomasüsteemis tüüp), klass, järg (loomasüsteemis järjekord), perekond, perekond, liik. Lisaks eristatakse vahepealseid taksoneid: supra- ja alamkuningriike, supra- ja alajaotisi jne.

Küsimus, millal elu Maal tekkis, on alati muret teinud mitte ainult teadlastele, vaid kõigile inimestele. Vastused sellele

peaaegu kõik religioonid. Kuigi sellele pole siiani täpset teaduslikku vastust, lubavad mõned faktid püstitada enam-vähem põhjendatud hüpoteese. Gröönimaal on teadlased leidnud kiviproovi

väikeste süsinikulisanditega. Proovi vanus on üle 3,8 miljardi aasta. Süsiniku allikas oli tõenäoliselt mingi orgaaniline aine - selle aja jooksul kaotas see täielikult oma struktuuri. Teadlased usuvad, et see süsinikutükk võib olla vanim elujälg Maal.

Milline nägi välja primitiivne Maa?

Kerige edasi 4 miljardi aasta tagusesse aega. Atmosfäär ei sisalda vaba hapnikku, see on ainult oksiidide koostises. Peaaegu mitte ühtegi heli, välja arvatud tuule vile, laavaga purskuva vee sahin ja meteoriitide löök Maa pinnale. Ei taimi, loomi ega baktereid. Võib-olla nägi Maa välja selline, kui sellele elu ilmus? Kuigi see probleem on paljudele teadlastele muret valmistanud juba pikka aega, erinevad nende arvamused selles küsimuses suuresti. Tolleaegsetest tingimustest Maal võisid tunnistust anda kivimid, kuid need on geoloogiliste protsesside ja maakoore liikumiste tagajärjel juba ammu hävinud.

Selles artiklis räägime lühidalt mitmest elu tekke hüpoteesist, mis peegeldavad tänapäevaseid teaduslikke ideid. Elu tekke valdkonna tuntud spetsialisti Stanley Milleri sõnul saab elu tekkest ja selle evolutsiooni algusest rääkida hetkest, mil orgaanilised molekulid iseorganiseerusid struktuurideks, mis suutsid end taastoota. Kuid see tekitab muid küsimusi: kuidas need molekulid tekkisid; miks nad võisid end taastoota ja koonduda nendeks struktuurideks, millest tekkisid elusorganismid; mis tingimused selleks on?

Ühe hüpoteesi kohaselt sai elu alguse jäätükist. Kuigi paljud teadlased usuvad, et atmosfääris leiduv süsinikdioksiid säilib kasvuhoonetingimused, teised usuvad, et talv domineeris Maa peal. Madalatel temperatuuridel on kõik keemilised ühendid stabiilsemad ja võivad seetõttu koguneda suuremas koguses kui kõrgetel temperatuuridel. Ammoniaagi ja orgaaniliste ühendite, nagu formaldehüüd ja tsüaniid, allikaks olid kosmoses leiduvad meteoriitide fragmendid, hüdrotermiliste õhuavade heitmed ja atmosfääri elektrilahenduste käigus toimuvad keemilised reaktsioonid. Ookeanide vette sattudes külmusid nad koos sellega. Jääkihis lähenesid orgaaniliste ainete molekulid üksteisele tihedalt ja astusid interaktsioonidesse, mis viisid glütsiini ja teiste aminohapete moodustumiseni. Ookean oli kaetud jääga, mis kaitses äsja tekkinud ühendeid ultraviolettkiirguse toimel hävimise eest. See jäämaailm võib sulada näiteks siis, kui planeedile langes tohutu meteoriit (joonis 1).

