Elu Maal ilmus enam kui 3,5 miljardit aastat tagasi - on raske hetke täpsemini määratleda, kasvõi ainult sellepärast, et pole kerge tõmmata piiri “peaaegu elus” ja “tõeliselt elus” vahel. Kuid võime kindlalt öelda, et see maagiline hetk ulatus paljude pikkade miljonite aastate jooksul. Sellegipoolest oli see tõeline ime.
Selle ime tõelise väärtuse hindamiseks peate tutvuma paljude kaasaegsete teooriatega, mis kirjeldavad elu sünni erinevaid võimalusi ja etappe. Alates reipast, kuid elutu lihtsate orgaaniliste ühendite komplektist kuni protoorganismideni, mis on teada surmast ja jõudnud lõputusse bioloogilise varieeruvuse võidujooksu. Lõppude lõpuks, kas need kaks terminit - muutlikkus ja surm - ei põhjusta kogu elu summat?..
1. Panspermia
Hüpoteesil elu Maale toomise kohta teistest kosmilistest kehadest on palju autoriteetseid kaitsjaid. Seda positsiooni pidasid suur Saksa teadlane Hermann Helmholtz ja Rootsi keemik Svante Arrhenius, vene mõtleja Vladimir Vernadsky ja Briti isand füüsik Kelvin. Teadus on aga faktide valdkond ja pärast kosmilise kiirguse avastamist ja selle hävitavat mõju kõigile elusolenditele näis panspermia surevat.
Kuid mida sügavamalt teadlased selle teema juurde sukelduvad, seda rohkem nüansse ilmneb. Niisiis, nüüd - sealhulgas arvukate katsete tegemine kosmoselaevadega - võtame nüüd palju tõsisemalt elusorganismide võimet taluda kiirgust ja külma, veepuudust ja muid kosmose olemise "võlusid". Asteroidide ja komeetide, kaugete gaasi- ja tolmuklastrite ning protoplanetaarpilvede igat liiki orgaaniliste ühendite leid on arvukas ja väljaspool kahtlust. Kuid väited selle kohta, et neis on avastatud mikroobidele kahtlaselt sarnaseid jälgi, jäävad tõestamata.
Lihtne on näha, et kogu oma lummamise korral kannab panspermia teooria vaid küsimuse elu päritolu kohta teise kohta ja teisele ajale. Mis iganes esimesed organismid Maale tõi - olgu see juhuslik meteoriit või kõrgelt arenenud tulnukate salakaval plaan, pidid nad sündima kuskil ja kuidagi. Ärge laske siin ja minevikus palju kaugemale - aga elu pidi välja kasvama elutusest ainest. Küsimus "Kuidas?" jäänused.
Reklaamvideo:
1. Teaduslik: spontaanne genereerimine
Kõrgetasemeliselt arenenud elusaine spontaanset päritolu eluta olekust - nagu kärbseseene vastsete sünd mädanenud liha puhul - võib seostada Aristotelesega, kes üldistas paljude eelkäijate mõtteid ja moodustas iseenesliku genereerimise tervikliku õpetuse. Nagu teisedki Aristotelese filosoofia elemendid, oli spontaanne genereerimine keskaegses Euroopas domineeriv doktriin ja nautis teatavat tuge kuni Louis Pasteuri katseteni, kes näitasid veenvalt, et isegi kärbeste vastsed vajavad vanemate kärbeste ilmumist. Ärge ajage omaalgatuslikku põlvkonda kaasaegsete elutegevuse abiogeense päritolu teooriatega segamini: erinevus nende vahel on põhimõtteline.
2. Esmane puljong
See kontseptsioon on tihedalt seotud klassikaliste katsetega, mis olid suutnud Stanley Milleri ja Harold Urey 1950. aastate staatuse omandada. Laboris modelleerisid teadlased tingimused, mis noore maa pinnal võiksid eksisteerida - metaani, süsinikmonooksiidi ja molekulaarse vesiniku segu, arvukad elektrilahendused, ultraviolettvalgus - ja peagi muudeti metaani süsinikust enam kui 10% erinevate orgaaniliste molekulideks. Miller-Urey katsetes saadi üle 20 aminohappe, suhkru, lipiidi ja nukleiinhappe prekursori.
