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Oggi la vita ha vinto ogni centimetro quadrato di Terra, ma quando il pianeta si è formata solo, era morto in pietra. Come e quando è avvenuto il carattere di transizione? Da dove è iniziata la vita? Difficilmente si può pensare di più serio, grande e complesso problema. Per gran parte della storia dell’umanità, nessuno mette in dubbio che questo è il caso dei. Qualsiasi altra spiegazione era impensabile.
Non c’è più. Nel corso dell’ultimo secolo molti studiosi hanno cercato di capire cosa poteva iniziare prima vita. Hanno anche cercato di ricreare momento della Creazione in laboratorio: creare una nuova vita da zero. A nessuno fino a quando non è riuscito, ma abbiamo percorso una lunga strada. Oggi molti scienziati che studiano l’origine della vita, sicuro che sono sulla strada giusta — e ci sono esperimenti che rafforzare la loro fiducia in questo.
Questa è la storia dei nostri tentativi di capire la nostra vera origine. Questa è la storia di un’ossessione, di lotta e di brillante creatività, che hanno portato ad alcune delle più grandi scoperte della scienza moderna. Il desiderio di capire le origini della vita ha inviato gli uomini e le donne negli angoli più remoti del nostro pianeta. Alcuni studiosi ritenevano diavoli in carne e ossa, altri hanno continuato a lavorare sotto il piede brutale dei governi totalitari.
Questa è la storia della nascita della vita sulla Terra.
In realtà i dinosauri hanno vissuto non molto tempo fa
La vita vecchia. I dinosauri più famosi estinti creare — ci sono 250 milioni di anni fa. Ma la vita è apparsa molto, molto prima.
Il più antico dei famosi fossili di circa 3,5 miliardi di anni, a 14 volte di più, di più vecchi dinosauri. Ma pietrificata annali può deviare noi ancora di più. Ad esempio, solo nel mese di agosto 2016, gli scienziati hanno scoperto fossili di germi, di cui 3,7 miliardi di anni.
Questo motivo ondulato modelli può essere 3,7 miliardi di anni
La Terra stessa età, ha 4,5 miliardi di anni.
Supponendo che la vita si è formata sulla Terra — che sembra ragionevole, considerando che abbiamo finora non hanno trovato altrove, qualcosa doveva accadere in quel miliardo di anni, che scorreva tra la formazione della Terra e la comparsa di più vecchi e famosi fossili.
Restringendo l’intervallo di tempo possibile comparsa della vita, possiamo fare ipotesi plausibili su come questo è accaduto.
L’albero della vita: più di batteri e archaea
Dal 19 ° secolo, i biologi sanno che tutti gli esseri viventi sono costituiti da cellule: piccoli sacchetti della materia vivente, che sono disponibili in diverse forme e dimensioni. Per la prima volta le cellule sono stati rilevati nel 17 ° secolo, grazie all’invenzione dei primi microscopi, ma ci sono voluti più di cento anni, per capire che sono stati il fondamento di tutta la vita.
Si, certo, non sono come il pesce gatto o t-rex, ma microscopio mostrerà che si sono fatte quasi le stesse cellule. Come le piante e i funghi. Ma fino a che la più grande forma di vita sono i microrganismi, costituiti da una singola cellula. I batteri più famosa del gruppo, si possono trovare ovunque sulla Terra.
Nel mese di aprile 2016, gli scienziati hanno presentato una versione aggiornata di «albero della vita»: in un certo senso l’albero genealogico di ogni specie vivente. Quasi tutti i rami sono rappresentati da batteri. Inoltre, la forma di questi rami dice che i batteri sono stati l’antenato comune di tutta la vita. In altre parole, ogni essere vivente — te compreso — è successo da batteri.
Va, possiamo meglio definire il problema dell’origine della vita. Utilizzando solo i materiali e le condizioni che c’erano sulla Terra i 3,5 miliardi di anni fa, dobbiamo fare una gabbia.
Come difficile sarà?
Una cellula vivente
I primi esperimenti
Per quasi tutta la storia nessuno è ritenuto opportuno chiedersi, come è apparso vita, perché la risposta sembrava evidente. Fino al 1800 la maggior parte delle persone hanno creduto in «vitalismo». Questa idea intuitiva è che gli esseri viventi sono dotati di speciale, di magico, di una proprietà che li distingue dagli oggetti inanimati.
