Сколько лет жизни на земле. Как возникла жизнь на земле
Ни для кого не секрет, что вечный вопрос о том, когда на Земле зародилась жизнь, всегда беспокоил не исключительно ученых, но и всех людей. В данной статье мы попробуем поверхностно ознакомиться со всеми предполагаемыми теориями возникновения всего живого на нашей планете. Постараемся разложить по полочкам этапы ее развития и описать то, какой была история развития жизни на Земле
Зарождение жизни на Земле в науке
С научной точки зрения есть несколько версий происхождения жизни. Рассмотрим то, как появилась жизнь на Земле по мнению ученных, которые уже много веков бьются над этим таинственным вопросом, выдвигая все новые гипотезы.
- Теория гласит, что жизнь зародилась в кусочке льда. Довольно нелепая идея, но все возможно. Одни из ученных считают, что наличествующий в воздухе углекислый газ снабжал поддержание тепличных условий, прочие полагают, что на земле в ту пору был постоянный Зимний сезон.
- Наука, которая изучает возникновение жизни на Земле - биология. Она придерживается теории Чарлза Дарвина. Он и его современники считали, что жизнь начала образовалаться в водоеме. Данной теории большинство ученых следуют и в настоящее время. Органические вещества, доставляемые впадающими в него водами, имели возможность скапливаться в нужных количествах, в замкнутом и довольно мелком водоеме. Далее эти соединения еще больше сосредоточивались на внутренних поверхностях слоистых минералов. Они и могли бы быть катализаторами реакций.
- Вода – это источник жизни на Земле для всех живых существ на Земле – человека, растительного и животного мира. Она крайне важный и дорогой ресурс на нашей планете. Все воды земли находятся в непрерывном взаимоотношении с горными породами и атмосферой. Вода самоочищается благодаря непрерывному ходу, который снабжает существование на нашей земле. Древним и универсальным символом плодородия чистоты является вода. Человек состоит на 80% из воды, животных на75% и растения 89- 90% от общей массы тела. Вода - незаменимый продукт, поскольку это основной строительный материал для человеческого организма. Она значительно ценнее железа, газа, угля и нефти. Без воды бы жизнь на земле никогда бы не смогла зародиться, ни поддерживаться и никак вообще не могла бы существовать. Вода – это сама жизнь.
- А вдруг, жизнь появилась в зонах вулканической активности? Сразу после формирования Земля представляла собой огнедышащий шар магмы. С газами, высвобождавшимися из расплавленной магмы, на земную поверхность выносились многообразные химические вещества, нужные для синтеза органических молекул - это происходило при извержениях вулканов.
Происхождение жизни на земле в религии
Рассмотрим, как зародилась жизнь на земле с точки зрения религии. Еще одна гипотеза о происхождении жизни на земле, находит объяснение в разных религиях. Рассмотрим христианскую:
Основной догмой создания всего живого в христианстве является фраза «сотворение из ничего», в коей Творцом выступает Бог в своём волевом действии. Господь при этом представляется и первопричиной бытия. Вместе с тем Бог не обязан был создавать мир, для Божественной сущности оно не определено никакой «внутренней нуждой». Это был Его свободный выбор, подарок человечеству «от преизбытка любви». Путь и этапы создания мира описаны в первых трёх главах книги Бытия.
Основные этапы жизни на Земле
Об истории развития жизни на земле можно говорить бесконечно долго. Эта тема довольно обширна и необъятна, перечислим лишь основные этапы зарождения жизни:
- Жизнь возникла в морях.
- Существование простейших морских организмов.
- В морях возникают многоклеточные живые создания
- В морях появляются многочисленные беспозвоночные. Среди беспозвоночных находим предков современных моллюсков и членистоногих.
- Зарождаются первые морские позвоночные панцирные, современные рыбы. Жизнь развивается на возникающих участках суши. Первыми поселенцами являются: грибы, бактерии, мхи и небольшие беспозвоночные животные, за ними следуют земноводные.
- Земля покрывается мощными лесами папоротников и иных растений, исчезнувших к нашему времени. Появляются насекомые.