Nende klassikaliste katsete kaasaegsed variatsioonid kasutavad palju keerukamaid seadistusi, mis sobivad paremini varase Maa tingimustega. Nad simuleerivad vulkaanide mõju nende vesiniksulfiidi ja vääveldioksiidi heitkoguste, lämmastiku olemasolu jne abil. Nii õnnestub teadlastel saada tohutult ja mitmekesist kogust orgaanilisi aineid - potentsiaalse elu potentsiaalseid ehitusplokke. Nende eksperimentide põhiprobleemiks jääb ratsemaat: optiliselt aktiivsete molekulide (näiteks aminohapete) isomeerid moodustuvad segus võrdsetes kogustes, samas kui kogu meile teadaolev elu (väheste ja kummaliste eranditega) hõlmab ainult L-isomeere.
Naaseme selle probleemi juurde hiljem. Siinkohal tuleks lisada ka see, et hiljuti - 2015. aastal - näitasid Cambridge'i professor John Sutherland ja tema meeskond võimalust moodustada väga lihtsatest lähtekomponentidest kõik põhilised "elu molekulid", DNA, RNA ja valkude komponendid. Selle segu peategelased on vesiniktsüaniid ja vesiniksulfiid, mis pole kosmoses nii haruldased. Neile jääb lisada mõned mineraalid ja metallid, mida leidub Maal piisavas koguses, näiteks fosfaadid, vask ja raudsoolad. Teadlased on üles ehitanud üksikasjaliku reaktsiooniskeemi, mis võib hästi luua rikkaliku "ürgse supi", nii et selles ilmneksid polümeerid ja mängu tuleks täieõiguslik keemiline evolutsioon.
Milleri ja Urey katsetega katsetatud elu orgaanilisest puljongist pärit abiogeense päritolu hüpotees esitas 1924. aastal Nõukogude biokeemik Alexander Oparin. Ja kuigi lüsenkoismi õitsengu "pimedatel aastatel" võttis teadlane teadusliku geneetika vastaste külje alla, on tema teened suured. Akadeemiku rolli tunnustamiseks kannab tema nimi Rahvusvahelise Elu Päritolu Uuringute Teadusliku Ühingu (ISSOL) väljaantud peaauhinda - Oparini medalit. Auhinda antakse välja iga kuue aasta tagant ning erinevatel aegadel on seda välja pannud nii Stanley Miller kui ka suur kromosoomiuurija, Nobeli preemia laureaat Jack Shostak. Tunnustades Harold Urey tohutut panust, annab ISSOL välja Urey medali Oparini medali vahel (ka iga kuue aasta tagant). Tulemuseks on ainulaadne, tõeline evolutsiooniauhind - muudetava nimega.
3. Keemiline areng
Teooria püüab kirjeldada suhteliselt lihtsate orgaaniliste ainete muutumist üsna keerukateks keemilisteks süsteemideks, elu enda eellasteks väliste tegurite mõjul, valiku- ja enesekorraldusmehhanismide mõjul. Selle lähenemisviisi põhikontseptsioon on "vesi-süsinik šovinism", mis esitab need kaks komponenti (vesi ja süsinik - NS) absoluutselt vajalikuks ja võtmeks elu tekkimisele ja arengule, olgu need Maal või kuskil mujal. Ja peamiseks probleemiks jäävad tingimused, mille korral võib „vesisüsiniku šovinism” areneda väga keerukateks keemilisteks kompleksideks, mis on võimelised ennekõike ise reprodutseeruma.
Ühe hüpoteesi kohaselt võis molekulide primaarne korraldus esineda savi mineraalide mikropoorides, millel oli struktuurne roll. Šoti keemik Alexander Graham Cairns-Smith esitas selle idee paar aastat tagasi. Komplekssed biomolekulid võivad settida ja polümeriseeruda nende sisepinnale nagu maatriks: Iisraeli teadlased on näidanud, et sellised tingimused võimaldavad kasvatada piisavalt pikki valguahelaid. Siin võivad koguneda nõutavad kogused metallisoolasid, millel on oluline roll keemiliste reaktsioonide katalüsaatoritena. Saviseinad võiksid toimida rakumembraanidena, jagades "sisemise" ruumi, milles toimuvad üha keerukamad keemilised reaktsioonid, ja eraldades selle välisest kaosest.
