Kehidupan di Bumi muncul lebih dari 3,5 miliar tahun yang lalu - sukar untuk menentukan saat ini dengan lebih tepat, jika hanya kerana tidak mudah untuk menarik garis antara "hampir hidup" dan "benar-benar hidup". Namun, kita dapat mengatakan dengan pasti bahawa momen ajaib ini terbentang selama berjuta-juta tahun yang panjang. Namun, itu adalah keajaiban sebenar.
Untuk menghargai keajaiban ini pada nilai sebenarnya, anda perlu berkenalan dengan sejumlah teori moden yang menerangkan pelbagai pilihan dan peringkat kelahiran kehidupan. Dari sekumpulan sebatian organik sederhana yang cepat tetapi tidak bernyawa ke protoorganisma yang telah mengetahui kematian dan memasuki perlumbaan kebolehubahan biologi yang tidak berkesudahan. Lagipun, bukankah kedua-dua istilah ini - kebolehubahan dan kematian - menimbulkan keseluruhan kehidupan?..
1. Panspermia
Hipotesis tentang menghidupkan Bumi dari badan kosmik lain mempunyai banyak pembela yang berwibawa. Kedudukan ini dipegang oleh saintis Jerman yang hebat Hermann Helmholtz dan ahli kimia Sweden Svante Arrhenius, pemikir Rusia Vladimir Vernadsky dan ahli fizik tuan Inggeris Kelvin. Namun, sains adalah wilayah fakta, dan setelah penemuan sinaran kosmik dan kesannya yang merosakkan pada semua makhluk hidup, panspermia nampaknya mati.
Tetapi para saintis yang lebih mendalam terjun ke dalam masalah ini, semakin banyak nuansa muncul. Jadi, sekarang - termasuk melakukan banyak eksperimen pada kapal angkasa - kita memandang serius kemampuan organisma hidup untuk mentolerir radiasi dan sejuk, kekurangan air dan "kesenangan" lain di luar angkasa. Penemuan semua jenis sebatian organik pada asteroid dan komet, dalam kelompok gas dan habuk yang jauh dan awan protoplanet banyak dan tidak diragukan lagi. Tetapi dakwaan mengenai penemuan di dalamnya jejak sesuatu yang disyaki menyerupai mikroba tetap tidak terbukti.
Sangat mudah untuk melihat bahawa untuk semua daya tariknya, teori panspermia hanya memindahkan persoalan mengenai asal usul kehidupan ke tempat lain dan waktu lain. Apa sahaja yang membawa organisma pertama ke Bumi - sama ada meteorit rawak atau rancangan licik makhluk asing yang sangat maju, mereka mesti dilahirkan di suatu tempat dan entah bagaimana. Jangan sampai di sini dan lebih jauh pada masa lalu - tetapi kehidupan harus berkembang daripada perkara yang tidak bernyawa. Soalan "Bagaimana?" kekal.
Video promosi:
1. Tidak saintifik: Penjanaan spontan
Asal spontan bahan hidup yang sangat maju dari bahan bukan hidup - seperti kelahiran larva lalat dalam daging busuk - dapat dikaitkan dengan Aristoteles, yang menggeneralisasikan pemikiran banyak pendahulu dan membentuk doktrin holistik mengenai generasi spontan. Seperti unsur-unsur lain dari falsafah Aristoteles, generasi spontan adalah doktrin dominan di Eropah Abad Pertengahan dan mendapat sokongan sehingga percubaan Louis Pasteur, yang secara konklusif menunjukkan bahawa bahkan larva terbang memerlukan lalat induk untuk muncul. Jangan mengelirukan generasi spontan dengan teori moden mengenai asal-usul kehidupan abiogenik: perbezaan antara keduanya adalah asas.
2. Kuah primer
Konsep ini berkait rapat dengan eksperimen klasik yang berjaya memperoleh status tahun 1950-an oleh Stanley Miller dan Harold Urey. Di makmal, saintis memodelkan keadaan yang boleh wujud di permukaan Bumi muda - campuran metana, karbon monoksida dan hidrogen molekul, pelepasan elektrik yang banyak, sinar ultraviolet - dan tidak lama lagi lebih daripada 10% karbon dari metana diubah menjadi bentuk molekul organik tertentu. Lebih daripada 20 asid amino, gula, lipid, dan prekursor asid nukleik diperoleh dalam eksperimen Miller-Urey.