Charles Darwin ja tema kaasaegsed uskusid, et elu võis tekkida veekogust. Seda seisukohta hoiavad endiselt paljud teadlased. Suletud ja võrdlemisi väike veekogu sinna voolavate vete poolt kaasa toodud orgaaniline aine võiks koguneda vajalikus koguses. Seejärel kontsentreeriti need ühendid kihiliste mineraalide sisepindadele, mis võivad olla reaktsioonide katalüsaatorid. Näiteks kaks fosfaldehüüdi molekuli, mis kohtusid mineraali pinnal, reageerisid üksteisega, moodustades fosforüülitud süsivesikute molekuli, mis on ribonukleiinhappe võimalik eelkäija (joonis 2).

Või äkki tekkis elu vulkaanilise tegevuse piirkondades? Vahetult pärast tekkimist oli Maa tuld hingav magmapall. Vulkaanipursete käigus ja sulamagmast eraldunud gaasidega toodi maapinnale mitmesuguseid orgaaniliste molekulide sünteesiks vajalikke kemikaale. Seega võivad süsinikmonooksiidi molekulid, olles sattunud katalüütilise püriidi mineraali pinnale, reageerida ühenditega, milles oli metüülrühmi ja moodustada äädikhapet, millest seejärel sünteesiti teisi orgaanilisi ühendeid (joonis 3).

Esimest korda õnnestus Ameerika teadlasel Stanley Milleril saada laboritingimustes orgaanilisi molekule – aminohappeid, simuleerides neid, mis olid ürgsel Maal aastal 1952. Siis muutusid need katsed sensatsiooniks ja nende autor saavutas ülemaailmse kuulsuse. Praegu jätkab ta California ülikoolis prebiootilise (elueelse) keemia uurimist. Paigaldus, millel esimene katse läbi viidi, oli kolbide süsteem, millest ühes oli võimalik saada võimas elektrilahendus 100 000 V pingel.

Miller täitis selle kolbi maagaasidega - metaani, vesiniku ja ammoniaagiga, mis olid ürgse Maa atmosfääris. Allpool olev kolb sisaldas väikest kogust vett, imiteerides ookeani. Elektrilahendus oli oma tugevuselt välgulähedane ja Miller eeldas, et selle toimel tekivad keemilised ühendid, mis seejärel vette sattununa reageerivad omavahel ja moodustavad keerukamaid molekule.

Tulemus ületas kõik ootused. Õhtul paigalduse välja lülitades ja järgmisel hommikul tagasi tulles leidis Miller, et vesi kolvis oli omandanud kollaka värvuse. See, mis moodustas, oli aminohapete puljong, valkude ehitusplokid. Seega näitas see katse, kui kergesti saab moodustada elavate põhikoostisosi. Vaja oli vaid gaaside segu, väikest ookeani ja väikest välgunoolt.

Teised teadlased kalduvad arvama, et Maa iidne atmosfäär erines Milleri modelleeritud atmosfäärist ning koosnes suure tõenäosusega süsinikdioksiidist ja lämmastikust. Seda gaasisegu ja Milleri eksperimentaalset seadet kasutades püüdsid keemikud luua orgaanilisi ühendeid. Nende kontsentratsioon vees oli aga nii tühine, nagu oleks basseinis lahustunud tilk toiduvärvi. Loomulikult on raske ette kujutada, kuidas võis sellises lahjendatud lahuses elu tekkida.

Kui maapealsete protsesside panus reservide loomisse primaarse orgaaniline aine oli nii tühine, kust see üldse tuli? Võib-olla kosmosest? Asteroidid, komeedid, meteoriidid ja isegi planeetidevahelised tolmuosakesed võivad kanda orgaanilisi ühendeid, sealhulgas aminohappeid. Need maavälised objektid võivad anda piisavalt orgaanilisi ühendeid, et pääseda esmasesse ookeani või väikesesse veekogusse elu tekkeks.

Sündmuste järjestus ja ajavahemik, alustades esmase orgaanilise aine tekkest ja lõpetades elu kui sellise ilmumisega, jääb ja jääb ilmselt igaveseks mõistatuseks, mis teeb muret paljudele uurijatele, aga ka küsimus, milleks. tegelikult mõelge elule.

