Moderní pojetí vzniku života na Zemi je výsledkem široké syntézy přírodní vědy, mnoho teorií a hypotéz předložených výzkumníky různých specializací.

Pro vznik života na Zemi je důležitá primární atmosféra (planety).

Primární atmosféra Země obsahovala metan, čpavek, vodní páru a vodík. Působením na směs těchto plynů s elektrickými náboji a ultrafialovým zářením se vědcům podařilo získat složité organické látky, které tvoří živé bílkoviny. Takové jsou základní „stavební kameny“ života chemické prvky jako uhlík, kyslík, dusík a vodík.

V živé buňce hmotnostně obsahuje 70 % kyslíku, 17 % uhlíku, 10 % vodíku, 3 % dusíku, následuje fosfor, draslík, chlór, vápník, sodík, hořčík a železo.

Takže prvním krokem ke vzniku života je formace organická hmota z anorganických. Je spojena s přítomností chemických „surovin“, k jejichž syntéze může dojít za určitého záření, tlaku, teploty a vlhkosti.

Vzniku nejjednodušších živých organismů předcházel dlouhý chemický vývoj. Z malého množství sloučenin (v důsledku přirozeného výběru) vznikly látky s vlastnostmi vhodnými pro život. Sloučeniny, které vznikly na bázi uhlíku, tvořily „primární polévku“ hydrosféry. Látky obsahující dusík a uhlík vznikaly v roztavených hlubinách Země a byly vyneseny na povrch při vulkanické činnosti.

Druhý krok ve vzniku sloučenin je spojen se vznikem biopolymerů v primárním oceánu Země: nukleové kyseliny, proteiny. Za předpokladu, že v tomto období organické sloučeniny byly v primárním oceánu Země, pak se na povrchu oceánu mohly tvořit složité organické sloučeniny ve formě tenkého filmu a v mělké vodě ohřáté sluncem. Anaerobní prostředí usnadnilo syntézu polymerů z anorganických sloučenin. Jednoduché organické sloučeniny se začaly spojovat do velkých biologických molekul.

Vznikly enzymy – bílkovinné látky – katalyzátory, které přispívají ke vzniku nebo rozpadu molekul. V důsledku činnosti enzymů vznikly "primární prvky" života - nukleové kyseliny, komplexní polymerní látky sestávající z monomerů.

Monomery v nukleových kyselinách jsou uspořádány tak, že nesou určitou informaci, kód,

spočívající v tom, že každá aminokyselina obsažená v proteinu odpovídá určitému proteinu o 3 nukleotidech (triplet). Proteiny lze budovat na bázi nukleových kyselin a může docházet k výměně hmoty a energie s vnějším prostředím.

Symbiózou nukleových kyselin vznikly „molekulárně genetické kontrolní systémy“.

V této fázi molekuly nukleových kyselin získaly vlastnosti sebereprodukce vlastního druhu, začaly řídit proces tvorby bílkovinných látek.

Na počátku všeho živého byly revertase a syntéza matrice od DNA k RNA, vývoj molekulárního systému r - RNA - v DNA - nova. Tak vznikl „genom biosféry“.

Teplo a chlad, blesky, ultrafialová reakce, atmosférické elektrické náboje, poryvy větru a vodní výtrysky – to vše zajišťovalo začátek či útlum biochemických reakcí, charakter jejich průběhu, genové „výbuchy“.

Na konci biochemické fáze se objevily takové strukturní útvary, jako jsou membrány, omezující směs organických látek z vnějšího prostředí.

membrány hrály vedoucí role při stavbě všech živých buněk. Těla všech rostlin a živočichů se skládají z buněk.

Moderní vědci došli k závěru, že první organismy na Zemi byly jednobuněčné prokaryota. Svou strukturou připomínaly v současnosti existující bakterie nebo modrozelené řasy.

Pro existenci prvních „živých molekul“, prokaryot, je stejně jako pro všechny živé věci nezbytný příliv energie zvenčí. Každá buňka je malá „energetická stanice“. ATP a další sloučeniny obsahující fosfor slouží jako přímý zdroj energie pro buňky. Buňky přijímají energii z potravy, jsou schopny energii nejen utrácet, ale i ukládat.

Vědci naznačují, že na Zemi vzniklo mnoho prvních hrudek živé protoplazmy. Asi před 2 miliardami let se v živých buňkách objevilo jádro. Eukaryota se vyvinula z prokaryot. Na Zemi jich žije 25 - 30 druhů. Nejjednodušší z nich jsou améby. U eukaryot je v buňce zdobené jádro s látkou obsahující kód pro syntézu bílkovin.

V této době existovala „výběr“ rostlinného nebo živočišného životního stylu. Rozdíl mezi těmito životními styly souvisí se způsobem výživy a výskytem fotosyntézy, která spočívá ve vytváření organických látek (například cukrů z oxidu uhličitého a vody pomocí světelné energie).

Rostliny díky fotosyntéze produkují organickou hmotu, díky níž dochází k nárůstu hmoty rostlin, a produkují velké množství organické hmoty.

S nástupem fotosyntézy se do zemské atmosféry začal dostávat kyslík a vznikla sekundární zemská atmosféra s vysokým obsahem kyslíku.

Vzhled kyslíku a intenzivní vývoj suchozemských rostlin - největší jeviště ve vývoji života na Zemi. Od tohoto okamžiku začala postupná úprava a vývoj živých forem.

Život se všemi svými projevy způsobil hluboké změny ve vývoji naší planety. Zlepšující se proces evoluce, živé organismy se stále více rozšiřují na planetě, přičemž se velkou měrou podílejí na přerozdělování energie a látek v zemské kůře, jakož i ve vzdušných a vodních obalech Země.

Vznik a šíření vegetace vedly k zásadní změně složení atmosféry, zpočátku obsahovala velmi málo volného kyslíku a skládala se převážně z oxidu uhličitého a pravděpodobně i metanu a čpavku.