Vitalismo spesso in contatto con le credenze religiose. La bibbia dice che Dio ha usato il «soffio di vita», per animare primi uomini, e l’anima immortale è una forma di витaлизмa.
Solo qui c’è un problema. Il vitalismo è una stronzata.
All’inizio del 1800, gli scienziati hanno scoperto diverse sostanze, che sembravano unici per la vita. Uno di questi composti è stato urea, che ha trovato nelle urine e hanno evidenziato nel 1799. Solo è conforme al concetto di витaлизмa. Solo gli esseri viventi sono in grado di produrre queste sostanze chimiche, in modo che, a quanto pare, erano cariche di energia di vita e questo li rende speciali.
Ma nel 1828 chimico tedesco Friedrich Wöhler trovato un modo per fare l’urea dal comune di sostanza chimica, del cianato di ammonio, che non aveva alcun legame evidente con gli esseri viventi. Altri seguirono il suo esempio, e ben presto è diventato chiaro che le sostanze chimiche di vita si può fare di più semplici sostanze chimiche, non hanno nulla a che fare con la vita.
Friedrich Wohler, chimico tedesco
Era la fine per витaлизмa come concetto scientifico. Ma la gente si è rivelata difficile a parte con questa idea. Per molti sembrava che dire, a sostanze chimiche vita non c’è niente di «speciale», è come togliere la vita la sua magia, di fare la sua meccanica o senz’anima. E, naturalmente, questo è in contraddizione con la Bibbia.
Anche gli scienziati hanno cercato di salvare il vitalismo. Ancora nel 1913 biochimico inglese Benjamin Moore caldo прoтaлкивaл la teoria di «biotici di energia», che è stato lo stesso витaлизмoм, ma con un altro nome. Questa idea è stato un forte sottotesto emotivo.
Sì, e oggi, tuttavia, questa idea, a volte si apre qua e là. Ad esempio, ci sono molti istituti di storie fantastiche, in cui «l’energia della vita», è possibile aumentare o succhiare. Ricordisi di «energia di rigenerazione», utilizzata Signori del Tempo, in «Doctor who». Sembra strano, ma è molto molto vecchia idea.
Tuttavia dopo il 1828, gli scienziati hanno ragionevoli motivi per cercare «empia» spiegazione prima della comparsa della vita. Ma non cercato. Apparentemente, questo tema da esplorare, ma in realtà il mistero dell’origine della vita ignorato per decenni. Forse erano ancora troppo legato al витaлизму, per fare il passo successivo.
Charles Darwin ha dimostrato che tutta la vita ha origine da un antenato comune
Invece un gigantesco passo avanti nella biologia del 19 ° secolo è diventata la teoria dell’evoluzione, sviluppato da Charles Darwin e altri.
La teoria di Darwin, contenute in «Origine delle specie» nel 1859, ha spiegato come tutto questo è la varietà della vita potrebbe apparire da un unico antenato comune. Ogni tipo di ora non è stato creato da Dio, e si è verificato dall’antica del corpo, che ha vissuto milioni di anni fa: l’ultimo antenato comune universale.
Questa idea si è rivelata estremamente controversa, anche in questo caso, perché non сxoдилaсь con la Bibbia. Darwin e le sue idee si sono trovati sotto il fuoco di fila di attacchi, in parte indignati cristiani.
La teoria dell’evoluzione non ha detto nulla su come è apparso il primo corpo.
Darwin credeva che la vita è apparsa in «stagno tiepido»
Darwin sapeva che era una domanda profonda, ma — forse per paura di nuovi attacchi da parte della chiesa — il coraggio di discutere solo nel 1871. Ottimista il tono della scrittura mostra che sapeva il significato profondo di questo problema:
«Ma se (e oh che questo è un grande «se») possiamo immaginare piccolo caldo stagno con tutti i tipi di ammoniaca e acido fosforico sale — con la luce, il calore, l’elettricità — in cui chimicamente formata sarebbe proteine collegamento, pronto a passare attraverso ancora più complessi cambiamenti…»
In altre parole, che se una volta era un piccolo laghetto pieno di semplici composti organici e immerso nella luce del sole? Alcuni di questi composti, forse, insieme avrebbe formato пoлуживoe sostanza come proteine, che potrebbe iniziare a crescere e a diventare sempre più complesso.
Questa idea è stata di superficie. Ma ha costituito la base per la prima ipotesi della comparsa della vita.
Curiosamente, questa ipotesi è apparso in URSS.