- Зарождение пресмыкающихся.
- Эра рептилий, животные распространяются также и в морях. Отдельные виды достигают немалых размеров.
- Появляются млекопитающие и птицы. Распространяются первые цветочные растения. Появляются первые покрытосемянные растения.
- Вымирают динозавры и прочие крупные рептилии.
- Млекопитающие распространяются по всей территории земли, вытесняя рептилий, количество которых быстро уменьшается.
- Зарождаются разнообразные виды млекопитающих: плотоядные, рукокрылые и предки теперешних обезьян и человека. Зарождаются травоядные.
- Отдельные млекопитающие заселяют моря. Например: киты.
- Возникает прародитель человека - австралопитек.
- Пропадают отдельные большие млекопитающие. Человек становится абсолютным владельцем Земли.
Теперь вы знаете, как выглядела в древности Земля. Жизнь без людей была совсем другой.
Общепризнанная теория – вся вселенная была сжата до размеров протона, но после мощного взрыва она расширилась до бесконечности. Это событие произошло около 10 миллиардов лет назад и в результате, получившуюся вселенную наполнила космическая пыль, из которой начали формироваться звезды и планеты около них. Земля по космическим меркам, является очень молодой планетой, она сформировалась около пяти миллиардов лет назад, но вот как возникла на ней жизнь? На этот вопрос ученые до сих пор не могут найти однозначного ответа.
Согласно теории Дарвина, жизнь на Земле возникла, как только установились подходящие условия, то есть, появилась атмосфера, температура обеспечивающая протекание жизненных процессов и вода. По мнению ученого, первые простейшие одноклеточные организмы, появились именно под воздействием Солнца на воду. Позднее, они эволюционировали до бурых водорослей и других видов растений. Таким образом, если следовать этому правилу, все многоклеточные виды на планете произошли от растений. Ответа же на самый главный вопрос так и не получено: « Каким образом может появиться жизнь из ничего, пусть даже и под воздействием Солнца?». Достаточно провести простой опыт – налить в банку скважинной воды, после герметично закрыть и поставить на солнечный свет. В любом случае, жидкость останется такой же как и была, возможно произойдут микроскопические изменения в ее составе, но микроорганизмы там не появятся. Если же провести тот же опыт с открытой банкой, то уже через несколько дней можно будет заметить, как стенки начинают покрываться слоем одноклеточных водорослей.
Исходя из этого, можно сказать, что для зарождения жизни и даже самых простейших ее форм, необходимо постороннее вмешательство. Конечно, версия о самостоятельном происхождении видов весьма соблазнительна тем, что доказывает якобы самостоятельность человечества не обязанного Богу или пришельцам с иных планет.
В последнее время все больше появляется сторонников космического происхождения, как человека, так и всей биосферы. Как ни странно, однако исследователи в своих изысканиях совмещают обращение не только к артефактам уже найденным или находимым, но и к Библии. Если интерпретировать написанное там, на обычный язык, то можно провести аналогии не с чудесами, а с вполне объяснимыми физическими явлениями. Исходя из этого материала, существует некий высший разум, который и заселил планету живыми существами, а также человеческой расой. В книге сказано, что Бог создал человека по своему образу и подобию, то есть, не исключено, что мы являемся копией, во всяком случае, внешне повторяем своего создателя.
Человек является биороботом – то есть искусственно созданным организмом с интеллектом, с заложенной возможностью к самосовершенствованию. Не исключено, что момент заселения людьми планеты, как раз и описывается в эпизоде, когда Адам с Евой были изгнаны из райского сада на Землю, где им пришлось самостоятельно приспосабливаться к жестким жизненным условиям. Вполне может быть, что под райским садом подразумевается место, где сделанные создателем биороботы проходили тестирование в тепличных условиях и после проверки работоспособности, их выпустили в суровую реальность.