Variasi moden eksperimen klasik ini menggunakan persediaan yang lebih canggih yang lebih sesuai dengan keadaan Bumi awal. Mereka mensimulasikan kesan gunung berapi dengan pelepasan hidrogen sulfida dan sulfur dioksida, kehadiran nitrogen, dan lain-lain. Oleh itu para saintis berjaya mendapatkan sejumlah besar bahan organik - blok bangunan berpotensi kehidupan berpotensi. Masalah utama eksperimen ini tetap menjadi racemate: isomer molekul aktif optik (seperti asid amino) terbentuk dalam campuran dalam jumlah yang sama, sementara semua kehidupan yang diketahui oleh kita (dengan beberapa pengecualian yang pelik dan pelik) hanya merangkumi L-isomer.
Walau bagaimanapun, kami akan kembali kepada masalah ini kemudian. Perlu ditambah di sini bahawa baru-baru ini - pada tahun 2015 - profesor Cambridge John Sutherland dan pasukannya menunjukkan kemungkinan membentuk semua "molekul kehidupan" asas, komponen DNA, RNA dan protein dari sekumpulan komponen awal yang sangat sederhana. Karakter utama campuran ini adalah hidrogen sianida dan hidrogen sulfida, yang tidak begitu jarang di angkasa. Bagi mereka masih ada penambahan beberapa mineral dan logam yang terdapat dalam jumlah yang mencukupi di Bumi, seperti fosfat, tembaga dan garam besi. Para saintis telah membina skema reaksi terperinci yang dapat membuat "sup primordial sup" yang kaya sehingga polimer muncul di dalamnya dan evolusi kimia yang lengkap muncul.
Hipotesis asal hidup abiogenik dari "kaldu organik", yang diuji oleh eksperimen Miller dan Urey, dikemukakan pada tahun 1924 oleh ahli biokimia Soviet Alexander Oparin. Dan walaupun pada "tahun-tahun kegelapan" zaman kegemilangan Lysenkoisme, saintis mengambil bahagian dari penentang genetik saintifik, kelebihannya sangat bagus. Sebagai pengiktirafan terhadap peranan seorang ahli akademik, namanya mendapat anugerah utama yang diberikan oleh International Scientific Society for the Study of the Origin of Life (ISSOL) - Oparin Medal. Hadiah itu diberikan setiap enam tahun, dan pada beberapa masa diberikan kepada Stanley Miller dan penyelidik kromosom yang hebat, pemenang Nobel Jack Shostak. Sebagai penghargaan atas sumbangan besar Harold Urey, ISSOL menganugerahkan Pingat Urey di antara Pingat Oparin (juga setiap enam tahun). Hasilnya adalah anugerah evolusi yang unik dan unik - dengan nama yang boleh diganti.
3. Evolusi kimia
Teori ini cuba menerangkan transformasi bahan organik yang relatif sederhana menjadi sistem kimia yang agak kompleks, pendahulu kehidupan itu sendiri, di bawah pengaruh faktor luaran, mekanisme pemilihan dan organisasi diri. Konsep asas pendekatan ini adalah "air-karbon chauvinism", yang mewakili kedua komponen ini (air dan karbon - NS) sebagai benar-benar diperlukan dan kunci untuk kemunculan dan perkembangan kehidupan, sama ada di Bumi atau di tempat lain. Dan masalah utamanya adalah keadaan di mana "air-karbon chauvinism" dapat berkembang menjadi kompleks kimia yang sangat canggih yang mampu, pertama sekali, meniru diri sendiri.
Menurut salah satu hipotesis, organisasi molekul utama dapat terjadi pada mikropori mineral tanah liat, yang memainkan peranan struktur. Ahli kimia dari Scotland Alexander Graham Cairns-Smith mengemukakan idea ini beberapa tahun yang lalu. Biomolekul kompleks dapat menetap dan berpolimerisasi di permukaan dalamannya, seperti pada matriks: Para saintis Israel telah menunjukkan bahawa keadaan seperti itu memungkinkan untuk tumbuh rantai protein yang cukup panjang. Di sini, jumlah garam logam yang diperlukan dapat terkumpul, yang memainkan peranan penting sebagai pemangkin reaksi kimia. Dinding tanah liat dapat berfungsi sebagai membran sel, membelah ruang "dalaman", di mana tindak balas kimia yang semakin kompleks berlaku, dan memisahkannya dari kekacauan luar.
