Hipotezy o powstaniu życia na Ziemi
Problem powstania życia na Ziemi stanowi do dziś zagadkę nierozwiązaną. Choć wielu naukowców biedzi się nad jej rozwiązaniem, dokładając od siebie małą cząstkę informacji odszyfrowanej, pojawiające się odpowiedzi rodzą coraz więcej pytań.
Do tej pory ustalono, że nasza planeta, ukształtowała się w stałej formie (po przejściu stadium kuli gazów, z których po wielu przemianach chemicznych zaczęły powstawać nowe, stałe związki) około 4,5 mld lat temu. Była ona jednak miejscem nieprzyjaznym dla rozwoju jakiegokolwiek życia: panowały na niej bardzo wysokie temperatury, ciśnienie było duże, a atmosfera w niczym nie przypominała dzisiejszej. Trudno się więc dziwić, że pierwsze organizmy jednokomórkowe, jakie zdołały się wykształcić w takich warunkach (a nastąpiło to około 3,8 mld lat temu), nazywane są ekstremofilami. Przez bardzo długi czas sądzono, że życie na Ziemi wykształciło się o wiele później. Skamieniałości najstarszych stworzeń odkryto dopiero w II połowie XX wieku.
R E K L A M A |
Jak to było możliwe, że w tak trudnych warunkach udało się przetrwać żywemu organizmowi? Jakim sposobem życie w ogóle powstało? Starożytni wyznawali pogląd, że wszelkie życie na Ziemi "zostało stworzone", co oznacza, że "ktoś" wszechpotężny i zdolny do takiego aktu, "nadał" naszej planecie żywe istoty, wszystkie, które po niej stąpają. Takie przekonanie przetrwało aż do XIX wieku! Choć wtedy sądzono także, że niektóre organizmy powstają samorzutnie (tzw. teoria samorództwa), a za przykład podawano zazwyczaj larwy much, które powstawać miały z zepsutego mięsa, albo różnego rodzaju robaki, powstające z mułu.
Ze względu na rozwój nauki w XVIII i XIX wieku, wielu naukowców skierowało swoją uwagę na ten problem, zauważając, że takie tłumaczenia są w najwyższym stopniu nie satysfakcjonujące, a przy tym śmiesznie prostackie. Teorię samorództwa obaliły doświadczenia Ludwika Pasteura, który wysunął pogląd, że choroby wywoływane są przez drobnoustroje - maleńkie formy życia, które atakują nasz organizm i dlatego stan jego się pogarsza i zapadamy na konkretne choroby. Jego pogląd został początkowo odrzucony (podobnie zresztą jak jego poprzedników - Girolamo Fracastoro czy Friedricha Henie, którzy także starali się zwrócić uwagę na tę sprawę), jednak kiedy światek naukowy uświadomił sobie, że to jest możliwe, dalsze prace Pasteura ukazały, że nawet tak proste formy życia, jak mikroorganizmy, nie są w stanie wykształcić się samoistnie z materii organicznej. Inne prace badawcze tego naukowca, wykazały także możliwość anaerobiozy - czyli udowodnił, że istnieją mikroorganizmy, którym do przeprowadzania funkcji życiowych nie jest niezbędny tlen, co pomogło wyjaśnić pewne kwestie dotyczące początków życia.
Problem powstania życia na planecie wzbudził wielkie poruszenie. Wykształciło się kilka teorii na ten temat:
1. najprostszym rozwiązaniem dla tej sprawy wydawało się stwierdzenie, że jest ona nierozwiązalna (poglądy Huxley'a
2. inny pogląd głosił, że wszelkie życie na naszej planecie powstało z cząstek żywej materii, które przywędrowały do nas z przestrzeni kosmicznej (tzw. teoria transpermii) - z innych plantek lub z samego eteru na różnego rodzaju nośnikach, jak np. meteoryty
3. trzeci z głównych nurtów opiera się na zmienionej teorii samorództwa
Biogeneza i różnorodność życia na Ziemi jest wciąż jednym z najbardziej spektakularnych problemów współczesnej nauki, którego rozwiązanie wymaga łączenia wiedzy z wielu dziedzin (biologii, astrologii, geografii, chemii, fizyki, a nawet filozofii). Swoistą próbą odsunięcia problemu była wysunięta przez noblistę Svante Arrheniusa teoria panspermii, która mówiła, że życie dotarło na Ziemię w meteorytach, i tutaj rozwinęło się aż do dzisiejszej postaci. Nie jest to jednak dobre wyjaśnienie, nie mówi bowiem nic na temat powstania życia w ogóle.
Dzięki współczesnym badaniom, udało się wykazać, że w warunkach kosmicznych powstają samorzutnie liczne związki organiczne, choć nie znaleziono do tej pory nawet śladu życia pozaziemskiego. Stosunkowo młoda dziedzina nauki - astrobiologia, zakłada badania układu słonecznego pod kątem poszukiwań form życia. Obecnie znane są powszechnie badania najbliższej nam planety - Marsa. Planowane są natomiast między innymi badania oceanu przykrytego warstwą lodu na jednym z księżyców Jowisza - Europie. Możliwe jest, by życie powstało także w innych układach planetarnych, jednak nie ma na to do tej pory żadnego dowodu.