Конечно же остается вопрос: «А как же в таком случае многообразие видов животных? Ведь не мог же создатель создавать виды, подвиды и отряды, вплоть до одноклеточных существ?». Предполагается, что здесь все же имела место эволюция, однако более ускоренная и происходящая под контролем создателей. Нельзя не отрицать тот факт, что в каждом из видов животных, все же есть признаки предшествующего по эволюционной лестнице вида. Птицы очень сильно похожи на пресмыкающихся, в особенности вытянутой формой клюва и кожей своих лап. Очертания пресмыкающихся, в свою очередь сильно напоминают рыб, ну а многие млекопитающие вобрали в себя признаки сразу нескольких предшествующих видов. Смотря на кошку без труда можно угадать признаки, как пресмыкающихся, так и земноводных. Любовь к теплому месту, передалась кошачьим скорее всего в генах, и несмотря на то что они теплокровные, всегда предпочитают обитать там, где есть источник тепла. Такой же признак характерен именно для холоднокровных животных, неспособных выработать тепло самостоятельно. Изучая же внимательно кошачий глаз можно заметить, что он очень похож на глаза крокодила, да и форма головы с небольшими изменениями напоминает змеиную. Порой складывается такое впечатление, что над созданием видов, работал некто, таким же способом, как, например, работают конструктора автоконцерна, беря за основу шасси предыдущего автомобиля и добавляя немного изменений.
Если это так, то неудивительно, что некоторые из животных видов, просто вызывают недоумение, ассоциируясь с ситуацией, когда при сборке не хватает деталей и используют то, что есть в наличии. Примеров таких животных особенно много в Австралии. Помимо кенгуру, относящегося к грызунам, но обладающего мощным опорно-двигательным аппаратом как у лошади, есть и другие занимательные виды, например, утконос. Это животное относится к млекопитающим, но размножается как птицы – откладывает яйца и имеет костяной клюв, похожий на гусиный. Строение его тела очень похоже на бобра, а родившиеся детеныши питаются молоком не через соски матери, а слизывая выступающую на поверхности брюха жидкость. Сами ли создатели выполняли такую кропотливую работу, или же задали только базовое направление в развитии, а формирование отдельных подвидов уже происходило самостоятельно – на сегодня этот вопрос остается открытым.
Варианты эволюции можно рассматривать с разных сторон, но большинство исследователей сходятся все же во мнении, что сама эволюция, если она и имела место, является всего лишь следствием, а вот причину предстоит выяснить. Не менее популярно мнение, что причиной появления жизни на Земле, стало падение метеорита, на котором в замерзшем состоянии находились простейшие одноклеточные организмы. Поскольку к тому времени на планете уже установился теплый климат, а большую часть поверхности занимал древний мировой океан, то создались все условия для последующего развития жизни. Бытует также версия, что метеорит на самом деле был послан разумными существами именно с целью заселения планеты, что также не лишено права на существование.
Вместо метеорита мог быть и просто оптический информационный луч, например, отправленный из другой вселенной или даже другого измерения. В самом деле, зачем таким высокоразвитым существам посылать сквозь миллиарды световых лет, что-то материальное? При своем уровне развития они уже давно смогли открыть возможности телепортации и свободно оперировать пространством и временем, появляясь именно там где это необходимо. Переданная с помощью луча информация здесь на земле материализовалась, в те же самые организмы и, таким образом был запущен процесс эволюции.
Конечно же жизнь могла быть не только спровоцирована случайно залетевшим метеоритом, версия о том что донором мог стать Марс также находит немало сторонников. Тайну этой планеты до сих пор не могут разгадать. Все что имеется на руках у ученых, это снимки прореженной глубокими впадинами красной поверхности, загадочное лицо, скорее всего являющееся особенностью рельефа и незначительные пробы грунта. Затрачены миллиарды долларов на конструирование и запуск аппаратов, но большинство этих попыток не принесли результата. Создается впечатление, что некая сила на этой планете упорно не желает иметь контакт с землянами.
Предполагается, что когда-то Марс был населен и богат природными ресурсами, как и Земля, но впоследствии, его магнитное поле ослабело. Это привело к тому, что большая часть атмосферы и влаги улетучились в космос, в результате тело планеты осталось без защиты перед жестким ультрафиолетовым излучением. Не исключено, что жители Марса обладали необходимыми знаниями и смогли переселить на соседнюю планету некоторые виды животных, переселиться сами, либо же отправить капсулу с микроорганизмами.