Permukaan mineral kristal dapat berfungsi sebagai "matriks" untuk pertumbuhan molekul polimer: struktur ruang kisi kristal mereka mampu memilih hanya isomer optik satu jenis - contohnya, asid L-amino - menyelesaikan masalah yang telah kita bincangkan di atas. Tenaga untuk "metabolisme" utama dapat dibekalkan oleh reaksi anorganik, seperti pengurangan mineral pirit (FeS2) dengan hidrogen (kepada besi sulfida dan hidrogen sulfida). Dalam kes ini, tidak diperlukan radiasi kilat atau ultraviolet untuk penampilan biomolekul kompleks, seperti dalam eksperimen Miller-Urey. Ini bermaksud bahawa kita dapat menyingkirkan aspek berbahaya dari tindakan mereka.
Bumi Muda tidak dilindungi dari komponen berbahaya dan bahkan mematikan - sinaran suria. Bahkan organisma moden yang diuji secara evolusioner tidak dapat menahan sinaran ultraviolet yang keras ini - walaupun pada hakikatnya Matahari itu sendiri jauh lebih muda dan tidak memberikan haba yang cukup kepada planet ini. Dari sinilah timbul hipotesis bahawa pada era ketika keajaiban asal usul kehidupan terjadi, seluruh Bumi dapat ditutup dengan lapisan ais tebal - beratus-ratus meter; dan itulah yang terbaik. Bersembunyi di bawah lapisan ais ini, kehidupan dapat merasa benar-benar aman dari sinaran ultraviolet dan dari serangan meteor yang sering mengancam untuk memusnahkannya. Persekitaran yang agak sejuk juga dapat menstabilkan struktur makromolekul pertama.
4. Perokok hitam
Sememangnya, sinaran ultraviolet di Bumi muda, yang atmosfernya belum mengandungi oksigen dan tidak mempunyai benda yang indah seperti lapisan ozon, semestinya mematikan bagi kehidupan yang baru lahir. Dari sinilah timbul anggapan bahawa nenek moyang organisma hidup yang rapuh terpaksa ada di suatu tempat, bersembunyi dari aliran berterusan mensterilkan segala sesuatu dan sinar setiap orang. Contohnya, di bawah air - tentu saja, di mana terdapat cukup mineral, pencampuran, haba dan tenaga untuk tindak balas kimia. Dan tempat-tempat seperti itu dijumpai.
Menjelang akhir abad kedua puluh, menjadi jelas bahawa dasar laut sama sekali tidak boleh menjadi surga bagi raksasa abad pertengahan: keadaan di sini terlalu keras, suhu rendah, tidak ada radiasi, dan bahan organik yang jarang hanya mampu menetap dari permukaan. Sebenarnya, ini adalah separa gurun yang luas - dengan beberapa pengecualian: di sana, jauh di bawah air, berhampiran saluran mata air panas bumi, kehidupan secara harfiah sedang berlangsung. Air hitam tepu dengan sulfida panas, dicampurkan secara aktif dan mengandungi banyak mineral.
Perokok lautan hitam adalah ekosistem yang sangat kaya dan khas: bakteria yang memakannya menggunakan reaksi besi-sulfur, yang telah kita bincangkan. Ini adalah asas untuk kehidupan yang mekar sepenuhnya, termasuk sejumlah cacing dan udang yang unik. Mungkin mereka adalah asas bagi asal usul kehidupan di planet ini: sekurang-kurangnya secara teori, sistem sedemikian membawa semua yang diperlukan untuk ini.
2. Tidak saintifik: Roh, dewa, nenek moyang
Segala mitos kosmologi mengenai asal usul dunia selalu dimahkotai dengan antropogonik - mengenai asal usul manusia. Dan dalam fantasi ini, seseorang hanya dapat mencemburui imaginasi pengarang kuno: mengenai persoalan bagaimana, bagaimana dan mengapa kosmos muncul, di mana dan bagaimana kehidupan - dan orang - orang muncul, versi terdengar sangat berbeza dan hampir selalu indah. Tumbuhan, ikan dan binatang ditangkap dari dasar laut oleh seekor gagak besar, orang merangkak keluar dari tubuh nenek moyang Pangu ketika cacing, dibentuk dari tanah liat dan abu, lahir dari perkahwinan dewa dan raksasa. Semua ini mengejutkan puitis, tetapi tentu saja tidak ada kaitan dengan sains.
5. Dunia RNA
Sesuai dengan prinsip-prinsip materialisme dialektik, kehidupan adalah "kesatuan dan perjuangan" dari dua prinsip: maklumat yang berubah dan diwarisi, di satu pihak, dan biokimia, fungsi struktur, di sisi lain. Yang satu mustahil tanpa yang lain - dan persoalan di mana kehidupan bermula, dengan maklumat dan asid nukleik atau dengan fungsi dan protein, tetap menjadi salah satu yang paling sukar. Dan salah satu penyelesaian yang terkenal untuk masalah paradoks ini adalah hipotesis dunia RNA, yang muncul pada akhir 1960-an dan akhirnya terbentuk pada akhir 1980-an.
