Livets fremkomst

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 2. september 2021; checks kræver 39 redigeringer .

Fremkomsten af ​​liv , eller abiogenese (fra græsk . a - en negativ partikel, bio- ... og ... - genesis ), er processen med at transformere den livløse natur til at leve . I ordets snævre betydning forstås abiogenese også som dannelsen af ​​organiske forbindelser, der er almindelige i dyrelivet uden for kroppen uden deltagelse af enzymer [1] . Et alternativ til livets oprindelse på Jorden er panspermia , som dog ikke løser det grundlæggende spørgsmål om livets oprindelse, men kun skubber det til Universets endnu fjernere fortid [2] .

Ifølge de nuværende modeller opstod liv på Jorden for omkring 4,1-3,8 milliarder år siden, mens selve planeten blev dannet for omkring 4,5 milliarder år siden [3] [4] . De ældste kendte fossile stromatolitter er 3,7 milliarder år gamle [5] .

Historien om udviklingen af ​​ideer om livets oprindelse

På forskellige tidspunkter er følgende teorier blevet fremsat om livets oprindelse på Jorden :

Spontan generation af liv

Teorien blev cirkuleret i det gamle Kina , Babylon , Indien og det gamle Egypten som et alternativ til kreationismen , som den eksisterede sammen med. Aristoteles (384-322 f.Kr.), ofte hyldet som biologiens grundlægger, holdt fast ved teorien om den spontane generering af liv. Ifølge denne hypotese indeholder visse "partikler" af et stof en form for "aktivt princip", som under passende forhold kan skabe en levende organisme. Aristoteles havde ret i at tro, at dette aktive princip er indeholdt i et befrugtet æg, men troede fejlagtigt, at det også er til stede i sollys , mudder og rådnende kød.

Med kristendommens udbredelse faldt teorien om spontan frembringelse af liv i ugunst, men denne idé fortsatte med at eksistere et sted i baggrunden i mange flere århundreder. .

Indtil det 19. århundrede var der en idé i det videnskabelige samfund om "livskraft" - en slags altgennemtrængende stof, der får liv til at opstå fra ikke-levende ting (frøer - fra en sump, fluelarver - fra kød, orme - fra jord osv.). Den berømte videnskabsmand Van Helmont beskrev et eksperiment, hvor han angiveligt skabte mus på tre uger. Til dette var der brug for en snavset skjorte, et mørkt skab og en håndfuld hvede. Van Helmont anså menneskelig sved for at være det aktive princip i processen med fødslen af ​​en mus.

I 1668 nærmede den italienske biolog og læge Francesco Redi problemet med livets oprindelse mere stringent og satte spørgsmålstegn ved teorien om spontan generering. Redi konstaterede, at de små hvide orme, der dukker op på rådnende kød, er fluelarver . Efter at have udført en række eksperimenter modtog han data, der understøtter ideen om, at liv kun kan opstå fra et tidligere liv (begrebet biogenese ). I gryder med kød, dækket med gaze, startede fluer ikke.

Disse eksperimenter førte imidlertid ikke til afvisningen af ​​ideen om spontan generering, og selvom denne idé faldt lidt i baggrunden, fortsatte den med at være hovedversionen af ​​livets oprindelse.

Mens Redis eksperimenter tilsyneladende modbeviste den spontane generation af fluer, styrkede de tidlige mikroskopiske undersøgelser af Antonie van Leeuwenhoek denne teori som anvendt på mikroorganismer . Leeuwenhoek selv gik ikke ind i stridigheder mellem tilhængere af biogenese og spontan generering, men hans observationer under mikroskopet gav føde til begge teorier.

