Kust tekkis elu maa peal? Kuidas elu maa peal tekkis. Kas teile meeldis materjal? tellige meie e-posti uudiskiri

Probleem elu päritolu Maal on inimesi pikka aega huvitanud ja muretsenud. Meie planeedi elu tekke kohta on mitmeid hüpoteese:

elu on loonud Jumal;
elu Maal toodi väljastpoolt;
planeedi elusolendid on elututest asjadest korduvalt spontaanselt tekkinud;
elu on alati eksisteerinud;
elu tekkis biokeemilise revolutsiooni tagajärjel.

Erinevate hüpoteeside mitmekesisus taandub kahele üksteist välistavale vaatepunktile. Biogeneesi teooria pooldajad uskusid, et kõik elusolendid pärinevad ainult elusolenditest. Nende vastased kaitsesid abiogeneesi teooriat – nad uskusid, et elusolendite tekkimine elututest on võimalik.

Paljud teadlased eeldasid spontaanse elu tekkimise võimalust. Spontaanse elupõlvkonna võimatust tõestas Louis Pasteur.

Teine etapp on valkude, rasvade, süsivesikute ja nukleiinhapete moodustumine lihtsatest orgaanilistest ühenditest esmase ookeani vetes. Nende ühendite eraldatud molekulid kontsentreeriti ja moodustasid koatservaadid, toimides avatud süsteemidena, mis on võimelised keskkonnaga aineid vahetama ja kasvama.

Kolmas etapp - koatservaatide ja nukleiinhapete koosmõju tulemusena moodustusid esimesed elusolendid - probiondid, mis on võimelised lisaks kasvule ja ainevahetusele ka isepaljunema.

Juhised

Praegu peetakse biokeemilist teooriat elu tekke kohta aktsepteerituks. Selle töötas välja Nõukogude teadlane Aleksandr Oparin 1924. aastal. Selle teooria kohaselt on elusolendite ilmumine ja edasine areng võimatu ilma eelneva pikaajalise keemilise evolutsioonita, mis seisneb orgaaniliste molekulide ilmumises ja arengus.

Umbes 4 miljardit aastat tagasi oli Maal juba tahke maakoor ja praegusest oluliselt erinev atmosfäär, milles hapnikku praktiliselt ei olnud, küll aga oli ohtralt vesinikku, metaani, lämmastikku ja veeauru. Hapniku puudumine, ilma milleta ei saa tänapäevast elu ette kujutada, oli õnnistuseks keemilise evolutsiooni esimeses etapis, kuna hapnik on tugev oksüdeeriv aine ja suures koguses seda ei saanud orgaanilised molekulid lihtsalt moodustuda.

Pärast Maa piisavat jahtumist hakkasid selle atmosfääris toimuma orgaaniliste molekulide sünteesiprotsessid, mis toimusid abiogeenselt, st süntees ei toimunud mitte selle abil, mida veel ei eksisteerinud, vaid tänu juhuslikele reaktsioonidele. keemiliste vahel. Energiat sünteesiks andsid välk, kosmiline kiirgus ja ennekõike Päikeselt tulev kõva ultraviolettkiirgus. Abiogeense sünteesi võimalus on täielikult tõestatud, kuna seda saab laboris kergesti korrata, lisaks on seda nüüd täheldatud vulkaanilise tegevuse ajal.

Järk-järgult langes primaarse atmosfääri temperatuur, mõned ained hakkasid üle minema gaasilisest olekust vedelasse, algasid vihmad ja tekkisid esimesed ookeanid, mis olid küllastunud lihtsate orgaaniliste ühenditega, mis hakkasid aktiivselt interakteeruma, luues üha keerukamaid ühendeid. .

1986. aastal formuleeriti RNA maailma teooria, mille kohaselt olid esimesed ühendid, mis suutsid sarnaseid molekule reprodutseerida, ribonukleiinhappemolekulid. RNA molekule ei saa nimetada elusorganismideks, kuna neil ei olnud kesta, mis neid keskkonnast eraldaks.

Eeldatakse, et kestad ilmusid esimestesse RNA-desse, kui need sattusid juhuslikult rasvhapete sfääridesse. Karpide sees said võimalikuks keerulised biokeemilised ainevahetusprotsessid. Evolutsiooni käigus jäid elujõulisemad ühendid alles ja lõpuks tekkisid esimesed lihtsamad elusorganismid.

Elu tekke kohta Maal on mitmeid teisi teooriaid:
- elu spontaanse põlvkonna teooria on tuntud juba iidsetest aegadest, eeldati, et elusorganismid tekivad juhuslikult elutust ainest, näiteks kärbsed mädanenud lihast, linnud lehtedest jne;
- kreatsionismi teooria väidab, et elusolendid lõi supermõistus - võõras tsivilisatsioon, Jumal, absoluutne idee;
- on olemas teooria, mille kohaselt toodi meie planeedile elu kosmosest, kuid see teooria kannab lihtsalt elu tekke teise kohta ega selgita selle mehhanismi.

Video teemal

Universum koosneb lugematust arvust galaktikatest ja tähtedest, mille planeedisüsteemid võivad olla organismide eksisteerimiseks üsna sobivad. Kas see tähendab, et elusaine säde võib süttida väljaspool päikesesüsteemi, misjärel see toodi planeedile Maa? Elu tekkega seotud küsimused on muret tekitanud mitu põlvkonda teadlasi.

Juhised

Mitu aastat tagasi teatas Ameerika ajakirjandus, et rühm Kopenhaageni ülikooli teadlasi avastas, et elu tekkis universumisse umbes 13 miljardit aastat tagasi, st peaaegu kohe pärast hüpoteetilist Suurt Pauku. Füüsikud on hoolikalt uurinud kaugeid galaktikaid, mille valguskiirgus kannab teavet selle kauge aja kohta. Kõik eksperdid ei pea aga Euroopa teadlaste järeldusi õigustatuks.

Enne Kopenhaageni füüsikute sensatsioonilist avastust usuti, et kõige lihtsamad eluvormid võisid universumi ruumis tekkida suhteliselt hiljuti – kolm kuni neli miljardit aastat tagasi. Kuid isegi see ajaline vahemaa tundub tänapäeva inimese jaoks hiiglaslik, isegi kui võtta arvesse, et planeet Maa tekkis umbes 4,5 miljardit aastat tagasi.

Tol kaugel ajastul olid universumi struktuuri juba tekkinud rasked keemilised elemendid, mida Universumi sünnihetkel ei olnud. Tulevase elu aluseks said varasemate järelduste kohaselt olla vaid termotuumareaktsioonid, mis toimusid esimeste tähtede sügavuses. Nende käivitamiseks kulus mitu miljardit aastat.

Kuid tänapäeva uurijatele ei paku huvi mitte ainult elu olemasolu võimalik vanus, vaid ka koht, kust see tekkis. Kaasaegsed teadlased jagunevad selles osas kahte leeri. Mõned teadlased väidavad, et elu on universumis ainulaadne nähtus. Ja see pärines Maalt, mille tingimused olid optimaalsed kõige lihtsamate valgusüsteemide moodustamiseks, mis tekkisid iidsest keemilisest "puljongist".

On neid, kes usuvad, et fundamentaalsed eluvormid on mööda tohutut universumit laiali. Kosmiliste kehadega reisides jõudsid planeedile Maa mikroorganismid, mida võib laias laastus nimetada "protolifeks". Selles päikesesüsteemi nurgas eksisteerisid tingimused, mis võimaldasid mikroorganismidel areneda keerukamateks eluvormideks. Need elusaine evolutsiooniprotsessid kestsid miljardeid aastaid.

Olgu kuidas on, aga teadlased peavad elu tekkimist Universumi mastaabis mitte juhuslikuks, vaid loomulikuks protsessiks. Alates selle tekkimisest on aine pidevalt arenenud lihtsatest vormidest keerukateks. Aatomid ja molekulid ühinesid aeglaselt aineks, tekkisid väikesed ja väga suured kosmoseobjektid. Mateeria arenguloogika, mis pole veel täielikult materialistlikule seletamisele allutav, on viinud mateeria komplikatsioonini ja keeruliste struktuuride tekkeni elu "esimestest ehitusplokkidest" - aminohapetest.

Elu tekke ja tekke otsene protsess universumis on teadlastele siiani saladuseks. Täna saame rääkida vaid enam-vähem õiglastest oletustest, mis vajavad hoolikat kontrollimist. Olulist abi selles võivad anda nn kosmilise mikrolaine taustkiirguse uuringud, mis kannavad esialgset infot miljardeid aastaid kestnud mateeria evolutsiooni käigust.

Video teemal

Allikad:

• Elu suur mõistatus 2019. aastal

Kindlasti ei ole inimesed universumis üksi. Inimkond pole lihtsalt veel valmis leppima tõsiasjaga, et väljaspool päikesesüsteemi eksisteerib intelligentne elu. Isekus ja tavapärane maailmapilt ei lase meil argisaginas näha seda, mis on terava pilgu eest varjatud.

On haruldane, et inimene pole mõelnud sellele, kas universumis on muud elu peale maise elu. Oleks naiivne ja isegi isekas uskuda, et ainult planeedil Maa on intelligentne elu. Faktid UFOde ilmumisest maailma eri paikadesse, ajaloolised käsikirjad, arheoloogilised väljakaevamised näitavad, et inimesed ei ole universumis üksi. Lisaks on olemas "kontaktorid", kes suhtlevad teiste tsivilisatsioonide esindajatega. Vähemalt nii nad väidavad.

Topeltstandard

Kahjuks on enamik valitsuse egiidi all tehtud avastusi klassifitseeritud "Täiesti salajasteks", mis varjab tavainimeste eest palju fakte teiste eluvormide olemasolu kohta universumis. Näiteks on kadunud mitu tuhat Marsi pinnalt tehtud fotot, millel on näha kanaleid, ebatavalisi ehitisi ja püramiide.

Võimalikust elust Päikesesüsteemis ja kaugemalgi võib rääkida pikalt, kuid teadusmaailm vajab katsutavaid ja vaadeldavaid tõendeid.

Viimane huvitav avastus

Teadlased on juba mitu põlvkonda püüdnud leida tõendeid intelligentse elu olemasolu kohta universumis. Hiljuti toimus järjekordne Ameerika Astronoomia Seltsi koosolek, mille käigus teatati olulisest sündmusest: Kepleri observatooriumi seadmete abil õnnestus avastada planeet, mis on nii oma parameetritelt kui ka astronoomiliselt asendilt väga sarnane Maaga.

Näib, mis sellel viga on? Selgub, et avastatud planeedi atmosfääris on veest moodustunud pilved! Muidugi ei tähenda pilvede olemasolu midagi, kui arvestada elu olemasolu planeedil. Kuigi kolmkümmend aastat tagasi kinnitasid teadlased, et vee olemasolu planeedil tähendab, et sellel on elu. Pilved on otsene tõend vee olemasolust.

Kuigi on ammu teada, et ka Veenusel on pilved, koosnevad need väävelhappest. Sellistes tingimustes ei saa planeedi pinnal elu areneda.

Et vastata mitmetele küsimustele, otsustasid NASA egiidi all olevad teadlased saata 2017. aastal satelliidi, mis rändab Päikesesüsteemist kaugemale. Ta peab leidma tõendeid intelligentse elu kohta väljaspool selle piire.

Või äkki tasub vaadata Maast väljapoole?

Paljude teadlaste sõnul külastavad meie Maad perioodiliselt teiste tsivilisatsioonide esindajad. Just nemad jätsid Peruusse Antarktikasse Kertši katakombid, Uurali mägede all maa-alused koodid, mis on kasutusel tänaseni. Väga hästi on need kirja pandud G. Sidorovi raamatutes “Inimtsivilisatsiooni arengu kronoloogiline-esoteeriline analüüs”. Selle lehtedel on palju fakte, mis kinnitavad intelligentse elu olemasolu väljaspool päikesesüsteemi.

Siiani ei oska eksperdid vastata küsimusele, kuidas Egiptuses, Mehhikos ja Peruus püramiide ​​ehitati. On üsna mõistlik eeldada, et need on püstitatud esindajate poolt

Raske on leida inimest, kes ei imestaks, kuidas elu Maal alguse sai. Selles küsimuses on palju ideid, alates Piiblist ja Darwinist kuni tänapäevase evolutsiooniteooriani, mis vastavalt teadlaste viimastele avastustele pidevalt muutub.

Loomulikult on kõik dinosaurustest kuulnud, näinud neid filmides ja muuseumides ning vähesed vaidlustavad nende ajaloolise olemasolu.

Kuigi kuni 1842. aastani ei saanud inimkond isegi aru, et planeedi erinevatest kohtadest leitud hiidloomade luud kuuluvad samasse tüüpi, nimetades neid "draakoniteks" või omistades säilmed Trooja sõjas võidelnud titaanidele. See nõudis teadlaste nägemust, kes võrdlesid andmeid ja andsid kummalistele säilmetele nime: dinosaurused. Ja tänapäeval teame väga hästi, millised need miljoneid aastaid tagasi välja surnud hiiglaslikud sisalikud välja nägid, paljusid nende liike on kirjeldatud ja iga laps teab, kes nad on.

Asjaolu, et need hiiglaslikud roomajad ilmusid Maale 225–250 miljonit aastat tagasi ja surid täielikult välja umbes 66 miljonit aastat enne meie kronoloogiat, ei šokeeri enamikku tavainimestest, keda teaduse üksikasjad ei huvita. Loomulikult mäletame ka dinosaurustega seotud krokodille, kes jälgivad oma päritolu liigina 83 miljonit aastat tagasi ja on suutnud sellest ajast peale ellu jääda. Kuid kõik need numbrid on meie meeles harva skaalal korrelatsioonis.

Kui vana on inimkond?

Kaasaegse liigi Homo Sapiens, mis tähendab homo sapiens, vanust ei tea paljud, mida teadlased hindavad vaid 200 tuhandeks aastaks. See tähendab, et inimkonna kui liigi vanus on 1250 korda väiksem kui roomajate klassi vanus, kuhu dinosaurused kuulusid.

Need andmed on vaja teadvusesse sobitada ja korrastada, kui tahame mõista, kuidas elu meie planeedile algselt tekkis. Ja kust tulevad inimesed ise, kes püüavad seda elu tänapäeval mõista?

Tänaseks on teadlaste salajased materjalid muutunud avalikkusele kättesaadavaks. Viimaste aastate šokeeriv lugu eksperimentidest, mis on evolutsiooniteooriat ümber kirjutanud ja toonud valgust elu algusele meie planeedil, on õhku paisanud aastakümneid kestnud väljakujunenud dogmad. Geneetika saladused, mis on tavaliselt kättesaadavad ainult kitsale "initsiatiivide" ringile, andsid Darwini eeldusele selge vastuse.

Liigi Homo Sapiens (mõistlik inimene) on vaid 200 tuhat aastat vana. Ja meie planeet on 4,5 miljardit!

Salajased materjalid

Veel mõni sajand tagasi võisid sellised ideed tähendada hukkamist tuleriidal. Giordano Bruno põletati ketserluse eest veidi üle 400 aasta tagasi, 1600. aasta veebruaris. Kuid tänapäeval on vaprate pioneeride põrandaalune uurimistöö saanud üldsusele teada.

Isegi 50 aastat tagasi kasvatasid isad teadmatusest sageli teiste meeste lapsi, isegi ema ise ei teadnud alati tõde. Tänapäeval on isaduse tuvastamine rutiinne analüüs. Igaüks meist saab tellida DNA-testi ja teada saada, kes olid tema esivanemad, kelle soontes voolab veri. Põlvkondade jälg jääb igaveseks geneetilisse koodi sisse.

Just see kood sisaldab vastust inimkonna kõige põletavamale küsimusele: kuidas elu alguse sai?

Teadlaste salatoimikud paljastavad ainsa tõese vastuse leidmise loo. See on lugu visadusest, visadusest ja hämmastavast loovusest, mis hõlmab kaasaegse teaduse suurimaid avastusi.

Püüdes mõista, kuidas elu sai alguse, on inimesed asunud avastama planeedi kaugemaid nurki. Selle otsingu käigus tembeldati mõned teadlased oma katsete eest "koletisteks", teised aga pidid neid läbi viima totalitaarse režiimi hoolika kontrolli all.

Kuidas elu Maal alguse sai?

See on kõigist olemasolevatest küsimustest võib-olla kõige keerulisem. Tuhandeid aastaid selgitas valdav enamus inimesi seda ühe teesiga - "elu lõid jumalad". Muud seletused olid lihtsalt mõeldamatud. Kuid aja jooksul olukord muutus. Terve viimase sajandi on teadlased püüdnud täpselt välja selgitada, kuidas esimene elu planeedil tekkis, kirjutab Michael Marshall BBC-le.

Enamik tänapäeva teadlasi, kes uurivad elu tekkimist, on kindlad, et liiguvad õiges suunas – ja läbiviidavad katsed ainult tugevdavad nende enesekindlust. Newtoni avastused geneetikast kirjutavad teadmiste raamatu ümber esimeselt leheküljelt viimasele.

• Mitte kaua aega tagasi avastasid teadlased inimese vanima esivanema, kes elas planeedil umbes 540 miljonit aastat tagasi. Teadlased usuvad, et sellest "hambakotist" on pärit kõik selgroogsed. Ühise esivanema suurus oli vaid millimeeter.
• Kaasaegsetel teadlastel on õnnestunud luua isegi esimene poolsünteetiline organism, mille DNA-s on toimunud põhjalikud muutused. Oleme juba väga lähedal uute valkude sünteesile ehk täiesti kunstlikule elule. Vaid paari sajandiga on inimkond suutnud luua uut tüüpi elusorganisme.
• Me mitte ainult ei loo uusi organisme, vaid muudame enesekindlalt ka olemasolevaid. Teadlased on isegi loonud "tarkvara", mis võimaldab neil rakulisi tööriistu kasutades DNA ahelat redigeerida. Muide, ainult 1% DNA-st kannab geneetilist teavet, usuvad teadlased. Milleks seda ülejäänud 99% vaja on?
• DNA on nii mitmekülgne, et suudab salvestada teavet nagu kõvaketas. Nad olid juba filmi DNA-le salvestanud ja said teabe probleemideta tagasi laadida, nagu nad kasutasid faile disketilt.

