Kde sa zrodil život na Zemi? Ako sa objavil život na Zemi. Páčil sa vám materiál? prihláste sa na odber nášho e-mailového spravodaja

Problém pôvod života na Zemi už dlho zaujíma a znepokojuje ľudí. Existuje niekoľko hypotéz o pôvode života na našej planéte:

život stvoril Boh;
život na Zemi bol prinesený zvonku;
živé veci na planéte sa opakovane spontánne vytvorili z neživých vecí;
život vždy existoval;
život vznikol ako dôsledok biochemickej revolúcie.

Celá škála rôznych hypotéz vychádza z dvoch vzájomne sa vylučujúcich uhlov pohľadu. Zástancovia teórie biogenézy verili, že všetko živé pochádza iba zo živých vecí. Ich odporcovia obhajovali teóriu abiogenézy – verili, že vznik živých vecí z neživých vecí je možný.

Mnohí vedci predpokladali možnosť spontánneho generovania života. Nemožnosť spontánneho generovania života dokázal Louis Pasteur.

Druhou fázou je tvorba bielkovín, tukov, uhľohydrátov a nukleových kyselín z jednoduchých organických zlúčenín vo vodách primárneho oceánu. Izolované molekuly týchto zlúčenín sa skoncentrovali a vytvorili koacerváty, ktoré pôsobia ako otvorené systémy schopné výmeny látok s prostredím a rastu.

Tretia etapa - v dôsledku interakcie koacervátov s nukleovými kyselinami vznikli prvé živé bytosti - probionty, schopné okrem rastu a metabolizmu aj sebareprodukcie.

Inštrukcie

V súčasnosti sa biochemická teória pôvodu života považuje za prijatú. Vyvinul ho sovietsky vedec Alexander Oparin v roku 1924. V súlade s touto teóriou je vzhľad a ďalší vývoj živých vecí nemožný bez predchádzajúcej dlhej chemickej evolúcie, ktorá spočíva vo výskyte a vývoji organických molekúl.

Asi pred 4 miliardami rokov už mala Zem pevnú kôru a atmosféru výrazne odlišnú od tej súčasnej, prakticky v nej nebol žiadny kyslík, ale bolo tam nadbytok vodíka, metánu, dusíka a vodnej pary. Absencia kyslíka, bez ktorej si moderný život nemožno predstaviť, bola v prvom štádiu chemického vývoja požehnaním, pretože kyslík je silné oxidačné činidlo a pri jeho veľkom množstve sa organické molekuly jednoducho nemohli tvoriť.

Po dostatočnom ochladení Zeme začali v jej atmosfére prebiehať procesy syntézy organických molekúl a tieto procesy prebiehali abiogénne, teda k syntéze nedochádzalo pomocou, ktoré ešte neexistovalo, ale vďaka náhodným reakciám. medzi chemickými. Energiu pre syntézu dodávali blesky, kozmické žiarenie a v prvom rade tvrdé ultrafialové žiarenie zo Slnka. Možnosť abiogénnej syntézy bola plne preukázaná, keďže sa dá ľahko zopakovať v laboratóriu, navyše sa dnes pozoruje pri sopečnej činnosti.

Postupne klesala teplota primárnej atmosféry, niektoré látky začali prechádzať z plynného skupenstva do kvapalného, ​​začali sa dažde a vznikali prvé oceány nasýtené jednoduchými organickými zlúčeninami, ktoré začali aktívne interagovať a vytvárať čoraz zložitejšie zlúčeniny. .

V roku 1986 bola sformulovaná teória sveta RNA, podľa ktorej boli prvými zlúčeninami schopnými reprodukovať podobné molekuly molekuly ribonukleovej kyseliny. Molekuly RNA nemožno nazvať živými organizmami, pretože nemajú obal, ktorý ich oddeľuje od prostredia.

Predpokladá sa, že škrupiny sa objavili v prvých RNA, keď náhodne spadli do sfér mastných kyselín. Vo vnútri škrupín boli možné zložité biochemické metabolické procesy. V procese evolúcie zostalo viac životaschopných zlúčenín a nakoniec sa objavili prvé najjednoduchšie živé organizmy.

Existuje niekoľko ďalších teórií o pôvode života na Zemi:
- teória spontánneho vytvárania života je známa už od staroveku, predpokladalo sa, že živé organizmy náhodne vznikajú z neživej hmoty, napríklad muchy z hnijúceho mäsa, vtáky z listov atď.;
- teória kreacionizmu tvrdí, že živé bytosti stvorila supermyseľ - mimozemská civilizácia, Boh, absolútna idea;
- existuje teória, podľa ktorej bol na našu planétu prinesený život z vesmíru, no táto teória jednoducho prenáša vznik života na iné miesto a nevysvetľuje jeho mechanizmus.

Video k téme

Vesmír pozostáva z nespočetného množstva galaxií a hviezd s planetárnymi systémami, ktoré môžu byť celkom vhodné pre existenciu organizmov. Znamená to, že mimo slnečnej sústavy mohla vzplanúť iskra živej hmoty, po ktorej bola prinesená na planétu Zem? Otázky súvisiace so vznikom života znepokojovali niekoľko generácií vedcov.

Inštrukcie

Pred niekoľkými rokmi americká tlač informovala, že skupina vedcov z univerzity v Kodani zistila, že život sa vo vesmíre objavil asi pred 13 miliardami rokov, teda takmer bezprostredne po hypotetickom veľkom tresku. Fyzici starostlivo študovali vzdialené galaxie, ktorých svetelné žiarenie nesie informácie o tomto vzdialenom čase. Nie všetci odborníci však považujú závery európskych vedcov za opodstatnené.

Pred senzačným objavom fyzikov z Kodane sa verilo, že najjednoduchšie formy života mohli vzniknúť v priestore Vesmíru relatívne nedávno – pred tromi až štyrmi miliardami rokov. Ale aj táto časová vzdialenosť sa zdá byť pre moderného človeka gigantická, aj keď vezmeme do úvahy, že planéta Zem vznikla asi pred 4,5 miliardami rokov.

V tej vzdialenej ére sa už v štruktúre vesmíru objavili ťažké chemické prvky, ktoré neboli prítomné v momente zrodu vesmíru. Základom budúceho života by podľa doterajších záverov mohli byť len termonukleárne reakcie, ku ktorým došlo v hĺbkach prvých hviezd. Ich spustenie trvalo niekoľko miliárd rokov.

No pre moderných bádateľov nie je zaujímavý len možný vek existencie života, ale aj miesto, kde vznikol. Moderní výskumníci sa v tomto smere delia na dva tábory. Niektorí vedci tvrdia, že život je jedinečný fenomén vo vesmíre. A vznikol na Zemi, ktorej podmienky boli optimálne na vytvorenie najjednoduchších proteínových systémov, ktoré vznikli zo starovekého chemického „bujónu“.

Sú takí, ktorí veria, že základné formy života sú roztrúsené po celom obrovskom vesmíre. Cestovaním s kozmickými telesami sa mikroorganizmy, ktoré možno zhruba nazvať „protolife“, dostali na planétu Zem. V tomto kúte slnečnej sústavy existovali podmienky, ktoré umožnili mikroorganizmom vyvinúť sa do zložitejších foriem života. Tieto procesy evolúcie živej hmoty trvali miliardy rokov.

Nech je to akokoľvek, vedci nepovažujú vznik života v meradle vesmíru za náhodný, ale prirodzený proces. Od svojho vzniku sa hmota neustále vyvíjala od jednoduchých až po zložité formy. Atómy a molekuly sa pomaly spájali do hmoty, vznikali malé a veľmi veľké vesmírne objekty. Logika vývoja hmoty, ktorá ešte nie je úplne prístupná materialistickému vysvetleniu, viedla ku komplikáciám hmoty a vzniku zložitých štruktúr z „prvých stavebných kameňov“ života – aminokyselín.

Priamy proces vzniku a formovania života vo vesmíre zostáva pre vedcov dodnes záhadou. Dnes môžeme hovoriť len o viac-menej spravodlivých predpokladoch, ktoré si vyžadujú dôkladné overenie. Významnú pomoc v tom môžu poskytnúť štúdie takzvaného kozmického mikrovlnného žiarenia pozadia, ktoré nesie prvotné informácie o priebehu evolúcie hmoty, ktorá trvala miliardy rokov.

Video k téme

Zdroje:

• Veľké tajomstvo života v roku 2019

Ľudia určite nie sú vo vesmíre sami. Ide len o to, že ľudstvo ešte nie je pripravené prijať fakt existencie inteligentného života mimo slnečnej sústavy. Sebectvo a zaužívaný obraz sveta nám bránia vidieť to, čo je v každodennom zhone pred bystrým okom skryté.

Je zriedkavé, že človek nepremýšľa o tom, či vo vesmíre existuje iný život ako pozemský. Bolo by naivné a dokonca sebecké veriť, že iba planéta Zem má inteligentný život. Fakty o výskyte UFO v rôznych častiach sveta, historické rukopisy, archeologické vykopávky naznačujú, že ľudia nie sú vo vesmíre sami. Okrem toho existujú „kontaktéri“, ktorí komunikujú so zástupcami iných civilizácií. Aspoň to tvrdia.

Dvojitý štandard

Bohužiaľ, väčšina objavov uskutočnených pod záštitou vlády je klasifikovaná ako „prísne tajné“, čo pred bežnými ľuďmi skrýva veľa faktov o prítomnosti iných foriem života vo vesmíre. Zmizlo napríklad niekoľko tisíc fotografií nasnímaných z povrchu Marsu, ktoré zobrazujú kanály, nezvyčajné budovy a pyramídy.

O možnom živote v rámci slnečnej sústavy a mimo nej môžete hovoriť dlho, ale vedecký svet potrebuje dôkazy, ktorých sa možno dotknúť a vidieť.

Najnovší zaujímavý objav

Vedci sa už niekoľko generácií snažia nájsť dôkazy o existencii inteligentného života vo vesmíre. Nedávno sa uskutočnilo ďalšie zasadnutie Americkej astronomickej spoločnosti, počas ktorého bola ohlásená dôležitá udalosť: pomocou vybavenia Keplerovho observatória sa podarilo objaviť planétu, ktorá je svojimi parametrami aj astronomickou polohou veľmi podobná Zemi.

Zdalo by sa, čo je na tom zlé? Ukazuje sa, že atmosféra objavenej planéty má oblaky tvorené vodou! Prítomnosť mrakov samozrejme nič neznamená, ak zvážime otázku prítomnosti života na planéte. Hoci pred tridsiatimi rokmi vedci ubezpečovali, že prítomnosť vody na planéte by znamenala, že na nej existuje život. Oblaky sú priamym dôkazom prítomnosti vody.

Hoci je už dlho známe, že aj Venuša má mraky, pozostávajú z kyseliny sírovej. Za takýchto podmienok sa život na povrchu planéty nemôže rozvíjať.

Na zodpovedanie množstva otázok sa vedci pod záštitou NASA rozhodli v roku 2017 vyslať satelit, ktorý poputuje za hranice slnečnej sústavy. Bude musieť nájsť dôkazy o inteligentnom živote za jeho hranicami.

Alebo možno stojí za to pozrieť sa mimo Zem?

Podľa mnohých výskumníkov našu Zem pravidelne navštevujú predstavitelia iných civilizácií. Boli to oni, ktorí opustili kerčské katakomby, podzemné kódy pod pohorím Ural, v Peru, na Antarktíde, ktoré sa používajú dodnes. Veľmi dobre sú napísané v knihách G. Sidorova „Chronologicko-ezoterická analýza vývoja ľudskej civilizácie“. Na jej stránkach je množstvo faktov, ktoré potvrdzujú prítomnosť inteligentného života mimo slnečnej sústavy.

Odborníci doteraz nevedia odpovedať na otázku, ako boli postavené pyramídy v Egypte, Mexiku a Peru. Je celkom rozumné predpokladať, že ich postavili zástupcovia

Je ťažké nájsť človeka, ktorý by sa nečudoval, ako vznikol život na Zemi. V tejto veci existuje množstvo myšlienok, od Biblie a Darwina až po modernú evolučnú teóriu, ktorá neustále prechádza zmenami v súlade s najnovšími objavmi vedcov.

Prirodzene, každý počul o dinosauroch, videl ich vo filmoch a múzeách a len málo ľudí spochybňuje ich historickú existenciu.

Hoci až do roku 1842 si ľudstvo ani neuvedomilo, že kosti obrovských zvierat nájdené na rôznych miestach planéty patria k rovnakému typu, nazývali ich „draci“ alebo pripisovali pozostatky titánom, ktorí bojovali v trójskej vojne. Chcelo to pochopenie vedcov, ktorí porovnali údaje a dali meno zvláštnym pozostatkom: dinosaury. A dnes veľmi dobre vieme, ako vyzerali tieto gigantické jašterice, vyhynuté pred miliónmi rokov, bolo popísaných mnoho ich druhov a každé dieťa vie, kto to je.

Skutočnosť, že tieto obrovské plazy sa objavili na Zemi pred 225-250 miliónmi rokov a úplne vyhynuli približne 66 miliónov rokov pred našou chronológiou, nešokuje väčšinu obyčajných ľudí, ktorí sa nezaujímajú o detaily vedy. Prirodzene, pamätáme si aj na dinosaury príbuzné krokodíly, ktorých pôvod ako druhu je pred 83 miliónmi rokov a dokázali prežiť od nepamäti. Ale všetky tieto čísla sú zriedkavo korelované v našich mysliach na škále.

Koľko rokov má ľudstvo?

Málokto pozná vek moderného druhu Homo sapiens, čo znamená homo sapiens, ktorý vedci odhadujú len na 200 tisíc rokov. To znamená, že vek ľudstva ako druhu je 1250-krát nižší ako vek triedy plazov, do ktorej patrili dinosaury.

Je potrebné vložiť tieto údaje do vedomia a usporiadať ich, ak chceme pochopiť, ako pôvodne vznikol život na našej planéte. A odkiaľ pochádzajú samotní ľudia, ktorí sa dnes snažia pochopiť tento život?

Dnes sú tajné materiály vedcov dostupné verejnosti. Šokujúci príbeh experimentov z posledných rokov, ktoré prepísali teóriu evolúcie a objasnili, ako vznikol život na našej planéte, vyhodil do vzduchu desaťročia zaužívanú dogmu. Tajomstvá genetiky, zvyčajne prístupné len úzkemu okruhu „zasvätených“, dali jasnú odpoveď na Darwinov predpoklad.

Druh Homo Sapiens (človek rozumný) má len 200 tisíc rokov. A naša planéta má 4,5 miliardy!

Tajné materiály

Len pred niekoľkými storočiami mohli takéto myšlienky znamenať popravu na hranici. Giordano Bruno bol upálený za kacírstvo pred viac ako 400 rokmi, vo februári 1600. Ale dnes sa podzemný výskum odvážnych priekopníkov stal verejne známym.

Ešte pred 50 rokmi otcovia z nevedomosti často vychovávali deti iných mužov, dokonca ani matka sama nevedela vždy pravdu. Dnes je určenie otcovstva rutinnou analýzou. Každý z nás sa môže objednať na test DNA a zistiť, kto boli jeho predkovia, komu krv prúdi v žilách. Stopa generácií je navždy vtlačená do genetického kódu.

Práve tento kód obsahuje odpoveď na najpálčivejšiu otázku, ktorá zamestnáva mysle ľudstva: ako sa začal život?

Tajné súbory vedcov odhaľujú príbeh o hľadaní jedinej pravdivej odpovede. Toto je príbeh o húževnatosti, vytrvalosti a úžasnej kreativite, ktorý pokrýva najväčšie objavy modernej vedy.

V snahe pochopiť, ako vznikol život, sa ľudia vydali preskúmať najvzdialenejšie kúty planéty. Počas tohto pátrania boli niektorí vedci za svoje experimenty označení ako „monštrá“, iní ich museli vykonávať pod prísnym dohľadom totalitného režimu.

Ako vznikol život na Zemi?

Toto je možno najťažšia zo všetkých existujúcich otázok. Po tisíce rokov to veľká väčšina ľudí vysvetľovala jednou tézou – „život stvorili bohovia“. Iné vysvetlenia boli jednoducho nemysliteľné. Ale časom sa situácia zmenila. Počas celého minulého storočia sa vedci snažili zistiť, ako presne vznikol prvý život na planéte, píše Michael Marshall pre BBC.

Väčšina moderných vedcov, ktorí študujú pôvod života, je presvedčená, že sa uberá správnym smerom – a uskutočnené experimenty ich dôveru len posilňujú. Newtonove objavy z genetiky prepisujú knihu vedomostí od prvej strany po poslednú.

• Nie je to tak dávno, čo vedci objavili najstaršieho predchodcu človeka, ktorý žil na planéte približne pred 540 miliónmi rokov. Vedci veria, že z tohto „zubného vrecka“ pochádzajú všetky stavovce. Veľkosť spoločného predka bola len milimeter.
• Moderným výskumníkom sa dokonca podarilo vytvoriť prvý polosyntetický organizmus so zásadnými zmenami v DNA. Už sme veľmi blízko syntéze nových bielkovín, teda úplne umelému životu. Len za pár storočí sa ľudstvu podarilo zvládnuť vytvorenie nového typu živých organizmov.
• Nielenže vytvárame nové organizmy, ale s istotou upravujeme tie existujúce. Vedci dokonca vytvorili „softvér“, ktorý im umožňuje upravovať reťazec DNA pomocou bunkových nástrojov. Mimochodom, len 1 % DNA nesie genetickú informáciu, domnievajú sa vedci. Na čo je potrebných zvyšných 99 %?
• DNA je taká všestranná, že dokáže ukladať informácie ako pevný disk. Na DNA už nahrali film a bez problémov si mohli stiahnuť informácie späť, rovnako ako kedysi brali súbory z diskety.

