Život na Zemi se objevil před více než 3,5 miliardami let - je obtížné přesněji určit okamžik, i když pouze proto, že není snadné stanovit hranici mezi „téměř živým“a „skutečně živým“. Můžeme však s jistotou říci, že se tento magický okamžik natáhl po mnoho dlouhých milionů let. Přesto to byl skutečný zázrak.
Chcete-li ocenit tento zázrak za jeho skutečnou hodnotu, musíte se seznámit s řadou moderních teorií popisujících různé možnosti a stádia zrození života. Od svižné, ale neživé sady jednoduchých organických sloučenin k protoorganismům, které znaly smrt a vstoupily do nekonečné rasy biologické variability. Konec konců, tyto dva pojmy - proměnlivost a smrt - nedávají vzniknout celé sumě života?..
1. Panspermie
Hypotéza o přivedení života na Zemi z jiných kosmických těl má mnoho autoritativních obránců. Tuto pozici zastával velký německý vědec Hermann Helmholtz a švédský chemik Svante Arrhenius, ruský myslitel Vladimir Vernadsky a britský lord fyzik Kelvin. Věda je však říší faktů a po objevu kosmického záření a jeho destruktivního účinku na všechny živé věci se zdálo, že panspermie umírá.
Ale čím hlouběji vědci vpadnou do problému, tím více nuancí se objeví. Takže nyní - včetně provádění četných experimentů na kosmické lodi - bereme mnohem vážněji schopnost živých organismů tolerovat záření a chlad, nedostatek vody a další „potěšení“z toho, že jsou ve vesmíru. Nálezy všech druhů organických sloučenin na asteroidech a kometách, ve vzdálených plynových a prachových shlucích a protoplanetárních oblacích, jsou četné a nepochybné. Avšak tvrzení o objevu stop něčeho podezřelého připomínajícího mikroby zůstávají nepotvrzená.
Je snadno vidět, že z celé své fascinace teorie panspermie pouze přenáší otázku původu života na jiné místo a jindy. Cokoli přineslo na Zemi první organismy - ať už náhodný meteorit nebo mazaný plán vysoce vyvinutých mimozemšťanů, museli se někde a nějak narodit. Nenechte tady a v minulosti mnohem dále - ale život musel vyrůstat z neživé hmoty. Otázka „Jak?“Zůstává.
Propagační video:
1. Nevědecké: Spontánní generace
Spontánní původ vysoce vyvinuté živé hmoty z neživé hmoty - jako narození larvy mouchy v hnijícím masu - lze spojit s Aristotelesem, který zobecnil myšlenky mnoha předchůdců a vytvořil holistickou doktrínu spontánní generace. Stejně jako jiné prvky Aristotelovy filozofie byla spontánní generace dominantní doktrínou ve středověké Evropě a těšila se určité podpory až do experimentů Louise Pasteura, který přesvědčivě ukázal, že dokonce i larvy mouchy vyžadují mateřské mouchy, aby se objevily. Nezaměňujte spontánní generaci s moderními teoriemi abiogenního původu života: rozdíl mezi nimi je zásadní.
2. Primární vývar
Tento koncept úzce souvisí s klasickými experimenty, kterým se podařilo získat status padesátých let Stanley Miller a Harold Urey. V laboratoři vědci modelovali podmínky, které mohou existovat v blízkosti povrchu mladé Země - směs metanu, oxidu uhelnatého a molekulárního vodíku, četných elektrických výbojů, ultrafialového světla - a brzy více než 10% uhlíku z metanu bylo přeměněno na formu různých organických molekul. V experimentech Miller-Urey bylo získáno více než 20 aminokyselin, cukrů, lipidů a prekurzorů nukleových kyselin.
Moderní variace těchto klasických experimentů používají mnohem sofistikovanější nastavení, která lépe odpovídají podmínkám rané Země. Simulují dopad sopek s jejich emisemi sírovodíku a oxidu siřičitého, přítomností dusíku atd. Takže vědcům se podaří získat obrovské a rozmanité množství organické hmoty - potenciálních stavebních kamenů potenciálního života. Hlavním problémem těchto experimentů zůstává racemát: isomery opticky aktivních molekul (jako jsou aminokyseliny) se vytvářejí ve směsi ve stejném množství, zatímco veškerý známý život (až na pár výjimek) zahrnuje pouze L-isomery.
K tomuto problému se však vrátíme později. Zde stojí za to dodat, že nedávno - v roce 2015 - profesor Cambridge John Sutherland a jeho tým ukázali možnost vytvoření všech základních „molekul života“, složek DNA, RNA a proteinů z velmi jednoduché sady počátečních komponent. Hlavními znaky této směsi jsou kyanovodík a sirovodík, které nejsou ve vesmíru tak vzácné. K nim zbývá přidat některé minerály a kovy, které jsou na Zemi přítomny v dostatečném množství, jako jsou fosfáty, měď a soli železa. Vědci vytvořili podrobné reakční schéma, které by mohlo dobře vytvořit bohatou „pravou polévku“, aby se v ní objevily polymery a začala hrát plnohodnotná chemická evoluce.