Kas peate end haritud ja kaasaegseks inimeseks? Siis peate seda lihtsalt teadma.

Kuigi DNA avastus pärineb 1869. aastast, hakati neid teadmisi kohtuekspertiisis kasutama alles 1986. aastal.

Siin on lugu elu tekkest Maal

Elu on vana. Dinosaurused on võib-olla kõige kuulsamad kõigist väljasurnud olenditest, kuid nad ilmusid ka alles 250 miljonit aastat tagasi. Esimene elu planeedil tekkis palju varem.

Vanimad fossiilid on hinnanguliselt umbes 3,5 miljardit aastat vanad. Teisisõnu, nad on 14 korda vanemad kui esimesed dinosaurused!

See pole aga piir. Näiteks 2016. aasta augustis leiti fossiilseid baktereid, mis on 3,7 miljardit aastat vanad. See on 15 tuhat korda vanem kui dinosaurused!

Maa ise pole nendest bakteritest palju vanem – meie planeet tekkis lõpuks umbes 4,5 miljardit aastat tagasi. See tähendab, et esimene elu Maal tekkis üsna "kiiresti" umbes 800 miljoni aasta pärast, planeedil eksisteerisid bakterid - elusorganismid, mis teadlaste sõnul suutsid aja jooksul muutuda keerukamaks ja tekitasid esmalt lihtsad organismid; ookeanile ja lõpuks -lõpudele ning inimkonnale endale.

Hiljutine Kanada aruanne kinnitab neid andmeid: vanimad bakterid on hinnanguliselt 3770–4300 miljardit aastat vanad. See tähendab, et elu meie planeedil tekkis üsna tõenäoliselt "umbes 200 miljonit aastat" pärast selle teket. Leitud mikroorganismid elasid raual. Nende jäänused leiti kvartskivimitest.

Kui eeldada, et elu tekkis Maal – mis kõlab mõistlikult, arvestades, et me pole seda veel leidnud teistelt kosmilistelt kehadelt, ei teistelt planeetidelt ega ka kosmosest toodud meteoriitide fragmentidelt –, siis oleks see pidanud juhtuma sellel ajaperioodil, mis hõlmab miljard aastat planeedi lõpliku moodustumise ja tänapäeval leitud fossiilide kuupäeva vahel.

Seega, kitsendades meid huvitava ajaperioodi, võime viimaste uuringute põhjal oletada, milline oli täpselt esimene elu Maal.

Teadlased on taasloonud eelajalooliste hiiglaste välimuse, kasutades väljakaevamistel leitud skelette.

Iga elusorganism koosneb rakkudest (ja nii ka teie)

Veel 19. sajandil avastasid bioloogid, et kõik elusorganismid koosnevad „rakkudest” – erineva kuju ja suurusega orgaanilise aine pisikestest tükkidest.

Esimest korda avastati rakud juba 17. sajandil, samaaegselt suhteliselt võimsate mikroskoopide leiutamisega, kuid alles poolteist sajandit hiljem jõudsid teadlased ühisele järeldusele: rakud on kogu planeedi elu alus.

Muidugi ei näe inimene välimuselt välja nagu kala ega dinosaurused, kuid peate lihtsalt mikroskoobisse vaatama, et veenduda, et inimesed koosnevad peaaegu samadest rakkudest kui loomamaailma esindajad. Lisaks on taimede ja seente aluseks samad rakud.

Kõik organismid koosnevad rakkudest, kaasa arvatud sina.

Kõige arvukam eluvorm on üherakulised bakterid.

Tänapäeval võib kõige arvukamaid eluvorme julgelt nimetada mikroorganismideks, millest igaüks koosneb ainult ühest rakust.

Kõige kuulsam sellise elu tüüp on bakterid, mis elavad kõikjal maakeral.

2016. aasta aprillis esitlesid teadlased "elupuu" uuendatud versiooni: omamoodi sugupuu iga elusorganismi liigi jaoks. Suurem osa selle puu "okstest" on hõivatud bakterite poolt. Veelgi enam, puu kuju viitab sellele, et kogu elu esivanem Maal oli bakter. Teisisõnu, kogu elusorganismide (ka teie) mitmekesisus pärines ühest ühest bakterist.

Seega saame elu tekke küsimusele täpsemalt läheneda. Selle kõige esimese raku taasloomiseks on vaja võimalikult täpselt uuesti luua tingimused, mis valitsesid planeedil rohkem kui 3,5 miljardit aastat tagasi.

Kui raske see siis on?

Üherakulised bakterid on kõige levinum eluvorm Maal.

Katsete algus

Palju sajandeid oli küsimus "kust elu alguse sai?" peaaegu kunagi ei küsinud seda tõsiselt. Lõppude lõpuks, nagu me juba alguses mäletasime, oli vastus teada: elu on loonud Looja.

Kuni 19. sajandini uskus enamik inimesi "vitalismi". See õpetus põhineb ideel, et kõik elusolendid on varustatud erilise üleloomuliku jõuga, mis eristab neid elututest objektidest.

Vitalismi ideed kattusid sageli religioossete postulaatidega. Piibel ütleb, et Jumal äratas „eluhinge” abil esimesed inimesed ja et surematu hing on üks vitalismi ilmingutest.

Kuid on üks probleem. Vitalismi ideed on põhimõtteliselt valed.

19. sajandi alguseks olid teadlased avastanud mitmeid aineid, mida leidus ainult elusolendites. Üks neist ainetest oli uriinis sisalduv uurea ja see saadi 1799. aastal.

See avastus ei läinud aga vastuollu vitalismi kontseptsiooniga. Karbamiid ilmus ainult elusorganismides, nii et võib-olla olid nad varustatud erilise eluenergiaga, mis muutis nad ainulaadseks.

Vitalismi surm

Kuid 1828. aastal suutis saksa keemik Friedrich Wöhler sünteesida karbamiidi anorgaanilisest ühendist - ammooniumtsüanaadist, millel polnud elusolenditega mingit pistmist. Teised teadlased suutsid tema katset korrata ja peagi selgus, et kõiki orgaanilisi ühendeid on võimalik saada lihtsamatest – anorgaanilistest.

See tähistas vitalismi kui teadusliku kontseptsiooni lõppu.

Kuid inimestel oli üsna raske oma tõekspidamistest lahti saada. Asjaolu, et elusolenditele ainuomastes orgaanilistes ühendites pole tegelikult midagi erilist, on paljude jaoks justkui eemaldanud elust maagia elemendi, muutes inimesed jumalikest olenditest peaaegu masinateks. Muidugi oli see Piibliga väga vastuolus.

Isegi mõned teadlased jätkasid võitlust vitalismi eest. 1913. aastal propageeris inglise biokeemik Benjamin Moore kirglikult oma "biootilise energia" teooriat, mis oli sisuliselt sama vitalism, kuid erineva kaanega. Vitalismi idee on leidnud inimese hinges emotsionaalsel tasandil üsna tugevad juured.

Tänapäeval võib selle peegeldusi leida kõige ootamatumates kohtades. Võtame näiteks mitmed ulmelood, kus tegelase "eluenergiat" saab täiendada või tühjendada. Pidage meeles "regenereerimisenergiat", mida Time Lords kasutas Doctor Wholt. Seda energiat saaks täiendada, kui see lõppeks. Kuigi idee näeb välja futuristlik, on see tegelikult vanamoodsate teooriate peegeldus.

Seega oli teadlastel pärast 1828. aastat lõpuks kaalukaid põhjusi otsida uut seletust elu tekkele, seekord heites kõrvale spekulatsioonid jumaliku sekkumise kohta.

Aga nad ei hakanud otsima. Näib, et uurimisteema soovitas ennast, kuid tegelikult ei lähenetud elu tekke mõistatusele veel mitu aastakümmet. Võib-olla olid kõik ikka veel liiga kiindunud vitalismi, et edasi liikuda.

Keemik Friedrich Wöhler suutis anorgaanilistest ainetest sünteesida uureat – orgaanilist ühendit.

Darwin ja evolutsiooniteooria

19. sajandi suurimaks läbimurdeks bioloogilistes uuringutes oli evolutsiooniteooria, mille töötas välja Charles Darwin ja mida jätkasid teised teadlased.

Darwini teooria, mis on visandatud tema 1859. aasta teoses "Liikide päritolu", selgitas, kuidas kogu loomariigi mitmekesisus tekkis ühest esivanemast.

Darwin väitis, et Jumal ei loonud igat liiki elusolendeid eraldi, vaid kõik need liigid põlvnevad miljoneid aastaid tagasi ilmunud primitiivsest organismist, mida nimetatakse ka viimaseks universaalseks ühiseks esivanemaks.

Idee osutus äärmiselt vastuoluliseks, jällegi seetõttu, et see lükkas ümber piiblipostulaadid. Darwini teooriat kritiseeriti ägedalt, eriti solvunud kristlaste poolt.

Kuid evolutsiooniteooria ei rääkinud sõnagi selle kohta, kuidas kõige esimene organism ilmus.

Kuidas tekkis esimene elu?

Darwin mõistis, et see on fundamentaalne küsimus, kuid (võib-olla tahtmata astuda järjekordsesse konflikti vaimulikkonnaga) tõstatas ta selle alles 1871. aasta kirjas. Kirja emotsionaalne toon näitas, et teadlane oli teadlik selle probleemi sügavast tähtsusest:

“...Aga kui nüüd [ah, kui suur, kui!] mõnes soojas veekogus, mis sisaldas kõiki vajalikke ammooniumi- ja fosforisoolasid ning oli ligipääsetav valgusele, soojusele, elektrile jne, tekkis keemiliselt valk, mis on võimeline veelgi keerulisemaks muutuma ... "

Teisisõnu: kujutage ette väikest veekogu, mis on täidetud lihtsate orgaaniliste ühenditega ja asub päikese all. Mõned ühendid võivad hakata interakteeruma, luues keerukamaid aineid, näiteks valke, mis omakorda samuti interakteeruvad ja arenevad.

Mõte oli üsna pealiskaudne. Kuid sellegipoolest oli see elu päritolu esimeste hüpoteeside aluseks.

Darwin ei loonud mitte ainult evolutsiooniteooriat, vaid väitis ka, et elu tekkis soojas vees, mis on küllastunud vajalike anorgaaniliste ühenditega.

Aleksander Oparini revolutsioonilised ideed

Ja esimesi samme selles suunas astuti sugugi mitte seal, kus võiks oodata. Võib arvata, et selline mõttevabadust eeldav uurimus oleks tulnud läbi viia näiteks Ühendkuningriigis või USA-s. Kuid tegelikult esitas esimesed hüpoteesid elu tekke kohta stalinistliku NSVL-i põlisaladel teadlane, kelle nime te pole ilmselt kunagi kuulnud.

On teada, et Stalin sulges paljud geneetikaalased uuringud. Selle asemel propageeris ta agronoom Trofim Lõssenko ideid, mis tema arvates sobisid paremini kommunistliku ideoloogiaga. Geneetika alast uurimistööd tegevad teadlased olid kohustatud Lõssenko ideid avalikult toetama, vastasel juhul riskisid nad laagritesse sattumisega.

Just nii pingelises keskkonnas pidi oma katsed läbi viima biokeemik Aleksandr Ivanovitš Oparin. See oli võimalik, kuna ta tõestas end usaldusväärse kommunistina: ta toetas Lõssenko ideid ja sai isegi Lenini ordeni - tol ajal auväärseima autasu.

Nõukogude biokeemik Aleksandr Oparin tegi ettepaneku, et esimesed elusorganismid tekkisid koatservaatidena.

Uus teooria esimese elu tekke kohta maa peal

Oparin kirjeldas, milline oli Maa esimestel päevadel pärast selle teket. Planeedil oli kõrvetavalt kuum pind ja see tõmbas ligi väikseid meteoriite. Ümberringi olid ainult poolsulanud kivimid, mis sisaldasid tohutul hulgal kemikaale, millest paljud põhinevad süsinikul.

Lõpuks jahtus Maa piisavalt, et aurustumine muutus esimest korda vedelaks veeks, tekitades seega esimese vihma. Mõne aja pärast ilmusid planeedile kuumad ookeanid, mis olid rikkad süsinikupõhiste kemikaalide poolest. Edasised sündmused võivad areneda kahe stsenaariumi järgi.

Esimene eeldas ainete koostoimet, milles ilmnesid keerukamad ühendid. Oparin oletas, et planeedi vesikonnas võisid tekkida elusorganismidele olulised suhkur ja aminohapped.

Teise stsenaariumi kohaselt hakkasid mõned ained interaktsioonil moodustama mikroskoopilisi struktuure. Teatavasti ei lahustu paljud orgaanilised ühendid vees: näiteks õli moodustab veepinnale kihi. Kuid mõned ained moodustavad veega kokkupuutel kuni 0,01 cm (või 0,004 tolli) läbimõõduga sfäärilisi gloobuleid ehk "koatservaate".

Koatservaate mikroskoobi all vaadeldes võib märgata nende sarnasust elusrakkudega. Nad kasvavad, muudavad kuju ja mõnikord jagunevad kaheks osaks. Samuti interakteeruvad nad ümbritsevate ühenditega, nii et teised ained võivad neisse koonduda. Oparin väitis, et koatservaadid olid tänapäevaste rakkude esivanemad.

John Haldane'i esimese elu teooria

Viis aastat hiljem, 1929. aastal, esitas inglise bioloog John Burdon Sanderson Haldane iseseisvalt oma sarnaste ideedega teooria, mis avaldati ajakirjas Rationalist Annual.

Haldane oli juba andnud tohutu panuse evolutsiooniteooria arendamisse, aidates kaasa Darwini ideede integreerimisele geneetikateadusesse.

Ja ta oli väga meeldejääv inimene. Kord koges ta dekompressioonikambris tehtud katse ajal kuulmekile rebendit, mille kohta ta hiljem kirjutas järgmist: “Kõrmekile on juba paranemas ja isegi kui sinna jääb auk, siis vaatamata kurtusele on see võimalik. sealt mõtlikult tubakasuitsurõngaid puhuda, mis on minu arvates oluline saavutus."

Nagu Oparin, soovitas Haldane täpselt, kuidas orgaanilised ühendid võivad vees suhelda: "(varem) saavutasid esimesed ookeanid kuuma supi konsistentsi." See lõi tingimused "esimeste elus- või poolelusorganismide" ilmumiseks. Samadel tingimustel võivad kõige lihtsamad organismid leida end "õlikilest".

John Haldane, sõltumatult Oparinist, esitas sarnaseid ideid esimeste organismide päritolu kohta.

Oparin-Haldane'i oletus

Seega olid esimesed bioloogid, kes selle teooria välja pakkusid, Oparin ja Haldane. Kuid idee, et elusorganismide teke ei hõlmanud Jumalat ega isegi mingit abstraktset "elujõudu", oli radikaalne. Nagu Darwini evolutsiooniteooria, oli ka see idee kristlusele näkku löömine.

NSV Liidu võimud olid selle faktiga igati rahul. Nõukogude režiimi ajal valitses riigis ateism ja võimud toetasid rõõmsalt materialistlikke seletusi sellistele keerulistele nähtustele nagu elu. Muide, Haldane oli ka ateist ja kommunist.

"Tol päevil vaadati seda ideed ainult läbi nende endi veendumuste prisma: usklikud inimesed tajusid seda vaenulikult, erinevalt kommunistlike ideede toetajatest," ütleb Saksamaa Osnabrücki ülikooli elu tekke ekspert Armen Mulkijanyan. . “Nõukogude Liidus võeti see idee rõõmuga vastu, sest nad ei vajanud Jumalat. Ja läänes jagasid seda samad vasakpoolsete vaadete toetajad, kommunistid jne.

Mõistet, et elu tekkis orgaaniliste ühendite "ürgses supis", nimetatakse Oparin-Haldane'i hüpotees. Ta nägi piisavalt veenev välja, kuid oli üks probleem. Sel ajal ei olnud läbi viidud ühtegi praktilist katset, mis selle hüpoteesi õigsust tõestaks.

Sellised katsed algasid alles peaaegu veerand sajandi pärast.

Esimesed katsed elu loomiseks "in vitro"

Harold Urey, kuulus teadlane, kes oli saanud juba 1934. aastal Nobeli keemiapreemia ja osales isegi aatomipommi loomises, hakkas huvi tundma elu päritolu küsimuse vastu.

Teise maailmasõja ajal osales Urey Manhattani projektis, kogudes pommisüdamiku jaoks vajalikku ebastabiilset uraan-235. Pärast sõja lõppu pooldas Urey tuumatehnoloogia tsiviilkontrolli.

Jurit hakkasid huvitama avakosmoses toimuvad keemilised nähtused. Ja suurimat huvi pakkusid talle Päikesesüsteemi moodustamise ajal toimunud protsessid. Ühes oma loengus juhtis ta tähelepanu sellele, et algul polnud Maal suure tõenäosusega hapnikku. Ja need tingimused olid ideaalsed "ürgsupi", millest Oparin ja Haldane rääkisid, moodustamiseks, kuna mõned vajalikud ained olid nii nõrgad, et lahustuvad kokkupuutel hapnikuga.

Loengus osales doktorant nimega Stanley Miller, kes pöördus Urey poole ettepanekuga viia läbi sellel ideel põhinev eksperiment. Alguses oli Juri selle idee suhtes skeptiline, kuid hiljem õnnestus Milleril ta ümber veenda.

1952. aastal viis Miller läbi kõigi aegade kuulsaima eksperimendi, et selgitada elu päritolu Maal.

Stanley Milleri eksperiment sai meie planeedi elusorganismide päritolu uurimise ajaloos kuulsaimaks.

