L'origine della vita sulla Terra: ipotesi, teorie, concetti di base

È risaputo che le riviste scientifiche cercano di non accettare articoli di pubblicazione dedicati a problemi che attirano l'attenzione di tutti ma che non hanno una soluzione chiara: un'edizione seria sulla fisica non pubblicherà una bozza di macchina perpetua. Questo tema è stato l'origine della vita sulla Terra. La questione dell'emergere della natura, la comparsa dell'uomo, è stata preoccupante pensando alle persone per migliaia di anni, e solo i creazionisti - sostenitori dell'origine divina di tutte le cose - hanno trovato una risposta definitiva per se stessi, ma questa teoria non è scientifica come non soggetta a verifica.

Viste degli antichi

Antichi manoscritti cinesi e antichi indiani raccontano l'apparizione di creature viventi dall'acqua e resti in decomposizione, i geroglifici egizi e la scrittura cuneiforme dell'antica Babilonia ci parlano della nascita di creature anfibie nei sedimenti oozy dei grandi fiumi. Le ipotesi sull'origine della vita sulla Terra attraverso la generazione spontanea erano ovvie per i saggi di un passato lontano.

Anche i filosofi antichi hanno fornito esempi della comparsa di animali dalla materia inanimata, ma i loro fondamenti teorici erano di natura diversa: materialistica e idealistica. Democrito (460-370 aC E.) Trovato la causa dell'emergenza della vita in una speciale interazione delle particelle più piccole, eterne e indivisibili - atomi. Platone (428-347 aC) e Aristotele (384-322 aC) E. L'origine della vita sulla Terra fu attribuita agli effetti miracolosi sulla materia senza vita del principio superiore che infonde l'anima negli oggetti della natura.

L'idea dell'esistenza di una sorta di "forza vitale", contribuendo alla comparsa di esseri viventi, si è rivelata molto stabile. Ha formato opinioni sull'origine della vita sulla Terra per molti scienziati che hanno vissuto nel Medioevo e in seguito, fino alla fine del XIX secolo.

Teoria della generazione spontanea

Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723) con l'invenzione del microscopio ha scoperto da lui i più piccoli microrganismi il soggetto principale delle controversie tra gli scienziati che hanno diviso le due principali teorie sull'origine della vita sulla Terra: biogenesi e abiogenesi. La prima credeva che tutta la vita potesse essere solo la creazione di una cosa vivente, quest'ultima riteneva possibile la generazione spontanea di materia organica in soluzioni poste in condizioni speciali. L'essenza di questa disputa non è cambiata finora.

Gli esperimenti di alcuni naturalisti hanno dimostrato la possibilità dell'emergenza spontanea dei microrganismi più semplici, ei sostenitori della biogenesi hanno completamente negato questa possibilità. Louis Pasteur (1822-1895), usando metodi strettamente scientifici e alta correttezza dei suoi esperimenti, dimostrò l'assenza della mitica forza vitale trasmessa attraverso l'aria e dando vita a batteri viventi. Tuttavia, nelle sue opere ha permesso la possibilità di generazione spontanea in alcune condizioni speciali, che gli scienziati delle generazioni future hanno dovuto scoprire.

Teoria dell'evoluzione

Gli scritti del grande Charles Darwin (1809-1882) scossero le fondamenta di molte scienze naturali. L'apparizione proclamata di un'enorme varietà di specie biologiche da un antenato comune ha di nuovo reso l'origine della vita sulla Terra il problema più importante della scienza. teoria selezione naturale e all'inizio trovava difficile trovare i suoi sostenitori, e ora sta subendo attacchi critici che sembrano abbastanza ragionevoli, ma è il darwinismo che sta alla base delle moderne scienze naturali.

Dopo Darwin, l'origine della vita sulla biologia terrestre non può essere considerata dalle loro precedenti posizioni. Gli scienziati di molti rami della scienza biologica erano convinti della verità del percorso evolutivo di sviluppo degli organismi. Le visioni moderne su un antenato comune, poste da Darwin nella fondazione dell'albero della vita, sono cambiate in molti modi, ma la verità del concetto generale è irremovibile.

Teoria dello stato stazionario

La confutazione da laboratorio della generazione spontanea spontanea di batteri e altri microrganismi, la consapevolezza della complessa struttura biochimica della cellula, insieme alle idee del darwinismo, hanno avuto un'influenza particolare sull'emergere di versioni alternative della teoria dell'origine della vita sulla Terra. Nel 1880, una delle nuove proposizioni fu proposta da William Preyer (1841-1897). Credeva che non fosse necessario parlare della nascita della vita sul nostro pianeta, poiché esiste per sempre, e non ha avuto inizio come tale, è immutabile e costantemente pronto per la rinascita in ogni condizione adatta.

