Жизнь на земле

Первичный бульон

Это понятие тесно связано с успевшими обрести статус классических экспериментами, поставленными в 1950-х Стэнли Миллером и Гарольдом Юри. В лаборатории ученые смоделировали условия, которые могли существовать у поверхности молодой Земли, – смесь метана, угарного газа и молекулярного водорода, многочисленные электрические разряды, ультрафиолет, – и вскоре более 10% углерода из метана перешло в форму тех или иных органических молекул. В опытах Миллера – Юри было получено больше 20 аминокислот, сахара, липиды и предшественники нуклеиновых кислот.

Современные вариации этих классических экспериментов используют куда более сложные постановки, которые точнее соответствуют условиям ранней Земли. Имитируются воздействия вулканов с их выбросами сероводорода и двуокиси серы, присутствие азота и т. д. Так ученым удается получать огромное и разнообразное количество органики – потенциальных кирпичиков потенциальной жизни. Главной проблемой этих опытов остается рацемат: изомеры оптически активных молекул (таких как аминокислоты) образуются в смеси в равных количествах, тогда как вся известная нам жизнь (за единичными и странными исключениями) включает лишь L-изомеры.

Впрочем, к этой проблеме мы еще вернемся. Здесь же стоит добавить, что недавно – в 2015 году – кембриджский профессор Джон Сазерленд (John Sutherland) со своей командой показал возможность образования всех базовых «молекул жизни», компонентов ДНК, РНК и белков из весьма нехитрого набора исходных компонентов. Главные герои этой смеси – циановодород и сероводород, не столь уж редко встречающиеся в космосе. К ним остается добавить некоторые минеральные вещества и металлы, в достаточном количестве имеющиеся на Земле, – такие как фосфаты, соли меди и железа. Ученые построили детальную схему реакций, которая вполне могла создать насыщенный «первичный бульон» для того, чтобы в нем появились полимеры и в игру вступила полноценная химическая эволюция.

Гипотезу абиогенного происхождения жизни из «органического бульона», которую проверили эксперименты Миллера и Юри, выдвинул в 1924 году советский биохимик Александр Опарин. И хотя в «темные годы» расцвета лысенковщины ученый принял сторону противников научной генетики, заслуги его велики. В знак признания роли академика имя его носит главная награда, вручаемая Международным научным обществом изучения возникновения жизни (ISSOL), – Медаль Опарина. Премия присуждается каждые шесть лет, и в разное время ее удостаивались и Стэнли Миллер, и великий исследователь хромосом, Нобелевский лауреат Джек Шостак. Признавая громадный вклад и Гарольда Юри, в промежутках между вручениями Медали Опарина ISSOL (тоже каждые шесть лет) присуждает Медаль Юри. Получилась уникальная, настоящая эволюционная премия – с изменчивым названием.

Развитие и доказательства

Теории происхождения жизни на планете принято подразделять на две большие группы: биогенез — все живое произошло от живого и абиогенез — живая материя образовалась из неживой. Гипотеза Опарина-Холдейна относится ко второму классу. В настоящее время современные исследования позволили несколько видоизменить и дополнить ее.

Сейчас большая часть исследователей полагает, что сначала у организмов возникла способность к самовоспроизведению, а лишь потом — к обмену веществ. Именно самовоспроизведение является основой передачи полезных качеств представителям нового поколения, то есть важнейшим составляющим эволюции в целом и естественного отбора в частности.

Выделяют также и дополнительные источники энергии, под воздействием которого сформировались первые живые организмы. Кроме разрядов молний и УФ-лучей, к ним относят:

• естественную радиоактивность;
• вулканические извержения;
• солнечный ветер.

Все это помогло образованию химических связей. Изменились и представления ученых о составе атмосферы раннего периода, поскольку появились новые объективные данные. В частности, удалось установить, что концентрация углекислого газа была гораздо меньшей, чем полагали авторы гипотезы. Атмосфера планеты очень напоминала ту, которая сейчас наблюдается у Марса и Венеры: состояла в основном из углекислого газа и азота, другие же газы содержались в ней в весьма малой концентрации. Новые данные заставили повторить эксперимент Миллера, однако в его системе указанные вещества не повлекли за собой появления органики.