Kristalliliste mineraalide pinnad võiksid olla "maatriksid" polümeerimolekulide kasvamiseks: nende kristallvõre ruumiline struktuur on võimeline valima ainult ühte tüüpi optilisi isomeere - näiteks L-aminohappeid -, et lahendada probleem, millest me eespool rääkisime. Primaarse "metabolismi" energiat saab anorgaaniliste reaktsioonide kaudu, näiteks mineraalpüriidi (FeS2) redutseerimisega vesinikuga (raudsulfiidiks ja vesiniksulfiidiks). Sel juhul pole keerukate biomolekulide ilmnemiseks vaja ei välku ega ultraviolettkiirgust, nagu Miller-Urey eksperimentides. See tähendab, et võime vabaneda nende tegevuse kahjulikest külgedest.
Noor Maa ei olnud kaitstud päikesekiirguse kahjulike ja isegi surmavate komponentide eest. Isegi tänapäevased, evolutsiooniliselt testitud organismid ei suudaks seda karmi ultraviolettkiirgust taluda - hoolimata sellest, et Päike ise oli palju noorem ega andnud planeedile piisavalt soojust. Sellest kerkis hüpotees, et ajastul, mil toimus elu päritolu ime, võis kogu Maa olla kaetud paksu jääkihiga - sadu meetreid; ja see on kõige parem. Selle jääkatte all peidus võis elu tunda end ultraviolettkiirguse ja sagedaste meteooriliste rünnakute eest, mis ähvardasid selle pungi hävitada. Suhteliselt jahe keskkond võiks stabiliseerida ka esimeste makromolekulide struktuuri.
4. mustad suitsetajad
Tõepoolest, ultraviolettkiirgus noorel Maal, kelle atmosfäär ei sisaldanud veel hapnikku ja milles ei olnud sellist imelist asja nagu osoonikiht, oleks iga sündiva elu jaoks surmav olnud. Sellest kasvas eeldus, et elusorganismide habras esivanemad olid sunnitud kuskil eksisteerima, varjates end pideva steriliseerimise voolu eest kõik ja kõik kiired. Näiteks sügaval vee all - muidugi seal, kus on piisavalt mineraale, segamist, soojust ja energiat keemilisteks reaktsioonideks. Ja selliseid kohti leiti.
Kahekümnenda sajandi lõpupoole sai selgeks, et ookeanipõhi ei saa mingil juhul olla keskaegsete koletiste pelgupaik: siinsed tingimused on liiga karmid, temperatuur on madal, radiatsioon puudub ja haruldased orgaanilised ained suudavad settida vaid pinnalt. Tegelikult on need kõige ulatuslikumad poolkõrbed - mõne märkimisväärse erandiga: otse seal, sügaval vee all, geotermiliste allikate väljavooluavade lähedal, on elu sõna otseses mõttes täies hoos. Sulfiididega küllastunud must vesi on kuum, aktiivselt segunenud ja sisaldab palju mineraale.
Musta ookeani suitsetajad on väga rikkad ja omapärased ökosüsteemid: neid toitvad bakterid kasutavad raua-väävli reaktsioone, millest me oleme juba arutanud. Need on täielikult õitseva elu aluseks, sealhulgas hulgaliselt ainulaadseid usse ja krevette. Võib-olla olid need aluseks planeedi elu päritolule: vähemalt teoreetiliselt kannavad sellised süsteemid kõike selleks vajalikku.
2. Teaduslik: vaimud, jumalad, esivanemad
Igasuguseid kosmoloogilisi müüte maailma päritolu kohta kroonivad alati antropogoonilised - inimese päritolu kohta. Ja nendes fantaasiates saab ainult kadestada iidsete autorite kujutlusvõimet: küsimuses, mis, kuidas ja miks tekkis kosmos, kus ja kuidas elu - ja inimesed - ilmusid, kõlasid versioonid väga erinevalt ja peaaegu alati ilusti. Taimed, kalad ja loomad püüdsid merepõhjast tohutu ronk, inimesed roomasid esivanema Pangu kehast välja kui savist ja tuhast vormitud ussid sündisid jumalate ja koletiste abielust. Kõik see on üllatavalt poeetiline, kuid loomulikult pole sellel midagi pistmist teadusega.