I 1860 tog den franske kemiker Louis Pasteur problemet op . Pasteur rejste dog ikke spørgsmålet om livets oprindelse. Han var interesseret i problemet med spontan generering af mikrober i forbindelse med muligheden for at bekæmpe infektionssygdomme. Hvis "livskraften" eksisterer, så er det meningsløst at bekæmpe sygdomme: uanset hvor mange mikrober du ødelægger, vil de spontant regenerere. Hvis mikrober altid kommer udefra, så er der en chance. [6] Gennem sine eksperimenter beviste han, at bakterier er allestedsnærværende, og at ikke-levende materialer nemt kan blive forurenet af levende ting, hvis de ikke steriliseres ordentligt. Forskeren kogte forskellige medier i vand , hvori mikroorganismer kunne dannes. Yderligere kogning dræbte mikroorganismerne og deres sporer. Pasteur fastgjorde en forseglet kolbe med en fri ende til det S-formede rør. Sporer af mikroorganismer lagde sig på et buet rør og kunne ikke trænge ind i næringsmediet. Et velkogt næringsmedium forblev sterilt; der blev ikke fundet liv i det, på trods af at der var adgang til luft og "livskraft". Konklusion: "livskraft" eksisterer ikke, og på nuværende tidspunkt genereres mikroorganismer ikke spontant fra et ikke-levende substrat. [7] [8]

Dette eksperiment beviser dog slet ikke, at levende ting generelt aldrig spontant kan generere fra ikke-levende ting. Pasteurs eksperiment beviser kun umuligheden af ​​at spire mikroorganismer specifikt i de næringsmedier, som han brugte, under et meget begrænset udvalg af forhold og i korte perioder. Men han beviser ikke umuligheden af ​​spontan generering af liv over hundreder af millioner af års kemisk evolution , i en række forskellige miljøer og under forskellige forhold (især under forholdene på den tidlige Jord: i en iltfri atmosfære fyldt med metan , kuldioxid , ammoniak og hydrogencyanid , når de passerer elektriske udladninger osv. d.). Dette eksperiment kan i princippet ikke berøre spørgsmålet om livets oprindelige oprindelse, blot fordi Pasteur i sine eksperimenter brugte kød- og gærbouillon (samt urinstof og blod) [6] , og før livets fødsel var der hverken gær eller kød. Desuden modbeviser Pasteurs eksperiment på ingen måde moderne videnskabelige teorier og hypoteser om livets oprindelse i dybhavsvarme hydrotermiske kilder , i geotermiske kilder , på mineralkrystaller, i det ydre rum, i den protoplanetariske tåge, hvorfra solsystemet blev dannet, og lignende steder.

Steady state teori

Ifølge steady state-teorien blev Jorden aldrig til, men eksisterede for evigt; det har altid været i stand til at opretholde liv, og hvis det har ændret sig, har det ændret sig meget lidt. Ifølge denne version opstod arter heller aldrig, de har altid eksisteret, og hver art har kun to muligheder – enten en ændring i antallet eller udryddelse.

Hypotesen om en stationær tilstand modsiger dog fundamentalt dataene fra moderne astronomi , som angiver den endelige tid for eksistensen af ​​enhver stjerner og følgelig planetsystemer omkring stjerner. Ifølge moderne skøn baseret på hastigheden af ​​radioaktivt henfald er jordens, solens og solsystemets alder anslået til ≈4,6 milliarder år. Derfor er denne hypotese ikke overvejet af den akademiske videnskab.

Tilhængere af denne hypotese anerkender ikke, at tilstedeværelsen eller fraværet af visse fossile rester kan indikere tidspunktet for fremkomst eller udryddelse af en bestemt art, og nævner som et eksempel en repræsentant for lobefinnet fisk- coelacanth . Ifølge palæontologiske data uddøde Loopfins i slutningen af ​​Kridttiden. Denne konklusion måtte dog genovervejes, da levende repræsentanter for crossopterygierne blev fundet i Madagaskar -regionen. Tilhængere af steady state-teorien hævder, at kun ved at studere levende arter og sammenligne dem med fossile rester kan man konkludere om udryddelse, og i dette tilfælde er det meget sandsynligt, at det vil vise sig at være forkert. Ved at bruge palæontologiske data til at understøtte steady state-teorien fortolker dens tilhængere udseendet af fossiler i en økologisk forstand. Så for eksempel forklarer de den pludselige optræden af ​​en fossil art i et bestemt stratum ved en stigning i dens befolkning eller dens bevægelse til steder, der er gunstige for bevarelse af rester. Steady state- teorien er kun af historisk eller filosofisk interesse, da konklusionerne af denne teori modsiger de videnskabelige data.