Rostliny asimilující uhlík z oxidu uhličitého vytvořily atmosféru obsahující volný kyslík a pouze jeho stopy oxid uhličitý. Volný kyslík ve složení atmosféry sloužil nejen jako aktivní chemické činidlo, ale také jako zdroj ozónu, který blokoval cestu krátkých ultrafialových paprsků k zemskému povrchu (ozonová clona).

Zároveň uhlík, nahromaděný po staletí ve zbytcích rostlin, vytvářel energetické zásoby v zemské kůře v podobě usazenin organických sloučenin ( uhlí, rašelina).

Rozvoj života v oceánech vedl k vytvoření sedimentárních hornin skládajících se z koster a dalších zbytků mořských organismů.

Tyto usazeniny, jejich mechanický tlak, chemické a fyzikální přeměny změnily povrch zemská kůra. To vše svědčilo o přítomnosti biosféry na Zemi, ve které se odvíjely životní jevy a trvají dodnes.

Má to dlouhá historie. Všechno to začalo asi před 4 miliardami let. Atmosféra Země ještě nemá ozónovou vrstvu, koncentrace kyslíku ve vzduchu je velmi nízká a na povrchu planety není nic slyšet, kromě vybuchujících sopek a hluku větru. Vědci se domnívají, že takto vypadala naše planeta, když se na ní začal objevovat život. Je velmi těžké to potvrdit nebo vyvrátit. Horniny, které mohly lidem poskytnout více informací, se díky geologickým procesům na planetě zhroutily už dávno. Takže hlavní fáze vývoje života na Zemi.

Vývoj života na Zemi. jednobuněčné organismy.

Život začal s příchodem nejjednodušších forem života - jednobuněčných organismů. První jednobuněčné organismy byly prokaryota. Tyto organismy se poprvé objevily poté, co se Země stala vhodnou pro začátek života. by nedovolil, aby se na jeho povrchu a v atmosféře objevily i ty nejjednodušší formy života. Tento organismus ke své existenci nepotřeboval kyslík. Koncentrace kyslíku v atmosféře se zvýšila, což vedlo ke vzniku eukaryota. Pro tyto organismy se kyslík stal hlavní věcí pro život, v prostředí, kde byla koncentrace kyslíku nízká, nepřežily.

První organismy schopné fotosyntézy se objevily 1 miliardu let po objevení života. Tyto fotosyntetické organismy byly anaerobní bakterie . Postupně se začal vyvíjet život a po poklesu obsahu dusíkatých organických sloučenin se objevily nové živé organismy, které uměly využívat dusík ze zemské atmosféry. Taková stvoření byla modrozelené řasy. Evoluce jednobuněčných organismů se odehrála po strašlivých událostech v životě planety a všechny fáze evoluce byly chráněny pod magnetické pole Země.

Nejjednodušší organismy postupem času začaly vyvíjet a zdokonalovat svůj genetický aparát a vyvíjet způsoby jejich rozmnožování. Poté v životě jednobuněčných organismů došlo k přechodu k dělení jejich generativních buněk na mužské a ženské.

Vývoj života na Zemi. mnohobuněčné organismy.

Po vzniku jednobuněčných organismů se objevily složitější formy života - mnohobuněčné organismy. Vývoj života na planetě Zemi získal složitější organismy, vyznačující se složitější stavbou a složitými přechodnými fázemi života.

První etapa života Koloniální jednobuněčné stadium. Zkomplikuje se přechod od jednobuněčných organismů k mnohobuněčným organismům, stavba organismů a genetický aparát. Tato fáze je považována za nejjednodušší v životě mnohobuněčných organismů.

Druhá etapa života Primární diferencované stadium. Složitější stadium je charakterizováno začátkem principu „dělby práce“ mezi organismy jedné kolonie. V této fázi došlo ke specializaci tělesných funkcí na tkáňové, orgánové a systémově-orgánové úrovni. Díky tomu se u jednoduchých mnohobuněčných organismů začala formovat nervová soustava. Systém ještě neměl nervové centrum, ale existuje koordinační centrum.

Třetí etapa života Centralizovaná-diferencovaná etapa. Během této fáze se morfofyziologická struktura organismů komplikuje. Ke zlepšení této struktury dochází posílením tkáňové specializace, zkomplikují se potravní, vylučovací, generativní a další systémy mnohobuněčných organismů. Na nervové soustavy objeví se dobře definované nervové centrum. Zlepšují se způsoby rozmnožování – od vnějšího oplození k vnitřnímu.

Závěrem třetí etapy života mnohobuněčných organismů je vzhled člověka.

Zeleninový svět.

Evoluční strom nejjednodušších eukaryot byl rozdělen do několika větví. Objevily se mnohobuněčné rostliny a houby. Některé z těchto rostlin mohly volně plavat na hladině vody, zatímco jiné byly připevněny ke dnu.

psilofyty- rostliny, které jako první ovládly zemi. Pak vznikly další skupiny suchozemských rostlin: kapradiny, kyjové mechy a další. Tyto rostliny se množí sporami, ale přednostně vodní prostředí stanoviště.

Rostliny dosáhly velké rozmanitosti v období karbonu. Rostliny se vyvíjely a mohly dosahovat výšky až 30 metrů. V tomto období se objevily první nahosemenné rostliny. Největším rozšířením se mohly pochlubit lykosformy a cordaity. Cordaites se podobal jehličnatým rostlinám v podobě kmene a měl dlouhé listy. Po tomto období byl povrch Země rozmanitý s různými rostlinami, které dosahovaly výšky 30 metrů. Po dlouhé době se naše planeta stala podobnou té, kterou známe nyní. Nyní na planetě existuje obrovské množství zvířat a rostlin, objevil se člověk. Člověk jako racionální bytost poté, co se postavil „na nohy“, zasvětil svůj život studiu. Hádanky začaly člověka zajímat, stejně jako to nejdůležitější - odkud se člověk vzal a proč existuje. Jak víte, na tyto otázky stále neexistují žádné odpovědi, existují pouze teorie, které si vzájemně odporují.

