Тайна появления жизни на земле. часть первая: как создать клетку?

      Комментарии к записи Тайна появления жизни на земле. часть первая: как создать клетку? отключены

Тайна появления жизни на земле. часть первая: как создать клетку?

Сейчас жизнь завоевала любой квадратный сантиметр Почвы, но в то время, когда планета лишь сформировалась, она была мертвым камнем. Как и в то время, когда случился знаковый переход? С чего началась жизнь?

Чуть ли возможно придумать более важный, громадный и непростой вопрос. в течении большей части истории никто не сомневался в том, что это дело всевышних. Любое второе объяснение было немыслимым.

Больше нет. За последнее столетие многие ученые пробовали узнать, с чего имела возможность начаться первая жизнь. Они кроме того пробовали воссоздать момент Сотворения в собственных лабораториях: создать совсем новую судьбу с нуля.

До тех пор пока никому это не удалось, но мы прошли продолжительный путь. Сейчас многие ученые, изучающие происхождение судьбы, уверены, что они на верном пути — и у них имеется опыты, каковые подкрепляют их уверенность в этом.

Это история отечественных попыток узнать отечественное подлинное происхождение. Это история одержимости, блестящего творчества и борьбы, каковые стали причиной некоторым из величайших открытий современной науки. Рвение осознать истоки судьбы отправляло женщин и мужчин в самые отдаленные уголки отечественной планеты.

Некоторых ученых вычисляли сатанами во плоти, другие же работали под пятой ожесточённых тоталитарных кабинетов министров.

Это история рождения судьбы на Земле.

В действительности динозавры жили недавно

Жизнь ветха. Динозавры — самые узнаваемые вымершие создания — показались 250 миллионов лет назад. Но жизнь показалась намного, намного раньше.

Старейшим из известных окаменелостей порядка 3,5 миллиарда лет, в 14 раза больше, чем самым ветхим динозаврам. Но окаменевшая летопись может уводить нас еще дальше. К примеру, лишь в августе 2016 года ученые нашли окаменелых микробов, которым 3,7 миллиарда лет.

Этим волнистым узорам возможно 3,7 миллиарда лет

Сама Почва ненамного старше, ей 4,5 миллиарда лет.

В случае если высказать предположение, что жизнь появилась на Земле — что представляется разумным, учитывая, что мы до сих пор не нашли ее в другом месте, — то это должно было случиться в тот миллиард лет, что протекал между появлением и формированием Земли самых ветхих известных окаменелостей.

Сужая диапазон времени вероятного появления судьбы, мы можем делать обоснованные догадки о том, как это случилось.

Древо судьбы: больше всего бактерий и архей

С 19 века биологи знают, что все живые существа складываются из «клеток»: маленьких мешочков живой материи, каковые бывают различных размеров и форм. В первый раз клетки были найдены в 17 веке, благодаря изобретению первых микроскопов, но потребовалось более ста лет, чтобы выяснить, что они были базой всей жизни.

Вы, само собой разумеется, не похожи на сома либо тираннозавра, но микроскоп продемонстрирует, что вы сделаны фактически из тех же клеток. Как и растения, и грибы. Но пока что самой бессчётной формой судьбы являются микробы, складывающиеся из одной клетки.

Бактерии — самая узнаваемая несколько, их возможно отыскать везде на Почва.

В апреле 2016 года ученые представили обновленную версию «древа судьбы»: в некоем смысле фамильного древа каждого живущего вида. Практически все ветви представлены бактериями. Более того, форма этих ветвей показывает, что бактерии были неспециализированным предком всей жизни.

Иначе говоря каждое живое существо — включая вас — случилось от бактерий.

Выходит, мы можем правильнее выяснить проблему происхождения судьбы. Применяя лишь условия и материалы, каковые были на Земле 3,5 миллиарда лет назад, мы должны сделать клетку.

Как сложно это будет?

Целая живая клетка

в течении практически всей истории никто не считал нужным задаваться вопросом, как показалась жизнь, потому, что ответ казался очевидным. До 1800-х годов большая часть людей верили в «витализм». Это интуитивное представление, что живые существа наделены особенным, волшебным свойством, которое отличает их от неодушевленных предметов.

