Происхождение жизни на Земле
Существует ряд больших вопросов галактического значения: "Одни ли мы во Вселенной?", "Существует ли еще жизнь, похожая на нашу?" и "Как появилась жизнь на нашей планете?" Если первые два вопроса не имеют подтвержденных данных, то с происхождением жизни на Земле мы разберемся уже в этой статье.
Бактерии — одна из первых форм жизни на Земле.
Содержание
- Кратко о происхождении жизни на Земле
- Изучение происхождения жизни на Земле
- Первичный бульон
- Метаболизм прежде всего
Водоросли в горячем источнике Йеллоустонского национального парка.
Кратко о происхождении жизни на Земле
- Возраст солнечной системы: 4,6 млрд лет
- Возраст земли: 4,56 млрд лет
- Старейший минерал (циркон): 4 404 млрд лет
- Зарождение океанов: от 4,4 до 4,2 млрд лет назад
- Старейшие горные породы: 4 031 млрд лет
- Старейшие геохимические следы жизни: 3,8 млрд лет
- Старейшие ископаемые строматолиты: 3,45 млрд лет
- Атмосфера обогащается кислородом: 2,4 млрд лет назад
- Ледниковая эра: 2,3 млрд лет назад
- Первые многоклеточные ископаемые: 2,1 млрд лет назад
- Первые ископаемые животные: 580 млн лет назад
Изучение происхождения жизни на Земле
Произведения научной фантастики изобилуют сюжетами о встречах с внеземными разумными существами. Но есть много других вероятных форм жизни, помимо клингонов. Большую часть истории Земли, например, жизнь существовала в форме чуть более развитой, чем болотная тина. Основная причина поиска внесолнечных планет в том, чтобы найти на них живые организмы. Проблема в том, что в основе известных нам форм жизни лежит ДНК, однако как долго как долго она является главным носителем генетической информации, неизвестно.
Располагая достоверной информацией лишь о существовании земной жизни, мы не можем получить ответ на вопрос, было ли наше появление (как утверждают некоторые) результатом совершенно невероятного космического совпадения или же мы результат обычных химических процессов, которые могут происходить в Галактике повсеместно. Очевидно, что важным шагом в решении этой головоломки станет понимание того, как жизнь появилась на нашей родной планете.
Эксперимент, разделивший историю исследований на «до» и «после», провел в Университете Чикаго в 1952 году нобелевский лауреат, химик Гарольд Юри и его аспирант Стэнли Миллер. Они попытались смоделировать условия раннего периода развития Земли, чтобы проверить возможность химической эволюции. В их замкнутой системе были вода (океаны), солнечное тепло, электрические разряды (удары молний) и смесь газов, соответствующая представлениям тех лет о составе атосферы Земли: водород, азот, метан, углекислый газ. Они запечатали систему, включили нагрев и электрические разряды и стали наблюдать. Через несколько недель цвет воды стал коричневато-бордовым, а дальнейший анализ показал, что она содержит аминокислоты «кирпичики» живых систем.
Философские выводы из эксперимента Миллера - Юри оказались гораздо ценнее строго научных. Исследователи показали, что самые обычные химические реакции в обыкновенных смесях могут привести к синтезу органических молекул, базовых для всех известных форм жизни, из неорганических. С того момента вопрос происхождения жизни перешел из категории абстрактных рассуждений в поле науки. Уже доказано, что Миллер и Юри задействовали в эксперименте неверную комбинацию материалов, но это неважно. Органические молекулы, полученные ими, впоследствии были обнаружены в веществе метеоритов, комет и даже межзвездной пыли. Получалось, что формирование необходимых для возникновения жизни веществ обычное дело. Это становило новый вопрос о происхождении жизни: как исходные «кирпичики» могут складываться в живую клетку?
Первичный бульон
После эксперимента Миллера - Юри мысль стала развиваться в новом направлении: как открытые ими химические процессы (или, как альтернатива, падение богатой органикой кометы или метеорита) превратило океан в бульон из молекул, включенных в дальнейший круговорот жизни? Этот бульон получил чудесное название первичного. При определенных условиях эти молекулы объединяются, их водная оболочка обретает четкие границы, в результате чего образуются многомолекулярные комплексы, способные поглощать энергию и воспроизводиться. В зависимости от теории это могло происходить в приливных бассейнах, в масляных пленках на поверхности океанов и в глине на океаническом дне.
Гипотезы, согласно которым жизнь являлась результатом цепочки случайных событий, относят к группе «теорий замороженных аварий», так как они опираются на идею, что набор молекул, образовавшийся в результате случайных столкновений, «вмораживается» в химический состав потомков.
В последнее время в научных сообществах набирают популярность альтернативные теории зарождения жизни. Из-за тектонической активности на Земле есть места, в которых горячее вещество мантии выходит на поверхность. Это происходит на океаническом дне, что приводит к образованию глубоководных (гидротермальных) желобов. В 1977 году ученые сделали поразительное открытие: в окрестностях таких желобов развивались комплексные экосистемы, образованные формами различных видов, процветающие в бульоне из энергетически насыщенных материалов.
Однажды, обнаружив это, ученые стали утверждать, что океаническое дно действительно является подходящим местом для развития жизни. Не только из-за доступности источника энергии, но и потому, что покрывающая его толща воды защитит рождающиеся «кирпичики» от вредного ультрафиолета. Согласно этим сценариям, жизнь на Земле появилась в глубоких океанических желобах и лишь позднее переместилась на сушу.
Глубоководный желоб, вблизи которого горячее и богатое минералами вещество из недр Земли выходит на поверхность, поддерживая комплексные экосистемы.
А если мы признаем тот факт, что жизнь начинается не на поверхности планеты, то обнаружение подповерхностных океанов на небесных телах во внешних областях Солнечной системы приобретает новое значение. Такие объекты, как спутник Юпитера - Европа, внезапно становятся приоритетными для поисков внеземной жизни.
Метаболизм прежде всего
Однако, есть и другой эволюционный путь. Надо только представить нормальные химические процессы (которые пока не выявлены), стимулирующие определенные виды реакций в химическом «вареве» первородного океана, реакции, которые приводят непосредственно к появлению примитивных форм жизни, в появлении сложных молекул при этом нет необходимости. Согласно этому подходу, жизнь началась с простых химических реакций и пришла к сложным формам за миллиарды последующих лет.
Какой бы путь для своего развития на нашей планете ни избрала жизнь, мы знаем, что она развивалась быстро, во всяком случае по меркам геологического времени. Прошедшие после Поздней тяжелой бомбардировки полмиллиарда лет дали жизни возможность развиваться непрерывно, о чем свидетельствуют окаменелости сложной бактериальной экосистемы, та самая болотная тина. Сложность этих организмов наводит на предположение, что ранние и простые формы появились довольно быстро после окончания бомбардировки, а значит химические реакции, которые привели к образованию экосистем на нашей планете, могут проходить с такими же скоростями и в других местах.