Od dětství mám na poličce zajímavou knihu o historii naší planety, kterou už čtou moje děti. Pokusím se krátce sdělit, co si pamatuji, a řeknu vám, kdy se objevily živé organismy.

Kdy se objevily první živé organismy?

Ke vzniku došlo díky řadě příznivých podmínek nejpozději před 3,5 miliardami let – v r archaická éra. První zástupci živého světa měli nejjednodušší strukturu, ale postupně se v důsledku přirozeného výběru vyvinuly podmínky pro komplikování organizace organismů. To vedlo ke vzniku zcela nových forem.

Následující období vývoje života jsou tedy následující:

• Proterozoikum - počátek existence prvních primitivních mnohobuněčných organismů, například měkkýšů a červů. Kromě toho se v oceánech vyvinuly řasy, předchůdci složitých rostlin;
• paleozoikum je obdobím záplav moří a výrazných změn v obrysech pevniny, které vedly k částečnému vyhynutí většiny živočichů a rostlin;
• mezozoikum - nové kolo ve vývoji života, doprovázené vznikem masy druhů s následnou progresivní modifikací;
• Cenozoikum – zvláště milník- vznik primátů a vývoj člověka z nich. V této době planeta získala obrysy nám známé země.

Jak vypadaly první organismy?

První tvorové byly malé hrudky bílkovin, zcela nechráněné před jakýmkoli nárazem. Většina zemřela, ale přeživší byli nuceni se přizpůsobit, což znamenalo začátek evoluce.

Navzdory jednoduchosti prvních organismů měly důležité schopnosti:

• reprodukce;
• vstřebávání látek z prostředí.

Dá se říci, že jsme měli štěstí – v historii naší planety prakticky nedošlo k žádným radikálním změnám klimatu. Jinak by i malá změna teploty mohla zničit malý život, což znamená, že by se člověk neobjevil. První organismy neměly kostru ani skořápky, a tak je pro vědce poměrně obtížné vysledovat historii z geologických nalezišť. Jediná věc, která nám umožňuje tvrdit o životě v Archeanu, je obsah plynových bublin ve starověkých krystalech.

Vznik života na Zemi je jednou z nejobtížnějších a zároveň aktuálních a nejzajímavějších otázek moderní přírodní vědy.

Země pravděpodobně vznikla před 4,5-5 miliardami let z obřího mraku vesmírný prach. jejichž částice jsou stlačeny do horké koule. Vodní pára se z ní uvolňovala do atmosféry a voda v průběhu milionů let v podobě deště vypadávala z atmosféry na pomalu se ochlazující Zemi. V zákoutích zemského povrchu vznikl pravěký oceán. V něm se asi před 3,8 miliardami let zrodil původní život.

Původ života na Zemi

Jak samotná planeta vznikla a jak se na ní objevila moře? Existuje na to jedna široce přijímaná teorie. V souladu s ní vznikla Země z oblaků kosmického prachu, obsahujícího všechny chemické prvky známé v přírodě, které byly stlačeny do koule. Z povrchu této rozžhavené koule unikala horká vodní pára, která ji zahalila do souvislé oblačnosti.Vodní pára v oblacích se pomalu ochlazovala a přeměňovala ve vodu, která v podobě vydatných nepřetržitých dešťů dopadala na stále horké, hořící Země. Na svém povrchu se opět proměnil ve vodní páru a vrátil se do atmosféry. Během milionů let Země postupně ztratila tolik tepla, že její tekutý povrch začal při chladnutí tvrdnout. Tak vznikla zemská kůra.

Uplynuly miliony let a teplota zemského povrchu klesla ještě více. Bouřková voda se přestala odpařovat a začala proudit do obrovských louží. Tím začal vliv vody na povrch Země. A pak kvůli poklesu teploty přišla pořádná povodeň. Voda, která se předtím vypařila do atmosféry a proměnila se v její součást, se neustále řítila dolů k Zemi, z mraků padaly silné přeháňky s hromy a blesky.

Kousek po kousku se v nejhlubších prohlubních zemského povrchu hromadila voda, která se již nestihla úplně odpařit. Bylo toho tolik, že postupně na planetě vznikl prehistorický oceán. Blesk prořízl oblohu. Ale nikdo to neviděl. Na Zemi ještě nebyl žádný život. Neustálý liják začal smývat hory. Voda z nich vytékala v hlučných potocích a rozbouřených řekách. Během milionů let vodní toky hluboce korodovaly zemský povrch a na některých místech se objevila údolí. Obsah vody v atmosféře se snižoval a na povrchu planety se hromadilo stále více.

Souvislá oblačnost se ztenčila, až se jednoho dne první sluneční paprsek dotkl Země. Trvalý déšť je u konce. Většinu země pokrýval prehistorický oceán. Z jeho horních vrstev voda vyplavila obrovské množství rozpustných minerálů a solí, které spadly do moře. Voda se z něj průběžně odpařovala, tvořila se oblaka a soli se usazovaly a časem docházelo k postupnému zasolování. mořská voda. Zřejmě za určitých podmínek, které existovaly ve starověku, vznikaly látky, ze kterých vznikaly zvláštní krystalické formy. Rostly jako všechny krystaly a daly vzniknout novým krystalům, které na sebe připojovaly stále více nových látek.

Jako zdroj energie v tomto procesu sloužilo sluneční světlo a možná i velmi silné elektrické výboje. Z takových prvků se snad zrodili první obyvatelé Země – prokaryota, organismy bez vytvořeného jádra, podobně jako např. moderní bakterie. Byli anaeroby, to znamená, že k dýchání nepoužívali volný kyslík, který v té době ještě nebyl v atmosféře. Zdrojem potravy pro ně byly organické sloučeniny, které na ještě neživé Zemi vznikly v důsledku vystavení ultrafialovému záření ze Slunce, výbojům blesků a teplu vznikajícímu při sopečných erupcích.