Oparin-Haldane-teorien

I 1924 offentliggjorde den fremtidige akademiker Oparin artiklen "The Origin of Life", som blev oversat til engelsk i 1938 og genoplivede interessen for teorien om spontan generation . Oparin foreslog, at i opløsninger af makromolekylære forbindelser kan der spontant dannes zoner med øget koncentration , som er relativt adskilt fra det ydre miljø og kan understøtte udveksling med det. Han kaldte dem coacervate dråber , eller simpelthen coacervates . Ifølge hans teori kan processen, der førte til fremkomsten af ​​liv på Jorden, opdeles i tre faser:

Astronomiske undersøgelser viser, at både stjerner og planetsystemer er opstået fra gas- og støvstof. Sammen med metaller og deres oxider indeholdt den brint , ammoniak , vand og det enkleste kulbrinte  , metan .

Betingelserne for begyndelsen af ​​processen med dannelse af proteinstrukturer er blevet etableret siden udseendet af det primære hav ( bouillon ). I vandmiljøet kan derivater af kulbrinter gennemgå komplekse kemiske ændringer og transformationer. Som et resultat af denne komplikation af molekyler kan der dannes mere komplekse organiske stoffer, nemlig kulhydrater .

Videnskaben har bevist, at som et resultat af brugen af ​​ultraviolette stråler er det muligt kunstigt at syntetisere ikke kun aminosyrer , men også andre organiske stoffer. [9] [10] Ifølge Oparins teori kunne næste skridt mod fremkomsten af ​​proteinlegemer være dannelsen af ​​coacervat - dråber. Under visse betingelser erhvervede den vandige skal af organiske molekyler klare grænser og adskilte molekylet fra den omgivende opløsning . Molekyler omgivet af en vandig skal kombineret for at danne multimolekylære komplekser - koacervater.

Coacervat-dråber kan også være blevet fremstillet ved blot at blande en række forskellige polymerer . I dette tilfælde skete selvsamlingen af ​​polymermolekyler til multimolekylære formationer - dråber synlige under et optisk mikroskop -.

Dråber var i stand til at absorbere stoffer udefra på samme måde som åbne systemer. Når forskellige katalysatorer (herunder enzymer ) blev inkluderet i coacervat-dråber , skete der forskellige reaktioner i dem, især polymerisering af monomerer , der kommer fra det ydre miljø . På grund af dette kunne dråberne stige i volumen og vægt og derefter bryde op i datterformationer. Således kunne coacervater vokse, formere sig og udføre metabolisme .

Yderligere blev coacervat-dråber udsat for naturlig selektion, hvilket sikrede deres udvikling.

Lignende synspunkter blev også udtrykt af den britiske biolog John Haldane .

Teorien blev testet af Stanley Miller i 1953 i Miller-Urey-eksperimentet . Han anbragte en blanding af H 2 O, NH 3 , CH 4 , CO 2 , CO i en lukket beholder og begyndte at passere elektriske udladninger gennem den (ved en temperatur på 80 ° C). Det viste sig, at der dannes aminosyrer [11] . Senere, under forskellige betingelser, blev sukkerarter og nukleotider også opnået [9] . Han konkluderede, at evolution kan forekomme i en faseadskilt tilstand fra opløsning (coacervater). Et sådant system kan dog ikke reproducere sig selv.

Teorien var underbygget, bortset fra et problem, som i lang tid vendte det blinde øje til næsten alle eksperter på området for livets oprindelse. Hvis der spontant ved hjælp af tilfældige matrixfrie synteser i et koacervat opstod enkelte vellykkede konstruktioner af proteinmolekyler (f.eks. effektive katalysatorer , der giver en fordel for dette koacervat i vækst og reproduktion), hvordan kunne de så kopieres til distribution inden for koacervatet, og endnu mere for overførsel til efterkommere koacervater? Teorien har ikke været i stand til at tilbyde en løsning på problemet med nøjagtig reproduktion - inden for coacervatet og i generationer - af enkelte, tilfældigt forekommende effektive proteinstrukturer. Det blev imidlertid vist, at de første koacervater kunne dannes spontant fra lipider syntetiseret abiogent, og de kunne indgå i symbiose med "levende opløsninger" - kolonier af selvreproducerende RNA -molekyler , blandt hvilke var ribozymer, der katalyserer lipidsyntese, og et sådant fællesskab kan allerede kaldes organisme [12] .

