Возникновение жизни. Как и когда появилась жизнь на Земле?

Возникновение жизни на Земле – тема для оживленных дискуссий. Большая часть ученых сходится во мнении, что начало Вселенной положил Большой взрыв. Затем случайные или закономерные процессы привели её к современному состоянию.

Все началось с Большого взрыва

Согласно современной научной картине мира, Большой взрыв произошел 13,8 млрд лет назад. Всё вещество Вселенной существовало в виде протонов и нейтронов.

Расширяясь, Вселенная остывала, нейтроны распадались, протоны образовывались, частицы сталкивались между собой. Тогда появились первые элементы – водород и гелий. Со временем этот набор стал гораздо больше.

Спустя два миллиарда лет образовались первые звезды и галактики, а также тяжелые элементы – углерод, кислород, железо.

Возраст Солнечной системы – 4,5 млрд лет. Её основой стал газ с остатками ранних звезд.

Собственно Земля сформировалась из углерода, кислорода и других тяжелых элементов. На это ушло ещё 500 млн лет, и ещё столько же – на то, чтобы на планете, остывшей и относительно стабильной, появились первые формы жизни.

Как появилась жизнь на Земле? Научно достоверного ответа на этот вопрос не существует. Сегодня ученые строят разные гипотезы, но ни одна из них не получила статус научной теории.

Панспермия

Согласно одной из гипотез, первые живые организмы были принесены на Землю из космоса. Эта версия получила название панспермии.

К панспермии много вопросов. Прежде всего, никто не знает, как живые организмы могли перенести путешествие на метеоритах в безвоздушном холодном космосе и их падение на Землю, включая нагревание в слоях атмосферы. Во-вторых, как повлияла на организмы солнечная радиация? Наконец, как возникла жизнь на других планетах, откуда её якобы занесло на Землю?

Спонтанное зарождение

Какова вероятность, что случайные атомы сложатся в нуклеотиды, а те – в ДНК? Практически нулевая. Но всё же это произошло в результате бесконечного количества спонтанных экспериментов, столкновений частиц и т.д., гласит другая гипотеза.

Возможно, ДНК и РНК, которые хранят генетический код живых организмов, стали просто самым успешным из таких экспериментов. Изначально существовали и другие, более простые формы, но организмы-носители ДНК и РНК вытеснили их.

Эксперименты продолжались. При копировании ДНК и РНК возникали ошибки – мутации. Если они ухудшали результат, виды-носители таких мутаций были обречены на вымирание. Если же мутации были благоприятными, естественный отбор оставлял их на планете.

Подарок из космоса

Ещё одна гипотеза гласит, что жизнь на Землю принесло какое-то огромное небесное тело. 4,5 млрд лет назад оно врезалось в нашу планету. Из-за столкновения тело превратилось в лужу расплавленного металла, который растекся по поверхности Земли.

Огромная энергия привела к разрушению молекулярных связей, и Землю окутала пелена водорода. Пока он в течение 200 млн лет сгорал, на изолированной водородным слоем Земле создавалась почва для формирования РНК. Эту кислоту содержат все живые организмы нашей планеты.

Стивен Беннер, исследователь происхождения жизни из Фонда прикладной молекулярной эволюции во Флориде, заявил, что первые органические реакции в жидкой среде протекали при водородной изоляции. Они обеспечили появление РНК, а затем и микробов, которые её содержали. Следы микробов ученые обнаружили в окаменелостях возрастом 3,5 млрд лет.

По словам Беннера, первые вулканы планеты выдавали диоксид серы. Он вступал в реакцию с формальдегидом, образуя гидроксиметансульфонат (HMS). Вещество скапливалось на поверхности планеты во время засухи. Затем дожди выносили вещество в водоемы с органическим «бульоном». В этом «бульоне» было много молекул-предшественников РНК.

Из молекул образовались аминокислоты. Они легли в основу белковых соединений, а из них сформировались нуклеиновые кислоты – сначала РНК, а потом и ДНК.

Предок всех живых существ планеты состоял из одной-единственной клетки с РНК. Сотни генов, зашифрованные в РНК, содержали всё необходимое для дальнейшего развития клетки. Здесь были инструкции для синтеза белков, воспроизводства наследственной информации и выработки самой РНК.

Газы, вода и ток

Стэнли Миллер и Гарольд Юри в 1953 году провели интересный эксперимент. Они заполнили пробирки смесью метана, монооксида углерода, углерода и аммиака, а также добавили туда воды. Этот «первичный бульон» имитировал атмосферу Земли 4 млрд лет назад.

Затем через пробирки пропустили электрический ток. Он имитировал удары молнии.

В процессе взаимодействия химических веществ ученые получили пять основных аминокислот. Из этих блоков созданы все белки на планете.

В 2008 году другие исследователи проанализировали выводы Миллера и Юри и установили, что ученые полвека назад получили не пять аминокислот, а 22. Просто не все аминокислоты тогда удалось идентифицировать.

Большинство специалистов, проанализировав новую информацию, решили, что в результате удачной комбинации этих аминокислот появились РНК, ДНК и белки. Они стали новой ступенью формирования жизни.

Но часть ученых считает иначе. Так, Ричард Вульфенден и Чарльз Картер из Университета Северной Каролины заявили, что из 22 аминокислот были сначала созданы белковые ферменты. Они стали базой для РНК. А РНК, как универсальная молекула с возможностью самокопирования, обеспечила появление всего живого на планете.

Вульфенден доказал, что аминокислоты могли самостоятельно обеспечивать появление белков-ферментов, которые ускоряют химические реакции в организме. Картер установил, что белки могут распознавать транспортные рибонуклеиновые кислоты, чтобы обеспечивать их соответствие участкам генетического кода. В результате белки позволяют правильно передавать информацию из поколения в поколение.

Величайшая тайна

Умение воспроизводиться и наличие границ тела – основные черты каждого живого организма на Земле. Но до сих пор никто не знает, как сущность с РНК внутри смогла отгородиться от остального мира и стать замкнутой клеткой.

Как появились клеточные мембраны, через которые она получает полезные вещества и отбрасывает вредные? Как клетка разделилась, чтобы дать жизнь новым организмам? Как РНК начала самовоспроизводиться? На все эти вопросы еще предстоит найти ответы.