Život na Zemlji pojavio se prije više od 3,5 milijardi godina - teško je preciznije odrediti trenutak, makar samo zato što nije lako povući granicu između „gotovo živog“i „uistinu živog“. Međutim, sa sigurnošću možemo reći da se taj čarobni trenutak protezao dugi, dugi milijuni godina. Ipak, bilo je to pravo čudo.
Da biste ovo čudo shvatili u njegovoj stvarnoj vrijednosti, morate se upoznati s nizom modernih teorija koje opisuju različite mogućnosti i faze rađanja života. Od brzog, ali beživotnog skupa jednostavnih organskih spojeva, do protoorganizama koji su znali smrt i ušli u beskrajnu rasu biološke varijabilnosti. Na kraju krajeva, zar ta dva pojma - izmjenjivost i smrt - ne donose čitavu količinu života?..
1. Panspermija
Hipoteza o donošenju života na Zemlju s drugih kozmičkih tijela ima puno autoritativnih branitelja. To su mjesto zauzeli veliki njemački znanstvenik Hermann Helmholtz i švedski kemičar Svante Arrhenius, ruski mislilac Vladimir Vernadsky i britanski lord fizičar Kelvin. Međutim, znanost je carstvo činjenica, a nakon otkrića kozmičkog zračenja i njegovog destruktivnog učinka na sva živa bića, činilo se da panspermija umire.
Ali što se dublje znanstvenici ubace u to pitanje, to će se pojaviti više nijansi. Dakle, sada - uključujući i postavljanje brojnih eksperimenata na svemirskim brodovima - mnogo ozbiljnije shvaćamo sposobnost živih organizama da tolerišu zračenje i hladnoću, nedostatak vode i druge "užitke" boravka u svemiru. Nalazi svih vrsta organskih spojeva na asteroidima i kometama, u dalekim nakupinama plina i prašine i protoplanetarnim oblacima su brojni i nesumnjivi. Ali tvrdnje o otkriću tragova nečeg sumnjivog mikroba u njima ostaju nedokazane.
Lako je vidjeti da za svu svoju fascinaciju teorija panspermije samo pitanje o porijeklu života prenosi na drugo mjesto i neko drugo vrijeme. Što god je na Zemlju donijelo prve organizme - bilo da je slučajni meteorit ili lukavi plan visoko razvijenih stranaca, oni su se morali negdje i nekako roditi. Ne ovdje i mnogo dalje u prošlosti - ali život je morao prerasti iz beživotne materije. Pitanje "Kako?" ostaci.
Promotivni video:
1. Neznanstveno: Spontana generacija
Spontano porijeklo visoko razvijene žive materije iz nežive materije - poput rođenja ličinki muha u trulom mesu - može se povezati s Aristotelom, koji je generalizirao razmišljanja mnogih prethodnika i formirao holističku doktrinu spontane generacije. Poput ostalih elemenata Aristotelove filozofije, spontana generacija bila je dominantna doktrina u srednjovjekovnoj Europi i uživala je određenu podršku sve do eksperimenata Louisa Pastera, koji su u potpunosti pokazali da čak i da lete ličinke trebaju roditeljske muhe da bi se pojavile. Nemojte brkati spontanu generaciju s modernim teorijama abiogenog podrijetla života: razlika između njih je temeljna.
2. Primarna juha
Ovaj je koncept usko povezan s klasičnim eksperimentima koji su uspjeli steći status 1950-ih Stanley Miller i Harold Urey. U laboratoriju su znanstvenici modelirali uvjete koji mogu postojati na površini mlade Zemlje - mješavinu metana, ugljičnog monoksida i molekularnog vodika, brojne električne ispuštanja, ultraljubičasto svjetlo - i uskoro se više od 10% ugljika iz metana pretvara u oblik određenih organskih molekula. Više od 20 aminokiselina, šećera, lipida i prekursora nukleinske kiseline dobiveno je u pokusima Miller-Urey.