Сейчас теория о первоисточнике жизни, который автор решил назвать «первичным бульоном», считается устаревшей. На смену ей пришли гипотеза «первичной пиццы» (в соответствии с которой живые организмы появились на минеральных подложках при периодическом высыхании последних) и «первичного майонеза» (выдвинуть ее решил Гарольд Моровиц, суть: клеточные мембраны, а точнее, их примитивные аналоги, существовали до того, как появилась способность к самовоспроизводству).

Кроме того, удалось выявить определенные свойства «первичного бульона», которые делают его неподходящей средой для зарождения жизни:

1. В водной среде белки обладают неустойчивостью, поэтому велик риск их распада. На безжизненной планете для образования соединений аминокислот требовалось избавление от воды, с этой целью можно было использовать лагуны, заливы, а также вулканические районы.
2. «Первичный бульон» лишен границ, вот почему, несмотря на наличие мембран, первичные аминокислоты «растекались», передавая свои клетки соседним, что делало процесс самовоспроизводства невозможным.

Гомо сапиенс

Данный вид является прототипом современного человека. Появился он около 28 тысяч лет назад, о чём говорят находки самых древних людей.

Уже тогда наши предки научились выражать свои эмоции связной речью и всё больше совершенствовали социальную взаимосвязь друг с другом.

Различный климат и погодные условия влекли за собой и формирование разных черт той или иной расы, которая жила на разных континентах. Именно около 20 тысяч лет назад начали появляться три различные расы: европеоидная, негроидная и монголоидная.

Таким образом, в очень сжатой форме можно выразить эволюционную цепочку дарвинистов, которой можно описать происхождение человека.

Благодаря научным исследованиям установлено сходство генов человека с шимпанзе на 91%.

Земля была планетой-океаном

Когда 4,5 миллиарда лет назад ряд мощных столкновений между пылью и космическими породами положил начало рождению нашей планеты, совсем еще юная Земля представляла собой пузырящуюся, расплавленную сферу магмы глубиной в тысячи километров. Постепенно охлаждаясь по мере вращения, через несколько миллионов лет после своего рождения, остывающая магма сформировала первые минеральные кристаллы в земной коре. Спустя 4 миллиарда лет именно их удалось обнаружить ученым из Северо-Западной Австралии, которые решили проанализировать породу,найденную в глубине самого маленького континента планеты. В ходе проведенного исследования выяснилось, что кристаллы представляли собой остатки древнего океанического дна, свидетельствующего о том, что когда-то очень давно на Земле не существовало суши в том понимании, к которому мы все привыкли.

Согласно представленной учеными теории, континенты появились гораздо позже: в тот момент, когда тектоника плит толкнула огромные скалистые массы суши вверх, чтобы пробить морскую поверхность. Между тем, первая вода Земли, возможно, была принесена сюда богатыми льдом кометами из-за пределов нашей Солнечной системы. Альтернативная версия же утверждает, что влага могла прибыть в виде пыли из облака частиц, которое породило Солнце и вращающиеся вокруг него объекты.

Кометная бомбардировка могла положить начало жизни на Земле

Когда Земля была горячим океаном магмы, водяной пар и газы выходили с поверхности раскаленного шара в его атмосферу. «Затем из земной газовой оболочки пошел сильный дождь, вызванный резким похолоданием», — подтвердил ведущий автор исследования Бенджамин Джонсон, доцент кафедры геологических и атмосферных наук в Университете штата Айова.

В своем новом исследовании Джонсон и его коллега Босуэлл Уинг, доцент геологических наук в Университете Колорадо, обратились к уникальной находке, сделанной ими в австралийской глубинке. Обнаруженный ими кусок материала представляет собой скалистую структуру, застилавшую океаническое дно 3,2 миллиарда лет назад. В куске породы сохранились изотопы кислорода, способные помочь исследователям расшифровать изменения в температурах древнего океана планеты, а также в ее глобальном климате.

Могла ли возникнуть жизнь на планете-океане?

Проанализировав более 100 образцов осадочных пород, ученые обнаружили, что около 3,2 миллиарда лет назад океаны содержали больше кислорода-18, чем кислорода-16, который в настоящее время является наиболее распространенным в океане. Таким образом, выщелачивая кислород-18 из океанов, материковые массы суши свидетельствуют о том, что в древности континентов попросту не существовало. В этом случае, могла ли возникнуть какая-либо жизнь в условиях, столь отличных от современных?