5. RNA maailm
Dialektilise materialismi põhimõtete kohaselt on elu kahe põhimõtte "ühtsus ja võitlus": ühelt poolt muutuv ja päritud teave ning teiselt poolt biokeemilised, struktuurifunktsioonid. Üks on võimatu ilma teiseta - ja küsimus, kust elu algas, teabe ja nukleiinhapete või funktsioonide ja valkudega, on endiselt üks keerulisemaid. Ja üks selle paradoksaalse probleemi teadaolevaid lahendusi on 1960ndate lõpus ilmunud ja lõpuks 1980ndate lõpus kuju saanud "RNA-maailma" hüpotees.
RNA - makromolekulid, teabe talletamine ja edastamine pole nii tõhusad kui DNA ning ensümaatiliste funktsioonide täitmine - mitte nii muljetavaldav kui valgud. Kuid RNA molekulid on mõlemad võimelised ja toimivad seni raku teabevahetuses ülekandelinkina ja katalüüsivad selles mitmeid reaktsioone. Valgud pole ilma DNA-teabeta võimelised replitseeruma ja DNA pole valkude "oskusteta" seda võimeline. Teisest küljest võib RNA olla täiesti autonoomne: see suudab katalüseerida enda "taastootmist" - ja sellest piisab alguseks.
RNA-maailma hüpoteesi raames tehtud uuringud on näidanud, et need makromolekulid on võimelised täielikuks keemiliseks evolutsiooniks. Võtame näiteks illustreeriva näite, mida näitasid California biofüüsikud Lesley Orgeli juhtimisel: kui isepüleerumiseks võimelisele RNA lahusele lisatakse etiidiumbromiidi, mis toimib selle süsteemi jaoks mürgina, blokeerib RNA sünteesi vähehaaval koos makromolekulide põlvkondade muutumisega segus Ilmnevad RNA-d, mis on vastupidavad isegi väga kõrgele toksiini kontsentratsioonile. Midagi sellist, arenedes, võiksid esimesed RNA molekulid leida viisi esimeste tööriistade-valkude sünteesimiseks ja seejärel - koos nendega - "avastada" enda jaoks DNA topeltheeliksi, mis on päriliku teabe ideaalne kandja.
3. Teaduslik: muutmatus
Mitte teaduslikumaks kui lugude kohta esimestest esivanematest ei saa nimetada vaateid, mis kannavad paikse riigi teooria valju nime. Tema toetajate sõnul pole elu kunagi tekkinud - nii nagu Maad ei sündinud ega ilmnenud ka kosmos: nad lihtsalt olid alati, alati ja jäävad. See kõik pole õigustatum kui Pangu ussid: sellise "teooria" tõsiseks võtmiseks tuleb unustada lugematu arv paleontoloogia, geoloogia ja astronoomia leide. Ja tegelikult tuleks loobuda kogu kaasaegse teaduse grandioossest hoonest - kuid siis tasub ehk loobuda kõigest, mis selle elanike tõttu on, sealhulgas arvutitest ja valudeta hambaravis.
6. Protorakud
Lihtsast replikatsioonist ei piisa aga "normaalse elu" jaoks: igasugune elu on kõigepealt keskkonna ruumiliselt isoleeritud ala, mis eraldab ainevahetusprotsesse, hõlbustab mõnede reaktsioonide kulgu ja võimaldab teisi välistada. Teisisõnu, elu on rakk, mis on piiratud lipiididest koosneva poolläbilaskva membraaniga. Ja "protorakud" oleks pidanud ilmuma juba Maal elamise kõige varasemas staadiumis - esimese hüpoteesi nende päritolu kohta väljendas Aleksander Oparin, kes on meile hästi teada. Tema arvates võiksid hüdrofoobsete lipiidide tilgad, mis meenutavad vees hõljuvaid kollaseid õlitilkasid, "protomembraanidena".
Üldiselt aktsepteerib teadlase ideid moodne teadus ja selle teemaga oli seotud ka Jack Shostak, kes sai oma töö eest Oparini medali. Koos Katarzyna Adamalaga õnnestus tal luua omamoodi “protokeli” mudel, mille membraani analoog ei koosnenud mitte kaasaegsetest lipiididest, vaid veelgi lihtsamatest orgaanilistest molekulidest, rasvhapetest, mis võisid hästi koguneda esimeste protoorganismide päritolukohtadesse. Shostak ja Adamala suutsid oma struktuure isegi "taaselustada", lisades söötmele magneesiumioonid (stimuleerides RNA polümeraaside tööd) ja sidrunhape (stabiliseerides rasvmembraanide struktuuri).