Považujete sa za vzdelaného a moderného človeka? Potom to jednoducho musíte vedieť.

Hoci objav DNA sa datuje do roku 1869, až v roku 1986 boli tieto poznatky prvýkrát použité vo forenznej vede.

Tu je príbeh o vzniku života na Zemi

Život je starý. Dinosaury sú snáď najznámejšie zo všetkých vyhynutých tvorov, no objavili sa tiež len pred 250 miliónmi rokov. Prvý život na planéte vznikol oveľa skôr.

Najstaršie fosílie sa odhadujú na približne 3,5 miliardy rokov. Inými slovami, sú 14-krát staršie ako prvé dinosaury!

To však nie je limit. Napríklad v auguste 2016 sa našli fosílne baktérie staré 3,7 miliardy rokov. Toto je 15 tisíc krát staršie ako dinosaury!

Samotná Zem nie je oveľa staršia ako tieto baktérie – naša planéta napokon vznikla asi pred 4,5 miliardami rokov. To znamená, že prvý život na Zemi vznikol pomerne „rýchlo“, asi po 800 miliónoch rokov existovali na planéte baktérie – živé organizmy, ktoré sa podľa vedcov časom dokázali stať zložitejšími a dali vznik najprv jednoduchým organizmom. oceánu a nakoniec -koncom a samotnej ľudskej rase.

Nedávna správa z Kanady tieto údaje potvrdzuje: odhaduje sa, že najstaršie baktérie sú staré 3 770 až 4 300 miliárd rokov. To znamená, že život na našej planéte pravdepodobne vznikol „asi 200 miliónov rokov po jej vzniku. Nájdené mikroorganizmy žili na železe. Ich pozostatky sa našli v kremenných horninách.

Ak predpokladáme, že život vznikol na Zemi – čo znie rozumne, ak vezmeme do úvahy, že sme ho ešte nenašli na iných kozmických telesách, ani na iných planétach, ani na úlomkoch meteoritov prinesených z vesmíru – tak sa to malo stať práve v tom období, ktorá trvá miliardu rokov medzi časom, keď sa planéta konečne sformovala, a dátumom nálezu fosílií dnes.

Takže po zúžení časového obdobia, ktoré nás zaujíma, na základe najnovších výskumov môžeme predpokladať, aký presne bol prvý život na Zemi.

Vedci obnovili vzhľad prehistorických obrov pomocou kostier nájdených počas vykopávok.

Každý živý organizmus sa skladá z buniek (a ty tiež)

V 19. storočí biológovia zistili, že všetky živé organizmy sa skladajú z „buniek“ – malých zhlukov organickej hmoty rôznych tvarov a veľkostí.

Bunky boli prvýkrát objavené už v 17. storočí, súčasne s vynálezom relatívne výkonných mikroskopov, ale až o storočie a pol neskôr vedci dospeli k spoločnému záveru: bunky sú základom všetkého života na planéte.

Samozrejme, vo vzhľade človek nevyzerá ani ako ryba, ani ako dinosaury, ale stačí sa pozrieť do mikroskopu, aby ste sa uistili, že ľudia pozostávajú z takmer rovnakých buniek ako predstavitelia živočíšneho sveta. Navyše tie isté bunky sú základom rastlín a húb.

Všetky organizmy sa skladajú z buniek, vrátane vás.

Najpočetnejšou formou života sú jednobunkové baktérie.

Dnes najpočetnejšie formy života možno bezpečne nazvať mikroorganizmy, z ktorých každý pozostáva len z jednej jedinej bunky.

Najznámejším typom takéhoto života sú baktérie, ktoré žijú kdekoľvek na svete.

V apríli 2016 vedci predstavili aktualizovanú verziu „stromu života“: akýsi rodokmeň pre každý druh živého organizmu. Prevažná väčšina „konárov“ tohto stromu je obsadená baktériami. Navyše tvar stromu naznačuje, že predchodcom všetkého života na Zemi bola baktéria. Inými slovami, všetka rozmanitosť živých organizmov (vrátane vás) pochádza z jednej jedinej baktérie.

Môžeme tak presnejšie priblížiť otázku vzniku života. Na znovuvytvorenie tejto úplne prvej bunky je potrebné čo najpresnejšie znovu vytvoriť podmienky, ktoré na planéte vládli pred viac ako 3,5 miliardami rokov.

Aké je to teda ťažké?

Jednobunkové baktérie sú najbežnejšou formou života na Zemi.

Začiatok experimentov

Po mnoho storočí otázka „kde sa začal život? takmer nikdy sa to nepýtal vážne. Napokon, ako sme si už na začiatku pripomenuli, odpoveď bola známa: život stvoril Stvoriteľ.

Až do 19. storočia väčšina ľudí verila vo „vitalizmus“. Táto doktrína je založená na myšlienke, že všetky živé bytosti sú obdarené zvláštnou, nadprirodzenou silou, ktorá ich odlišuje od neživých predmetov.

Myšlienky vitalizmu sa často prekrývali s náboženskými postulátmi. Biblia hovorí, že Boh použil „dych života“ na oživenie prvých ľudí a že nesmrteľná duša je jedným z prejavov vitalizmu.

Je tu však jeden problém. Myšlienky vitalizmu sú zásadne nesprávne.

Začiatkom 19. storočia vedci objavili niekoľko látok, ktoré sa nachádzali výlučne v živých organizmoch. Jednou z týchto látok bola močovina obsiahnutá v moči a bola získaná v roku 1799.

Tento objav však nebol v rozpore s koncepciou vitalizmu. Močovina sa vyskytovala iba v živých organizmoch, a tak možno boli obdarené špeciálnou životnou energiou, ktorá ich robila jedinečnými.

Smrť vitalizmu

Ale v roku 1828 nemecký chemik Friedrich Wöhler dokázal syntetizovať močovinu z anorganickej zlúčeniny, kyanatanu amónneho, ktorý nemal nič spoločné so živými bytosťami. Iní vedci dokázali jeho experiment zopakovať a čoskoro sa ukázalo, že všetky organické zlúčeniny sa dajú získať z jednoduchších – anorganických.

To znamenalo koniec vitalizmu ako vedeckého konceptu.

Ale pre ľudí bolo dosť ťažké zbaviť sa svojho presvedčenia. Skutočnosť, že v skutočnosti nie je nič zvláštne na organických zlúčeninách, ktoré sú vlastné živým bytostiam, mnohým akoby odobrala prvok mágie zo života a zmenila ľudí z božských stvorení takmer na stroje. Samozrejme, že to bolo veľmi v rozpore s Bibliou.

Dokonca aj niektorí vedci pokračovali v boji za vitalizmus. V roku 1913 anglický biochemik Benjamin Moore vášnivo propagoval svoju teóriu „biotickej energie“, čo bol v podstate rovnaký vitalizmus, ale v inom obale. Myšlienka vitalizmu našla dosť silné korene v ľudskej duši na emocionálnej úrovni.

Dnes možno jeho odrazy nájsť na tých najneočakávanejších miestach. Vezmime si napríklad množstvo vedecko-fantastických príbehov, v ktorých je možné doplniť alebo vyčerpať „životnú energiu“ postavy. Spomeňte si na „regeneračnú energiu“, ktorú používajú Páni času z Doctora Who. Táto energia by sa mohla doplniť, ak by došlo ku koncu. Hoci nápad vyzerá futuristicky, v skutočnosti je odrazom staromódnych teórií.

Po roku 1828 tak vedci konečne mali presvedčivé dôvody hľadať nové vysvetlenie pôvodu života, pričom tentoraz zahodili špekulácie o Božom zásahu.

Ale nezačali hľadať. Zdalo by sa, že výskumná téma sama osebe naznačovala, no v skutočnosti sa k záhade pôvodu života nepristúpilo ešte niekoľko desaťročí. Snáď každý bol ešte príliš naviazaný na vitalizmus, aby sa pohol ďalej.

Chemik Friedrich Wöhler dokázal z anorganických látok syntetizovať močovinu – organickú zlúčeninu.

Darwin a evolučná teória

Hlavným prelomom v biologickom výskume v 19. storočí bola evolučná teória, ktorú vypracoval Charles Darwin a pokračovali v nej ďalší vedci.

Darwinova teória, načrtnutá v jeho diele O pôvode druhov z roku 1859, vysvetlila, ako celá rozmanitosť živočíšnej ríše vznikla z jedného jediného predka.

Darwin tvrdil, že Boh nestvoril každý druh živých bytostí samostatne, ale že všetky tieto druhy pochádzajú z primitívneho organizmu, ktorý sa objavil pred miliónmi rokov a ktorý sa tiež nazýva posledný univerzálny spoločný predok.

Myšlienka sa ukázala ako mimoriadne kontroverzná, opäť preto, že vyvracala biblické postuláty. Darwinova teória bola ostro kritizovaná, najmä zo strany urazených kresťanov.

Ale evolučná teória nepovedala ani slovo o tom, ako sa objavil úplne prvý organizmus.

Ako sa objavil prvý život?

Darwin pochopil, že ide o zásadnú otázku, ale (možno nechcel vstúpiť do ďalšieho konfliktu s duchovenstvom) nastolil ju až v liste z roku 1871. Emotívny tón listu ukázal, že vedec si uvedomoval hlboký význam tohto problému:

“...Ale ak teraz [ach, aké veľké keby!] v nejakej teplej vode, ktorá obsahovala všetky potrebné amónne a fosforečné soli a bola prístupná svetlu, teplu, elektrine atď., sa chemicky vytvoril proteín schopný ďalších čoraz zložitejších premien...“

Inými slovami: predstavte si malú vodnú plochu naplnenú jednoduchými organickými zlúčeninami a umiestnenú pod slnkom. Niektoré zo zlúčenín môžu začať interagovať a vytvárať zložitejšie látky, ako sú proteíny, ktoré budú tiež interagovať a vyvíjať sa.

Myšlienka bola skôr povrchná. Napriek tomu to vytvorilo základ pre prvé hypotézy o pôvode života.

Darwin nielenže vytvoril teóriu evolúcie, ale tiež navrhol, že život vznikol v teplej vode, nasýtenej potrebnými anorganickými zlúčeninami.

Revolučné myšlienky Alexandra Oparina

A prvé kroky v tomto smere neboli podniknuté vôbec tam, kde by ste mohli očakávať. Možno si myslíte, že takýto výskum, ktorý zahŕňa slobodu myslenia, by sa mal uskutočniť napríklad v Spojenom kráľovstve alebo USA. V skutočnosti však prvé hypotézy o pôvode života predložil vedec, ktorého meno ste pravdepodobne nikdy nepočuli, v pôvodných oblastiach stalinského ZSSR.

Je známe, že Stalin uzavrel mnohé štúdie v oblasti genetiky. Namiesto toho presadzoval myšlienky agronóma Trofima Lysenka, o ktorých si myslel, že sú vhodnejšie pre komunistickú ideológiu. Vedci vykonávajúci výskum v oblasti genetiky boli povinní Lysenkove myšlienky verejne podporovať, inak im hrozilo, že skončia v táboroch.

Práve v tak napätom prostredí musel vykonávať svoje experimenty biochemik Alexander Ivanovič Oparin. Bolo to možné, pretože sa ukázal ako spoľahlivý komunista: podporoval Lysenkove myšlienky a dokonca dostal Leninov rád - najčestnejšie ocenenie, ktoré v tom čase existovalo.

Sovietsky biochemik Alexander Oparin navrhol, aby sa prvé živé organizmy vytvorili ako koacerváty.

Nová teória o vzniku prvého života na Zemi

Oparin opísal, aká bola Zem v prvých dňoch po svojom vzniku. Planéta mala horúci horúci povrch a priťahovala malé meteority. Všade naokolo boli len napoly roztavené horniny, ktoré obsahovali obrovské množstvo chemikálií, mnohé z nich na báze uhlíka.

Nakoniec sa Zem ochladila natoľko, že sa vyparovanie po prvýkrát zmenilo na tekutú vodu, čím vznikol prvý dážď. Po určitom čase sa na planéte objavili horúce oceány, ktoré boli bohaté na chemikálie na báze uhlíka. Ďalšie udalosti by sa mohli vyvíjať podľa dvoch scenárov.

Prvý predpokladal interakciu látok, v ktorej by sa objavili zložitejšie zlúčeniny. Oparin naznačil, že cukor a aminokyseliny dôležité pre živé organizmy sa mohli tvoriť vo vodnej nádrži planéty.

V druhom scenári niektoré látky začali pri interakcii vytvárať mikroskopické štruktúry. Ako viete, veľa organických zlúčenín sa vo vode nerozpúšťa: napríklad olej tvorí vrstvu na povrchu vody. Niektoré látky však pri kontakte s vodou vytvárajú sférické guľôčky alebo „koacerváty“ s priemerom až 0,01 cm (alebo 0,004 palca).

Pozorovaním koacervátov pod mikroskopom si možno všimnúť ich podobnosť so živými bunkami. Rastú, menia tvar a niekedy sa rozdelia na dve časti. Tiež interagujú s okolitými zlúčeninami, takže sa v nich môžu koncentrovať iné látky. Oparin navrhol, že koacerváty boli predchodcami moderných buniek.

Prvá teória života Johna Haldana

O päť rokov neskôr, v roku 1929, anglický biológ John Burdon Sanderson Haldane nezávisle predložil svoju vlastnú teóriu s podobnými myšlienkami, ktorá bola publikovaná v časopise Rationalist Annual.

Haldane už výrazne prispel k rozvoju evolučnej teórie a prispel k integrácii Darwinových myšlienok do vedy o genetike.

A bol to veľmi pamätný človek. Raz pri pokuse v dekompresnej komore zažil prasknutie ušného bubienka, o ktorom neskôr napísal toto: „Ušný bubienok sa už hojí, a aj keď v ňom zostane diera, tak napriek hluchote bude možné aby sme odtiaľ premyslene vyfukovali krúžky tabakového dymu, čo považujem za dôležitý úspech.“

Rovnako ako Oparin, Haldane presne navrhol, ako môžu organické zlúčeniny interagovať vo vode: „(skôr) prvé oceány dosiahli konzistenciu horúcej polievky. To vytvorilo podmienky pre vznik „prvých živých alebo položijúcich organizmov“. Za rovnakých podmienok by sa najjednoduchšie organizmy mohli ocitnúť vo vnútri „olejového filmu“.

John Haldane, nezávisle od Oparina, predložil podobné myšlienky o pôvode prvých organizmov.

Oparin-Haldaneova domnienka

Prvými biológmi, ktorí predložili túto teóriu, boli teda Oparin a Haldane. Ale myšlienka, že na formovaní živých organizmov nebol zapojený Boh alebo dokonca nejaká abstraktná „životná sila“, bola radikálna. Podobne ako Darwinova evolučná teória, aj táto myšlienka bola fackou kresťanstvu.

Orgány ZSSR boli s touto skutočnosťou úplne spokojné. Za sovietskeho režimu v krajine vládol ateizmus a úrady s radosťou podporovali materialistické vysvetlenia tak zložitých javov, ako je život. Mimochodom, Haldane bol tiež ateista a komunista.

„V tých časoch sa na túto myšlienku pozeralo výlučne cez prizmu ich vlastnej viery: náboženskí ľudia ju vnímali nepriateľsky, na rozdiel od zástancov komunistických myšlienok,“ hovorí Armen Mulkijanyan, odborník na pôvod života z univerzity v Osnabrücku v Nemecku. . „V Sovietskom zväze túto myšlienku prijali s radosťou, pretože nepotrebovali Boha. A na Západe to zdieľali tí istí zástancovia ľavicových názorov, komunisti atď.“

Nazýva sa koncept, že život sa sformoval v „prvotnej polievke“ organických zlúčenín Oparin-Haldaneova hypotéza. Vyzerala dostatočne presvedčivo, no bol tu jeden problém. V tom čase sa neuskutočnil ani jeden praktický experiment, ktorý by dokázal pravdivosť tejto hypotézy.

Takéto experimenty sa začali až po takmer štvrťstoročí.

Prvé experimenty na vytvorenie života „in vitro“

Harold Urey, slávny vedec, ktorý už v roku 1934 dostal Nobelovu cenu za chémiu a dokonca sa podieľal na vytvorení atómovej bomby, sa začal zaujímať o otázku pôvodu života.

Počas druhej svetovej vojny sa Urey zúčastnil na projekte Manhattan, kde zbieral nestabilný urán-235 potrebný pre jadro bomby. Po skončení vojny Urey obhajoval civilnú kontrolu nad jadrovou technológiou.

Yuri sa začal zaujímať o chemické javy vyskytujúce sa vo vesmíre. A najviac ho zaujímali procesy, ktoré prebiehali počas formovania Slnečnej sústavy. Na jednej zo svojich prednášok poukázal na to, že najskôr na Zemi nebol kyslík. A tieto podmienky boli ideálne na vznik „prvotnej polievky“, o ktorej hovorili Oparin a Haldane, keďže niektoré potrebné látky boli také slabé, že by sa pri kontakte s kyslíkom rozpustili.

Prednášky sa zúčastnil doktorand Stanley Miller, ktorý Ureyho oslovil s návrhom uskutočniť experiment založený na tejto myšlienke. Yuri bol spočiatku k tejto myšlienke skeptický, ale neskôr sa mu Millerovi podarilo presvedčiť.

V roku 1952 uskutočnil Miller doteraz najslávnejší experiment na vysvetlenie pôvodu života na Zemi.

Experiment Stanleyho Millera sa stal najslávnejším v histórii skúmania pôvodu živých organizmov na našej planéte.

Najznámejší experiment o pôvode života na Zemi

Príprava nezabrala veľa času. Miller spojil sériu sklenených baniek, cez ktoré cirkulovali štyri látky, o ktorých sa predpokladalo, že existovali na ranej Zemi: vriaca voda, vodík, amoniak a metán. Plyny boli vystavené systematickým iskrovým výbojom – išlo o simuláciu úderov blesku, ktoré boli na ranej Zemi bežným javom.