Imidlertid foreslog Richard Dawkins i sit "The Selfish Gene ", hvor han fremlægger et gen-centreret syn på evolution , at der ikke opstod koacervate dråber i ursuppen, men de første replikatormolekyler , der var i stand til at skabe kopier af sig selv. . Det var nok for et sådant molekyle at opstå én gang og kopiere sig selv i fremtiden ved at bruge organiske forbindelser fra miljøet ("bouillonen" mættet med organisk stof). Umiddelbart efter replikatorens fremkomst begyndte den at sprede kopier af sig selv i havene, indtil de mindre molekyler, der blev "byggesten", blev knappe, hvilket tvang de primære replikatorer til at kæmpe for overlevelse med hinanden og udvikle sig.

Livets oprindelse i varmt vand

Hypotesen om livets oprindelse nær undervandsvulkaner blev fremsat af L. M. Mukhin i begyndelsen af ​​1970'erne [13] . Videnskabelige undersøgelser viser, at oprindelsen af ​​liv i mineralvand og især gejsere er højst sandsynlig [14] . I 2005 fremsatte akademiker Yury Viktorovich Natochin en antagelse, der adskiller sig fra det almindeligt accepterede koncept om livets oprindelse i havet, og argumenterede for hypotesen om, at miljøet for fremkomsten af ​​protoceller var vandområder med en overvægt af K + -ioner , og ikke havvand med en overvægt af Na + ioner [15] . I 2009 kom Armen Mulkidzhanyan og Mikhail Galperin på baggrund af analysen af ​​indholdet af grundstoffer i cellen også til den konklusion, at liv sandsynligvis ikke opstod i havet [16] . David Ward beviste, at stromatolitter dukkede op og nu dannes i varmt mineralvand [17] . De ældste stromatolitter blev fundet i Grønland. Deres alder er 3,5 milliarder år. I 2011 skabte Tadashi Sugawara en protocelle i varmt vand [18] . Undersøgelser foretaget af Marie-Laure Pont af serpentinmineralet i den geologiske formation Isua, Grønland, i 2011 viste, at liv også kunne stamme fra muddervulkaner [19] . Nobelprisvindende biolog Jack Szostak bemærkede, at vi lettere kan forestille os akkumulering af organiske forbindelser i ursøer end i havet. En gruppe videnskabsmænd ledet af Evgeny Kunin [20] har samme opfattelse .

Moderne videnskabelige ideer

Kemisk evolution eller præbiotisk evolution  er det første trin i livets evolution, hvor organiske , præbiotiske stoffer opstod fra uorganiske molekyler under påvirkning af ydre energi og selektionsfaktorer og på grund af udbredelsen af ​​selvorganiseringsprocesser, der er iboende i alle relativt komplekse systemer , som omfatter de fleste kulstofholdige molekyler.

Disse udtryk betegner også teorien om fremkomsten og udviklingen af ​​de molekyler , der er af fundamental betydning for fremkomsten og udviklingen af ​​levende stof.

Genobiose og holobiose

Afhængigt af, hvad der anses for at være primært, er der to metodiske tilgange til spørgsmålet om livets oprindelse:

Genobiose  er en metodisk tilgang til spørgsmålet om livets oprindelse, baseret på troen på forrangen af ​​et molekylært system med egenskaberne af en primær genetisk kode.

Holobiose  er en metodisk tilgang til spørgsmålet om livets oprindelse, baseret på ideen om forrangen af ​​strukturer udstyret med evnen til elementær metabolisme med deltagelse af den enzymatiske mekanisme.

RNA-verdenen som en forløber for det moderne liv

I det 21. århundrede har Oparin-Haldane-teorien, som antager den oprindelige oprindelse af proteiner , praktisk taget givet plads [21] for den moderne hypotese om RNA-verdenen [22] . Drivkraften til dets udvikling var opdagelsen af ​​ribozymer - RNA-  molekyler , der har enzymatisk aktivitet og derfor er i stand til at kombinere funktioner, der i virkelige celler hovedsageligt udføres separat af proteiner og DNA - det vil sige katalysere biokemiske reaktioner og lagre arvelig information. Det antages således, at de første levende væsener var RNA-organismer uden proteiner og DNA, og deres prototype kunne være en autokatalytisk cyklus dannet af ribozymer, der er i stand til at katalysere syntesen af ​​deres egne kopier [23] . De sukkerarter, der er nødvendige for RNA-syntese, især ribose, blev fundet i meteoritter og var sandsynligvis til stede på Jorden på det tidspunkt [22] .