Praegu on elul mitu teaduslikku määratlust, kuid need pole kõik täpsed. Mõned neist on nii laiad, et nende alla satuvad elutud objektid, nagu tuli või mineraalkristallid. Teised on liiga kitsad ja nende sõnul ei peeta elusana muulaid, kes järglasi ei too.

Üks edukamaid määratleb elu kui isemajandavat keemilist süsteemi, mis on võimeline käituma Darwini evolutsiooni seaduste kohaselt. See tähendab, et esiteks peab rühm elavaid isendeid tootma endaga sarnaseid järglasi, kes pärivad oma vanemate tunnused. Teiseks peaksid järeltulijate põlvkondades ilmnema mutatsioonide tagajärjed - geneetilised muutused, mis on päritud järgmistele põlvkondadele ja põhjustavad populatsiooni varieeruvust. Ja kolmandaks on vajalik, et toimiks loodusliku valiku süsteem, mille tulemusena saavad mõned isendid teiste ees eelise ja jäävad ellu muutunud tingimustes, andes järglasi.

Millised süsteemi elemendid olid vajalikud, et sellel oleks elusorganismile omased omadused? Suur number biokeemikud ja molekulaarbioloogid usuvad, et RNA molekulidel on vajalikud omadused. RNA - ribonukleiinhapped - on spetsiaalsed molekulid. Mõned neist võivad paljuneda, muteeruda, edastades seeläbi teavet ja seetõttu võivad nad osaleda looduslikus valikus. Tõsi, nad ei suuda ise replikatsiooniprotsessi katalüüsida, kuigi teadlased loodavad, et lähiajal leitakse sellise funktsiooniga RNA fragment. Teised RNA molekulid osalevad geneetilise informatsiooni “lugemises” ja selle ülekandmises ribosoomidesse, kus toimub valgumolekulide süntees, milles osalevad kolmandat tüüpi RNA molekulid.

Seega võiks kõige primitiivsemat elussüsteemi esindada RNA molekulid, mis kahekordistusid, muteerusid ja allusid looduslikule valikule. Evolutsiooni käigus tekkisid RNA baasil spetsiifilised DNA molekulid - geneetilise informatsiooni hoidjad - ja mitte vähem spetsialiseerunud valgumolekulid, mis võtsid enda kanda kõigi praegu teadaolevate bioloogiliste molekulide sünteesi katalüsaatori funktsioonid.

Mingil ajal leidis DNA-st, RNA-st ja valkudest koosnev "elav süsteem" lipiidmembraani moodustatud koti sees varjupaika ning see välismõjude eest paremini kaitstud struktuur toimis prototüübina kõige esimestele rakkudele, mis tekkisid. kolmele peamisele eluharule, mida tänapäeva maailmas esindavad bakterid, arheed ja eukarüootid. Mis puudutab selliste primaarsete rakkude ilmumise kuupäeva ja järjestust, siis see jääb saladuseks. Lisaks pole lihtsate tõenäosushinnangute kohaselt piisavalt aega evolutsiooniliseks üleminekuks orgaanilistelt molekulidelt esimestele organismidele – esimesed lihtorganismid tekkisid liiga ootamatult.

Teadlased uskusid aastaid, et vaevalt võis elu tekkida ja areneda perioodil, mil Maa põrkas pidevalt kokku suurte komeetide ja meteoriitidega, ning see periood lõppes umbes 3,8 miljardit aastat tagasi. Hiljuti leiti aga Gröönimaa edelaosas leitud Maa vanimatest settekivimitest keerukate rakuliste struktuuride jälgi, mis on vähemalt 3,86 miljardit aastat vanad. See tähendab, et esimesed eluvormid võisid tekkida miljoneid aastaid enne seda, kui meie planeedi pommitamine suurte kosmiliste kehade poolt lõppes. Kuid siis on võimalik täiesti erinev stsenaarium (joonis 4).