Život tehdy existoval v tenkém bakteriálním filmu na dně nádrží a na vlhkých místech. Tato éra vývoje života se nazývá archejská. Z bakterií a možná zcela samostatně vznikly i drobné jednobuněčné organismy - nejstarší prvoci.

Jak vypadala primitivní Země?

Rychle vpřed do doby před 4 miliardami let. Atmosféra neobsahuje volný kyslík, je pouze ve složení oxidů. Téměř žádné zvuky, kromě hvízdání větru, syčení vody vytékající lávou a dopadu meteoritů na povrch Země. Žádné rostliny, žádná zvířata, žádné bakterie. Možná takhle vypadala Země, když se na ní objevil život? Přestože tento problém znepokojuje mnoho badatelů již dlouhou dobu, jejich názory na tuto věc se značně liší. Tehdejší poměry na Zemi by mohly dokládat horniny, které však byly dávno zničeny v důsledku geologických procesů a pohybů zemské kůry.

Teorie o původu života na Zemi

V tomto článku budeme stručně hovořit o několika hypotézách původu života, které odrážejí moderní vědecké myšlenky. Podle Stanleyho Millera, známého odborníka v oblasti vzniku života, lze o vzniku života a počátku jeho evoluce mluvit od okamžiku, kdy organické molekuly organizovali se do struktur, které se mohly reprodukovat. To však vyvolává další otázky: jak tyto molekuly vznikly; proč se mohli reprodukovat a sestavovat do těch struktur, které daly vzniknout živým organismům; jaké jsou pro to podmínky?

Existuje několik teorií o původu života na Zemi. Jedna z dlouhodobých hypotéz například říká, že byl na Zemi přivezen z vesmíru, ale neexistuje pro to žádný přesvědčivý důkaz. Život, který známe, je navíc překvapivě uzpůsoben k existenci právě v pozemských podmínkách, pokud tedy vznikl mimo Zemi, pak na planetě pozemského typu. Většina moderních vědců věří, že život vznikl na Zemi, v jejích mořích.

Teorie biogeneze

Ve vývoji učení o původu života zaujímá důležité místo teorie biogeneze - vzniku živého pouze z živého. Ale mnozí to považují za neudržitelné, protože zásadně staví proti živému a neživému a potvrzuje myšlenku věčnosti života odmítnutou vědou. Abiogeneze - myšlenka původu živých věcí z neživých věcí - výchozí hypotéza moderní teorie původ života. V roce 1924 slavný biochemik A.I. Oparin navrhl, že se silnými elektrickými výboji v zemskou atmosféru, který se před 4-4,5 miliardami let skládal z amoniaku, metanu, oxidu uhličitého a vodní páry, mohly vzniknout nejjednodušší organické sloučeniny nezbytné pro vznik života. Předpověď akademika Oparina se naplnila. V roce 1955 americký výzkumník S. Miller, procházejícím elektrickými náboji směsí plynů a par, získal nejjednodušší mastné kyseliny, močovina, kyselina octová a mravenčí a několik aminokyselin. V polovině 20. století tak byla experimentálně prováděna abiogenní syntéza bílkovinných a jiných organických látek za podmínek reprodukujících podmínky primitivní Země.

Teorie panspermie

Teorie panspermie je možnost přenosu organických sloučenin, spór mikroorganismů z jednoho kosmického těla jinému. Ale vůbec nedává odpověď na otázku, jak život ve Vesmíru vznikl? Je třeba ospravedlnit vznik života v tom bodě vesmíru, jehož stáří podle teorie velký třesk, je omezena na 12-14 miliard let. Do té doby neexistovaly ani elementární částice. A pokud neexistují jádra a elektrony, není chemické substance. Pak během pár minut vznikly protony, neutrony, elektrony a hmota vstoupila do cesty evoluce.

Tato teorie je založena na četných pozorováních UFO, skalních rytinách věcí, které vypadají jako rakety a „astronauti“, a zprávách o údajných setkáních s mimozemšťany. Při studiu materiálů meteoritů a komet v nich bylo nalezeno mnoho „předchůdců života“ - látky, jako jsou kyanogeny, kyselina kyanovodíková a organické sloučeniny, které možná hrály roli „semen“, která padala na holou Zemi.

Zastánci této hypotézy byli laureáti Nobelova cena F. Creek, L. Orgel. F. Crick na základě dvou nepřímých důkazů: univerzálnosti genetický kód: nezbytný pro normální metabolismus všech živých bytostí molybdenu, který je nyní na planetě extrémně vzácný.

Původ života na Zemi je nemožný bez meteoritů a komet

Výzkumník z Texaské technické univerzity po analýze obrovského množství shromážděných informací předložil teorii, jak by se mohl na Zemi tvořit život. Vědec si je jistý, že vzhled raných forem ten nejjednodušší život na naší planetě by nebylo možné bez účasti komet a meteoritů, které na ni dopadly. Výzkumník se podělil o svou práci na 125. výročním zasedání Geologické společnosti Ameriky, které se konalo 31. října v Denveru v Coloradu.

Autor díla, profesor geověd v Texasu technologická univerzita(TTU) a kurátor muzea paleontologie na univerzitě Sankar Chatterjee řekl, že k tomuto závěru dospěl po analýze informací o raném geologická historie naší planety a porovnání těchto dat s různými teoriemi chemické evoluce.

Odborník se domnívá, že tento přístup nám umožňuje vysvětlit jedno z nejskrytějších a ne zcela pochopených období v historii naší planety. Podle mnoha geologů k většině vesmírných „bombardování“ zahrnujících komety a meteority došlo v době asi před 4 miliardami let. Chatterjee věří, že nejstarší život na Zemi vznikl v kráterech po dopadech meteoritů a komet. A s největší pravděpodobností se tak stalo v období „Pozdního těžkého bombardování“ (před 3,8-4,1 miliardami let), kdy se srážky malých vesmírných objektů s naší planetou dramaticky zvýšily. V té době došlo k několika tisícům případů pádu komet najednou. Zajímavé je, že tuto teorii nepřímo podporuje model Nice. Podle ní skutečný počet komet a meteoritů, které měly v té době dopadnout na Zemi, odpovídá skutečnému počtu kráterů na Měsíci, který byl zase jakýmsi štítem pro naši planetu a neumožňoval nekonečné bombardování. zničit to.