Kõige kuulsam eksperiment elu tekke kohta Maal

Ettevalmistus ei võtnud palju aega. Miller ühendas rea klaaskolbe, mille kaudu ringles neli ainet, mis arvati eksisteerinud Maal: keev vesi, vesinik, ammoniaak ja metaan. Gaasid allutati süstemaatilisele sädelahendusele - see oli välgulöökide simulatsioon, mis oli Maa varajases staadiumis tavaline nähtus.

Miller leidis, et "vesi kolvis muutus pärast esimest päeva märgatavalt roosaks ja pärast esimest nädalat muutus lahus häguseks ja tumepunaseks." Uute keemiliste ühendite teke oli ilmne.

Kui Miller lahuse koostist analüüsis, avastas ta, et see sisaldab kahte aminohapet: glütsiini ja alaniini. Nagu teate, kirjeldatakse aminohappeid sageli kui elu ehitusplokke. Neid aminohappeid kasutatakse valkude moodustamisel, mis juhivad enamikku meie kehas toimuvatest biokeemilistest protsessidest. Miller lõi sõna otseses mõttes nullist elusorganismi kaks kõige olulisemat komponenti.

1953. aastal avaldati eksperimendi tulemused mainekas ajakirjas Science. Juri eemaldas ülla žestiga, ehkki mitte omavanuste teadlastele omase, tiitlist oma nime, jättes kogu au Millerile. Sellest hoolimata nimetatakse seda uuringut tavaliselt "Miller-Urey eksperimendiks".

Miller-Urey eksperimendi tähtsus

"Miller-Urey eksperimendi väärtus seisneb selles, et see näitab, et isegi lihtsas atmosfääris võib moodustuda palju bioloogilisi molekule," ütleb Cambridge'i molekulaarbioloogia laboratooriumi teadlane John Sutherland.

Kõik katse üksikasjad ei olnud täpsed, nagu hiljem selgus. Tegelikult on uuringud näidanud, et Maa varajases atmosfääris oli ka teisi gaase. Kuid see ei vähenda mingil moel katse tähtsust.

"See oli märgiline eksperiment, mis paelus paljude kujutlusvõimet, mistõttu viidatakse sellele siiani," ütleb Sutherland.

Milleri katse valguses hakkasid paljud teadlased otsima võimalusi lihtsate bioloogiliste molekulide loomiseks nullist. Vastus küsimusele "Kuidas elu Maal alguse sai?" tundus olevat väga lähedal.

Siis aga selgus, et elu on palju keerulisem, kui arvata oskaks. Elusrakud, nagu selgus, ei ole lihtsalt keemiliste ühendite kogum, vaid keerulised väikesed mehhanismid. Järsku muutus elusrakkude nullist loomine palju suuremaks probleemiks, kui teadlased ootasid.

Geenide ja DNA uurimine

20. sajandi 50. aastate alguseks olid teadlased juba kaugelt eemaldunud ideest, et elu on jumalate kingitus.

Selle asemel hakkasid nad uurima elu spontaanse ja loomuliku tekke võimalust varajasel Maal – ja tänu Stanley Milleri olulisele eksperimendile hakkasid selle idee kohta ilmnema ka tõendid.

Samal ajal kui Miller üritas elu nullist luua, nuputasid teised teadlased, millest geenid koosnevad.

Selleks hetkeks oli enamik bioloogilisi molekule juba uuritud. Nende hulka kuuluvad suhkrud, rasvad, valgud ja nukleiinhapped, nagu "desoksüribonukleiinhape" – tuntud ka kui DNA.

Tänapäeval teavad kõik, et DNA sisaldab meie geene, kuid 1950. aastatel oli see bioloogide jaoks tõeline šokk.

Valkude struktuur oli keerulisem, mistõttu teadlased uskusid, et nendes sisaldub geneetiline informatsioon.

Selle teooria lükkasid 1952. aastal ümber Carnegie Instituudi teadlased – Alfred Hershey ja Martha Chase. Nad uurisid lihtsaid viiruseid, mis koosnesid valkudest ja DNA-st, mis paljunesid teisi baktereid nakatades. Teadlased on leidnud, et bakteritesse tungib viiruse DNA, mitte valk. Sellest järeldati, et DNA on geneetiline materjal.

Hershey ja Chase'i avastus algatas võidujooksu DNA struktuuri ja selle toimimise mõistmiseks.

Martha Chase ja Alfred Hershey avastasid, et DNA kannab geneetilist teavet.

DNA spiraalne struktuur on 20. sajandi üks olulisemaid avastusi.

Esimesena lahendasid probleemi Francis Crick ja James Watson Cambridge'i ülikoolist, ilma nende kolleegi Rosalind Franklini alahinnatud abita. See juhtus aasta pärast Hershey ja Chase'i katseid.

Nende avastusest sai 20. sajandil üks olulisemaid. See avastus muutis viisi, kuidas me elu päritolu otsime, paljastades elusrakkude uskumatult keeruka struktuuri.

Watson ja Crick avastasid, et DNA on topeltheeliks (topeltheeliks), mis näeb välja nagu kumer redel. Selle redeli kaks "poolust" koosnevad molekulidest, mida nimetatakse nukleotiidideks.

See struktuur annab ülevaate sellest, kuidas rakud oma DNA-d kopeerivad. Teisisõnu saab selgeks, kuidas vanemad oma geenide koopiaid lastele edasi annavad.

Oluline on mõista, et topeltspiraali saab "lahti harutada". See võimaldab juurdepääsu geneetilisele koodile, mis koosneb geneetiliste aluste (A, T, C ja G) järjestusest, mis tavaliselt sisalduvad DNA redeli "pulkadel". Seejärel kasutatakse iga lõime mallina, et luua teisest koopia.

See mehhanism on võimaldanud geene põlvkondade kaupa edasi anda alates elu algusest. Teie enda geenid pärinevad lõpuks iidsest bakterist – ja iga kord, kui need üle kanti, kasutasid nad sama mehhanismi, mille avastasid Crick ja Watson.

Esimest korda avalikustati avalikkuse ette üks elu sügavamaid saladusi.

DNA struktuur: 2 selgroogu (antiparalleelsed ahelad) ja nukleotiidide paarid.

DNA väljakutse

Nagu selgus, on DNA-l ainult üks ülesanne. Teie DNA ütleb teie keharakkudele, kuidas toota valke, molekule, mis täidavad palju olulisi ülesandeid.

Ilma valguta ei suudaks te toitu seedida, süda lakkab löömast ja hingamine.

Kuid DNA abil valkude moodustumise protsessi taasloomine on osutunud hämmastavalt keeruliseks ülesandeks. Kõik, kes püüdsid selgitada elu tekkimist, ei saanud lihtsalt aru, kuidas võis midagi nii keerulist iseseisvalt tekkida ja areneda.

Iga valk on sisuliselt pikk aminohapete ahel, mis on kokku kootud kindlas järjekorras. See järjekord määrab valgu kolmemõõtmelise kuju ja seega selle eesmärgi.

See teave on kodeeritud DNA aluste järjestuses. Seega, kui rakk peab looma spetsiifilise valgu, loeb ta DNA-st vastavat geeni, et seejärel koostada määratud aminohapete järjestus.

Mis on RNA?

DNA kasutamise protsessis rakkude poolt on üks nüanss.

• DNA on raku kõige väärtuslikum ressurss. Seetõttu eelistavad rakud iga tegevuse puhul DNA-le viidata.
• Selle asemel kopeerivad rakud teavet DNA-st teise aine väikestesse molekulidesse, mida nimetatakse RNA (ribonukleiinhape).
• RNA on sarnane DNA-ga, kuid sellel on ainult üks ahel.

Kui tuua analoogia DNA ja raamatukogu raamatu vahel, siis näeb RNA siin välja nagu lehekülg, kus on raamatu kokkuvõte.

Teabe muundamisprotsessi RNA ahela kaudu valguks viib lõpule väga keeruline molekul, mida nimetatakse ribosoomiks.

See protsess toimub igas elusrakus, isegi kõige lihtsamates bakterites. See on elu säilitamiseks sama oluline kui toit ja hingamine.

Seega peab igasugune elu tekkimise seletus näitama, kuidas tekkis ja hakkas tööle keeruline kolmik, mille hulka kuulub DNA, RNA ja ribosoomid.

Erinevus DNA ja RNA vahel.

Kõik on palju keerulisem

Oparini ja Haldane’i teooriad tundusid nüüd naiivsed ja lihtsad ning Milleri eksperiment, mis lõi mitmeid valkude moodustamiseks vajalikke aminohappeid, nägi välja amatöörlik. Pikal teel elu loomiseni oli tema uurimistöö, kuigi tulemuslik, selgelt alles esimene samm.

"DNA käsib RNA-l valku toota, kõik suletud väikeses kemikaalikotis," ütleb John Sutherland. "Sa vaatad seda ja oled üllatunud, kui raske see on. Mida saame teha, et leida orgaaniline ühend, mis teeb seda kõike ühe korraga?

Võib-olla sai elu alguse RNA-st?

Esimesena püüdis sellele küsimusele vastata Briti keemik nimega Leslie Orgel. Ta oli üks esimesi, kes nägi Cricki ja Watsoni loodud DNA mudelit ning aitas hiljem NASA-le Vikingi programmi, mis saatis maandurid Marsile.

Orgel kavatses asju lihtsamaks muuta. 1968. aastal tegi ta Cricki toetusel ettepaneku, et esimesed elusrakud ei sisaldaks valke ega DNA-d. Vastupidi, need koosnesid peaaegu täielikult RNA-st. Sel juhul oleksid primaarsed RNA molekulid pidanud olema universaalsed. Näiteks pidid nad tegema endast koopiaid, kasutades tõenäoliselt sama sidumismehhanismi nagu DNA.

Ideel, et elu sai alguse RNA-st, oli uskumatu mõju kõikidele järgnevatele uuringutele. Ja see sai teadusringkondades ägeda arutelu põhjuseks, mis kestab tänapäevani.

Eeldades, et elu sai alguse RNA-st ja ühest teisest elemendist, pakkus Orgel, et elu üks olulisemaid aspekte – võime ennast taastoota – ilmnes teistest enne. Võib öelda, et ta ei mõtisklenud mitte ainult selle üle, kuidas elu esmakordselt ilmus, vaid rääkis ka elu olemusest.

Paljud bioloogid nõustusid Orgeli mõttega, et "sigimine oli esikohal". Darwini evolutsiooniteoorias on paljunemisvõime esirinnas: see on ainus viis, kuidas organism saab selles võidujooksus “võita” ehk jätta maha arvukalt lapsi.

Leslie Orgel esitas idee, et esimesed rakud toimisid RNA baasil.

Jagamine 3 leeri

Kuid elul on muid jooni, mis on sama olulised.

Kõige ilmsem neist on ainevahetus: võime absorbeerida keskkonnaenergiat ja kasutada seda ellujäämiseks.

Paljude bioloogide jaoks on ainevahetus elu määravaks tunnuseks, kusjuures paljunemine on kauge sekund.

Nii hakkasid alates 1960. aastatest elu tekke saladusega võitlevad teadlased jagunema kaheks leeriks.

"Esimene väitis, et ainevahetus on geneetikast varasem, teine ​​aga oli vastupidisel arvamusel," selgitab Sutherland.

Oli kolmas rühm, kes väitis, et esmalt pidi võtmemolekulide jaoks olema mingi konteiner, mis ei lase neil laguneda.

"Jaotamine pidi olema esikohal, sest ilma selleta muutub rakkude metabolism mõttetuks, " selgitab Sutherland.

Teisisõnu, elu päritolu pidi olema rakk, nagu Oparin ja Haldane juba aastakümneid varem rõhutasid, ja võib-olla pidi see rakk olema kaetud lihtsate rasvade ja lipiididega.

Kõik kolm ideed said oma toetajaid ja on säilinud tänapäevani. Teadlased unustasid mõnikord külmaverelise professionaalsuse ja toetasid pimesi ühte kolmest ideest.

Seetõttu kaasnesid selleteemaliste teaduskonverentsidega sageli skandaalid ja neid sündmusi kajastavad ajakirjanikud kuulsid sageli ühe leeri teadlaste meelitamatut arvustust kahe teise leeri kolleegide töö kohta.

Tänu Orgelile viib idee, et elu sai alguse RNA-st, avalikkuse lahendusele sammukese lähemale.

Ja 1980. aastatel toimus vapustav avastus, mis tegelikult kinnitas Orgeli hüpoteesi.

Mis oli enne: konteiner, ainevahetus või geneetika?

Nii jagati teadlased 1960. aastate lõpus planeedi elu päritolu mõistatusele vastust otsides kolme leeri.

1. Esimesed olid veendunud, et elu sai alguse bioloogiliste rakkude primitiivsete versioonide kujunemisest.
2. Viimased uskusid, et esimene ja peamine samm oli ainevahetussüsteem.
3. Teised jällegi on keskendunud geneetika ja paljunemise tähtsusele.

See kolmas laager püüdis mõista, milline võis välja näha esimene replikaator, pidades silmas ideed, et replikaator peab olema valmistatud RNA-st.

RNA palju nägusid

1960. aastateks oli teadlastel piisavalt põhjust arvata, et RNA on kogu elu allikas.

Nende põhjuste hulka kuulus asjaolu, et RNA suutis teha asju, mida DNA ei suutnud.

Üheahelalise molekulina võib RNA painduda erineva kujuga, mida jäik kaheahelaline DNA ei suutnud.

RNA, mis voltis nagu origami, meenutas oma käitumiselt tugevalt valke. Valgud on ju sisuliselt samad pikad ahelad, kuid koosnevad pigem aminohapetest kui nukleotiididest, mis võimaldab neil luua keerukamaid struktuure.

See on valgu kõige hämmastavama võime võti. Mõned valgud võivad kiirendada või "katalüüsida" keemilisi reaktsioone. Neid valke nimetatakse ensüümideks.

Näiteks inimese sooled sisaldavad palju ensüüme, mis lagundavad keerulised toidumolekulid lihtsateks (nagu suhkur) – st nendeks, mida meie rakud hiljem kasutavad. Elamine ilma ensüümideta oleks lihtsalt võimatu. Näiteks Korea liidri poolvenna hiljutise surma Malaisia ​​lennujaamas põhjustas asjaolu, et tema kehas lakkas toimimast ensüüm (ensüüm), mille toimet närvireagent VX pärsib – kui a. Selle tulemusena on hingamissüsteem halvatud ja inimene sureb mõne minuti jooksul. Ensüümid on meie keha toimimiseks väga olulised.

Leslie Orgel ja Francis Crick esitasid veel ühe hüpoteesi. Kui RNA saaks voltida nagu valgud, kas see võib samuti moodustada ensüüme?

Kui see nii osutuks, võiks RNA olla algupärane – ja äärmiselt mitmekülgne – elav molekul, mis salvestab informatsiooni (nagu seda teeb DNA) ja katalüüsib reaktsioone, mis on omane mõnele valgule.

Idee oli huvitav, kuid järgmise 10 aasta jooksul ei leitud selle toetuseks ühtegi tõendit.

RNA ensüümid

Thomas Check sündis ja kasvas üles Iowas. Juba lapsena olid tema kireks kivid ja mineraalid. Ja juba keskkoolis oli ta kohaliku ülikooli geoloogide regulaarne külaline, kes näitas talle mineraalsete struktuuride makette. Lõpuks sai temast biokeemik, kes keskendus RNA uurimisele.

1980. aastate alguses uuris Check ja ta kolleegid Colorado Boulderi ülikoolist üherakulist organismi nimega Tetrahymena thermophile. Osa sellest rakulisest organismist sisaldas RNA ahelaid. Check märkas, et üks RNA segment eraldus mõnikord teistest, nagu oleks see eraldatud kääridega.

Kui tema meeskond kõrvaldas kõik ensüümid ja muud molekulid, mis võiksid toimida molekulaarsete kääridena, jätkas RNA siiski segmendi eraldamist. Samal ajal avastati esimene RNA ensüüm: väike RNA segment, mis suudab iseseisvalt eralduda suurest ahelast, mille külge see oli kinnitatud.

Kuna kaks RNA ensüümi leiti suhteliselt kiiresti, oletasid teadlased, et tegelikult võib neid olla palju rohkem. Nüüd toetas üha rohkem tõendeid, et elu sai alguse RNA-st.

Thomas Check avastas esimese RNA ensüümi.

RNA maailm

Esimene inimene, kes seda kontseptsiooni nimetas, oli Walter Gilbert.

Füüsikuna, kes hakkas ootamatult huvi tundma molekulaarbioloogia vastu, oli Gilbert üks esimesi, kes kaitses inimese genoomi järjestamise teooriat.

1986. aastal ajakirjas Nature avaldatud artiklis tegi Gilbert ettepaneku, et elu sai alguse niinimetatud RNA maailmast.

Gilberti sõnul koosnes evolutsiooni esimene etapp "protsessist, milles RNA molekulid toimisid katalüsaatoritena, kogudes end nukleotiidide supiks".

Erinevaid RNA tükke kopeerides ja ühisesse ahelasse kleepides lõid RNA molekulid olemasolevatest kasulikumad ahelad. Lõpuks saabus hetk, mil nad õppisid looma valke ja valguensüüme, mis osutusid palju kasulikumaks kui RNA versioonid, tõrjudes need suures osas välja ja tekitades elu, mida me täna näeme.

RNA maailm on üsna elegantne viis keeruliste elusorganismide nullist loomiseks.

Selle kontseptsiooni puhul pole vaja loota kümnete bioloogiliste molekulide samaaegsele moodustumisele "ürgses supis" piisab ühest molekulist, millest see kõik alguse sai.

Tõestus

2000. aastal kogus RNA maailma hüpotees kindlaid tõendeid.

Thomas Steitz uuris 30 aastat elusrakkude molekulide struktuure. 90ndatel alustas ta oma elu peamist uurimistööd: ribosoomi struktuuri uurimist.

