- Bahagian kedua: Perpecahan dalam barisan saintis -
- Bahagian ketiga: mencari replikator pertama -
- Bahagian empat: tenaga proton -
- Bahagian lima: jadi bagaimana anda membuat sel? -
- Bahagian Enam: Penyatuan yang Hebat -
Hari ini, kehidupan telah menaklukkan setiap sentimeter persegi Bumi, tetapi ketika planet ini pertama kali terbentuk, itu adalah batu mati. Bagaimana dan kapan peralihan mercu tanda itu berlaku? Bagaimana kehidupan bermula? Seseorang sukar memikirkan soalan yang lebih serius, besar dan kompleks. Sepanjang sebahagian besar sejarah manusia, tidak ada yang meragui bahawa ini adalah urusan para dewa. Apa-apa penjelasan lain tidak dapat difikirkan.
Tidak lebih. Selama abad yang lalu, banyak saintis telah berusaha untuk mengetahui di mana kehidupan pertama dapat bermula. Mereka bahkan berusaha mencipta masa Penciptaan di makmal mereka: mencipta kehidupan yang sama sekali baru dari awal. Setakat ini, tidak ada yang berjaya, tetapi kami telah menempuh perjalanan jauh. Hari ini, banyak saintis yang mengkaji asal usul kehidupan yakin bahawa mereka berada di landasan yang betul - dan mereka mempunyai eksperimen yang menyokong keyakinan mereka dalam hal ini.
Ini adalah kisah usaha kita untuk mengetahui asal usul sebenar kita. Ini adalah kisah obsesi, perjuangan, dan kreativiti cemerlang yang membawa kepada beberapa penemuan terbesar dalam sains moden. Keinginan untuk memahami asal usul kehidupan menghantar lelaki dan wanita ke pelosok paling jauh di planet kita. Sebilangan sarjana dianggap sebagai syaitan, sementara yang lain terus bekerja di bawah pemerintahan totaliter yang brutal.
Ini adalah kisah kelahiran kehidupan di Bumi.
Sebenarnya, dinosaur hidup begitu lama tidak.
Hidup sudah tua. Dinosaur - makhluk yang hampir pupus - muncul 250 juta tahun yang lalu. Tetapi kehidupan bermula jauh lebih awal.
Rekod fosil tertua yang diketahui berusia kira-kira 3.5 bilion tahun, 14 kali lebih lama daripada dinosaur tertua. Tetapi catatan fosil dapat membawa kita lebih jauh. Sebagai contoh, pada bulan Ogos 2016 sahaja, saintis menemui mikroba fosil yang berusia 3.7 bilion tahun.
Video promosi:
Corak bergelombang ini mungkin berusia 3.7 bilion tahun
Bumi itu sendiri tidak jauh lebih tua, berusia 4,5 bilion tahun.
Dengan andaian bahawa kehidupan berasal dari Bumi - yang nampaknya masuk akal, memandangkan kita masih belum menjumpainya di tempat lain - maka ini pasti berlaku dalam miliaran tahun yang berlalu antara pembentukan Bumi dan munculnya fosil-fosil tertua yang diketahui.
Dengan menyempitkan jangka masa kehidupan mungkin muncul, kita dapat membuat tekaan tentang bagaimana ia berlaku.
Pokok kehidupan: kebanyakan bakteria dan archaea
Sejak abad ke-19, para ahli biologi telah mengetahui bahawa semua makhluk hidup terdiri dari "sel": kantung kecil dari bahan hidup yang terdapat dalam semua bentuk dan ukuran. Sel pertama kali ditemui pada abad ke-17, berkat penemuan mikroskop pertama, tetapi memerlukan lebih dari seratus tahun untuk menyedari bahawa sel-sel itu adalah asas bagi semua kehidupan.