Le idee di Preyer e dei suoi seguaci sono solo di interesse puramente storico e filosofico, perché più tardi astronomi e fisici hanno calcolato il tempo per l'esistenza finale dei sistemi planetari, fissato la costante, ma costante espansione dell'Universo, cioè, non è mai stato né eterno né permanente.

Il desiderio di vedere il mondo come un unico essere vivente globale riecheggiava le opinioni del grande scienziato e filosofo russo - Vladimir Ivanovich Vernadsky (1863-1945), che aveva anche una sua idea dell'origine della vita sulla Terra. Era basato sulla comprensione della vita come una caratteristica integrale dell'Universo, il cosmo. Secondo Vernadsky, il fatto che la scienza non potesse trovare strati che non contenevano tracce di materia organica, parlava dell'eternità geologica della vita. Uno dei modi in cui la vita apparve su un giovane pianeta, Vernadsky chiamava i suoi contatti con oggetti spaziali: comete, asteroidi e meteoriti. Qui la sua teoria si è fusa con un'altra versione che spiegava l'origine della vita sulla Terra con il metodo della panspermia.

La culla della vita - spazio

La Panspermia (greca - "miscela di semi", "semi dappertutto") considera la vita una proprietà fondamentale della materia e non spiega le vie della sua origine, ma chiama spazio una fonte di germi vitali che cadono sui corpi celesti con condizioni adatte alla loro germinazione.

La prima menzione dei concetti di base della panspermia si può trovare negli scritti dell'antico filosofo greco Anaxagora (500-428 aC). e.), e nel XVIII secolo, ha parlato del suo diplomatico e geologo francese Benoit de Maya (1656-1738 gg.). Queste idee furono rianimate da Svante August Arrhenius (1859-1927), Lord Kelvin William Thomson (1824-1907) e Hermann von Helmholtz (1821-1894).

Lo studio dell'influenza crudele sugli organismi viventi della radiazione cosmica e le condizioni di temperatura dello spazio interplanetario rendevano non molto rilevanti tali ipotesi sull'origine della vita sulla Terra, ma con l'inizio dell'era spaziale aumentò l'interesse per la panspermia.

Nel 1973, il premio Nobel Francis Crick (1916-2004) suggerì una produzione extra-terrestre di sistemi di vita molecolari e li colpì sulla Terra con meteoriti e comete. Allo stesso tempo, le probabilità di abiogenesi sul nostro pianeta sono state giudicate molto basse. L'origine e lo sviluppo della vita sulla Terra mediante l'autoassemblaggio materia organica lo scienziato di spicco di alto livello non considerava la realtà.

Strutture meteorologiche pietrificate sono state trovate in meteoriti in tutto il pianeta, tracce simili sono state trovate in campioni di suolo prelevati dalla Luna e da Marte. D'altra parte, numerosi esperimenti vengono condotti sul trattamento delle biostrutture con influenze che sono possibili quando si trovano nello spazio esterno e quando attraversano un'atmosfera simile a quella della Terra.

Un importante esperimento è stato condotto nel 2006 come parte della missione Deep Impact. Comet Tempel fu speronata da uno speciale dispositivo di simulazione della sonda, emesso da un apparato automatico. L'analisi della sostanza cometaria, che è stata rilasciata a seguito dell'impatto, ha mostrato la presenza di acqua e diversi composti organici.

Conclusione: poiché la comparsa della teoria della panspermia è cambiata in modo significativo. La scienza moderna tratta in modo diverso quegli elementi primari della vita che potrebbero essere stati consegnati al nostro giovane pianeta da oggetti spaziali. La ricerca e gli esperimenti dimostrano la fattibilità delle cellule viventi nei viaggi interplanetari. Tutto ciò rende rilevante l'idea dell'origine extraterrestre della vita terrena. I concetti di base dell'origine della vita sulla Terra sono teorie in cui la panspermia entra sia come parte principale, sia come un modo per fornire componenti alla Terra per creare materia vivente.