Hypotézu abiogenního původu života z „organického bujónu“, který byl testován experimenty Millera a Ureye, předložil v roce 1924 sovětský biochemik Alexander Oparin. A i když v „temných letech“rozkvětu lysenkoismu se vědec postavil na stranu odpůrců vědecké genetiky, jeho zásluhy jsou skvělé. Jako uznání role akademika nese jeho jméno hlavní cenu, kterou udělila Mezinárodní vědecká společnost za studium původu života (ISSOL) - medaile Oparin. Cena se uděluje každých šest let a v různých dobách byla udělena jak Stanleymu Millerovi, tak i velkému výzkumníkovi chromozomů, nositelce Nobelovy ceny Jacku Shostakovi. Jako uznání Harolda Ureyho za obrovský přínos uděluje ISSOL medaili Urey mezi medailí Oparin (také každých šest let). Výsledkem je jedinečné, skutečné evoluční ocenění - s proměnlivým názvem.
3. Chemická evoluce
Teorie se pokouší popsat transformaci relativně jednoduchých organických látek do poměrně složitých chemických systémů, předchůdců života samotného, pod vlivem vnějších faktorů, mechanismů výběru a samoorganizace. Základním pojetím tohoto přístupu je „šovinismus vody a uhlíku“, který tyto dvě složky (vodu a uhlík - NS) představuje jako nezbytně nutný a klíčový pro vznik a vývoj života, ať už na Zemi nebo někde jinde. Hlavním problémem však zůstávají podmínky, za nichž se „šovinismus vody a uhlíku“může vyvinout ve velmi sofistikované chemické komplexy schopné především samoreplikace.
Podle jedné hypotézy by primární organizace molekul mohla nastat v mikropórách jílových minerálů, které hrály strukturální roli. Skotský chemik Alexander Graham Cairns-Smith předložil tuto myšlenku před několika lety. Složité biomolekuly by se mohly usadit a polymerizovat na svém vnitřním povrchu, jako na matrici: izraelští vědci ukázali, že takové podmínky umožňují růst dostatečně dlouhých proteinových řetězců. Zde by se mohla hromadit potřebná množství kovových solí, které hrají důležitou roli jako katalyzátory chemických reakcí. Jílové stěny by mohly fungovat jako buněčné membrány, oddělující „vnitřní“prostor, ve kterém se odehrávají stále složitější chemické reakce a oddělují ho od vnějšího chaosu.
Povrchy krystalických minerálů by mohly sloužit jako „matrice“pro růst molekul polymeru: prostorová struktura jejich krystalové mřížky je schopna vybrat pouze optické izomery stejného typu - například L-aminokyseliny - vyřešit problém, o kterém jsme hovořili výše. Energie pro primární „metabolismus“by mohla být dodávána anorganickými reakcemi, jako je redukce minerálního pyritu (FeS2) vodíkem (na sirník železa a sirovodík). V tomto případě není pro výskyt komplexních biomolekul zapotřebí bleskové ani ultrafialové záření, jako v experimentech Miller-Urey. To znamená, že se můžeme zbavit škodlivých aspektů jejich jednání.
Mladá Země nebyla chráněna před škodlivými - a dokonce smrtelnými - složkami slunečního záření. I moderní, evolučně testované organismy by nedokázaly odolat tomuto tvrdému ultrafialovému záření - navzdory skutečnosti, že samotné Slunce bylo mnohem mladší a planetu nedalo dostatek tepla. Z toho vyvstala hypotéza, že v době, kdy se dělal zázrak původu života, mohla být celá Země pokryta silnou vrstvou ledu - stovky metrů; a to je nejlepší. Život se skrýval pod touto ledovou pokrývkou a cítil se zcela bezpečný před ultrafialovým zářením a častými meteorickými údery, které hrozily zničením v zárodku. Relativně chladné prostředí by také mohlo stabilizovat strukturu prvních makromolekul.
4. Černí kuřáci
Ultrafialové záření na mladé Zemi, jehož atmosféra ještě neobsahovala kyslík a neměla tak úžasnou věc jako ozonová vrstva, by mělo být smrtelné pro jakýkoli vznikající život. Z toho vyrostl předpoklad, že křehcí předci živých organismů byli někde nuceni existovat, skrývající se před neustálým proudem sterilizace všeho a paprsků všech. Například hluboko pod vodou - samozřejmě tam, kde je dostatek minerálů, míchání, teplo a energie pro chemické reakce. A taková místa byla nalezena.