Бенджамин Джонсон и его коллега склонны придерживаться мнения, что жизнь на Земле могла появиться лишь в двух местах: в гидротермальных источниках и прудах на суше. И те, и другие способны предоставить постепенно эволюционирующим живым существам достаточно органических веществ для роста и развития. Как бы то ни было, если теория ученых подтвердится, нахождение жизни на уже обнаруженных человеком планетах-океанах, таких как GJ 1214b или Kepler-22b, будет возможным лишь в том случае, если вышеупомянутые экзопланеты пойдут путем, который в свое время прошла наша голубая планета. В противном случае, вода может оказаться пусть и важным, но всего лишь ингредиентом для возникновения жизни на органической основе, который без участия дополнительных факторов не сможет обеспечить комфортную среду для зарождения первых микроорганизмов.

Возникновение клетки

Существуют две основные теории происхождения первой протоклетки, которую можно определенно назвать организмом в современном понимании. Оба предположения могли быть реализованы в условиях молодой Земли.

Сторонники первой теории утверждают, что первая протоклетка могла появиться в зонах с геотермической активностью. Под воздействием врéменных высоких температур вода на какой-то период почти полностью испарилась, и полимеры сконцентрировались в скоплениях жирных кислот — образовался прототип клетки. После сухого периода снова вернулась водная среда, и организм мог начать полноценно функционировать. Подобные геоактивные зоны сейчас находятся на Камчатке и в Йеллоустонском парке .

Об исследованиях Майкла Рассела рассказывает статья «К вопросу о происхождении жизни» . — Ред.

Прогеноты

В 1977 году Карл Вёзе и Жан Фокс определили прогенота как гипотетическую допрокариотную стадию эволюции клетки:

Как мы видим, термин «прогеноты» охватывает абсолютно всю допрокариотную клеточную организацию без строгой связи между гено- и фенотипом, и в современной литературе прогенотов ставят эволюционно выше представителей РНК-мира (рис. 6), тем самым обозначая все те промежуточные шаги, которые ведут к последнему общему предку (LUCA).

Вопрос о строении прогенотов остается открытым, но кое-что можно сказать уже сейчас. Это были куски генетической информации в виде рибозимной РНК без строго определенного количества генов, изолированные от внешней среды спонтанно собранными фосфолипидными мицеллами (в первичном бульоне содержались все компоненты для образования подобной структуры) , . С этой РНК происходили все необходимые для жизнедеятельности процессы — трансляция, репликация и репарация, — но существовала одна значительная проблема. Внутриклеточные процессы зависели от множества факторов внутри- и внеклеточной сред, и по большей части от того, что РНК непригодна для длительного хранения генетической информации, поскольку в агрессивной среде очень быстро деградирует .

Однако мы видим явное преимущество прогенотов перед одинокими рибозимными молекулами (и даже их группами) в том, что:

1. Прогеноты содержат разнообразные и функционально специализированные РНК-молекулы (информационная РНК, хранящая генетический код, и, например, ферментативная РНК, осуществляющая синтез чего-либо).
2. Прогеноты изолированы от внешней среды, что дает базис для возможного развития внутриклеточной структуры и появления настоящей прокариотной клеточной мембраны.

Следующая стадия клетки должна была уже модернизировать внутреннюю систему, создать полупроницаемую мембрану и развить отношения между генотипом и фенотипом, то есть стать прокариотом.

Кометы и метеориты

Данную теорию о возникновении жизни на Земле выдвинул палеонтолог, профессор Техасского технологического университета Санкар Чаттерджи. Впервые он рассказал о ней на 125-ом собрании американского геологического общества. Профессор собрал огромную базу информации о раннем периоде жизни нашей планеты, сопоставил их с различными теориями эволюции и выдвинул свое предположение о том, как могла появиться жизнь на Земле – с помощью комет и метеоритов.

Как утверждают многие геологии, самый интенсивный период падения метеоритов на Землю проходил около 4 миллиардов лет назад. Согласно теории Чаттерджи, первые формы жизни на нашей планете зародились в кратерах от упавших космических тел во времена той самой масштабной «бомбардировки» планеты кометами и метеоритами. Предположение ученого схоже с Моделью Ниццы, которая говорит о том, что Земля в то время подвергалась большому количеству падений различных космических тел, и ее поверхность была вся усыпана кратерами, примерно, как Луна. Лишь она спасла нашу планету от полного уничтожения, перетянув часть объектов на себя.