Někteří vědci naznačují, že výsledkem tohoto bombardování je kolonizace života v oceánech Země. Několik studií na toto téma zároveň naznačuje, že naše planeta má více zásob vody, než by měla. A tento přebytek je připisován kometám, které k nám přiletěly z Oortova oblaku, který je od nás pravděpodobně vzdálen jeden světelný rok.

Chatterjee poukazuje na to, že krátery vzniklé těmito srážkami byly vyplněny roztavenou vodou ze samotných komet a také nezbytnými chemickými stavebními kameny nezbytnými pro vznik nejjednodušších organismů. Vědec se zároveň domnívá, že místa, kde se život neobjevil ani po takovém bombardování, se prostě ukázala jako nevhodná.

„Když se Země zformovala asi před 4,5 miliardami let, byla zcela nevhodná pro výskyt živých organismů na ní. Byl to skutečný vroucí kotel sopek, jedovatého horkého plynu a neustále na něj dopadajících meteoritů,“ píše s odkazem na vědce internetový časopis AstroBiology.

"A po jedné miliardě let se z ní stala tichá a klidná planeta, bohatá na obrovské zásoby vody, obývaná různými představiteli mikrobiálního života - předky všech živých bytostí."

Život na Zemi mohl vzniknout z hlíny

Skupina vědců vedená Danem Luem z Cornell University přišla s hypotézou, že obyčejný jíl by mohl sloužit jako koncentrátor pro nejstarší biomolekuly.

Zpočátku se výzkumníci nezabývali problémem původu života – hledali způsob, jak zvýšit účinnost systémů bezbuněčné syntézy proteinů. Místo aby nechali DNA a její podpůrné proteiny volně plavat v reakční směsi, pokusili se je vnutit do hydrogelových částic. Tento hydrogel jako houba absorboval reakční směs, sorboval potřebné molekuly a v důsledku toho byly všechny potřebné složky uzamčeny v malém objemu – stejně jako se to děje v buňce.

Autoři studie se pak pokusili použít jíl jako levnou náhradu hydrogelu. Ukázalo se, že částice jílu jsou podobné částicím hydrogelu a staly se druhem mikroreaktorů pro interagující biomolekuly.

Po obdržení takových výsledků si vědci nemohli pomoci, ale připomněli si problém původu života. Částice jílu se svou schopností sorbovat biomolekuly by ve skutečnosti mohly sloužit jako vůbec první bioreaktory pro úplně první biomolekuly, než měly membrány. Tuto hypotézu podporuje i fakt, že vyluhování silikátů a dalších minerálů z hornin za vzniku jílu začalo podle geologických odhadů těsně předtím, než se podle biologů nejstarší biomolekuly začaly spojovat do protobuněk.

Ve vodě, respektive v roztoku, by se toho mohlo stát jen málo, protože procesy v roztoku jsou naprosto chaotické a všechny sloučeniny jsou velmi nestabilní. Jíl moderní vědou - přesněji povrch částic jílových minerálů - je považován za matrici, na které by se mohly tvořit primární polymery. Ale to je také jen jedna z mnoha hypotéz, z nichž každá má své silné stránky a slabé stránky. Ale abychom mohli simulovat vznik života v plném měřítku, musí být skutečně Bůh. I když na Západě už dnes existují články s názvy „Buněčná stavba“ nebo „Modelování buněk“. Například jeden z posledních laureáti Nobelovy ceny James Szostak se nyní aktivně snaží vytvořit účinné modely buněk, které se samy reprodukují a reprodukují svůj vlastní druh.

Teorie spontánní (spontánní) generace

Teorie spontánního generování života byla rozšířena ve starověkém světě - Babylon, Čína, Starověký Egypt A Starověké Řecko(Na tuto teorii navázal zejména Aristoteles).

Vědci starověk A středověká Evropa věřili, že živé bytosti neustále vznikají z neživé hmoty: červi - z bahna, žáby - z bahna, světlušky - z ranní rosy atd. Takže slavný holandský vědec 17. století. Van Helmont zcela vážně popsal ve svém vědeckém pojednání zážitek, kdy za 3 týdny dostal myši do zamčené tmavé skříně přímo ze špinavé košile a hrsti pšenice. Italský vědec Francesco Redi (1688) se poprvé rozhodl podrobit široce uznávanou teorii experimentálnímu ověření. Dal několik kusů masa do nádob a některé z nich pokryl mušelínem. V otevřených nádobách se na povrchu hnijícího masa objevili bílí červi – larvy much. V nádobách pokrytých mušelínem nebyly žádné muší larvy. F. Redimu se tedy podařilo prokázat, že muší larvy nevznikají z hnijícího masa, ale z vajíček nakladených mouchami na jeho povrch.

V roce 1765 slavný italský vědec a lékař Lazzaro Spalanzani vařil masové a zeleninové vývary v uzavřených skleněných baňkách. Bujóny v uzavřených baňkách se nekazily. Došel k závěru, že pod vlivem vysoké teploty zemřeli všichni živí tvorové schopní způsobit zkažení vývaru. Pokusy F. Rediho a L. Spalanzaniho však nepřesvědčily všechny. Vitalističtí vědci (z latiny vita - život) věřili, že ve vařeném vývaru nedochází ke spontánní tvorbě živých bytostí, protože je v něm zničena zvláštní „životní síla“, která nemůže proniknout do uzavřené nádoby, protože je transportována vzduchem. .

Spory o možnost spontánního generování života zesílily v souvislosti s objevem mikroorganismů. Pokud se složité živé bytosti nemohou spontánně rozmnožovat, možná to mohou mikroorganismy?