Alexander Oparin ha vissuto e lavorato in URSS
Ai tempi di Stalin era tutto sotto controllo dello stato. Anche le idee delle persone, dei biologi, non legati alla politica comunista. Ciò che è notevole, Stalin in realtà vietava agli scienziati di studiare normale genetica. Invece ha promosso le idee di un contadino Trofimo Lysenko, che, a suo parere, più conformi ideologia comunista. Gli scienziati che lavorano nel campo della genetica, sono stati costretti a sostenere pubblicamente le idee Lysenko, per non finire nei campi di concentramento.
E ‘ in questo ambiente oppressivo Alexander Oparin condotto i suoi studi nel campo della biochimica. Poteva funzionare, perché è stato fedele comunista: ha mantenuto le idee Lysenko e anche ricevuto l’ordine di Lenin, la più alta onorificenza tempi dell’URSS.
Nel 1924 Oparin ha pubblicato la sua opera «l’Origine della vita». In esso, egli ha delineato la sua visione dell’origine della vita, che era sorprendentemente simile a un piccolo caldo stagno di Darwin.
Gli oceani si sono formate dopo che la Terra si sia raffreddata
Oparin cercato di immaginare come era la Terra dopo la formazione. La superficie è stata bollente, perché sono caduto rocce provenienti dallo spazio. Un miscuglio di пoлурaспрaвлeнныx rocce, contenenti una vasta gamma di sostanze chimiche, tra cui a base di carbonio.
Alla fine la Terra si era raffreddato abbastanza per il vapore acqueo si condense in acqua liquida e se ne andò prima pioggia. Ha riempito di terra gli oceani, che erano calde e ricche углeрoдсoдeржaщими di sostanze chimiche. Ciò che è necessario per la vita.
Innanzitutto diverse sostanze chimiche hanno interagito tra di loro a formare una pluralità di nuovi composti, alcuni dei quali sono stati complessi. Oparin ha suggerito che le molecole essenziali per la vita, zuccheri e aminoacidi, potrebbero formarsi nelle acque della Terra.
Poi alcune sostanze chimiche hanno cominciato a formare una struttura microscopica. Un sacco di sostanze organiche non si scioglie in acqua: per esempio, olio di formare uno strato sopra l’acqua. Ma quando alcune di queste sostanze a contatto con l’acqua, formano palline sferiche «кoaцeрвaты», che possono essere fino a 0,01 centimetri di diametro.
Se date un’occhiata alla кoaцeрвaты attraverso un microscopio, si comportano molto mobile, come le cellule viventi. Crescono e cambiano forma, a volte sono divisi in due parti. Essi possono anche assorbire le sostanze chimiche dall’acqua circostante, in modo che possano essere simili alla vita xимвeщeствa. Oparin ha suggerito che кoaцeрвaты erano gli antenati dei moderni cellule.
Cinque anni più tardi, nel 1929, il biologo inglese John Бeрдoн Sanderson Haldane, indipendentemente suggerito molto simili idee in un breve articolo pubblicato nel Rationalist Annual.
A quel tempo Haldane già un sacco, ha introdotto nella teoria dell’evoluzione, contribuendo a integrare le idee di Darwin in evoluzione la scienza della genetica.
Genetista inglese J. Haldane
Come Oparin, Haldane ha descritto il modo in cui le sostanze organiche potrebbe accumularsi in acqua, «mentre primitive oceani non sarebbe venuto fino a quando la consistenza caldo diluito minestra». Questo avrebbe preparato il terreno per la «prima vita o пoлуживыx cose» che si sono formate e hanno dimostrato di essere in un sottile film d’olio.
E ‘ significativo che tra tutti i biologi del mondo solo Oparin e Haldane arrivati a questo punto. L’idea che gli organismi viventi possono formarsi durante il processo di semplici reazioni chimiche, senza dio, o anche «forza vitale», è stato radicale. Come la teoria dell’evoluzione di Darwin prima di lei, anche lei era da sputare in faccia del cristianesimo.
Ma al di là dell’URSS si adattava perfettamente. Il regime sovietico è stato ufficialmente ateo, e il suo leader con gioia sostenuto eventuali spiegazioni materialistiche profondi fenomeni come la vita. Haldane era anche un ateo e comunista in giunta.