Moderne varijacije ovih klasičnih eksperimenata koriste mnogo sofisticiranije postavke koje bolje odgovaraju uvjetima rane Zemlje. Oni simuliraju utjecaj vulkana njihovim emisijama sumporovodika i sumpornog dioksida, prisutnošću dušika itd. Znanstvenici uspijevaju dobiti ogromnu i raznoliku količinu organske tvari - potencijalnih građevnih blokova potencijalnog života. Glavni problem ovih eksperimenata ostaje racemat: izomeri optički aktivnih molekula (poput aminokiselina) stvaraju se u smjesi u jednakim količinama, dok sav poznati nama život (uz nekoliko i čudnih izuzetaka) uključuje samo L-izomere.
Međutim, kasnije ćemo se vratiti na ovaj problem. Ovdje također treba dodati da je nedavno - 2015. godine, profesor iz Cambridgea John Sutherland i njegov tim pokazao mogućnost formiranja svih osnovnih „molekula života“, komponenata DNA, RNA i proteina iz vrlo jednostavnog skupa početnih komponenti. Glavni znakovi ove smjese su cijanid vodik i vodikov sulfid, koji nisu toliko rijetki u svemiru. Njima ostaje dodati neke minerale i metale koji su prisutni u dovoljnim količinama na Zemlji, poput fosfata, bakrenih i željeznih soli. Znanstvenici su izgradili detaljnu shemu reakcija koja bi dobro mogla stvoriti bogatu "primordijalnu juhu", tako da se u njoj pojavljuju polimeri i dolazi do potpune kemijske evolucije.
Hipotezu o abiogenom podrijetlu života iz "organskog bujona", koju su testirali pokusi Millera i Ureyja, iznio je 1924. sovjetski biokemičar Alexander Oparin. I premda je u "mračnim godinama" vrhunca lizenkoizma, znanstvenik stao na stranu protivnika znanstvene genetike, njegove su zasluge velike. Kao priznanje za ulogu akademika, njegovo ime nosi glavnu nagradu Međunarodnog znanstvenog društva za proučavanje porijekla života (ISSOL) - medalju Oparin. Nagrada se dodjeljuje svakih šest godina, a u različito vrijeme dodijeljeni su i Stanley Miller i velikom istraživaču kromosoma, nobelovcu Jacku Shostaku. Kao priznanje ogromnog doprinosa Harolda Ureyja, ISSOL dodjeljuje Urey medalju između Oparinove medalje (također svakih šest godina). Rezultat je jedinstvena, prava evolucijska nagrada - sa promjenjivim imenom.
3. Kemijska evolucija
Teorija pokušava opisati transformaciju relativno jednostavnih organskih tvari u prilično složene kemijske sustave, prethodnike samog života, pod utjecajem vanjskih čimbenika, mehanizama selekcije i samoorganizacije. Osnovni koncept ovog pristupa je "vode-ugljični šovinizam", koji predstavlja ove dvije komponente (voda i ugljik - NS) kao apsolutno nužne i ključne za nastanak i razvoj života, bilo na Zemlji ili negdje izvan nje. A glavni problem ostaju uvjeti pod kojima se "vode-ugljični šovinizam" može razviti u vrlo sofisticirane kemijske komplekse, sposobne prije svega na samo-umnožavanje.
Prema jednoj od hipoteza, primarna organizacija molekula mogla bi se pojaviti u mikroporima minerala gline, koji su igrali strukturnu ulogu. Škotska kemičar Alexander Graham Cairns-Smith tu je ideju iznio prije nekoliko godina. Složene biomolekule mogle bi se taložiti i polimerizirati na njihovoj unutarnjoj površini, kao na matrici: Izraelski znanstvenici pokazali su da takvi uvjeti omogućuju rast dovoljno dugih lanaca proteina. Ovdje se mogu akumulirati potrebne količine metalnih soli koje igraju važnu ulogu kao katalizatori kemijskih reakcija. Zidovi gline mogu funkcionirati kao stanične membrane, dijeleći "unutarnji" prostor u kojem se odvijaju sve složenije kemijske reakcije i razdvajajući ga od vanjskog kaosa.