Iga elusrakk sisaldab ribosoomi. See suur molekul loeb juhiseid RNA-st ja ühendab aminohappeid valkude loomiseks. Inimese rakkude ribosoomid ääristavad peaaegu iga kehaosa.

Selleks ajaks oli juba teada, et ribosoom sisaldab RNA-d. Kuid 2000. aastal esitas Steitzi töörühm üksikasjaliku ribosoomi struktuuri mudeli, milles RNA esines ribosoomi katalüütilise tuumana.

See avastus oli märkimisväärne, eriti kui arvestada, kui iidne ja põhimõtteliselt oluline ribosoomi elu jaoks peeti. Asjaolu, et nii oluline mehhanism põhines RNA-l, muutis RNA maailma teooria teadusringkondades palju usutavamaks. Kõige rohkem rõõmustasid avastuse üle RNA maailma kontseptsiooni toetajad ja Steitz sai 2009. aastal Nobeli preemia.

Kuid pärast seda hakkasid teadlased kahtlema.

"RNA maailma" teooria probleemid

Algselt oli RNA maailma teooriaga kaks probleemi.

Esiteks, kas RNA võiks tegelikult täita kõiki elutähtsaid funktsioone? Ja kas see võis tekkida varajase Maa tingimustes?

Kolmkümmend aastat on möödunud ajast, kui Gilbert lõi RNA maailma teooria ja meil pole ikka veel veenvaid tõendeid selle kohta, et RNA on tegelikult võimeline kõigeks, mida teoorias kirjeldatakse. Jah, see on hämmastavalt funktsionaalne molekul, kuid kas RNA-st piisab kõigi talle omistatud funktsioonide jaoks?

Silma jäi üks ebakõla. Kui elu sai alguse RNA molekulist, siis RNA võib luua iseenda koopiaid ehk koopiaid.

Kuid ühelgi kõigist teadaolevatest RNA-dest pole seda võimet. RNA või DNA tüki täpse koopia loomiseks on vaja palju ensüüme ja muid molekule.

Seetõttu alustas rühm biolooge 80ndate lõpus üsna meeleheitlikke uuringuid. Nad asusid looma RNA-d, mis suudaks end replitseerida.

Püüab luua isepaljunevat RNA-d

Jack Szostak Harvardi meditsiinikoolist oli esimene neist teadlastest. Alates varasest lapsepõlvest oli ta keemia vastu nii kirglik, et muutis isegi oma keldri laboriks. Ta eiras oma turvalisust, mis viis kord plahvatuseni, mis kinnitas klaaskolbi lakke.

1980. aastate alguses demonstreeris Shostak selgelt, kuidas inimese geenid kaitsevad end vananemisprotsesside eest. Selle varase uurimistöö tulemusel sai ta hiljem Nobeli preemia laureaadiks.

Kuid peagi hakkas ta huvi tundma Checki RNA ensüümide uurimise vastu. "Ma arvan, et see on uskumatu töö," ütleb Szostak. "Põhimõtteliselt on väga tõenäoline, et RNA võib olla katalüsaator iseendast koopiate tegemiseks."

1988. aastal avastas Check RNA ensüümi, mis on võimeline moodustama väikese 10 nukleotiidi pikkuse RNA molekuli.

Shostak otsustas minna kaugemale ja luua laboris uusi RNA ensüüme. Tema meeskond lõi juhuslike järjestuste komplekti ja testis igaühte, et leida vähemalt üks, millel oli katalüütiline võime. Seejärel muudeti järjestusi ja katse jätkus.

Pärast 10 katset suutis Szostak luua RNA ensüümi, mis katalüsaatorina kiirendas reaktsiooni 7 miljonit korda kiiremini, kui see toimub looduslikus keskkonnas.

Shostaki meeskond on tõestanud, et RNA ensüümid võivad olla äärmiselt võimsad. Kuid nende ensüüm ei suutnud luua oma koopiaid. See oli Shostaki jaoks ummiktee.

Ensüüm R18

2001. aastal tegi järgmise läbimurde Shostaki endine õpilane David Bartel Cambridge'i Massachusettsi Tehnoloogiainstituudist.

Barthel lõi RNA ensüümi nimega R18, mis võis olemasolevate põhjal RNA ahelasse lisada uusi nukleotiide.

Teisisõnu, ensüüm ei lisanud lihtsalt juhuslikke nukleotiide, vaid kopeeris järjestuse täpselt.

Isepaljunevad molekulid olid veel kaugel, kuid suund oli õige.

R18 ensüüm koosnes ahelast, mis sisaldas 189 nukleotiidi ja võis sellele lisada veel 11 - see tähendab 6% selle pikkusest. Teadlased lootsid, et pärast veel paari katset saab selle 6% muuta 100%-ks.

Edukaim selles vallas oli Philip Holliger Cambridge'i molekulaarbioloogia laborist. 2011. aastal muutis tema meeskond ensüümi R18, et luua ensüüm tC19Z, mis suudab kopeerida kuni 95 nukleotiidi pikkuseid järjestusi. See moodustas 48% selle pikkusest – rohkem kui R18, kuid ilmselgelt mitte vajalik 100%.

Gerald Joyce ja Tracy Lincoln Scrippsi uurimisinstituudist La Jollas esitasid küsimusele alternatiivse lähenemisviisi. 2009. aastal lõid nad RNA ensüümi, mis loob kaudselt oma replika.

Nende ensüüm ühendab kaks lühikest RNA tükki ja loob teise ensüümi. See omakorda ühendab kaks teist RNA tükki algse ensüümi taasloomiseks.

Arvestades lähtematerjale, võib see lihtne tsükkel kesta lõputult. Kuid ensüümid töötavad korralikult ainult siis, kui olemas on õiged RNA ahelad, nagu on loonud Joyce ja Lincoln.

Paljude teadlaste jaoks, kes suhtuvad RNA maailma ideesse skeptiliselt, on RNA enesereplikatsiooni puudumine peamiseks skeptitsismi põhjuseks. RNA lihtsalt ei tule toime kogu elu looja rolliga.

Keemikute suutmatus RNA-d nullist luua ei lisa optimismi. Ja kuigi RNA on palju lihtsam molekul kui DNA, on selle loomine osutunud uskumatuks väljakutseks.

Esimesed rakud reprodutseeriti tõenäoliselt jagunemise teel.

Probleem on suhkrus

See kõik puudutab igas nukleotiidis sisalduvat suhkrut ja nukleotiidi alust. Neid on võimalik eraldi luua, aga omavahel siduda pole võimalik.

90ndate alguses oli see probleem juba ilmne. Ta veenis paljusid biolooge, et RNA maailma hüpotees, ükskõik kui atraktiivne see ka ei tunduks, jääb siiski vaid hüpoteesiks.

• Võib-olla eksisteeris varasel Maal algselt teistsugune molekul: lihtsam kui RNA, mis suutis end “ürgsupist” kokku panna ja hiljem taastootma hakata.
• Võib-olla oli see konkreetne molekul esimene ja pärast seda ilmusid RNA, DNA ja teised.

Polüamiidnukleiinhape (PNA)

1991. aastal näis Peter Nielsen Taani Kopenhaageni ülikoolist olevat leidnud sobiva kandidaadi peamise replikaatori rolli.

Tegelikult oli see DNA oluliselt täiustatud versioon. Nielsen jättis aluse samaks – standardsed A, T, C ja G –, kuid suhkrumolekulide asemel kasutas ta molekule, mida nimetatakse polüamiidideks.

Ta nimetas saadud molekuli polüamiidnukleiinhappeks või PNA-ks. Kuid aja jooksul muutus lühendi dekodeerimine mingil põhjusel peptiidnukleiinhappeks.

PNA-d looduses ei esine. Kuid selle käitumine on väga sarnane DNA omaga. PNA ahel võib isegi asendada ahelat DNA molekulis ja alused paarituvad nagu tavaliselt. Lisaks võib PNA väänduda topeltheeliksiks, nagu DNA.

Stanley Miller oli huvitatud. Olles sügavalt skeptiline RNA maailma kontseptsiooni suhtes, uskus ta, et PNA sobib paremini esimese geneetilise materjali rolliga.

2000. aastal toetas ta oma arvamust tõenditega. Selleks ajaks oli ta juba 70-aastane ja põdenud mitu insulti, mille järel oleks võinud sattuda hooldekodusse, kuid ta ei kavatsenud alla anda.

Miller kordas oma varem kirjeldatud klassikalist katset, kasutades seekord metaani, lämmastikku, ammoniaaki ja vett, ning sai lõpuks PNA polüamiidaluse.

Sellest järeldub, et varajases Maal võisid olla tingimused PNA tekkeks, erinevalt RNA-st.

PNA käitub nagu DNA.

Troosnukleiinhape (TNA)

Vahepeal lõid teised keemikud oma nukleiinhappeid.

Aastal 2000 lõi Albert Eschenmoser treose nukleiinhappe (TNA).

See oli sisuliselt sama DNA, kuid selle aluses oli teist tüüpi suhkur. TNK ahelad võivad moodustada topeltheeliksi ja teavet saab üle kanda RNA-st TNK-sse ja tagasi.

Lisaks võib TNC moodustada keerulisi vorme, sealhulgas valgu vormi. See vihjas, et TNA võib toimida ensüümina, nagu RNA.

Glükoolnukleiinhape (GNA)

2005. aastal lõi Eric Meggers glükoolnukleiinhappe, mis võib moodustada ka heeliksi.

Igal neist nukleiinhapetest olid oma toetajad: tavaliselt hapete loojad ise.

Kuid looduses pole sellistest nukleiinhapetest jälgegi, nii et isegi kui eeldame, et esimene elu kasutas neid, siis mingil etapil pidi ta neist loobuma RNA ja DNA kasuks.

Kõlab usutavalt, kuid seda ei toeta tõendid.

See oli hea idee, aga...

Nii sattusid RNA maailma kontseptsiooni pooldajad 21. sajandi esimese kümnendi keskpaigaks raskesse olukorda.

Ühest küljest eksisteerisid RNA ensüümid looduses ja hõlmasid bioloogiliste mehhanismide üht olulisemat fragmenti – ribosoomi. See ei ole paha.

Kuid teisest küljest ei leitud looduses isepaljunevat RNA-d ja keegi ei suutnud täpselt selgitada, kuidas RNA "ürgsupis" tekkis. Viimast võiks seletada alternatiivsete nukleiinhapetega, kuid looduses neid enam (või mitte kunagi) ei eksisteerinud. See on halb.

Otsus kogu RNA maailma kontseptsiooni kohta oli selge: kontseptsioon oli hea, kuid mitte kõikehõlmav.

Vahepeal, alates 80ndate keskpaigast, arenes aeglaselt välja teine ​​teooria. Selle toetajad väitsid, et elu ei alanud RNA, DNA või mõne muu geneetilise ainega. Nende arvates sai elu alguse energiakasutuse mehhanismina.

Energia kõigepealt?

Nii on elu tekkimist uurivad teadlased aastate jooksul jagunenud 3 leeri.

Esimesed olid veendunud, et elu sai alguse RNA molekulist, kuid nad ei suutnud aru saada, kuidas RNA või RNA-sarnased molekulid suutsid varakult Maale spontaanselt ilmuda ja end taastootma hakata. Teadlaste edu imetleti alguses, kuid lõpuks jõudsid teadlased ummikusse. Kuid isegi siis, kui need õpingud olid täies hoos, leidus juba neid, kes olid kindlad, et elu tekib hoopis teistmoodi.

RNA maailma teooria põhineb lihtsal ideel: organismi kõige olulisem funktsioon on paljunemisvõime. Enamik biolooge nõustub sellega. Kõik elusolendid – bakteritest sinivaaladeni – püüavad järglasi jätta.

Kuid paljud selle teema uurijad ei nõustu sellega, et reproduktiivfunktsioon on esikohal. Nad ütlevad, et enne paljunemise algust peab organism ise hakkama saama. Ta peab suutma enda sees elu säilitada. Lõppude lõpuks ei saa te lapsi saada, kui enne surete.

Me säilitame elu toidu kaudu, samal ajal kui taimed neelavad energiat päikesevalgusest.

Jah, mahlast karbonaadi rõõmsalt õgiv mees ei näe ilmselgelt välja nagu sajandivanune tamm, kuid tegelikult neelavad nad energiat.

Energia neeldumine on elu alus.

Ainevahetus

Kui me räägime elusolendite energiast, siis on meil tegemist ainevahetusega.

1. Esimene etapp on energia saamine näiteks energiarikastest ainetest (näiteks suhkur).
2. Teine on energia kasutamine kasulike rakkude ehitamiseks kehas.

Energia kasutamise protsess on äärmiselt oluline ja paljud teadlased usuvad, et nii sai elu alguse.

Aga millised võiksid välja näha organismid, millel on ainult üks ainevahetusfunktsioon?

Esimese ja kõige mõjukama ettepaneku tegi Günter Wachtershauser 1980. aastate lõpus. Ta oli elukutselt patendiadvokaat, kuid tal olid korralikud teadmised keemiast.

Wachtershauser väitis, et esimesed organismid olid "rabavalt erinevad kõigest, mida me teame". Need ei olnud rakkudest valmistatud. Neil ei olnud ensüüme, DNA-d ega RNA-d.

Selguse huvides kirjeldas Wachtershauser vulkaanist voolava kuuma vee voolu. Vesi oli küllastunud vulkaaniliste gaasidega, nagu ammoniaak, ja sisaldas vulkaani keskelt pärit mineraalide osakesi.

Kohtades, kus oja voolas üle kivide, algasid keemilised reaktsioonid. Vees sisalduvad metallid aitasid kaasa suurte orgaaniliste ühendite tekkele lihtsamatest.

Ainevahetustsükkel

Pöördepunktiks oli esimese metaboolse tsükli loomine.

Selle protsessi käigus muudetakse üks keemiline aine mitmeks muuks ja nii edasi, kuni lõpuks loob kõik uuesti esimese aine.

Protsessi käigus koguneb kogu ainevahetusega seotud süsteem energiat, mida saab kasutada tsükli taaskäivitamiseks või mõne uue protsessi käivitamiseks.

Kõik muu, millega tänapäeva organismid on varustatud (DNA, rakud, aju), ilmus hiljem ja just nende keemiliste tsüklite alusel.

Ainevahetustsüklid ei ole eluga väga sarnased. Seetõttu nimetas Wachtershauser oma leiutisi "eelkäijaorganismideks" ja kirjutas, et neid "vaevalt saab nimetada elavateks".

Kuid Wachtershauseri kirjeldatud ainevahetustsüklid on alati iga elusorganismi keskmes.

Teie rakud on tegelikult mikroskoopilised tehased, mis lagundavad pidevalt teatud aineid ja muudavad need teisteks.

Ainevahetustsüklid, ehkki mehaanilised, on eluks põhiliselt olulised.

Wachtershauser pühendas 20. sajandi kaks viimast aastakümmet oma teooriale, töötades selle üksikasjalikult läbi. Ta kirjeldas, millised mineraalid sobiksid paremini kui teised ja millised keemilised tsüklid võisid toimuda. Tema arutluskäik hakkas leidma poolehoidjaid.

Eksperimentaalne kinnitus

1977. aastal sukeldus Jack Corlissi meeskond Oregoni osariigi ülikoolist Vaikse ookeani idaosas 2,5 kilomeetri sügavusele. Teadlased uurisid Galapagose kuumaveeallikat kohas, kus põhjast kerkisid kaljuharjad. Teadaolevalt olid vahemikud algselt vulkaaniliselt aktiivsed.

Corliss avastas, et mäeharjad olid praktiliselt täis kuumaveeallikaid. Kuum, kemikaalidega koormatud vesi tõusis merepõhjast ja voolas kivides olevate aukude kaudu välja.

Hämmastav on see, et need "hüdrotermilised ventilatsiooniavad" olid tihedalt asustatud kummaliste olenditega. Need olid tohutud mitme liigi molluskid, rannakarbid ja anneliidid.

Vesi oli ka baktereid täis. Kõik need organismid elasid hüdrotermiliste ventilatsiooniavade energiast.

Hüdrotermiliste tuulutusavade avastamine andis Corlissile suurepärase maine. See pani teda ka mõtlema.

Ookeani hüdrotermilised tuulutusavad toetavad tänapäeval organisme. Võib-olla said need selle peamiseks allikaks?

Hüdrotermilised ventilatsiooniavad

1981. aastal väitis Jack Corliss, et sarnased õhuavad eksisteerisid Maal 4 miljardit aastat tagasi ja nende ümber sai alguse elu. Ta pühendas kogu oma karjääri selle idee arendamisele.

Corliss soovitas, et hüdrotermilised õhuavad võivad luua kemikaalide segu. Ta väitis, et iga tuulutusava oli midagi "ürgse puljongi" jaoturi sarnast.

• Sel ajal kui kuum vesi voolas läbi kivimite, sundis kuumus ja rõhk lihtsamaid orgaanilisi ühendeid muutuma keerulisemateks, nagu aminohapped, nukleotiidid ja suhkur.
• Ookeani väljapääsule lähemal, kus vesi polnud enam nii kuum, hakkasid nad moodustama ahelaid, moodustades süsivesikuid, valke ja nukleotiide nagu DNA.
• Seejärel kogunesid need molekulid ookeanis endas, kus vesi märkimisväärselt jahtus, lihtsateks rakkudeks.

Teooria kõlas mõistlikult ja äratas tähelepanu.

Kuid Stanley Miller, kelle katsest varem juttu oli, entusiasmi ei jaganud. 1988. aastal kirjutas ta, et ventilatsiooniavad on elu toetamiseks liiga kuumad.

Corlissi teooria kohaselt võib äärmuslik temperatuur käivitada selliste ainete nagu aminohapped moodustumise, kuid Milleri katsed näitasid, et see võib neid ka hävitada.

Peamised ühendid, nagu suhkur, võivad kesta kõige rohkem paar sekundit.