Maale kukkunud kosmoseobjektid võivad mängida keskset rolli elu tekkimisel meie planeedil, kuna mõnede teadlaste sõnul võivad rakud nagu bakterid pärineda teiselt planeedilt ja jõuda seejärel koos asteroididega Maale. Üks tõendeid elu maavälise päritolu kohta leiti kartulikujulise meteoriidi ALH84001 seest. Esialgu oli see meteoriit tükk Marsi maakoorest, mis paiskus seejärel umbes 16 miljonit aastat tagasi toimunud hiiglasliku asteroidi kokkupõrkes Marsi pinnaga plahvatuse tagajärjel kosmosesse. Ja 13 tuhat aastat tagasi pärast seda pikk teekond Päikesesüsteemi sees maandus see meteoriidi kujul Marsi kivimi fragment Antarktikas, kus see hiljuti avastati. Selle sees oleva meteoriidi üksikasjalik uurimine paljastas kujult kivistunud baktereid meenutavad vardakujulised struktuurid, mis tekitasid ägedaid teaduslikke vaidlusi elu võimalikkuse üle Marsi maakoore sügavustes. Neid vaidlusi on võimalik lahendada alles 2005. aastal, mil USA riiklik lennundus- ja kosmoseamet viib Marsile planeetidevahelise missiooni, et võtta proove Marsi maakoorest ja toimetada proove Maale. Ja kui teadlastel õnnestub tõestada, et Marsil asustasid kunagi mikroorganismid, saab suurema kindlusega rääkida elu maavälisest päritolust ja võimalusest tuua elu kosmosest (joonis 5).

Riis. 5. Meie päritolu on mikroobidest.

Mida oleme iidsetelt eluvormidelt pärinud? Järgmine ainuraksete organismide võrdlus inimrakkudega toob esile palju sarnasusi.

1. Seksuaalne paljunemine Kaks spetsialiseeritud vetikate sugurakku – sugurakke – paarituvad, moodustavad raku, mis kannab mõlema vanema geneetilist materjali. See meenutab üllatavalt inimese munaraku viljastamist spermatosoidiga.

2. Ripsmed Üherakulise parametsiumi pinnal olevad õhukesed ripsmed õõtsuvad nagu pisikesed aerud ja annavad sellele toidu otsimisel liikumist. Sarnased ripsmed katavad inimese hingamisteid, eritavad lima ja püüavad kinni võõrosakesed.

3. Teiste rakkude hõivamine Amööb neelab toitu, ümbritsedes seda pseudopoodiaga, mis moodustub raku osa pikenemisest ja pikenemisest. Looma või inimese kehas pikendavad amööboidsed vererakud pseudopoodiumi, et neelata ohtlikke baktereid. Seda protsessi nimetatakse fagotsütoosiks.

4. Mitokondrid Esimesed eukarüootsed rakud tekkisid siis, kui amööb püüdis kinni aeroobsete bakterite prokarüootsed rakud, mis muutusid mitokondriteks. Ja kuigi raku (kõhunäärme) bakterid ja mitokondrid ei ole väga sarnased, on neil üks ülesanne - toota energiat toidu oksüdeerimise protsessis.

5. Flagella Inimese sperma pikk flagellum võimaldab sellel suurel kiirusel liikuda. Bakteritel ja algloomadel eukarüootidel on ka sarnase siseehitusega lipukesi. See koosneb paarist mikrotuubulitest, mida ümbritsevad üheksa teist.

Elu areng Maal: lihtsast keerukani

Praegu ja ilmselt ka tulevikus ei suuda teadus vastata küsimusele, milline nägi välja kõige esimene Maale ilmunud organism – esivanem, kellelt pärinevad elupuu kolm peamist haru. Üheks haruks on eukarüootid, kelle rakkudes on moodustatud geneetilist materjali sisaldav tuum ja spetsialiseerunud organellid: energiat tootvad mitokondrid, vakuoolid jne. Eukarüootsete organismide hulka kuuluvad vetikad, seened, taimed, loomad ja inimesed.