RNA - makromolekul, dalam menyimpan dan menghantar maklumat tidak seefisien DNA, dan dalam melaksanakan fungsi enzimatik - tidak begitu mengesankan seperti protein. Tetapi molekul RNA mampu keduanya, dan sampai sekarang ia berfungsi sebagai penghubung penghantaran dalam pertukaran maklumat sel, dan menjadi pemangkin sejumlah reaksi di dalamnya. Protein tidak dapat meniru tanpa maklumat DNA, dan DNA tidak mampu melakukan ini tanpa "kemahiran" protein. RNA, sebaliknya, boleh sepenuhnya autonomi: ia mampu menjadi pemangkin "pembiakan" sendiri - dan ini sudah cukup untuk permulaan.
Kajian dalam kerangka hipotesis dunia RNA telah menunjukkan bahawa makromolekul ini mampu melakukan evolusi kimia secara menyeluruh. Contohnya, ambil contoh ilustrasi yang ditunjukkan oleh ahli biofisik California yang diketuai oleh Lesley Orgel: jika etidium bromida ditambahkan ke larutan RNA yang mampu melakukan replikasi diri, yang berfungsi sebagai racun untuk sistem ini, menyekat sintesis RNA, kemudian sedikit demi sedikit, dengan perubahan generasi makromolekul, dalam campuran RNA kelihatan tahan walaupun pada kepekatan toksin yang sangat tinggi. Sesuatu seperti ini, berkembang, molekul RNA pertama dapat mencari jalan untuk mensintesis alat-protein pertama, dan kemudian - bersama-sama dengan mereka - "menemui" sendiri heliks ganda DNA, pembawa maklumat keturunan yang ideal.
3. Tidak saintifik: Ketidaktekalan
Tidak lebih ilmiah daripada kisah-kisah tentang nenek moyang pertama yang dapat disebut pandangan yang membawa nama yang kuat dari Teori Negara yang tidak bergerak. Menurut penyokongnya, sama sekali tidak ada kehidupan yang timbul - sama seperti Bumi tidak dilahirkan, dan juga kosmos tidak muncul: mereka hanya selalu, selalu dan akan kekal. Semua ini tidak lebih dibenarkan daripada cacing Pangu: untuk mengambil serius "teori" seperti itu, seseorang harus melupakan penemuan paleontologi, geologi dan astronomi yang tidak terkira banyaknya. Dan sebenarnya, untuk meninggalkan keseluruhan bangunan sains moden yang megah - tetapi kemudian, mungkin, perlu diserahkan semua yang disebabkan oleh penghuninya, termasuk komputer dan rawatan pergigian yang tidak menyakitkan.
6. Protokel
Walau bagaimanapun, replikasi sederhana tidak cukup untuk "kehidupan normal": kehidupan apa pun, pertama sekali, adalah kawasan persekitaran yang terasing secara spasial yang memisahkan proses metabolik, memudahkan perjalanan beberapa reaksi dan memungkinkan untuk tidak termasuk yang lain. Dengan kata lain, kehidupan adalah sel yang dibatasi oleh membran semipermeabel yang terdiri daripada lipid. Dan "protocell" seharusnya sudah muncul pada tahap awal keberadaan kehidupan di Bumi - hipotesis pertama mengenai asal usulnya dinyatakan oleh Alexander Oparin, yang terkenal oleh kita. Menurutnya, tetesan lipid hidrofobik yang menyerupai titisan minyak kuning yang terapung di dalam air dapat berfungsi sebagai "protomembran".
Secara umum, idea saintis diterima oleh sains moden, dan Jack Shostak, yang menerima Pingat Oparin untuk karyanya, juga terlibat dalam topik ini. Bersama Katarzyna Adamala, ia berhasil membuat sejenis model "protocell", analog membrannya yang tidak terdiri daripada lipid moden, tetapi molekul organik yang lebih sederhana, asid lemak, yang mungkin terkumpul di tempat asal protoorganisma pertama. Shostak dan Adamala bahkan berjaya "menghidupkan kembali" struktur mereka dengan menambahkan ion magnesium (merangsang kerja polimerase RNA) dan asid sitrik (menstabilkan struktur membran lemak) ke medium.