Появление жизни на Земле с помощью комет и метеоритов

Чаттерджи полагает, что из-за постоянных «атак» метеоритов на Землю в океане зародилась жизнь в виде первых простейших организмов. На эту тему проводилось множество различных исследований, которые утверждают, что воды на Земле намного больше, чем должно было быть. Ученые связывают это именно с падением метеоритов, прилетевших на нашу планету из облака Оорта. Обледенелые кометы врезались в поверхность планеты, таяли и пополняли ее водой.

Другие версии

Все формы религий утверждают, что первый человек появился благодаря Создателю или Творцу, что люди не могли произойти от животных и в их появлении есть божественное начало. В Библии сказано, что первый человек — это Адам. У него была первая жена — Лилит, которая отличалась буйным, злобным нравом. Вторая — Ева, родила Адаму двух сыновей — Каина и Авеля. В исламской религии это — Адам и Хавва, а их детей звали — Кабиль, Хабиль и Шис.

У приверженцев фантастических теорий есть несколько версий. Они уверяют, что человечество зародилось благодаря внеземной цивилизации и её завезли инопланетяне с других планет. И иначе жизни негде было взяться, как из космоса.

И сейчас следы их возникновения можно найти в разных частях света.

https://youtube.com/watch?v=77dEhEtvPKY

Как развивалась планета Земля

Прежде чем перейти к основной части нашего обсуждения, следует поговорить о том, как развивалась планета Земля до возникновения жизни. Если теорий насчет появления живых организмов существует много, и все они разные, то вариантов формирования самой планеты выдвигается не так много. Наиболее известная и широко признанная теория – появление Земли из облака космической пыли. Такие объекты имеют все необходимые химические элементы и могут спрессовываться со временем, принимая форму раскаленного шара. С поверхности будущей планеты постоянно поднимался горячий пар, который охлаждался и превращался в воду. Это приводило к тому, что на молодой Земле постоянно шли сильные дожди. Попадая на раскаленную поверхность, капли снова превращались в пар и уходили обратно наверх. Так планета существовала в течение долгих миллионов лет. За это время она успела остыть, потеряв большую часть своего тепла. Из-за этого раскаленная разжиженная поверхность начала твердеть, постепенно превращаясь в кору.

Земля до возникновения жизни

Остывание поверхности продолжалось еще несколько миллионов лет, пока дождевая вода наконец не перестала полностью превращаться в пар. Это привело к образованию первых водоемов. Температура все снижалась, сильные дожди не прекращались, воды становилось все больше, и начался огромный потоп. Вследствие этого водоемы стали разрастаться, перетекая в огромные впадины, образуя первый доисторический океан.

Никакой жизни на планете тогда еще не было, а вода постепенно делала свое дело, размывая горные массивы и создавая равнины. Она начала стекать во все доступные ущелья, образуя реки и ручьи. Все это происходило на протяжении еще многих миллионов лет, пока баланс между сушей и водой не начал приходить в норму.

Образование баланса между сушей и водой

Наконец-то влаги в облаках стало намного меньше, и они постепенно начали рассеиваться, позволяя Солнцу освещать Землю своим светом. Дожди закончились, океан обрел свои границы, заняв почти всю поверхность планеты. Соли и различные минеральные вещества постепенно вымывались с суши и уносились в океан, из-за чего он стал соленым. Вода с его поверхности начала испаряться, превращаясь в облака, и на Земле стали появляться кристаллические вещества. Они постепенно росли и подпитывались другими составляющими. Солнечные лучи и атмосферные молнии подпитывали их энергией и, возможно, из этих веществ и появились самые первые живые существа Земли – прокариоты.

Прокариоты описываются как предки современных бактерий. Это одноклеточные организмы, у которых отсутствует ядро. Питались они анаэробным способом, но дышали не кислородом, так как в то время ему было еще неоткуда взяться в атмосфере. Обитали прокариоты либо на океанском дне, либо на влажных участках суши. Возможно, они действительно были предками всех современных простейших микроорганизмов. Но теорий возникновения жизни на Земле достаточно много и некоторые из них утверждают, что прокариоты появились и развивались независимо от бактерий. Настало время наконец поговорить об этих предположениях, а именно о десяти самых популярных из них.