Teine haru on bakterid - prokarüootsed (tuumaeelsed) üherakulised organismid, millel puudub väljendunud tuum ja organellid. Ja lõpuks, kolmas haru on ainuraksed organismid, mida nimetatakse arheadeks ehk arhebakteriteks, mille rakkude struktuur on sama, mis prokarüootidel, kuid lipiidide keemiline struktuur on täiesti erinev.

Paljud arhebakterid suudavad ellu jääda äärmiselt ebasoodsates keskkonnatingimustes. Mõned neist on termofiilsed ja elavad ainult kuumaveeallikates, mille temperatuur on 90 ° C ja isegi kõrgem, kus teised organismid lihtsalt surevad. Tundes end sellistes tingimustes suurepäraselt, tarbivad need üherakulised organismid rauda ja väävlit sisaldavaid aineid, aga ka mitmeid keemilised ühendid mürgine teistele eluvormidele. Teadlaste hinnangul on leitud termofiilsed arhebakterid äärmiselt primitiivsed organismid ja evolutsioonilises mõttes on Maa kõige iidsemate eluvormide lähisugulased.

Huvitav on see, et kõigi kolme eluharu kaasaegsed esindajad, kes on kõige sarnasemad oma esivanematega, elavad endiselt kõrge temperatuuriga kohtades. Selle põhjal kalduvad mõned teadlased arvama, et suure tõenäosusega tekkis elu umbes 4 miljardit aastat tagasi ookeani põhjas kuumaveeallikate lähedal, paiskudes välja metallide ja kõrge energiasisaldusega aineterikkaid ojasid. Omavahel ja tollase steriilse ookeani veega suheldes ning paljudes erinevates keemilistes reaktsioonides tekitasid need ühendid põhimõtteliselt uusi molekule. Niisiis valmistati kümneid miljoneid aastaid selles "keemiaköögis" suurim roog - elu. Ja umbes 4,5 miljardit aastat tagasi ilmusid Maale üherakulised organismid, mille üksildane olemasolu jätkus kogu eelkambriumi perioodi vältel.

Evolutsioonipuhang, mis andis alust mitmerakuliste organismide tekkeks, toimus palju hiljem, veidi üle poole miljardi aasta tagasi. Kuigi mikroorganismide suurus on nii väike, et ühte veetilka mahub miljardeid, on nende töö ulatus tohutu.

Arvatakse, et algselt ei olnud maakera atmosfääris ja maailmameres vaba hapnikku ning nendes tingimustes elasid ja arenesid ainult anaeroobsed mikroorganismid. Eriline samm elusolendite evolutsioonis oli fotosünteetiliste bakterite tekkimine, mis valguse energiat kasutades muutsid süsihappegaasi süsivesikute ühenditeks, mis on toiduks teistele mikroorganismidele. Kui esimesed fotosünteesid eraldasid metaani või vesiniksulfiidi, siis kunagi ilmunud mutandid hakkasid fotosünteesi käigus hapnikku tootma. Hapniku akumuleerumisel atmosfääris ja vetes hõivasid anoksilised nišid anaeroobsed bakterid, mille jaoks see on hävitav.