V tomto ohledu Francouzská akademie v roce 1859 oznámila udělení ceny tomu, kdo s konečnou platností rozhodne otázku možnosti či nemožnosti spontánního generování života. Toto ocenění obdržel v roce 1862 slavný francouzský chemik a mikrobiolog Louis Pasteur. Stejně jako Spalanzani uvařil živný vývar ve skleněné baňce, ale baňka nebyla obyčejná, ale s hrdlem ve tvaru trubice ve tvaru 5. Vzduch, a tedy i „životní síla“, mohl proniknout do baňky, ale prach a s ním i mikroorganismy přítomné ve vzduchu se usadily ve spodním koleni trubice ve tvaru 5 a vývar v baňce zůstal sterilní. (Obr. 2.1.1). Stálo však za to zlomit hrdlo baňky nebo propláchnout podkolenní trubici ve tvaru 5 sterilním vývarem, protože vývar se začal rychle kalit - objevily se v něm mikroorganismy.

Díky práci Louise Pasteura tak byla teorie spontánního generování uznána jako neudržitelná a in vědecký svět byla založena teorie biogeneze, jejíž stručná formulace je „všechno živé je z živých věcí“.

Pokud však všechny živé organismy v historicky předvídatelném období vývoje lidstva pocházejí pouze z jiných živých organismů, nabízí se zákonitě otázka: kdy a jak se na Zemi objevily první živé organismy?

Teorie stvoření

Teorie kreacionismu předpokládá, že všechny živé organismy (nebo jen jejich nejjednodušší formy) byly vytvořeny („navrženy“) v určitém časovém období nějakou nadpřirozenou bytostí (božstvo, absolutní idea, supermysl, supercivilizace atd.). Je zřejmé, že stoupenci většiny předních náboženství světa, zejména křesťanského náboženství, se od starověku drželi tohoto názoru.

Teorie kreacionismu je stále poměrně rozšířená nejen v náboženských, ale i vědeckých kruzích. Obvykle se používá k vysvětlení nejsložitějších, nevyřešených otázek biochemické a biologické evoluce spojené se vznikem proteinů a nukleových kyselin, vznikem mechanismu interakce mezi nimi, vznikem a tvorbou jednotlivých komplexních organel či orgánů (jako např. ribozom, oko nebo mozek). Akty periodického „tvoření“ také vysvětlují absenci jasných přechodných vazeb z jednoho druhu zvířat
jinému, například od červů po členovce, od opic po lidi atd. Je třeba zdůraznit, že filozofický spor o primát vědomí (nadmysl, absolutní idea, božstvo) či hmoty nelze v zásadě vyřešit, neboť pokus o vysvětlení případných obtíží moderní biochemie a evoluční teorie v zásadě nepochopitelné nadpřirozené akty stvoření tyto otázky překračují vědecký výzkum, nelze teorii kreacionismu zařadit do kategorie vědeckých teorií vzniku života na Zemi.

Teorie ustáleného stavu a panspermie

Obě tyto teorie jsou komplementárními prvky jediného obrazu světa, jehož podstata je následující: vesmír existuje věčně a život v něm existuje věčně (stacionární stav). Život je přenášen z planety na planetu „semínkami života“ cestujícími ve vesmíru, která mohou být součástí komet a meteoritů (panspermie). Podobné názory na vznik života zastával zejména akademik V.I. Vernadského.

Teorie stacionárního stavu, která předpokládá nekonečně dlouhou existenci vesmíru, však není v souladu s daty moderní astrofyziky, podle níž vesmír vznikl relativně nedávno (asi před 16 miliardami let) primární explozí. .

Je zřejmé, že obě teorie (panspermie a stacionární stav) vůbec nenabízejí vysvětlení mechanismu primárního vzniku života, jeho přenášení na jiné planety (panspermie) nebo jeho přesouvání do nekonečna v čase (teorie stacionárního Stát).

Žít na zemi - odkud jsme? O verze není nouze – od čistě vědeckých až po ty nejfantastičtější. Na tuto otázku hledá lidstvo odpověď tisíce let. Na to se na přednášce konané v r pokusil odpovědět známý ruský biofyzik Vsevolod Tverdislov vzdělávací centrum"Sírius". Vysvětlil, proč je na Zemi jen jeden živý organismus, co je společné mezi slizovkou a železnice v Tokiu a jak hledat mimozemšťany. „Lenta.ru“ uvádí hlavní teze svého projevu.

Tři otázky

Ve vědě jsou pro osvícené lidstvo pouze tři otázky: jak vznikl vesmír, jak v něm vznikl život a jak se živé bytosti naučily myslet. Abyste porozuměli takovým globálním tématům, musíte přemýšlet ve velkém měřítku, nikoli v rámci nějaké konkrétní vědy.

Mnoho procesů lze vysvětlit pomocí takového konceptu, jako je „samoorganizace aktivních médií“. Aktivní médium energeticky a informačně spojuje heterogenní procesy v prostoru a čase. Takové zdánlivě odlišné jevy, jako je šíření ohně při stepním požáru, šíření fám a infekcí, měn nebo jazyků, jsou vysvětleny stejným způsobem, pokud je vezmeme v úvahu z hlediska biofyziky.

Biofyzika je obor biologie, který studuje fyzikální aspekty existence živé přírody na všech jejích úrovních, od molekul a buněk až po biosféru jako celek, a také nauku o fyzikálních procesech probíhajících v biologických systémech. různé úrovně organizace a vliv různých fyzikálních faktorů na biologické objekty. Biofyzika je povolána k odhalení vazeb mezi fyzikálními mechanismy, které jsou základem organizace živých objektů, a biologickými charakteristikami jejich životní činnosti.

Jinými slovy, mechanismy sebeorganizace ve fyzikálně-chemických, biologických, ekologických a sociálních systémech lze posuzovat z obecného hlediska. Po pochopení samoorganizace aktivních médií je možné vytvořit modely, které popisují takové zdánlivě odlišné procesy, jako je operace laseru, koagulace krve, chemické reakce, tlukot srdce nebo vzhled letokruhů na stromě.