Pealegi ei suudaks need lihtsad molekulid ahelaid moodustada, kuna ümbritsev vesi purustaks need peaaegu kohe.

Soe, veel soojem...

Sel hetkel astus arutelusse geoloog Mike Russell. Ta uskus, et ventilatsiooniteooria sobis suurepäraselt Wachtershauseri spekulatsioonidega eelkäijaorganismide kohta. Need mõtted panid ta looma ühe populaarseima teooria elu tekke kohta.

Russelli noorusaeg möödus aspiriini loomisel ja väärtuslike mineraalide uurimisel. Ja võimaliku vulkaanipurske ajal 1960. aastatel koordineeris ta edukalt reageerimisplaani, ilma et tal oleks olnud kogemusi. Kuid teda huvitas uurida, kuidas Maa pind erinevatel ajastutel muutus. Võimalus vaadata ajalugu geoloogi vaatenurgast kujundas tema teooriat elu tekkest.

1980. aastatel leidis ta fossiile, mis viitavad sellele, et iidsetel aegadel olid hüdrotermilised ventilatsiooniavad, kus temperatuur ei ületanud 150 kraadi Celsiuse järgi. Ta väitis, et need mõõdukad temperatuurid võivad võimaldada molekulidel kesta palju kauem, kui Miller arvas.

Pealegi oli nende vähem kuumade tuulutusavade fossiilides midagi huvitavat. Mineraal nimega püriit, mis koosneb rauast ja väävlist, 1 millimeetri pikkuste torude kujul.

Russell avastas oma laboris, et püriit võib moodustada ka sfäärilisi tilka. Ta tegi ettepaneku, et esimesed keerulised orgaanilised molekulid moodustusid püriidi struktuurides.

Umbes samal ajal hakkas Wachtershauser avaldama oma teooriaid, mis põhinesid asjaolul, et kemikaaliderikas veejuga suhtles teatud mineraaliga. Ta pakkus isegi, et mineraal võiks olla püriit.

2+2=?

Russell pidi vaid 2 ja 2 kokku panema.

Ta oletas, et Wachtershauseri eelkäijaorganismid olid moodustunud süvamere soojades hüdrotermilistes avades, kus võisid tekkida püriidistruktuurid. Kui Russell ei eksinud, siis meresügavustes tekkis elu ja esmalt tekkis ainevahetus.

Seda kõike kirjeldati Russelli artiklis, mis avaldati 1993. aastal, 40 aastat pärast Milleri klassikalist eksperimenti.

Ajakirjanduses oli palju vähem vastukaja, kuid see ei vähenda avastuse tähtsust. Russell ühendas kaks erinevat ideed (Wachtershauseri ainevahetustsüklid ja Corlissi hüdrotermilised tuulutusavad) üheks üsna mõjuvaks kontseptsiooniks.

Idee muutus veelgi muljetavaldavamaks, kui Russell jagas oma ideid selle kohta, kuidas varajased organismid energiat neelasid. Teisisõnu selgitas ta, kuidas nende ainevahetus võiks toimida. Tema idee põhines ühe kaasaegse teaduse unustatud geeniuse töödel.

Mitchelli "naeruväärsed" katsed

60ndatel oli biokeemik Peter Mitchell sunnitud haiguse tõttu Edinburghi ülikoolist lahkuma.

Ta muutis Cornwallis asuva häärberi oma isiklikuks laboriks. Teadusringkondadest äralõigatuna rahastas ta oma tööd kodulehmade piima müümisega. Paljud biokeemikud, sealhulgas Leslie Orgel, kelle RNA-uuringuid arutati varem, pidasid Mitchelli tööd äärmiselt jaburaks.

Peaaegu kaks aastakümmet hiljem triumfeeris Mitchell, kes võitis 1978. aastal Nobeli keemiaauhinna. Ta ei saanud kunagi kuulsaks, kuid tema ideid võib näha igas bioloogiaõpikus.

Mitchell pühendas oma elu sellele, et uurida, kuidas organismid toidust saadavat energiat kulutavad. Ehk siis teda huvitas, kuidas me sekundist sekundini elus püsime.

Briti biokeemik Peter Mitchell sai Nobeli keemiaauhinna töö eest ATP sünteesi mehhanismi avastamisel.

Kuidas keha energiat salvestab

Mitchell teadis, et kõik rakud salvestavad energiat spetsiifilises molekulis, mida nimetatakse adenosiintrifosfaadiks (ATP). Oluline on see, et adenosiini külge on kinnitatud kolmest fosfaadist koosnev ahel. Kolmanda fosfaadi lisamine võtab palju energiat, mis hiljem talletub ATP-sse.

Kui rakk vajab energiat (näiteks lihaste kokkutõmbumise ajal), lõikab ta ATP-st välja kolmanda fosfaadi. See muudab ATP adenosiidfosfaadiks (ADP) ja vabastab salvestatud energia.

Mitchell tahtis mõista, kuidas rakud suutsid ATP-d luua. Kuidas nad koondasid piisavalt energiat ADP-sse, et kolmas fosfaat liituks?

Mitchell teadis, et ensüüm, mis toodab ATP-d, asub membraanil. Ta jõudis järeldusele, et rakud pumpavad laetud osakesi, mida nimetatakse prootoniteks, läbi membraani, nii et palju prootoneid on näha ühel küljel, samas kui teisel pool peaaegu mitte ühtegi.

Seejärel püüavad prootonid naasta membraanile, et säilitada tasakaal mõlemal küljel, kuid nad pääsevad ainult ensüümi. Ringi sihiv prootonite voog annab ensüümile ATP loomiseks vajaliku energia.

Mitchell pakkus selle idee esmakordselt välja 1961. aastal. Järgmise 15 aasta jooksul kaitses ta oma teooriat rünnakute eest, hoolimata ülekaalukatest tõenditest.

Tänapäeval on teada, et Mitchelli kirjeldatud protsess on omane igale planeedi elusolendile. See toimub praegu teie rakkudes. Nagu DNA, on see meie teadaoleva elu põhiosa.

Prootonite loomulik eraldamine oli eluks vajalik

Oma eluteooria ülesehitamisel pööras Russell tähelepanu Mitchelli näidatud prootonite eraldumisele: membraani ühel küljel on palju prootoneid ja teisel pool vaid paar.

Kõik rakud vajavad seda prootonite jagamist energia salvestamiseks.

Kaasaegsed rakud loovad selle jagunemise, pumbates prootoneid membraanist välja, kuid sellega on seotud keeruline molekulaarmehaanika, mis ei saa juhtuda üleöö.

Nii tegi Russell veel ühe loogilise järelduse: elu tekkis seal, kus toimus prootonite loomulik eraldumine.

Kuskil hüdrotermiliste tuulutusavade lähedal. Kuid õhutusava peab olema kindlat tüüpi.

Varasel Maal olid happelised mered ja happeline vesi on lihtsalt prootonitega küllastunud. Prootonite eraldamiseks peab vesi hüdrotermilistes tuulutusavades olema prootonivaene: teisisõnu peab see olema aluseline.

Corlissi hüdrotermilised tuulutusavad sellele tingimusele ei vastanud. Need polnud mitte ainult liiga kuumad, vaid ka liiga happelised.

Kuid 2000. aastal avastas Deborah Kelly Washingtoni ülikoolist esimesed aluselised hüdrotermilised ventilatsiooniavad.

Dr Deborah Kelly.

Leeliselised ja jahedad hüdrotermilised tuulutusavad

Kellyl õnnestus suurte raskustega teadlaseks saada. Tema isa suri, kui ta käis keskkoolis, ja ta pidi pärast loenguid töötama, et ülikooli eest maksta.

Kuid tal see õnnestus ja hiljem tekkis tal idee uurida veealuseid vulkaane ja kuumaid hüdrotermilisi allikaid. Tema kirg vulkaanide ja veealuste kuumade tuulutusavade uurimise vastu viis ta Atlandi ookeani südamesse. Just siin sügavuses tõusis ookeanipõhjast majesteetlik mäeahelik.

Sellel katuseharjal avastas Kelly terve hüdrotermiliste ventilatsiooniavade võrgustiku, mida ta nimetas "kadunud linnaks". Need ei olnud sellised, nagu Corliss leidis.

Neist voolas 40-75 kraadi Celsiuse järgi ja vähese leelisesisaldusega vett. Sellisest veest saadud karbonaatsed mineraalid moodustasid järsud valged sambad, mis sarnanesid suitsusammastele ja tõusid põhjast üles nagu orelitorud. Vaatamata oma jubedale ja "kummituslikule" välimusele olid need sambad tegelikult koduks soojas vees elavatele mikroorganismide kolooniatele.

Need leeliselised tuulutusavad sobivad Russelli teooriaga ideaalselt. Ta oli kindel, et elu algas kadunud linnaga sarnastes tuulutusavades.

Kuid oli üks probleem. Geoloogina ei teadnud Russell bioloogilistest rakkudest piisavalt, et muuta tema teooria võimalikult veenvaks.

Kõige põhjalikum teooria elu tekke kohta Maal

Oma piiratud teadmiste probleemidest ülesaamiseks tegi Russell koostööd Ameerika bioloogi William Martiniga. Vastuolulise mehena veetis Martin suurema osa oma karjäärist Saksamaal.

2003. aastal esitlesid nad Russelli varasema kontseptsiooni täiustatud versiooni. Ja võib-olla võib seda teooriat elu tekke kohta Maal nimetada kõige põhjalikumaks kõigist olemasolevatest.

Tänu Kellyle teadsid nad, et leeliseliste tuulutusavade kivimid on poorsed: need olid täpilised väikeste veega täidetud aukudega. Teadlased väitsid, et need augud toimisid "rakkudena". Igaüks neist sisaldas olulisi aineid, näiteks mineraale nagu püriit. Lisage sellele prootonite loomulik lõhustumine, mille ventilatsiooniavad pakkusid, ja saate ideaalse koha ainevahetuse sünniks.

Kui elu hakkas ära kasutama ventilatsioonivee keemilist energiat, hakkas Russell ja Martin teooriat leidma, hakkas see looma molekule nagu RNA. Lõpuks lõi ta oma membraani, saades tõeliseks rakuks, ja lahkus poorsest kivist ning suundus avavette.

Tänapäeval on see üks juhtivaid hüpoteese elu tekke kohta.

Viimased avastused

See teooria sai suure toetuse 2016. aasta juulis, kui Martin avaldas uurimuse, mis rekonstrueeris mõned "viimase universaalse ühise esivanema" (LUCA) tunnused. See on miljardeid aastaid tagasi eksisteerinud organismi tavapärane nimi, millest sai alguse kogu tänapäevase elu mitmekesisus.

Me ei pruugi kunagi leida selle organismi fossiile, kuid kõigi olemasolevate andmete põhjal võime tänapäevaseid mikroorganisme uurides arvata, milline see välja nägi ja millised omadused sellel olid.

Just seda Martin tegigi. Ta uuris 1930 kaasaegse mikroorganismi DNA-d ja tuvastas 355 geeni, mis esinesid peaaegu kõigis neist.

Võib oletada, et need 355 geeni anti edasi põlvest põlve, kuna kõigil neil 1930 mikroobil oli ühine esivanem – arvatavasti ajast, mil PUOP veel eksisteeris.

Nende geenide hulgas olid need, kes vastutasid prootonite lõhenemise eest, kuid mitte need, kes vastutasid selle lõhenemise eest - täpselt nagu Russelli ja Martini teoorias.

Lisaks näis, et PUOP suudab kohaneda selliste ainetega nagu metaan, mis eeldas vulkaaniliselt aktiivse keskkonna olemasolu selle ümber. See tähendab, et hüdrotermiline tuulutusava.

Mitte nii lihtne

RNA maailma idee pooldajad leidsid aga Russell-Martini kontseptsiooniga kaks probleemi. Ühte võiks veel potentsiaalselt parandada, kuid teine ​​võib tähendada kogu teooria kokkuvarisemist.

Esimene probleem on eksperimentaalsete tõendite puudumine selle kohta, et Russelli ja Martini kirjeldatud protsessid tegelikult toimusid.

Jah, teadlased on teooriat samm-sammult üles ehitanud, kuid ühtegi sammu pole veel laboris reprodutseeritud.

“Esmase välimuse idee pooldajad replikatsioon esitavad regulaarselt katsete tulemusi,” ütleb elu tekke ekspert Armen Mulkijanyan. “Esmase välimuse idee toetajad ainevahetus nad ei tee seda."

Kuid see võib peagi muutuda tänu Martini kolleegile Nick Lane'ile Londoni ülikooli kolledžist. Lane kavandas "elu päritolu reaktori", mis simuleeriks leeliselise õhutusava sees olevaid tingimusi. Ta loodab taastada metaboolsed tsüklid ja võib-olla isegi RNA. Aga sellest on veel vara rääkida.

Teine probleem on see, et õhuavad asuvad sügaval vee all. Nagu Miller 1988. aastal märkis, ei saa pika ahelaga molekulid, nagu RNA ja valgud, tekkida vees ilma ensüümideta, mis takistavad nende lagunemist.

Paljude uurijate jaoks sai see argument määravaks.

"Keemia taustaga ei saa te süvamere õhuavade teooriat uskuda, sest tunnete keemiat ja mõistate, et kõik need molekulid ei ühildu veega, " ütleb Mulkijanian.

Sellegipoolest ei kiirusta Russell ja tema toetajad oma ideedest lahti ütlema.

Kuid viimasel kümnendil on esile kerkinud kolmas lähenemine, millega kaasneb rida äärmiselt huvitavaid katseid.

Erinevalt teooriatest RNA maailma ja hüdrotermiliste tuulutusavade kohta lubas see lähenemisviis, kui see õnnestus, mõeldamatut – luua elusrakk nullist.

Kuidas rakku luua?

21. sajandi alguseks oli elu tekkest kaks juhtivat kontseptsiooni.

1. Toetajad "RNA maailm" väitis, et elu sai alguse isepaljunevast molekulist.
2. Selle teooria pooldajad esmane ainevahetus" on loonud üksikasjaliku pildi sellest, kuidas elu võis tekkida süvamere hüdrotermilistest tuulutusavadest.

Esiplaanile on aga tõusnud kolmas teooria.

Iga elusolend Maal koosneb rakkudest. Iga rakk on sisuliselt pehme pall, millel on kõva sein või "membraan".

Raku ülesanne on sisaldada kõiki elutähtsaid elemente. Kui välissein puruneb, valguvad sisemised osad välja ja rakk sisuliselt sureb – nagu sisikonnast eemaldatud inimene.

Välimine rakusein on nii oluline, et mõned teadlased usuvad, et see pidi olema esikohal. Nad on kindlad, et "esmase geneetika" teooria ja "primaarse metabolismi" teooria on põhimõtteliselt valed.

Nende alternatiiv, "esmane lahterdamine", tugineb peamiselt Pier Luigi Luisi tööle Roomas asuvast Roma Tre ülikoolist.

Protorakkude teooria

Luisi argumendid on lihtsad ja veenvad. Kuidas kujutate ette metaboolset protsessi või isepaljunevat RNA-d, mis nõuab palju aineid ühes kohas, kui pole ühtegi konteinerit, kus molekulid oleksid ohutud?

Järeldus sellest on järgmine: elu tekkeks on ainult üks võimalus.

Kuidagi moodustasid teatud toorained keset varajase Maa kuumust ja torme primitiivseid rakke ehk protorakke.

Selle teooria tõestamiseks on vaja teha katseid laboris – proovida luua lihtsat elusrakku.

Luisi ideede juured olid nõukogude teadlase Aleksandr Oparini töödes, millest oli varem juttu. Oparin rõhutas, et mõned ained moodustavad mullid nn koacerveerib, mis võib hoida oma keskmes teisi aineid.

Luisi pakkus, et need koatservaadid olid esimesed protorakud.

Koacervaadid võisid olla esimesed protorakud.

Lipiidide maailm

Kõik rasvased või õlised ained moodustavad veepinnale mullid või kile. Seda ainete rühma nimetatakse lipiidideks ja teooriat, et need tekitasid elu, nimetatakse "lipiidide maailmaks".

Kuid ainult mullide moodustumisest ei piisa. Need peavad olema stabiilsed, suutma jaguneda, et tekitada "tütarmulle" ja neil peab olema vähemalt mõningane kontroll ainete sisse- ja väljavoolu üle – seda kõike ilma tänapäevastes rakkudes nende funktsioonide eest vastutavate valkudeta.

See tähendab, et vajalikest materjalidest oli vaja luua protokollid. Täpselt seda tegi Luisi mitu aastakümmet, kuid ta ei toonud kunagi midagi veenvat.

RNA-ga protorakk

Siis 1994. aastal tegi Luisi julge ettepaneku. Tema arvates pidid esimesed protorakud sisaldama RNA-d. Veelgi enam, see RNA peaks suutma end protoraku sees reprodutseerida.

See eeldus tähendas puhta "esmase lahterdamise" tagasilükkamist, kuid Luisil oli selleks mõjuvad põhjused.

Rakul, millel oli välisseina, kuid sees ei olnud geene, puudusid paljud funktsioonid. See pidi olema võimeline jagunema tütarrakkudeks, kuid ei saanud oma järglastele teavet enda kohta edastada. Rakk saab hakata arenema ja muutuda keerukamaks ainult siis, kui sellel oleks vähemalt mitu geeni.

Teooria sai peagi tugeva pooldaja Jack Szostakis, kelle tööd RNA maailma hüpoteesi kallal on varem arutatud. Aastaid olid need teadlased teadusringkondade vastaskülgedel - Luisi toetas ideed "primaarne lahterdamine" ja Shostak - "primaarne geneetika".

„Elu alguse konverentsidel arutlesime alati, kumb oli tähtsam ja mis esimene,“ meenutab Szostak. "Lõpuks saime aru, et rakud vajavad mõlemat. Jõudsime järeldusele, et ilma lahterdamise ja geneetilise süsteemita poleks saanud tekkida esimene elu.