Površine kristalnih minerala mogu poslužiti kao "matrice" za rast molekula polimera: prostorna struktura njihove kristalne rešetke sposobna je odabrati samo optičke izomere jedne vrste - na primjer, L-aminokiseline - koji će riješiti problem o kojem smo gore govorili. Energija za primarni "metabolizam" može se dobiti anorganskim reakcijama, kao što je redukcija mineralnog pirita (FeS2) s vodikom (do željeznog sulfida i sumporovodika). U ovom slučaju nije potrebno ni munje ni ultraljubičasto zračenje za pojavu složenih biomolekula, kao u Miller-Urey-ovim eksperimentima. To znači da se možemo riješiti štetnih aspekata njihovog djelovanja.
Mlada Zemlja nije bila zaštićena od štetnih - pa čak i smrtonosnih - komponenti sunčevog zračenja. Čak i moderni, evolucijski testirani organizmi ne bi mogli izdržati ovo oštro ultraljubičasto zračenje - unatoč činjenici da je samo Sunce bilo puno mlađe i nije davalo dovoljno topline planetu. Iz toga je proizašla hipoteza da je u doba kad se dogodilo čudo podrijetla života cijela Zemlja mogla biti prekrivena debelim slojem leda - stotinama metara; i to za najbolje. Skrivajući se ispod ove ledene ploče, život se mogao osjećati potpuno sigurno od ultraljubičastog zračenja i od čestih meteoritskih udara koji su prijetili da će ga uništiti u pupoljku. Relativno hladno okruženje također bi moglo stabilizirati strukturu prvih makromolekula.
4. Crni pušači
Doista, ultraljubičasto zračenje na mladoj Zemlji, čija atmosfera još nije sadržavala kisik i nije imala tako divnu stvar kao što je ozonski omotač, trebalo je biti smrtonosno za bilo kakav život koji se rađa. To je stvorilo pretpostavku da su krhki preci živih organizama bili prisiljeni negdje postojati skrivajući se od neprekidnog strujanja sterilizirajući sve i sve zrake. Na primjer, duboko pod vodom - naravno tamo gdje ima dovoljno minerala, miješanja, topline i energije za kemijske reakcije. I takva su mjesta pronađena.
Krajem dvadesetog stoljeća postalo je jasno da oceansko dno nikako ne može biti utočište srednjovjekovnih čudovišta: uvjeti su prestrogi, temperatura niska, nema zračenja, a rijetka organska tvar može se naseliti samo s površine. Zapravo, ovo su najopsežnije polupustove - uz neke zapažene iznimke: tamo, duboko pod vodom, blizu izlaza na geotermalne izvore, život je doslovno u punom zamahu. Crna voda zasićena sulfidima je vruća, aktivno se miješa i sadrži puno minerala.
Pušači crnog oceana su vrlo bogati i karakteristični ekosustavi: bakterije koje se hrane njima koriste reakcije željeza i sumpora, o kojima smo već raspravljali. Oni su osnova za potpuno cvjetajući život, uključujući mnoštvo jedinstvenih crva i škampi. Možda su oni bili osnova za nastanak života na planeti: barem teoretski, takvi sustavi nose sve što je potrebno za to.
2. Neznanstveni: duhovi, bogovi, preci
Bilo koji kozmološki mitovi o podrijetlu svijeta uvijek su okrunjeni antropogonskim - o podrijetlu čovjeka. I u tim maštarijama samo se može zavidjeti mašta drevnih autora: na pitanje što, kako i zašto je nastao kosmos, gdje se i kako pojavio život - i ljudi - inačice su zvučile vrlo različito i gotovo uvijek lijepo. Biljke, ribe i životinje uhvatile su s morskog dna ogromni gavrani, ljudi su puzali s tijela predaka Pangua kao crvi, oblikovani iz gline i pepela, rođeni iz brakova bogova i čudovišta. Sve je to iznenađujuće poetično, ali naravno da nema nikakve veze sa znanošću.