Прокариоты

Опровержения теории Дарвина и учений его последователей

Несмотря на то что данная теория является фундаментом для всей современной науки о человеке, существуют и находки различных исследователей, которые опровергают принятое всем научным миром понимание того, откуда появились первые люди на Земле.

Найденные следы стоп, которым более 3,5 млн лет, доказывают, что на прямых ногах человекообразные особи начали передвигаться намного раньше, чем появился первобытный труд.

Эволюция человека, связанная с происхождением от обезьяны, неясна, если задать вопрос и про человеческие конечности. Почему у людей руки намного слабее ног, тогда как у обезьян всё наоборот? Что способствовало ослаблению конечностей, так как сильные руки явно полезней при охоте и другом труде, непонятно.

На сегодняшний день не найдены все звенья, которыми можно было бы полностью объединить древнюю обезьяну с современным человеком.

Кроме этого, существует ещё целый ряд непонятных вопросов и фактов, на которые нельзя ответить, используя всем известную научную теорию происхождения человека.

Протоклетки

Однако простой репликации для «нормальной жизни» недостаточно: любая жизнь – это, прежде всего, пространственно изолированный участок среды, разделяющий процессы обмена, облегчающий течение одних реакций и позволяющий исключать другие. Иначе говоря, жизнь – это клетка, ограниченная полупроницаемой мембраной, состоящей из липидов. И «протоклетки» должны были появляться уже на самых ранних этапах существования жизни на Земле – первую гипотезу об их происхождении высказал хорошо знакомый нам Александр Опарин. В его представлении «протомембранами» могли служить капельки гидрофобных липидов, напоминающие желтые капли масла, плавающего в воде.

В целом идеи ученого принимаются и современной наукой, занимался этой темой и Джек Шостак, получивший за свои работы Медаль Опарина. Вместе с Катаржиной Адамалой (Katarzyna Adamala) он сумел создать своего рода модель «протоклетки», аналог мембраны которой состоял не из современных липидов, а из еще более простых органических молекул, жирных кислот, которые вполне могли накапливаться в местах возникновения первых протоорганизмов. Шостаку и Адамале удалось даже «оживить» свои структуры, добавив в среду ионы магния (стимулирующие работу РНК-полимераз) и лимонную кислоту (стабилизирующую структуру жировых мембран).

В итоге у них получилась совершенно простая, но в чем-то живая система; во всяком случае это была нормальная протоклетка, которая содержала защищенную мембраной среду для размножения РНК. С этого момента можно закрыть последнюю главу предыстории жизни – и начать первые главы ее истории

Впрочем, это уже совсем другая тема, так что мы расскажем лишь об одной, но чрезвычайно важной концепции, связанной с первыми шагами эволюции жизни и возникновением громадного разно­образия организмов

Эоны и эры докембрия

Катархей

Земля сформировалась при такой высокой температуре и давлении, что поначалу она была словно расплавленная. Первые миллиарды лет образования Земли (4,6-4,0 млрд лет назад) приходятся на катархей, когда наша планета непрерывно бомбардировалась остатками пыли и обломков (включая астероиды, метеориды и кометы) до тех пор, пока полностью не сформировалась.

Когда Земля начала принимать твердую форму, в ее атмосфере не было свободного кислорода. Было так жарко, что капли воды в атмосфере не могли оседать, чтобы образовать поверхностные воды или лед. Во время катархея первая атмосфера состояла из гелия и водорода, поэтому ни один организм не мог бы выжить.

Вторая атмосфера Земли была сформирована главным образом из таких летучих соединений, как водяной пар, монооксид углерода, метан, аммиак, азот, диоксид углерода, хлористоводородная кислота и сера, вызванных постоянными извержениями вулканов, осаждавшими планету. Свободного кислорода в это время еще не было.

Около 4,1 миллиарда лет назад поверхность Земли – или кора – стала охлаждаться и стабилизироваться, создавая сплошную поверхность с ее скалистым ландшафтом. Облака образовались, когда Земля начала остывать, создавая огромные объемы дождевой воды, которые наполнили океаны.