2001. aastal ühendasid Szostak ja Luisi jõud ning jätkasid uurimistööd. Ajakirjas Nature avaldatud artiklis väitsid nad, et elusraku nullist loomiseks peate panema isepaljuneva RNA lihtsa rasvatilga sisse.

Idee oli julge ja peagi pühendus Shostak täielikult selle elluviimisele. Otsustades õiglaselt, et "teooriat ei saa kirjeldada ilma praktiliste tõenditeta", otsustas ta alustada katseid protorakkudega.

Vesiikulid

Kaks aastat hiljem teatas Shostak ja kaks kolleegi suurest teaduslikust läbimurdest.

Katsed viidi läbi vesiikulitega: sfääriliste tilkadega, mille välisküljel oli kaks rasvhapete kihti ja sees vedel südamik.

Püüdes kiirendada vesiikulite teket, lisasid teadlased montmorilloniidiks nimetatava savimineraali osakesi. See kiirendas vesiikulite moodustumist 100 korda. Savi pind toimis katalüsaatorina, täites sisuliselt ensüümi ülesannet.

Veelgi enam, vesiikulid võivad savi pinnalt absorbeerida nii montmorilloniidi osakesi kui ka RNA ahelaid.

Tänu lihtsale savi lisamisele sisaldasid protorakud lõpuks nii geene kui ka katalüsaatorit.

Otsus montmorilloniiti lisada ei tulnud põhjuseta. Aastakümneid kestnud uuringud on näidanud, et montmorilloniit ja teised savimineraalid olid elu tekkes väga olulised.

Montmorilloniit on tavaline savi. Tänapäeval kasutatakse seda laialdaselt igapäevaelus, näiteks kassiliiva täiteainena. See tekib vulkaanilise tuha lagunemisel ilmastikutingimuste mõjul. Kuna varajasel Maal oli palju vulkaane, on loogiline eeldada, et montmorilloniiti oli palju.

Veel 1986. aastal tõestas keemik James Ferris, et montmorilloniit on katalüsaator, mis soodustab orgaaniliste molekulide moodustumist. Hiljem avastas ta ka, et see mineraal kiirendab väikeste RNAde teket.

See pani Ferrise uskuma, et silmapaistmatu savi oli kunagi elupaik. Szostak võttis selle idee kasutusele ja kasutas protorakkude loomiseks montmorilloniiti.

Vesiikulite moodustumine savi osalusel toimus sadu kordi kiiremini.

Protorakkude arendamine ja jagunemine

Aasta hiljem avastas Shostaki meeskond, et nende protorakud kasvavad ise.

Kui protorakku lisati uusi RNA molekule, vajus välissein kasvava rõhu all. Näis, nagu oleks protocell kõhu täis saanud ja hakkaks lõhkema.

Surve kompenseerimiseks valisid protorakud välja kõige rohkem rasvhappeid ja ehitasid need seina sisse, et need saaksid jätkuvalt turvaliselt suureks paisuda.

Kuid oluline on see, et rasvhappeid võeti teistest protorakkudest, millel oli vähem RNA-d, mistõttu need hakkasid kahanema. See tähendas, et protorakud võistlesid ja võitsid need, mis sisaldasid kõige rohkem RNA-d.

See viis muljetavaldavate järeldusteni. Kui protorakud saaksid kasvada, kas nad saaksid jaguneda? Kas Shostak suudab sundida protorakke iseseisvalt paljunema?

Shostaki esimesed katsed näitasid ühte protorakkude jagunemise viisidest. Kui protorakud suruti läbi väikeste aukude, suruti need kokku torude kujul, mis seejärel jagunesid "tütar" protorakkudeks.

See oli lahe, sest protsessis ei osalenud rakulised mehhanismid, vaid tavaline mehaaniline surve.

Kuid oli ka puudusi, kuna katse ajal kaotasid protorakud osa oma sisust. Samuti selgus, et esimesed rakud suutsid jaguneda ainult väliste jõudude survel, mis suruksid need läbi kitsaste aukude.

Vesiikulite jagunemise sundimiseks on palju viise: näiteks tugeva veejoa lisamine. Kuid oli vaja leida viis, kuidas protorakud jaguneksid sisu kaotamata.

Sibula põhimõte

2009. aastal leidsid Shostak ja tema õpilane Ting Zhu lahenduse. Nad lõid veidi keerukamad mitme seinaga protoelemendid, mis sarnanesid sibula kihtidega. Vaatamata nende näilisele keerukusele oli selliste protorakkude loomine üsna lihtne.

Kui Zhu toitis neid rasvhapetega, kasvasid protorakud ja muutusid kuju, pikenedes ja omandades niidilaadse kuju. Kui protorakk muutus piisavalt suureks, piisas vaid väikesest jõu rakendamisest, et see laguneks väikesteks tütarprotorakkudeks.

Iga tütarprotokoll sisaldas RNA-d emaprotokollist ja praktiliselt ükski RNA element ei kadunud. Pealegi võisid protorakud seda tsüklit jätkata – tütarprotorakud kasvasid ja jagunesid iseseisvalt.

Edasistes katsetes leidsid Zhu ja Szostak võimaluse sundida protorakke jagunema. Näib, et üks osa probleemist on lahendatud.

Isekopeeriva RNA vajadus

Protoelemendid ei toiminud siiski korralikult. Luisi kujutas protorakke isepaljunevate RNA-de kandjatena, kuid seni olid RNA-d lihtsalt sees ega avaldanud midagi.

Et näidata, et protorakud olid tõepoolest esimene elu Maal, pidi Shostak sundima RNA-d tegema endast koopiaid.

Ülesanne polnud lihtne, kuna aastakümneid kestnud teadlaste katsed, millest me varem kirjutasime, ei viinud isepaljuneva RNA loomiseni.

Shostak ise puutus sama probleemiga kokku oma varajases RNA maailma teooria töös. Sellest ajast peale pole keegi seda lahendanud.

Orgel uuris 70-80ndaid RNA ahelate kopeerimise põhimõtet.

Selle olemus on lihtne. Peate võtma ühe RNA ahela ja asetama selle nukleotiididega anumasse. Seejärel kasutage neid nukleotiide, et luua teine ​​RNA ahel, mis täiendab esimest.

Näiteks "CGC" proovi RNA ahel moodustab "GCG" proovi täiendava ahela. Järgmine koopia loob uuesti algse CGC-ahela.

Orgel märkas, et teatud tingimustel kopeeritakse RNA ahelaid sel viisil ilma ensüümide abita. On täiesti võimalik, et esimene elu kopeeris oma geene sel viisil.

Aastaks 1987 suutis Orgel luua RNA ahelates täiendavaid 14 nukleotiidi pikkuseid ahelaid, mis olid samuti 14 nukleotiidi pikkused.

Puuduv element

Adamala ja Szostak avastasid, et reaktsiooniks on vaja magneesiumi. See oli problemaatiline, kuna magneesium hävitas protorakud. Kuid oli lahendus: kasutada tsitraati, mis on peaaegu identne sidrunites ja apelsinides leiduva sidrunhappega, mida leidub igas elusrakus.

Adamala ja Szostak kirjeldasid 2013. aastal avaldatud artiklis uuringut, kus protorakkudele lisati tsitraati, mis kattusid magneesiumiga ja kaitsesid protorakke, segamata ahelkopeerimist.

Teisisõnu saavutasid nad selle, millest Luisi 1994. aastal rääkis. "Me võimaldasime RNA-l rasvhapete vesiikulites isepaljuneda, " ütleb Szostak.

Vaid kümneaastase uurimistööga on Shostaki meeskond saavutanud uskumatuid tulemusi.

• Teadlased on loonud protorakud, mis säilitavad oma geenid, absorbeerides samas keskkonnast kasulikke molekule.
• Protorakud võivad kasvada ja jaguneda ning isegi üksteisega konkureerida.
• Need sisaldavad RNA-sid, mis paljunevad ise.
• Laboris loodud protorakud meenutavad igas mõttes üllatavalt elu.

Nad olid ka vastupidavad. 2008. aastal avastas Szostaki töörühm, et protorakud suudavad ellu jääda kuni 100 kraadi Celsiuse järgi, mille juures enamik tänapäevaseid rakke sureb. See ainult tugevdas usku, et protorakud sarnanevad esimese eluga, mis pidi pideva meteoorisadu tingimustes kuidagi ellu jääma.

"Shostaki edu on muljetavaldav," ütleb Armen Mulkidzhanyan.

Esmapilgul erineb Shostaki lähenemine aga oluliselt teistest viimase 40 aasta jooksul jätkunud elu päritolu uurimisest. Selle asemel, et keskenduda "esmasele enese taastootmisele" või "esmasele lahterdamisele", leidis ta viisi, kuidas neid teooriaid ühendada.

See sai ajendiks uue ühtse lähenemise loomisele elu päritolu küsimuse uurimisel Maal.

See lähenemine viitab sellele, et esimesel elul ei olnud omadust, mis ilmnes enne teisi. "Esmase tunnuste komplekti" ideel on juba palju praktilisi tõendeid ja see võib hüpoteetiliselt lahendada kõik olemasolevate teooriate probleemid.

Suur ühinemine

Otsides vastust elu tekke küsimusele, jagunesid 20. sajandi teadlased 3 leeri. Kumbki pidas kinni ainult oma hüpoteesidest ja rääkis kahe teise töö üle. See lähenemisviis oli kindlasti tõhus, kuid iga laager seisis lõpuks silmitsi lahendamatute probleemidega. Seetõttu on tänapäeval mitmed teadlased otsustanud proovida sellele probleemile kombineeritud lähenemist.

Ühinemise idee juured pärinevad hiljutisest avastusest, mis tõestab RNA maailma "esmase enesepaljundamise" traditsioonilist teooriat, kuid ainult esmapilgul.

2009. aastal seisid RNA maailma teooria pooldajad silmitsi suure probleemiga. Nad ei suutnud luua nukleotiide, RNA ehitusplokke, nii, nagu nad oleksid võinud luua end varajastes Maa tingimustes.

Nagu varem nägime, on see pannud paljud teadlased uskuma, et esimene elu ei põhinenud üldse RNA-l.

John Sutherland on sellele mõelnud alates 1980. aastatest. "Oleks tore, kui keegi suudaks näidata, kuidas RNA ennast kokku paneb," ütleb ta.

Sutherlandi õnneks töötas ta Cambridge'i molekulaarbioloogia laboris (CMB). Enamik uurimisinstituute tõttab pidevalt oma töötajaid uute avastuste ootuses, kuid LMB lubas töötajatel probleemiga tõsiselt tegeleda. Nii võis Sutherland vabalt mõtiskleda, miks oli RNA nukleotiide nii raske teha, ja mitme aasta jooksul töötas ta välja alternatiivse lähenemisviisi.

Selle tulemusena jõudis Sutherland täiesti uuele vaatele elu tekkele, mille kohaselt võisid kõik elu võtmekomponendid tekkida üheaegselt.

Cambridge'i molekulaarbioloogia labori tagasihoidlik hoone.

Molekulide ja asjaolude õnnelik kokkusattumus

"RNA keemia mitmed võtmeaspektid olid katki," selgitab Sutherland. Iga RNA nukleotiid koosneb suhkrust, alusest ja fosfaadist. Kuid praktikas osutus suhkru ja aluse koosmõju saavutamine võimatuks. Molekulid olid lihtsalt vale kujuga.

Nii hakkas Sutherland katsetama teiste ainetega. Lõpuks lõi tema meeskond 5 lihtsat molekuli, mis koosnesid teist tüüpi suhkrust ja tsüaanamiidist, mis, nagu nimigi ütleb, on seotud tsüaniidiga. Need ained viidi läbi rea keemilisi reaktsioone, mis viisid lõpuks neljast nukleotiidist kahe loomiseni.

See oli kahtlemata edukas ja tõstis Sutherlandi mainet koheselt.

Paljud vaatlejad arvasid, et see oli täiendav tõend "RNA maailma" teooria kasuks. Kuid Sutherland ise nägi seda teisiti.

"Klassikaline" RNA maailma hüpotees keskendus tõsiasjale, et esimestes organismides vastutas RNA kõigi elufunktsioonide eest. Kuid Sutherland nimetab seda väidet "lootusetult optimistlikuks". Ta usub, et RNA oli kaasatud, kuid see polnud ainus elujõulisuse jaoks oluline komponent.

Sutherland sai inspiratsiooni Jack Szostaki hiljutisest tööst, kes ühendas RNA maailma "primaarse enesereplikatsiooni" kontseptsiooni Pier Luigi Luisi "esmase lahterdamise" ideedega.

Kuidas luua elusrakk nullist

Sutherlandi tähelepanu köitis nukleotiidide sünteesi kurioosne detail, mis alguses tundus juhuslik.

Sutherlandi katsete viimane etapp oli alati fosfaatide lisamine nukleotiidile. Kuid hiljem sai ta aru, et peaks selle lisama päris algusest, kuna fosfaat kiirendab reaktsioone varases staadiumis.

Esialgne fosfaadi lisamine näis suurendavat reaktsiooni juhuslikkust, kuid Sutherland suutis aru saada, et see juhuslikkus oli kasulik.

See pani ta sellele mõtlema segud peaksid olema kaootilised. Varasel Maal hõljus ühes basseinis tõenäoliselt palju kemikaale. Muidugi ei tohiks segud meenutada rabavett, sest tuleb leida optimaalne juhuslikkuse tase.

1950. aastal loodud Stanley Milleri segud, millest varem juttu oli, olid palju kaootilisemad kui Sutherlandi segu. Need sisaldasid bioloogilisi molekule, kuid nagu Sutherland ütleb, oli neid vähe ja nendega kaasnes palju rohkem mittebioloogilisi ühendeid.

Sutherland arvas, et Milleri katse tingimused ei olnud piisavalt puhtad. Segu oli liiga kaootiline, mistõttu läksid vajalikud ained selles lihtsalt kaduma.

Nii otsustas Sutherland leida "Kuldvillaku keemia": mitte nii ülekoormatud mitmesuguste ainetega, et see muutuks kasutuks, aga ka mitte nii lihtne, et selle võimalused oleksid piiratud.

Oli vaja luua kompleksne segu, milles kõik elu komponendid saaksid üheaegselt moodustuda ja seejärel ühineda.

Ürgtiik ja elu teke mõne minutiga

Lihtsamalt öeldes kujutage ette, et 4 miljardit aastat tagasi oli Maal väike tiik. Aastate jooksul moodustusid selles vajalikud ained, kuni segu omandas protsessi käivitamiseks vajaliku keemilise koostise. Ja siis tekkis esimene rakk, võib-olla vaid mõne minuti pärast.

See võib kõlada fantastiliselt, nagu keskaegsete alkeemikute avaldused. Kuid Sutherlandil hakkasid tõendid olema.

Alates 2009. aastast on ta demonstreerinud, et kasutades samu aineid, millest moodustasid tema kaks esimest RNA nukleotiidi, on võimalik luua muid iga elusorganismi jaoks olulisi molekule.

Ilmselge järgmine samm oli teiste RNA nukleotiidide loomine. Sutherland pole seda veel õppinud, kuid 2010. aastal demonstreeris ta sellele lähedasi molekule, mis võivad potentsiaalselt nukleotiidideks muutuda.

Ja 2013. aastal kogus ta aminohapete prekursoreid. Seekord lisas ta vajaliku reaktsiooni tekitamiseks vasktsüaniidi.

Paljudes katsetes esines tsüaniidipõhiseid aineid ja Sutherland kasutas neid uuesti 2015. aastal. Ta näitas, et sama ainete komplektiga on võimalik luua lipiidide lähteaineid – rakuseinu moodustavaid molekule. Reaktsioon toimus ultraviolettkiirguse mõjul ning selles osalesid väävel ja vask, mis aitas protsessi kiirendada.

"Kõik ehitusplokid [moodustusid] keemiliste reaktsioonide ühisest tuumast, " selgitab Szostak.

Kui Sutherlandil on õigus, siis meie nägemus elu päritolust on viimase 40 aasta jooksul olnud põhimõtteliselt vale.

Alates hetkest, kui teadlased nägid, kui keeruline on raku struktuur, keskendusid kõik ideele, et esimesed rakud hakkavad kokku tulema järk-järgult, elemendi haaval.

Alates sellest, kui Leslie Orgel tutvustas ideed, et RNA oli esikohal, on teadlased "püüdnud võtta ühte elementi ja seejärel lasta sellel teha ülejäänud", ütleb Sutherland. Ta ise usub, et luua on vaja kõik korraga.

Kaos on eluks vajalik tingimus

"Me seadsime kahtluse alla idee, et rakk on liiga keeruline, et tekkida korraga," ütleb Sutherland. "Nagu näete, saate luua kõigi süsteemide ehitusplokke korraga."

Shostak kahtlustab isegi, et enamik katseid luua elumolekule ja neid elusrakkudeks kokku panna on ebaõnnestunud samal põhjusel: liiga steriilsed katsetingimused.

Teadlased võtsid vajalikud ained ja unustasid täielikult need, mis võisid eksisteerida ka varasel Maal. Kuid Sutherlandi töö näitab, et kui segule lisatakse uusi aineid, tekivad keerulisemad ühendid.

Shostak puutus sellega ise kokku 2005. aastal, kui üritas oma protorakkudesse RNA ensüümi sisestada. Ensüüm vajas magneesiumi, mis hävitas protoraku membraani.

Lahendus oli elegantne. Selle asemel, et luua vesiikulid ainult ühest rasvhappest, looge need kahe happe segust. Saadud vesiikulid saavad magneesiumiga hakkama ja võivad seetõttu toimida RNA ensüümide "kandjatena".

Pealegi ütleb Szostak, et esimesed geenid olid tõenäoliselt juhuslikud.