5. Svijet RNA
U skladu s načelima dijalektičkog materijalizma, život je "jedinstvo i borba" dva principa: promjena i naslijeđene informacije, s jedne strane, i biokemijske, strukturne funkcije, s druge strane. Jedno je nemoguće bez drugog - a pitanje gdje je započeo život, s informacijama i nukleinskim kiselinama ili s funkcijama i proteinima, ostaje jedno od najtežih. A jedno od poznatih rješenja ovog paradoksalnog problema je hipoteza o RNA svijetu, koja se pojavila krajem 1960-ih i konačno se oblikovala u kasnim 1980-ima.
RNA - makromolekule, u pohrani i prenošenju informacija nisu tako učinkovite kao DNK, te u obavljanju enzimskih funkcija - nisu toliko impresivne kao proteini. No, molekule RNK su sposobne i jedne i druge, a do danas služe kao prijenosna veza u razmjeni informacija stanice i kataliziraju brojne reakcije u njoj. Proteini se ne mogu umnožavati bez DNK informacija, a DNK to nije u stanju bez proteinskih "vještina". RNA, s druge strane, može biti potpuno autonomna: sposobna je katalizirati vlastitu „reprodukciju“- a to je dovoljno za početak.
Studije u okviru hipoteze svjetske RNA pokazale su da su ove makromolekule sposobne potpuno razvijati kemijsku evoluciju. Uzmimo za primjer ilustrativni primjer koji su pokazali kalifornijski biofizičari na čelu s Lesleyjem Orgelom: ako se etidij-bromid doda u otopinu RNK koja je sposobna za samo-razmnožavanje, koja služi kao otrov za ovaj sustav, blokirajući sintezu RNA, malo po malo, s promjenom generacija makromolekula u smjesi Pojavljuju se RNA otporne čak i na vrlo visoke koncentracije toksina. Ovako, evoluirajući, prve RNA molekule mogle bi pronaći način da sintetiziraju prve alate-proteine, a zatim - u kombinaciji s njima - „otkriju“za sebe dvostruku spiralu DNK, idealnog nositelja nasljednih informacija.
3. Neznanstveno: nepromjenljivost
Ništa znanstvenije od priča o prvim precima ne mogu se nazvati pogledi koji nose glasno ime Teorija stacionarne države. Prema riječima njezinih pristaša, nijedan život uopće nije nastao - baš kao što se ni Zemlja nije rodila, niti se svemir pojavio: oni su jednostavno bili uvijek, uvijek i ostat će. Sve to nije opravdano više od Panguovih crva: da bi se takva „teorija“shvatila ozbiljno, morat ćemo zaboraviti na bezbroj nalaza paleontologije, geologije i astronomije. I u stvari, napustiti čitavu grandioznu zgradu moderne znanosti - ali tada se, vjerojatno, vrijedi odreći svega što je zaslužno za njezine stanovnike, uključujući računala i bezbolno zubno liječenje.
6. Protocelije
Međutim, jednostavna replikacija nije dovoljna za "normalan život": svaki život je prije svega prostorno izolirano područje okoliša koje razdvaja metaboličke procese, olakšava tijek nekih reakcija i omogućuje isključenje drugih. Drugim riječima, život je stanica omeđena polupropusnom membranom sastavljenom od lipida. A "protocelije" su se trebale pojaviti već u najranijim fazama postojanja života na Zemlji - prvu hipotezu o njihovom podrijetlu izrazio je Aleksandar Oparin, dobro nam poznat. Prema njegovom mišljenju, kapljice hidrofobnih lipida nalik žutim kapljicama ulja koje plutaju u vodi mogle bi poslužiti kao "protomembrane".
Općenito, ideje znanstvenika prihvaća suvremena znanost, a u tu je temu bio uključen i Jack Shostak, koji je za svoj rad dobio medalju Oparin. Zajedno s Katarzynom Adamalom uspio je stvoriti svojevrsni model „protocelije“čiji se analog ne sastoji od modernih lipida, već od još jednostavnijih organskih molekula, masnih kiselina, koje su se mogle nakupiti na mjestima podrijetla prvih protoorganizama. Shostak i Adamala čak su uspjeli "oživjeti" svoje strukture dodavanjem magnezijevih iona (stimulirajući rad RNA polimeraza) i limunske kiseline (stabilizirajući strukturu masnih membrana) u medij.