Miller zistil, že „voda v banke po prvom dni výrazne zružovela a po prvom týždni sa roztok zakalil a mal tmavočervenú farbu“. Vznik nových chemických zlúčenín bol evidentný.

Keď Miller analyzoval zloženie roztoku, zistil, že obsahuje dve aminokyseliny: glycín a alanín. Ako viete, aminokyseliny sú často popisované ako stavebné kamene života. Tieto aminokyseliny sa využívajú pri tvorbe bielkovín, ktoré riadia väčšinu biochemických procesov v našom tele. Miller doslova od základu vytvoril dve najdôležitejšie zložky živého organizmu.

V roku 1953 boli výsledky experimentu publikované v prestížnom časopise Science. Yuri v ušľachtilom geste, aj keď netypickom pre vedcov jeho veku, odstránil svoje meno z titulu a všetku slávu prenechal Millerovi. Napriek tomu sa štúdia bežne označuje ako „Miller-Ureyho experiment“.

Význam Miller-Ureyho experimentu

„Hodnota Miller-Ureyho experimentu je v tom, že ukazuje, že aj v jednoduchej atmosfére môže vzniknúť mnoho biologických molekúl,“ hovorí John Sutherland, vedec z Cambridge Laboratory of Molecular Biology.

Nie všetky detaily experimentu boli presné, ako sa neskôr ukázalo. V skutočnosti výskum ukázal, že v ranej zemskej atmosfére boli aj iné plyny. To však nijako neuberá na význame experimentu.

„Bol to prelomový experiment, ktorý zachytil predstavivosť mnohých, a preto sa naň dodnes odkazuje,“ hovorí Sutherland.

Vo svetle Millerovho experimentu mnohí vedci začali hľadať spôsoby, ako vytvoriť jednoduché biologické molekuly od začiatku. Odpoveď na otázku „Ako vznikol život na Zemi?“ sa zdala byť veľmi blízko.

Potom sa však ukázalo, že život je oveľa komplikovanejší, ako si človek dokáže predstaviť. Živé bunky, ako sa ukázalo, nie sú len súborom chemických zlúčenín, ale komplexnými malými mechanizmami. Zrazu sa vytváranie živých buniek od nuly stalo oveľa väčším problémom, než vedci očakávali.

Štúdium génov a DNA

Začiatkom 50. rokov 20. storočia sa vedci už veľmi vzdialili od predstavy, že život je dar od bohov.

Namiesto toho začali študovať možnosť spontánneho a prirodzeného vzniku života na ranej Zemi – a vďaka prelomovému experimentu Stanleyho Millera sa začali objavovať dôkazy pre túto myšlienku.

Zatiaľ čo sa Miller pokúšal vytvoriť život od nuly, iní vedci zisťovali, z čoho sa skladajú gény.

V tomto bode už bola študovaná väčšina biologických molekúl. Patria sem cukry, tuky, bielkoviny a nukleové kyseliny, ako napríklad „deoxyribonukleová kyselina“ – známa ako DNA.

Dnes každý vie, že DNA obsahuje naše gény, no pre biológov to bol v 50. rokoch minulého storočia skutočný šok.

Proteíny mali zložitejšiu štruktúru, a preto sa vedci domnievali, že genetická informácia je v nich obsiahnutá.

Teóriu vyvrátili v roku 1952 vedci z Carnegie Institution – Alfred Hershey a Martha Chase. Študovali jednoduché vírusy vyrobené z bielkovín a DNA, ktoré sa množili infikovaním iných baktérií. Vedci zistili, že do baktérií preniká vírusová DNA, nie proteín. Z toho sa usúdilo, že DNA je genetický materiál.

Objav Hersheyho a Chasea odštartoval preteky o pochopenie štruktúry DNA a jej fungovania.

Martha Chase a Alfred Hershey zistili, že DNA nesie genetickú informáciu.

Špirálovitá štruktúra DNA je jedným z najdôležitejších objavov 20. storočia.

Prvými, ktorí problém vyriešili, boli Francis Crick a James Watson z University of Cambridge, nie bez podceňovanej pomoci ich kolegyne Rosalind Franklinovej. Stalo sa to rok po experimentoch Hersheyho a Chasea.

Ich objav sa stal jedným z najvýznamnejších v 20. storočí. Tento objav zmenil spôsob, akým hľadáme pôvod života, a odhalil neuveriteľne zložitú štruktúru živých buniek.

Watson a Crick zistili, že DNA je dvojitá špirála (dvojzávitnica), ktorá vyzerá ako zakrivený rebrík. Každý z dvoch „pólov“ tohto rebríčka sa skladá z molekúl nazývaných nukleotidy.

Táto štruktúra poskytuje pohľad na to, ako bunky kopírujú svoju DNA. Inými slovami, je jasné, ako rodičia odovzdávajú kópie svojich génov svojim deťom.

Je dôležité pochopiť, že dvojitú špirálu možno „rozmotať“. To poskytne prístup ku genetickému kódu, ktorý pozostáva zo sekvencie genetických báz (A, T, C a G), ktoré sa zvyčajne nachádzajú v „priečkach“ rebríčka DNA. Každé vlákno sa potom použije ako šablóna na vytvorenie kópie toho druhého.

Tento mechanizmus umožnil odovzdávanie génov z generácie na generáciu od začiatku života. Vaše vlastné gény nakoniec pochádzajú zo starodávnej baktérie – a zakaždým, keď boli prenesené, použili rovnaký mechanizmus, aký objavili Crick a Watson.

Po prvý raz bolo verejnosti odhalené jedno z najhlbších tajomstiev života.

Štruktúra DNA: 2 kostry (antiparalelné reťazce) a páry nukleotidov.

DNA výzva

Ako sa ukázalo, DNA má len jednu úlohu. Vaša DNA hovorí bunkám vo vašom tele, ako vytvoriť proteíny, molekuly, ktoré vykonávajú mnoho dôležitých úloh.

Bez bielkovín by ste nedokázali stráviť jedlo, prestalo by vám biť srdce a dýchať.

Ukázalo sa však, že opätovné vytvorenie procesu, ktorým sa tvoria proteíny pomocou DNA, je neuveriteľne náročná úloha. Každý, kto sa pokúšal vysvetliť pôvod života, jednoducho nemohol pochopiť, ako sa niečo také zložité mohlo nezávisle objaviť a vyvinúť.

Každý proteín je v podstate dlhý reťazec aminokyselín pretkaných v špecifickom poradí. Toto poradie určuje trojrozmerný tvar proteínu a tým aj jeho účel.

Táto informácia je zakódovaná v sekvencii báz DNA. Takže, keď bunka potrebuje vytvoriť špecifický proteín, prečíta zodpovedajúci gén v DNA, aby potom vytvorila špecifikovanú sekvenciu aminokyselín.

Čo je RNA?

V procese používania DNA bunkami je jedna nuansa.

• DNA je najvzácnejším zdrojom bunky. Preto bunky radšej nehovoria o DNA pri každej akcii.
• Namiesto toho bunky kopírujú informácie z DNA do malých molekúl inej látky tzv RNA (ribonukleová kyselina).
• RNA je podobná DNA, ale má len jeden reťazec.

Ak nakreslíme analógiu medzi DNA a knihou v knižnici, RNA tu bude vyzerať ako stránka so zhrnutím knihy.

Proces premeny informácií cez vlákno RNA na proteín je dokončený veľmi zložitou molekulou nazývanou ribozóm.

Tento proces sa vyskytuje v každej živej bunke, dokonca aj v tých najjednoduchších baktériách. Pre udržanie života je rovnako dôležité ako jedlo a dýchanie.

Akékoľvek vysvetlenie vzniku života teda musí ukázať, ako sa objavila a začala fungovať zložitá trojica, ktorá zahŕňa DNA, RNA a ribozómy.

Rozdiel medzi DNA a RNA.

Všetko je oveľa komplikovanejšie

Teórie Oparina a Haldana sa teraz zdali naivné a jednoduché a Millerov experiment, ktorý vytvoril niekoľko aminokyselín potrebných na tvorbu bielkovín, vyzeral amatérsky. Na dlhej ceste k stvoreniu života bol jeho výskum, hoci produktívny, zjavne len prvým krokom.

"DNA hovorí RNA, aby vytvorila proteín, všetko v uzavretom malom vrecku chemikálií," hovorí John Sutherland. „Pozeráš sa na to a žasneš, aké je to ťažké. Čo môžeme urobiť, aby sme našli organickú zlúčeninu, ktorá toto všetko zvládne naraz?

Možno život začal s RNA?

Prvý, kto sa pokúsil odpovedať na túto otázku, bol britský chemik Leslie Orgel. Ako jeden z prvých videl model DNA vytvorený Crickom a Watsonom a neskôr pomáhal NASA s programom Viking, ktorý vyslal pristávacie moduly na Mars.

Orgel chcel veci zjednodušiť. V roku 1968 s podporou Cricka navrhol, aby prvé živé bunky neobsahovali ani proteíny, ani DNA. Naopak, pozostávali takmer výlučne z RNA. V tomto prípade by primárne molekuly RNA mali byť univerzálne. Napríklad potrebovali vytvoriť kópie seba, pravdepodobne pomocou rovnakého párovacieho mechanizmu ako DNA.

Myšlienka, že život začal s RNA, mala neuveriteľný vplyv na celý nasledujúci výskum. A to sa stalo príčinou búrlivých diskusií vo vedeckej komunite, ktoré pokračujú dodnes.

Za predpokladu, že život začal RNA a jedným ďalším prvkom, Orgel navrhol, že jeden z najdôležitejších aspektov života - schopnosť reprodukovať sa - sa objavil pred ostatnými. Dá sa povedať, že premýšľal nielen o tom, ako sa prvýkrát objavil život, ale hovoril o samotnej podstate života.

Mnohí biológovia súhlasili s Orgelovou myšlienkou, že „rozmnožovanie bolo na prvom mieste“. V Darwinovej evolučnej teórii je v popredí schopnosť plodiť: toto je jediný spôsob, ako môže organizmus „vyhrať“ v tejto rase – to znamená, že po sebe zanechá početné deti.

Leslie Orgel predložil myšlienku, že prvé bunky fungovali na základe RNA.

Rozdelenie na 3 tábory

Ale život má aj iné vlastnosti, ktoré sú rovnako dôležité.

Najzrejmejším z nich je metabolizmus: schopnosť absorbovať energiu prostredia a využiť ju na prežitie.

Pre mnohých biológov je metabolizmus určujúcou charakteristikou života, pričom reprodukcia je vzdialená sekunda.

Od 60. rokov 20. storočia sa teda vedci bojujúci s tajomstvom pôvodu života začali deliť na 2 tábory.

„Prvý tvrdil, že metabolizmus predchádza genetike, druhý bol opačného názoru,“ vysvetľuje Sutherland.

Existovala tretia skupina, ktorá tvrdila, že najprv musel existovať nejaký druh kontajnera pre kľúčové molekuly, ktorý by im nedovolil rozpadnúť sa.

„Kompartmentalizácia musela byť na prvom mieste, pretože bez nej stráca bunkový metabolizmus zmysel,“ vysvetľuje Sutherland.

Inými slovami, pôvodom života musela byť bunka, ako už desaťročia predtým zdôrazňovali Oparin a Haldane, a možno táto bunka musela byť pokrytá jednoduchými tukmi a lipidmi.

Každá z troch myšlienok si získala svojich priaznivcov a prežila dodnes. Vedci občas zabudli na chladnokrvnú profesionalitu a slepo podporovali jednu z troch myšlienok.

Vedecké konferencie o tejto problematike preto často sprevádzali škandály a novinári, ktorí sa zaoberali týmito udalosťami, si často vypočuli nelichotivé recenzie vedcov z jedného tábora o práci svojich kolegov z dvoch ďalších.

Vďaka Orgelu myšlienka, že život sa začal s RNA, prináša verejnosť o krok bližšie k riešeniu.

A v 80-tych rokoch minulého storočia došlo k úžasnému objavu, ktorý skutočne potvrdil Orgelovu hypotézu.

Čo bolo prvé: kontajner, metabolizmus alebo genetika?

Takže koncom 60. rokov minulého storočia boli vedci pri hľadaní odpovede na záhadu pôvodu života na planéte rozdelení do 3 táborov.

1. Prví boli presvedčení, že život sa začal vytvorením primitívnych verzií biologických buniek.
2. Ten sa domnieval, že prvým a kľúčovým krokom bol metabolický systém.
3. Ďalší sa zamerali na dôležitosť genetiky a reprodukcie.

Tento tretí tábor sa snažil pochopiť, ako mohol vyzerať úplne prvý replikátor, pričom mal na pamäti myšlienku, že replikátor musí byť vyrobený z RNA.

Mnoho tvárí RNA

V 60. rokoch mali vedci dostatok dôvodov veriť, že RNA je zdrojom všetkého života.

Tieto dôvody zahŕňali skutočnosť, že RNA mohla robiť veci, ktoré DNA nedokázala.

Ako jednovláknová molekula sa RNA mohla ohýbať do rôznych tvarov, ktoré tuhá, dvojvláknová DNA nedokázala.

RNA, ktorá sa skladala ako origami, svojím správaním silne pripomínala proteíny. Koniec koncov, proteíny sú v podstate rovnaké dlhé reťazce, ale pozostávajú skôr z aminokyselín ako z nukleotidov, čo im umožňuje vytvárať zložitejšie štruktúry.

Toto je kľúč k najúžasnejšej schopnosti bielkovín. Niektoré proteíny môžu urýchliť alebo „katalyzovať“ chemické reakcie. Tieto proteíny sa nazývajú enzýmy.

Napríklad ľudské črevá obsahujú veľa enzýmov, ktoré štiepia zložité molekuly potravy na jednoduché (ako cukor) – teda tie, ktoré následne využívajú naše bunky. Život bez enzýmov by bol jednoducho nemožný. Napríklad nedávna smrť nevlastného brata kórejského vodcu na malajzijskom letisku bola spôsobená tým, že v jeho tele prestal fungovať enzým (enzým), ktorého pôsobenie tlmí nervové činidlo VX – ako napr. Výsledkom je, že dýchací systém je paralyzovaný a osoba v priebehu niekoľkých minút zomrie. Enzýmy sú tak dôležité pre fungovanie nášho tela.

Leslie Orgel a Francis Crick predložili ďalšiu hypotézu. Ak by sa RNA mohla skladať ako proteíny, mohla by tiež vytvárať enzýmy?

Ak by sa ukázalo, že je to tak, potom by RNA mohla byť pôvodnou – a mimoriadne všestrannou – živou molekulou, ktorá uchováva informácie (ako to robí DNA) a katalyzuje reakcie, čo je charakteristické pre niektoré proteíny.

Myšlienka bola zaujímavá, ale počas nasledujúcich 10 rokov sa nenašli žiadne dôkazy, ktoré by ju podporovali.

RNA enzýmy

Thomas Check sa narodil a vyrastal v Iowe. Už v detstve boli jeho vášňou kamene a minerály. A už na strednej škole bol pravidelným hosťom geológov na miestnej univerzite, ktorí mu ukazovali modely minerálnych štruktúr. Nakoniec sa z neho stal biochemik so zameraním na štúdium RNA.

Začiatkom 80. rokov 20. storočia Check a jeho kolegovia z University of Colorado Boulder študovali jednobunkový organizmus s názvom Tetrahymena thermophile. Časť tohto bunkového organizmu zahŕňala vlákna RNA. Check si všimol, že jeden zo segmentov RNA sa niekedy oddelil od ostatných, ako keby bol oddelený nožnicami.

Keď jeho tím eliminoval všetky enzýmy a ďalšie molekuly, ktoré by mohli pôsobiť ako molekulárne nožnice, RNA stále pokračovala v izolácii segmentu. V rovnakom čase bol objavený prvý enzým RNA: malý segment RNA, ktorý sa môže nezávisle oddeliť od veľkého reťazca, ku ktorému bol pripojený.

Keďže sa pomerne rýchlo našli dva enzýmy RNA, vedci špekulovali, že ich v skutočnosti môže byť oveľa viac. Teraz stále viac a viac dôkazov podporuje myšlienku, že život začal s RNA.

Thomas Check objavil prvý enzým RNA.

Svet RNA

Prvým, kto pomenoval tento koncept, bol Walter Gilbert.

Ako fyzik, ktorý sa náhle začal zaujímať o molekulárnu biológiu, Gilbert bol jedným z prvých, ktorí obhajovali teóriu sekvenovania ľudského genómu.

V článku z roku 1986 v časopise Nature Gilbert navrhol, že život začal v takzvanom svete RNA.

Prvá etapa evolúcie podľa Gilberta pozostávala z „procesu, v ktorom molekuly RNA pôsobili ako katalyzátory, ktoré sa zostavili do polievky nukleotidov“.

Skopírovaním a vložením rôznych kúskov RNA do spoločného reťazca vytvorili molekuly RNA z existujúcich reťazcov užitočnejšie reťazce. Nakoniec prišiel moment, keď sa naučili vytvárať proteíny a proteínové enzýmy, ktoré sa ukázali byť oveľa užitočnejšie ako verzie RNA, do značnej miery ich vytlačili a dali vzniknúť životu, ktorý vidíme dnes.

RNA World je pomerne elegantný spôsob, ako vytvoriť komplexné živé organizmy od začiatku.

V tomto koncepte sa netreba spoliehať na súčasnú tvorbu desiatok biologických molekúl v „prapolievke“, postačí jediná molekula, s ktorou to všetko začalo.

Dôkaz

V roku 2000 hypotéza RNA World získala solídne dôkazy.

