Gyvybės Atsiradimas Žemėje: Mokslo Teorijos
Mokslas vis dar ieško atsakymo į vieną didžiausių klausimų - kaip Žemėje atsirado gyvybė. Šis procesas, vadinamas abiogeneze, tebėra intensyvių tyrimų ir diskusijų objektas. Net pats gyvybės apibrėžimas nėra galutinai nusistovėjęs ir nuolat peržiūrimas. Vienas tyrimas, publikuotas žurnale „Journal of Biomolecular Structure and Dynamics“, pateikia net 123 skirtingus gyvybės apibrėžimus. Nors mokslas dar neturi vieningos teorijos, egzistuoja kelios pagrindinės mokslinės hipotezės, aiškinančios gyvybės atsiradimą Žemėje.
Žaibo Kibirkštis
Viena iš teorijų teigia, kad žaibas galėjo būti ta kibirkštis, kuri inicijavo gyvybės atsiradimą. Garsusis Millerio ir Urey eksperimentas, atliktas 1952 m., parodė, kad elektros išlydžiai atmosferoje, kurioje yra vandens, metano, amoniako ir vandenilio, gali generuoti aminorūgštis ir cukrų - pagrindinius gyvybės statybinius blokus. Eksperimento rezultatai leido manyti, kad žaibas galėjo padėti sukurti pagrindines gyvybės sudedamąsias dalis ankstyvojoje Žemėje. Per milijonus metų šios paprastos molekulės galėjo susijungti į didesnes ir sudėtingesnes struktūras.
Nors vėlesni tyrimai atskleidė, kad ankstyvojoje Žemės atmosferoje galėjo trūkti vandenilio, mokslininkai iškėlė hipotezę, kad vulkaniniuose debesyse, kurie egzistavo ankstyvojoje atmosferoje, galėjo būti metano, amoniako ir vandenilio, taip pat ir žaibų.
Molio Kristalai
Kita teorija teigia, kad pirmosios gyvybės molekulės galėjo atsirasti molyje. Škotijos Glazgo universiteto mokslininkas Alexanderis Grahamas Cairnsas-Smithas savo 1985 m. knygoje „Septynios užuominos apie gyvybės kilmę“ pasiūlė hipotezę, kad molio kristalai, augdami ir jungdamiesi tarpusavyje, formavo skirtingos aplinkos veikiamas sritis, sulaikydami kitas molekules ir organizuodami jas į tam tikrus modelius.
Pagal A. G. Cairns-Smithą, molio mineralų kristalai galėjo „sutvarkyti“ organines molekules į organizuotus modelius. Vėliau organinės molekulės perėmė šį darbą ir pradėjo organizuotis pačios. Nors ši teorija aštuntajame dešimtmetyje paskatino mokslininkus diskutuoti, ji vis dar nėra plačiai pripažinta mokslo bendruomenėje.
Taip pat skaitykite: Atraskite skaniausius receptus
Gilumų Versmės
Remiantis giliavandenių versmių teorija, gyvybė galėjo prasidėti povandeninėse hidroterminėse versmėse, iš kurių veržiasi gyvybiškai svarbūs elementai, tokie kaip anglis ir vandenilis. Šių versmių galima rasti tamsiausiose vandenynų dugno gelmėse, kur iškyla žemyninės plokštės. Jose trykšta Žemės branduolio įkaitintas skystis, kuris, keliaudamas per plutą, surenka ištirpusias dujas ir mineralus, pavyzdžiui, anglį ir vandenilį.
Šios povandeninės vietos galbūt galėjo sukoncentruoti molekules ir suteikti reikiamų mineralinių katalizatorių kritinėms reakcijoms. Net ir dabar šios versmės, kuriose gausu cheminės ir šiluminės energijos, palaiko gyvybingas ekosistemas. Abiogenezė per hidrotermines versmes ir toliau tiriama kaip tikėtina gyvybės Žemėje teorija. 2019 m. Londono universiteto koledžo mokslininkai sėkmingai sukūrė protoelementus panašiomis karštomis, šarminėmis aplinkos sąlygomis, kokios egzistuoja hidroterminėse versmėse.
Šalta Pradžia
Gyvybės atsiradimą prieš 3,8 milijardus metų galbūt palengvino ir vandenynus dengęs ledas. Pagrindiniai organiniai junginiai, kurie, kaip manoma, buvo svarbūs gyvybės atsiradimui, yra stabilesni žemesnėje temperatūroje. Užšaldžius vandenį, šie junginiai koncentruojasi, taip palengvindami gyvybės atsiradimą. Ledas taip pat galėjo apsaugoti vandenyje esančius trapius organinius junginius nuo ultravioletinių spindulių ir kosminių smūgių. Šaltis taip pat galėjo padėti šioms molekulėms išlikti ilgiau, todėl galėjo įvykti svarbios reakcijos.
RNR Pasaulis
Kad susidarytų DNR, reikia baltymų, o baltymams atsirasti reikia DNR. Tad kaip šie du dalykai galėjo susidaryti vienas be kito? Atsakymu gali būti RNR, kuri, kaip ir DNR, gali saugoti informaciją, bet ir veikti kaip fermentas, kaip kad veikia baltymai, ir padėti kurti DNR bei baltymus. Vėliau šį „RNR pasaulį“ galbūt pakeitė DNR ir baltymai, nes jie veikia efektyviau.
RNR vis dar egzistuoja ir atlieka keletą funkcijų organizmuose, įskaitant kai kurių genų jungiklio funkciją. Vis dar išlieka klausimas, kaip RNR atsirado. Kai kurie mokslininkai mano, kad molekulė Žemėje galėjo atsirasti savaime, o kiti teigia, kad tai labai mažai tikėtina.
Taip pat skaitykite: Augalai sausringose vietovėse
Paprasta Pradžia
Gyvybė galėjo atsirasti ne iš sudėtingų molekulių, pavyzdžiui, RNR, o iš mažesnių molekulių, tarpusavyje sąveikaujančių reakcijų cikluose. Tokios molekulės galėjo būti paprastose kapsulėse, panašiose į ląstelių membranas, ir ilgainiui galėjo išsivystyti į sudėtingesnes molekules, kurios šias reakcijas vykdė geriau nei pirmosios. Šis scenarijus vadinamas „metabolizmo pirmumo“ modeliu ir yra priešingas nei „RNR pasaulio“ hipotezės „genų pirmumo“ modeliui.
Iš Kosmoso (Panspermija)
Galbūt gyvybė Žemėje išvis neprasidėjo, o buvo atnešta iš kitų vietų kosmose. Ši teorija vadinama panspermijos teorija. Pavyzdžiui, kosminiai smūgiai nuo Marso nuolat atmuša uolienas, ir Žemėje yra rasta nemažai Marso meteoritų, kurie, kaip teigia kai kurie tyrėjai, galėjo atnešti mikrobų.
Nors dauguma mano, kad kosmose gyvybei išlikti sunku, šios teorijos šalininkai teigia, kad pačios primityviausios gyvybės formos gali sėkmingai įveikti didžiulius Visatos atstumus. Šios hipotezės trūkumas tas, kad nesvarstoma, kaip apskritai atsirado gyvybė Visatos platybėse.
Pirmykštis Buljonas
Šis terminas glaudžiai susijęs su Stanley Millerio ir Haroldo Urey eksperimentais. Mokslininkai laboratorijoje sumodeliavo sąlygas, galėjusias egzistuoti jaunos Žemės paviršiuje: metano, smalkių ir molekulinio vandenilio mišinį, daug elektros išlydžių, ultravioletinę šviesą. Netrukus daugiau nei 10 % anglies iš metano perėjo į vienokių ar kitokių organinių junginių sudėtį. Eksperimentų metu buvo gauta daugiau nei 20 amino rūgščių, cukrūs, lipidai ir nukleininių rūgščių pirmtakai.
Šiuolaikiniuose šių klasikinių bandymų variantuose naudojamos daug sudėtingesnės sąlygos, tiksliau atitinkančios buvusias ankstyvojoje Žemėje, imituojamas ugnikalnių poveikis. Taip mokslininkams pavyksta gauti įvairios organikos - potencialios gyvybės užuomazgų. 2015 metais Kembridžo profesorius Johnas Sutherlandas su savo komanda pademonstravo galimybę sukurti visas bazines „gyvybės molekules“ - DNR, RNR ir baltymų komponentus iš paprastų pradinių komponentų.
Taip pat skaitykite: Efektyvus juodos žemės naudojimas
Cheminė Eevoliucija
Teorija aprašo paprastų organinių junginių virtimą į sudėtingas chemines sistemas, gyvybės pirmtakes, veikiant išorės faktoriams, selekcijos ir saviorganizacijos mechanizmams. Pagrindinė koncepcija yra „vandens ir anglies šovinizmas“, laikanti vandenį ir anglį absoliučiai būtinais gyvybės atsiradimui ir vystymuisi Žemėje ar bet kur kitur.
Pagal vieną hipotezę, pirminė molekulių organizacija galėjo vykti molingų mineralų mikroporose - jos atliko struktūrinį vaidmenį. Jų vidiniame paviršiuje galėjo nusėsti ir polimerizuotis sudėtingos biomolekulės. Molinės sienelės galėjo atlikti ląstelių membranų funkciją, atskirdamos „vidinę“ erdvę nuo išorinio chaoso.
Juodieji Rūkaliai
Ultravioletinis spinduliavimas jaunoje Žemėje, kurios atmosferoje nebuvo ozono sluoksnio, turėjo pražūtingai veikti bet kokius gyvybės želmenis. Todėl buvo spėjama, kad trapieji gyvų organizmų protėviai buvo priversti egzistuoti, slėpdamiesi nuo spindulių, pavyzdžiui, giliai po vandeniu.
XX a. antroje pusėje paaiškėjo, kad vandenynų dugne netoli geoterminių šaltinių žiočių gyvybė klesti. Sulfidų kupinas juodas vanduo karštas, aktyviai maišosi ir jame daugybė mineralų. Juodieji vandenyno rūkaliai yra turtingos ir savarankiškos ekosistemos, kuriose besimaitinančios bakterijos naudoja geležies ir sieros reakcijas.
RNR Pasaulis
Klausimas, ar gyvybė prasidėjo nuo informacijos ir nukleininių rūgščių, ar nuo funkcijų ir baltymų, lieka vienu iš sudėtingiausių. O vienas iš sprendimų yra „RNR pasaulio“ hipotezė, iškelta dar XX a. septintojo dešimtmečio gale. RNR gali saugoti ir perduoti informaciją, bei atlikti fermentų funkcijas. RNR gali būti visiškai autonomiška - ji gali katalizuoti savo pačios „dauginimąsi“.
„RNR pasaulio“ hipotezės tyrimai parodė, kad šios makromolekulės geba ir chemiškai evoliucionuoti. Pavyzdžiui, jeigu į save replikuoti gebančios RNR tirpalą pridedama etidio bromido, palengva, keičiantis makromolekulių kartoms, mišinyje atsiranda RNR, atspari net labai didelėms toksino koncentracijoms.
Protoląstelės
Bet kokia gyvybė yra erdviškai izoliuota aplinkos dalis, atskirianti mainų procesus, lengvinanti vienų reakcijų vyksmą ir leidžianti išvengti kitų. Kitaip tariant, gyvybė - tai ląstelė, supama pusiau pralaidžios lipidų membranos. Ir „protoląstelės“ turėjo pasirodyti jau pačiuose pirmuosiuose gyvybės Žemėje egzistavimo etapuose.
Aleksandro Oparino įsivaizdavimu, „protomembranos“ galėjo būti hidrofobinių lipidų lašeliai, primenantys vandenyje plaukiojančius geltonus aliejaus lašelius. Jackas Szostakas su Katarzyna Adamala sukūrė savotišką „protoląstelės“ modelį: membranos, sudarytos ne iš dabartinių lipidų, o dar paprastesnių organinių molekulių, riebiųjų rūgščių, galėjusių kauptis pirmųjų protoorganizmų atsiradimo vietose, analogą.
Kitos Teorijos ir Hipotezės
Be jau minėtų teorijų, egzistuoja ir kitos hipotezės, bandančios paaiškinti gyvybės atsiradimą.
- Kreacionizmas: Tikėjimas, kad pasaulį ir gyvybę sukūrė Dievas.
- Katastrofizmas: Teorija, teigianti, kad Žemės geologinėje istorijoje ilgas ir ramias epochas kartais pakeisdavo trumpos katastrofos, kurios lėmė gyvybės vystymąsi.
- Endosimbiozė: Teorija, aiškinanti eukariotinių ląstelių atsiradimą, kai vienos ląstelės buvo prarytos kitų ir tapo jų dalimi (pvz., mitochondrijos).
- Hipotezė apie Mėnulio įtaką: Teigiama, kad Mėnulis turėjo įtakos gyvybės atsiradimui dėl potvynių ir atoslūgių, kurie galėjo lemti didesnį vandens sūrumą, o tai padėjo atsirasti pirmosioms DNR biomolekulėms.
- Vandens kiekis Žemėje: Mokslininkai rado vandens pėdsakų meteorituose, panašiuose į tuos, iš kurių formavosi Žemė, teigdami, kad Žemė galėjo susiformuoti turėdama gyvybei reikalingos medžiagos.
tags: #gyvybės #atsiradimas #žemėje #mokslo #teorijos