Kao rezultat toga, završili su s potpuno jednostavnim, ali pomalo živim sustavom; u svakom slučaju, to je bila normalna protocelija koja je sadržavala okruženje zaštićeno membranom za reprodukciju RNA. Od ovog trenutka možete zatvoriti posljednje poglavlje pretpovijesti života - i započeti prva poglavlja njegove povijesti. Međutim, to je potpuno drugačija tema, pa ćemo govoriti o samo jednom, ali izuzetno važnom konceptu vezanom za prve korake evolucije života i pojavu ogromnog broja organizama.
4. Neznanstveno: Vječni povratak
"Korporativni" prikaz indijske filozofije, u zapadnoj filozofiji povezan s djelima Immanuela Kanta, Friedricha Nietzschea i Mircea Eliadea. Poetska slika vječnog lutanja svake žive duše kroz beskonačan broj svjetova i njihovih stanovnika, njezina pretvaranja u beznačajnog insekta, zatim u uzvišenog pjesnika ili čak u biće koje nam nije poznato, demona ili boga. Unatoč nedostatku ideja o reinkarnaciji, Nietzsche je zaista blizu toj ideji: vječnost je vječna, što znači da svaki događaj u njoj može - i treba se ponoviti iznova. I svako se stvorenje beskrajno vrti na ovoj vrtiću univerzalnog povratka, tako da se vrti samo glava, a sam problem primarnog porijekla nestaje negdje u kaleidoskopu bezbrojnih ponavljanja.
7. Endosimbioza
Pogledajte se u ogledalo, zavirite u oči: stvorenje s kojim se gledate složen je hibrid koji je nastao od davnina. Još u kasnom 19. stoljeću njemačko-engleski prirodoslovac Andreas Schimper primijetio je da se kloroplasti, organele biljnih stanica odgovorne za fotosintezu, repliciraju odvojeno od same stanice. Ubrzo se pojavila hipoteza da su kloroplasti simbionti, stanice fotosintetskih bakterija, koje je domaćin jednom progutao - i ostavili da ovdje žive zauvijek.
Naravno, nemamo kloroplasta, inače bismo se mogli hraniti sunčevom svjetlošću, kako to sugeriraju neke pseudoreligiozne sekte. Međutim, u 1920-ima hipoteza o endosimbiozi proširila se na mitohondrije, organele koji troše kisik i opskrbljuju energijom sve naše stanice. Do danas je ova hipoteza stekla status punopravne, više puta dokazane teorije - dovoljno je reći da mitohondrije i plastide imaju svoj genom, više ili manje mehanizme dijeljenja stanica i vlastiti sustav sinteze proteina.
U prirodi su pronađeni i drugi endosimbionti koji iza sebe nemaju milijardu godina zajedničke evolucije i nalaze se na manje dubokoj razini integracije u stanici. Na primjer, neke ameje nemaju svoje mitohondrije, ali postoje bakterije koje su unutar njih i koje obavljaju svoju ulogu. Postoje hipoteze o endosimbiotskom podrijetlu drugih organela - uključujući flagele i cilije, pa čak i stanično jezgro: prema nekim istraživačima, svi smo eukarioti rezultat neviđene fuzije između bakterija i arheja. Te verzije još nisu pronašle strogu potvrdu, ali jedno je jasno: čim se pojavila, život je počeo apsorbirati svoje susjede - i komunicirati s njima, rodivši novi život.
5. Neznanstveno: kreacionizam
Sam pojam kreacionizma nastao je u 19. stoljeću, kada su se ovom riječju počeli nazivati pristaše različitih verzija pojavljivanja svijeta i života, koje su predložili autori Tore, Biblije i drugih svetih knjiga monoteističkih religija. Međutim, u stvari, kreacionisti nisu ponudili ništa novo u usporedbi s tim knjigama, neprestano pokušavajući pobiti rigorozne i temeljne spoznaje znanosti - i zapravo, iznova i iznova, gubeći jedan položaj za drugim. Nažalost, ideje modernih pseudoznanstvenica-kreacionista mnogo su lakše razumljive: potrebno je puno napora da bi se razumjele teorije stvarne znanosti.
Sergej Vasiliev