Verden af ​​polyaromatiske kulbrinter som en forløber for RNA-verdenen

Den polyaromatiske verdenshypotese forsøger at besvare spørgsmålet om, hvordan de første RNA'er opstod ved at foreslå en variant af kemisk udvikling fra polycykliske aromatiske kulbrinter til RNA-lignende kæder.

Alternative begreber

Panspermia

Ifølge teorien om panspermi foreslået af J. Liebig , i 1865 af den tyske videnskabsmand Hermann Eberhard Richter og endelig formuleret af den svenske videnskabsmand Arrhenius i 1895, kunne liv bringes til Jorden fra rummet . Det mest sandsynlige ramt af levende organismer af udenjordisk oprindelse med meteoritter og kosmisk støv. Denne antagelse er baseret på data om den høje modstand af nogle organismer og deres sporer over for stråling, dybt vakuum , lave temperaturer og andre påvirkninger. Der er dog stadig ingen pålidelige fakta, der bekræfter den udenjordiske oprindelse af mikroorganismer fundet i meteoritter. Men selv hvis de kom til Jorden og gav anledning til liv på vores planet, ville spørgsmålet om livets oprindelige oprindelse forblive ubesvaret.

Francis Crick og Leslie Orgel foreslog i 1973 en anden mulighed - kontrolleret panspermia, det vil sige den bevidste "infektion" af Jorden (sammen med andre planetsystemer) med mikroorganismer leveret på ubemandede rumfartøjer af en avanceret fremmed civilisation, der kan have stået over for en global katastrofe eller bare håbe på at terraforme andre planeter til fremtidig kolonisering [24] . Til fordel for deres teori fremførte de to hovedargumenter - universaliteten af ​​den genetiske kode (kendte andre kodevariationer bruges meget sjældnere i biosfæren og adskiller sig lidt fra den universelle) og molybdænets betydelige rolle i nogle enzymer. Molybdæn er et meget sjældent grundstof i hele solsystemet. Ifølge forfatterne kan den oprindelige civilisation have levet i nærheden af ​​en stjerne beriget med molybdæn.

Mod indvendingen om, at teorien om panspermia (herunder kontrolleret) ikke løser spørgsmålet om livets oprindelse, fremfører de følgende argument: på planeter af en anden type ukendt for os, kan sandsynligheden for livets oprindelse i begyndelsen være stor højere end på Jorden, for eksempel på grund af tilstedeværelsen af ​​specielle mineraler med høj katalytisk aktivitet.

I 1981 skrev F. Crick bogen "Livet selv: dets oprindelse og natur" [25] , hvori han redegør for hypotesen om kontrolleret panspermi mere detaljeret end i artiklen og i populær form.

Akademiker fra Det Russiske Videnskabsakademi A. Yu Rozanov , leder af kommissionen for astrobiologi ved Det Russiske Videnskabsakademi , mener, at livet på Jorden blev bragt fra rummet [26] .