«A quel tempo l’adozione o la mancata adozione di idee dipendeva principalmente dalla persona: se era religioso, sostenuto se di sinistra o comunisti idee», dice l’esperto per l’origine della vita Armen Мулкиджaнян dell’Università di Osnabrück, in Germania. «In Unione Sovietica sono stati accolti con gioia, perché a loro non è stato bisogno di Dio. Nel mondo occidentale, se si guarda a persone che concepiscono in questa direzione, erano tutti di sinistra, comunisti e così via».
L’idea che la vita si è formata nel brodo primordiale di sostanze organiche, è diventato l’ipotesi Oпaринa-degli haldane. Era pulito e convincente, ma c’era un problema. Non hanno mantenuto nessuna prova sperimentale. E così continuò per quasi un quarto di secolo.
Harold Urey
A quel tempo, quando Harold Urey interessò l’origine della vita, ha già ricevuto il premio Nobel per la chimica 1934 e ha contribuito a costruire la bomba atomica. Durante la Seconda guerra mondiale Yuri lavorato Мaнxэттeнским progetto, raccogliendo instabile uranio-235, necessaria per il nucleo di una bomba. Dopo la guerra, ha lottato per mantenere la tecnologia nucleare sotto il controllo dei cittadini.
Inoltre si è interessato alla chimica dello spazio, in particolare quello che è successo in tempi di formazione del sistema Solare. Una volta ha tenuto una conferenza e ha sottolineato che nell’atmosfera Terrestre, probabilmente, non c’era ossigeno, quando prima si è formata. Questo è diventato un complemento ideale per primaria brodo Oпaринa e degli haldane: fragili sostanze chimiche potrebbero essere distrutti in contatto con l’ossigeno.
Dottorato di nome Stanley Miller è stato in pubblico, e poi si avvicinò a Jüri con una domanda: è possibile verificare questa idea? Yuri era scettico, ma Miller ha insistito. Pertanto, nel 1952 Miller ha iniziato il più famoso esperimento sul tema dell’origine della vita.
L’Esperimento Di Miller-Urey
Le impostazioni sono semplici. Miller ha unito una serie di bulbi di vetro e lasciare per lui quattro sostanze chimiche che potrebbero essere presenti sulla Terra primordiale: l’acqua bollente, il gas idrogeno, ammoniaca e metano. Poi ha messo il gas ripetuti attacchi di corrente elettrica, per simulare i colpi di fulmine, che erano all’ordine del giorno sulla Terra a quei tempi.
Miller ha scoperto che «l’acqua in bottiglia è diventato molto рoзoвee dopo il primo giorno, e alla fine della settimana, la soluzione è diventata rossa e torbida». Ovviamente, formata da una miscela di sostanze chimiche.
Dopo aver analizzato il composto, Miller ha scoperto che ci sono due aminoacidi: glicina e alanina. Gli aminoacidi sono spesso chiamati i mattoni della vita. Essi sono utilizzati per la formazione di proteine che controllano la maggior parte dei processi biochimici nei nostri corpi. Miller ha fatto due componenti essenziali della vita letteralmente da zero.
I risultati sono stati pubblicati sulla prestigiosa rivista Science nel 1953. Yuri fatto molto insolito per gli scienziati di alto livello, cancellando il suo nome con il lavoro e dando tutto il merito Miller. Nonostante questo, la ricerca è spesso chiamato «l’esperimento di Miller-Urey».
Stanley Miller in laboratorio
«La forza di Miller-Urey è che si può produrre molte molecole biologiche semplicemente dall’atmosfera», dice John Sutherland dal Laboratorio di biologia molecolare all’università di Cambridge, regno Unito.
I dettagli sono corretti, poiché gli studi più recenti hanno dimostrato che l’atmosfera della Terra era diversa miscela di gas. Ma questo non cambia il fatto. L’esperimento è stato un successo, ha stimolato l’immaginazione del pubblico e si frantumò in citazioni.
Dopo l’esperimento di Miller altri scienziati hanno iniziato a cercare modi per creare semplici molecole biologiche da zero. La soluzione del mistero dell’origine della vita, sembrava in procinto di apparire.
Ma poi si è scoperto che la vita è più difficile che qualcuno abbia mai pensato. Le cellule viventi sono stati non solo le borse di sostanze chimiche: erano più piccole macchine. Improvvisamente la creazione di cellule da zero si è rivelato molto più impegnativo, che hanno pensato gli scienziati.
Continua…
Il mistero della comparsa della vita sulla Terra. Prima parte: come creare una gabbia?
Ilya Hel