Жизнь на земле

Синтетическая жизнь на основе XNA

Жизнь на Земле основана на двух переносящих информацию молекулах, ДНК и РНК, и долгое время ученые размышляли, можно ли создать другие похожие молекулы. Хотя любой полимер может хранить информацию, РНК и ДНК отображают наследственность, кодирование и передачу генетической информации и способны адаптироваться с течением времени в процессе эволюции. ДНК и РНК — это цепи молекул-нуклеотидов, состоящих из трех химических компонентов — фосфата, пятиуглеродной сахарной группы (дезоксирибоза в ДНК или рибоза в РНК) и одного из пяти стандартных оснований (аденин, гуанин, цитозин, тимин или урацил).

В 2012 году группа ученых из Англии, Бельгии и Дании первой в мире разработала ксенонуклеиновую кислоту (КНК, XNA), синтетические нуклеотиды, функционально и структурно напоминающие ДНК и РНК. Они были разработаны путем замены сахарных групп дезоксирибозы и рибозы различными субститутами. Такие молекулы делали и раньше, но впервые в истории они были способны воспроизводиться и эволюционировать. В ДНК и РНК репликация происходит с помощью молекул полимеразы, которые могут читать, транскибировать и обратно транскрибировать нормальные последовательности нуклеиновых кислот. Группа разработала синтетические полимеразы, которые создали шесть новых генетических систем: HNA, CeNA, LNA, ANA, FANA и TNA.

Одна из новых генетических систем, HNA, или гекситонуклеиновая кислота, была достаточно надежной, чтобы хранить нужное количество генетической информации, которая может послужить в качестве основы для биологических систем. Другая, треозонуклеиновая кислота, или TNA, оказалась потенциальным кандидатом на таинственную первичную биохимию, царившую на рассвете жизни.

Есть масса потенциальных применений этих достижений. Дальнейшие исследования могут помочь в разработке лучших моделей появления жизни на Земле и будут иметь последствия для биологических измышлений. XNA может получить терапевтическое применение, ведь можно создать нуклеиновые кислоты для лечения и связи с конкретными молекулярными целями, которые не будут портиться так быстро, как ДНК или РНК. Они даже могут лечь в основу молекулярных машин или вообще искусственной формы жизни.

Но прежде чем это станет возможно, должны быть разработаны другие энзимы, совместимые с одной из XNA. Некоторые из них уже разработали в Великобритании в конце 2014 года. Есть также возможность, что XNA может причинять вред РНК/ДНК-организмам, поэтому безопасность должна быть на первом месте.

Как продолжительность суток повлияла на кислород в атмосфере

Джудит Клатт с группой исследователей из Мичиганского университета изучали воду в воронке на Мидл-Айленде (острове на озере Гурон). В нее со дна просачиваются грунтовые воды, при этом уровень содержания кислорода крайне низкий. Другими словами, условия напоминают те, которые были на нашей планете в течение миллиардов лет до появления в атмосфере кислорода.

В воде живут в основном два вида микробов — пурпурные цианобактерии, которые производят кислород, а также белые сероокисляющие бактерии. Первые генерируют энергию с помощью солнечного света, вторые — с помощью серы. Чтобы выжить, эти бактерии каждый день исполняют своего рода «танец».

Почти весь кислород в атмосфере появился благодаря цианобактериям

От заката до рассвета бактерии, поедающие серу, находится на поверхности, то есть над цианобактериями, блокируя им доступ к солнечному свету. Когда утром выходит солнце, поедатели серы движутся вниз, а цианобактерии поднимаются на поверхность, чтобы начать фотосинтез и производить кислород. Однако с момента восхода солнца и до того, как начинается процесс фотосинтеза, проходит несколько часов. То есть оказалось, что цианобактерии любят “поздно вставать”. В таком случае продолжительность светового дня непосредственно влияет на количество вырабатываемого бактериями кислорода.

Теория эволюции

Труды великого Чарльза Дарвина (1809-1882 гг.) потрясли основы многих естественных наук. Провозглашенное им появление огромного многообразия биологических видов от одного общего предка опять сделало происхождение жизни на Земле важнейшим вопросом науки. Теория естественного отбора и в начале с трудом находила своих сторонников, и теперь подвергается критическим атакам, которые выглядят достаточно обоснованно, но именно дарвинизм лежит в основе современных естественных наук.