Thomas Steitz strávil 30 rokov štúdiom štruktúr molekúl v živých bunkách. V 90. rokoch začal hlavný výskum svojho života: študoval štruktúru ribozómu.

Každá živá bunka obsahuje ribozóm. Táto veľká molekula číta pokyny z RNA a kombinuje aminokyseliny, aby vytvorila proteíny. Ribozómy v ľudských bunkách lemujú takmer každý kúsok tela.

V tom čase už bolo známe, že ribozóm obsahuje RNA. Ale v roku 2000 Steitzov tím predstavil podrobný model štruktúry ribozómu, v ktorom sa RNA objavila ako katalytické jadro ribozómu.

Tento objav bol významný, najmä vzhľadom na to, aký starý a zásadne dôležitý bol ribozóm pre život. Skutočnosť, že taký dôležitý mechanizmus bol založený na RNA, spôsobila, že teória sveta RNA bola vo vedeckých kruhoch oveľa prijateľnejšia. Najväčšiu radosť z objavu mali priaznivci konceptu „RNA World“ a Steitz dostal v roku 2009 Nobelovu cenu.

Potom však vedci začali mať pochybnosti.

Problémy teórie „sveta RNA“.

S teóriou sveta RNA boli spočiatku dva problémy.

Po prvé, mohla by RNA skutočne vykonávať všetky životne dôležité funkcie? A mohol vzniknúť v podmienkach ranej Zeme?

Je to už 30 rokov, čo Gilbert vytvoril teóriu sveta RNA a stále nemáme presvedčivý dôkaz, že RNA je skutočne schopná všetkého, čo teória opisuje. Áno, je to úžasne funkčná molekula, ale stačí RNA na všetky funkcie, ktoré sa jej pripisujú?

Zaujala ma jedna nezrovnalosť. Ak život začal molekulou RNA, potom RNA môže vytvárať svoje kópie alebo repliky.

Ale žiadna zo všetkých známych RNA túto schopnosť nemá. Na vytvorenie presnej kópie kúska RNA alebo DNA je potrebných veľa enzýmov a iných molekúl.

Preto koncom 80. rokov začala skupina biológov dosť zúfalý výskum. Rozhodli sa vytvoriť RNA, ktorá by sa mohla replikovať.

Pokusy o vytvorenie sebareplikujúcej sa RNA

Jack Szostak z Harvard Medical School bol prvým z týchto výskumníkov. Od raného detstva bol taký zanietený pre chémiu, že dokonca premenil svoju pivnicu na laboratórium. Nedbal na svoju bezpečnosť, čo raz viedlo k výbuchu, ktorý prišpendlil sklenenú banku k stropu.

Začiatkom osemdesiatych rokov Shostak jasne ukázal, ako sa ľudské gény chránia pred procesom starnutia. Tento skorý výskum ho neskôr priviedol k tomu, aby sa stal nositeľom Nobelovej ceny.

Čoskoro sa však začal zaujímať o Checkov výskum enzýmov RNA. „Myslím si, že je to neuveriteľný kus práce,“ hovorí Szostak. "V zásade je veľmi pravdepodobné, že RNA by mohla slúžiť ako katalyzátor na vytváranie kópií samej seba."

V roku 1988 Check objavil RNA enzým schopný tvoriť malú molekulu RNA s dĺžkou 10 nukleotidov.

Šostak sa rozhodol ísť ďalej a v laboratóriu vytvoriť nové enzýmy RNA. Jeho tím vytvoril súbor náhodných sekvencií a každú z nich otestoval, aby našiel aspoň jednu, ktorá má katalytické schopnosti. Potom sa sekvencie zmenili a test pokračoval.

Po 10 pokusoch sa Szostakovi podarilo vytvoriť enzým RNA, ktorý ako katalyzátor urýchlil reakciu 7 miliónov krát rýchlejšie, ako sa vyskytuje v prirodzenom prostredí.

Šostakov tím dokázal, že enzýmy RNA môžu byť mimoriadne silné. Ich enzým však nedokázal vytvoriť vlastné repliky. Pre Šostaka to bola slepá ulička.

Enzým R18

V roku 2001 urobil ďalší prielom bývalý Šostakov študent David Bartel z Massachusettského technologického inštitútu v Cambridge.

Barthel vytvoril RNA enzým s názvom R18, ktorý by mohol pridať nové nukleotidy do reťazca RNA na základe existujúcich.

Inými slovami, enzým jednoducho nepridal náhodné nukleotidy, ale presne skopíroval sekvenciu.

Samoreplikujúce sa molekuly boli ešte ďaleko, ale smer bol správny.

Enzým R18 pozostával z reťazca, ktorý obsahoval 189 nukleotidov, a mohol k nemu pridať ďalších 11 – teda 6 % svojej dĺžky. Vedci dúfali, že po niekoľkých ďalších experimentoch sa týchto 6 % môže zmeniť na 100 %.

Najúspešnejším v tejto oblasti bol Philip Holliger z Laboratória molekulárnej biológie v Cambridge. V roku 2011 jeho tím upravil enzým R18, aby vytvoril enzým tC19Z, ktorý dokáže kopírovať sekvencie až 95 nukleotidov. To predstavovalo 48% jej dĺžky - viac ako R18, ale zjavne nie potrebných 100%.

Gerald Joyce a Tracy Lincoln zo Scripps Research Institute v La Jolla predstavili alternatívny prístup k tejto otázke. V roku 2009 vytvorili enzým RNA, ktorý nepriamo vytvára vlastnú repliku.

Ich enzým spája dva krátke kúsky RNA a vytvára ďalší enzým. To zase kombinuje dva ďalšie kusy RNA, aby sa znovu vytvoril pôvodný enzým.

Vzhľadom na východiskové materiály môže tento jednoduchý cyklus pokračovať donekonečna. Ale enzýmy fungujú správne iba vtedy, ak sú prítomné správne vlákna RNA, ako ich vytvorili Joyce a Lincoln.

Pre mnohých vedcov, ktorí sú skeptickí voči myšlienke RNA World, je nedostatok sebareplikácie RNA hlavným dôvodom skepticizmu. RNA sa jednoducho nedokáže vyrovnať s úlohou tvorcu všetkého života.

Neúspechy chemikov pri vytváraní RNA od nuly nepridávajú na optimizme. A hoci je RNA oveľa jednoduchšia molekula ako DNA, jej vytvorenie sa ukázalo ako neuveriteľná výzva.

Prvé bunky sa s najväčšou pravdepodobnosťou rozmnožili delením.

Problémom je cukor

Je to všetko o cukre prítomných v každom nukleotide a báze nukleotidu. Je možné ich vytvárať samostatne, ale nie je možné ich spájať.

Začiatkom 90. rokov bol tento problém už zrejmý. Presvedčila mnohých biológov, že hypotéza „Svet RNA“, bez ohľadu na to, aká atraktívna sa môže zdať, stále zostáva iba hypotézou.

• Možno na ranej Zemi pôvodne existovala iná molekula: jednoduchšia ako RNA, ktorá sa dokázala zostaviť z „prapolievky“ a neskôr sa začala reprodukovať.
• Možno bola táto konkrétna molekula prvá a po nej sa objavila RNA, DNA a ďalšie.

Polyamidová nukleová kyselina (PNA)

V roku 1991 sa zdalo, že Peter Nielsen z Kodanskej univerzity v Dánsku našiel vhodného kandidáta na úlohu hlavného replikátora.

V skutočnosti to bola výrazne vylepšená verzia DNA. Nielsen ponechal základ rovnaký - štandardné A, T, C a G - ale namiesto molekúl cukru použil molekuly nazývané polyamidy.

Výslednú molekulu nazval polyamidová nukleová kyselina alebo PNA. Postupom času sa však dekódovanie skratky z nejakého dôvodu zmenilo na „peptidovú nukleovú kyselinu“.

PNA sa v prírode nevyskytuje. Jeho správanie je však veľmi podobné chovaniu DNA. PNA vlákno môže dokonca nahradiť vlákno v molekule DNA a bázy sa spárujú ako normálne. Okrem toho sa PNA môže skrútiť do dvojitej špirály, podobne ako DNA.

Stanleyho Millera to zaujalo. Keďže bol hlboko skeptický voči konceptu „sveta RNA“, veril, že PNA sa lepšie hodí na úlohu prvého genetického materiálu.

V roku 2000 svoj názor podporil dôkazmi. V tom čase už mal 70 rokov a prekonal niekoľko mozgových príhod, po ktorých mohol skončiť v domove dôchodcov, no nemienil sa vzdať.

Miller zopakoval svoj klasický experiment opísaný vyššie, tentoraz s použitím metánu, dusíka, amoniaku a vody, a nakoniec získal polyamidový základ PNA.

Z toho vyplynulo, že na ranej Zemi mohli byť podmienky na objavenie sa PNA, na rozdiel od RNA.

PNA sa správa ako DNA.

Thrózová nukleová kyselina (TNA)

Medzitým iní chemici vytvorili svoje vlastné nukleové kyseliny.

V roku 2000 Albert Eschenmoser vytvoril treózovú nukleovú kyselinu (TNA).

Bola to v podstate rovnaká DNA, ale s iným typom cukru v základni. TNK reťazce by mohli tvoriť dvojitú špirálu a informácie by sa mohli prenášať z RNA do TNK a späť.

Okrem toho môže TNC tvoriť komplexné formy, vrátane formy proteínu. To naznačovalo, že TNA môže pôsobiť ako enzým, rovnako ako RNA.

Glykolová nukleová kyselina (GNA)

V roku 2005 Eric Meggers vytvoril glykolovú nukleovú kyselinu, ktorá môže tvoriť aj špirálu.

Každá z týchto nukleových kyselín mala svojich priaznivcov: zvyčajne samotných tvorcov kyselín.

V prírode však po takýchto nukleových kyselinách nezostala ani stopa, takže aj keď predpokladáme, že ich prvý život použil, v určitom štádiu ich musel opustiť v prospech RNA a DNA.

Znie to vierohodne, ale nie je to podložené dôkazmi.

Bol to dobrý koncept, ale...

Do polovice prvej dekády 21. storočia sa tak zástancovia konceptu RNA World ocitli v ťažkej pozícii.

Na jednej strane RNA enzýmy existovali v prírode a zahŕňali jeden z najdôležitejších fragmentov biologických mechanizmov – ribozóm. Nie je to zlé.

Ale na druhej strane sa v prírode nenašla žiadna samoreplikujúca sa RNA a nikto nedokázal presne vysvetliť, ako sa RNA vytvorila v „prvotnej polievke“. Ten by sa dal vysvetliť alternatívnymi nukleovými kyselinami, ale tie už v prírode (alebo nikdy) neexistovali. Je to zlé.

Verdikt nad celým konceptom RNA World bol jasný: koncept bol dobrý, ale nie komplexný.

Medzitým sa od polovice 80. rokov pomaly rozvíjala ďalšia teória. Jeho priaznivci tvrdili, že život nezačal RNA, DNA alebo inou genetickou látkou. Podľa ich názoru život začal ako mechanizmus využívania energie.

Energia na prvom mieste?

V priebehu rokov sa teda vedci študujúci pôvod života rozdelili na 3 tábory.

Tí prví boli presvedčení, že život začal molekulou RNA, ale nedokázali prísť na to, ako sa RNA alebo molekulám podobným RNA podarilo spontánne objaviť na ranej Zemi a začať sa reprodukovať. Úspechy vedcov boli spočiatku obdivované, no napokon sa výskumníci dostali do slepej uličky. Avšak aj keď boli tieto štúdie v plnom prúde, už existovali takí, ktorí si boli istí, že život vznikol úplne iným spôsobom.

Teória RNA World je založená na jednoduchej myšlienke: najdôležitejšou funkciou organizmu je schopnosť reprodukovať sa. Väčšina biológov s tým súhlasí. Všetky živé veci - od baktérií po modré veľryby - sa snažia zanechať potomstvo.

Mnohí výskumníci v tejto otázke však nesúhlasia s tým, že reprodukčná funkcia je na prvom mieste. Hovorí sa, že kým sa začne rozmnožovať, organizmus sa musí stať sebestačným. Musí byť schopný udržať si život v sebe. Koniec koncov, nebudete môcť mať deti, ak zomriete ako prvý.

Udržujeme život prostredníctvom jedla, zatiaľ čo rastliny absorbujú energiu zo slnečného žiarenia.

Áno, chlap, ktorý s radosťou hltá šťavnatú kotletu, zjavne nevyzerá ako storočný dub, ale v skutočnosti oba absorbujú energiu.

Absorpcia energie je základom života.

Metabolizmus

Keď hovoríme o energii živých bytostí, máme do činenia s metabolizmom.

1. Prvou etapou je získavanie energie napríklad z energeticky bohatých látok (napríklad cukru).
2. Druhým je využitie energie na budovanie užitočných buniek v tele.

Proces využívania energie je mimoriadne dôležitý a mnohí výskumníci sa domnievajú, že práve tu sa začal život.

Ako by však mohli vyzerať organizmy s iba jednou metabolickou funkciou?

Prvý a najvplyvnejší návrh predložil Günter Wachtershauser koncom 80. rokov 20. storočia. Povolaním bol patentový právnik, no mal slušné znalosti z chémie.

Wachtershauser naznačil, že prvé organizmy boli „nápadne odlišné od všetkého, čo poznáme“. Neboli vyrobené z buniek. Nemali žiadne enzýmy, DNA ani RNA.

Pre názornosť Wachtershauser opísal prúdenie horúcej vody vytekajúcej zo sopky. Voda bola nasýtená sopečnými plynmi ako je amoniak a obsahovala čiastočky minerálov zo stredu sopky.

V miestach, kde potok tiekol po skalách, začali chemické reakcie. Kovy obsiahnuté vo vode prispeli k vytvoreniu veľkých organických zlúčenín z jednoduchších.

Metabolický cyklus

Zlomovým bodom bolo vytvorenie prvého metabolického cyklu.

Počas tohto procesu sa jedna chemická látka premení na niekoľko ďalších a tak ďalej, až nakoniec všetko skončí pretvorením prvej látky.

Počas procesu celý systém zapojený do metabolizmu akumuluje energiu, ktorá môže byť použitá na reštart cyklu alebo na spustenie nejakého nového procesu.

Všetko ostatné, čím sú moderné organizmy obdarené (DNA, bunky, mozog), sa objavilo až neskôr a na základe týchto chemických cyklov.

Metabolické cykly nie sú veľmi podobné životu. Preto Wachtershauser nazval svoje vynálezy „prekurzorovými organizmami“ a napísal, že ich „sťažka možno nazvať živými“.

Ale metabolické cykly opísané Wachtershauserom sú vždy v centre každého živého organizmu.

Vaše bunky sú vlastne mikroskopické továrne, ktoré neustále rozkladajú určité látky a menia ich na iné.

Metabolické cykly, aj keď sú mechanické, sú zásadne dôležité pre život.

Wachtershauser svojej teórii venoval posledné dve desaťročia 20. storočia, pričom ju podrobne rozpracoval. Opísal, ktoré minerály by boli vhodnejšie ako iné a aké chemické cykly mohli prebiehať. Jeho úvahy si začali získavať priaznivcov.

Experimentálne potvrdenie

V roku 1977 sa tím Jacka Corlissa z Oregonskej štátnej univerzity ponoril do hĺbky 2,5 kilometra (1,5 míle) vo východnej časti Tichého oceánu. Vedci skúmali horúci prameň Galapágy na mieste, kde sa zo dna dvíhali hrebene skál. Bolo známe, že pohoria boli pôvodne vulkanicky aktívne.

Corliss zistil, že hrebene sú prakticky posiate horúcimi prameňmi. Horúca voda nabitá chemikáliami stúpala z morského dna a vytekala cez diery v skalách.

Je úžasné, že tieto „hydrotermálne prieduchy“ boli husto osídlené zvláštnymi tvormi. Išlo o obrovské mäkkýše viacerých druhov, lastúrniky a annelidy.

Voda bola tiež plná baktérií. Všetky tieto organizmy žili z energie z hydrotermálnych prieduchov.

Objav hydrotermálnych prieduchov dodal Corlissu vynikajúcu povesť. Tiež ho to prinútilo zamyslieť sa.

Hydrotermálne prieduchy v oceáne dnes podporujú organizmy. Možno sa stali jeho primárnym zdrojom?

Hydrotermálne prieduchy

V roku 1981 Jack Corliss naznačil, že podobné prieduchy existovali na Zemi pred 4 miliardami rokov a práve okolo nich sa začal život. Rozvíjaniu tejto myšlienky venoval celú svoju kariéru.

Corliss navrhol, že hydrotermálne prieduchy by mohli vytvárať zmes chemikálií. Každý prieduch, tvrdil, bol niečo ako dávkovač „prvotného vývaru“.

• Kým horúca voda pretekala skalami, teplo a tlak prinútili najjednoduchšie organické zlúčeniny premeniť sa na zložitejšie, ako sú aminokyseliny, nukleotidy a cukor.
• Bližšie k východu do oceánu, kde už voda nebola taká horúca, začali vytvárať reťazce, tvoriace sacharidy, bielkoviny a nukleotidy ako DNA.
• Potom sa v samotnom oceáne, kde sa voda výrazne ochladila, tieto molekuly poskladali do jednoduchých buniek.

Teória znela rozumne a pritiahla pozornosť.

Ale Stanley Miller, o ktorého experimente sa hovorilo už skôr, nezdieľal nadšenie. V roku 1988 napísal, že prieduchy sú príliš horúce na to, aby udržali život.

Corlissova teória bola, že extrémna teplota môže spustiť tvorbu látok, ako sú aminokyseliny, ale Millerove experimenty ukázali, že ich môže aj zničiť.

Kľúčové zlúčeniny, ako je cukor, môžu trvať nanajvýš niekoľko sekúnd.