Архей

В течение следующих 1,5 млрд лет (4,0 – 2,5 млрд лет назад) архейского эона зародилась первая жизнь.

Архейский эон подразделяется на четыре эры:

• Эоархей (4,0-3,6 млрд лет назад);
• Палеоархей (3,6-3,2 млрд лет назад);
• Мезоархей (3,2-2,8 млрд лет назад);
• Неоархей (2,8 – 2, 5 млрд лет назад).

Первая жизнь появилась в океане и большая часть живых организмов докембрия, была представлена одноклеточными организмами. На самом деле существует довольно богатая история бактерий и связанных одноклеточных организмов в летописи окаменелостей. Считается, что первые представители одноклеточных организмов появились в архейском домене.

Возраст самой старой окаменелости составляет около 3,5 млрд лет.

Ранние формы жизни напоминают цианобактерии. Это были фотосинтетические сине-зеленые водоросли, которые процветали в чрезвычайно горячей атмосфере, богатой углекислым газом.Их окаменелости обнаружены на побережье Западной Австралии.

Другие, подобные окаменелости были найдены во всем мире. Их возраст составляет около двух миллиардов лет.

С таким количеством фотосинтетических организмов, населяющих Землю, было только вопросом времени, когда атмосфера начала накапливать более высокие уровни кислорода, поскольку кислород является побочным продуктом фотосинтеза. Когда в атмосфере стало больше кислорода, появилось много новых видов, которые смогли использовать кислород для получения энергии.

Протерозой

Протерозой, который длился от 2,5 млрд до 542 млн лет назад стал свидетелем некоторых из самых захватывающих событий в истории жизни Земли.

Протерозойский эон был самым длительным в истории планеты и включал три эры:

• Палеопротерозой (2,5-1,6 млрд лет назад);
• Мезопротерозой (1,6 – 1 млрд лет назад);
• Неопротерозой (1000 – 542 млн лет назад).

В течение протерозоя континенты начали формироваться и стабилизироваться, и около 1,2 млрд лет назад появился суперконтинент «Родиния». Хотя Родиния включала некоторые из тех же фрагментов земли, что и более известный суперконтинент Пангея, они представляют собой два разных суперконтинента. Пангея образовалась около 335 млн лет назад, а затем разделилась на континенты, которые мы знаем сегодня.

Свободный кислород начал расти примерно в середине протерозоя – около 1,8 млрд лет назад – и создал условия, позволяющие большей части существующей жизни выжить.

К концу протерозоя на Земле появилось множество эволюционных процессов. Около 525 млн лет назад начался кембрийский период. В этот период жизнь «взорвалась», и развились практически все основные группы растений и животных за относительно короткое время. Кембрий закончился кембрийско-ордовикским массовым исчезновением большинства существующих видов около 488 млн лет назад, создавшим предпосылки для появления и эволюции новых видов флоры и фауны.

Мне нравитсяНе нравится

Теория креационизма

Теория креационизма предполагает, что все живые организмы (либо только простейшие их формы) были в определенный период времени сотворены («сконструированы») неким сверхъестественным существом (божеством, абсолютной идеей, сверхразумом, сверхцивилизацией и т.п.). Очевидно, что именно этой точки зрения с глубокой древности придерживались последователи большинства ведущих религий мира, в частности христианской религии.

Теория креационизма и в настоящее время достаточно широко распространена, причем не только в религиозных, но и в научных кругах. Обычно ее используют для объяснения наиболее сложных, не имеющих на сегодняшний день решения вопросов биохимической и биологической эволюции, связанных с возникновением белков и нуклеиновых кислот, формированием механизма взаимодействия между ними, возникновением и формированием отдельных сложных органелл или органов (таких, как рибосома, глаз или мозг). Актами периодическою «сотворения» объясняется и отсутствие четких переходных звеньев от одного типа животных
к другому, например от червей к членистоногим, от обезьяны к человеку и т.п. Необходимо подчеркнуть, что философский спор о первичности сознания (сверхразума, абсолютной идеи, божества) либо материи принципиально не разрешим, однако, поскольку попытка объяснить любые трудности современной биохимии и эволюционной теории принципиально непостижимыми сверхъестественными актами творения выводит эти вопросы за рамки научных исследований, теорию креационизма нельзя отнести к разряду научных теорий происхождения жизни на Земле.