Koncepcję, że życie na młodej Ziemi wykształciło się ze związków organicznych, które powstały samoistnie z prostych substancji, popiera doświadczenie Harolda Ureya i Stanleya Millera. W połowie XX wieku, tym dwóm naukowcom udało się odtworzyć warunki atmosferyczne panujące na kuli ziemskiej u jej początków. Dokonali tego za pomocą aparatury chemicznej ustawionej w zamkniętym obiegu. Podgrzewana kolba z wodą miała odpowiadać gorącemu wtedy oceanowi ziemskiemu, którego pary mieszały się z metanem i amoniakiem (gazy te stanowiły wtedy znakomitą większość atmosfery), przy czym reakcjom tym towarzyszyła zachodzące w atmosferze różnego rodzaju wyładowania. Po tych etapach następowało schładzanie produktów. Już po kilku godzinach działania aparatury badacze stwierdzili, że z mieszaniny prostych związków (metanu, amoniaku, dwutlenku węgla) można w ten sposób otrzymać produkty bardziej złożone, np. aminokwasy.
Już wcześniej badania Aleksandra Iwanowicza Oparina, Jona B. S. Haldane'a i Sidney'a Foxa ukazały możliwość tworzenia tak teoretycznych, jak eksperymentalnych modeli powstawania takich substancji organicznych. Otóż, zaobserwowali oni, że proste substancje organiczne mają skłonność do tworzenia kulistych tworów, przypominających prakomórki.
Oparin w swoich obserwacjach podaje, że z mieszaniny polipeptydów, wielocukrów i kwasów nukleinowych, powstawały w roztworze wodnym organizowały się one w kulki, które wykazywały zdolność do wzrostu, podziału, a także prostego metabolizmu.
Fox wytworzoną przez siebie mieszaninę aminokwasów podgrzewał, dzięki czemu uzyskiwał z nich polimery (cząsteczki o długich łańcuchach), tak zwane protenoidy, które w wyniku dodania wody tworzyły mikrokulki. Otoczone były one błonami, które wykazywały cechę charakterystyczną dla wszystkich błon biologicznych - potencjał elektryczny. Ponadto przez owe błony zachodziła osmoza.
Oparin i Haldane na podstawie swoich badań doszli do wniosku, że taka chemiczna ewolucja związków organicznych zachodzić musiała w środowisku wodnym, a więc w praoceanie, który zapewne zawierał mnóstwo prostych związków organicznych, stanowiących swoistą pożywkę dla pierwotnych struktur żywych (nazwanych przez nich protobiontami).
Nowsze koncepcje (głównie Wächtershäusera oraz Grahama Cairnsa-Smitha), rolę matryc do syntezy związków organicznych spełniały minerały ilaste (jak piryt w strefach pływowych), na przemian zalewane przez wodę morską i oświetlane promieniami słonecznymi. Warunki te powinny być odpowiednie, by powstać mogła powłoczka złożonych związków organicznych. Udało im się także w warunkach eksperymentalnych uzyskać otoczone błoną lipidową banieczki, które potrafiły rosnąć i dzielić się. Odpowiadały one hipotetycznemu stadium protobiontów.
Głównym problemem wyjaśnienia teorii początków życia był dylemat współzależności DNA i białek. Jak to było możliwe, że białka, służące za budulec kwasów nukleinowych budujących DNA, istniały równolegle z helisą, dzięki której mogły powstawać? Był to typowy problem typu: "Co było pierwsze: jajko czy kura?". Bowiem, to dzięki DNA białka w żywych organizmach mogą powstawać (ma ono w sobie zakodowaną tzw. strukturę pierwszorzędową białek, czyli sposób ułożenia aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym). A jednak bez nich DNA nie mogłoby powstać. Błędne koło otworzył "model świata RNA". Zaproponowali go dwaj naukowcy: Leslie Orgel i Carl Woes. Zgodnie z ich założeniami, zanim powstały współczesne komórki, istniał przed nimi świat RNA. RNA jest substancją mającą zdolność zarówno do przechowywania informacji genetycznej, jak i katalizowania reakcji chemicznych prowadzących do wytworzenia białek i innych produktów. Dopiero później, z biegiem czasu funkcję magazynu materiału genetycznego, DNA przejęło od RNA, a białka enzymatyczne zastąpiły RNA w roli katalizatora reakcji chemicznych.
Współczesna nauka dostarcza nam nowe narzędzia i techniki umożliwiające odkrywanie przeszłości. Musimy sobie jednak zdać sprawę z tego, że choć coraz więcej mamy tropów, zagadka powstania życia na Ziemi będzie w głównej mierze splotem domysłów i prawdopodobieństw. Bez wehikułu czasu, nigdy nie będziemy w stanie uzyskać pewności, że wiemy jak doszło do powstania życia na naszej planecie.
POWSTANIE ŻYCIA NA ZIEMI
Jak się powszechnie dziś przyjmuje, był to proces, który nie wymagał żadnej zewnętrznej interwencji - życie powstało samoistnie na skutek działania sił chemicznych i fizycznych. Przez zewnętrzną interwencję rozumieć należy nie tyle zjawiska "ponadnaturalne", jak boska kreacja, której uznanie przynależy całkowicie do dziedziny wiary.
Historia życia na Ziemi to okres kilku miliardów lat, od pojawienia się pierwotnych substancji organicznych przez genezę pierwszych komórek prowadzących do powstania pierwszych gatunków jakie istniały i istnieją dzisiaj. Historia ta ma wiele tajemnic. Z wyłączeniem tej części ostatnich kilku tysięcy lat. Wcześniej nie było nikogo, kto na bieżąco analizowałby i przedstawiał dzieje życia, zadowolić się więc musimy pośrednimi dowodami.
Ziemia powstała około 4.6 mld lat temu. Najstarsze, pierwsze jednokomórkowce występowały niecały miliard lat później, w momencie kiedy na wystudzonej już Ziemi zaczęły się tworzyć oceany i atmosfera . Do dzisiaj nie wiadomo, jak ten proces przebiegał. Jak z prostych nieorganicznych związków utworzyły się biocząsteczki. Jak powstały bardziej zaawansowane struktury, komórki. Żadna z istniejących teorii nie wyjaśnia w sposób zadowalający nawet jednego z tych etapów, nie mówiąc już o wszystkich
Pierwszoplanowe znane nam odległe przymiarki do wyjaśnienia genezy istnienia życia na naszej planecie powstały w oparciu o zmiany gospodarcze w VI wieku przed nasz erą na terenie starożytnej Grecji. W miejscu narodzin europejskiego dziedzictwo kulturowe a także nauki. Wtedy to Tales z Miletu, słynny filozof i myśliciel, twórca studiów filozoficznych sformułował swoją teorię na temat powstania życia na ziemi. Według niego pierwsza powstała woda a zaraz po niej suchy lad, na którym doszło do kiełkowania prymitywnych organizmów pod wpływem ciepła, szlamu i w obecności skal.
porównywalne przekonania posiadał jego student Anaksymader. Według którego z pramaterii wzięły początek wszystkie żywioły: woda, ogień, ziemia i powietrze. Dzięki życiodajnej emisji światła słonecznego, z wilgotnej, ilastej gleby wzięły początek pęcherzykowate struktury, które następnie przekształciły się w organizmy przypominające ryby, te pod wpływem czasu przeszły na ląd i wykształciły takie formy przystosowania zapoczątkowując ewolucję innych organizmów w tym również ludzi.
Materialistyczne teorie dotyczące powstania życia na świecie, porównywalnie jak Anaksymader, dały początek do rozumowania innym greckim filozofom, przede wszystkim Demokrytowi, autora najbardziej doskonalej antycznej atomistycznej koncepcji budowy świata.
Zapatrywania Demokryta głosiły ze podwaliny Wszechświata to materia, zbudowana z niezliczonej ilości malutkich cząstek, które wykazywały ponadprzeciętna zdolność do nieustannego ruchu, odseparowanych od siebie pustymi przestrzeniami. Według niego życie to nie konsekwencja siły boskiej twórczości, lecz wytworu przyrody. Tworzenie się żywych organizmów czy ich samorództwo ze szlamu w wodzie to konsekwencja przypadku, a także konkretnego połączenia się trwających w ruchu atomów.
Najsłynniejszy filozof i przyrodnik antyczny Arystoteles nie emocjonował się wprost zagadnieniem rodowodu życia na Ziemi. Przyjął teorie ciągłego, skutecznego samorództwa. Według niego zwierzęta nie posiadające krwi (głowonogi, nicienie, mięczaki i inne) była wynikiem stworzenia bez udziału innych istot.
Rośliny rodziły się i rozwijały z ziemi, a cześć ryb brała swój początek ze szlamu, myszy zaś były tworem słomy. Poczwarki błonkówek, skorupiaki i motyle ich twórca była poranna rosa, fermentujący gnój, włosy.
Z ciął ulęgających rozpadowi maiły powstać glisty, węże i inne zwierzęta. Komary, muchy, muchówki, wszy, pluskwiaki zrodziły się z pól, z pleśni, rozkładających się owoców, z fekaliów należących do zwierząt oraz starych szmat i ubrań. Możliwość samorództwa posiadają również inne organizmy takie jak kraby, ośmiornice były tworem mokrej ziemi, węgorze zaś i inne ryby mułu, piasku i rozkładających się glonów. Uniwersalne samorództwo stanowiło najsłabszą stronę poglądów Arystotelesa.
Cześć z powyższych zapatrywań, oczywiście tylko takich które nie kolidowały z ideologia kościoła przyswoił sobie od Arystotelesa kościół chrześcijański.
Arystoteles zaproponował dogmat, który przetrwał bez mała 20 wieków. Pojęcie materii ożywionej i nieożywionej zostało podniesione do rangi dysput filozoficznych w pierwszej połowie XVII wieku, a stało się to za sprawą belgijskiego lekarza, fizyka, chemika i alchemika Jana Baptysty Helmonta (1577- 1644). W cztery lata po jego śmierci, syn opublikował dzieło życia swojego ojca. Opisane w tym dziele doświadczenia były śmiałe i pomysłowe, ale wnioskowania bardzo niebezpieczne. To Helmont stwierdził, że CO2 jest gazem, który jest składnikiem powietrza i że ten gaz powstaje ze spalania, a z wody powstają rośliny i zwierzęta.
We Włoszech w 1688 niejaki Franciesco Redi zdecydował się aby udowodnić naukowo że żywe organizmy nie powstają z materii nieożywionej. W tym celu wystawiał więc na polu śmieci przykryte siatką. Jej celem było uniemożliwienie robakom, owadom, muchom i szczurom dotarcia do śmieci. Tym oto prostym sposobem pokazał swoim współżyjącym, że teoria samorództwa nie ma zastosowania w praktyce.
Tym samym obalił on teorie wysuwane w starożytności przez Arystotelesa ze żaby powstają z mułu, a owady z brudnych szmat.
Mimo to teoria nadal miała swoich zwolenników, miedzy innymi słynny biolog francuski Guffon (1745-1749).
Jednakże udoskonalenie mikroskopu i odkrycie świata drobnoustrojów, do czego przyczynił się zwłaszcza Holender Antoni Leeuwenhoek, który opisał m. in. Wiele bakterii i pierwotniaków spowodowało odrodzenie się hipotezy samorództwa w nowej postaci.
W miarę postępu badań nad bakteriami i pierwotniakami stwierdzono, że zjawiają się one w pożywkach, gdzie przedtem nie można było dostrzec żadnych ich śladów.
Przez całe stulecia uczeni spierali się o to, czy samorzutnie powstawanie bakterii z ciał martwych jest możliwe, czy też nie. Wielu uczonych wypowiedziało się za możliwością samorzutnego powstawania prymitywnych istot żywych z ciał martwych, wielu też było przeciwników tego poglądu. W tym czasie naukowcy starali się rozsądzić spór o samorództwo także w oparciu o doświadczenia.
W kwestii genezy życia i samorództwa wyraził swa opinie w początkach XIX wieku Jędrzej Śniadecki, który jeszcze jako młody chłopiec uczęszczał na wykłady Spallanzaniego we Włoszech. Był on przeciwnikiem tej teorii z prostej przyczyny, gdyż jej wyznawcy postulowali konieczność udziału siły wyższej w tworzeniu się bakterii.
Teoria samorództwa bakterii i innych drobnoustrojów nie została jednoznacznie obalona aż do polowy XIX wieku. Nie ma ona zresztą żadnego wpływu na dalsze losy tworzenia się nowych teorii na temat genezy życia na ziemi.
W XIX wieku panowało przekonanie, zgodne z teoria kreacjonizmu ze życie na ziemi powstało w jednym czasie i nie było procesem kilkustopniowy.
Teoria ta miała również swoich zwolenników jednym z nich była K. Linneusz, wierzył on ze Bóg jest odpowiedzialny za stworzenie świata i życia na ziemi.
W XVIII Charles Bonet, francuski biolog, ogłosił nową teorie, mówiąca że granica pomiędzy substancja ożywioną a nieożywioną nie istnieje. Według Boneta ciągłość form od prostych kryształów soli aż do Boga. Bonet uważał na przykład azbest-minerał, którego włókna przypominały naczynia w łodygach roślin-za formę pośrednią między minerałami a roślinami. Wiemy jednak, ze ideologia ta była myląca.
W 1769 r. Spallanzami pokazał, że po odpowiednim rozgrzaniu i bezzwłocznym zanurzeniu w pojemnikach szklanych mieszanina nie jest poddawana gniciu i fermentacji, które zaczynają się dopiero po ich otwarciu. Wyznawcy samorództwa przedstawili jednak obiekcje potwierdzający, że usuniecie tlenu może powstrzymać narodziny bakterii.
W XIX wieku kontynuatorem teorii samorództwa bakterii był Francuz Pouchet. Akademia
Mówiąc o historii należy opowiedzieć pokrótce o historii tej historii. Tak naprawdę zaczęła się ona w XIX wieku razem z dyskusjami na temat przebiegu ewolucji (lamarkizm, darwinizm), genezą chemii organicznej, oraz znanym doświadczeniem Pasteura, w którym pokazał on, że wszystkie komórki biorą początek z innych komórek. Pierwotne wersje tej historii mówiły o bardzo tajemniczej genezie pierwszej komórki i z czasem coraz bardziej zgłębianym przebiegu jej ewolucji w kierunku znanej współcześnie rozmaitości życia.
Nauk we Francji zamieścić w roku 1862 konkurs o temacie "Spróbowania, za pomocą dobrze wykonanych doświadczeń rzucić nowe światło na kwestię rodzenia się organizmów z materii martwej. Zdobywca nagrody został chemik francuski Ludwik Pasteur. Przeprowadził on bardzo prosty eksperyment, udowadniając, że bakterie nie mogą samodzielnie powstać z martwej materii. W kolbkach okrągłodennych, wyeliminował tlen i nałożył pożywki wysterylizowane, w których nie było bakterii. Cześć z kolbek zostali otwarte a cześć zatkał specjalnym filtrem w postaci jałowej waty. Miało to filtrować powietrze. Obecność powietrza kolbach uważał Pasteur za konieczną po to m. in., aby zwolennikom samorództwa, którzy mówili, że tlen jest niezbędnym czynnikiem do tworzenia się życia. Chciał on w ten sposób obalić ten argument stosowany przez zwolenników teorii samorództwa. Pasteur twierdził, ze w kolbach gdzie powietrze było filtrowane, drobnoustrojów nie będzie. Pasteur zaczął poszukiwania udowadniając , ze wszędzie we wszechświecie są obecne liczne zarodniki bakterii. Gdy znajdują się one w odpowiednim środowisku, zaczynają rozwijać się i rozmnażać.
Znaczny postęp nastąpił, gdy w 1924 r. Aleksander Oparin ogłosił swoją "teorię koacerwatów". Teoria ta miała wiele wersji, ostatnia z prac Oparina ukazała się w roku 1977. Teoria radzieckiego biochemika została napisana i ogłoszona drukiem w roku 1924 na zlecenie partii WKPb, której zależało, aby autorytety naukowe wykluczyły interwencję boską w procesach biologicznych, a przede wszystkim w powstaniu życia na Ziemi. Piec lat później w 1929 roku niezależnie doszedł do tych samych wniosków angielski Haldan. Obie teorie zakładały podobny tok myślenia zależny od dwóch tez. Pierwsza, negowała możliwość tworzenia się życia na Ziemi w jej obecnych warunkach geofizycznych, druga, postulowała, że życie zrodziło się z prostych związków chemicznych, metanu, amoniaku i wody obecnych w atmosferze młodej Ziemi. Jednakże obydwie teorie, nie tłumaczyły istniejących obecnie stanów biologicznych, lecz mimo to stanowiły olbrzymi krok do przodu . Specjalna struktura obu teorii, a zwłaszcza w teorii A. Oparina wykluczała ewentualność ich oszustwa. A. Oparin czynił to z czynników politycznych i tak stworzył ową teorię, aby nie można ją było poddać krytyce i fałszerstwu eksperymentalnemu. Partia bowiem nie mogła się mylić! Mimo wszystko obie teorie uzyskały olbrzymi rozgłos na całym świecie, ale pozostały nie sprawdzone przez 30 lat. Dzisiaj ta koncepcje określa się jako teorie Oparina-Haldana i opiera się nią na trzech założeniach:
1.życie to konsekwencja ewolucji materii,
2.swiat organizmów ma swoich wspólnych przodków,
3.życie koncentruje się w układach względnie odgraniczonych od otoczenia - koacerwatach.
Koacerwaty to proste, otwarte układy wielofazowe - zdolne do wymiany energii i materii z otoczeniem. Charakteryzują się występowaniem większości procesów zachodzących na ziemi w tym procesom utleniania i redukcji. W konsekwencji owych procesów tworzy się energia która może przyczyniać się do tworzenia się i uorganizowana bardziej złożonych cząsteczek białek, lipidów i innych prostych związków organicznych tak zwanym pierwotnym bulionie. Założenie neguje występowanie tutaj doboru faworyzującego raczej skłania się w kierunku istnienie białek mających zdolność do przeprowadzania reakcji enzymatycznych, która miałyby działać jako pierwotne enzymy. Powstawanie koacerwatów nie oznacza powstawania już organizmów. To dopiero etap wstępny do zapoczątkowania istnienia życia na ziemi. Kolejne obserwacje zajmują się umiejętność syntezy enzymów, transmisji informacji, przeobrażanie się modelu metabolizmu itp. Zakłada się ze tworzenie się tych cech przebywało już pod kontrolą doboru naturalnego.
Teoria Millera a skład atmosfery ziemskiej.
Pierwsza atmosfera ziemska wywodziła się z gazów mgławicy galaktycznej i uległa zniszczeniu, na co wskazuje ubóstwo obecnej atmosfery w gazy szlachetne, w porównaniu z ich różnorodnością w przestrzeni kosmicznej. Druga atmosfera ziemska jest częścią gazów zawartych w drobinach mgławicy galaktycznej, z których zrodziła się Ziemia. Jeszcze do niedawna mówiono ze ziemia tworzyła się wolni i ze była zimna planeta. Powyżej opisane wydarzenia spowodowane były tym ze gazy więzione były pod powłoką ziemska. Po jakimś czasie w konsekwencji rozpadu radioaktywnego doszło do jej ogrzania i wytworzenia się ówczesnej atmosfery przy pomocy wulkanów. Gazy wulkaniczne, a więc i atmosfera była początkowo silnie redukująca, składała się głównie z wodoru (H2), metanu (CH4) i amoniaku (NH3). W oparciu o taki skład atmosfery zbudowali swoje teorie Oparin, Haldane i Urey a później także Miller. W roku 1953 Stanley L. Miller, 23-letni student University of Chicago, przeprowadził doświadczenie, w którym miał udowodnić teorię ewolucji Darwina - dowieść możliwość utworzenia się życia z materii martwej. Napełnił szklaną aparaturę amoniakiem, metanem, wodorem w odpowiednio dobranych proporcjach, i dopełnił do pełna zwyczajną wodą. Celem było oddanie składu pierwotnej atmosfery i praoceanu. Kolejno, przy odpowiednio wysokiej temperaturze, wewnątrz probówki traktował ją prądem elektrycznym, co symulowało wyładowania atmosferyczne. Po kilku dniach woda zmieniła kolor na czerwony. Po przeprowadzonej analizie laboratoryjnej zbadano, że jest zawiera aminokwasy - czyli podstawowy składnik budujący białko. Eksperyment został opisany w prestiżowym piśmie 'Science'. W konsekwencji eksperymentatorzy, z Millerem na czele naśladowali redukujący skład atmosfery w swoich laboratoriach i przez 40 lat produkowali większość ważnych dla życia związków organicznych z aminokwasami włącznie. Ale czy rzeczywiście tak było? Czy atmosfera ziemska rzeczywiście była redukująca?
Teoria mikrosfer
Twórcami byli: S. Fox, K. Dose. Zakłada się tutaj znaczącą dla biogenezy funkcje protein. Cieplna synteza w stadium dzięki której dochodzi do powstawania aminokwasów, peptydów, białek. Które w kontakcie z wodą produkują mikrosfery. Kolejnym okresem w ewolucji jest utworzenie komórki i jej podmiotu genetycznego.
Teoria predestynacji biochemicznej
Autorzy: D.H. Kenyon i G. Steinman dopuszczają możliwość istnienia kilku opcji pierwotnej syntezy biochemicznej, ponieważ rekonstrukcja rzeczywistych warunków na młodej Ziemi jest niewykonalna. Zakładają użyteczność i strukturalną zgodność dziewiczy protokomórek ze obecnymi prymitywnymi formami życia. Predestynacja biochemiczna miała wartość znaczącą do chwili narodzin kompleksów nadmolekularnych. Przy przejściu do materii żywej podstawowym mechanizmem ewolucyjnym zostaje oddziaływanie ze środowiskiem.
Teoria samorozwoju układów katalitycznych
Rudenko stworzy koncepcje samorozwoju systemów katalitycznych i użył jej by wyjaśnić zagadkę tworzenia się pierwotnych układów ożywionych. Główny przedmiot ewolucji ma postać katalizatora elementarnego - najmniejsza część cząsteczki posiadająca możliwość przeprowadzenia procesu katalizy W procesie biogenezy są to aktywne centra cząsteczek peptydów. Rozwój dokonuje się dwutorowo - poprzez zmianę struktury katalizatora i poprzez zmianę kinetyki procesu. W toku rozwoju układów katalitycznych, czyli wzrostu struktur białkowych, dochodzi do wzrostu energii układu podstawowego, stopnia stabilności termodynamicznej i wzrostu intensywności strumienia informacji.
Teoria samoorganizacji cząsteczek
Jej twórcami są: - M. Eigen i P. Schuster. Jedna z najważniejszych koncepcji w dziedzinie protobiologii. Stanowi próbę odpowiedzi na pytanie, w jaki sposób powstaje informacja biologiczna i w jaki sposób uzyskuje sens w rezultacie działania doboru naturalnego? Dokładny opis "historyczny" tego procesu nie jest możliwy - ważniejsze jest określenie jego ogólnych prawidłowości. Autorzy wykorzystują termodynamikę procesów nieliniowych w wersji P. Glansdorfa i I. Prigogine'a. "Dobór" i ewolucja o charakterze biochemicznym muszą zachodzić w stanach oddalonych od równowagi termodynamicznej; synteza makrocząsteczek zachodzi przy udziale wysokoenergetycznych monomerów, muszą też występować cząsteczki zdolne, do autokatalizowania procesu.
Teoria Wächtershäusera
Zakłada ona ze:
Wszystkie obecnie żyjące organizmy są komórkami.
Fundamentalną cechą każdej z nich zachowanie swych procesów życiowych metabolizmu, w układzie hermetycznym
Niezbędny do jej życia jest jakiś mechanizm transportu substancji pokarmowych do jej wnętrza. Zagęszczenie komponentów prekursorowego metabolizmu na powierzchni minerałów predestynowała etapowe kształtowanie się wydłużonych, trwałych polimerów proteinowych a także nukleinowych. w takich warunkach możliwe jest przeprowadzenie samorzutnej kondensacji na powierzchniach minerałów, czyli inaczej ujmując na stałej fazie i zorganizowanie nieodwracalnych polimerów białkowych o długości do 60 aminokwasów.
Teoria Wächtershäusera zakłada, że podstawową czynnością każdej komórki jest utrzymanie swoich procesów życiowych - metabolizmu, w zamkniętej całości. Pierwotną czynnością prekursorowego układu pół biologicznego musiało być silne związanie jego składników z jakimś układem, który swoją krystaliczną budową zapewniał uporządkowanie i stabilność tych składników. Tym drugim układem mogły być powierzchnie minerałów.
Stworzona przez Svante Augusta Arrheniusa hipoteza, później lansowana przez Cricka i Hoyle'a. Zakłada ona że życie na Ziemi przybyło z kosmosu poprzez dryfujące w przestrzeni kosmicznej spory bakterii i innych drobnoustrojów, np. za przyczyna meteoru
Jest to powszechnie znany fakt ze zarodniki mogą przetrwać nawet w bardzo wysoko położonych warstwach atmosfery, nawet na wysokości kilkudziesięciu kilometrów. niewielkie ilości skały (np. meteoryt) w znacznym procencie wpływają w sposób ograniczający negatywne konsekwencje występującego w przestrzeni kosmicznej promieniowana na ich materiał genetyczny. Tak więc mogłyby one teoretycznie przenosić się np. w meteorytach i ożywić w korzystnych warunkach na innej planecie. Panspermia nie wyjaśnia powstania życia, przenosi jedynie problem na inną planetę czy też inny kosmiczny obiekt. Teoria panspermii jest jednak obecnie niezbyt popularna, gdyż potrafimy odtworzyć historię życia daleko poza fazę wczesnej komórki bakteryjnej, których to etapów panspermia nie wyjaśnia. Panspermia próbuje wyjaśnić jedynie powstanie życia na Ziemi, nie życia jako takiego - trudne problemy zostają jedynie przeniesione na inną planetę.
Życie, zgodnie z ustaleniami biologii to zdolność organizmu do przeprowadzania procesów metabolicznych (przemiany materii), dzięki którym możliwe są jego wszelkie funkcje, m.in.: reakcja na bodźce, ruch, podział komórki, wzrost, zmienność, dziedziczność. Procesy życiowe są tym bardziej skomplikowane, im bardziej złożony jest dany organizm.
Jak wiadomo, jednym z najbardziej zawiłych problemów z jakimi boryka się współczesna nauka, jest powstanie życia na Ziemi. Istnieje na ten temat wiele hipotez, każda jednak budzi rożne zastrzeżenia. Aby powiedzieć jak najkrócej: są uczeni, którzy w ogóle powątpiewają, czy życie mogło powstać na naszej planecie. Inaczej mówiąc, odpowiadają oni przecząco na pytanie,
czy przed miliardami lat, w pierwotnej atmosferze Ziemi i w jej pierwotnej skorupie istniały warunki sprzyjające powstaniu życia.
1. Jednym z takich uczonych jest wielki Francis Crick - laureat Nagrody Nobla za odkrycie struktury biochemicznej kodu genetycznego.
Z początkiem lat osiemdziesiątych Crick ogłosił książkę pt. "Życie - jego pochodzenie i charakter". W pracy tej autor deklaruje się jako zwolennik panspermii, to znaczy teorii głoszącej, ze życie nie jest związane wyłącznie z Ziemia, lecz ze jest wszechobecne w kosmosie.
Skoro - zakłada Crick - życie na Ziemi narodzić się nie mogło, gdyż nie pozwalały na to przed miliardami lat warunki - a mimo to przecież rozwinęło się - nastąpiło to być może w wyniku świadomej działalności: świadomego siewu będącego efektem działania jakiejś wysoko rozwiniętej cywilizacji...
Oczywiście podstawowym czynnikiem warunkującym siew zarodków życia w przestrzeni kosmosu jest istnienie poza Ziemia, w naszej galaktyce lub dalej - jednej lub wielu planet, na których życie mogło powstać. Za szerzenie podobnej herezji Giordano Bruno został piec wieków temu spalony przez Kościół na stosie. Dzisiaj nie pali się na stosie i Crick w całkowitej zgodzie z nauka zastanawia się, czy to jest możliwe. Po dokładnej analizie dochodzi do wniosku, ze podobne założenie jest możliwe i ze istnienie takich jak nasza planet jest bardziej niż prawdopodobne.
Jakie było to rozumowanie Cricka? Czas rozwoju życia na Ziemi, od najbardziej prymitywnych jego form do tak wysoko wyspecjalizowanych jak człowiek z jego mózgiem - wynosi około czterech miliardów lat. Jeśli życie powstało w wyniku kosmicznego siewu, zaplanowanego przez jakąś wysoko rozwinięta cywilizacje, to i ona, owa cywilizacja, potrzebowała na osiągniecie swego poziomu - załóżmy - czterech miliardów lat. Pytanie wiec, które postawił Crick, brzmiało: czy dzieje Wszechświata obejmują czas wystarczająco długi, by życie w kosmosie mogło dwukrotnie przebyć podobny cykl?
Crick, żądając to pytanie, jednocześnie na nie odpowiedział. Jeśli Wszechświat istnieje choćby osiem miliardów lat - czasu było dosyć. A przecież COBE dzięki swojej aparaturze stwierdził ponad wszelka wątpliwość, ze od Wielkiego Wybuchu, czyli od początków Wszechświata, minęło piętnaście miliardów lat. Przed kilkunastoma laty było to tylko przypuszczenie. Teraz jest to pewność. Czteromiliardowy cykl rozwoju życia miął wiec dość czasu aby się powtórzyć nawet trzykrotnie.
2. Podobna tezę, iż zostaliśmy wyhodowani genetycznie i "osiedleni" na Ziemi przez przybyszów z kosmosu. twierdzi Erich Von Daniken. W swojej książce "Obcy z kosmosu" rozważa ingerencję istot pozaziemskich w życie na Ziemi. W jego opinii zostaliśmy "stworzeni" przez obcych w celach badawczych a obecnie jesteśmy przez nich obserwowani. Teoria ta mimo iż ma wiele luk i niedopowiedzeń, jest dość ciekawa i przy pewnych założeniach prawdopodobna.
3. Chyba najbardziej znaną teorią naukową powstania życia na naszej planecie jest ta traktująca o tworzeniu się związków chemicznych, które utworzyły następnie strukturę zdolną do powielania samej siebie. Proces ten był
długotrwały, musiały też być spełnione pewne warunki. Gdy Ziemia stopniowo stygła jej powierzchnię zaczęła pokrywać woda, w niej najprawdopodobniej zaczęło tworzyć się życie. Praocean zawierał już wiele związków organicznych, które łącząc się mogły dawać cząstki bardziej skomplikowane, lecz by istniało życie potrzebne jest powielanie, więc w pewnym momencie skomplikowane cząstki organiczne mogły przyciągać inne potrzebne do stworzenia kopii własnej struktury.
4. Inną teorią dotyczącą początków życia na Ziemi jest tzw. panspermia. Zgodnie z tą teorią życia na planecie istnieje dzięki meteorytom, które na swej powierzchni niosły proste organizmu jednokomórkowe ok. 4 mld lat temu. Faktem jest, że w tym czasie Ziemia była bombardowana przez meteoryty, za tą teorią przemawia także to, że niektóre proste jednokomórkowe organizmy są wstanie wytrzymać ekstremalne warunki panujące w przestrzeni kosmicznej, jednak ta teoria nie tłumaczy jak życie powstało - tam skąd przybyło wraz z meteorytami. Ale zaraz ...- może jednak wiadomo - Niezwykłe jest to, co ostatnio osiągnął amerykański Instytut Astrobiologii, otóż tamtejszym naukowcom udało się ze schłodzonej do temp. 10 K oraz poddanej oddziaływaniu promieni ultrafioletowych mieszaniny amoniaku, metanu, alkoholu metylowego, tlenku i dwutlenku węgla ( wszystkie substraty występują w gęstych obłokach materii międzygwiezdnej )otrzymać bardzo skomplikowane związki organiczne, ale to nie wszystko, okazało się, że po dodaniu do mieszaniny produktów reakcji wody zorganizowały się one w formy podobne do prymitywnych komórek!
Co prawda nie udało się stworzyć formy żywej, ale niektóre z pęcherzyków zamieniały promieniowanie ultrafioletowe na światło widzialne. To kolejny niezwykły dowód przemawiający za teorią panspermii.
5. Ciekawa teorie powstania życia opisał Carl Sagan:
Ziemia powstała w wyniku kondensacji międzygwiezdnego gazu i pyłu jakieś 4.6 miliarda lat temu, a pierwsze żywe organizmy pojawiły się 4 miliardy lat temu w stawach i oceanach. Błyskawice i promienie UV rozbijały proste i bogate w wodór cząsteczki pierwotnej atmosfery, a ich fragmenty łączyły się w coraz bardziej złożone molekuły. Produkty tych reakcji rozpuszczały się w oceanach tworząc cos w rodzaju organicznego bulionu o coraz większej złożoności, aż w końcu powstała cząstka zdolna do tworzenia własnych kopii. To był najwcześniejszy przodek kwasu dezoksyrybonukleinowego, czyli DNA. Początkowo prymitywne molekuły kopiowały się nieudolnie korzystając z ogromnych zasobów związków organicznych zawartych w oceanach. Te które robiły to lepiej i szybciej wyeliminowały te gorsze, którym po jakimś czasie zabrakło budulca. Nie można jasno stwierdzić, czy te molekuły były już życiem, czy nie. Dobór naturalny jednak już działał i najsprawniej kopiujące się molekuły były coraz liczniejsze. Cząsteczki o wyspecjalizowanych funkcjach połączyły się tworząc rodzaj zespołu czyli pierwsza żywa komórkę, a jakieś 3 miliardy lat temu powstały pierwsze organizmy wielokomórkowe. Działało tu prawo wielkich liczb, być może przeskakiwanie kolejnych etapów było bardzo mało prawdopodobne, ale w tym wypadku znaczyło to - możliwe. Być może zdarzało się to raz na 100 milionów lat, ale skoro się już zdarzyło to udoskonalona forma zdobywała szybko przewagę nad mniej doskonałymi.