Витализм довольно часто связывался с религиозными убеждениями. Библия говорит, что Всевышний применял «дыхание судьбы», дабы оживить первых людей, и бессмертная душа есть формой витализма.

Лишь вот имеется одна неприятность. Витализм — это полная чушь.

К началу 1800-х годов ученые нашли пара веществ, каковые казались неповторимыми для жизни. Одно из таких соединений было мочевиной, которую нашли в моче и выделили в 1799 году. Лишь это все так же укладывалось в концепцию витализма.

Лишь живые существа были в состоянии создавать эти химические вещества, исходя из этого они, по всей видимости, были заряжены энергией судьбы и это делало их особыми.

Но в 1828 году германский химик Фридрих Вёлер отыскал метод делать мочевину из распространенного химического вещества, цианата аммония, что не имел очевидную сообщение с живыми существами. Другие последовали его примеру, и скоро стало ясно, что химические вещества судьбы возможно сделать из более несложных веществ, не имеющих ничего общего с судьбой.

Фридрих Вёлер, германский химик

Это был финиш для витализма в качестве научной концепции. Но людям выяснилось тяжело расстаться с данной идеей. Весьма многим казалось, что сказать, что в химических вещества судьбы нет ничего «особого», это как отнимать у жизни ее волшебство, делать ее механической либо бездушной.

Ну и, конечно же, это противоречило Библии.

Кроме того ученые пробовали спасти витализм. Еще в 1913 году британский биохимик Бенджамин Мур горячо проталкивал теорию «биотической энергии», которая была тем же витализмом, но с другим заглавием. У данной идеи был сильный эмоциональный подтекст.

Да и сейчас, но, эта мысль иногда всплывает тут и в том месте. К примеру, существует множество научно-фантастических историй, в которых «энергию судьбы» возможно расширить либо высосать. Вспомните «энергию регенерации», применяемую Повелителями Времени в «Враче Кто».

Думается необыкновенным, но это весьма и весьма ветхая мысль.

Однако по окончании 1828 года ученые взяли здравые обстоятельства искать «безбожное» объяснение первого появления судьбы. Но не искали. Казалось бы, эту тему необходимо изучить, но по факту тайну происхождения судьбы игнорировали десятилетиями.

Быть может, все еще были через чур привязаны к витализму, дабы сделать следующий ход.

Чарльз Дарвин продемонстрировал, что вся жизнь случилась от одного неспециализированного предка

Вместо этого огромным прорывом в биологии 19 века стала теория эволюции, созданная Чарльзом Дарвином и другими.

Теория Дарвина, изложенная в «Происхождении видов» в 1859 году, растолковала, как все это разнообразие судьбы имело возможность показаться из единственного неспециализированного предка. Любой отдельный вид сейчас уже не был создан Всевышним, а случился от старого организма, что жил миллионы лет назад: последний универсальный неспециализированный предок.

Эта мысль была очень противоречивой, снова же, по причине того, что не сходилась с Библией. его идеи и Дарвин оказались под шквалом атаки, частично возмущенных христиан.

Теория эволюции ничего не сказала о том, как показался самый первый организм.

Дарвин думал, что жизнь показалась в «мелком теплом пруду»

Дарвин знал, что это глубочайший вопрос, но — быть может, опасаясь новых нападок со стороны церкви — осмелился обсудить его только в 1871 году. немного поднятый тон письма говорит о том, что он знал глубокое значение этого вопроса:

«Но если бы (и ох какое это громадное «если бы») мы имели возможность представить себе маленький теплый пруд со всеми видами фосфорной соли и аммиака — со светом, теплом, электричеством — в котором химически появилось бы протеиновое соединение, готовое пройти через еще более сложные трансформации…»

Иначе говоря что в случае если когда-то был маленькой водоем, наполненный несложными органическими соединениями и купающийся в солнечном свете? Кое-какие из этих соединений, быть может, в совокупности образовали бы полуживое вещество наподобие белка, что имел возможность бы начать развиваться и становиться все более сложным.