Austraaliast leitud iidsetest fossiilidest, mis on 3,46 miljardit aastat vanad, on avastatud struktuurid, mis arvatakse olevat tsüanobakterite – esimeste fotosünteetiliste mikroorganismide – jäänused. Kunagisest anaeroobsete mikroorganismide ja sinivetikate domineerimisest annavad tunnistust saastamata soolase veekogude madalates rannikuvetes leiduvad stromatoliitid. Kujult meenutavad nad suuri rändrahne ja esindavad nende elutegevuse tulemusena tekkinud huvitavat pae- või dolomiitkivimites elavate mikroorganismide kooslust. Pinnast mitme sentimeetri sügavusel on stromatoliitid küllastunud mikroorganismidega: kõige ülemises kihis elavad hapnikku tootvad fotosünteetilised tsüanobakterid; sügavamal leitakse baktereid, mis teatud määral taluvad hapnikku ega vaja valgust; alumine kiht sisaldab baktereid, mis saavad elada ainult hapniku puudumisel. Erinevates kihtides paiknevad need mikroorganismid moodustavad süsteemi, mida ühendavad nendevahelised keerulised suhted, sealhulgas toidu omad. Mikroobikile tagant leitakse kivim, mis tekib surnud mikroorganismide jäänuste koosmõjul vees lahustunud kaltsiumkarbonaadiga. Teadlased usuvad, et kui ürgsel Maal polnud mandreid ja ookeanipinnast kõrgemale kerkisid ainult vulkaanide saarestikud, leidus madalas vees stromatoliite.

Fotosünteetiliste tsüanobakterite elulise aktiivsuse tulemusena ilmus ookeani hapnik, mis umbes 1 miljard aastat pärast seda hakkas atmosfääri kogunema. Esiteks interakteerub moodustunud hapnik vees lahustunud rauaga, mis viis raudoksiidide ilmumiseni, mis järk-järgult settisid põhja. Nii tekkis miljonite aastate jooksul mikroorganismide osalusel tohutud rauamaagi lademed, millest tänapäeval terast sulatatakse.

Siis, kui peamine rauakogus ookeanides oli oksüdeerunud ega suutnud enam hapnikku siduda, pääses see gaasilisel kujul atmosfääri.

Pärast seda, kui fotosünteetilised tsüanobakterid tekitasid süsinikdioksiidist teatud energiarikka orgaanilise aine varu ja rikastasid maa atmosfääri hapnikuga, tekkisid uued bakterid – aeroobid, mis võivad eksisteerida vaid hapniku juuresolekul. Nad vajavad hapnikku orgaaniliste ühendite oksüdeerimiseks (põletamiseks) ja oluline osa saadud energiast muundatakse bioloogiliselt kättesaadavaks vormiks - adenosiintrifosfaadiks (ATP). See protsess on energeetiliselt väga soodne: ühe glükoosimolekuli lagunemisel saavad anaeroobsed bakterid vaid 2 ATP molekuli, hapnikku kasutavad aeroobsed bakterid aga 36 ATP molekuli.

Aeroobseks elustiiliks piisava hapniku tulekuga debüteerisid ka eukarüootsed rakud, millel erinevalt bakteritest on tuum ja organellid nagu mitokondrid, lüsosoomid ning vetikates ja kõrgemates taimedes kloroplastid, kus toimuvad fotosünteesireaktsioonid. Eukarüootide tekke ja arengu kohta on huvitav ja põhjendatud hüpotees, mille peaaegu 30 aastat tagasi väljendas Ameerika teadlane L. Margulis. Selle hüpoteesi kohaselt on mitokondrid, mis toimivad eukarüootsetes rakkudes energiatehastena, aeroobsed bakterid ja kloroplastid. taimerakud, milles toimub fotosüntees, on tsüanobakterid, mille neelasid arvatavasti umbes 2 miljardit aastat tagasi primitiivsed amööbid. Vastastikku kasulike interaktsioonide tulemusena muutusid imendunud bakterid sisemisteks sümbiontideks ja moodustasid neid absorbeeriva rakuga stabiilse süsteemi, eukarüootse raku.

Erineva geoloogilise vanusega kivimites leiduvate organismide fossiilsete jäänuste uuringud on näidanud, et sadu miljoneid aastaid pärast eukarüootsete eluvormide tekkimist esindasid neid mikroskoopilised sfäärilised üherakulised organismid, nagu pärm, ja nende evolutsiooniline areng kulges väga kiiresti. aeglane tempo. Kuid veidi üle 1 miljardi aasta tagasi tekkis palju uusi eukarüootseid liike, mis tähistas järsku hüpet elu arengus.