Hasilnya, mereka berakhir dengan sistem hidup yang sederhana, tetapi agak hidup; bagaimanapun, itu adalah protocell normal yang mengandungi persekitaran yang dilindungi membran untuk pembiakan RNA. Mulai saat ini, anda dapat menutup bab terakhir dari sejarah kehidupan - dan memulakan bab pertama dalam sejarahnya. Walau bagaimanapun, ini adalah topik yang sama sekali berbeza, jadi kita akan membincangkan hanya satu konsep, tetapi sangat penting yang berkaitan dengan langkah pertama evolusi kehidupan dan kemunculan pelbagai jenis organisma.
4. Tidak saintifik: Pulangan Kekal
Perwakilan "korporat" falsafah India, dalam falsafah Barat yang berkaitan dengan karya Immanuel Kant, Friedrich Nietzsche dan Mircea Eliade. Gambaran puitis tentang pengembaraan abadi setiap jiwa yang hidup melalui sejumlah dunia dan penghuninya yang tak terbatas, transformasinya menjadi serangga yang tidak penting, kemudian menjadi penyair yang dimuliakan, atau bahkan menjadi makhluk yang tidak kita kenal, setan atau dewa. Walaupun kekurangan idea reinkarnasi, Nietzsche sangat dekat dengan idea ini: kekekalan adalah kekal, yang bermaksud bahawa setiap peristiwa di dalamnya dapat - dan harus diulang lagi. Dan setiap makhluk berputar tanpa henti pada korsel pengembalian sejagat ini, sehingga hanya kepala yang berputar, dan masalah asal primer hilang di suatu tempat di kaleidoskop pengulangan yang tak terhitung jumlahnya.
7. Endosimbiosis
Lihatlah diri anda di cermin, lihatlah mata: makhluk yang saling melihat antara satu sama lain adalah kacukan kompleks yang muncul sejak dulu lagi. Kembali pada akhir abad ke-19, naturalis Jerman-Inggeris Andreas Schimper menyedari bahawa kloroplas, organel sel tumbuhan yang bertanggungjawab untuk fotosintesis, mereplikasi secara terpisah dari sel itu sendiri. Tidak lama kemudian terdapat hipotesis bahawa kloroplas adalah simbion, sel bakteria fotosintetik, yang pernah ditelan oleh tuan rumah - dan dibiarkan tinggal di sini selama-lamanya.
Tentu saja, kita tidak mempunyai kloroplas, jika tidak kita dapat memakan cahaya matahari, seperti yang disarankan oleh beberapa mazhab pseudo-agama. Walau bagaimanapun, pada tahun 1920-an, hipotesis endosymbiosis dikembangkan untuk merangkumi mitokondria, organel yang menggunakan oksigen dan membekalkan tenaga ke semua sel kita. Sehingga kini, hipotesis ini telah memperoleh status teori lengkap yang terbukti berulang - cukup dengan mengatakan bahawa mitokondria dan plastid mempunyai genom mereka sendiri, lebih kurang mekanisme pembahagian sel, dan sistem sintesis protein mereka sendiri.
Secara semula jadi, endosymbion lain juga telah dijumpai yang tidak mempunyai evolusi bersama berbilion tahun di belakangnya dan berada pada tahap integrasi yang lebih dalam dalam sel. Sebagai contoh, beberapa amuba tidak mempunyai mitokondria sendiri, tetapi terdapat bakteria yang termasuk di dalamnya dan menjalankan peranannya. Terdapat hipotesis mengenai asal usul endosymbiotik organel lain - termasuk flagella dan silia, dan bahkan inti sel: menurut beberapa penyelidik, kita semua eukariota adalah hasil gabungan yang belum pernah terjadi sebelumnya antara bakteria dan archaea. Versi-versi ini belum mendapat pengesahan yang tegas, tetapi satu perkara yang jelas: sebaik sahaja muncul, kehidupan mula menyerap jiran-jirannya - dan berinteraksi dengan mereka, melahirkan kehidupan baru.
5. Tidak saintifik: Creationism
Konsep kreasionisme timbul pada abad ke-19, ketika kata ini mulai disebut penyokong pelbagai versi penampilan dunia dan kehidupan, yang diusulkan oleh pengarang Taurat, Alkitab dan kitab suci agama monoteistik lainnya. Namun, pada hakikatnya, pencipta tidak menawarkan sesuatu yang baru dibandingkan dengan buku-buku ini, berulang-ulang kali berusaha untuk menolak penemuan sains yang ketat dan mendasar - dan sebenarnya, berulang-ulang kali, kehilangan satu kedudukan demi satu. Malangnya, idea-idea para pseudosaintis-pencipta moden lebih mudah difahami: memerlukan banyak usaha untuk memahami teori-teori sains sebenar.
Sergey Vasiliev