Selle tulemusel lõppesid nad täiesti lihtsa, kuid mõneti elava süsteemiga; igal juhul oli tegemist tavalise algloomaga, mis sisaldas membraaniga kaitstud keskkonda RNA paljunemiseks. Sellest hetkest saate sulgeda elu eelajaloo viimase peatüki - ja alustada selle ajaloo esimesi peatükke. Kuid see on täiesti erinev teema, nii et räägime ainult ühest, kuid äärmiselt olulisest kontseptsioonist, mis on seotud elu arengu esimeste sammudega ja tohutu hulga organismide tekkega.
4. Teadusteta: igavene tagasitulek
India filosoofia "korporatiivne" esitus lääne filosoofias, mis on seotud Immanuel Kanti, Friedrich Nietzsche ja Mircea Eliade loominguga. Poeetiline pilt iga elava hinge igavesest eksimisest läbi maailmade ja nende asukate lõpmatu kogumi, selle teisenemisest tähtsusetuks putukaks, seejärel kõrgendatud luuletajaks või isegi meile tundmatu olendiks, deemoniks või jumalaks. Hoolimata reinkarnatsiooni ideede puudumisest, on Nietzsche sellele ideele tõesti lähedal: igavik on igavene, mis tähendab, et iga sündmus selles võib - ja seda tuleks korrata uuesti. Ja iga olend pöörleb lõputult sellel universaalse tagasituleku karussellil, nii et ainult pea keerleb ja väga esmane päritolu probleem kaob kuskil lugematute korduste kaleidoskoobis.
7. Endosümbioos
Vaadake end peeglisse, vaadake silmadesse: olend, kellega te teineteisele otsa vaatate, on keerukas hübriid, mis on tekkinud ammusest ajast. Veel 19. sajandi lõpus märkas saksa-inglise loodusteadlane Andreas Schimper, et kloroplastid - fotosünteesi eest vastutavad taimeraku organellid - paljunevad rakust eraldi. Varsti oli hüpotees, et kloroplastid on sümbiontid, fotosünteesivate bakterite rakud, mille peremees kord alla neelas - ja jäeti siia igaveseks elama.
Muidugi, meil pole kloroplasti, muidu võiksime päikesevalgusest toituda, nagu väidavad mõned pseudo-religioossed sektid. Ent 1920ndatel laiendati endosümbioosi hüpoteesi mitokondrite ehk organellide jaoks, mis tarbivad hapnikku ja tarnivad energiat kõigile meie rakkudele. Tänaseks on see hüpotees omandanud täieõigusliku, korduvalt tõestatud teooria staatuse - piisab, kui öelda, et mitokondritel ja plastiididel on oma genoom, enam-vähem rakkude jagunemismehhanismid ja oma valkude sünteesi süsteemid.
Looduses on leitud ka teisi endosümbionte, millel pole miljardeid aastaid ühist evolutsiooni selja taga ja mille raku integreerumine on vähem sügaval tasemel. Näiteks pole mõnedel amööbidel oma mitokondreid, kuid nende sees on bakterid, kes täidavad oma rolli. Teiste organellide - sealhulgas flagella ja cilia ning isegi raku tuuma - endosümbiootilise päritolu kohta on hüpoteese: mõne uurija sõnul on meie kõigi eukarüootid enneolematu sulandumise tagajärg bakteritele ja archaeale. Need versioonid ei ole veel ranget kinnitust leidnud, kuid üks on selge: kohe, kui see tekkis, hakkas elu oma naabreid neelama - ja suhtlema nendega, sünnitades uue elu.
5. Teaduslik: kreationism
Kreatsionismi kontseptsioon tekkis 19. sajandil, mil seda sõna hakati nimetama maailma ja elu ilme mitmesuguste versioonide toetajateks, välja pakkunud Toora, piibli ja teiste monoteistlike usundite pühade raamatute autorid. Kuid tegelikult ei pakkunud kreatsionistid nende raamatutega võrreldes midagi uut, üritades ikka ja jälle teaduse rangeid ja põhimõttelisi järeldusi ümber lükata - ja tegelikult ikka ja jälle, kaotades ühe positsiooni teise järel. Kahjuks on tänapäevaste pseudoteadlaste-kreatsionistide ideesid palju lihtsam mõista: reaalteaduse teooriate mõistmiseks on vaja palju vaeva näha.
Sergei Vassiljev