Navyše, tieto jednoduché molekuly by sotva boli schopné vytvárať reťazce, pretože okolitá voda by ich takmer okamžite zlomila.

Teplo, ešte teplejšie...

V tomto bode vstúpil do diskusie geológ Mike Russell. Veril, že teória vetrania dokonale zapadá do Wachtershauserových špekulácií o prekurzorových organizmoch. Tieto myšlienky ho priviedli k vytvoreniu jednej z najpopulárnejších teórií o vzniku života.

Russellova mladosť strávila tvorbou aspirínu a štúdiom cenných minerálov. A počas potenciálnej sopečnej erupcie v 60. rokoch úspešne koordinoval plán reakcie bez akýchkoľvek skúseností. Zaujímal sa však o to, ako sa zmenil povrch Zeme v rôznych obdobiach. Možnosť pozrieť sa na históriu z pohľadu geológa formovala jeho teóriu o vzniku života.

V 80. rokoch minulého storočia našiel fosílie naznačujúce, že v dávnych dobách existovali hydrotermálne prieduchy, kde teploty nepresahovali 150 stupňov Celzia. Tieto mierne teploty, tvrdil, by mohli umožniť molekulám vydržať oveľa dlhšie, ako si Miller myslel.

Navyše fosílie týchto menej horúcich prieduchov odhalili niečo zaujímavé. Minerál nazývaný pyrit, pozostávajúci zo železa a síry, vo forme rúrok dlhých 1 milimeter.

Russell vo svojom laboratóriu zistil, že pyrit môže vytvárať aj guľovité kvapôčky. Navrhol, že prvé zložité organické molekuly sa vytvorili v pyritových štruktúrach.

Približne v rovnakom čase začal Wachtershauser publikovať svoje teórie založené na skutočnosti, že prúd vody, bohatý na chemikálie, interagoval s určitým minerálom. Dokonca navrhol, že minerálom by mohol byť pyrit.

2+2=?

Jediné, čo Russell musel urobiť, bolo dať 2 a 2 dohromady.

Predpokladal, že prekurzorové organizmy Wachtershauser sa vytvorili v teplých hydrotermálnych prieduchoch v hlbokom mori, kde sa mohli vytvoriť pyritové štruktúry. Ak sa Russell nemýlil, potom v hlbinách mora vznikol život a ako prvý sa objavil metabolizmus.

Toto všetko bolo načrtnuté v článku od Russella publikovanom v roku 1993, 40 rokov po klasickom Millerovom experimente.

V tlači bolo ohlasov oveľa menej, ale to neuberá na dôležitosti objavu. Russell spojil dva rôzne nápady (Wachtershauserove metabolické cykly a Corlissove hydrotermálne prieduchy) do jedného celkom presvedčivého konceptu.

Tento koncept sa stal ešte pôsobivejším, keď sa Russell podelil o svoje myšlienky o tom, ako rané organizmy absorbovali energiu. Inými slovami, vysvetlil, ako môže fungovať ich metabolizmus. Jeho myšlienka vychádzala z práce jedného zo zabudnutých géniov modernej vedy.

Mitchellove „smiešne“ experimenty

V 60. rokoch bol biochemik Peter Mitchell nútený opustiť univerzitu v Edinburghu kvôli chorobe.

Premenil kaštieľ v Cornwalle na svoje osobné laboratórium. Odrezaný od vedeckej komunity financoval svoju prácu predajom mlieka svojich domácich kráv. Mnoho biochemikov, vrátane Leslie Orgel, o ktorého výskume RNA sa diskutovalo skôr, považovalo Mitchellovu prácu za mimoriadne absurdnú.

Takmer o dve desaťročia neskôr Mitchell triumfoval a v roku 1978 získal Nobelovu cenu za chémiu. Nikdy sa nepreslávil, no jeho myšlienky možno vidieť v každej učebnici biológie.

Mitchell zasvätil svoj život štúdiu toho, ako organizmy míňajú energiu, ktorú prijímajú z potravy. Inými slovami, zaujímalo ho, ako zostávame nažive z sekundy na sekundu.

Britský biochemik Peter Mitchell získal Nobelovu cenu za chémiu za objavenie mechanizmu syntézy ATP.

Ako telo ukladá energiu

Mitchell vedel, že všetky bunky uchovávajú energiu v špecifickej molekule nazývanej adenozíntrifosfát (ATP). Dôležité je, že adenozín má na seba naviazaný reťazec troch fosfátov. Pridanie tretieho fosfátu vyžaduje veľa energie, ktorá sa neskôr uloží do ATP.

Keď bunka potrebuje energiu (napríklad počas svalovej kontrakcie), odreže tretí fosfát z ATP. To premieňa ATP na adenozid fosfát (ADP) a uvoľňuje uloženú energiu.

Mitchell chcel pochopiť, ako sa bunkám podarilo vytvoriť ATP. Ako koncentrovali dostatok energie do ADP, aby sa pridal tretí fosfát?

Mitchell vedel, že enzým, ktorý produkuje ATP, sa nachádza na membráne. Dospel k záveru, že bunka pumpuje nabité častice, nazývané protóny, cez membránu, takže na jednej strane je vidieť veľa protónov, zatiaľ čo na druhej strane takmer žiadne.

Protóny sa potom snažia vrátiť do membrány, aby udržali rovnováhu na každej strane, ale môžu sa dostať iba do enzýmu. Prúdenie protónov, ktoré sa pohybujú okolo, dáva enzýmu potrebnú energiu na tvorbu ATP.

Mitchell prvýkrát navrhol túto myšlienku v roku 1961. Nasledujúcich 15 rokov obhajoval svoju teóriu pred útokmi, napriek drvivým dôkazom.

Dnes je známe, že proces opísaný Mitchellom je charakteristický pre každého živého tvora na planéte. Práve sa to deje vo vašich bunkách. Rovnako ako DNA je základnou súčasťou života, ako ho poznáme.

Prirodzená separácia protónov bola nevyhnutná pre život

Pri budovaní svojej teórie života Russell venoval pozornosť separácii protónov, ktorú ukázal Mitchell: veľa protónov na jednej strane membrány a len niekoľko na druhej strane.

Všetky bunky potrebujú toto zdieľanie protónov na ukladanie energie.

Moderné bunky vytvárajú toto delenie pumpovaním protónov z membrány, ale je tu zahrnutá zložitá molekulárna mechanika, ktorá sa nemôže stať len tak cez noc.

Russell teda urobil ďalší logický záver: život vznikol tam, kde došlo k prirodzenému oddeleniu protónov.

Niekde blízko hydrotermálnych prieduchov. Ale ventilačný otvor musí byť špecifického typu.

Raná Zem mala kyslé moria a kyslá voda je jednoducho nasýtená protónmi. Na oddelenie protónov musí byť voda v hydrotermálnych prieduchoch chudobná na protóny: inými slovami, musí byť zásaditá.

Hydrotermálne prieduchy Corlissu túto podmienku nespĺňali. Nielenže boli príliš horké, ale boli aj príliš kyslé.

V roku 2000 však Deborah Kellyová z Washingtonskej univerzity objavila prvé alkalické hydrotermálne prieduchy.

Dr. Deborah Kellyová.

Alkalické a chladné hydrotermálne prieduchy

Kellymu sa podarilo stať sa vedcom len veľmi ťažko. Jej otec zomrel, keď bola na strednej škole a po prednáškach musela pracovať, aby zaplatila univerzitu.

Ale uspela a neskôr dostala nápad študovať podmorské sopky a horúce hydrotermálne pramene. Jej vášeň pre štúdium sopiek a podmorských horúcich prieduchov ju priviedla do srdca Atlantického oceánu. Práve tu v hĺbke sa z dna oceánu týčilo majestátne pohorie.

Na tomto hrebeni Kelly objavila celú sieť hydrotermálnych prieduchov, ktoré nazvala „Stratené mesto“. Neboli ako tie, ktoré našiel Corliss.

Vytekala z nich voda s teplotou 40-75 stupňov Celzia a s malým obsahom alkálií. Uhličitanové minerály z takejto vody tvorili strmé biele stĺpy, podobné stĺpom dymu a stúpajúce zdola ako organové píšťaly. Napriek ich strašidelnému a „strašidelnému“ vzhľadu boli tieto stĺpy v skutočnosti domovom kolónií mikroorganizmov žijúcich v teplej vode.

Tieto alkalické prieduchy dokonale zapadajú do Russellovej teórie. Bol si istý, že život sa začal v otvoroch podobných tým zo Strateného mesta.

Bol tu však jeden problém. Russell ako geológ nevedel o biologických bunkách dosť na to, aby bola jeho teória čo najpresvedčivejšia.

Najkomplexnejšia teória o vzniku života na Zemi

Aby Russell prekonal problémy svojich obmedzených vedomostí, spojil sa s americkým biológom Williamom Martinom. Kontroverzný muž Martin strávil väčšinu svojej kariéry prácou v Nemecku.

V roku 2003 predstavili vylepšenú verziu Russellovho skoršieho konceptu. A možno túto teóriu o pôvode života na Zemi možno nazvať najkomplexnejšou zo všetkých existujúcich.

Vďaka Kellymu vedeli, že horniny alkalických prieduchov sú pórovité: boli posiate malými otvormi naplnenými vodou. Vedci navrhli, že tieto diery pôsobili ako „bunky“. Každý z nich obsahoval dôležité látky, napríklad minerály ako pyrit. Pridajte k tomu prirodzené štiepenie protónov, ktoré poskytovali prieduchy, a získate ideálne miesto pre zrod metabolizmu.

Akonáhle život začal využívať chemickú energiu vetracej vody, teoretizovali Russell a Martin, začal vytvárať molekuly ako RNA. Nakoniec si vytvorila vlastnú membránu, stala sa skutočnou bunkou a opustila poréznu horninu a zamierila do otvorených vôd.

Dnes je to jedna z hlavných hypotéz týkajúcich sa pôvodu života.

Najnovšie objavy

Táto teória získala veľkú podporu v júli 2016, keď Martin publikoval výskum, ktorý zrekonštruoval niektoré črty „posledného univerzálneho spoločného predka“ (LUCA). Toto je konvenčný názov pre organizmus, ktorý existoval pred miliardami rokov a ktorý dal vzniknúť všetkej rozmanitosti moderného života.

Fosílie tohto organizmu možno nikdy nenájdeme, no na základe všetkých dostupných údajov môžeme skúmaním moderných mikroorganizmov uhádnuť, ako vyzeral a aké mal vlastnosti.

Presne to urobil Martin. Študoval DNA 1930 moderných mikroorganizmov a identifikoval 355 génov, ktoré boli prítomné takmer vo všetkých z nich.

Dá sa predpokladať, že týchto 355 génov sa prenášalo z generácie na generáciu, keďže všetky tieto mikróby z roku 1930 mali spoločného predka – pravdepodobne z čias, keď ešte existoval PUOP.

Medzi týmito génmi boli tie, ktoré sú zodpovedné za použitie štiepenia protónov, ale nie tie, ktoré sú zodpovedné za vytvorenie tohto štiepenia – presne ako v teórii Russella a Martina.

Okrem toho sa zdalo, že PUOP sa dokáže prispôsobiť látkam, ako je metán, čo znamenalo prítomnosť vulkanicky aktívneho prostredia okolo neho. Teda hydrotermálny prieduch.

Nie také jednoduché

Zástancovia myšlienky RNA World však našli dva problémy s konceptom Russell-Martin. Jeden by mohol byť ešte potenciálne opravený, no druhý by mohol znamenať kolaps celej teórie.

Prvým problémom je nedostatok experimentálnych dôkazov, že procesy opísané Russellom a Martinom skutočne prebehli.

Áno, vedci vytvorili teóriu krok za krokom, ale v laboratóriu sa zatiaľ nepodarilo reprodukovať ani jeden krok.

„Zástancovia myšlienky primárneho vzhľadu replikácie pravidelne poskytovať výsledky experimentov,“ hovorí Armen Mulkijajan, odborník na vznik života. „Zástancovia myšlienky primárneho vzhľadu metabolizmus oni to nerobia."

To by sa však mohlo čoskoro zmeniť vďaka Martinovmu kolegovi Nickovi Laneovi z University College London. Lane navrhol „reaktor pôvodu života“, ktorý by simuloval podmienky vo vnútri alkalického prieduchu. Dúfa, že obnoví metabolické cykly a možno aj RNA. Ale o tom je ešte priskoro hovoriť.

Druhým problémom je, že prieduchy sú umiestnené hlboko pod vodou. Ako zdôraznil Miller v roku 1988, molekuly s dlhým reťazcom, ako je RNA a proteíny, sa nemôžu tvoriť vo vode bez enzýmov, ktoré by zabránili ich rozpadu.

Pre mnohých výskumníkov sa tento argument stal rozhodujúcim.

"So zázemím v chémii nebudete môcť uveriť teórii hlbokomorských prieduchov, pretože poznáte chémiu a chápete, že všetky tieto molekuly sú nezlučiteľné s vodou," hovorí Mulkijanian.

Napriek tomu sa Russell a jeho priaznivci neponáhľajú vzdať sa svojich nápadov.

No v poslednom desaťročí sa do popredia dostal aj tretí prístup, sprevádzaný sériou mimoriadne zaujímavých experimentov.

Na rozdiel od teórií o svete RNA a hydrotermálnych prieduchoch tento prístup, ak bude úspešný, sľuboval nemysliteľné - vytvorenie živej bunky od začiatku.

Ako vytvoriť bunku?

Na začiatku 21. storočia existovali dve hlavné koncepcie pôvodu života.

1. Podporovatelia "Svet RNA" tvrdil, že život začal samoreprodukujúcou sa molekulou.
2. Zástancovia teórie o „ primárny metabolizmus" vytvorili podrobný obraz o tom, ako mohol život vzniknúť v hlbokomorských hydrotermálnych prieduchoch.

Do popredia sa však dostala aj tretia teória.

Každý živý tvor na Zemi sa skladá z buniek. Každá bunka je v podstate mäkká guľa s tvrdou stenou alebo „membránou“.

Úlohou bunky je obsiahnuť vo vnútri všetky životne dôležité prvky. Ak praskne vonkajšia stena, vnútro sa vysype a bunka v podstate odumrie – ako vypitvaná osoba.

Vonkajšia bunková stena je taká dôležitá, že niektorí vedci veria, že musela byť na prvom mieste. Sú presvedčení, že teória „primárnej genetiky“ a teória „primárneho metabolizmu“ sú zásadne nesprávne.

Ich alternatíva, „primárna kompartmentalizácia“, čerpá predovšetkým z práce Piera Luigiho Luisiho z Univerzity Roma Tre v Ríme.

Teória protobuniek

Luisine argumenty sú jednoduché a presvedčivé. Ako si môžete predstaviť metabolický proces alebo samoreplikujúcu sa RNA, ktorá vyžaduje veľa látok na jednom mieste, ak neexistuje nádoba, kde sú molekuly bezpečné?

Záver z toho je nasledujúci: existuje len jedna možnosť pre vznik života.

Uprostred horúčav a búrok ranej Zeme určité suroviny nejako vytvorili primitívne bunky alebo „protobunky“.

Na preukázanie tejto teórie je potrebné vykonať experimenty v laboratóriu - pokúsiť sa vytvoriť jednoduchú živú bunku.

Luisiho myšlienky boli zakorenené v dielach sovietskeho vedca Alexandra Oparina, o ktorom sa hovorilo skôr. Oparin zdôraznil, že niektoré látky tvoria bubliny tzv koacerváty, ktoré môžu vo svojom strede držať iné látky.

Luisi navrhol, že tieto koacerváty boli prvé protobunky.

Koacerváty mohli byť prvými protobunkami.

Svet lipidov

Akákoľvek tuková alebo olejová látka vytvorí na vode bubliny alebo film. Táto skupina látok sa nazýva lipidy a teória, že z nich vznikol život, sa nazýva „Svet lipidov“.

Ale samotná tvorba bublín nestačí. Musia byť stabilné, musia byť schopné deliť sa, aby vytvorili „dcérske“ bubliny, a mať aspoň určitú kontrolu nad tokom látok do nich az nich – a to všetko bez proteínov, ktoré sú za tieto funkcie v moderných bunkách zodpovedné.

To znamená, že bolo potrebné vytvoriť protobunky z potrebných materiálov. Presne to robil Luisi niekoľko desaťročí, no nikdy nevyprodukoval nič presvedčivé.

Protobunka s RNA

Potom v roku 1994 Luisi urobil odvážny návrh. Podľa jeho názoru prvé protobunky museli obsahovať RNA. Okrem toho by táto RNA mala byť schopná reprodukovať sa vo vnútri protobunky.

Tento predpoklad znamenal odmietnutie čistej „primárnej kompartmentalizácie“, ale Luisi mal na to dobré dôvody.

Bunka s vonkajšou stenou, ale bez génov vo vnútri, bola zbavená mnohých funkcií. Muselo byť schopné deliť sa na dcérske bunky, ale nemohlo o sebe prenášať informácie svojim potomkom. Bunka by sa mohla začať rozvíjať a stať sa komplexnejšou iba vtedy, ak by mala aspoň niekoľko génov.

Táto teória čoskoro získala silného zástancu v Jackovi Szostakovi, ktorého práca na hypotéze RNA World bola diskutovaná už skôr. Po mnoho rokov boli títo vedci na opačných stranách vedeckej komunity – Luisi podporoval myšlienku „primárnej kompartmentalizácie“ a Shostak – „primárnej genetiky“.

„Na konferenciách o vzniku života sme sa vždy dostali do dlhých debát o tom, čo je dôležitejšie a čo prvé,“ spomína Szostak. „Nakoniec sme si uvedomili, že bunky potrebujú oboje. Dospeli sme k záveru, že bez kompartmentalizácie a genetického systému by prvý život nemohol vzniknúť.“

V roku 2001 Szostak a Luisi spojili svoje sily a pokračovali vo výskume. V článku v časopise Nature tvrdili, že ak chcete vytvoriť živú bunku od nuly, musíte do jednoduchej kvapky tuku vložiť samoreplikujúcu sa RNA.