Dokonce i Aristoteles prohlásil: „Ve filozofii je správné uvažovat o podobnostech i ve věcech, které jsou od sebe daleko. moderní věda vychází z toho, že toto tvrzení platí nejen pro filozofii.

Jsme místní

Kolik organismů je na Zemi? Jedna: biosféra. Toto je jediný soběstačný organismus, pod nohama má periodickou tabulku, shora padá popel nu, tedy světelná kvanta. No, podmínky na Zemi se samozřejmě musí brát v úvahu.

Aktivní médium se samoorganizuje podle stejných principů bez ohledu na jeho velikost. Jako příklad si vezměte, jak se slizovka šíří po kůře dubu. Nejjednodušší organismus, půlmilimetrová buňka, kus slizu, který může narůst tak velký, že pokryje metry stromu.

Vědci provedli experiment založený na zeměpisná mapa Tokio a okolí. Kolem slizovky, která se jakoby nachází na místě japonského hlavního města, rozložili jídlo v místech, kde se nacházejí města a obce sousedící s Tokiem. Slizovka se začala pohybovat směrem k potravě a kladla k ní kanály – „cestičky“. Když vědci porovnávali pohybový vzorec experimentálního organismu a skutečnou mapu japonských dopravních tepen, shodovali se. Všechna aktivní média se sama organizují a dodržují stejné zákony.

Sebeorganizace je základem veškerého života na Zemi. Zároveň je důležité vzít v úvahu, že tato sebeorganizace je určena především fyzikální zákony- i v biologii, i když jsou lidé zvyklí vykládat biologii skrz chemické sloučeniny. Pokud mluvíme o dědičnosti, pak si vzpomeňte na DNA. Když mluvíme o biologických pracovních nástrojích, mají na mysli proteiny a enzymy. Pokud slyšíte o buněčné membráně, vybaví se vám lipidové membrány.

Výsledkem je, že i astronomové hledají při hledání života ve vesmíru sloučeniny uhlíku, které se podobají aminokyselinám. Pokud se setkáte s něčím, co se podobá nukleovým kyselinám, pak se předpokládá, že tam existují formy života. Není ale vůbec zřejmé, že mimo Zemi bude stejná DNA jako tady.

Jak funguje přírodní výběr na Zemi? Příroda upřednostňuje určité kyseliny a odmítá jiné ne proto, že by je měla nebo neměla ráda. A nevybírají se ani samotné aminokyseliny – příroda si mezi různými fyzikálními formami vybírá principy účinnosti: nejúčinnější vítězí. To znamená, že mimozemské civilizace je třeba hledat nikoli prostřednictvím DNA, ze které jsme my, lidé, ale prostřednictvím fyzických forem spotřeby energie.

To je základ konceptu Dysonovy sféry, který vyvinul americký astrofyzik Freeman Dyson. Nápad si mimochodem vypůjčil z knihy "The Starmaker" spisovatele sci-fi Olafa Stapledona. Jak navrhl hledat mimozemskou inteligenci? Je nutné vytvořit ve vesmíru tenký kulovitý obal velkého poloměru, srovnatelného s poloměrem planetárních drah, s hvězdou ve středu. Předpokládá se, že vyspělá civilizace mimozemšťanů dokáže využít kouli k plnému využití energie hvězdy nebo k řešení problému životního prostoru. Podle kolísání energie budou objeveni mimozemšťané.

Dosud nebyla mimo Zemi nalezena jediná, byť nejprimitivnější sloučenina, kterou by nebylo možné na naší planetě syntetizovat. Vše, co se nachází ve vesmíru, nyní produkuje samotná Země. Jinými slovy, neexistuje žádný důkaz, že život na Zemi byl zaveden zvenčí. To vyvrací hypotézu panspermie, která naznačuje, že zárodek života (například výtrusy mikroorganismů) přinesl na naši planetu z vesmíru řekněme meteorit.

Pokud na meteorit dorazí pět aminokyselin, stále z nich musíte vytvořit buňku. Představte si, že máte housle, buben a fagot, ale to, že máte tyto hudební nástroje, neznamená, že máte orchestr. To je hlavní tajemství původu života. Tento orchestr k nám na Zemi nikdo nepřivedl. Všechny sloučeniny, které se nacházejí ve vesmíru, se vyrábí i na Zemi – za pomoci blesků a přírodních katalyzátorů.

Vyhněte se rovnováze

Často můžete slyšet výraz „tento organismus je v rovnováze s životní prostředí". Fyzik tuto frázi vykládá jednoznačně: "tento organismus je mrtvý." Jsme zásadně nerovnovážní a vyjmutí z termodynamické rovnováhy, a pokud mluvíme o našich vztazích s okolím, pak jsme v termodynamické, energetické a materiálové rovnováze. Může to být stacionární vztahy nebo nestacionární, ale ne rovnovážné. Rovnováhu můžeme mít jen na hřbitově.

Vlastní podstatou života je interakce rozdílů v chemických a elektrických potenciálech, koncentracích a tak dále. Pouze v případě nerovnosti a nerovnováhy může dojít k chemickému procesu. Z pohledu biofyzika je energetický život parabolou. Na dně se život zastaví, v jistém smyslu tam není. Procesy samoorganizace aktivního média začínají, když rovnováha končí a systém se od ní vzdaluje.

Pokud vezmeme dva systémy se stejným elektrickým potenciálem - bez ohledu na to, jak velký je - pak nemůže dojít k žádnému pohybu nábojů. Potřebujeme asymetrii. To je hlavní podmínka pro spuštění procesů. Chemické procesy poháněný fyzikou. Na tom je postavena moderní systémová biologie a biofyzika. A nyní je jednou z nejslibnějších oblastí věda, která na jedné straně zahrnuje biofyziku a na straně druhé synergetiku.