Kaasaegsed organismid kasutavad geenide edasiandmiseks puhast DNA-d, kuid tõenäoliselt puhast DNA-d alguses lihtsalt ei eksisteerinud. Selle asemel võiks olla RNA nukleotiidide ja DNA nukleotiidide segu.

2012. aastal näitas Szostak, et selline segu võib koonduda "mosaiikseks" molekulideks, mis näevad välja ja käituvad nagu puhas RNA. Ja see tõestab, et RNA ja DNA segatud molekulide teoorial on õigus eksisteerida.

Need katsed näitasid järgmist: pole vahet, kas esimestel organismidel võis olla puhas RNA või puhas DNA.

"Ma läksin tegelikult tagasi idee juurde, et esimene polümeer sarnanes RNA-ga, kuid nägi välja veidi kaootilisem, " ütleb Szostak.

RNA alternatiivid

Võimalik, et RNA-le võiks nüüd olla rohkem alternatiive, lisaks juba olemasolevatele TNC-dele ja PNA-dele, millest varem juttu oli. Me ei tea, kas need eksisteerisid Maal, kuid isegi kui nad eksisteerisid, võisid varajased organismid neid koos RNA-ga kasutada.

See polnud enam "RNA maailm", vaid "millegi maailm - ei ole".

Kõigest sellest saame õppida, et esimese elusraku iseloomine polnud sugugi nii keeruline, kui me varem arvasime. Jah, rakud on keerulised masinad. Kuid nagu selgus, töötavad need, ehkki mitte ideaalselt, isegi kui need on "juhuslikult valmistatud" vanametallist.

Pärast ilmumist näib, et sellistel töötlemata rakkudel on varajasel Maal ellujäämiseks vähe võimalusi. Teisest küljest ei olnud neil konkurentsi ja neid ei ohustanud ükski kiskja, mistõttu oli elu ürgsel Maal paljuski lihtsam kui praegu.

Kuid on üks "aga"

Kuid on üks probleem, mida ei Sutherland ega Shostak lahendada ei suutnud ja see on üsna tõsine.

Esimesel organismil pidi olema mingisugune ainevahetus. Elul pidi algusest peale olema energia vastuvõtmise oskus, muidu see elu hävib.

Siinkohal nõustus Sutherland Mike Russelli, Bill Martini ja teiste "ürgse ainevahetuse" pooldajate ideedega.

"RNA maailma" ja "esmase ainevahetuse" teooriate toetajad vaidlesid omavahel asjata. Mõlemal poolel olid kaalukad argumendid,” selgitab Sutherland.

"Ainevahetus algas kuskil," kirjutab Shostak. "Kuid see, mis sai keemilise energia allikaks, on suur küsimus."

Isegi kui Martin ja Russell eksivad mõttega, et elu sai alguse süvamere tuulutusavadest, on paljud nende teooria osad tõele lähedal. Esimene on metallide oluline roll elu tekkes.

Paljude looduses leiduvate ensüümide tuumas on metalliaatom. Tavaliselt on see ensüümi "aktiivne" osa, samas kui ülejäänud molekul on tugistruktuur.

Esimesel elul ei saanud olla keerulisi ensüüme, seetõttu kasutas see tõenäoliselt katalüsaatoritena paljaid metalle.

Katalüsaatorid ja ensüümid

Günther Wachtenshauser ütles sama, kui väitis, et elu tekkis raudpüriidil. Russell rõhutab ka, et hüdrotermilistes tuulutusavades leiduv vesi on rikas metallide poolest, mis võivad toimida katalüsaatoritena, ning Martini uuringud tänapäevaste bakterite viimase universaalse ühise esivanema kohta viitavad paljude rauapõhiste ensüümide olemasolule.

Kõik see viitab sellele, et paljud Sutherlandi keemilised reaktsioonid kulgesid edukalt ainult tänu vasele (ja väävlile, nagu rõhutas Wachtershauser) ning Shostaki protorakkude RNA vajab magneesiumi.

Võib juhtuda, et ka hüdrotermilised tuulutusavad on elu loomisel olulised.

"Kui vaatate kaasaegset ainevahetust, näete elemente, mis räägivad enda eest, nagu raua ja väävli klastrid, " selgitab Szostak. "See sobib ideega, et elu tekkis ventilatsiooniavast või selle läheduses, kus vesi oli rikas raua ja väävli poolest."

Seda öeldes on lisada ainult üks asi. Kui Sutherland ja Szostak on õigel teel, siis üks vent-teooria aspekt on kindlasti vale: elu ei saanud alata meresügavustest.

"Meie avastatud keemilised protsessid sõltuvad suuresti ultraviolettkiirgusest, " ütleb Sutherland.

Ainus sellise kiirguse allikas on Päike, mistõttu reaktsioonid peavad toimuma otse selle kiirte all. See välistab süvamere tuulutusavadega versiooni.

Šostak nõustub, et meresügavust ei saa pidada elu hälliks. "Kõige hullem on see, et nad on isoleeritud koostoimest atmosfääriga, mis on energiarikaste toorainete, nagu tsüaniid, allikas."

Kuid kõik need probleemid ei muuda hüdrotermilise ventilatsiooni teooriat kasutuks. Võib-olla asusid need õhuavad madalates vetes, kus neil oli juurdepääs päikesevalgusele ja tsüaniidile.

Elu ei tekkinud mitte ookeanis, vaid maismaal

Armen Mulkijanyan pakkus välja alternatiivi. Mis siis, kui elu tekkis vees, kuid mitte ookeanis, vaid maismaal? Nimelt vulkaanilises tiigis.

Mulkijanyan juhtis tähelepanu rakkude keemilisele koostisele: eelkõige sellele, milliseid aineid nad vastu võtavad ja mida tagasi lükkavad. Selgus, et iga organismi rakud sisaldavad palju fosfaati, kaaliumi ja muid metalle, välja arvatud naatrium.

Kaasaegsed rakud säilitavad metallide tasakaalu, pumbates neid keskkonnast välja, kuid esimestel rakkudel see võimalus puudus – pumpamismehhanismi polnud veel välja töötatud. Seetõttu soovitas Mulkijanian, et esimesed rakud ilmusid sinna, kus oli ligikaudne hulk aineid, mis moodustavad praegused rakud.

See kaotab potentsiaalse eluhälli nimekirjast kohe üle ookeani. Elusrakkudes on palju rohkem kaaliumi ja fosfaati ning palju vähem naatriumi kui ookeanis.

Selle teooria jaoks sobivad paremini vulkaanide lähedal asuvad geotermilised allikad. Need tiigid sisaldavad sama metallide segu kui rakud.

Shostak toetab seda ideed soojalt. "Arvan, et ideaalne asukoht oleks madal järv või tiik geotermiliselt aktiivses piirkonnas," kinnitab ta. "Me vajame hüdrotermilisi tuulutusavasid, kuid mitte süvamere, vaid pigem sarnaseid vulkaaniliselt aktiivsetes piirkondades, nagu Yellowstone'is."

Sellises kohas võivad Sutherlandi keemilised reaktsioonid toimuda. Allikates on vajalik hulk aineid, veetase kõigub nii, et mõni piirkond kuivab kohati ära ja päikese ultraviolettkiirtest ei puudu.

Veelgi enam, Szostak ütleb, et sellised tiigid sobivad tema protorakkude jaoks suurepäraselt.

"Protorakud hoiavad üldiselt madalat temperatuuri, mis on hea RNA kopeerimiseks ja muuks lihtsaks ainevahetuseks," ütleb Szostak. "Kuid aeg-ajalt kuumenevad nad lühidalt, mis aitab eraldada RNA ahelaid ja valmistab need ette edasiseks iseseplikatsiooniks." Külma või kuuma vee ojad võivad samuti aidata protorakkudel jaguneda.

Vulkaanide lähedal asuvad geotermilised allikad oleksid võinud saada elu sünnikohaks.

Meteoriidid oleksid võinud elule kaasa aidata

Kõigi olemasolevate argumentide põhjal pakub Sutherland välja kolmanda võimaluse – meteoriidi langemise koha.

Maad tabasid oma eksisteerimise esimesel 500 miljonil aastal regulaarselt meteoorisadu – neid langeb ka tänapäeval, kuid palju harvemini. Korraliku suurusega meteoriidi langemiskoht võib luua samad tingimused kui tiigid, millest Mulkijanyan rääkis.

Esiteks on meteoriidid enamasti valmistatud metallist. Ja kohad, kus need langevad, on sageli rikkad metallide, näiteks raua ja väävli poolest. Ja mis kõige tähtsam, kohtades, kus meteoriit langeb, surutakse maakoor, mis toob kaasa geotermilise aktiivsuse ja kuuma vee ilmumise.

Sutherland kirjeldab väikeseid jõgesid ja ojasid, mis voolavad mööda äsja moodustunud kraatrite külgi, mis tõmbavad kivimitest tsüaniidipõhiseid aineid – kõik ultraviolettkiirte mõjul. Iga voog kannab teistest veidi erinevat ainete segu, nii et lõpuks tekivad erinevad reaktsioonid ja tekib hulk orgaanilisi aineid.

Lõpuks ühinevad ojad, moodustades kraatri põhjas vulkaanilise tiigi. Võib-olla koguti just sellisesse tiiki kõik vajalikud ained, millest tekkisid esimesed protorakud.

"See on väga spetsiifiline areng," nõustub Sutherland. Kuid ta kaldub selle poole leitud keemiliste reaktsioonide põhjal: "See on ainus sündmuste käik, kus kõik minu katsetes näidatud reaktsioonid võivad aset leida."

Shostak pole selles veel päris kindel, kuid nõustub, et Sutherlandi ideed väärivad suurt tähelepanu: «Mulle tundub, et need sündmused võisid aset leida meteoriidi kokkupõrkes. Kuid mulle meeldib ka vulkaaniliste süsteemide idee. Mõlema versiooni kasuks on tugevad argumendid.»

Millal saame vastuse küsimusele: kuidas elu alguse sai?

Näib, et arutelu ei lõpe niipea ja teadlased ei jõua kohe ühisele arvamusele. Otsus tehakse keemiliste reaktsioonide ja protorakkudega tehtud katsete põhjal. Kui selgub, et ühest valikust on puudu võtmeaine või kasutatakse protorakke hävitavat ainet, loetakse see valeks.

See tähendab, et esimest korda ajaloos oleme elu alguse kõige täielikuma selgituse äärel.

"Väljakutsed ei tundu enam võimatud," ütleb Sutherland optimistlikult.

Seni on Shostaki ja Sutherlandi nn “kõik korraga” lähenemine vaid umbkaudne ülevaade. Kuid kõik selle lähenemisviisi argumendid on aastakümnete pikkuste katsetega tõestatud.

See kontseptsioon põhineb kõigil varasematel lähenemisviisidel. See ühendab kõik edukad arengud, lahendades samal ajal iga lähenemisviisi individuaalsed probleemid.

Näiteks ei lükka see ümber Russelli hüdrotermiliste õhuavade teooriat, vaid kasutab selle kõige edukamaid elemente.

Mis juhtus 4 miljardit aastat tagasi

Me ei tea kindlalt, mis juhtus 4 miljardit aastat tagasi.

"Isegi kui loote reaktori, kus E. coli hüppab välja, ei saa te öelda, et see on selle kõige esimese elu reprodutseerimine," ütles Martin.

Parim, mida saame teha, on ette kujutada sündmuste käiku, toetades oma nägemust tõenditega: keemiaalased katsed, kõik, mida me varajase Maa kohta teame, ja kõik, mida bioloogia meile varajaste eluvormide kohta räägib.

Lõpuks, pärast sajandeid kestnud pingelist pingutust, näeme, kuidas hakkab ilmnema lugu sündmuste tegelikust käigust.

See tähendab, et oleme lähenemas inimajaloo suurimale lõhele: jagunemisele nende vahel, kes teavad elu tekkelugu, ja nende vahel, kes ei elanud selle hetkeni ega saa seetõttu kunagi teada.

Kõik need, kes ei elanud 1859. aastal ilmunud Darwini liikide päritolu nägemiseni, surid ilma vähimagi ettekujutuseta inimese päritolust, kuna nad ei teadnud evolutsioonist midagi. Kuid tänapäeval saavad kõik, välja arvatud üksikud isoleeritud kogukonnad, teada tõde meie sugulusest teiste loomamaailma esindajatega.

Samamoodi said kõik, kes sündisid pärast Juri Gagarini Maa orbiidile sattumist, ühiskonna liikmeteks, kes on võimelised rändama teistesse maailmadesse. Ja kuigi mitte kõik elanikud pole planeedil käinud, on kosmosereisidest saanud kaasaegne reaalsus.

Uus reaalsus

Need faktid muudavad peenelt meie ettekujutust maailmast. Nad teevad meid targemaks. Evolutsioon õpetab meid väärtustama igat elusolendit, sest meid kõiki võib pidada sugulasteks, ehkki kaugeteks. Kosmosereisid õpetavad meid vaatama oma koduplaneeti väljastpoolt, et mõista, kui ainulaadne ja habras see on.

Mõned praegu elavad inimesed saavad peagi esimestena ajaloos, kes saavad rääkida oma päritolust. Nad saavad teada oma ühisest esivanemast ja sellest, kus ta elas.

See teadmine muudab meid. Puhtalt teaduslikust vaatenurgast annab see meile aimu elu tekkimise võimalustest universumis ja kust seda otsida. See paljastab meile ka elu olemuse.

Kuid võime vaid aimata, milline tarkus ilmub meie ette sel hetkel, kui selgub elu tekke saladus. Iga kuu ja aastaga oleme lähemal meie planeedi elu tekke suure saladuse lahendamisele. Neid ridu lugedes tehakse praegu uusi avastusi.

Loe ka:

Jaga seda artiklit

Kuidas tekkis elu Maal? Üksikasjad on inimkonnale teadmata, kuid nurgakivi põhimõtted on paika pandud. On kaks peamist teooriat ja palju väiksemaid teooriaid. Nii et põhiversiooni järgi tulid orgaanilised komponendid Maale kosmosest, teise järgi - kõik juhtus Maal. Siin on mõned kõige populaarsemad õpetused.

Panspermia

Kuidas meie Maa tekkis? Planeedi elulugu on ainulaadne ja inimesed püüavad seda erineval viisil lahti harutada. On olemas hüpotees, et Universumis eksisteeriv elu levib meteoroidide (taevakehad, mille suurus on planeetidevahelise tolmu ja asteroidi vahepealne), asteroidide ja planeetide kaudu. Eeldatakse, et on eluvorme, mis taluvad kokkupuudet (kiirgus, vaakum, madalad temperatuurid jne). Neid nimetatakse ekstremofiilideks (sealhulgas bakterid ja mikroorganismid).

Need kukuvad prahiks ja tolmuks, mis pärast Päikesesüsteemi väikeste kehade surma, seega elu säilimist, kosmosesse paisatakse. Bakterid võivad uinunud olekus reisida pikka aega, enne kui nad kohtuvad teiste planeetidega.

Need võivad seguneda ka protoplanetaarsete ketastega (tihe gaasipilv noore planeedi ümber). Kui uues kohas satuvad “vankumatud, kuid unised sõdurid” soodsatesse tingimustesse, aktiveeruvad nad. Algab evolutsiooniprotsess. Lugu harutatakse lahti sondide abil. Andmed komeetide sees olnud instrumentidest näitavad: valdav enamus juhtudest kinnitatakse tõenäosust, et me kõik oleme "väikesed tulnukad", kuna elu häll on kosmos.

Biopoees

Siin on veel üks arvamus selle kohta, kuidas elu algas. Maal on elusaid ja elutuid asju. Mõned teadused tervitavad abiogeneesi (biopoeesi), mis selgitab, kuidas anorgaanilisest ainest tekkis loodusliku transformatsiooni kaudu bioloogiline elu. Enamikku aminohappeid (mida nimetatakse ka kõigi elusorganismide ehitusplokkideks) saab moodustada looduslike keemiliste reaktsioonide abil, millel pole eluga midagi pistmist.

Seda kinnitab Muller-Urey eksperiment. 1953. aastal juhtis teadlane elektrit läbi gaaside segu ja sai laboritingimustes mitmeid aminohappeid, mis simuleerisid varajase Maa tingimusi. Kõigis elusolendites muunduvad aminohapped geneetiliste mäluhoidjate ehk nukleiinhapete mõjul valkudeks.

Viimaseid sünteesitakse iseseisvalt biokeemiliselt ja valgud kiirendavad (katalüüsivad) protsessi. Milline orgaaniline molekul on esimene? Ja kuidas nad omavahel suhtlesid? Abiogenees otsib vastust.

Kosmogoonilised suundumused

See on õpetus ruumist. Kosmoseteaduse ja astronoomia konkreetses kontekstis viitab see termin päikesesüsteemi loomise (ja uurimise) teooriale. Katsed kalduda naturalistliku kosmogoonia poole ei talu kriitikat. Esiteks ei suuda olemasolevad teaduslikud teooriad selgitada peamist: kuidas universum ise tekkis?

Teiseks puudub füüsiline mudel, mis seletaks Universumi eksisteerimise varasemaid hetki. Mainitud teooria ei sisalda kvantgravitatsiooni mõistet. Kuigi stringiteoreetikud väidavad, et elementaarosakesed tekivad kvantstringide vibratsioonide ja vastastikmõjude tulemusena, ei nõustu need, kes uurivad Suure Paugu päritolu ja tagajärgi (silmuskvantkosmoloogia). Nad usuvad, et neil on valemid, mis kirjeldavad mudelit väljavõrrandite kaudu.

Kosmogooniliste hüpoteeside abil selgitasid inimesed taevakehade liikumise ja koostise homogeensust. Ammu enne elu ilmumist Maale täitis aine kogu ruumi ja seejärel arenes.

Endosümbiont

Endosümbiootilise versiooni koostas esmakordselt vene botaanik Konstantin Merežkovski 1905. aastal. Ta uskus, et mõned organellid tekkisid vabalt elavate bakteritena ja võeti endosümbiontidena teise rakku. Mitokondrid arenesid proteobakteritest (täpsemalt Rickettsiales või lähisugulased) ja kloroplastid tsüanobakteritest.