Поиски первоисточника жизни, будут продолжаться еще очень долго, ведь с каждым новым открытием в науке и особенно генетике, удается лишь слегка приоткрыть завесу тайны о происхождении человечества, что в свою очередь приводит к появлению новых гипотез. Все же, каким бы ни был ответ на этот вопрос, узнать его вряд ли будет суждено, пока человек не научится чувствовать ответственность за свою уникальную планету, на которой ему посчастливилось жить.
No related links found
По современным представлениям, жизнь на Земле зародилась более 3,5 миллиардов лет назад. Это была совсем не та планета, которую мы знаем сегодня: раскалённый каменистый шар без кислорода, сотрясаемый бурной деятельностью молодых вулканов, над которым с сумасшедшей скоростью проносилось солнце и звёзды – ведь сутки длились всего около 6 часов. Теорий о происхождении первых форм жизни, а затем и более сложных, существует великое множество – включая разумный замысел. Мы же ознакомимся с основными научными идеями, понимание которых так же позволяет нам предполагать, где и при каких условиях может существовать внеземная жизнь.Панспермия
Панспермия (от греч. «смесь» и «семя») – очень авторитетная в наше время теория о появлении жизни на Земле в результате переноса «зародышей жизни» с других планет. Эту гипотезу выдвинул немецкий учёный Г. Рихтер в 1865 году, который имел в виду перенос спор микроорганизмов либо метеоритами, либо под действием давления света. Позже была открыта космическая радиация, которая действует на живые организмы не менее губительно, чем распад урана. И теория панспермии «припадала пылью» вплоть до первого полёта на Луну – когда на прилунившемся зонде «Сервейер-3» всё-таки были найдены живые микроорганизмы с Земли, которые благополучно пережили продолжительный полёт в открытом космосе.
В 2006 году было обнаружено присутствие в кометном веществе как воды, так и простейших органических соединений. Забавно, но это означает, что маленький метеорит со светящимся шлейфом, который приближается к гораздо большему шару планеты, - это нечто вроде космического аналога женской и мужской половых клеток, вместе дающих начало новой жизни.
Часть последователей панспермии полагает, что обмен бактериями произошёл между Землёй и Марсом в тот период, когда Красная планета ещё процветала и была частично покрыта океанами. Причём совсем не обязательно этому послужили метеориты – возможно, бактерии сюда завезли разумные посетители (но это уже отдельная тема). Но даже если такие события имели место в истории – мы вынуждены будем разгадывать, откуда жизнь взялась на другой планете.
Электричество и первичный бульон
Известный эксперимент Миллера-Урея в 1953 году доказал, что электрические искры могут генерировать основу жизни - аминокислоты и сахарозу – при наличии в атмосфере воды, метана, аммиака и водорода. Это значит, что обычные молнии могли создать основные строительные блоки жизни на древней Земле, называемые первичным бульоном. Этот термин ввёл в 1924 году советский биолог Опарин. Согласно его теории, этот «супчик» возник около 4 миллиардов лет назад в мелких водоёмах планеты под воздействием электрических разрядов, космического излучения и высокой температуры жидкости. Сначала в его составе преобладали нуклеотиды, полипептиды, азотистые основания и аминокислоты. Затем на протяжении миллионов лет в первичном бульоне формировались более сложные молекулы, пока не образовали простейшие одноклеточные организмы – бактерии.
Глиняная жизнь
Если верить религиозным источникам, Адам был создан из праха земного, а в Коране и у некоторых народов (например, японцев), боги слепили людей из глины. По мнению химика-органика Александра Грэм Кернс-Смит из Университета Глазго в Шотландии, это может быть не простой аллегорией: первые молекулы жизни могли образоваться именно на глине. Первоначально примитивные углеродные соединения не имели ДНК, а значит, не могли воспроизводить себе подобных – «размножение» могло быть стимулировано только источниками из внешней среды.