Synergetika nebo teorie komplexní systémy- interdisciplinární směr vědy, který studuje obecné vzorce jevů a procesů ve složitých nerovnovážných systémech (fyzikálních, chemických, biologických, environmentálních, sociálních a dalších) založených na jejich vlastních principech samoorganizace. Synergetika je interdisciplinární přístup, protože principy řídící procesy samoorganizace se zdají být stejné bez ohledu na povahu systémů a pro jejich popis by měl být vhodný společný matematický aparát.

Slavný francouzský fyzik, nositel Nobelovy ceny Pierre Curie řekl, že příroda je poháněna porušením symetrie, samotný pohyb je v podstatě deformací symetrie, protože symetrie je statická.

Je třeba mít na paměti, že příroda se často neřídí tím, co fyzici tradičně nazývají „zákon“. Například Hookeův zákon je tvrzení, podle kterého je deformace, ke které dochází v pružném tělese, přímo úměrná síle, která na něj působí. Ale tento zákon neplatí pro velké deformace - není možné natáhnout pružinu například o 10 kilometrů. Ne každý fyzikální zákon je tedy přírodním zákonem. Musíte pochopit proporce. lineární závislosti. Zde je zřejmé, že systémy vzdálené rovnováze mohou procházet hladkými úseky a spadat do tzv. bifurkačních bodů – tedy bifurkací.

Velmi často (zejména politici) říkají, že vývoj by měl jít cestou evoluce, nikoli revoluce. Ale evoluce, včetně biologické evoluce, po hladkém vývoji prochází právě rozdvojením a je velmi těžké předvídat, jak to bude po průchodu bodem rozdvojení. Míra přesnosti předpovědi je přibližně stejná jako u předpovědí počasí. Pravděpodobnost 100% shody je nepravděpodobná, jelikož ani sama příroda neví, jak se zachová po projetí bodu rozdvojení.

Extrémně zjednodušeně můžeme říci, že život na Zemi je systém sestávající ze dvou konjugovaných subsystémů – biosféry a lidské „ekonomiky“. Každý z nich je hierarchicky uspořádaným aktivním prostředím, žádné z nich nemůže existovat samo o sobě.

Právě tímto směrem se nyní rozvíjí věda o živém – v hledání vztahu mezi energetickými toky hmoty a informací a časoprostorovou sebeorganizací. Proč například ryby často plavou ve velkých hejnech? Tímto způsobem snižují odpor vody pro každou jednotlivou pohybující se rybu. Ale najednou se objeví žralok a kloub se rozpadne. Je to funkční, ale je to také změna symetrie. A když se podíváte na to, co se stalo, z pohledu biofyzika, je to rozdvojení.

Na pokraji nového průlomu

Na začátku 20. století se zdálo, že téměř všechny klasické základní vědy byly dokončeny. Geografické objevy vytvořili astronomové všechna nejbližší souhvězdí a zařízení Sluneční Soustava popsáno, geologové vše prozkoumali, fyzika a chemie jsou dokončeny, Maxwellovy rovnice jsou napsány, elektromagnetismus je pochopen, teoretická mechanika je zvládnuta, existuje periodická tabulka, lidé chápou, jak jsou uspořádány organické sloučeniny. Zdálo se, že je vše známo - nebylo kam jít dál.

A najednou průlom: objeví se kvantová mechanika, objevuje se teorie relativity, kvantová mechanika přichází do chemie a dává jí nový mocný impuls. V polovině 20. století měly klasické vědy obrovské množství odvětví: fyziku pevné tělo, makromolekulární fyzika, vesmírná fyzika a tak dále. Vědy jsou rozptýleny v obrovském množství aplikovaných oblastí. Vladimir Ivanovič Vernadskij, slavný ruský a sovětský přírodovědec, napsal: „Růst vědeckého poznání 20. století rychle stírá hranice mezi jednotlivými vědami. Stále více se nespecializujeme na vědy, ale na problémy.“

Díky tomu došlo k silnému průlomu civilizace, k mocnému průlomu. Ale lidstvo, radující se ze silného startu, prožilo druhou polovinu 20. století a začátek 21. století velmi průměrně. Aplikované oblasti vědy nedaly světu nic zásadně nového, neustále aktualizují obal starých myšlenek. Například, jaderné elektrárny se staly mnohem spolehlivějšími, ale samotný princip jejich fungování se od 50. let minulého století nezměnil. Gadgety jsou stále tenčí, říkáme, že jsou modernější, ale principy jejich fungování zůstávají stejné.

Pro nový civilizační průlom nadešel čas zaměřit se nikoli na aplikované oblasti vědy, ale na ty základní, s cílem dát světu nový průlom, který pak budou aplikované oblasti využívat dalších sto let.

Dochází k novému spojení věd. Fyzika začala spojovat svá dvě krajní křídla, spojující myšlenky nejmenšího a největšího, tzn. elementární částice a vesmír. Vědci jsou úzce zapojeni do teorie velkého třesku. Stejné procesy probíhají v biologii. Vědci si upevňují znalosti o velkém (biosféra) a malém (genom).

Mimochodem, neschopnost naučit vidět obraz světa jako celku je jednou ze slabých stránek a moderní vzdělání: žáci a studenti dostávají mnoho nesourodých informací, které existují odděleně v myslích, aniž by se proměnily v jedinou znalost. Často používaný výraz „klipové myšlení“ popisuje tuto situaci tím nejlepším možným způsobem.

Co přinese sjednocení věd? Brzy to zjistíme a možná se necháme překvapit. Slavný anglický spisovatel Arthur Clarke, jeden z takzvaných „velkých tří spisovatelů sci-fi“, jejichž vliv se neomezoval pouze na literaturu, ve své knize „Future Features“ (1962) formuloval „Clarkovy zákony“ a první z nich čte : „Pokud je to zasloužené, moudrý vědec říká, že něco ve vědě je možné, má téměř jistě pravdu. Pokud říká, že něco není možné, téměř jistě se mýlí."