Esiteks oli see tingitud seksuaalse paljunemise ilmnemisest. Ja kui bakterid ja üherakulised eukarüootid paljunevad, tekitades endast geneetiliselt identseid koopiaid ega vaja seksuaalpartnerit, seksuaalne paljunemine paremini organiseeritud eukarüootsetes organismides, järgmisel viisil. Kaks haploidset vanemlikku ühe kromosoomikomplektiga sugurakku ühinevad, moodustades mõlema partneri geenidega kahekordse kromosoomikomplektiga sügoodi, mis loob võimalused uuteks geenikombinatsioonideks. Seksuaalse paljunemise tekkimine tõi kaasa uute organismide tekkimise, mis sisenesid evolutsiooni areenile.

Kolm neljandikku kogu elu olemasolust Maal esindasid seda eranditult mikroorganismid, kuni toimus kvalitatiivne evolutsioonihüpe, mis viis kõrgelt organiseeritud organismide, sealhulgas inimeste tekkeni. Jälgime kahaneva joonega Maa elu ajaloo peamisi verstaposte.

1,2 miljardit aastat tagasi toimus plahvatuslik evolutsioon, mis oli tingitud seksuaalse paljunemise ilmnemisest ja mida iseloomustas kõrgelt organiseeritud eluvormide – taimede ja loomade – esilekerkimine.

Segagenotüübi uute variatsioonide teke, mis toimub sugulisel paljunemisel, avaldus uute eluvormide bioloogilise mitmekesisuse kujul.

Keeruliselt organiseeritud eukarüootsed rakud tekkisid 2 miljardit aastat tagasi, kui üherakulised organismid muutsid oma struktuuri keeruliseks, absorbeerides teisi prokarüootseid rakke. Mõned neist – aeroobsed bakterid – muutusid mitokondriteks – hapnikuhingamise energiajaamadeks. Teised – fotosünteesivad bakterid – hakkasid fotosünteesi läbi viima peremeesraku sees ning muutusid vetikate ja taimede rakkudes kloroplastideks. Nende organellide ja täpselt määratletud tuumaga eukarüootsed rakud, sealhulgas geneetiline materjal, moodustavad kõik kaasaegsed keerulised eluvormid – hallitusest inimeseni.

3,9 miljardit aastat tagasi tekkisid ainuraksed organismid, mis ilmselt nägid välja nagu tänapäevased bakterid, ja arhebakterid. Nii iidsed kui ka kaasaegsed prokarüootsed rakud on ehituselt suhteliselt lihtsad: neil puudub hästi moodustunud tuum ja spetsialiseerunud organellid, nende tarretises tsütoplasmas on DNA makromolekulid – geneetilise informatsiooni kandjad ja ribosoomid, millel toimub valgusüntees ning energia on toodetakse rakku ümbritseval tsütoplasmaatilisel membraanil.

4 miljardit aastat tagasi tekkis müstiliselt RNA. Võimalik, et see tekkis lihtsamatest orgaanilistest molekulidest, mis tekkisid ürgsel maakeral. Arvatakse, et iidsetel RNA molekulidel oli geneetilise informatsiooni ja katalüütiliste valkude kandjate ülesanded, nad olid võimelised replikatsiooniks (iseenesele kahekordistuma), muteerunud ja allutati looduslikule valikule. Kaasaegsetes rakkudes RNA-l neid omadusi ei ole või ei esine, kuid see mängib väga olulist rolli vahendajana geneetilise informatsiooni ülekandmisel DNA-st ribosoomidesse, kus toimub valgusüntees.

A.L. Prohhorov
Põhineb Richard Monasterski artiklil
ajakirjas National Geographic Magazine 1998 #3