Anda pasti tidak kelihatan seperti ikan keli atau tyrannosaurus, tetapi mikroskop akan menunjukkan bahawa anda terbuat dari sel yang hampir sama. Seperti tanaman dan cendawan. Tetapi setakat ini, bentuk kehidupan yang paling banyak adalah mikroorganisma, yang terdiri daripada satu sel. Bakteria adalah kumpulan yang paling terkenal dan terdapat di mana-mana sahaja di Bumi.
Pada bulan April 2016, para saintis menyampaikan versi "pokok kehidupan" yang dikemas kini: dalam arti, pohon keluarga setiap spesies hidup. Hampir semua cawangan adalah bakteria. Lebih-lebih lagi, bentuk cabang ini menunjukkan bahawa bakteria adalah nenek moyang semua kehidupan. Dengan kata lain, setiap makhluk hidup - termasuk anda - berasal dari bakteria.
Ternyata kita dapat dengan lebih tepat menentukan masalah asal usul kehidupan. Dengan hanya menggunakan bahan dan keadaan yang ada di Bumi 3.5 bilion tahun yang lalu, kita mesti membuat sel.
Betapa sukarnya?
Sel hidup keseluruhan
Percubaan pertama
Sepanjang sejarah, tidak ada yang menganggap perlu bertanya bagaimana kehidupan, kerana jawapannya nampak jelas. Sehingga tahun 1800-an, kebanyakan orang mempercayai "vitalisme." Ini adalah idea intuitif bahawa makhluk hidup dikurniakan harta magis khas yang membezakannya dengan benda mati.
Vitalisme sering dikaitkan dengan kepercayaan agama. Alkitab mengatakan bahawa Tuhan menggunakan "nafas hidup" untuk menghidupkan kembali orang-orang pertama, dan jiwa yang abadi adalah bentuk vitalisme.
Hanya ada satu masalah. Vitalisme adalah omong kosong.
Pada awal tahun 1800-an, para saintis telah menemui beberapa bahan yang kelihatan unik bagi kehidupan. Salah satu sebatian tersebut adalah urea, yang terdapat dalam air kencing dan diekskresikan pada tahun 1799. Cuma ini masih sesuai dengan konsep vitalisme. Hanya makhluk hidup yang dapat menghasilkan bahan kimia ini, jadi nampaknya mereka dibebankan dengan tenaga hidup dan ini menjadikannya istimewa.
Tetapi pada tahun 1828, ahli kimia Jerman Friedrich Wöhler menemui cara untuk membuat urea dari bahan kimia biasa, amonium sianat, yang tidak mempunyai kaitan yang jelas dengan makhluk hidup. Yang lain mengikutinya, dan segera menjadi jelas bahawa bahan kimia kehidupan dapat dibuat dari bahan kimia sederhana yang tidak ada kaitan dengan kehidupan.
Friedrich Wöhler, ahli kimia Jerman
Ini adalah akhir vitalisme sebagai konsep saintifik. Tetapi orang sukar untuk berpisah dengan idea ini. Bagi banyak orang, nampaknya mengatakan bahawa tidak ada yang "istimewa" mengenai bahan kimia kehidupan seperti membuang keajaiban hidup, menjadikannya mekanikal atau tanpa jiwa. Dan, tentu saja, itu bertentangan dengan Alkitab.
Bahkan para sarjana telah berusaha menyelamatkan vitalisme. Seawal tahun 1913, ahli biokimia Inggeris Benjamin Moore dengan bersungguh-sungguh mempromosikan teori "tenaga biotik", yang merupakan vitalisme yang sama, tetapi dengan nama yang berbeza. Idea ini mempunyai nada emosi yang kuat.
Walaupun hari ini, idea ini kadangkala muncul di sana sini. Sebagai contoh, terdapat banyak kisah fiksyen ilmiah di mana "tenaga hidup" dapat ditingkatkan atau dihisap. Fikirkan "tenaga regenerasi" yang digunakan oleh Time Lords di Doctor Who. Nampaknya tidak biasa, tetapi ini adalah idea yang sangat lama.