Эта мысль была поверхностной. Но она легла в базу первой догадки появления судьбы.

Что любопытно, эта догадка показалась в СССР.

Александр Опарин жил и трудился в СССР

Во времена Сталина все было под контролем страны. Кроме того идеи людей, биологов, не связанных с коммунистической политикой. Что примечательно, Сталин практически запрещал ученым изучать простую генетику.

Вместо этого он продвигал идеи фермера Трофима Лысенко, каковые, согласно его точке зрения, больше соответствовали коммунистической идеологии. Ученые, трудящиеся в области генетики, были вынуждены публично поддерживать идеи Лысенко, дабы не появляться в лагерях.

Как раз в таковой репрессивной среде Александр Опарин проводил собственные исследования биохимии. Он имел возможность трудиться, потому, что был преданным коммунистом: поддерживал идеи Лысенко а также взял орден Ленина, высшую приз времен СССР.

В 1924 году Опарин напечатал свою работу «Происхождение судьбы». В ней он изложил собственный видение зарождения судьбы, которое было поразительно похоже на мелкий теплый пруд Дарвина.

Океаны сформировались по окончании того, как Почва остыла

Опарин пробовал представить, какой была Почва по окончании формирования. Поверхность была обжигающе горячей, потому, что на нее падали камни из космоса. Мешанина из полурасправленных пород, содержащих громадный спектр веществ, среди них и на базе углерода.

В итоге Почва остыла достаточно, дабы пар конденсировался в жидкую воду и отправился первый ливень. Он наполнил земные океаны, каковые были тёплыми и богатыми углеродсодержащими химическими веществами. То, что необходимо для судьбы.

Сперва разные химические вещества взаимодействовали между собой с образованием множества новых соединений, кое-какие из которых были сложными. Опарин высказал предположение, что молекулы, наиболее значимые для жизни, аминокислоты и сахара, имели возможность появиться в водах Почвы.

После этого кое-какие химические вещества начали вырабатывать микроскопические структуры. Большое количество органических веществ не растворяется в воде: к примеру, масла образуют слой поверх воды. Но в то время, когда кое-какие из этих веществ контактируют с водой, они образуют сферические шарики «коацерваты», каковые смогут быть до 0,01 сантиметра в поперечнике.

Если вы посмотрите на коацерваты через микроскоп, они ведут себя очень подвижно, как живые клетки. Они растут и меняют форму, время от времени делятся на две части. Они также будут вбирать химические вещества из окружающей воды, исходя из этого в них могут быть подобные судьбы химвещества.

Опарин высказал предположение, что коацерваты были предками современных клеток.

Пятью годами позднее, в 1929 году, британский биолог Джон Бёрдон Сандерсон Холдейн независимо предположил весьма похожие идеи в маленькой статье, размещённой в Rationalist Annual.

К тому времени Холдейн уже много внес в теорию эволюции, помогая интегрировать идеи Дарвина в развивающуюся науку о генетике.

Британский генетик Дж. Холдейн

Как и Опарин, Холдейн обрисовал, как органические вещества имели возможность бы накапливаться в воде, «до тех пор пока первобытные океаны не дошли бы до консистенции тёплого разбавленного супа». Это подготовило бы землю для «первых живых либо полуживых вещей», каковые сформировались и появились в узкой масляной пленке.

Показательно, что среди всех биологов мира лишь Опарин и Холдейн дошли до этого. Идея о том, что живые организмы смогут появиться в ходе несложных химических реакций, без всевышнего либо кроме того «жизненной силы», была радикальной. Как и теория эволюции Дарвина до нее, она также была плевком в лицо христианства.

Но в рамки СССР вписывалась превосходно. Коммунистический режим был официально атеистическим, а его фавориты с удовольствием поддерживали каждые материалистические объяснения глубоких явлений наподобие жизни. Холдейн также был атеистом и еще и коммунистом в придачу.