Ke konci dvacátého století bylo jasné, že mořské dno v žádném případě nemůže být útočištěm pro středověká příšery: podmínky jsou zde příliš tvrdé, teplota je nízká, není žádné záření a vzácná organická hmota je schopná se usadit pouze z povrchu. Ve skutečnosti se jedná o obrovské polopouště - až na některé významné výjimky: právě tam, hluboko pod vodou, blízko odtoků geotermálních pramenů, je život doslova v plném proudu. Černá voda nasycená sulfidy je horká, aktivně smíchaná a obsahuje mnoho minerálů.
Kuřáci černého oceánu jsou velmi bohatými a výraznými ekosystémy: bakterie, které na ně živí, používají reakce železo-síra, o nichž jsme již hovořili. Jsou základem pro plně kvetoucí život, včetně řady jedinečných červů a krevet. Možná byly základem původu života na planetě: přinejmenším teoreticky takové systémy přinášejí vše, co je pro to nezbytné.
2. Nevědecké: Duchové, bohové, předci
Jakékoli kosmologické mýty o původu světa jsou vždy korunovány antropogonickými - o původu člověka. A v těchto fantaziích je možné závidět jen představivost starověkých autorů: na otázku, co, jak a proč vznikl vesmír, kde a jak se objevil život - a lidé - verze zněly velmi odlišně a téměř vždy krásně. Rostliny, ryby a zvířata chytil z mořského dna obrovský havran, lidé vylezli z těla předka Pangu, protože červi, formovaní z hlíny a popela, se narodili z manželství bohů a monster. To vše je překvapivě poetické, ale samozřejmě to nemá nic společného s vědou.
5. Svět RNA
V souladu s principy dialektického materialismu je život „jednotou a bojem“dvou principů: měnící se a zděděné informace na jedné straně a biochemické strukturální funkce na straně druhé. Jeden je nemožný bez druhého - a otázka, kde začal život, s informacemi a nukleovými kyselinami nebo s funkcemi a proteiny, zůstává jednou z nejobtížnějších. Jedním ze známých řešení tohoto paradoxního problému je hypotéza RNA světa, která se objevila na konci šedesátých let a konečně se formovala na konci 80. let.
RNA - makromolekuly, při ukládání a přenosu informací nejsou tak účinné jako DNA a při provádění enzymatických funkcí - nejsou tak působivé jako proteiny. Molekuly RNA jsou však schopné obojího a až dosud slouží jako přenosové spojení při výměně informací o buňce a katalyzují v něm řadu reakcí. Proteiny nejsou schopny se replikovat bez informací o DNA a DNA je schopna toho bez proteinových "dovedností". RNA, na druhé straně, může být zcela autonomní: je schopna katalyzovat svou vlastní „reprodukci“- a to stačí na začátek.
Studie v rámci hypotézy RNA světa ukázaly, že tyto makromolekuly jsou schopné plnohodnotného chemického vývoje. Vezměme si například ilustrativní příklad demonstrovaný kalifornskými biofyziky vedl o Lesleyho Orgela: pokud se ethidiumbromid přidá do roztoku RNA schopného samoreplikace, který slouží jako jed pro tento systém, blokuje syntézu RNA, pak kousek po kousku, se změnou generací makromolekul ve směsi Zdá se, že RNA jsou rezistentní i na velmi vysoké koncentrace toxinu. Něco takového se vyvíjí, první molekuly RNA mohou najít způsob, jak syntetizovat první nástroje-proteiny, a pak - v kombinaci s nimi - „objevit“pro sebe dvojitou spirálu DNA, ideální nosič dědičné informace.
3. Nevědecké: neměnitelnost
Ne více vědecké než příběhy o prvních předcích nelze nazvat názory nesoucími hlasité jméno Teorie stacionárního státu. Podle jejích příznivců žádný život vůbec nevznikl - stejně jako se Země nenarodila, ani se neobjevil vesmír: prostě byli vždy, vždy a zůstanou. To vše není ospravedlnitelnější než červy Pangu: Abychom brali takovou „teorii“vážně, musíme zapomenout na nesčetné nálezy paleontologie, geologie a astronomie. A ve skutečnosti opustit celou velkolepou budovu moderní vědy - ale pak asi stojí za to vzdát se všeho, co je způsobeno jeho obyvateli, včetně počítačů a bezbolestného zubního ošetření.
6. Protocells
Jednoduchá replikace však nestačí pro „normální život“: jakýkoli život je především prostorově izolovanou oblastí prostředí, která odděluje metabolické procesy, usnadňuje průběh některých reakcí a umožňuje vyloučit jiné. Jinými slovy, život je buňka ohraničená semipermeabilní membránou složenou z lipidů. A „protocells“se měly objevit již v nejranějších fázích existence života na Zemi - první hypotézu o jejich původu vyjádřil Alexander Oparin, který je nám dobře známý. Podle jeho názoru by kapky hydrofobních lipidů připomínající žluté kapičky oleje plovoucí ve vodě mohly sloužit jako „protomembrány“.
Obecně jsou myšlenky vědce přijímány moderní vědou a do tohoto tématu byl zapojen i Jack Shostak, který za svou práci získal Oparinovu medaili. Společně s Katarzynou Adamalou se mu podařilo vytvořit jakýsi „protocellský“model, jehož analog nepodobal moderní lipidy, ale dokonce i jednodušší organické molekuly, mastné kyseliny, které se mohly dobře akumulovat v místech původu prvních protoorganismů. Shostak a Adamala dokonce dokázali „oživit“své struktury přidáním hořečnatých iontů (stimulace práce RNA polymeráz) a kyseliny citronové (stabilizace struktury mastných membrán) do média.
V důsledku toho skončili s úplně jednoduchým, ale poněkud živým systémem; v každém případě to byl normální protocell, který obsahoval prostředí chráněné membránou pro reprodukci RNA. Od této chvíle můžete zavřít poslední kapitolu pravěku života - a začít první kapitoly své historie. Jedná se však o úplně jiné téma, takže budeme hovořit pouze o jednom, ale nesmírně důležitém konceptu spojeném s prvními kroky vývoje života a vznikem velkého množství organismů.
4. Nevědecké: Věčný návrat
„Firemní“reprezentace indické filosofie v západní filosofii spojené s prací Immanuela Kanta, Friedricha Nietzscheho a Mircea Eliade. Poetický obraz věčného putování každou živou duší prostřednictvím nekonečného počtu světů a jejich obyvatel, její přeměna na nevýznamný hmyz, pak na vznešeného básníka nebo dokonce na bytost, která nám není známa, démona nebo boha. Navzdory nedostatku nápadů na reinkarnaci je Nietzsche této myšlence opravdu blízká: věčnost je věčná, což znamená, že každá událost v ní může - a měla by se opakovat znovu. A každé stvoření se nekonečně točí na tomto karuselu univerzálního návratu, takže se točí jen hlava a samotný problém primárního původu někde v kaleidoskopu bezpočet opakování zmizí.
7. Endosymbióza
Podívejte se na sebe do zrcadla, nahlédněte do očí: bytost, se kterou se na sebe díváte, je komplexní hybrid, který vznikl v pradávna. Na konci 19. století si německo-anglický přírodovědec Andreas Schimper všiml, že chloroplasty, organely rostlinných buněk odpovědné za fotosyntézu, se replikují odděleně od samotné buňky. Brzy se objevila hypotéza, že chloroplasty jsou symbionty, buňky fotosyntetických bakterií, které byly jednou polykány hostitelem - a zůstaly zde navždy žít.
Nemáme samozřejmě chloroplasty, jinak bychom se mohli živit slunečním zářením, jak naznačují některé pseudonáboženské sekty. Ve dvacátých letech 20. století se však hypotéza endosymbiózy rozšířila o mitochondrie, organely, které spotřebovávají kyslík a dodávají energii do všech našich buněk. K dnešnímu dni tato hypotéza získala status plnohodnotné, opakovaně prokázané teorie - stačí říci, že mitochondrie a plastidy mají svůj vlastní genom, více či méně mechanismy buněčného dělení a své vlastní systémy syntézy proteinů.
V přírodě byly také nalezeny další endosymbionty, které za sebou nemají miliardy let společného vývoje kloubů a jsou na méně hluboké úrovni integrace v buňce. Například některé améby nemají své vlastní mitochondrie, ale uvnitř jsou obsaženy bakterie, které plní svou roli. Existují hypotézy o endosymbiotickém původu jiných organel - včetně bičíků a řasinek, a dokonce i buněčného jádra: podle některých vědců jsme všichni eukaryoty výsledkem bezprecedentní fúze mezi bakteriemi a archaea. Tyto verze zatím nenašly striktní potvrzení, ale jedna věc je jasná: jakmile se objevil, život začal absorbovat své sousedy - a spolupracovat s nimi a rodit nový život.
5. Nevědecký: Kreacionismus
Samotný koncept kreacionismu vznikl v 19. století, kdy se toto slovo začalo nazývat příznivci různých verzí vzhledu světa a života, které navrhli autoři Tóry, Bible a dalších svatých knih monoteistických náboženství. Ve srovnání s těmito knihami však kreacionisté v podstatě nenabídli nic nového, znovu a znovu se snaží vyvrátit přísná a důkladná zjištění vědy - a ve skutečnosti znovu a znovu ztrácí jednu pozici za druhou. Naneštěstí jsou myšlenky moderních pseudovědeckých kreacionistů mnohem snazší pochopit: pochopení teorií skutečné vědy vyžaduje hodně úsilí.
Sergey Vasiliev