Namun, setelah tahun 1828, para saintis mempunyai alasan yang baik untuk mendapatkan penjelasan "tidak bertuhan" untuk penampilan pertama kehidupan. Tetapi mereka tidak. Nampaknya topik ini perlu diselidiki, tetapi sebenarnya misteri asal usul kehidupan telah diabaikan selama beberapa dekad. Mungkin mereka masih terlalu terikat dengan vitalisme untuk mengambil langkah selanjutnya.
Charles Darwin menunjukkan bahawa semua kehidupan berasal dari satu nenek moyang yang sama
Sebaliknya, lompatan besar dalam biologi pada abad ke-19 adalah teori evolusi yang dikembangkan oleh Charles Darwin dan lain-lain.
Teori Darwin, yang dinyatakan dalam The Origin of Species pada tahun 1859, menjelaskan bagaimana semua kepelbagaian kehidupan ini dapat muncul dari satu nenek moyang bersama. Setiap spesies individu tidak lagi diciptakan oleh Tuhan, tetapi berasal dari organisma kuno yang hidup berjuta-juta tahun yang lalu: nenek moyang bersama sejagat terakhir.
Idea ini ternyata sangat kontroversial, sekali lagi kerana tidak sesuai dengan Alkitab. Darwin dan ideanya diserang oleh orang Kristian yang agak marah.
Teori evolusi tidak mengatakan apa-apa tentang bagaimana organisma pertama muncul.
Darwin percaya bahawa kehidupan muncul di "kolam kecil yang hangat"
Darwin tahu bahawa ini adalah pertanyaan yang mendalam, tetapi - mungkin takut akan serangan baru dari gereja - dia berani membincangkannya hanya pada tahun 1871. Nada nada yang optimis menunjukkan bahawa dia tahu makna mendalam dari soalan ini:
"Tetapi jika (dan oh, betapa besarnya" jika ") kita dapat membayangkan kolam kecil yang hangat dengan semua jenis garam amonia dan fosforus - dengan cahaya, panas, elektrik - di mana sebatian protein akan terbentuk secara kimia, siap untuk dilalui lebih banyak lagi perubahan kompleks …"
Dengan kata lain, bagaimana jika ada sekali air kecil berisi sebatian organik sederhana dan dimandikan di bawah sinar matahari? Sebilangan sebatian ini mungkin bergabung untuk membentuk zat separa hidup seperti protein yang boleh mula berkembang dan menjadi lebih kompleks.
Idea ini dangkal. Tetapi dia menjadi asas untuk hipotesis pertama kemunculan hidup.
Anehnya, hipotesis ini muncul di USSR.
Alexander Oparin tinggal dan bekerja di USSR
Pada zaman Stalin, semuanya berada di bawah kawalan negara. Bahkan idea orang, ahli biologi, tidak berkaitan dengan politik komunis. Hebatnya, Stalin sebenarnya melarang para saintis mempelajari genetik konvensional. Sebagai gantinya, dia mempromosikan idea-idea petani Trofim Lysenko, yang menurutnya lebih sesuai dengan ideologi komunis. Para saintis yang bekerja di bidang genetik terpaksa secara terbuka menyokong idea Lysenko agar tidak berakhir di kem.
Dalam suasana yang begitu menindas, Alexander Oparin melakukan penyelidikannya di bidang biokimia. Dia boleh bekerja kerana dia komunis yang taat: dia menyokong idea Lysenko dan bahkan menerima Order of Lenin, anugerah tertinggi era Soviet.
Pada tahun 1924 Oparin menerbitkan karyanya The Origin of Life. Di dalamnya, ia menguraikan penglihatannya tentang asal usul kehidupan, yang sangat mirip dengan kolam hangat Darwin yang kecil.
Lautan terbentuk setelah Bumi menjadi sejuk
Oparin cuba membayangkan seperti apa Bumi setelah terbentuk. Permukaannya panas terik ketika batu jatuh dari angkasa. Hodgepodge batuan semi-pengembangan yang mengandungi sebilangan besar bahan kimia, termasuk yang berdasarkan karbon.