Myšlienka bola odvážna a Šostak sa čoskoro úplne venoval jej realizácii. Vzhľadom na to, že „nemôžete opísať teóriu bez praktických dôkazov“, rozhodol sa začať experimenty s protobunkami.

Vezikuly

O dva roky neskôr Šostak a dvaja kolegovia oznámili veľký vedecký prielom.

Experimenty sa uskutočnili na vezikulách: sférické kvapôčky s dvoma vrstvami mastných kyselín na vonkajšej strane a kvapalným jadrom vo vnútri.

V snahe urýchliť tvorbu vezikúl vedci pridali častice ílového minerálu nazývaného montmorillonit. To urýchlilo tvorbu vezikúl 100-krát. Povrch hliny slúžil ako katalyzátor, ktorý v podstate plnil úlohu enzýmu.

Okrem toho by vezikuly mohli absorbovať častice montmorillonitu aj reťazce RNA z povrchu hliny.

Vďaka jednoduchému pridaniu ílu obsahovali protobunky nakoniec gény aj katalyzátor.

Rozhodnutie pridať montmorillonit nebolo bezdôvodné. Desaťročia výskumu ukázali, že montmorillonit a ďalšie ílové minerály boli veľmi dôležité pri vzniku života.

Montmorillonit je obyčajný íl. V súčasnosti je široko používaný v každodennom živote, napríklad ako výplň do podstielky pre mačky. Vzniká pri rozklade sopečného popola pod vplyvom poveternostných podmienok. Keďže na ranej Zemi bolo veľa sopiek, je logické predpokladať, že montmorillonit bol hojný.

Už v roku 1986 chemik James Ferris dokázal, že montmorillonit je katalyzátor, ktorý podporuje tvorbu organických molekúl. Neskôr tiež zistil, že tento minerál urýchľuje tvorbu malých RNA.

To viedlo Ferrisa k presvedčeniu, že nenápadná hlina bola kedysi miestom života. Szostak prevzal túto myšlienku a použil montmorillonit na vytvorenie protobuniek.

Tvorba vezikúl za účasti hliny sa vyskytla stokrát rýchlejšie.

Vývoj a delenie protobuniek

O rok neskôr Šostakov tím zistil, že ich protobunky rastú samy.

Keď sa k protobunke pridali nové molekuly RNA, vonkajšia stena sa pod zvyšujúcim sa tlakom prehýbala. Vyzeralo to, akoby si protobunka naplnila brucho a chystala sa prasknúť.

Na kompenzáciu tlaku protobunky vybrali najviac mastných kyselín a zabudovali ich do steny, aby mohli bezpečne napučiavať do veľkých rozmerov.

Dôležité ale je, že mastné kyseliny boli prevzaté z iných protobuniek s menšou RNA, a preto sa začali zmenšovať. To znamenalo, že protobunky súťažili a vyhrali tie, ktoré obsahovali najviac RNA.

To viedlo k pôsobivým záverom. Ak by protobunky mohli rásť, mohli by sa deliť? Podarí sa Šostakovi prinútiť protobunky, aby sa samy rozmnožili?

Prvé Shostakove experimenty ukázali jeden zo spôsobov delenia protobuniek. Keď sa protobunky pretlačili cez malé otvory, boli stlačené do tvaru rúrok, ktoré sa potom rozdelili na „dcérske“ protobunky.

To bolo v pohode, pretože do procesu neboli zapojené žiadne bunkové mechanizmy, iba obyčajný mechanický tlak.

Ale boli tu aj nevýhody, pretože počas experimentu protobunky stratili časť svojho obsahu. Ukázalo sa tiež, že prvé bunky sa mohli deliť len pod tlakom vonkajších síl, ktoré by ich tlačili cez úzke otvory.

Existuje mnoho spôsobov, ako prinútiť vezikuly rozdeliť sa: napríklad pridaním silného prúdu vody. Bolo však potrebné nájsť spôsob, akým by sa protobunky rozdelili bez straty obsahu.

Cibuľový princíp

V roku 2009 našli Shostak a jeho študent Ting Zhu riešenie. Vytvorili o niečo zložitejšie protobunky s viacerými stenami, trochu ako vrstvy cibule. Napriek ich zjavnej zložitosti bolo vytvorenie takýchto protobuniek celkom jednoduché.

Keď ich Zhu kŕmil mastnými kyselinami, protobunky rástli a menili tvar, predlžovali sa a nadobúdali niťovitý tvar. Keď sa protobunka dostatočne zväčšila, stačila len malá sila, aby sa rozpadla na malé dcérske protobunky.

Každá dcérska protobunka obsahovala RNA z materskej protobunky a prakticky sa nestratil žiadny prvok RNA. Navyše, protobunky mohli pokračovať v tomto cykle - dcérske protobunky rástli a delili sa nezávisle.

V ďalších experimentoch Zhu a Szostak našli spôsob, ako prinútiť protobunky k deleniu. Zdá sa, že jedna časť problému bola vyriešená.

Nevyhnutnosť samokopírovacej RNA

Protobunky však stále nefungovali správne. Luisi videla protobunky ako nosiče samoreplikujúcich sa RNA, no doteraz boli RNA len vo vnútri a nič neovplyvňovali.

Aby sa demonštrovalo, že protobunky boli skutočne prvým životom na Zemi, musel Shostak prinútiť RNA, aby vytvorila svoje kópie.

Úloha to nebola jednoduchá, pretože desaťročia experimentov vedcov, o ktorých sme písali skôr, neviedli k vytvoreniu samoreplikujúcej sa RNA.

Sám Šostak sa stretol s rovnakým problémom počas svojej ranej práce na teórii sveta RNA. Odvtedy to vraj nikto neriešil.

Orgel strávil 70. a 80. roky štúdiom princípu kopírovania reťazcov RNA.

Jeho podstata je jednoduchá. Musíte vziať jeden reťazec RNA a umiestniť ho do nádoby s nukleotidmi. Potom použite tieto nukleotidy na vytvorenie druhého vlákna RNA, ktoré dopĺňa prvé.

Napríklad reťazec RNA vzorky „CGC“ vytvorí ďalšie vlákno vzorky „GCG“. Ďalšia kópia znovu vytvorí pôvodný obvod CGC.

Orgel si všimol, že za určitých podmienok sa reťazce RNA kopírujú týmto spôsobom bez pomoci enzýmov. Je dosť možné, že prvý život takto skopíroval svoje gény.

Do roku 1987 mohol Orgel vytvoriť ďalšie vlákna s dĺžkou 14 nukleotidov vo vláknach RNA, ktoré boli tiež dlhé 14 nukleotidov.

Chýbajúci prvok

Adamala a Szostak zistili, že na reakciu je potrebný horčík. To bolo problematické, pretože horčík zničil protobunky. Ale existovalo riešenie: použite citrát, ktorý je takmer identický s kyselinou citrónovou, ktorá sa nachádza v citrónoch a pomarančoch a ktorá je prítomná v každej živej bunke.

V článku publikovanom v roku 2013 Adamala a Szostak opísali štúdiu, v ktorej bol do protobuniek pridaný citrát, ktorý sa prekrýval s horčíkom a chránil protobunky bez toho, aby zasahoval do kopírovania reťazca.

Inými slovami, dosiahli to, o čom hovoril Luisi v roku 1994. "Umožnili sme RNA, aby sa sama replikovala vo vezikulách mastných kyselín," hovorí Szostak.

Len za desať rokov výskumu dosiahol Šostakov tím neuveriteľné výsledky.

• Vedci vytvorili protobunky, ktoré si zachovávajú svoje gény a zároveň absorbujú užitočné molekuly zo svojho prostredia.
• Protobunky môžu rásť a deliť sa a dokonca medzi sebou súťažiť.
• Obsahujú RNA, ktoré sa samy replikujú.
• Protobunky vytvorené v laboratóriu vo všetkých ohľadoch prekvapivo pripomínajú život.

Boli tiež odolné. V roku 2008 Szostakov tím zistil, že protobunky dokážu prežiť teploty až 100 stupňov Celzia, teda teplotu, pri ktorej zomiera väčšina moderných buniek. To len posilnilo presvedčenie, že protobunky sú podobné prvému životu, ktorý potreboval nejako prežiť v podmienkach neustálych meteorických rojov.

„Shostakove úspechy sú pôsobivé,“ hovorí Armen Mulkijajanyan.

Šostakov prístup sa však na prvý pohľad veľmi líši od iných výskumov pôvodu života, ktoré pokračovali za posledných 40 rokov. Namiesto toho, aby sa zameral na „primárnu sebareprodukciu“ alebo „primárnu kompartmentalizáciu“, našiel spôsob, ako tieto teórie spojiť.

To sa stalo dôvodom na vytvorenie nového jednotného prístupu k štúdiu otázky pôvodu života na Zemi.

Tento prístup znamená, že prvý život nemal charakteristiku, ktorá sa objavila pred ostatnými. Myšlienka „primárneho súboru charakteristík“ už má veľa praktických dôkazov a hypoteticky môže vyriešiť všetky problémy existujúcich teórií.

Veľké zjednotenie

Pri hľadaní odpovede na otázku pôvodu života sa vedci 20. storočia rozdelili do 3 táborov. Každý sa držal iba svojich vlastných hypotéz a vyjadril sa k práci ostatných dvoch. Tento prístup bol určite účinný, ale každý tábor nakoniec čelil neriešiteľným problémom. Viacerí vedci sa preto v týchto dňoch rozhodli vyskúšať kombinovaný prístup k tomuto problému.

Myšlienka zjednotenia má svoje korene v nedávnom objave, ktorý dokazuje tradičnú teóriu „primárnej sebareprodukcie“ sveta RNA, ale len na prvý pohľad.

V roku 2009 čelili zástancovia teórie RNA World veľkému problému. Nemohli vytvoriť nukleotidy, stavebné bloky RNA, spôsobom, ktorý si mohli vytvoriť sami v podmienkach ranej Zeme.

Ako sme už videli, mnohých výskumníkov to viedlo k presvedčeniu, že prvý život vôbec nebol založený na RNA.

John Sutherland o tom premýšľal už od 80. rokov minulého storočia. "Bolo by skvelé, keby niekto mohol ukázať, ako sa RNA zostavuje," hovorí.

Našťastie pre Sutherlanda pracoval v Cambridge Laboratory of Molecular Biology (CMB). Väčšina výskumných ústavov neustále tlačí svojich zamestnancov v očakávaní nových objavov, ale LMB umožnil zamestnancom seriózne pracovať na tomto probléme. Takže Sutherland mohol voľne premýšľať o tom, prečo bolo také ťažké vyrobiť nukleotidy RNA, a v priebehu niekoľkých rokov vyvinul alternatívny prístup.

Výsledkom bolo, že Sutherland dospel k úplne novému pohľadu na vznik života, ktorý spočíval v tom, že všetky kľúčové zložky života sa mohli sformovať súčasne.

Skromná budova Cambridgeského laboratória molekulárnej biológie.

Šťastná zhoda molekúl a okolností

„Niekoľko kľúčových aspektov chémie RNA bolo porušených,“ vysvetľuje Sutherland. Každý nukleotid RNA sa skladá z cukru, bázy a fosfátu. V praxi sa však ukázalo, že vzájomné pôsobenie cukru a bázy je nemožné. Molekuly mali jednoducho nesprávny tvar.

Sutherland teda začal experimentovať s inými látkami. Nakoniec jeho tím vytvoril 5 jednoduchých molekúl pozostávajúcich z iného druhu cukru a kyánamidu, ktorý, ako už názov napovedá, súvisí s kyanidom. Tieto látky prešli sériou chemických reakcií, ktoré nakoniec viedli k vytvoreniu dvoch zo štyroch nukleotidov.

Bol to nepochybne úspech a okamžite zvýšil reputáciu Sutherlanda.

Mnohí pozorovatelia si mysleli, že je to ďalší dôkaz v prospech teórie „sveta RNA“. Samotný Sutherland to však videl inak.

„Klasická“ hypotéza RNA World sa zamerala na skutočnosť, že v prvých organizmoch bola RNA zodpovedná za všetky životné funkcie. Sutherland však toto tvrdenie nazýva „beznádejne optimistickým“. Verí, že RNA bola zapojená, ale nebola jedinou zložkou dôležitou pre životaschopnosť.

Sutherland sa inšpiroval nedávnou prácou Jacka Szostaka, ktorý skombinoval koncept RNA World „primárnej sebareplikácie“ s myšlienkami Piera Luigiho Luisiho o „primárnej kompartmentalizácii“.

Ako vytvoriť živú bunku od začiatku

Sutherlandovu pozornosť upútal zvláštny detail v syntéze nukleotidov, ktorý sa spočiatku zdal náhodný.

Posledným krokom v Sutherlandových experimentoch bolo vždy pridanie fosfátov k nukleotidu. Neskôr si však uvedomil, že by to mal pridať od úplného začiatku, pretože fosfát urýchľuje reakcie v počiatočných štádiách.

Zdá sa, že počiatočné pridanie fosfátu zvýšilo náhodnosť reakcie, ale Sutherland si uvedomil, že táto náhodnosť bola prospešná.

To ho prinútilo si to myslieť zmesi by mali byť chaotické. Na ranej Zemi bolo pravdepodobne veľa chemikálií plávajúcich v jednom bazéne. Samozrejme, zmesi by nemali pripomínať močiarnu vodu, pretože musíte nájsť optimálnu úroveň náhodnosti.

Vytvorené v roku 1950, zmesi Stanleyho Millera, o ktorých sa hovorilo skôr, boli oveľa chaotickejšie ako Sutherlandove zmesi. Obsahovali biologické molekuly, ale ako hovorí Sutherland, „bolo ich málo a boli sprevádzané oveľa viac nebiologickými zlúčeninami“.

Sutherland cítil, že podmienky Millerovho experimentu neboli dostatočne čisté. Zmes bola príliš chaotická, a preto sa v nej potrebné látky jednoducho strácali.

Sutherland sa teda rozhodol nájsť „chémiu Zlatovlásky“: ktorá nie je taká preťažená rôznymi látkami, aby sa stala zbytočnou, ale tiež nie taká jednoduchá, že by bola obmedzená vo svojich schopnostiach.

Bolo potrebné vytvoriť komplexnú zmes, v ktorej by sa všetky zložky života mohli súčasne vytvárať a následne spájať.

Praveké jazierko a vznik života za pár minút

Jednoducho povedané, predstavte si, že pred 4 miliardami rokov bolo na Zemi malé jazierko. V priebehu mnohých rokov sa v nej vytvárali potrebné látky, kým zmes nezískala chemické zloženie, ktoré je potrebné na spustenie procesu. A potom sa vytvorila prvá bunka, možno len za pár minút.

Môže to znieť fantasticky, podobne ako výroky stredovekých alchymistov. Sutherland však začal mať dôkazy.

Od roku 2009 dokázal, že s použitím tých istých látok, ktoré tvorili jeho prvé dva RNA nukleotidy, je možné vytvárať ďalšie molekuly dôležité pre akýkoľvek živý organizmus.

Zjavným ďalším krokom bolo vytvorenie ďalších RNA nukleotidov. Sutherland to ešte nezvládol, ale v roku 2010 predviedol molekuly blízke tomuto, ktoré by sa potenciálne mohli zmeniť na nukleotidy.

A v roku 2013 zbieral prekurzory aminokyselín. Tentoraz pridal kyanid meďnatý, aby vytvoril potrebnú reakciu.

V mnohých experimentoch boli prítomné látky na báze kyanidu a Sutherland ich opäť použil v roku 2015. Ukázal, že s rovnakou sadou látok je možné vytvárať prekurzory lipidov – molekúl, ktoré tvoria bunkové steny. Reakcia prebiehala pod vplyvom ultrafialového svetla a zahŕňala síru a meď, čo pomohlo urýchliť proces.

„Všetky stavebné bloky [vznikli] zo spoločného jadra chemických reakcií,“ vysvetľuje Szostak.

Ak má Sutherland pravdu, tak náš pohľad na vznik života bol posledných 40 rokov zásadne nesprávny.

Od chvíle, keď vedci videli, aká zložitá je bunková štruktúra, sa všetci sústredili na myšlienku, že prvé bunky sa spájajú postupne, prvok po prvku.

Odkedy Leslie Orgel prišiel s myšlienkou, že RNA je na prvom mieste, výskumníci sa „snažia vziať jeden prvok a potom nechať urobiť zvyšok,“ hovorí Sutherland. Sám verí, že je potrebné tvoriť naraz.

Chaos je nevyhnutnou podmienkou života

„Spochybnili sme myšlienku, že bunka je príliš zložitá na to, aby mohla vzniknúť naraz,“ hovorí Sutherland. "Ako vidíte, môžete vytvoriť stavebné bloky pre všetky systémy súčasne."

Shostak má dokonca podozrenie, že väčšina pokusov vytvoriť molekuly života a zostaviť ich do živých buniek zlyhala z rovnakého dôvodu: príliš sterilné experimentálne podmienky.

Vedci vzali potrebné látky a úplne zabudli na tie, ktoré mohli existovať aj na ranej Zemi. Ale Sutherlandova práca ukazuje, že keď sa do zmesi pridajú nové látky, objavia sa zložitejšie zlúčeniny.

Šostak sa s tým sám stretol v roku 2005, keď sa snažil do svojich protobuniek zaviesť enzým RNA. Enzým potreboval horčík, ktorý zničil membránu protobunky.

Riešenie bolo elegantné. Namiesto vytvárania vezikúl len z jednej mastnej kyseliny ich vytvorte zo zmesi dvoch kyselín. Výsledné vezikuly by sa mohli vyrovnať s horčíkom, a preto by mohli pôsobiť ako „nosiče“ enzýmov RNA.

Navyše Szostak hovorí, že prvé gény boli pravdepodobne náhodné.

Moderné organizmy používajú čistú DNA na prenos génov, ale je pravdepodobné, že čistá DNA na začiatku jednoducho neexistovala. Na jej mieste by mohla byť zmes nukleotidov RNA a nukleotidov DNA.

V roku 2012 Szostak ukázal, že takáto zmes sa môže zostaviť do „mozaikových“ molekúl, ktoré vyzerajú a správajú sa ako čistá RNA. A to dokazuje, že teória zmiešaných molekúl RNA a DNA má právo na existenciu.

Tieto experimenty naznačili nasledovné: nezáleží na tom, či prvé organizmy mohli mať čistú RNA alebo čistú DNA.

"Vlastne som sa vrátil k myšlienke, že prvý polymér bol podobný RNA, ale vyzeral trochu chaotickejšie," hovorí Szostak.

Alternatívy k RNA

Je možné, že teraz by mohlo existovať viac alternatív k RNA, okrem už existujúcich TNC a PNA diskutovaných vyššie. Nevieme, či existovali na ranej Zemi, ale aj keby existovali, rané organizmy ich mohli použiť spolu s RNA.

Už to nebol „Svet RNA“, ale „Svet niečoho-nie je“.

Z toho všetkého môžeme vyvodiť ponaučenie, že vlastné vytvorenie prvej živej bunky nebolo vôbec také ťažké, ako sme si predtým mysleli. Áno, bunky sú zložité stroje. Ako sa však ukázalo, budú fungovať, aj keď nie dokonale, aj keď sú „náhodne vyrobené“ zo šrotu.

Keď sa takéto hrubé bunky objavili, zdalo by sa, že majú malú šancu na prežitie na ranej Zemi. Na druhej strane nemali konkurenciu a neohrozovali ich žiadni predátori, takže život na prvotnej Zemi bol v mnohých smeroch jednoduchší ako teraz.

Ale je tu jedno „Ale“

Je tu však jeden problém, ktorý nedokázali vyriešiť ani Sutherland, ani Szostak, a je dosť vážny.

Prvý organizmus musel mať nejakú formu metabolizmu. Život musel mať od začiatku schopnosť prijímať energiu, inak by ten život zanikol.

V tomto bode Sutherland súhlasil s myšlienkami Mikea Russella, Billa Martina a ďalších zástancov „primárneho metabolizmu“.

„Zástancovia teórií o „svete RNA“ a „primárnom metabolizme“ sa medzi sebou márne hádali. Obe strany mali presvedčivé argumenty,“ vysvetľuje Sutherland.

"Metabolizmus nejako začal niekde," píše Shostak. "Ale čo sa stalo zdrojom chemickej energie, je veľká otázka."

Aj keď sa Martin a Russell mýlia v myšlienke, že život sa začal v hlbokomorských prieduchoch, mnohé časti ich teórie sú blízko pravde. Prvým je dôležitá úloha kovov pri vzniku života.

Mnoho enzýmov v prírode má vo svojom jadre atóm kovu. Typicky je to "aktívna" časť enzýmu, zatiaľ čo zvyšok molekuly je podporná štruktúra.

Prvý život nemohol mať zložité enzýmy, takže s najväčšou pravdepodobnosťou používal holé kovy ako katalyzátory.

Katalyzátory a enzýmy

Günther Wachtenshauser povedal to isté, keď navrhol, že život vznikol na pyrite železa. Russell tiež zdôrazňuje, že voda v hydrotermálnych prieduchoch je bohatá na kovy, ktoré môžu pôsobiť ako katalyzátory, a Martinov výskum posledného univerzálneho spoločného predka moderných baktérií naznačuje prítomnosť mnohých enzýmov na báze železa.

To všetko naznačuje, že mnohé Sutherlandove chemické reakcie prebehli úspešne len vďaka medi (a síre, ako zdôraznil Wachtershauser) a že RNA v Šostakových protobunkách vyžaduje horčík.

Je možné, že hydrotermálne prieduchy sú tiež dôležité pre vznik života.

„Ak sa pozriete na moderný metabolizmus, uvidíte prvky, ktoré hovoria samé za seba, ako sú zhluky železa a síry,“ vysvetľuje Szostak. "To zodpovedá myšlienke, že život vznikol v alebo blízko prieduchu, kde bola voda bohatá na železo a síru."

K tomu je potrebné dodať len jednu vec. Ak sú Sutherland a Szostak na správnej ceste, potom je jeden aspekt teórie vetrania určite nesprávny: život nemohol začať v hlbinách mora.

"Chemické procesy, ktoré sme objavili, sú vysoko závislé od ultrafialového žiarenia," hovorí Sutherland.

Jediným zdrojom takéhoto žiarenia je Slnko, takže reakcie musia prebiehať priamo pod jeho lúčmi. To vylučuje verziu s hlbokomorskými prieduchmi.

Šostak súhlasí s tým, že hlbiny mora nemožno považovať za kolísku života. "Najhoršie na tom je, že sú izolované od interakcie s atmosférou, ktorá je zdrojom energeticky bohatých surovín, ako je kyanid."

Ale všetky tieto problémy nerobia teóriu hydrotermálnych prieduchov zbytočnou. Možno sa tieto otvory nachádzali v plytkých vodách, kde mali prístup k slnečnému žiareniu a kyanidu.

Život nevznikol v oceáne, ale na súši

Armen Mulkijajanan navrhol alternatívu. Čo ak život vznikol vo vode, ale nie v oceáne, ale na súši? Totiž v sopečnom jazierku.

Mulkijanyan upriamil pozornosť na chemické zloženie buniek: najmä na to, aké látky prijímajú a čo odmietajú. Ukázalo sa, že bunky akéhokoľvek organizmu obsahujú veľa fosfátov, draslíka a iných kovov, s výnimkou sodíka.

Moderné bunky udržujú rovnováhu kovov tým, že ich odčerpávajú z prostredia, no prvé bunky túto možnosť nemali – pumpovací mechanizmus ešte nebol vyvinutý. Preto Mulkijanian navrhol, že prvé bunky sa objavili tam, kde existovala približná množina látok, ktoré tvoria súčasné bunky.

To okamžite prekročí oceán zo zoznamu potenciálnej kolísky života. Živé bunky majú oveľa viac draslíka a fosfátu a oveľa menej sodíka, ako sa nachádza v oceáne.

Pre túto teóriu sú vhodnejšie geotermálne zdroje v blízkosti sopiek. Tieto jazierka obsahujú rovnakú zmes kovov ako bunky.

Šostak túto myšlienku vrelo podporuje. „Myslím si, že ideálnym miestom by bolo plytké jazero alebo rybník v geotermálne aktívnej oblasti,“ potvrdzuje. "Potrebujeme hydrotermálne prieduchy, ale nie hlbokomorské, ale skôr podobné tým, ktoré sa nachádzajú vo vulkanicky aktívnych oblastiach, ako je Yellowstone."

Na takom mieste by mohli prebiehať Sutherlandove chemické reakcie. Pramene obsahujú potrebnú škálu látok, hladina vody kolíše tak, že niektoré oblasti občas vysychajú, nechýbajú ani slnečné ultrafialové lúče.

Navyše Szostak hovorí, že takéto jazierka sú ideálne pre jeho protobunky.

"Protobunky vo všeobecnosti udržiavajú nízku teplotu, čo je dobré pre kopírovanie RNA a ďalší jednoduchý metabolizmus," hovorí Szostak. "Ale z času na čas sa krátko zahrejú, čo pomáha oddeliť vlákna RNA a pripravuje ich na ďalšiu samoreplikáciu." Prúdy studenej alebo horúcej vody môžu tiež pomôcť pri delení protobuniek.

Geotermálne pramene v blízkosti sopiek sa mohli stať rodiskom života.

Meteority mohli pomôcť životu

Na základe všetkých existujúcich argumentov Sutherland ponúka aj tretiu možnosť - miesto, kde meteorit spadol.

Zem bola počas prvých 500 miliónov rokov svojej existencie pravidelne vystavovaná meteorickým rojom – tie padajú dodnes, no oveľa menej často. Miesto pádu meteoritu primeranej veľkosti by mohlo vytvoriť rovnaké podmienky ako rybníky, o ktorých hovoril Mulkijanyan.

Po prvé, meteority sú väčšinou vyrobené z kovu. A miesta, kde padajú, sú často bohaté na kovy ako železo a síra. A čo je najdôležitejšie, na miestach, kde meteorit padá, je zemská kôra stlačená, čo vedie ku geotermálnej aktivite a vzniku horúcej vody.

Sutherland opisuje malé rieky a potoky tečúce po stranách novovytvorených kráterov, ktoré čerpajú látky na báze kyanidu z hornín – to všetko pod vplyvom ultrafialových lúčov. Každý prúd nesie mierne odlišnú zmes látok od ostatných, takže v konečnom dôsledku dochádza k odlišným reakciám a vzniká celý rad organických látok.

Nakoniec sa potoky spoja a vytvoria sopečný rybník na dne krátera. Možno práve v takomto jazierku sa naraz nazbierali všetky potrebné látky, z ktorých vznikli prvé protobunky.

„Je to veľmi špecifický vývoj,“ súhlasí Sutherland. Ale prikláňa sa k tomu na základe nájdených chemických reakcií: „Toto je jediný priebeh udalostí, kde by sa mohli uskutočniť všetky reakcie ukázané v mojich experimentoch.“

Šostak si tým ešte nie je úplne istý, ale súhlasí s tým, že Sutherlandove myšlienky si zaslúžia veľkú pozornosť: „Zdá sa mi, že tieto udalosti sa mohli odohrať na mieste dopadu meteoritu. Ale páči sa mi aj myšlienka vulkanických systémov. Existujú pádne argumenty v prospech oboch verzií.“

Kedy dostaneme odpoveď na otázku: ako sa začal život?

Zdá sa, že debata sa tak skoro nezastaví a vedci nedôjdu hneď k spoločnému názoru. Rozhodnutie padne na základe experimentov s chemickými reakciami a protobunkami. Ak sa ukáže, že v jednej z možností chýba kľúčová látka alebo sa používa látka, ktorá ničí protobunky, bude to považované za nesprávne.

To znamená, že prvýkrát v histórii sme na pokraji čo najkompletnejšieho vysvetlenia toho, ako začal život.

„Výzvy sa už nezdajú nemožné,“ hovorí Sutherland optimisticky.

Takzvaný prístup „všetko naraz“ od Šostaka a Sutherlanda je zatiaľ len hrubým obrysom. Ale každý z argumentov tohto prístupu bol overený desaťročiami experimentov.

Tento koncept stavia na všetkých predtým existujúcich prístupoch. Spája všetky úspešné pokroky a zároveň rieši individuálne problémy každého prístupu.

Napríklad nevyvracia Russellovu teóriu hydrotermálnych prieduchov, ale využíva jej najúspešnejšie prvky.

Čo sa stalo pred 4 miliardami rokov

Nevieme s istotou, čo sa stalo pred 4 miliardami rokov.

„Aj keď vytvoríte reaktor, z ktorého vyskočí E. coli... nemôžete povedať, že ide o reprodukciu toho úplne prvého života,“ povedal Martin.

Najlepšie, čo môžeme urobiť, je predstaviť si priebeh udalostí a podložiť našu víziu dôkazmi: experimenty v oblasti chémie, všetko, čo vieme o ranej Zemi, a všetko, čo nám biológia hovorí o raných formách života.

Nakoniec, po storočiach intenzívneho úsilia, uvidíme, ako sa začne vynárať príbeh skutočného priebehu udalostí.

To znamená, že sa blížime k najväčšiemu rozdeleniu v dejinách ľudstva: k rozdeleniu medzi tými, ktorí poznajú príbeh o vzniku života, a tými, ktorí sa tohto okamihu nedožili, a preto ho nikdy nebudú môcť poznať.

Všetci tí, ktorí sa nedožili vydania Darwinovho Origin of Species publikovaného v roku 1859, zomreli bez najmenšej predstavy o pôvode človeka, keďže nevedeli nič o evolúcii. Ale dnes sa každý, s výnimkou niekoľkých izolovaných komunít, môže dozvedieť pravdu o našej príbuznosti s ostatnými predstaviteľmi sveta zvierat.

Rovnako každý, kto sa narodil po tom, čo Jurij Gagarin vstúpil na obežnú dráhu Zeme, sa stal členom spoločnosti, ktorá je schopná cestovať do iných svetov. A aj keď nie každý obyvateľ navštívil planétu, cestovanie do vesmíru sa už stalo modernou realitou.

Nová realita

Tieto skutočnosti jemne menia naše vnímanie sveta. Robia nás múdrejšími. Evolúcia nás učí vážiť si každého živého tvora, keďže všetkých môžeme považovať za príbuzných, aj keď vzdialených. Cestovanie vesmírom nás učí pozerať sa na našu domovskú planétu zvonku, aby sme pochopili, aká jedinečná a krehká je.

Niektorí z ľudí žijúcich dnes sa čoskoro stanú prvými v histórii, ktorí budú môcť povedať o svojom pôvode. Budú vedieť o svojom spoločnom predkovi a o tom, kde žil.

Toto poznanie nás zmení. Z čisto vedeckého hľadiska nám dá predstavu o šanciach života vznikajúceho vo vesmíre a o tom, kde ho môžeme hľadať. Odhalí nám aj podstatu života.

Môžeme však len hádať, aká múdrosť sa pred nami objaví vo chvíli, keď sa odhalí tajomstvo vzniku života. Každým mesiacom a rokom sme bližšie k vyriešeniu veľkej záhady vzniku života na našej planéte. Práve teraz, keď čítate tieto riadky, dochádza k novým objavom.

Prečítajte si tiež:

Zdieľajte tento článok

Ako vznikol život na Zemi? Podrobnosti sú ľudstvu neznáme, ale základné princípy boli stanovené. Existujú dve hlavné teórie a mnoho menších. Takže podľa hlavnej verzie organické zložky prišli na Zem z vesmíru, podľa inej - všetko sa stalo na Zemi. Tu sú niektoré z najpopulárnejších učení.

Panspermia

Ako sa objavila naša Zem? Životopis planéty je jedinečný a ľudia sa ho snažia rozlúštiť rôznymi spôsobmi. Existuje hypotéza, že život existujúci vo vesmíre sa šíri cez meteoroidy (nebeské telesá strednej veľkosti medzi medziplanetárnym prachom a asteroidom), asteroidy a planéty. Predpokladá sa, že existujú formy života, ktoré znesú expozíciu (žiarenie, vákuum, nízke teploty atď.). Nazývajú sa extrémofily (vrátane baktérií a mikroorganizmov).

Padajú do trosiek a prachu, ktoré sú po uchovaní života po smrti malých telies Slnečnej sústavy vyvrhnuté do vesmíru. Baktérie môžu cestovať v nečinnom stave po dlhú dobu pred ďalším náhodným stretnutím s inými planétami.

Môžu sa tiež miešať s protoplanetárnymi diskami (hustý oblak plynu okolo mladej planéty). Ak sa na novom mieste „stáli, ale ospalí vojaci“ ocitnú v priaznivých podmienkach, stanú sa aktívnymi. Začína sa proces evolúcie. Príbeh je rozuzlený pomocou sond. Údaje z prístrojov, ktoré boli vo vnútri komét, naznačujú: v drvivej väčšine prípadov sa potvrdila pravdepodobnosť, že sme všetci „malí mimozemšťania“, keďže kolískou života je vesmír.

Biopoéza

Tu je ďalší názor na to, ako začal život. Na Zemi sú živé a neživé veci. Niektoré vedy vítajú abiogenézu (biopoézu), ktorá vysvetľuje, ako prirodzenou premenou vznikol biologický život z anorganickej hmoty. Väčšina aminokyselín (nazývaných aj stavebnými kameňmi všetkých živých organizmov) môže byť vytvorená pomocou prirodzených chemických reakcií, ktoré nemajú nič spoločné so životom.

Potvrdzuje to Muller-Ureyho experiment. V roku 1953 vedec prešiel elektrinou cez zmes plynov a získal niekoľko aminokyselín v laboratórnych podmienkach, ktoré simulovali podmienky ranej Zeme. Vo všetkých živých veciach sa aminokyseliny premieňajú na bielkoviny pod vplyvom strážcov genetickej pamäte, nukleových kyselín.

Tieto sa syntetizujú nezávisle biochemicky a proteíny tento proces urýchľujú (katalyzujú). Ktorá organická molekula je prvá? A ako spolu interagovali? Abiogenéza je v procese hľadania odpovede.

Kozmogonické trendy

Toto je doktrína vo vesmíre. V špecifickom kontexte vesmírnej vedy a astronómie sa tento termín vzťahuje na teóriu vzniku (a štúdia) slnečnej sústavy. Pokusy prikloniť sa k naturalistickej kozmogónii kritike neobstoja. Po prvé, existujúce vedecké teórie nedokážu vysvetliť hlavnú vec: ako sa objavil samotný vesmír?

Po druhé, neexistuje žiadny fyzikálny model, ktorý by vysvetľoval najskoršie okamihy existencie vesmíru. Uvedená teória neobsahuje pojem kvantová gravitácia. Hoci teoretici strún tvrdia, že elementárne častice vznikajú v dôsledku vibrácií a interakcií kvantových strún, tí, ktorí študujú pôvod a dôsledky Veľkého tresku (slučková kvantová kozmológia), s tým nesúhlasia. Veria, že majú vzorce na opis modelu z hľadiska rovníc poľa.

