Сколько лет назад возникла жизнь на земле. Как зарождалась жизнь на Земле: история, особенности возникновения и интересные факты
Жизнь на Земле
Жизнь на Земле. Теории возникновения жизни на Земле
Происхождение жизни на Земле – один из наиболее трудных и в то же время актуальный и интересный вопрос в современном естествознании.
Земля сформировалась, вероятно, 4,5—5 млрд. лет назад из гигантского облака космической пыли. частицы которой спрессовались в раскаленный шар. Из него в атмосферу выделялся водяной пар, а из атмосферы на медленно остывавшую Землю в течение миллионов лет в виде дождей выпадала вода. В углублениях земной поверхности образовался доисторический Океан. В нем примерно 3,8 млрд. лет назад зародилась первоначальная жизнь.
Возникновение жизни на Земле
Как произошла сама планета и как на ней появились моря? По этому поводу существует одна широко признанная теория. В соответствии с ней Земля образовалась из облаков космической пыли, содержащей все известные в природе химические элементы, которые спрессовались в шар. Горячий водяной пар вырывался с поверхности этого раскаленного докрасна шара, окутывая его сплошным облачным покровом, Водяной пар в облаках медленно охлаждался и превращался в воду, которая выпадала в виде обильных непрерывных дождей на еще раскаленную, пылающую Землю. На ее поверхности она снова превращалась в водяной пар и возвращалась в атмосферу. За миллионы лет Земля постепенно потеряла так много тепла, что ее жидкая поверхность, остывая, начала твердеть. Так образовалась земная кора.
Прошли миллионы лет, и температура поверхности Земли еще больше понизилась. Ливневые воды перестали испаряться и стали стекать в огромные лужи. Так началось воздействие воды на земную поверхность. А потом из-за понижения температуры произошел настоящий потоп. Вода, которая до этого испарялась в атмосферу и превратилась в ее составную часть, беспрерывно низвергалась на Землю, с громом и молниями обрушивались из облаков мощные ливни.
Мало-помалу в самых глубоких впадинах земной поверхности скапливалась вода, которая уже не успевала совсем испариться. Ее было так много, что постепенно на планете образовался доисторический Океан. Молнии рассекали небо. Но никто этого не видел. На Земле еще не было жизни. Непрерывный ливень начал размывать горы. Вода стекала с них шумными ручьями и бурными реками. За миллионы лет водные потоки глубоко разъели земную поверхность и кое-где появились долины. В атмосфере уменьшалось содержание воды, а на поверхности планеты ее скапливалось все больше.
Сплошной облачный покров становился тоньше, пока в один прекрасный день Земли не коснулся первый луч солнца. Непрерывный дождь кончился. Большую часть суши покрыл доисторический Океан. Из ее верхних слоев вода вымывала огромное количество растворимых минералов и солей, которые попадали в море. Вода из него непрерывно испарялась, образуя облака, а соли оседали, и с течением времени происходило постепенное засоление морской воды. По-видимому, при каких-то существовавших в древности условиях образовались вещества, из которых возникли особые кристаллические формы. Они росли, как и все кристаллы, и давали начало новым кристаллам, которые присоединяли к себе все новые вещества.
Солнечный свет и, возможно, очень сильные электрические разряды служили в этом процессе источником энергии. Может быть, из таких элементов зародились первые обитатели Земли — прокариоты, организмы без оформленного ядра, похожие на современных бактерий. Они были анаэробами, то есть не использовали для дыхания свободный кислород, которого тогда еще не было в атмосфере. Источником пищи для них служили органические соединения, возникшие на еще безжизненной Земле в результате воздействия ультрафиолетового излучения Солнца, грозовых разрядов и тепла, образующегося при извержении вулканов.
Жизнь существовала тогда в тонкой бактериальной пленке на дне водоемов и во влажных местах. Эту эру развития жизни называют архейской. Из бактерий, а возможно, и совершенно независимым путем, возникли и крошечные одноклеточные организмы — древнейшие простейшие животные.
Как выглядела первобытная Земля?
Перенесемся на 4 млрд лет назад. Атмосфера не содержит свободного кислорода, он находится только в составе окислов. Почти никаких звуков, кроме свиста ветра, шипения извергающейся с лавой воды и ударов метеоритов о поверхность Земли. Ни растений, ни животных, ни бактерий. Может быть, так выглядела Земля, когда на ней появилась жизнь? Хотя эта проблема издавна волнует многих исследователей, их мнения на этот счет сильно различаются. Об условиях на Земле того времени могли бы свидетельствовать горные породы, но они давно разрушились в результате геологических процессов и перемещений земной коры.
Теории происхождения жизни на Земле
В этой статье мы кратко расскажем о нескольких гипотезах возникновения жизни, отражающих современные научные представления. Как считает известный специалист в области проблемы возникновения жизни Стэнли Миллер, о возникновении жизни и начале ее эволюции можно говорить с того момента, как органические молекулы самоорганизовывались в структуры, которые смогли воспроизводить самих себя. Но это порождает другие вопросы: как возникли эти молекулы; почему они могли самовоспроизводиться и собираться в те структуры, которые дали начало живым организмам; какие нужны для этого условия?
Есть несколько теорий о происхождении жизни на Земле. Например, одна из давних гипотез гласит, что она занесена на Землю из космоса, но неоспоримых доказательств этого нет. Кроме того, та жизнь, которую мы знаем, удивительно приспособлена для существования именно в земных условиях, поэтому если она и возникла вне Земли, то на планете земного типа. Большинство же современных ученых полагают, что жизнь зародилась на Земле, в ее морях.
Теория биогенеза
В развитии учений о происхождении жизни существенное место занимает теория биогенеза — происхождение живого только от живого. Но многие считают ее несостоятельной, поскольку она принципиально противопоставляет живое неживому и утверждает отвергнутую наукой идею вечности жизни. Абиогенез — идея о происхождении живого из неживого — исходная гипотеза современной теории происхождения жизни. В 1924 г. известный биохимик А. И. Опарин высказал предположение, что при мощных электрических разрядах в земной атмосфере, которая 4-4,5 млрд лет назад состояла из аммиака, метана, углекислого газа и паров воды, могли возникнуть простейшие органические соединения, необходимые для возникновения жизни. Предсказание академика Опарина оправдалось. В 1955 г. американский исследователь С. Миллер, пропуская электрические заряды через смесь газов и паров, получил простейшие жирные кислоты, мочевину, уксусную и муравьиную кислоты и несколько аминокислот. Таким образом, в середине XX века был экспериментально осуществлен абиогенный синтез белковоподобных и других органических веществ в условиях, воспроизводящих условия первобытной Земли.
Теория панспермии
Теория панспермии — это возможности переноса органических соединений, спор микроорганизмов с одного космического тела на другое. Но она совершенно не дает ответа на вопрос, как зародилась жизнь во Вселенной? Возникает необходимость обоснования возникновения жизни в той точке Вселенной, возраст которой, согласно теории Большого взрыва, ограничен 12-14 миллиардами лет. До этого времени не было даже элементарных частиц. А если нет ядер и электронов, нет и химических веществ. Потом в течение нескольких минут возникли протоны, нейтроны, электроны, и материя вступила на путь эволюции.
Для обоснования этой теории используются многократные появления НЛО, наскальные изображения предметов, похожих на ракеты и «космонавтов», а также сообщения якобы о встречах с инопланетянами. При изучении материалов метеоритов и комет в них были обнаружены многие «предшественники живого» – такие вещества, как цианогены, синильная кислота и органические соединения, которые, возможно, сыграли роль «семян», падавших на голую Землю.
Сторонниками этой гипотезы были лауреаты Нобелевской премии Ф.Крик, Л.Оргел. Ф.Крик основывался на двух косвенных доказательствах: универсальности генетического кода: необходимости для нормального метаболизма всех живых существ молибдена, который встречается сейчас на планете крайне редко.
Зарождение жизни на Земле невозможно без метеоритов и комет
Исследователь из Техасского технологического университета, после анализа огромного объема собранной информации, выдвинул теорию о том, как же на Земле смогла образоваться жизнь. Ученый уверен, что появление ранних форм простейшей жизни на нашей планете было бы невозможно без участия упавших на нее комет и метеоритов. О своей работе исследователь поделился на 125-й ежегодной встрече геологического общества Америки, проходившей 31 октября в городе Денвер, Колорадо.
Автор работы, профессор геонауки в Техасском технологическом университете (ТТУ) и куратор музея палеонтологии при университете, Санкар Чаттерджи рассказал, что к такому выводу он пришел после анализа информации о ранней геологической истории нашей планеты и сопоставления этих данных с различными теориями химической эволюции.
Эксперт считает, что такой подход позволяет объяснить один из самых скрытых и не до конца изученных периодов в истории нашей планеты. По мнению многих геологов, основная масса космических «бомбардировок», в которых участвовали кометы и метеориты, приходилась на время около 4 миллиардов лет тому назад. Чаттерджи считает, что самая ранняя жизнь на Земле образовалась в кратерах, оставленных при падении метеоритов и комет. И вероятнее всего это произошло в период «Поздней тяжелой бомбардировки» (3,8-4,1 миллиарда лет назад), когда столкновение мелких космических объектов с нашей планетой резко возросло. На то время приходилось сразу несколько тысяч случаев падения комет. Что интересно, эту теорию косвенно поддерживает Модель Ниццы. Согласно оной реальное число комет и метеоритов, которые должны были упасть на Землю в то время, соответствует реальному числу кратеров на Луне, явившейся в свою очередь своего рода щитом для нашей планеты и не позволившей бесконечной бомбардировке ее уничтожить.
Некоторые ученые предполагают, что результатом этой бомбардировки является заселение жизнью океанов Земли. При этом несколько исследований на эту тему указывают на то, что наша планета имеет больше запасов воды, чем должна была. А излишек этот списывают на кометы, которые прилетели к нам с Облака Оорта, находящегося предположительно в одном световом годе от нас.
Чаттерджи указывает, что образовавшиеся в результате этих столкновений кратеры заполнились растаявшей водой из самих комет, а также необходимыми химическими строительными блоками, необходимыми для образования простейших организмов. При этом ученый считает, что те места, где даже после такой бомбардировки не появилась жизнь, просто оказались непригодны для этого.
«Когда около 4,5 миллиарда лет назад образовалась Земля, она была полностью непригодна для появления на ней живых организмов. Это был настоящий кипящий котел из вулканов, ядовитого горячего газа и постоянно падающих на нее метеоритов», — пишет онлайн-журнал AstroBiology, ссылаясь на ученого.
«А спустя один миллиард лет она стала тихой и спокойно планетой, богатой огромными запасами воды, населенной различными представителями микробной жизни — предками всех живых существ».
Жизнь на Земле могла возникнуть благодаря глине
Группа учёных под руководством Дань Ло (Dan Luo) из Корнеллского университета выступила с гипотезой, что концентратором для древнейших биомолекул могла служить обычная глина.
Изначально исследователи занимались не проблемой происхождения жизни – они искали способ повысить эффективность бесклеточных систем синтеза белка. Вместо того чтобы позволить ДНК и обслуживающим её белкам свободно плавать в реакционной смеси, учёные попробовали загнать их в частицы гидрогеля. Этот гидрогель, словно губка, впитывал реакционную смесь, сорбировал нужные молекулы, и в результате все нужные компоненты оказывались заперты в небольшом объёме – подобно тому, как это происходит в клетке.
Затем авторы исследования попытались использовать в качестве недорогого заменителя гидрогеля глину. Частицы глины оказались похожи на частицы гидрогеля, становясь своеобразными микрореакторами для взаимодействующих биомолекул.
Получив такие результаты, учёные не могли не вспомнить о проблеме происхождения жизни. Частицы глины с их способностью сорбировать биомолекулы могли бы на самом деле послужить самыми первыми биореакторами для самых первых биомолекул, пока те ещё не обзавелись мембранами. В пользу такой гипотезы говорит ещё и то, что вымывание силикатов и других минералов из скал с образованием глины началось, по геологическим прикидкам, как раз перед тем, когда, по мнению биологов, древнейшие биомолекулы начали объединяться в протоклетки.
— В воде, точнее в растворе, мало что могло произойти, потому что процессы в растворе идут абсолютно хаотично, а все соединения очень неустойчивы. Глина современной наукой — точнее, поверхность частиц глинистых минералов — рассматривается как матрица, на которой могли образовываться первичные полимеры. Но это тоже только одна из многих гипотез, каждая из которых имеет свои сильные и слабые стороны. Но чтобы смоделировать зарождение жизни в полном масштабе, нужно действительно быть Богом. Хотя на Западе сегодня уже появляются статьи с названиями «Конструирование клетки» или «Моделирование клетки». Например, один из последних нобелевских лауреатов Джеймс Шостак сейчас активно предпринимает попытки создания эффективных клеточных моделей, которые размножаются сами по себе, воспроизводя себе подобных.
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.
Откуда взялась жизнь на Земле?
Итак, давайте попробуем ответить на вопрос: а как появилась жизнь на нашей планете? Переберём все возможные варианты, но задержимся на одном. Поехали!
Что нужно сказать для начала? Это – теории, то есть ряд утверждений, которые мы никогда не докажем до конца, а также не сможем и опровергнуть. Можно с пеной у рта доказывать, что жизнь зародилась из органических молекул, но проверить это никогда не получится – мы не жили на Земле 4 миллиарда лет назад. Можно также утверждать, что высшие существа (боги) создали нас, но опять же, проверить это никогда не получится! Но всё же, давайте попробуем покопаться в науке и узнать, как могла появиться жизнь?
Бог создал всё
По-другому это называется “теорией стационарного состояния” , которая гласит, что весь мир, всё живое было создано неким всесильным высшим существом (или несколькими существами). Казалось бы, вроде всё логично и объяснять больше ничего не надо. 6 дней пахал огромный мужик с такой же огромной силой, создал шедевр, наслаждайтесь!
Вот только с развитием науки наши знания о мире увеличились во много раз – теперь мы знаем, что молнию посылает не Зевс в наказание человеческому роду, а это в облаке накапливается заряд от трения капель друг об друга, подобно статическому электричеству!
Наши знания об окружающем мире постоянно растут, и мы уже даже ищем другие планеты для их колонизации. И зачем нам нужен какой-то Бог, когда мы сами становимся богами? Мы сами можем предложить теорию формирования жизни! В отличие от “теории божественного вмешательства”, у наших есть хотя бы доказательства.
Панспермия
Эта теория гласит, что жизнь на Земле была принесена извне некими разумными формами жизни. Некоторые говорят, что таким образом на нашей планете был поставлен эксперимент, и мы – всего лишь тестовое поле.
Но пусть даже так – откуда взялась жизнь в том месте, откуда её взяли на Землю? Что, тоже ещё одно поле для эксперимента? А откуда тогда в этом третьем месте жизнь?
Самозарождение или витализм
Итак, убираем богов, но оставляем саму суть. Теория того, что жизнь появилась сама собой, господствовала много лет. И кто не хочет верить, что она волшебна, и любая мышка, кошка или человек наполнены “жизненной энергией”? Так считали философы и алхимики Античности и Средних Веков, да и в целом эта теория считалась главной чуть ли не до XIX века! Именно по этой теории пытались создать Франкенштейна.
Но в XIX веке французский биолог Луи Пастер доказал, что живые организмы не могут появиться из неживого материала! Он наварил в стеклянной колбе вкусного во всех отношениях говяжьего бульона, а горло этой колбы вытянул в тонкую и кривую стеклянную трубку – в итоге никакие микроорганизмы могли добраться до питательной среды (то есть бульона). В итоге через неделю никакая жизнь не зародилась, и теория самозарождения жизни была отправлена на свалку!
Тут вмешивается теория эволюции Чарльза Дарвина – если все организмы происходят исключительно друг от друга, то должен быть самый главный предок. И можно проследить эволюцию от сложных животных до простых, а затем до червей и других многоклеточных организмов, которые возникли из одноклеточных то тогда вопрос: откуда взялись одноклеточные организмы?
Первичный бульон – просто добавь воды и получи жизнь!
Теория первичного бульона – одна из основных в вопросе зарождения жизни. Она появилась в 30-х годах XX века и гласит, что первые одноклеточные зародилась из “коацерватных капель” – сгустков органических и неорганических веществ, из которых формировались аминокислоты, жировые прослойки, белковые мембраны и углеводы. Эти капли плавали в первичном океане ранней Земли, а впоследствии усложнились в строении и стали простейшими одноклеточными организмами.
И у этой теории есть доказательства! По крайней мере, косвенные – сначала американцы, а потом советские и японские учёные смогли воссоздать в отдельно взятой ёмкости условия, близкие к раннеземным, и начали пропускать через неё электрические разряды, то есть молнии.
После эксперимента действительно обнаруживалась несложная органика: простые аминокислоты, сахара, жироподобные вещества и даже азотсодержащие циклические соединения – предшественники нуклеотидов («кирпичиков» РНК/ДНК).
Но оставался один вопрос – почему соединения вообще начали себя усложнять? Ответ на этот вопрос не был найден до 70-х годов XX века.
Мир РНК
РНК (рибонуклеиновая кислота), наряду с ДНК, является важнейшим соединением в наших клетках – она умеет хранить информацию о белках, транспортировать их и даже создавать! Но вот вопрос: а как появились ДНК и РНК?
Английские и американские учёные Вёзе, Орджел и Гильберт за 20 лет дали ответ на вопрос, но в неожиданном ключе – они сказали, что далеко не все молекулы могли эволюционировать, а только некоторые – их назвали предками РНК. Именно они могли усложняться в своём строении и впоследствии из них возникли первые одноклеточные организмы. И сегодня учёные знают, что этими соединениями были ПАУ – полициклические ароматические углеводороды. Именно они были предками РНК, и их можно было найти в экспериментах с молнией и “первичным бульоном”. Некоторые, особо сложные, могли достраивать себя, вследствие чего всё усложнялись и усложнялись. Ну, и так появилась знакомая нам жизнь, ДНК и РНК, а потом одноклеточные и многоклеточные организмы, в том числе и мы с вами 🙂
Понравилась статья? Ставьте палец вверх и подписывайтесь на мой канал – там ещё множество научных тем: космос, химия, физика, технологии,изобретения и многое другое.Читайте меня в телеграме ( Будни Учёного 2.0 ) и в Яндекс.Дзене ( Мир науки )!
Источники:
http://mirkosmosa.ru/solnechnaya-sistema/zemlya/zhizn-na-zemle
http://www.anews.com/p/124009705-vozniknovenie-zhizni-kak-i-kogda-poyavilas-zhizn-na-zemle/
http://zen.yandex.ru/media/id/5ac3899adb0cd9cb1a08936c/5b75ae753ae57300aa5e741b