Akhirnya Bumi cukup sejuk sehingga wap air mengembun menjadi air cair dan hujan pertama mula turun. Ia memenuhi lautan Bumi, yang panas dan kaya dengan bahan kimia berkarbonat. Apa yang anda perlukan untuk hidup.
Pada mulanya, pelbagai bahan kimia saling berinteraksi untuk membentuk sebilangan besar sebatian baru, sebahagiannya kompleks. Oparin menyatakan bahawa molekul yang penting bagi kehidupan, gula dan asid amino, dapat terbentuk di perairan Bumi.
Kemudian beberapa bahan kimia mula membentuk struktur mikroskopik. Banyak bahan organik tidak larut dalam air: sebagai contoh, minyak membentuk lapisan di atas air. Tetapi apabila sebilangan bahan ini bersentuhan dengan air, mereka membentuk bola "coacervate" sfera, yang dapat mencapai 0,01 sentimeter.
Sekiranya anda melihat coacervates melalui mikroskop, mereka berkelakuan sangat mudah alih, seperti sel hidup. Mereka tumbuh dan berubah bentuk, kadang-kadang terbahagi kepada dua bahagian. Mereka juga dapat mengambil bahan kimia dari air di sekitarnya, sehingga mereka dapat menggunakan bahan kimia seperti kehidupan. Oparin mencadangkan bahawa coacervate adalah nenek moyang sel moden.
Lima tahun kemudian, pada tahun 1929, ahli biologi Inggeris John Burdon Sanderson Haldane secara bebas mengemukakan idea yang sangat serupa dalam artikel pendek yang diterbitkan dalam Rationalist Annual.
Pada masa itu Haldane telah banyak menyumbang kepada teori evolusi, membantu mengintegrasikan idea-idea Darwin ke dalam sains genetik yang sedang berkembang.
Ahli genetik Inggeris J. Haldane
Seperti Oparin, Haldane menerangkan bagaimana bahan organik dapat terkumpul di dalam air "sehingga lautan purba mencapai konsistensi sup panas yang diencerkan." Ini akan menjadi pentas bagi "makhluk hidup atau separa hidup pertama" yang terbentuk dan berakhir dengan lapisan minyak tipis.
Adalah penting bahawa di antara semua ahli biologi di dunia, hanya Oparin dan Haldane yang datang ke sini. Idea bahawa organisma hidup dapat dibentuk melalui reaksi kimia sederhana, tanpa Tuhan atau bahkan "kekuatan hidup", adalah radikal. Seperti teori evolusi Darwin sebelumnya, itu juga merupakan tamparan di muka agama Kristian.
Tetapi ia sesuai dengan kerangka USSR. Rejim Soviet secara rasmi tidak ateis, dan para pemimpinnya dengan senang hati menyokong penjelasan materialistik untuk fenomena mendalam seperti kehidupan. Haldane juga seorang ateis dan komunis untuk boot.
"Pada masa itu, penerimaan atau penolakan idea bergantung terutamanya pada individu: sama ada dia beragama, sama ada dia menyokong idea sayap kiri atau komunis," kata pakar asal kehidupan Armen Mulkidzhanian dari Universiti Osnabruck di Jerman. “Di Uni Soviet, mereka diterima dengan gembira, kerana mereka tidak memerlukan Tuhan. Di dunia Barat, jika anda melihat orang-orang yang berfikir ke arah ini, mereka semua adalah golongan kiri, komunis dan sebagainya."
Idea bahawa kehidupan dibentuk dalam kaldu primordial bahan organik menjadi hipotesis Oparin-Haldane. Dia kemas dan meyakinkan, tetapi ada satu masalah. Dia tidak disokong oleh sebarang bukti eksperimen. Oleh itu, ia berlaku selama hampir seperempat abad.