«В то время принятие либо непринятие идеи зависело в основном от человека: был ли он религиозным, поддерживал ли левые либо коммунистические идеи», говорит специалист по происхождению судьбы Армен Мулкиджанян из Университета Оснабрюк в Германии. «В Советском Альянсе их принимали с удовольствием, по причине того, что им был не нужен Всевышний. На западе, в случае если посмотреть на людей, каковые мыслили в этом направлении, все они были левыми, коммунистами и без того потом».

Идея о том, что жизнь сформировалась в первичном бульоне органических веществ, стала догадкой Опарина-Холдейна. Она была аккуратной и убедительной, но была одна неприятность. Ее не поддерживали никакие экспериментальные доказательства.

И без того длилось практически четверть века.

Гарольд Юри

К тому времени, в то время, когда Гарольд Юри начал интересоваться происхождением судьбы, он уже взял Нобелевскую премию по химии 1934 года и помог выстроить ядерную бомбу. На протяжении Второй мировой Юри трудился над Манхэттенским проектом, собирая нестабильный уран-235, нужный для сердечника бомбы. По окончании войны он боролся, дабы сохранить ядерные разработки под контролем граждан.

Кроме этого он заинтересовался химией космоса, в частности тем, что происходило во времена формирования Нашей системы. в один раз он прочитал лекцию и подчернул, что в воздухе Почвы, возможно, не было кислорода, в то время, когда она в первый раз сформировалась. Это стало совершенным дополнением к первичному бульону Опарина и Холдейна: хрупкие химические вещества могли быть стёрты с лица земли при взаимодействии с кислородом.

Докторант по имени Стэнли Миллер был в аудитории, а после этого подошел к Юри с вопросом: возможно ли проверить эту идею? Юри был скептичен, но Миллер настоял на своем. Исходя из этого в 1952 году Миллер начал самый узнаваемый опыт на тему происхождения судьбы.

Опыт Миллера-Юри

Настройки были несложными. Миллер соединил серию стеклянных колб и разрешил войти по ним четыре химических вещества, каковые имели возможность находиться на ранней Почва: кипящая вода, газообразный водород, метан и аммиак. После этого он подверг газы многократному действию электрического тока, дабы имитировать удары молнии, каковые были простым явлением на Земле в те времена.

Миллер понял, что «вода во флаконах стала существенно розовее по окончании первого дня, а к концу семь дней раствор стал красным и мутным». Разумеется, появилась смесь веществ.

Проанализировав смесь, Миллер понял, что в ней имеется две аминокислоты: аланин и глицин. Аминокислоты довольно часто именуют строительными блоками судьбы. Они употребляются для образования белков, каковые руководят большинством химических процессов в отечественных телах.

Миллер сделал два наиболее значимых компонента судьбы практически с нуля.

Результаты были размещены в респектабельном издании Science в 1953 году. Юри поступил очень необычно для старших ученых, сняв собственный имя с работы и дав все лавры Миллеру. Не обращая внимания на это, изучение довольно часто именуют «опытом Миллера-Юри».

Стэнли Миллер в лаборатории

«Сила Миллера-Юри в том, что вы имеете возможность произвести множество биологических молекул легко из воздуха», говорит Джон Сазерленд из Лаборатории молекулярной биологии в Кембридже, Англия.

Подробности были неверными, потому, что более поздние изучения продемонстрировали, что воздух ранней Почвы была второй смесью газов. Но это не меняет факта. Опыт удался, простимулировал воображение публики и разлетелся на цитаты.

По окончании опыта Миллера другие ученые начали искать методы создания несложных биологических молекул с нуля. Ответ тайны происхождения судьбы, казалось, вот-вот покажется.

Но позже стало известно, что жизнь была сложнее, чем кто-либо думал. Живые клетки были не только мешками с химическими веществами: они были сложнейшими маленькими автомобилями. Неожиданно создание клетки с нуля выяснилось значительно более сложной задачей, чем думали ученые.

Продолжение направляться…

История Земли за 2 часа | Лучший документальный фильм BBC


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: