Hayotning kelib chiqishi I: dastlabki g'oyalar va tajribalar

Darvin va Uollesning ishlari turlarning vaqt o'tishi bilan qanday paydo bo'lganligi haqidagi savolga javob berishda uzoq yo'lni bosib o'tdi. Tabiiy tanlanish nazariyasi murakkab hayot shakllari, shu jumladan odamlar, oddiy organizmlardan vujudga kelishi mumkin bo'lgan mexanizmni yaratdi. Lekin bu hali ham qiyin savolni ochiq qoldirdi, ya'ni hayotning o'zi nima? Bu fan eng qiyin savollarga, hatto bugungi kunda biri Yerda hayot paydo bo'lsa, biz ishonch bilan aytish mumkin.

Stromatolit deb nomlangan mikroskopik qazilma qoldiqlar va mikroorganizmlar deb ataladigan mikroorganizmlar jamoalarining qoldiqlari shuni ko'rsatadiki, Yerda 3,5 milliard yil oldin mikroorganizmlar yashagan (1 -rasm). Shuningdek, Grenlandiyadagi ba'zi metamorfik jinslarda ma'lum uglerod izotoplarining mavjudligi olimlarga 3,8 milliard yil oldin qandaydir hayot mavjud bo'lishi mumkinligini aytadi. Bu shuni anglatadiki, Yer paydo bo'lganidan 700 milliondan bir milliard yil o'tgach, hayot shu erda bo'lgan. Bu mantiqiy, chunki bu sayyora har qanday tirik qolish uchun etarlicha sovuq haroratga yetgan vaqtga to'g'ri keladi. Ammo bu sayyorada hayot paydo bo'lgan vaqtga e'tibor qaratish, hayot qanday paydo bo'lganligini hali ham bizga aytmaydi .

1-rasm :Estoniyaning Soeginina to'shaklaridagi stromatolitlar mikrobli gilamchalarning to'planishi tufayli xarakterli qatlamli tuzilishni ko'rsatadi. tasvir © Mark A. Uilson

Qadim zamonlardan beri odamlar bu savolga asosan ruhiy javob izlashgan. Tosh asri paytida gulxan atrofida, har bir o'sayotgan madaniyat xudolar qandaydir tirik bo'lmagan materialdan, loydan, loydan, toshdan yoki somondan, qanday qilib hayotni yaratgani haqida hikoya qilib bergan va aytib bergan. Vaqt o'tishi bilan qadimgi yaratilish hikoyalarining tafsilotlari sezilarli darajada o'zgardi, lekin Darvin davridagi din hayotning boshlanishi haqida fikrlash uslubi bo'lib qolaverdi. Darvin hayotning kelib chiqishini ko'rib chiqdi va bu iliq suv havzasida sodir bo'lgan deb taxmin qildi. U biobiotikgacha bo'lgan hovuzdagi fosforli tuzlar va ammiak qandaydir tarzda kimyoviy, issiqlik, yorug'lik va elektr energiyasi bilan almashtirilib, birinchi tirik hujayralarni ishlab chiqarish uchun zarur bo'lgan organik birikmalar sinteziga olib keldi, deb taklif qildi.Darvin kimyogar emas edi va bu Yerning biotik kimyosi haqidagi juda oddiy taxmin edi. Bu Darvinning tabiiy tanlanish nazariyasining batafsil va tizimli yondashuvidan keskin farq qilar edi.

Shunday bo'lsa ham, hovuz g'oyasi boshlanish edi. Umuman olganda, Yer aqlli yaratuvchiga ega bo'lgan jamiyatda yashaganiga qaramay, Darvin davridagi olimlar xudolarning aralashuvisiz hayotni boshlash imkoniyatini ko'rib chiqishgan. Bu g'oya o'z -o'zidan paydo bo'ladigan avlod deb ataldi va u Darvin davrida juda yaxshi shakllangan bo'lsa -da, u qadimgi yunonlar davriga to'g'ri keladi.

Dastlabki mutafakkirlar

Taxminan 2600 yil oldin, Ioniyaning Milet shahrida (2 -rasm), tabiat faylasufi Anaximander (eramizdan avvalgi 610–546 yy.) Qanday qilib inson chaqaloqlari butunlay ojiz tug'ilishi haqida o'ylardi. Ota -onasiz, yoshlarning omon qolish imkoniyati yo'q edi va ko'p yillar davomida ojizlik holati davom etdi. Bu haqiqat, Anaximanderning fikricha, go'daklikdan boshlangan odamlarning birinchi avlodini ko'rib chiqishda ikkilanishga olib keldi. Anaximander fikricha, o'sib -ulg'ayib, o'z bolalarini tug'ish uchun, uzoq o'tmishda inson ajdodlari yangi tug'ilgan chaqaloqlardek mustaqilroq bo'lishgan. Ular boshqa jonivorlarga o'xshagan bo'lishi kerak, ularning bolalari mustaqil yashashga tayyor bo'lib tug'ilishgan.

2-rasm :Miletning Anatoliyaning g'arbiy sohilida joylashgan joyi, hozirgi Turkiyaning bir qismi. Milet uchta qadimgi faylasufning uyi edi: Thales, Anaximander va Anaximenes.

Turli xil hayvonlarni hisobga olgan holda, Anaximander odamlarning ajdodlari baliq bo'lishi kerak deb qaror qildi. Hayotni boshlash uchun onalariga muhtoj bo'lgan sutemizuvchilardan farqli o'laroq, baliqlar tuxumdan chiqib, o'ladi yoki tirik qoladi. Bu shuni anglatadiki, uzoq odamlarning ajdodlari, agar ular odamnikidan ko'ra, baliq kabi bo'lsa, go'dak bo'lib tirik qolishlari mumkin edi.

Hatto Anaksimander davrida ham odamlar uzoq o'lik jonzotlarning skeletlarini ko'rishgan. Paleontologlar ularni izlashga ketishidan ancha oldin yo'q bo'lib ketgan hayot qoldiqlari topilgan. Qadimgi yunonlar dengiz bo'yida yashaganlar va ko'pincha ko'milgan suyaklarni ochish uchun dengiz skeletlarini yuvgan yoki erni eroziyalashgan. Bu muhitda yashab, Anaximander skelet anatomiyasi haqida umumiy tasavvurga ega bo'lib, uning odamlar va boshqa hayvonlar o'rtasidagi o'xshashligi va farqi haqida tasavvurga ega edi. Shu sababli, u baliqlardan odamlarga o'tish bosqichma -bosqich bo'lishi kerak, degan qarorga keldi. Boshqacha qilib aytganda, odamlar baliqlardan evolyutsion jarayon orqali kelib chiqqan.

Anaximander baliqdan odamga aniq evolyutsiya qanday sodir bo'lganligi haqida hech qanday tasavvurga ega bo'lmaganligi sababli, bu Darvinning tabiiy tanlanish nazariyasining dastlabki shakli emas edi. Ammo bu Yerdagi hayot kichik organizmlardan boshlangan deb o'ylashning boshlanishi edi. Anaximanderning fikri tezda mayda organizmlar dengiz tubidagi loy kabi tirik bo'lmagan moddalardan tabiiy jarayon natijasida vujudga kelgan degan fikrga olib keldi.

Keyingi asrlarda Anaksimen (miloddan avvalgi 588–524), Ksenofan (576–480), Empedokl (495–435), Demokrit (460–370) va nihoyat Aristotel (384–322) kabi yunon mutafakkirlari tomonidan ishlab chiqilgan va o'zgartirilgan. o'z -o'zidan paydo bo'ladigan g'oya, shuning uchun u odamlar quruqlikda tez -tez kuzatadigan narsalarga mos keladi. Ochiq idishda don qoldirayotgan dehqonlar, sichqonlar g'alla hosil qilganday, tez orada sichqonlar paydo bo'lganini payqashdi. Go'shtni qarovsiz qoldirgan odamlar, go'yo go'shtdan qurtlar paydo bo'lganidek, go'sht bilan zararlangan qurtlarni topish uchun qaytib kelishdi.

Qanday kuzatuvlar Anaksimanderni odamlarni baliqdan kelib chiqqan deb taxmin qilishga undadi?

O'z -o'zidan paydo bo'ladigan avlodni sinovdan o'tkazish

18-19 -asrlarga kelib, o'z -o'zidan paydo bo'ladigan qadimgi yunon g'oyasi, hayotning kelib chiqishi xudolarni talab qilmagan bo'lishi mumkin, degan fikrga kelgan har bir kishining ongiga yaxshi singib ketgan. Ilm -fan o'sib ulg'aygan bir paytda yashab, ba'zi zamonaviy mutafakkirlar o'z -o'zidan paydo bo'ladigan avlodga falsafa va ilmiy faraz kabi munosabatda bo'lishdi. Asta -sekin ular bu g'oyani ilmiy tajribalarga bo'ysundira boshladilar.

O'z-o'zidan paydo bo'ladigan naslni sinab ko'rishga birinchi urinish 17-asrda, italiyalik olim Franchesko Redi (taxminan 1626–1697) go'sht-chuvalchang hodisasiga sinchkovlik bilan qaraganida sodir bo'lgan. Go'shtni ochiq idishga solib qo'ygandan so'ng, u chuvalchanglar haqiqatan ham paydo bo'lganini va chivinlar chivinlarga aylanib, keyin uchib ketganini kuzatdi. Biroq, u go'shtni muhrlangan idishga tashlab qo'yganda, qurtlar ko'rinmasdi. U go'shtni to'r pardasi bilan qoplangan idishga tashlab qo'yganida ham chivinlar paydo bo'lmadi, bu ehtiyot chorasi, o'z -o'zidan paydo bo'ladigan sabablarga ko'ra toza havo kerak bo'lganda edi. Hozirgi fan terminologiyasida aytamizki, to'r bilan qoplangan idish o'z-o'zidan paydo bo'lishi uchun toza havo zarurligini "nazorat qiladi" (3-rasm).

3-rasm :Franchesko Redining go'shtli idishlardan foydalangan holda o'z -o'zidan paydo bo'lish tajribasi. Birinchi kavanozda, go'shti tiqin bilan yopilgan holda, go'shtda qurtlar ko'rinmasdi; ikkinchi kavanozda, to'r bilan qoplangan, go'shtda qurtlar ham ko'rinmasdi; Uchinchi kavanozda, qopqog'i bo'lmagan holda, go'shtda qurtlar paydo bo'lib, chivinlarga aylanib ketgan.

To'r qopqoq qurtlarning paydo bo'lishiga to'sqinlik qilganligi sababli, bu qurtlar o'z -o'zidan paydo bo'lmay, balki kattalar chivinlarining tuxumidan kelib chiqqanligini anglatardi. Zamonaviy fanda eksperimental usullar standartiga ko'ra, bu oddiy tajriba edi, lekin Redi davrida mavjud bo'lgan asbob -uskunalarni berish imkoni boricha yaxshi edi.

Qurg'oqchilik tajribasi natijasiga qaramay, Redi hali ham "o't hasharotlari" deb nomlangan mayda jonzotlar o'z -o'zidan paydo bo'lgan avlodlardan ekanligiga ishongan. Shu bilan birga, rivojlanayotgan ixtiro, mikroskop, olimlarga hatto kichikroq mavjudotlarga: mikroorganizmlarga e'tibor qaratish imkonini berdi. Ingliz eksperimentatori Jon Nidxem o'z mikroskopidan foydalanib, go'shtdan tayyorlangan bulyonlar mikroorganizmlarga to'lib -toshganini payqadi, shuning uchun u o'z -o'zidan paydo bo'lgan avlodni o'z sinovidan o'tkazdi (qarang: Ilmiy tadqiqotlar tajribasi moduli). Needham har qanday mikroorganizmlarni o'ldirish uchun bir shisha bulonni isitdi va shishani bir necha kunga qoldirdi. Keyin, u mikroskop ostidagi bulonga qaradi va ilgari isitilganiga qaramay, bulonda yana mikroorganizmlar borligini aniqladi (4a -rasm).

4a -rasm:Needhamning o'z -o'zidan paydo bo'lish tajribasi. Needham bulyonni qizdirdi, bir necha kun ochiq holda qoldiring, keyin suyuqlikda mikroorganizmlar kuzatildi.

Needhamning fikricha, bu topilma jonsiz bulyon hayotga sabab bo'lgan degan taxminni bildirgan. Ammo boshqa bir olim, italiyalik Lazzaro Spallanzani, Needham noto'g'ri ish qilgan bo'lsa kerak, deb o'yladi. Ehtimol, u bulonni etarlicha yuqori haroratga yoki uzoq vaqt isitmagan. Buni bilish uchun Spallanzani o'z tajribasini o'tkazdi. U bulonni ikkita shishada qaynatdi, bitta shishani ochiq va yopiq holda qoldirdi va yangi mikroorganizmlar faqat ochiq shishada paydo bo'lganini aniqladi. Uning xulosasi: mikroorganizmlar shishaga havo orqali kirgan; ular bulonda o'z -o'zidan hosil bo'lmagan (4b -rasm).

Shakl 4b:Spallanzani Needham tajribasini o'tkazdi, lekin qaynatilgandan keyin yopilgan bulon shishasini ham sinovdan o'tkazdi. U yopiq idishda hech qanday mikroorganizm o'smaganligini aniqladi.

Hayotning o'z -o'zidan paydo bo'lishini isbotlaydigan yoki rad etadigan tajribalar yana bir asr davom etdi. Yopiq va ochiq idishlar o'rtasidagi farq tufayli, dalillar hayotning o'z -o'zidan paydo bo'lishi uchun toza havo kerak bo'lishi mumkinligiga qaratildi. Shunday qilib, Spallanzanining yopiq shishasida havo yo'qligi natijalarni chalkashtirib yuboradigan omil bo'lishi mumkin edi. Bu imkoniyat 19 -asrning eng mashhur mikrobiologining e'tiborini tortdi: Darvinning zamondoshi Lui Paster.

Paster bu masalaga e'tibor qaratdi, lekin bir marta u tirik bo'lmagan moddalardan hayot yaratish uchun havo zarurligini nazorat qilish kerakligini bildi. Buning uchun u bo'yinlari uzun, maxsus egilgan, oqqushga o'xshash kolbalar yasagan. Bu sterilizatsiya qilingan bulonni tashqaridan toza havoga chiqarishga imkon berdi, lekin havodan kelgan har qanday mikroorganizmlar bo'ynidagi suv havzasida qolib ketardi. (Eksperimentlarni loyihalash bo'yicha qo'shimcha ma'lumot olish uchun "Ilmiy tadqiqotlarda tajriba" moduliga qarang.)

Pasterning maxsus kolbalaridagi sterillangan bulonlarni toza havoga chiqishiga qaramay mikroorganizmlar yuqtirmagan (5 -rasm). Shunday qilib, 24 asrdan ko'proq vaqt o'tgach, o'z -o'zidan paydo bo'lgan gipoteza nihoyat bekor qilindi.

5-rasm:Paster bo'yinlari uzun, oqqushlarga o'xshash, kolbasaning steril bulyoni toza havo bilan o'zaro ta'sirlashishiga imkon berdi, lekin kolbaning egilgan bo'ynida mikroorganizmlar qoldi.

Bu shuni anglatadiki, olimlar endi mikroorganizmlar yoki mayda hayvonlar birdaniga ota -onasiz paydo bo'ladi deb o'ylamas edilar, lekin bu odamlarni tirik bo'lmagan materiyadan kelib chiqadigan hayot haqida o'ylashga to'sqinlik qilmadi. Pasterning o'z -o'zidan paydo bo'lgan mikroorganizmlarni inkor etuvchi eksperimental natijalarini e'lon qilishi Darvinning " Turlarning kelib chiqishi" bilan bir vaqtda sodir bo'lgan . Bu paradoksni yaratdi. Dunyo bo'ylab olimlar, evolyutsiya haqiqatan ham sodir bo'lganiga, barcha zamonaviy turlar oxir-oqibat, mavjud bo'lgan tirik shakllardan kelib chiqqaniga aniq ishonishdi. Biroq, hayot birinchi navbatda qanday boshlangani haqidagi savolga kelsak, olimlar faqat ular bergan yagona tushuntirishni rad etishdi.

Darvinning hovuz haqidagi fikri butunlay spekulyativ edi. Ko'p yillar davomida ko'p sonli kuzatuvlar orqali tabiiy tanlanishni sinovdan o'tkazganini sinab ko'rishning iloji yo'q edi. Shunday qilib, hayotning o'zi boshlanishi haqida gap ketganda, Darvin davridagi olimlar qotib qolishdi. Qo'llarini ko'tarish yoki o'z dinlarining yaratilish hikoyalariga bo'ysunish mumkin edi.

Spallanzanining shisha idishdagi bulon bilan o'tkazgan tajribalari shuni ko'rsatdiki, mikroorganizmlar

Eski va yangi fikrlar

O'z -o'zidan paydo bo'lishidan tashqari, qadimgi yunonlar Yerda hayotning paydo bo'lishi haqida yana bir fikrni - panspermiyani ishlab chiqdilar. Iaks yunon Anaxagoras (miloddan avvalgi 510–428 yillar) Yerda hayot boshqa olamlardan kosmos orqali kelgan ko'chatlar sifatida paydo bo'lgan deb o'ylagan. Ko'pincha odamlar panspermiyani tirik bo'lmagan materiyadan kelib chiqadigan hayot g'oyasiga muqobil deb o'ylashadi, lekin aslida unday emas. Buning o'rniga, panspermiya hayotning kelib chiqishini faqat Yerdan boshqa sayyoraga yoki oyga ko'chiradi, va bundan keyin ham. Shunday qilib, Paster o'z -o'zidan paydo bo'lgan avlodni rad etganidan so'ng, hayotning qanday boshlanganini aniqlash uchun motivatsiya har qachongidan ham kuchliroq edi.

19-asrning oxiriga kelib ingliz biologi Tomas Genri Xaksli (1825-1895) tirik bo'lmagan kimyoviy tizimlardan paydo bo'lgan hayot shakllarini tasvirlash uchun abiogenez atamasini kiritdi. Bu atamani birinchi eshitganingizda, go'yo abiogenez o'z -o'zidan paydo bo'ladigan avlodga qaraganda zamonaviyroq bo'lib tuyulishi mumkin, lekin katta farq bor. O'z -o'zidan paydo bo'lganida, ba'zi materiallar, go'sht, don yoki loy bo'ladimi, qandaydir jonzotni doimiy ravishda ishlab chiqarishga qodir, degan fikr bor edi. Huxli nimani nazarda tutgan bo'lsa, hayotning kimyoviy reaktsiyalari uzoq vaqt davomida erta Yerda asta -sekin paydo bo'la boshladi. Xuxli aralashmaning Darvinning ammiak va fosfor tuzlariga qaraganda ancha murakkab bo'lishi kerakligini bilar edi, lekin u tafsilotlarni aniqlashga urinmadi. Qanday bo'lmasin, u oddiy kimyoviy moddalarning optimal aralashmasi hayot uchun zarur bo'lgan murakkab kimyoviy moddalarni hosil qiladi deb o'yladi.fermentlar va eng qadimgi tirik hujayralar kabi.

Abiogenez - bu o'z -o'zidan paydo bo'ladigan avlodning boshqa nomi.

Abiogenez

Birinchi davrda abiogenez qanday sodir bo'lishi mumkinligiga kelsak, bu haqda jiddiy o'ylash 1920 -yillarda, ikkita olim bir -biridan butunlay mustaqil ravishda boshlangan.

1922 yilda rus biokimyogari Aleksandr Oparin hayotning kelib chiqishi haqida ma'ruza o'qidi, u 1924 yilda buklet bo'lib chiqdi. Bir necha yillar davomida bu kitobcha Oparinning ona tilidan tarjima qilinmagan, shuning uchun uning g'oyalari noma'lum edi. SSSR. Ayni paytda, ingliz biokimyogari Jon Burdon Sanderson Xoldan (odatda JBS Haldane ismining bosh harflari bilan tanilgan) shunga o'xshash g'oyalar ustida ishlagan. Rus hamkasbidan farqli o'laroq, Haldane va uning ishlari nihoyatda ko'zga ko'ringan edi. U 20 -asr boshlarida astronom Karl Sagan qilgan ishni qilib, ilm -fanni ommabop ommabopi edi, bu ilmni hamma uchun tushunarli va maftunkor qildi. Haldanening qo'llari hayot fanining ko'plab sohalarida bo'lgan. U o'nlab ilmiy maqolalarning muallifi bo'lgan va ko'p vaqtini o'z ishini va uning ahamiyatini ilmiy dunyodan tashqaridagi odamlarga tushuntirishga sarflagan.

Biologiyaning boshqa savollari bilan bog'liq holda, Haldane tirik va tirik bo'lmagan kimyo o'rtasidagi chegarada bo'lgan fermentlar bilan ishlagan. Binobarin, u abiogenez fermentlar va viruslar ishtirokidagi murakkab mexanizm orqali sodir bo'lgan deb faraz qildi. Haldane davriga kelib, olimlar birinchi Yerning atmosferasi kamaygan atmosfera ekanligini aniqladilar. Bu shuni anglatadiki, u tarkibida karbonat angidrid kabi oksidlangan kimyoviy birikmalardan farqli o'laroq, metan kabi kamaygan uglerodli kimyoviy birikmalar bor edi (ular mavjud bo'lishi mumkin, lekin metan bilan solishtirganda ancha past). Bundan tashqari, uning tarkibida vodorod, ammiak, ozgina suv bug'lari va eng muhimi kislorod yo'q edi.

Kislorod faqat oziq -ovqat tayyorlash uchun fotosintezni amalga oshiradigan organizmlardan kelishi mumkin. Bunday organizmlarga avtotroflar deyiladi. Xaldanning fikricha, birinchi hujayralar o'z oziq -ovqatlarini atrofdagi muhitdan oladigan geterotroflar bo'lishi kerak. Metan - bu gaz, lekin undan yasalgan boshqa oddiy organik birikmalar suyuq bo'lib, Erning boshida yomg'ir yog'ar edi. Ular yuzasida suyuqlik havzalari sifatida to'planib, o'ziga xos organik bulonni hosil qilib, "Haldan sho'rvasi" deb nomlanishdi (6 -rasm).

6-rasm: Yellouston milliy bog'idagi Grand prizmatik buloq tasviri, Haldan taklif qilgan organik "sho'rva" ga o'xshash muhit. tasvir © Jim Peaco, Milliy Park xizmati

Atmosferada kislorod yo'qligi sababli, erta Erda kosmosdan kuchli ultrabinafsha nurlanishini to'sadigan ozon qatlami yo'q edi. Haldanning taxmin qilishicha, kosmosdan ultrabinafsha nurlanish, chaqmoq bilan bir qatorda, oddiy organik sho'rvaga doimo urilib, har xil oddiy organik birikmalarga energiya etkazib beradi. Bu molekulalar atomlari orasidagi kimyoviy bog'lanishlarning uzilishiga va isloh qilinishiga olib keldi, yangi va turli molekulalar yaratib, nihoyatda katta, murakkab organik molekulalarga olib keldi. Xoldeynning aytishicha, bu millionlab yillar davomida sodir bo'lgan va oxir -oqibat "sho'rva" dagi boshqa molekulalarni qurilish materiallari sifatida qo'pol tarzda nusxa ko'chiradigan molekula paydo bo'lguncha sodir bo'lgan.

Qo'shnilaridan yaxshiroq nusxa ko'chira oladigan molekulalar ko'payib, asta -sekin sho'rvada hukmronlik qilardi. O'zidan nusxa ko'chiradigan bu molekulalarning ba'zilari qandaydir to'siq bilan o'ralgan, biz membrana deb ataydigan narsaning kashfiyotchisi. Bu tasodifan sodir bo'lgan, shuning uchun bu juda kamdan-kam uchraydi, lekin bu sodir bo'lganda, Haldanning so'zlariga ko'ra, yopiq, o'z-o'zidan nusxa ko'chiriladigan molekulalar omon qolish uchun katta afzalliklarga ega edi. Shunday qilib, ular hukmronlik qilish uchun kelishdi, oshni yeb olishdi va hayot boshlandi.

Xoldeynning fikri faqat faraz edi. Buni hali hech kim sinab ko'rmagan, lekin bu Darvinning fosforli tuz haqidagi fikridan ko'ra ancha murakkabroq edi. Bundan tashqari, u 20-30 -yillardagi Erning kimyosi haqidagi fanning holatiga to'liq mos keladi. 1936 yilda Oparinning asarlari nihoyat rus tilidan tarjima qilindi. Ma'lum bo'lishicha, u Haldan bilan deyarli bir xil narsani taklif qilgan, shuning uchun bu g'oya Oparin-Xaldan gipotezasi sifatida tanilgan.

Birinchi Yerda ozon qatlami yo'q edi, chunki atmosferada ________ yo'q edi.

Qadimgi Yerni laboratoriyaga joylashtirish

Oparin-Haldan gipotezasini sinab ko'rishga kelsak, bu rol aspirant Stenli Miller qo'liga tushdi. 1950 -yillarning boshlarida Miller Chikago universitetining kimyo bo'limida tezis loyihasini qidirdi. 1952 yilda uning ilmiy ustozi, professor va Nobel mukofoti laureati Xarold Urey tirik molekulalarning kelib chiqishini sinab ko'rishni taklif qildi. Bu shuni anglatadiki, olimlar birinchi Yerda mavjud bo'lgan atmosferani: vodorod, metan, ammiak va suvni qayta yaratishni anglatardi. Bu, shuningdek, Haldane o'ylagan narsani hayot uchun zarur bo'lgan murakkab molekulalar: chaqmoq va ultrabinafsha nurlar yaratish uchun zamin yaratdi.

Qadimgi atmosfera yaratilgan va kolbaga solinganidan so'ng, Miller va Urey aralashmani kuchli ultrabinafsha nurlar ta'sirida qoldirishgan. Ular, shuningdek, kolbaga elektrodlar qo'yib, asbob orqali elektr tokini yuborib, chaqmoqni simulyatsiya qilish uchun uchqun hosil qilib, kolbadagi gazlar bilan o'zaro ta'sir o'tkazdilar. Bir necha kundan keyin ular apparatning pastki qismida to'plangan suyuqlikning tarkibini tekshirishdi (7 -rasm). Ular turli molekulalar, shu jumladan aminokislotalar glitsin, alanin va valin kabi turli xil biologik molekulalar yaratilganligini aniqladilar. Ular tajribani qayta -qayta o'tkazdilar va gaz aralashmasi atrofida qanday o'zgarganiga qarab, turli xil aminokislotalar va boshqa biologik molekulalar yaratildi.Bu shuni ko'rsatdiki, abiotik sharoitda sayyorada biologik muhim molekulalar paydo bo'lishi mumkin edi.

7-rasm:Miller va Ureyning Oparin-Haldan gipotezasini sinab ko'rish tajribasi, Erning birinchi atmosferasini qayta yaratish va ultrabinafsha nurlar va elektr toklarini qo'shish.

Yillar mobaynida, Miller o'z karerasini davom ettirar ekan, sayyora atmosferasi va qadimgi Yerni o'rganayotgan olimlar Yerning dastlabki atmosferasi haqida ikkinchi fikrga ega bo'lishdi. Ehtimol, unda metan, vodorod va ammiak hukmronlik qilmagan va ehtimol, u oksidlanishdan farqli o'laroq oksidlangan bo'lishi mumkin edi. Ammo qadimgi atmosfera haqidagi nazariyalar takomillashtirilgach, Miller gaz aralashmalari bilan o'zining dastlabki tajribasini o'zgartirdi. Kimyoviy mahsulotlar har bir yangi aralashma bilan o'zgargan bo'lsa -da, har bir holatda ular hayot uchun muhim bo'lgan birikmalarni o'z ichiga oladi, masalan, aminokislotalar yoki azotli asoslar, DNK va RNK hosil qilish uchun zarur bo'lgan qurilish materiallari. Aniq aralashma va sharoit qanday bo'lishidan qat'i nazar, murakkab organik molekulalar paydo bo'ladi, degan javob paydo bo'ldi.

Vodorod, metan, ammiak va suv idishida elektr uchqunlari paydo bo'lganda nima hosil bo'lgan?

Miller-Urey tajribasidan so'ng: oqsil va membranalarni o'rganish

1970 -yillardan boshlab Yerning birinchi atmosferasi haqidagi g'oyalar o'zgarmas edi, NASA tashqi Quyosh tizimini kashf etishi natijasida Yupiter va Saturn atrofida aylanayotgan yo'ldoshlar haqida ajoyib narsalar aniqlandi. Xususan, " Voyager 1" , " Voyager 2 " va " Kassini " kosmik zondlari va Gyuygens zond deb nomlangan Saturn nomli Titanga atmosferaga kiradigan zond Titan atmosferasining aniq tarkibini ochib berdi. Bu boshqa olimlarni, masalan, Karl Saganni, Millerning Titan atmosfera aralashmasi bilan 1952 yilda o'tkazgan tajribasini qayta bajarishga ilhomlantirdi. Bu ham muhim biologik birikmalar hosil qildi. Shunday qilib, bugungi kunda Titan oyi Quyosh sistemasidagi astrobiologiya tadqiqotlarining asosiy yo'nalishi hisoblanadi. Bu ekzotik hayot shakllariga ega bo'lishi mumkin yoki bu Yerning hayotdan oldingi holatining namunasi bo'lishi mumkin.

Asl Miller-Urey tajribasidan bir necha yil o'tgach, boshqa tadqiqotchi Sidney Foks Miller-Urey birikmalarining ba'zilari-aminokislotalar birlashib, polimerlar, peptidlar yoki kichik oqsillar deb ataladigan katta molekulalarni hosil qilishi mumkinligini ko'rsatdi. Bu Miller-Urey mexanizmi orqali ishlab chiqarilgan aminokislotalar issiq va quruq sharoitda loy va boshqa materiallarning yuzasiga sepilganda sodir bo'ldi. Qadimgi Yerda bunday sharoitlar qadimgi hovuzlar yoki dengizlar va qadimgi erlar chegarasida sodir bo'lar edi. Vaqt etarli bo'lsa, murakkab oqsillar paydo bo'lishi mumkin.

Boshqa tadqiqotchilar keyinchalik lipidlar (yog'larni o'z ichiga olgan organik molekulalar klassi) ham qadimgi Yerda mavjud deb taxmin qilingan sharoitda shakllanishi mumkinligini aniqladilar. Bu tashqaridan ajratilgan shar ichida suv muhitini yaratadi. Boshqacha qilib aytganda, xom membranalar aminokislotalar va mayda oqsillar kabi biologik birikmalar hosil bo'ladigan sharoitda o'z -o'zidan paydo bo'lishi mumkin. Membranalarning o'z -o'zidan paydo bo'lishi, hayotni o'rganishning kalitidir. Buning sababi shundaki, tirik bo'lmagan kimyodan biologiyaga o'tish uchun kimyoviy reaktsiyalarning juda murakkab tarmoqlari paydo bo'lishi kerak. O'rnatish liniyasida ishlab chiqarilgan mashina singari, biologik molekulalar bo'limlar bo'yicha birlashtirilgan. Ular, shuningdek, bo'limlar bo'yicha turli molekulalarga aylantiriladi,shuning uchun har bir reaktsiyaning boshlang'ich molekulasi (substrat deb ataladi) va yakuniy mahsulotidan tashqari bir qator oraliq kimyoviy moddalar mavjud.

Ochiq muhitda, Haldanening sho'rvasi yoki okeanda, kimyoviy yo'l rivojlanishidan oldin, har xil oraliq moddalar tarqalib ketadi. Ammo membrana bo'linma ichidagi barcha kimyoviy moddalarni o'z ichiga oladi. Keyin bu bo'linma kimyoviy laboratoriya vazifasini bajaradi va u har qanday reaktsiyalarni ushlab turadi. Biz bilamizki, membranali sharlar o'z -o'zidan paydo bo'lishi mumkin, Erning dastlabki sho'rvasida milliardlab kichik kimyoviy laboratoriyalar bo'lishi kerak edi, ularda hayot kimyosi chayqalardi.

Nega membranalar hayotni o'rganishda juda muhim?

DNK dunyosiga o'tish

Abiotik muhitda biologik molekulalar va membranalar paydo bo'lishi mumkinligini ko'rsatish hayotning paydo bo'lishining namoyishi emas. Bu faqat tirik bo'lmagan kimyodan hayotning oxirigacha shakllanishiga o'tishi mumkin bo'lgan narsalarni ko'rsatadi. Bu shuni ko'rsatadiki, abiogenezdagi zarur qadam - murakkab organik molekulalarning o'z -o'zidan paydo bo'lishi - nafaqat mumkin, balki to'g'ri sharoitda ham.

Nazariy nuqtai nazardan, erning boshida paydo bo'ladigan kimyoviy qurilish bloklaridan kattaroq va kattaroq organik molekulalarni uzluksiz o'zgartirish va qurish oxir -oqibat o'zlarini nusxa ko'chiradigan molekulalarga olib kelishi kerak. Buning sababi shundaki, organik molekula qanchalik katta bo'lsa, uning funktsional kimyoviy guruhlari shunchalik ko'p bo'ladi. Funktsional guruhlar - ugleroddan boshqa atomlarga ega bo'lgan molekulalar, masalan, kislorod, azot va fosfor, ular elektronlarni ushlab turishni yaxshi ko'radilar. Bu elektronlarni molekula qismlari o'rtasida, molekula va boshqa molekulalar o'rtasida harakatlanishiga imkon beradi. Bundan tashqari, molekula qanchalik katta bo'lsa, u shunchalik egilib, aylana oladi. Bu qobiliyat, ko'p elektronlar bo'ylab harakatlanish qobiliyati bilan, har qanday tasodifiy, faqat omad tufayli mumkin, degan ma'noni anglatadi.juda ko'p azot, kislorod va fosfor atomlariga ega bo'lgan juda katta organik molekula fermentativ qobiliyatga ega, ya'ni kimyoviy reaktsiyalarni katalizlay oladi.

Molekula tomonidan katalizlanadigan ba'zi reaktsiyalar to'plami molekulaning o'z nusxasini yaratishiga olib kelishi mumkin. Shunday qilib, Haldan sho'rvasida ko'p miqdorda qurilish materiallari bo'lsa, vaqt o'tishi bilan o'z-o'zidan ko'payadigan molekulalar paydo bo'lishi mumkin. Birinchi o'z-o'zini takrorlaydigan molekula faqat nusxa ko'chirish qobiliyatiga ega bo'ladi. Ammo, agar u o'zini nusxa ko'chirmasa, har bir yangi "nusxa" "ota -ona" molekulasidan biroz farq qiladi. Tasodifan, yangi nusxa ko'chirilgan molekula nusxa ko'chirish qobiliyatiga ega bo'lishi mumkin. Tabiiy tanlanish Darvinning tirik organizmlar uchun qanday ishlatganiga o'xshash tirik bo'lmagan kimyoviy molekulalar uchun ishlaydi. Yaxshi nusxa ko'chiradigan molekulalar, o'zlarini yaxshi nusxa ko'chira olmaydigan boshqa molekulalarning parchalanishidan olingan qurilish bloklari yordamida ko'proq nusxa ko'chirishadi.

Membranalarga o'ralgan o'z-o'zidan nusxa ko'chirish molekulalari yanada yaxshi bo'ladi, chunki ular boshqa kimyoviy moddalar bilan bir-biriga yaqin joylashadi. Ammo hayotning boshlanishi uchun nusxa ko'chirish qobiliyati juda yaxshi bo'lgan molekula bo'lishi kerak edi. Bugungi kunda shunday molekula bor: DNK. Biroq, DNK nihoyatda murakkab va bu tovuq va tuxum kabi dilemma hosil qiladi.

1980 -yillarda olimlar hamma fermentlar ham oqsil emasligini anglay boshladilar. Olimlar ribosomalar deb nomlangan hujayraning ba'zi tarkibiy qismlarini ajratishdi va ular oqsil va RNKdan iborat ekanligini aniqladilar. G'alati bo'lgan narsa shundaki, ba'zi RNK molekulalari aslida ferment sifatida ishlaydi. Ular o'zlarida va boshqa RNK molekulalaridagi kimyoviy o'zgarishlarni katalizlay oladi.

DNK singari, RNK ham genetik ma'lumotni saqlay oladi, lekin RNK DNKdan ko'ra murakkab emas (8 -rasm). Shunday qilib, "RNK dunyosi" deb nomlangan gipotezani uch xil tadqiqotchi: Lesli Orgel, Frensis Krik va Karl Voz mustaqil ravishda taklif qilishdi. Bu hozirgi hayotni o'rganishning asosiy toshidir. Gap shundaki, RNK Yerda DNKdan oldin paydo bo'lgan va birinchi hujayralardagi (yoki hayot boshqa joyda boshlangan bo'lsa, boshqa dunyodagi birinchi hujayralarda) genetik material bo'lgan.

8-rasm :Ribonuklein kislotasi (RNK) va deoksiribonuklein kislotasi (DNK) ni taqqoslash.

Bugungi kunda ma'lum bo'lgan bakterial hujayra yoki boshqa to'liq hayot shakli RNKni genetik ma'lumotni saqlash molekulasi sifatida biz DNK ishlatadigan usulda ishlatmaydi. Ammo RNK viruslari mavjud. Hamma viruslar ham RNK viruslari emas; Ba'zilar DNKdan, xuddi bizning hujayralarimiz kabi, genetik ko'rsatmalarni ushlab turish uchun foydalanadilar. Ammo, agar RNK ba'zi viruslarning yagona genetik materiali sifatida etarli bo'lsa, RNKni erta bakteriyada yoki er yuzida mavjud bo'lgan boshqa bir hujayrali mavjudotda yagona genetik material bo'lishini tasavvur qilish oson.

RNKdan DNKga o'tish qanday sodir bo'lganligini tasavvur qilish qiyin emas. Hamma narsaning evolyutsiyasida bo'lgani kabi, xatolar ham bo'lar edi. Hozirgi vaqtda tirik organizmlarda DNK genetik ma'lumotni uzoq muddat saqlaydi va DNK ketma -ketligi RNK sekansiga yoziladi, keyinchalik ular oqsillarga aminokislotalar ketma -ketligini birlashtirish uchun ishlatiladi (qarang: Genlar ifodasi: Umumiy ko'rib chiqish moduli). Aslida, DNK RNK va RNK hosil qiladigan oqsillardan tashqari qo'shimcha qatlamdir. RNK ketma -ketligi DNKni xato qilishdan oldin genlar bo'lishi mumkin edi. RNKdan ko'ra kimyoviy jihatdan ancha barqaror bo'lgan DNK genetik ma'lumotni saqlash vazifasini o'z zimmasiga oldi. Bu RNKga genetik ma'lumotni oqsillarga aylantirishda yaxshiroq imkoniyat berdi.

Bu hayot evolyutsiyasida ulkan qadam bo'lar edi. Bu shuni anglatadiki, hayot birdaniga bu erda bo'lmagan. Aksincha, abiogenez prebiyotik, kimyoviy evolyutsiya bosqichma -bosqich yoki bosqichma -bosqich sodir bo'lgan. Shunday qilib, mavjudotlar tirikdan tirikgacha bo'lgan spektr bo'ylab mavjud bo'lishi kerak, xuddi viruslar ham tirik, ham tirik mavjudotlarga xos xususiyatlarga ega. Biz aniq abiogenez yo'lini bilmaymiz, lekin olimlar tirik bo'lmagan kimyodan o'zini o'zi ta'minlaydigan hujayralarga o'tish uchun zarur bo'lgan har bir asosiy qadamni ishlab chiqishdi. Eng muhimi, olimlar har bir qadam mumkin ekanligini ko'rsatadigan laboratoriya tajribalarini o'tkazdilar. Anaksimander, Darvin va hatto Xoldan davridan farqli o'laroq, abiogenez uchun katta teshiklar yoki nazariy to'siqlar yo'q. Olimlar bu qanday sodir bo'lganligi haqida yaxshi tasavvurga ega. Shunga qaramay,har bir asosiy qadamning tafsilotlari nuqtai nazaridan, hozir ilm -fan ba'zi javoblarni olishga qaratilgan.

Xulosa

Qadim zamonlardan beri odamlar hayot qanday paydo bo'lganligi haqida o'ylaydilar. Bu modul tarix orqali hayotning kelib chiqishini, shu jumladan, Lui Pasterning o'z-o'zidan paydo bo'lish haqidagi g'oyasini rad etgan tajribalarini va keyinchalik tirik bo'lmagan muhitdan biologik molekulalarning paydo bo'lishi yoki abiogenezning paydo bo'lishini ko'rsatadigan tadqiqotlarni tasvirlaydi. lekin, ehtimol, to'g'ri sharoitda.

Asosiy tushunchalar

Hayotning kelib chiqishi haqidagi nazariyalar insoniyat madaniyati kabi qadimiydir. Anaksimander singari yunon mutafakkirlari hayot o'z -o'zidan paydo bo'lishidan kelib chiqqan deb o'ylashgan, bu g'oya mayda organizmlar o'z -o'zidan tirik bo'lmagan moddalardan paydo bo'ladi degan fikrni bildirgan.

O'z -o'zidan paydo bo'lish nazariyasi 18-19 -asrlarda mikroorganizmlarning ko'payishi bo'yicha tajribalar o'tkazgan olimlar tomonidan e'tiroz bildirildi. Lui Paster mikroorganizmlarning o'sishiga toza havo ta'sirini ko'rsatadigan tajribalar o'tkazib, o'z -o'zidan paydo bo'lish nazariyasini rad etdi.

Abiogenez, hayot tirik bo'lmagan kimyoviy tizimlardan paydo bo'lgan degan nazariya, o'z -o'zidan paydo bo'lgan avlod o'rnini, hayotning kelib chiqishining etakchi nazariyasi sifatida almashtirdi.

Haldan va Oparin qadimgi Yerdagi organik molekulalarning "sho'rvasi" hayotning qurilish materiallari manbai ekanligini nazariya qilishgan. Miller va Ureyning tajribalari shuni ko'rsatdiki, er yuzidagi erta sharoitlar hayot uchun zarur bo'lgan organik molekulalarni yaratishi mumkin.

RNK va evolyutsion jarayonlar orqali DNK va biz biladigan hayotning xilma -xilligi, ehtimol, Erning birinchi "sho'rva" dagi organik birikmalar orasidagi kimyoviy reaktsiyalar natijasida vujudga kelgan.