Harold Urey
Pada saat Harold Urey tertarik dengan asal-usul kehidupan, dia sudah memenangi Hadiah Nobel Kimia tahun 1934 dan membantu membangun bom atom. Semasa Perang Dunia II, Yuri mengerjakan Projek Manhattan, mengumpulkan uranium-235 yang tidak stabil yang diperlukan untuk inti bom. Selepas perang, dia berjuang untuk menjaga teknologi nuklear di bawah kawalan orang awam.
Dia juga tertarik dengan kimia ruang, khususnya, apa yang berlaku semasa pembentukan sistem suria. Dia memberi kuliah suatu hari dan menyatakan bahawa mungkin tidak ada oksigen di atmosfer Bumi ketika pertama kali terbentuk. Ini adalah pelengkap sempurna untuk kaldu utama Oparin dan Haldane: bahan kimia rapuh dapat dihancurkan dengan bersentuhan dengan oksigen.
Seorang pelajar kedoktoran bernama Stanley Miller hadir dan kemudian mendekati Yuuri dengan pertanyaan: bolehkah idea ini diuji? Yuuri ragu-ragu, tetapi Miller bersikeras sendiri. Jadi pada tahun 1952 Miller memulakan eksperimen yang paling terkenal mengenai asal usul kehidupan.
Eksperimen Miller-Urey
Tetapannya sederhana. Miller menghubungkan satu siri termos kaca dan menembak empat bahan kimia yang mungkin ada di Bumi awal: air mendidih, gas hidrogen, amonia, dan metana. Dia kemudian memberi gas kepada kejutan elektrik berulang untuk mensimulasikan serangan kilat yang sering terjadi di Bumi pada masa itu.
Miller mendapati bahawa "air di dalam botol menjadi lebih merah muda setelah hari pertama, dan pada akhir minggu penyelesaiannya berwarna merah dan keruh." Campuran bahan kimia jelas terbentuk.
Setelah menganalisis campuran tersebut, Miller mendapati bahawa ia mengandungi dua asid amino: glisin dan alanin. Asid amino sering disebut sebagai asas kehidupan. Mereka digunakan untuk membentuk protein yang mengawal sebahagian besar proses biokimia di dalam badan kita. Miller membina dua komponen penting kehidupan dari bawah ke atas.
Hasilnya diterbitkan dalam jurnal berprestij Science pada tahun 1953. Yuri melakukan sesuatu yang sangat luar biasa bagi para saintis senior, mengambil namanya dari pekerjaannya dan memberikan semua penghargaan kepada Miller. Walaupun begitu, kajian ini sering disebut sebagai eksperimen Miller-Urey.
Stanley Miller di makmal
"Kekuatan Miller-Urey adalah anda dapat menghasilkan banyak molekul biologi hanya dari atmosfera," kata John Sutherland dari Makmal Biologi Molekul di Cambridge, UK.
Perinciannya ternyata tidak betul, kerana kajian kemudian menunjukkan bahawa atmosfer Bumi awal adalah campuran gas yang berbeza. Tetapi itu tidak mengubah fakta. Percubaan itu berjaya, merangsang imaginasi orang ramai dan melonjak menjadi petikan.
Selepas eksperimen Miller, saintis lain mula mencari kaedah untuk membuat molekul biologi sederhana dari awal. Penyelesaian untuk misteri asal usul kehidupan nampaknya akan muncul.
Tetapi ternyata hidup lebih sukar daripada yang difikirkan oleh orang lain. Sel hidup bukan hanya beg bahan kimia: mereka adalah mesin kecil kecil. Tiba-tiba, membina sel dari awal terbukti jauh lebih sukar daripada yang difikirkan oleh para saintis.
ILYA KHEL
- Bahagian kedua: Perpecahan dalam barisan saintis -
- Bahagian ketiga: mencari replika pertama -
- Bahagian empat: tenaga proton -
- Bahagian lima: jadi bagaimana anda membuat sel? -
- Bahagian Enam: Penyatuan yang Hebat -