Se også

Noter

  1. ↑ Gilyarov, 1986 , s. 7.
  2. ↑ Livets oprindelse  // Great Russian Encyclopedia  : [i 35 bind]  / kap. udg. Yu. S. Osipov . - M .  : Great Russian Encyclopedia, 2004-2017.
  3. ↑ Voet, Anders; Voet, Judith G. Biochemistry 1 (3. udgave). - New York: John Wiley & Sons, 2004. - ISBN 0-471-19350-X .
  4. ↑ Forskere annoncerede opdagelsen af ​​de ældste spor af liv på Jorden: Videnskab: Videnskab og teknologi: Lenta.ru . Hentet 28. oktober 2015. Arkiveret fra originalen 27. oktober 2015.
  5. ↑ Forskere har opdaget i Grønland de ældste fossiler på 3,7 milliarder år , TASS  (1. september 2016). Arkiveret fra originalen den 7. februar 2019. Hentet 2. september 2016.
  6. ↑ 1 2 Yanovskaya M. I. "Pasteur". - M .: " Young Guard ", 1960. (" De vidunderlige menneskers liv ")
  7. ↑ Morgulis, Sergius; Oparin, Alexander Ivanovich. Livets oprindelse. - New York: Dover Publications, 2003. - S. 25. - ISBN 0-486-49522-1 .
  8. ↑ Kapitel 1. "The Origin of Life" Arkiveksemplar af 13. oktober 2011 på Wayback Machine // Markov A.V. Kompleksitetens fødsel. — M.: Astrel , CORPUS , 2012. — 527 s.
  9. ↑ 1 2 Paul F. Lurquin. Livets og universets oprindelse. - Columbia University Press, 2003. - s. 96-99
  10. ↑ H. Rauchfuss Kemiske Evolution og Livets Oprindelse. — Springer, 2008. — s. 85-110
  11. ↑ Paul F. Lurquin. Livets og universets oprindelse. - Columbia University Press, 2003. - s. 96
  12. ↑ A. V. Markov . Origin of Life Arkiveret 21. december 2007 på Wayback Machine
  13. ↑ Shklovsky I.S. Univers, liv, sind. 4. udg., tilføje. - M .: Science , 1976. - S. 160 (kap. 13).
  14. ↑ David Diemer, Martin Van Kranendonk, Tara Jokic. Livskilder  // I videnskabens verden . - 2017. - Nr. 10 . - S. 14-20 .
  15. ↑ Natochin Yu. V. Natriumioners rolle som stimulus i evolutionen af ​​celler og flercellede dyr // Paleontologisk tidsskrift . - 2005. - Nr. 4. - S. 19-24.
  16. ↑ Mulkidjanian, A.Y.; Galperin, M.Y. (2009) "1. Om livets oprindelse i zinkverdenen. 2. Validering af hypotesen om de fotosyntetiserende zinksulfidbygninger som livets vugger på Jorden”, Biology Direct.
  17. ↑ Ward, D. (2010). First Fossil-Makers in Hot Water, Astrobiology magazine . Hentet 28. oktober 2013. Arkiveret fra originalen 3. juni 2013.
  18. ↑ Sugawara, T. et al. (2011). Selvreproduktion af supramolekylære gigantiske vesikler kombineret med amplifikation af indkapslet DNA, Nature Chemistry, 1127.
  19. ↑ . Pons, ML, (2011). Tidlige arkæiske serpentine muddervulkaner ved Isua, Grønland, som en niche for tidligt liv, PNAS, sept. femten.
  20. ↑ Vulkansk vugge og trojanske bakterier // RIA Novosti , 17. februar 2012
  21. ↑ Kritsky, M.S. Coenzymes and the evolution of RNA-verdenen  : [ ark. 19. oktober 2016 ] / M. S. Kritsky, T. A. Telegina // Fremskridt i biologisk kemi: zhurn. - 2004. - T. 44. - S. 341-364.
  22. ↑ 1 2 Vlasov, Kirill. Sukker fra Murchison-meteoritten er af udenjordisk oprindelse  // Elementy.ru . - 2019. - 20. december. — Dato for adgang: 21/12/2019.
  23. ↑ Markov, A. V. . Kompleksitetens fødsel: Evolutionær biologi i dag: uventede opdagelser og nye spørgsmål. — M  .: Astrel  : CORPUS , 2010. - S. 60. - 248 s. - (Elementer). - ISBN 978-5-17-084031-1 .
  24. ↑ "'Directed Panspermia' af Francis Crick og Leslie E Orgel i Icarus (1973) bind 19 sider 341-346" . Dato for adgang: 21. oktober 2009. Arkiveret fra originalen den 4. november 2009.
  25. ↑ Crick F. Selve livet: dets oprindelse og natur. - Simon og Schuster, 1981. - 192 s. — ISBN 0671255622 .
  26. ↑ Rundt bord i Dubna: der er udenjordisk liv . Pravda.Ru (26. december 2011). Dato for adgang: 20. januar 2012. Arkiveret fra originalen 5. februar 2012.

Litteratur

Filmografi

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
I bibliografiske kataloger
 Livets oprindelse
Begreber
Hypoteser
Undersøgelse
 Afsnit af biologi
Hovedafsnit
Andre afsnit
Beslægtede videnskaber
se ogsåLivets fremkomst