Teoria dell'evoluzione biochimica di Oparin-Haldane

L'idea di generazione spontanea di organismi viventi da sostanze inorganiche rimase sempre quasi l'unica alternativa al creazionismo, e nel 1924 fu pubblicata una monografia di 70 pagine, che diede a questa idea il potere di una teoria sviluppata e fondata. Questo lavoro è stato chiamato "L'origine della vita", l'autore di esso era uno scienziato russo - Alexander Ivanovich Oparin (1894-1980). Nel 1929, quando le opere di Oparin non furono ancora tradotte in inglese, il biologo inglese John Haldane (1860-1936) espresse concetti simili sull'origine della vita sulla Terra.

Oparin suggerì che se l'atmosfera primitiva di un giovane pianeta Terra si stava riducendo (cioè non contenendo ossigeno), una potente esplosione di energia (ad esempio un fulmine o una radiazione ultravioletta) potrebbe contribuire alla sintesi di composti organici dalla materia inorganica. Successivamente, tali molecole potrebbero formare coaguli e accumuli - gocce coacervate, che sono i protoorganismi attorno ai quali si formano le camicie dell'acqua - i rudimenti della membrana della membrana, la separazione avviene, generando una differenza di carica, quindi movimento - l'inizio del metabolismo, l'inizio del metabolismo, ecc. I koatservats furono considerati la base per l'inizio dei processi evolutivi che portarono alla creazione delle prime forme di vita.

Haldane introdusse il concetto di "brodo primario" - l'oceano iniziale della terra, che divenne un enorme laboratorio chimico, collegato a una potente fonte di cibo - la luce del sole. La combinazione di anidride carbonica, ammoniaca e radiazioni ultraviolette ha portato all'emergere di una popolazione concentrata di monomeri e polimeri organici. Successivamente, tali formazioni sono state combinate con l'aspetto di una membrana lipidica intorno a loro, e il loro sviluppo ha portato alla formazione di una cellula vivente.

Le tappe principali dell'origine della vita sulla Terra (Oparin-Haldane)

Secondo la teoria dell'emergere dell'universo da un mucchio di energia, il Big Bang si è verificato circa 14 miliardi di anni fa, e circa 4,6 miliardi di anni fa è stata completata la creazione dei pianeti del sistema solare.

La giovane Terra, gradualmente raffreddata, acquisì un solido guscio attorno al quale si verificò la formazione dell'atmosfera. L'atmosfera primaria conteneva vapore acqueo e gas, che in seguito servirono come materie prime per la sintesi organica: ossido di carbonio e diossido, idrogeno solforato, metano, ammoniaca, composti di cianuro.

Il bombardamento di oggetti spaziali contenenti acqua in uno stato congelato e la condensazione del vapore acqueo nell'atmosfera hanno portato alla formazione dell'Oceano Mondiale, in cui vari composti chimici sono stati dissolti. Potenti temporali accompagnavano la formazione dell'atmosfera, attraverso la quale penetravano forti radiazioni ultraviolette. In tali condizioni, la sintesi di amminoacidi, zuccheri e altre sostanze organiche più semplici ha avuto luogo.

Alla fine del primo miliardo di anni dell'esistenza della Terra, il processo di polimerizzazione dei più semplici monomeri in proteine ​​(polipeptidi) e acidi nucleici (Polinucleotidi). Hanno iniziato a formare composti prebiologici: coacervati (con l'inizio del nucleo, il metabolismo e la membrana).

3,5-3 miliardi di anni aC - lo stadio di formazione di protobionts con auto-riproduzione, metabolismo controllato, membrana con permeabilità variabile.

3 miliardi di anni aC e. - l'emergere di organismi cellulari, acidi nucleici, batteri primari, l'inizio dell'evoluzione biologica.

Prova sperimentale per l'ipotesi di Oparin-Haldane

Molti scienziati hanno valutato positivamente i concetti di base dell'origine della vita sulla Terra in base all'abiogenesi, sebbene fin dall'inizio abbiano riscontrato colli di bottiglia e riserve nella teoria di Oparin-Haldane. In diversi paesi, i lavori iniziarono a condurre studi di prova dell'ipotesi, di cui l'esperimento classico, condotto nel 1953 dagli scienziati americani Stanley Miller (1930-2007) e Harold Urey (1893-1981), è più famoso.

L'essenza dell'esperimento era di simulare le condizioni della prima Terra in laboratorio, in cui i composti organici più semplici potevano essere sintetizzati. Una miscela di gas, simile nella composizione all'atmosfera della terra primaria, circolava nel dispositivo. Il design del dispositivo forniva un'imitazione dell'attività vulcanica e le scariche elettriche trasmesse attraverso la miscela creavano un effetto fulmineo.