Pomocou kozmogonických hypotéz ľudia vysvetlili homogenitu pohybu a zloženia nebeských telies. Dávno predtým, ako sa na Zemi objavil život, hmota zaplnila celý priestor a potom sa vyvinula.

Endosymbiont

Endosymbiotickú verziu prvýkrát sformuloval ruský botanik Konstantin Merezhkovsky v roku 1905. Veril, že niektoré organely vznikli ako voľne žijúce baktérie a boli prijaté do inej bunky ako endosymbionty. Mitochondrie sa vyvinuli z proteobaktérií (konkrétne Rickettsiales alebo blízki príbuzní) a chloroplasty zo siníc.

To naznačuje, že viaceré formy baktérií vstúpili do symbiózy, aby vytvorili eukaryotickú bunku (eukaryoty sú bunky živých organizmov, ktoré obsahujú jadro). Horizontálny prenos genetického materiálu medzi baktériami je tiež uľahčený symbiotickými vzťahmi.

Vzniku rozmanitosti foriem života mohol predchádzať posledný spoločný predok (LUA) moderných organizmov.

Spontánna generácia

Až do začiatku 19. storočia ľudia vo všeobecnosti odmietali „náhle“ ako vysvetlenie toho, ako sa na Zemi začal život. Nečakané spontánne generovanie určitých foriem života z neživej hmoty sa im zdalo nepravdepodobné. Verili však v existenciu heterogenézy (zmena spôsobu rozmnožovania), keď jedna z foriem života pochádza z iného druhu (napríklad včely z kvetov). Klasické predstavy o spontánnej tvorbe sa scvrkávali na nasledovné: v dôsledku rozkladu organických látok sa objavili niektoré zložité živé organizmy.

Podľa Aristotela to bola ľahko pozorovateľná pravda: vošky vznikajú z rosy, ktorá padá na rastliny; muchy - zo skazeného jedla, myši - zo špinavého sena, krokodíly - z hnijúcich kmeňov na dne nádrží atď. Teória spontánnej generácie (kresťanstvom vyvrátená) tajne existovala po stáročia.

Všeobecne sa uznáva, že teóriu definitívne vyvrátili v 19. storočí experimenty Louisa Pasteura. Vedec neskúmal pôvod života, študoval vznik mikróbov, aby mohol bojovať s infekčnými chorobami. Pasteurove dôkazy však už neboli kontroverzné, ale čisto vedeckého charakteru.

Teória hliny a sekvenčná tvorba

Vznik života na báze hliny? Je to možné? Autorom takejto teórie je škótsky chemik A. J. Kearns-Smith z University of Glasgow z roku 1985. Na základe podobných predpokladov iných vedcov tvrdil, že organické častice, ktoré boli medzi vrstvami hliny a interagovali s nimi, prijali metódu ukladania informácií a rastu. Vedec teda považoval „ílový gén“ za primárny. Pôvodne existovali minerály a rodiaci sa život spolu, ale v určitom štádiu sa „rozptýlili“.

Myšlienka deštrukcie (chaosu) vo vznikajúcom svete pripravila pôdu pre teóriu katastrofizmu ako jedného z predchodcov evolučnej teórie. Jeho zástancovia veria, že Zem postihli náhle, krátkodobé, násilné udalosti v minulosti a súčasnosť je kľúčom k minulosti. Každá nasledujúca katastrofa zničila existujúci život. Následný výtvor ho oživil už inak ako ten predchádzajúci.

Materialistická doktrína

A tu je ďalšia verzia o tom, ako začal život na Zemi. Predkladali to materialisti. Veria, že život vznikol ako výsledok postupných chemických premien predĺžených v čase a priestore, ku ktorým s najväčšou pravdepodobnosťou došlo pred takmer 3,8 miliardami rokov. Tento vývoj sa nazýva molekulárny, ovplyvňuje oblasť deoxyribonukleových a ribonukleových kyselín a proteínov (proteínov).

Ako vedecké hnutie vznikla doktrína v 60. rokoch 20. storočia, keď sa uskutočnil aktívny výskum ovplyvňujúci molekulárnu a evolučnú biológiu a populačnú genetiku. Vedci sa potom pokúsili pochopiť a potvrdiť nedávne objavy týkajúce sa nukleových kyselín a proteínov.

Jednou z kľúčových tém, ktoré podnietili rozvoj tejto oblasti vedomostí, bol vývoj enzymatickej funkcie, využitie divergencie nukleových kyselín ako „molekulárnych hodín“. Jeho odhalenie prispelo k hlbšiemu štúdiu divergencie (vetvenia) druhov.

Organický pôvod

Stúpenci tejto doktríny hovoria o tom, ako sa život objavil na Zemi nasledovne. Formovanie druhov sa začalo už dávno - pred viac ako 3,5 miliardami rokov (číslo označuje obdobie, v ktorom existoval život). Pravdepodobne najprv prebiehal pomalý a postupný proces transformácie a potom sa začala rýchla (v rámci Vesmíru) etapa zlepšovania, prechod z jedného statického stavu do druhého pod vplyvom existujúcich podmienok.

Evolúcia, známa ako biologická alebo organická, je proces zmeny v priebehu času v jednej alebo viacerých dedičných črtách, ktoré sa nachádzajú v populáciách organizmov. Dedičné vlastnosti sú špeciálne charakteristické vlastnosti, vrátane anatomických, biochemických a behaviorálnych, ktoré sa prenášajú z jednej generácie na druhú.

Evolúcia viedla k diverzite a diverzifikácii všetkých živých organizmov (diverzifikácia). Charles Darwin opísal náš farebný svet ako „nekonečné formy, najkrajšie a najúžasnejšie“. Človek má dojem, že vznik života je príbehom bez začiatku a konca.

Špeciálna tvorba

Podľa tejto teórie všetky formy života, ktoré dnes existujú na planéte Zem, stvoril Boh. Adam a Eva sú prvý muž a žena, ktorých stvoril Všemohúci. Život na Zemi začal s nimi, veria kresťania, moslimovia a židia. Tri náboženstvá sa zhodli, že Boh stvoril vesmír za sedem dní, čím sa šiesty deň stal vrcholom svojej práce: stvoril Adama z prachu zeme a Evu z jeho rebra.

Na siedmy deň Boh odpočíval. Potom sa nadýchol a poslal ho starať sa o záhradu zvanú Eden. V strede rástol Strom života a Strom poznania dobra. Boh dovolil jesť ovocie všetkých stromov v záhrade okrem Stromu poznania („lebo v deň, keď z neho budete jesť, zomriete“).

Ľudia však neposlúchli. Korán hovorí, že Adam navrhol vyskúšať jablko. Boh odpustil hriešnikom a oboch poslal na zem ako svojich zástupcov. A predsa... Odkiaľ sa na Zemi vzal život? Ako vidíte, jednoznačná odpoveď neexistuje. Aj keď moderní vedci sa čoraz viac prikláňajú k abiogénnej (anorganickej) teórii pôvodu všetkého živého.

Už viac ako storočie trápi vedcov otázka, koľko rokov má ľudstvo na Zemi? V rôznych časoch sa náboženstvá, veda a filozofia pokúšali odpovedať. Preto aj v najstarších náboženstvách vždy existovali mýty o stvorení ľudí bohmi. A často boli pomenované aj konkrétne dátumy tohto podujatia.

Izraelský kmeň

Kresťanstvo dáva pomerne presnú odpoveď na otázku, aké staré je ľudstvo. Podľa Biblie boli prvými ľuďmi Adam a Eva, stvorení na Boží obraz a podobu.

Je zvláštne, že kresťania neboli v tejto oblasti prví. Takmer všetky príbehy zahrnuté v Starom zákone sú prerozprávaním starých šemitských mýtov. A židovská Tóra, na rozdiel od Vatikánu, neskrýva skutočný vek autorovho obľúbeného duchovného dieťaťa: približne 7 000 rokov. 70 storočí vývoja od bezstarostného života v rajskej záhrade a vynálezu pluhu až po prvú atómovú bombu a vesmírne komunikačné satelity.

Od Rurika po Petra Veľkého

Nemusíte otvárať Bibliu, aby ste našli odpovede na večné otázky. Všetci sme zvyknutí, keď hovoríme o ruských alebo svetových dejinách, používať výrazy „Narodenie Krista“ alebo „naša éra“. 221 pred Kristom, 988 po Kr.... Táto chronológia však bola prijatá štandardmi planéty pomerne nedávno. Až v 4. stor. Rímska ríša oficiálne prešla na nový kalendár viazaný na narodenie nového Mesiáša – Ježiša. Rusko urobilo tento prechod až v roku 1701 na príkaz Petra Veľkého. Ako boli určené dátumy pred týmito udalosťami? Otvorme najslávnejšiu kroniku starovekého Ruska - „Príbeh minulých rokov“.

Tu uvedený dátum je zarážajúci: leto 6370. Podľa kresťanského kalendára je to 861 rokov. Je o čom premýšľať. Naši predkovia počítali čas z bodu vzdialeného od našich dní viac ako 7 a pol tisíc rokov. Toto je čas vzniku starovekých civilizácií. Presnejšie ide o obdobie, o ktorom máme prvé viac či menej spoľahlivé informácie. Medzitým dátumy na starovekých rukopisoch naznačujú, že už v tom čase mali Slovania dostatočne vysokú úroveň rozvoja, aby pochopili potrebu počítať roky a uchovávať o nich informácie.

Evolúcia, ktorá nahradí božskú vôľu

Náboženstvo bolo oddávna jedným z hlavných zdrojov ľudského poznania o svete. Boží zásah sa vysvetľoval ako všetko od prírodných katastrof a každoročných poľnohospodárskych cyklov až po víťazstvo Atén nad Peržanmi v bitke pri Salamíne. Postupom času však sily náboženstva nestačili na vysvetlenie všetkých tajomstiev sveta. Bez ohľadu na to, koľko rokov sa ľudstvo dožilo, stále sa snaží naučiť viac, ako je známe teraz, otvárať nové obzory. V stredoveku sa tento smäd po poznaní prejavil v krutom boji medzi vznikajúcimi vedami a kresťanskou cirkvou. Kopernik, Galileo, Giordano Bruno – bez týchto mien by neexistovala moderná astronómia, fyzika, chémia a geológia.

Tajomstvo ľudského pôvodu bolo pre výskumníkov na celom svete považované za jedno z najnaliehavejších. Po mnoho storočí nikoho v kresťanskom svete nenapadlo spochybňovať verziu o stvorení Adama a Evy. Osvietenú spoločnosť však v 19. storočí doslova vyhodila do vzduchu škandalózna kniha anglického prírodovedca Charlesa Darwina.

Jeho „Pôvod druhov“ si vynútil úplne iný pohľad na otázku, koľko rokov ľudstvo existuje, a navždy rozdelil veriacich a materialistov do bojujúcich táborov. Darwin teda vo svojej práci porovnával niekoľko desiatok tisíc druhov zvierat, rastlín a vtákov. Podarilo sa mu dokázať, že podobnosti a rozdiely živých bytostí v rôznych častiach Zeme sú spojené s prírodným výberom, počas ktorého storočia po storočí prežívali jedinci, ktorí sa najviac prispôsobili podmienkam. Vytvoril evolučnú teóriu. A rozbil na kúsky tvrdenie Starého zákona o 7000 rokoch existencie sveta a ľudstva. Prirodzený výber podľa jeho názoru trvá státisíce rokov, čo znamená, že informácie v Biblii sú zásadne nesprávne.

Opičí príbuzní

V roku 1974 objavil archeológ Yohannas počas vykopávok v Etiópii fragmenty kostry, ktorá by mohla patriť dávnemu predkovi moderného človeka. Lebka, niekoľko rebier a stavcov mali jasnú podobnosť s ľuďmi, no ich majiteľ stál jednoznačne na nižšom stupni vývoja ako moderní obyvatelia Zeme. Vedci pomenovali svoj exponát Lucy. Výskum ukázal, že vek tohto nálezu je približne 3,5 milióna rokov! Vek mýtickej Evy sa tak zvýšil 500-krát.

Tento druh bol objavený v Afrike a dostal meno Australopithecus, čo znamená „človek z juhu“. Dlho sa verilo, že bol najstarším medzi ľudskými predkami. V roku 2000 však nasledovalo ešte šokujúcejšie zistenie. V africkom štáte Čad objavili lebku humanoidného tínedžera, ktorého vek bol takmer 8 miliónov rokov. Tento druh – Sahelanthropus – ešte viac skomplikoval debatu o tom, ako staré je ľudstvo. Ak prijmeme realitu existencie čadského chlapca ako pravdu, potom sa vyjasní pôvod malieb na skalách zobrazujúcich mamuty a smilodony – prastaré šabľozubé tigre. Ľudstvo skutočne žilo vedľa týchto obrov. A ukázalo sa, že je dostatočne silný na to, aby vyhral súťaž o prežitie tohto druhu.

Palica a kameň alebo pluh a meč?

Spor o to, aké staré je ľudstvo, rozdelil vedecký svet na niekoľko nezmieriteľných táborov. Medzi nimi vynikajú dva, ktoré sa zhodujú s myšlienkou evolúcie nášho druhu, ale rozchádzajú sa v definícii východiskového bodu. Ak počítame vek ľudskej rasy od okamihu, keď prastaré opice prvýkrát zišli zo stromov a zobrali palicu a kameň, dátum je rovnaký. Ak vezmeme vzhľad „homo sapiens“ za okamih vzniku našej histórie, potom sa ich celkový počet zníži o niekoľko stokrát. V tomto prípade nezáleží na tom, koľko rokov žije ľudstvo na zemi, dôležité je, kedy začalo aktívne organizovať svoj svet.

Prvého moderného človeka, ktorý má rovnakú kostru ako my, vie zakladať oheň a používa nám známe nástroje, objavili vo Francúzsku pri dedine Cro-Magnon. Vek tohto nálezu je 40 000 rokov. Kromaňonci šili odevy zo zvieracích koží, vyrábali ihly, oštepy a nože z kameňa, mali dosť vyvinuté maliarske schopnosti a verili v posmrtný život. Práve so vznikom tohto druhu sa začal paleolit, teda stará doba kamenná.

Vtip prírody

Zástancovia anomálnej teórie vzniku človeka tvrdia, že vek nášho druhu je približne 15 miliónov rokov. Práve v tom čase došlo k prudkému skoku vo vývoji mnohých druhov živočíšneho sveta. Príčinou bola podľa nadšencov zmena rádioaktivity slnka či deštrukcia zemskej kôry nad ložiskami uránu. V dôsledku tejto katastrofy utrpeli starí obyvatelia planéty radiačné poškodenie, ktoré posunulo vývoj na ceste rozvoja vzpriamenej chôdze a inteligencie u opíc. Na hlbokú ľútosť fanúšikov tejto hypotézy neobstojí v žiadnom vedeckom testovaní.

Deti inej hviezdy

Existuje ďalšia teória, ktorú moderná história a archeológia odsudzuje, no napriek tomu môže dobre odpovedať na otázku, aké staré je ľudstvo. Nazýva sa paleovisit a pochádza z dvoch latinských slov: „paleo“ – „staroveký“ a „návšteva“ – „advent“, „príchod“. Ľudia sú podľa nej potomkami mimozemšťanov z inej planéty, ktorí na Zem dorazili v nepamäti. Vedcov k tejto myšlienke podnietili hieroglyfy na stenách starovekých chrámov, v ktorých možno na želanie vidieť celkom moderné helikoptéry a vesmírne lode.

Existuje mnoho variácií mimozemskej antropogenézy. Počnúc myšlienkami, že sme všetci potomkami stroskotancov, až po teóriu o životodarnom žiarení, ktoré prichádza z vesmíru a núti život na mladých planétach, aby sa vyvíjal podľa presne definovaného scenára. Ak vezmeme poslednú myšlienku ako hypotézu, potom vek ľudskej rasy môže presiahnuť stovky miliónov rokov.

Čo hovorí neoficiálna veda?

Nie všetky dostupné archeologické objavy sa vyskytujú v školských učebniciach. Niektoré objavy sú také šokujúce, že vedúci predstavitelia vedeckého sveta ich radšej odložia do zabudnutia, aby nezničili celý moderný obraz sveta. Niektorí archeológovia však tvrdia, že vek ľudstva je neúmerne dlhší ako nielen 7 000 rokov uvedených v Tóre, ale aj oficiálny dátum objavenia sa kromaňonského muža. Tvrdia, že 40 000 rokov je len časťou života humanoidnej rasy a časť nie je najväčšia. Vykopávky v Južnej Amerike tak dali vede niekoľko unikátnych nálezov. Jednou z nich sú dioritové poháre zo vyhynutého mesta olméckych indiánov. Rádiokarbónové datovanie ukázalo, že vek týchto kamenných nádob je asi pol milióna rokov. Materiál, z ktorého sú vyrobené, je však považovaný za jeden z najodolnejších na Zemi a aj moderná technika má problémy s jeho spracovaním. Naozaj, pred 500 tisíc rokmi boli Indiáni už natoľko vyvinutí, že túto neľahkú úlohu zvládli?! Je ťažké tomu uveriť, najmä pri pohľade na indiánske dediny stratené v džungli, z ktorých niektoré, ako napríklad Yanomami, sú stále na úrovni neskorej doby kamennej. S faktom však nemôžete polemizovať. A potom, koniec koncov, mayskí Indiáni dokázali pred 5 tisíc rokmi vytvoriť hviezdne mapy bez elektronických ďalekohľadov.

Večná záhada

Takže, ako stará je ľudská história? Skutočný príbeh, a nie ten, z ktorého, ako výstižne povedal Kozma Prutkov, nemôžete odstrániť všetky klamstvá, inak nezostane vôbec nič. Možno 40 tisíc. Možno 8 miliónov. Je dosť možné, že ich bude viac. Chcel by som veriť, že naši potomkovia konečne budú vedieť odpovedať na túto večnú otázku.