See viitab sellele, et mitmed bakterite vormid sisenesid sümbioosi, moodustades eukarüootse raku (eukarüootid on elusorganismide rakud, mis sisaldavad tuuma). Geneetilise materjali horisontaalset ülekandmist bakterite vahel soodustavad ka sümbiootilised suhted.

Eluvormide mitmekesisuse tekkele võis eelneda tänapäevaste organismide viimane ühine esivanem (LUA).

Spontaanne põlvkond

Kuni 19. sajandi alguseni lükkasid inimesed üldiselt tagasi "äkilisuse" kui seletuse sellele, kuidas elu Maal alguse sai. Teatud eluvormide ootamatu spontaanne genereerimine elutust ainest tundus neile ebausutav. Kuid nad uskusid heterogeneesi (paljunemismeetodi muutus) olemasolu, kui üks eluvormidest pärineb teisest liigist (näiteks mesilased lilledest). Klassikalised ideed spontaanse tekke kohta taanduvad järgmisele: orgaaniliste ainete lagunemise tõttu tekkisid mõned keerulised elusorganismid.

Aristotelese järgi oli see kergesti jälgitav tõde: lehetäid tekivad taimedele langevast kastest; kärbsed - riknenud toidust, hiired - määrdunud heinast, krokodillid - veehoidlate põhjas mädanenud palkidest jne. Spontaanse põlvkonna teooria (kristluse poolt ümber lükatud) eksisteeris salaja sajandeid.

On üldtunnustatud, et teooria lükati lõplikult ümber 19. sajandil Louis Pasteuri katsetega. Teadlane ei uurinud elu tekkimist, ta uuris mikroobide teket, et olla võimeline nakkushaigustega võitlema. Pasteuri tõendid ei olnud aga enam vastuolulised, vaid oma olemuselt rangelt teaduslikud.

Savi teooria ja järjestikune loomine

Savil põhineva elu tekkimine? Kas see on võimalik? Sellise teooria autor on Šoti keemik nimega A. J. Kearns-Smith Glasgow ülikoolist 1985. aastal. Tuginedes teiste teadlaste sarnastele eeldustele, väitis ta, et orgaanilised osakesed, sattudes savikihtide vahele ja nendega suhtlema, võtsid kasutusele teabe salvestamise ja kasvamise meetodi. Seega pidas teadlane primaarseks “savi geeni”. Algselt eksisteerisid mineraal ja tekkiv elu koos, kuid teatud etapis nad "hajusid".

Hävitamise (kaose) idee tärkavas maailmas sillutas teed katastroofide teooriale kui evolutsiooniteooria ühele eelkäijale. Selle pooldajad usuvad, et Maad on minevikus mõjutanud äkilised, lühiajalised vägivaldsed sündmused ning olevik on mineviku võti. Iga järgnev katastroof hävitas olemasoleva elu. Järgnev looming taaselustas selle juba erinevalt eelmisest.

Materialistlik õpetus

Ja siin on veel üks versioon selle kohta, kuidas elu Maal alguse sai. Selle esitasid materialistid. Nad usuvad, et elu tekkis ajas ja ruumis toimunud järkjärguliste keemiliste transformatsioonide tulemusena, mis toimusid suure tõenäosusega peaaegu 3,8 miljardit aastat tagasi. Seda arengut nimetatakse molekulaarseks, see mõjutab desoksüribonukleiin- ja ribonukleiinhapete ning valkude (valkude) piirkonda.

Teadusliku liikumisena tekkis doktriin 1960. aastatel, kui hakati aktiivselt uurima molekulaar- ja evolutsioonibioloogiat ning populatsioonigeneetikat. Seejärel püüdsid teadlased mõista ja kinnitada hiljutisi avastusi nukleiinhapete ja valkude kohta.

Üks võtmeteemasid, mis stimuleeris selle teadmiste valdkonna arengut, oli ensümaatilise funktsiooni areng, nukleiinhapete lahknemise kasutamine "molekulaarse kellana". Selle avalikustamine aitas kaasa liikide lahknemise (hargnemise) sügavamale uurimisele.

Orgaaniline päritolu

Selle doktriini pooldajad räägivad sellest, kuidas elu Maal tekkis, järgmiselt. Liikide teke algas kaua aega tagasi - enam kui 3,5 miljardit aastat tagasi (arv näitab perioodi, mil elu eksisteeris). Tõenäoliselt toimus algul aeglane ja järkjärguline transformatsiooniprotsess ning seejärel algas kiire (Universumi sees) paranemise etapp, üleminek ühest staatilisest olekust teise olemasolevate tingimuste mõjul.

Evolutsioon, mida nimetatakse bioloogiliseks või orgaaniliseks, on aja jooksul muutumise protsess ühes või mitmes organismipopulatsioonides leiduvas pärilikus tunnuses. Pärilikud tunnused on erilised eristavad tunnused, sealhulgas anatoomilised, biokeemilised ja käitumuslikud omadused, mis antakse edasi põlvest põlve.

Evolutsioon on toonud kaasa kõigi elusorganismide mitmekesisuse ja mitmekesistumise (mitmekesistumine). Charles Darwin kirjeldas meie värvikat maailma kui "lõpmatuid vorme, kõige ilusamaid ja imelisemaid". Jääb mulje, et elu tekkelugu on alguse ja lõputa lugu.

Eriline looming

Selle teooria kohaselt on kõik tänapäeval planeedil Maa eksisteerivad eluvormid Jumala loodud. Aadam ja Eeva on kõigevägevama loodud esimene mees ja naine. Elu Maal algas nendega, usun kristlasi, moslemeid ja juute. Kolm religiooni leppisid kokku, et Jumal lõi universumi seitsme päevaga, muutes kuuenda päeva oma töö kulminatsiooniks: ta lõi Aadama maa tolmust ja Eeva tema ribist.

Seitsmendal päeval Jumal puhkas. Siis hingas ta sisse ja saatis ta Eedeni-nimelist aeda hooldama. Keskel kasvasid elupuu ja hea tundmise puu. Jumal andis loa süüa kõigi aia puude vilju, välja arvatud Teadmise Puu ("sest sel päeval, mil te sellest sööte, surete te").

Kuid inimesed ei kuuletunud. Koraan ütleb, et Adam soovitas õuna proovida. Jumal andis patustele andeks ja saatis nad mõlemad oma esindajatena maa peale. Ja ometi... Kust tuli Maa peale elu? Nagu näete, pole selget vastust. Kuigi kaasaegsed teadlased kalduvad üha enam kõigi elusolendite päritolu abiogeensele (anorgaanilisele) teooriale.

Juba üle sajandi on teadlasi piinanud küsimus, kui vana on inimkond Maal? Erinevatel aegadel püüdsid sellele vastata religioonid, teadus ja filosoofia. Seega levisid isegi kõige iidsemates religioonides alati müüdid inimeste loomisest jumalate poolt. Ja sageli nimetati isegi selle sündmuse konkreetseid kuupäevi.

Iisraeli hõim

Kristlus annab üsna täpse vastuse küsimusele, kui vana on inimkond. Piibli järgi olid esimesed inimesed Aadam ja Eeva, kes loodi Jumala näo ja sarnasuse järgi.

On kummaline, et kristlased polnud selles valdkonnas esimesed. Peaaegu kõik Vanas Testamendis sisalduvad lood on muistsete šemiidi müütide ümberjutustused. Ja juudi Toora, erinevalt Vatikanist, ei varja looja lemmik vaimusünnituse tegelikku vanust: umbes 7000 aastat. 70 sajandit kestnud arengut alates muretust elust Eedeni aias ja adra leiutamisest kuni esimese aatomipommi ja kosmosesidesatelliitideni.

Rurikust Peeter Suureni

Sa ei pea avama Piiblit, et leida vastuseid igavestele küsimustele. Me kõik oleme Venemaa või maailma ajaloost rääkides harjunud kasutama mõisteid “Kristuse sünd” või “meie ajastu”. 221 eKr, 988 pKr... Kuid see kronoloogia võeti planeedi standarditega kasutusele üsna hiljuti. Alles 4. sajandil. Rooma impeerium läks ametlikult üle uuele kalendrile, mis oli seotud uue Messia – Jeesuse – sünniga. Venemaa tegi selle ülemineku Peeter Suure käsul alles 1701. aastal. Kuidas määrati kuupäevad enne neid sündmusi? Avame Vana-Vene kuulsaima kroonika - "Möödunud aastate lugu".

Siin toodud kuupäev on jahmatav: suvi 6370. Kristliku kalendri järgi on see 861 aastat. On, mille üle mõelda. Meie esivanemad lugesid aega meie päevadest kaugemal asuvast punktist enam kui 7 ja poole tuhande aasta võrra. See on iidsete tsivilisatsioonide tekkimise aeg. Täpsemalt on see periood, mille kohta on meil esimene enam-vähem usaldusväärne teave. Vahepeal näitavad iidsete käsikirjade daatumid, et juba sel ajal oli slaavlastel piisavalt kõrge arengutase, et mõista aastate arvu ja nende kohta teabe talletamise vajadust.

Evolutsioon jumaliku tahte asendamiseks

Religioon on pikka aega olnud inimeste üks peamisi maailmateadmiste allikaid. Jumalik sekkumine seletati kõike alates loodusõnnetustest ja iga-aastastest põllumajandustsüklitest kuni Ateena võiduni Pärslaste üle Salamise lahingus. Kuid aja jooksul muutusid religiooni jõud kõigi maailma saladuste selgitamiseks ebapiisavaks. Olenemata sellest, kui palju aastaid inimkond on elanud, püüab ta alati õppida rohkem, kui praegu teatakse, avada uusi silmaringi. Keskajal avaldus see teadmistejanu ägedas võitluses tärkavate teaduste ja kristliku kiriku vahel. Kopernik, Galileo, Giordano Bruno – ilma nende nimedeta poleks tänapäevast astronoomiat, füüsikat, keemiat ega geoloogiat.

Inimese päritolu mõistatust peeti uurijate jaoks kogu maailmas üheks kõige pakilisemaks. Paljude sajandite jooksul ei mõelnud keegi kristlikus maailmas vaidlustada Aadama ja Eeva loomise versiooni. Ent 19. sajandil puhus valgustatud ühiskond sõna otseses mõttes õhku inglise loodusteadlase Charles Darwini skandaalse raamatuga.

Tema “Liikide päritolu” sundis täiesti teistsuguse pilguga vaatama küsimusele, mitu aastat on inimkond eksisteerinud, ning eraldas usklikud ja materialistid igaveseks sõdivatesse leeridesse. Seega võrdles Darwin oma töös mitukümmend tuhat looma-, taime- ja linnuliiki. Ta suutis tõestada, et Maa eri piirkondade elusolendite sarnasused ja erinevused on seotud loodusliku valikuga, mille käigus jäid sajandist sajandisse ellu tingimustega kõige paremini kohanenud isendid. Ta lõi evolutsiooniteooria. Ja ta purustas puruks Vana Testamendi väite maailma ja inimkonna 7000 aastase eksisteerimise kohta. Looduslikuks valikuks kulub tema arvates sadu tuhandeid aastaid, mis tähendab, et Piibli informatsioon on põhimõtteliselt vale.

Ahvi sugulased

1974. aastal avastas arheoloog Yohannas Etioopias väljakaevamistel luustiku fragmente, mis võiksid kuuluda tänapäeva inimese iidsele esivanemale. Kolju, mitmed ribid ja selgroolülid sarnanesid selgelt inimesega, kuid nende omanik oli selgelt madalamal arengujärgul kui Maa tänapäevased elanikud. Teadlased andsid oma näitusele nimeks Lucy. Uuringud on näidanud, et selle leiu vanus on ligikaudu 3,5 miljonit aastat! Seega kasvas müütilise Eeva vanus 500 korda.

Aafrikas avastatud liik sai nimeks Australopithecus, mis tähendab "Lõuna inimene". Pikka aega arvati, et ta on inimeste esivanemate seas vanim. 2000. aastal järgnes aga veelgi šokeerivam avastus. Aafrikas Tšaadi osariigis avastati humanoidist teismelise kolju, kelle vanus oli ligi 8 miljonit aastat. See liik - Sahelanthropus - on veelgi keerulisemaks muutnud arutelu selle üle, kui vana on inimkond. Kui aktsepteerida tõena Tšaadi poisi olemasolu reaalsust, siis selgub kaljudele mammuteid ja smilodoneid – iidseid mõõkhambulisi tiigreid – kujutavate maalide päritolu. Inimkond elas tõesti nende hiiglaste kõrval. Ja see osutus piisavalt võimsaks, et võita liigi ellujäämise võistlus.

Nupp ja kivi või ader ja mõõk?

Vaidlus inimkonna vanaduse üle on jaganud teadusmaailma mitmeks leppimatuks leeriks. Nende hulgas paistavad silma kaks, mis nõustuvad meie liigi evolutsiooni ideega, kuid lähevad lahku lähtepunkti määratluses. Kui lugeda inimkonna vanust hetkest, mil muistsed ahvid esimest korda puude otsast alla tulid ja pulga ja kivi üles võtsid, on kuupäev sama. Kui võtta oma ajaloo tekkehetkeks “homo sapiens” ilmumine, siis koguarv väheneb paarsada korda. Sel juhul pole vahet, mitu aastat inimkond maa peal elab, oluline on see, millal ta hakkas oma maailma aktiivselt korraldama.

Prantsusmaal Cro-Magnoni küla lähedalt avastati esimene tänapäeva mees, kellel on meiega samasugune luustik, kes oskab tuld teha ja kasutab meile tuttavaid tööriistu. Selle leiu vanus on 40 000 aastat. Cro-Magnonlased õmblesid loomanahast riideid, valmistasid kivist nõelu, odasid ja nuge, neil olid üsna arenenud maalimisoskused ja nad uskusid hauataguse ellu. Just selle liigi tekkimisega algas paleoliitikum ehk iidne kiviaeg.

Looduse nali

Inimese tekkimise anomaalse teooria pooldajad väidavad, et meie liigi vanus on umbes 15 miljonit aastat. Just sel ajal toimus paljude loomamaailma liikide evolutsioonis järsk hüpe. Entusiastide hinnangul oli põhjuseks päikese radioaktiivsuse muutus või maakoore hävimine uraanimaardlate kohal. Selle katastroofi tagajärjel said planeedi iidsed elanikud kiirguskahjustusi, mis tõukas evolutsiooni ahvide püstise kõndimise ja intelligentsuse arengu teele. Selle hüpoteesi fännide sügavaks kahetsusväärseks ei pea see vastu ühelegi teaduslikule katsele.

Teise tähe lapsed

On veel üks teooria, mille kaasaegne ajalugu ja arheoloogia hukka mõistavad, kuid mis sellele vaatamata suudab hästi vastata küsimusele, kui vana on inimkond. Seda nimetatakse paleovisiidiks ja see pärineb kahest ladinakeelsest sõnast: "paleo" - "iidne" ja "külastus" - "advent", "saabumine". Selle järgi on inimesed teiselt planeedilt pärit tulnukate järeltulijad, kes saabusid Maale ammusel ajal. Teadlasi ajendasid selle idee juurde iidsete templite seintel olevad hieroglüüfid, milles võib soovi korral näha üsna kaasaegseid helikoptereid ja kosmoselaevu.

Tulnukate antropogeneesil on palju variatsioone. Alustades ideedest, et me kõik oleme merehädaliste kosmosemeeste järeltulijad, kuni kosmosest pärit eluloova kiirguse teooriani, mis sunnib elu noortel planeetidel arenema rangelt määratletud stsenaariumi järgi. Kui võtta hüpoteesina viimane idee, siis võib inimkonna vanus ületada sadu miljoneid aastaid.

Mida ütleb mitteametlik teadus?

Kõik kättesaadavad arheoloogilised leiud ei ilmu kooliõpikutes. Mõned avastused on nii šokeerivad, et teadusmaailma juhid eelistavad need unustuse hõlma jätta, et mitte hävitada kogu kaasaegset maailmapilti. Ja sellegipoolest väidavad mõned arheoloogid, et inimkonna vanus on ebaproportsionaalselt suurem kui mitte ainult Tooras märgitud 7 tuhat aastat, vaid ka Cro-Magnoni mehe ilmumise ametlik kuupäev. Nad väidavad, et 40 000 aastat on vaid osa humanoidrassi elust ja osa ei ole suurim. Nii andsid väljakaevamised Lõuna-Ameerikas teadusele mitmeid ainulaadseid leide. Olmeci indiaanlaste väljasurnud linnast pärit dioriidipurgid on üks neist. Radiosüsiniku dateerimine näitas, et nende kivianumate vanus on umbes pool miljonit aastat. Kuid materjali, millest need on valmistatud, peetakse üheks vastupidavamaks Maal ja isegi tänapäevasel tehnoloogial on selle töötlemisega raskusi. Tõesti, 500 tuhat aastat tagasi olid indiaanlased juba nii arenenud, et said selle raske ülesandega hakkama?! Seda on raske uskuda, eriti kui vaadata džunglisse eksinud indiaanikülasid, millest mõned, näiteks Yanomami, on veel hilise kiviaja tasemel. Siiski ei saa te faktile vastu vaielda. Ja siis lõppude lõpuks suutsid maiade indiaanlased 5 tuhat aastat tagasi luua tähekaarte ilma elektrooniliste teleskoopideta.

Igavene mõistatus

Niisiis, kui vana on inimkonna ajalugu? Tõeline lugu, mitte see, millest, nagu Kozma Prutkov tabavalt ütles, ei saa kõiki valesid eemaldada, muidu ei jää midagi järele. Võib-olla 40 tuhat. Võib-olla 8 miljonit. Täiesti võimalik, et neid tuleb veelgi. Tahaks uskuda, et meie järeltulijad suudavad lõpuks sellele igavesele küsimusele vastata.