6. W III stuleciu p.n.e. grecki myśliciel, Arystoteles, podjął pierwsze próby rozwiązania zagadki powstania życia organicznego. Jego zainteresowanie i rozważania nad zagadnieniami biologii traktować można z respektem, należnym pierwszej, poważniejszej próbie poznania tajemnic życia, pomimo generalnie błędnych, ostatecznych wniosków. Jednym z zasadniczych defektów jego filozofii było przekonanie, ze natura nie czyni niczego bezcelowo.
Nauki Arystotelesa zawierały dostateczna dożę mistycyzmu, aby być tolerowane przez kościół, z wyjątkiem pochodzenia człowieka, które do XIX wieku zadowalająco wyjaśniała Biblia. Takie rozumienie pochodzenia życia istniało do początku ery nauk eksperymentalnych, we wczesnym XVII wieku. Wynalazek mikroskopu, przez Antona van Leeuwenhoek przyczynił się do obalenia mitu o spontanicznym powstawaniu życia.
7. We wczesnych latach pięćdziesiątych Stanley Miller dokonał na uniwersytecie w Chicago eksperymentu, w którym dowiódł, ze wiele substancji niezbędnych dla życia można uzyskać w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych. Eksperyment polegał na poddaniu wyładowaniom elektrycznym mieszaniny amoniaku i metanu w naczyniu z woda. Po 24 godzinach reakcji, mieszanina zawierała szereg związków węgla, w tym nieoczekiwanie wiele substancji niezbędnych do życia organicznego. Eksperyment zademonstrował, ze podstawowe składniki życia mogły powstać w warunkach panujących na Ziemi około 3,5 miliarda lat temu. W kontekście ludzkiej egzystencji, chemiczny początek życia na Ziemi przedstawia się jako niezmiernie mało prawdopodobny. Nie wolno jednak zapominać, ze procesy, które dały początek życiu oraz jego późniejsza historia, zachodziły na całej prawie planecie, przez niewyobrażalnie długi czas. Jeśli potoczyłyby się inaczej, nie byłoby na Ziemi istot zdolnych do zastanawiania się nad swym pochodzeniem. W świetle obecnej wiedzy przyrodniczej, warunki na naszej planecie, jej historia na przestrzeni miliardów lat oraz obecność określonych substancji chemicznych sugerują, ze powstanie i trwanie życia na Ziemi były niemal nieuniknione. Jeśli w otchłani kosmosu istnieją planety o charakterystyce identycznej, lub bardzo zbliżonej do ziemskiej, życie organiczne jest na nich bardzo prawdopodobne. Zdolność reprodukcji jest jednym z elementów definicji życia
8. Warto wspomnieć jeszcze o już dawno obalonej teorii samorództwa, w którą ludzie wierzyli od początków znanej nam historii pisanej do połowy wieku XIX. Uważano mianowicie, że życie może samoistnie powstać z materii nieożywionej. Z zepsutego mięsa powstaje więc mucha z piasku pchła, a z mułu - żaba. W 1668 roku włoski lekarz Francesco Redi podważył tę teorię, zauważył on, że gdy muchy nie mają dostępu do mięsa nie pojawiają się w nim czernie i odwrotnie. Oczywiście nie przekonało to większości, siedemnastowieczne społeczeństwo było "mało" postępowe, potrzebnych było jeszcze wiele doświadczeń, takich jak uczonego holenderskiego Antoniego van Leeuwenhoeka, który śledził cykl rozwojowy pcheł za pomocą niedawno odkrytego mikroskopu - dowiódł, że pchły rodzą się tylko z pcheł. Teoria samorództwa upadła w tym samym okresie gdy chemicy zaczęli otrzymywać sztucznie związki organiczne (XIX wiek).
Możemy snuć natchnione domysły, ale nie wiemy do końca, jakie fizyczne i chemiczne właściwości skorupy ziemskiej, oceanów i atmosfery umożliwiły tak nagłe pojawienie się życia. Nie mamy pewności, jaka ilość i jakie formy energii przenikały Ziemię w jej pierwszych dniach. Dlatego przed naukowcami wciąż stoi problem wyjaśnienia nagłego pojawienia się życia na tak młodej (4,6 mld lat) planecie. Jest to kwestia dręcząca nas od XIX w., kiedy to naukowcy zaczęli akceptować ewolucję w biologii, odrzucając możliwość, że organizmy żywe zostały stworzone w swej obecnej złożoności przez jakąś siłę nadprzyrodzoną. Nasuwa się więc pytanie, w jaki sposób tak nadzwyczajne zjawisko, zwane życiem, mogło powstać jako dzieło przypadku.
Użyte materiały:
· Arnold Mostowicz „Coz tam, panie, w Kosmosie?” Nie Z Tej Ziemi 8/1993
· "KRAJ", Nr. 1,(135), 1998r
· „Życie to forma istnienia białka” autorstwo nieznane
· Encyklopedia „Wiem” znajdujaca się pod adresem www.wiem.onet.pl