После Дарвина происхождение жизни на Земле биология не могла рассматривать с прежних позиций. Ученые многих отраслей биологической науки убеждались в истинности эволюционного пути развития организмов. Пусть во многом изменились современные взгляды на общего предка, помещенного Дарвиным в основание Древа жизни, но истинность общей концепции незыблема.

Колыбель жизни – космос

Панспермия (греч. — «семенная смесь», «семена повсюду») считает жизнь фундаментальным свойством материи и не объясняет способов её возникновения, но называет космос источником зародышей жизни, которые попадают на небесные тела с подходящими для их «прорастания» условиями.

Первое упоминание об основных концепциях панспермии можно найти в сочинениях древнегреческого философа Анаксагора (500-428 до н. э.), а в XVIII веке о ней высказывался французский дипломат и геолог Бенуа де Майе (1656-1738 гг.). Реанимировали эти идеи Сванте Август Аррениус (1859-1927 гг.), лорд Кельвин Уильям Томсон (1824-1907 гг.) и Герман фон Гельмгольц (1821-1894 гг.).

Исследование жестокого влияния на живые организмы космического излучения и температурных условий межпланетного пространства сделало подобные гипотезы происхождения жизни на Земле не слишком актуальными, но с началом космической эры интерес к панспермии усилился.

В 1973 году нобелевский лауреат Френсис Крик (1916-2004 гг.) высказал мысль о внеземном производстве молекулярных живых систем и попадании их на Землю с метеоритами и кометами. При этом шансы абиогенеза на нашей планете им оценивались как очень низкие. Происхождение и развитие жизни на Земле методом самосборки органического вещества высокого уровня видный ученый не считал реальностью.

Окаменевшие биологические структуры находили в метеоритах по всей планете, подобные следы нашли в образцах грунта, доставленных с Луны и Марса. С другой стороны, проводятся многочисленные эксперименты по обработке биоструктур воздействиями, возможными при нахождении их в космическом пространстве и при прохождении атмосферы, подобной земной.


органических соединений.

Вывод: со времени появления теория панспермии значительно изменилась. Современная наука по-другому трактует те первичные элементы жизни, которые могли быть доставлены на нашу молодую планету космическими объектами. Исследования и эксперименты доказывают жизнестойкость живых клеток в условиях межпланетного путешествия. Всё это делает идею внеземного происхождения земной жизни актуальной. Основными концепциями происхождения жизни на Земле являются теории, в которые панспермия входит или как главная часть, или как способ доставки на Землю компонентов для создания живой материи.

Жизнь на планете Земля в числах и фактах

Сегодня на нашей планете, практически нет мест непригодных для жизни. Океанские глубины кишат рыбами и другими существами, участки суши в зависимости от климатических условий, полны своими обитателями. Для каждых живых организмов имеется своя среда обитания, позволяющая им комфортно существовать. Со времен Карла Линнея, предложившего в 1735 году, классификацию живых существ, было открыто около 1 миллиона 200 тысяч видов растений и различных животных.

Сегодня жизнь на Земле существует в количестве 8,7 миллионов организмов (с допустимой погрешностью около 1,3 млн.  живых существ) утверждают специалисты из Дальхаузского университета, расположенного в Канаде. При этом около 91% обитателей морских и океанских глубин, по их мнению, не известно науке. И 86% эукариотических организмов ещё предстоит открыть, а затем и описать. Только на это биологи могут затратить ещё 500 лет.По мнению канадцев:на планете проживает около 6,5 миллионов видов обитателей суши;в водном пространстве океанов и морей 2,2 миллионов живых существ;всего животных на Земле – около 7,8 млн. видов;разновидности грибов имеются в количестве 611 тысяч;типов растений на всех материках и островах – 300 тысяч;Интересно, отметить, что биологи Дальхаузского университета считают, что растения описаны лишь в количестве 72%, животные — 12%, и лишь 7% грибов удалось квалифицировать.При этом исследования учёных касались только эукариотов. Число прокариотов неизвестно.Подведем итог. Следует признать: хотя человечество уже вышло в космос, родная планета, прежде всего количество и особенности форм жизни на ней, остается слабо изученной. Земля по-прежнему полна загадок. И в недрах мирового океана могут встретиться подводные монстры, неизвестные науке, а на малоисследованных землях незнакомые человечеству эндемики – новые виды растений, птиц и животных.

Предположение Опарина-Холдейна

Александр Опарин (справа) в лаборатории. 1938 г.

Помимо панспермии, среди ученых начала ХХ века также обсуждались и другие гипотезы происхождения жизни на земле, составлялись таблицы, проводились исследования, эксперименты. Так работа российского исследователя Александра Опарина «Происхождение жизни» предполагала, что жизнь на планете зародилась от воздействия климатических условий и космических светил. Похожую концепцию озвучил в Англии биолог Джон Холдейн. Первый написал, что жизнь на Земле появилась благодаря природным энергиям (молнии, ультрафиолетовому излучению). Таким образом, происходило образование органических веществ из неорганических.

Взаимодействие с внешними погодными явлениями способствовало образованию скоплений в виде коацерватных капель.
Это протоорганизмы, оболочка которых состоит из мембран, где налаживаются такие процессы, как расслоение, зарождение зарядов. Как результат, происходят процессы метаболизма и обмена веществ.

Английский ученый предположил, что жизнь начала свой путь с океана, внутри которого под воздействием солнечных лучей происходили химические реакции, способствующие зарождение жизненных процессов. Комбинация аммиака, углерода и ультрафиолетовых лучей помогла начать популяцию органических полимеров, вокруг которых скапливалась мембрана из липидов. Именно в ней и образовывались, по мнению ученого, живые организмы.

Девятнадцатый век внес свои коррективы

С периодом появления новых аппаратов, ученые разного активно занялись вопросом: как произошла жизнь на нашей планете? Каждый имел право на собственное мнение.
В XVII веке появился микроскоп. Такое оборудование позволило Антони Ван Левенгук более углубленно заняться изучением живых существ, опираясь на основательные факты, предположенные им ранее.

В ходе исследований, ученый открыл и доказал, что в мире существуют мелкие микроорганизмы. В результате возникли новые дискуссии между почитателями совершенно двух разных теорий земной жизни: биогенеза и абиогенеза. Открытие Левенгука слегка расшевелило мир ученых, которые после доказательств существования простых одноклеточных организмов, начали защищать свои теории происхождения жизни на земле с еще большим энтузиазмом.

Представители первой гипотезы не сомневались, что жизнь началась именно от простейших организмов, сторонники абиогенеза — были категорично несогласные.
Луи Пастер, используя сугубо научные подходы, доказал, что существование всемогущей силы, которая порождает живые микроорганизмы, нет. Но он не лишил шанса все-таки предполагать, что жизнь возможна путем самозарождения при необъяснимых наукой обстоятельствах. Пастер понадеялся, что эту загадку смогут разрешить ученые в будущем.

Ситуацию в корне изменили открытия Чарльза Дарвина, прославившегося благодаря своей теории естественного отбора. Он уверенно заявил, что все существующие виды живых организмов на планете Земля произошли от одного общего предка. Такое мнение подверглось критике большинства ученых того времени и оспаривается по сей день. Спустя некоторое время, биологи поняли, что в чем-то Дарвин был прав. Его теория, указывающая на эры развития жизни на земле, основательно укоренилась в современной науке. После такого открытия мир биологии не смог устоять на тех позициях, которые выдвигались ранее.

Теория креационизма

Теория креационизма предполагает, что все живые организмы (либо только простейшие их формы) были в определенный период времени сотворены («сконструированы») неким сверхъестественным существом (божеством, абсолютной идеей, сверхразумом, сверхцивилизацией и т.п.). Очевидно, что именно этой точки зрения с глубокой древности придерживались последователи большинства ведущих религий мира, в частности христианской религии.

Теория креационизма и в настоящее время достаточно широко распространена, причем не только в религиозных, но и в научных кругах. Обычно ее используют для объяснения наиболее сложных, не имеющих на сегодняшний день решения вопросов биохимической и биологической эволюции, связанных с возникновением белков и нуклеиновых кислот, формированием механизма взаимодействия между ними, возникновением и формированием отдельных сложных органелл или органов (таких, как рибосома, глаз или мозг). Актами периодическою «сотворения» объясняется и отсутствие четких переходных звеньев от одного типа животных
к другому, например от червей к членистоногим, от обезьяны к человеку и т.п. Необходимо подчеркнуть, что философский спор о первичности сознания (сверхразума, абсолютной идеи, божества) либо материи принципиально не разрешим, однако, поскольку попытка объяснить любые трудности современной биохимии и эволюционной теории принципиально непостижимыми сверхъестественными актами творения выводит эти вопросы за рамки научных исследований, теорию креационизма нельзя отнести к разряду научных теорий происхождения жизни на Земле.

Каменный век (2,5 млн — 7 тысяч лет до н. э.)

Каменный век занимает 99 % всей хронологии человеческой цивилизации. Начался он 2,5 миллиона лет назад, когда какой-то гоминид догадался использовать камни для повседневных нужд. Тогда на земле ещё существовало нескольких конкурирующих видов Homo. В каменном веке зародилось искусство в форме наскальных рисунков и музыкальных инструментов, а также религия в виде обрядов и ритуалов. Появилась общинная иерархия и социальное расслоение; люди научились возделывать землю, строить жилища и даже первые постоянные поселения.

Нужно держать в уме, что термин «каменный век» довольно условный. Например, Австралия оставалась в нём аж до XVII века нашей эры. Некоторые изолированные племена в джунглях Амазонки, в центральной Африке и на Папуа всё ещё не перешли к выплавке металлов. Каменные жернова для мельницы — это технология каменного века. В Европе и США она использовалась до середины XX века и до сих пор активно используется во многих странах мира. Но если говорить именно о чём-то усреднённом, то эти 2,5 миллиона лет делятся на три важных периода.

Палеолит ознаменовался выделением человека из животного состояния, появлением первобытно-общинного строя. Более миллиона лет понадобилось нам, чтобы эволюционировать из Homo habilis в Homo erectus, который уже использовал не просто камни, а каменные топоры и другие, более сложные, инструменты. Ещё около миллиона лет ушло на то, чтобы эволюционировать до анатомически современных людей, до Homo sapiens.

Кроме нас в палеолите выделяется другая группа Homo — неандертальцы, которые долгое время считались нашими примитивными предками. Однако сегодня научные исследования однозначно утверждают, что мы два разных вида, которые, конечно же, контактировали, обменивались культурой, орудиями труда и даже конфликтовали. Раскопано множество стоянок неандертальцев и sapiens, в которых обнаружились обглоданные кости другого вида. Первый в истории человечества известный нам военный конфликт произошёл 14 340 лет назад. Археологический объект «Кладбище 117», раскопанный в Египте, содержал в себе останки 59 человек, большинство из которых были убиты копьями.

Дальше идёт мезолит. Это уже совсем близко — около десяти тысяч лет до нашей эры. Завершился последний ледниковый период — нашим предкам пришлось адаптироваться к изменениям климата и находить новые источники пропитания. Появились микролиты — миниатюрные каменные инструменты, наконечники стрел и копий. Это, в свою очередь, существенно упростило процесс охоты, рыбалки и собирательства. Тогда же произошло одомашнивание некоторых животных — в первую очередь волка в качестве помощника на охоте.

Неолит, или новый каменный век, стал переходным этапом от каменных орудий к металлическим. Примерно в VII тысячелетии до нашей эры произошла неолитическая революция, появились первые крупные и постоянные поселения людей, например Иерихон и Чатал-Гуюк. Земледелие вытеснило охоту и собирательство, так как было намного более надёжным и, главное, постоянным источником пищи. Человек изобрел серп для сбора урожая и другие инструменты для обработки земли, в результате чего резко возросла численность вида. Так как теперь орудие труда — это не просто камень, а настоящий инструмент, для изготовления которого нужны знания и время, появилось понятие собственности. Естественно, возникла и социальная иерархия. Это, в свою очередь, породило новые формы сотрудничества — стало возможно привлекать для работы большие группы людей.

В IV–III тысячелетии до нашей эры возводятся мегалитические сооружения вроде Стоунхенджа, развивается гончарное ремесло, а в зоне «Плодородного полумесяца» возникают первые цивилизации.

Наиболее наглядно неолитический быт демонстрирует хорошо сохранившееся поселение Скара-Брей. Там кроме остатков домов нашли каменные кровати, полки, отдельные помещения для туалетов.

Неизведанная вселенная

Панспермия – теория, в которой космос изображен как источник зарождения жизни на планете. Впервые эта идея была упомянута в работах философа Древней Греции Анаксагора. Спустя много веков о данной концепции высказался и французский геолог — ученый Бенуа де Майе. Панспермия вызвала интерес в таких представителей науки, как Сванте Август Аррениус, Герман фон Гельмгольц и лорд Кельвин Уильям Томсон. Благодаря активному изучению данного направления, в последующие года произошло становление космической эры.

В 1973 году лауреат Нобелевской премии Френсис Крик предположил, что молекулярные живые организмы попали на Землю из космоса при падении комет.
Он категорически исключал теорию абиогенеза, как вероятность зарождения жизни на планете. Свои высказывания ученый подтвердил, основываясь на образцах, упавших много веков назад метеоритов, и пород, доставленных с Луны и Марса.

В 2006 году космическая теория зарождения жизни на земле укрепилась еще больше.
Во время миссии Deep Impact была тщательно исследована комета Темпеля. Результаты произвели настоящий фурор. Проведенный анализ вещества, которые было добыто с кометы, показал, что в его составе имеется вода. То есть, что космические тела сохраняли существования жизни внутри себя. И возможно, на какой-то планете, кроме земли, есть жизнь. Вероятность того, что жизнь произошла от космоса, только возросла.

Развитие и доказательства

Теории происхождения жизни на планете принято подразделять на две большие группы: биогенез — все живое произошло от живого и абиогенез — живая материя образовалась из неживой. Гипотеза Опарина-Холдейна относится ко второму классу. В настоящее время современные исследования позволили несколько видоизменить и дополнить ее.

Сейчас большая часть исследователей полагает, что сначала у организмов возникла способность к самовоспроизведению, а лишь потом — к обмену веществ. Именно самовоспроизведение является основой передачи полезных качеств представителям нового поколения, то есть важнейшим составляющим эволюции в целом и естественного отбора в частности.

Выделяют также и дополнительные источники энергии, под воздействием которого сформировались первые живые организмы. Кроме разрядов молний и УФ-лучей, к ним относят:

  • естественную радиоактивность;
  • вулканические извержения;
  • солнечный ветер.

Все это помогло образованию химических связей. Изменились и представления ученых о составе атмосферы раннего периода, поскольку появились новые объективные данные. В частности, удалось установить, что концентрация углекислого газа была гораздо меньшей, чем полагали авторы гипотезы. Атмосфера планеты очень напоминала ту, которая сейчас наблюдается у Марса и Венеры: состояла в основном из углекислого газа и азота, другие же газы содержались в ней в весьма малой концентрации. Новые данные заставили повторить эксперимент Миллера, однако в его системе указанные вещества не повлекли за собой появления органики.

Сейчас теория о первоисточнике жизни, который автор решил назвать «первичным бульоном», считается устаревшей. На смену ей пришли гипотеза «первичной пиццы» (в соответствии с которой живые организмы появились на минеральных подложках при периодическом высыхании последних) и «первичного майонеза» (выдвинуть ее решил Гарольд Моровиц, суть: клеточные мембраны, а точнее, их примитивные аналоги, существовали до того, как появилась способность к самовоспроизводству).

Кроме того, удалось выявить определенные свойства «первичного бульона», которые делают его неподходящей средой для зарождения жизни:

  1. В водной среде белки обладают неустойчивостью, поэтому велик риск их распада. На безжизненной планете для образования соединений аминокислот требовалось избавление от воды, с этой целью можно было использовать лагуны, заливы, а также вулканические районы.
  2. «Первичный бульон» лишен границ, вот почему, несмотря на наличие мембран, первичные аминокислоты «растекались», передавая свои клетки соседним, что делало процесс самовоспроизводства невозможным.

Поиск жизни в космосе

Если вы мечтаете о том, что когда-нибудь ученые объявят об открытии инопланетной жизни, обнаружение безжизненного места на Земле — это плохая новость для вас. Дело в том, что ученые в ближайшее время даже не надеются обнаружить в космосе «зеленых человечков». Надежда есть только на то, что в грунте Марса или другой близкой к нам планеты будут найдены микроскопические существа. На данный момент поиском жизни на Красной планете занимаются марсоход Perseverance и китайский исследовательский аппарат «Чжужун».

Если даже в земных «суровых условиях» не существует бактерий, стоит ли надеяться на обнаружение жизни на Марсе? Условия на большей части планеты гораздо хуже, чем в упомянутом выше леднике Шеклтона. Поверхность Марса содержит еще больше солей, вдобавок к которым есть и другие опасные для существования жизни вещества. Надежда есть только на то, что на Марсе существуют неизвестные науке бактерии или другие формы жизни, которые приспособлены к настолько суровой окружающей среде. Ну или мы просто найдем там следы уже давно вымерших животных — есть причины считать, что когда-то давно Марс был хорошим местом для жизни.

Но давайте посмотрим на возможность существования жизни на Марсе с другой стороны. Действительно, эту планету невозможно назвать гостеприимной — если отправить туда людей или животных без специального оборудования, они очень быстро умрут. Но ведь на Марсе есть и явные признаки существования чего-то живого. Недавно Марсоход «Кьюриосити» обнаружил примерное местоположение источника метана. Этот газ обычно производят микробы, так что шансы на обнаружение жизни все-таки есть. Подробнее о метане на Марсе можно почитать по этой ссылке.

Космоэволюционная теория

Одна из самых новых гипотез происхождения человека объединяет инопланетное начало с классической теорией эволюции. Считается, что инопланетяне не имеют реального физического тела, а являются энергией, «духом». Теорию называют псевдонаучной, относят к эзотерике. Энергетические сгустки, обладающие разумом, попали на Землю и долгое время существовали без материального тела.

Параллельно с этим на планете запустились биоэволюционные процессы. Клетка развилась до «проточеловека» не обладавшего ни интеллектом, ни разумом. В определенный момент два тела (физическое и астральное) объединились и на Земле появился Человек разумный (Homo sapiens). Наиболее подробно теория описана в «Тайной Доктрине» Елены Блаватской. Однако за основу своего труда профессор теологии взяла древнюю книгу Дзиан. Считается, что манускрипт составлен в Атлантиде и описывает историю всех рас, населявших планету.

Нет одной единственной теории, которая была бы признана или полностью доказана. Некоторые гипотезы активно развиваются, получают новые доказательства, другие, наоборот, переходят в категорию опровергнутых, псевдонаучных. Полностью исключить вероятность инопланетного зарождения жизни нельзя. Тем интереснее следить за результатами новых исследований и экспериментов.

А какая теория вам ближе?
Гипотеза доктора Сильвера 32.85%

Панспермия 15.33%

Теория осколка Марса 5.84%

Палеоконтакт 15.33%

Теория симуляции 17.52%

Космоэволюционная теория 13.14%

НравитсяНе нравится

Жизнь на Земле

Земля окончательно сформировалась как планета около 4,5 миллиарда лет назад. И на ней сначала точно не было никакой жизни. Потому что в период своей молодости наша планета была очень вулканически активна. Ее поверхность буквально кипела, а в атмосфере почти не было кислорода. Самые ранние следы жизни датируются примерно 3,8 миллиарда лет назад. То есть она возникла примерно через 700 миллионов лет после образования нашей планеты. Это была жизнь, которую смог бы найти только ученый. Вся биологическая активность на Земле была представлена микроскопически маленькими, похожими на бактерии организмами. Их называют прокариотами.

На следующем этапе эволюции на Земле появились эукариоты. Их клетки уже имели ядра. Это событие произошло не ранее, чем 2,1 миллиарда лет назад. В это время Земля уже имела более чем половину своего нынешнего возраста. Как и прокариоты, первые эукариоты были крошечными одноклеточными организмами. Но вскоре они начали эволюционировать в более крупные многоклеточные формы.

Первые животные — достаточно большие, чтобы их можно было разглядеть невооруженным глазом и достаточно сложные, чтобы соответствовать определению живого существа, появились в начале кембрийского периода. То есть около 540 миллионов лет назад. Первоначально такие формы жизни жили исключительно в воде. На сушу первые живые существа вышли лишь в конце силурийского периода. Это произошло около 420 миллионов лет назад. Первые сухопутные животные были примитивными, похожими на жуков беспозвоночными. Крупные наземные позвоночные, такие как динозавры, появлялись на Земле лишь в середине триасового периода. То есть около 230 миллионов лет назад.