Dopo una circolazione settimanale della miscela attraverso il sistema, un decimo di carbonio è stato trasferito a composti organici, sono stati trovati amminoacidi, zuccheri, lipidi e composti che precedono gli amminoacidi. Esperimenti ripetuti e modificati hanno pienamente confermato la possibilità di abiogenesi in condizioni simulate della Terra primitiva. Negli anni successivi, altri laboratori hanno condotto esperimenti ripetuti. L'idrogeno solforato è stato aggiunto alla composizione della miscela di gas come un possibile componente delle emissioni vulcaniche, sono state apportate altre modifiche non cardinali. Nella maggior parte dei casi, l'esperienza della sintesi di composti organici ha avuto successo, sebbene i tentativi di andare oltre e ottenere elementi più complessi che si avvicinano alla composizione di una cellula vivente, non hanno avuto successo.

RNA World

Alla fine del XX secolo, molti scienziati che non avevano smesso di interessarsi al problema dell'origine della vita sulla Terra, divenne chiaro che con tutta la simmetria delle costruzioni teoriche e la conferma sperimentale distinta la teoria di Oparin-Haldane ha evidenti difetti, forse insormontabili. Il principale era l'impossibilità di spiegare l'aspetto delle proprietà in protobionts che determinano per un organismo vivente - moltiplicarsi pur preservando i tratti ereditari. Con la scoperta delle strutture cellulari genetiche, con la definizione della funzione e della struttura del DNA, con lo sviluppo della microbiologia, è emerso un nuovo candidato per il ruolo di una molecola di prima vita.

È diventata una molecola di acido ribonucleico - RNA. Questa macromolecola, che fa parte di tutte le cellule viventi, è una catena di nucleotidi - le più semplici unità organiche composte da atomi di azoto, il monosaccaride - il ribosio e il gruppo fosfato. La sequenza dei nucleotidi è il codice delle informazioni ereditarie e nei virus, ad esempio, l'RNA svolge il ruolo che il DNA svolge nelle complesse strutture cellulari.

Inoltre, gli scienziati hanno scoperto la capacità unica di alcune molecole di RNA di inserire rotture in altre catene o incollare insieme singoli elementi di RNA, e alcuni svolgono il ruolo di autocatalizzatori - cioè, contribuiscono alla rapida riproduzione. La dimensione relativamente piccola della macromolecola di RNA e la sua semplificazione, rispetto al DNA, hanno reso l'acido ribonucleico (in un unico filamento) il principale candidato per il ruolo dell'elemento principale dei sistemi prebiologici.

La teoria finale dell'emergere di materia vivente sul pianeta fu formulata nel 1986 da Walter Gilbert (nato nel 1932) - un fisico americano, microbiologo e biochimico. Non tutti gli esperti concordano con questa opinione sull'origine della vita sulla Terra. Brevemente chiamato "RNA World", la teoria della struttura del mondo prebiologico del nostro pianeta non può rispondere alla semplice domanda su come la prima molecola di RNA appariva con le proprietà desiderate, anche se c'era una quantità enorme di "materiale da costruzione" sotto forma di nucleotidi, ecc.

Pau World

La risposta ha cercato di trovare nel maggio 2004, Simon Nicholas Platts, e nel 2006, un gruppo di scienziati guidati da Pascal Ehrenfreund. Gli idrocarburi poliaromatici sono stati proposti come materiale di partenza per l'RNA con proprietà catalitiche.

Il mondo degli IPA era basato sull'alta prevalenza di questi composti nello spazio visibile (dovevano essere presenti nel "brodo primario" della giovane Terra) e le peculiarità della loro struttura a forma di anello, contribuendo alla loro rapida connessione con basi azotate, i componenti chiave dell'RNA. La teoria del PAH parla ancora una volta dell'attualità di alcune disposizioni della panspermia.

Vita unica su un pianeta unico

Fino a quando gli scienziati non avranno l'opportunità di tornare 3 miliardi di anni fa, il segreto dell'origine della vita sul nostro pianeta non sarà rivelato - molti di coloro che hanno affrontato questo problema arrivano a questa conclusione. I concetti base dell'origine della vita sulla Terra sono: la teoria dell'abogenesi e la teoria della panspermia. Possono intersecarsi in molti modi, ma, molto probabilmente, non saranno in grado di rispondere: come tra il vasto cosmo apparve un sistema sorprendentemente ben bilanciato dalla Terra e dal suo satellite, la Luna, come la vita ebbe origine su di esso ...