Таким источником могла быть глинистая порода, которая являет собой не просто некую массу земли – это организованная, упорядоченная последовательность молекул. Глиняная поверхность могла не только концентрировать и объединять органические соединения, но на микроскопическом уровне организовывать их в структуры, действуя наподобие генома. Со временем органические молекулы «запомнили» эту последовательность и научились самоорганизовываться. Впоследствии они усложнялись: у них появился прототип ДНК, РНК и других нуклеиновых кислот.
Жизнь из океанов
«Теория подводных гидротермальных источников» предполагает, что жизнь могла зародиться у истоков подводных вулканов, которые выбрасывали сквозь трещины в океаническом дне богатые водородом молекулы и много тепла. Эти молекулы объединялись на поверхности скал, которые обеспечивали минеральные катализаторы для новых химических реакций.
Так родились бактерии, образовавшие всемирно известную геологическую диковинку - строматолиты (от «строматос» - ковер и «литос» - камень). В окаменевшем виде эти образования сохранились до сих пор. А подводные источники такого типа в наше время продолжают играть важную роль в поддержании разнообразных морских экосистем.
Холод – катализатор эволюции
Кто бы из учёных ни был прав, но простые одноклеточные бактерии всё-таки заселили планету – и в таком виде они неизменно существовали на протяжении более миллиарда лет. Затем произошёл невероятно быстрый по меркам эволюции взрыв – начали развиваться гораздо более сложные формы жизни, которые освоили сначала океаны, а затем сушу, почвы и, наконец, воздух. Не так давно учёные сумели разобраться, что стало толчком для решающих перемен. Им оказался самый мощный ледниковый период за всю историю Земли, который наступил около 3 миллиардов лет назад. Планета была полностью покрыта льдом толщиной до одного километра – специалисты назвали это явление «Земля-снежок» (вроде тех, в которые играют дети).
Условия жизни для простейших микроорганизмов резко изменились – но, с другой стороны, под толщей льда выносливым бактериям-экстримофилам пришлось адаптироваться! Именно в этот «инкубаторный» период произошло первичное разделение бактерий по способам выживания: одни из них научились получать энергию из солнечного света, другие черпали силы, перерабатывая растворённые в воде вещества. Это положило начало царствам живой природы – первые в будущем станут растениями и одноклеточными фотосинтезирующими животными, вторые – многоклеточными животными и грибами.
Но однажды горячие вулканы снова пробудились, и выплеснули в атмосферу огромное количество углекислого газа, который стал причиной мощного парникового эффекта. Планета согрелась, льды растаяли и выпустили на волю «повзрослевшие» бактерии. Процесс фотосинтеза, происходящий в цианобактериях (сине-зелёных водорослях), дал новую реакцию - и атмосфера в короткие сроки насытилась кислородом. А попавшие в океан обломки минеральных пород, принесённых ледником, дали новые варианты химических реакций. Это, как уже становится понятно, позволило эволюционировать животным. Вскоре, вместо разделения бактерий на две новых, они начали делиться без ухода в «вольное плавание», и образовывать первые многоклеточные структуры. Примером могут служить древнейшие многоклеточные животные без нервной, кровяной и пищеварительной систем – морские губки.
Согласно с этой теорией, жизнь вполне вероятна под толстым слоем льда на одном из спутников Юпитера – в скрытых от космических зондов холодных океанах Европы. Группа исследователей из NASA так же установила, что под льдами спутника присутствует геотермальная активность. Поэтому вполне возможно, что Европа повторяет наш собственный путь, и когда наше солнце начнёт стареть и станет ярче, эволюция тоже возьмёт верх над вечным холодом.
Елена Терентьева
Занятие в подготовительной к школе группе «Зарождение жизни на земле»
Занятие в подготовительной к школе группе «ЗАРОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ » .
Образовательная область : «Познание»
Задачи :
Обучающие : Формирование у детей основы представлений о возникновении и развитии жизни на Земле : состоянии поверхности Земли до возникновения жизни , о появлении воды, возникновении и развитии первых живых существ.
Развивающие : Развивать у детей умение обобщать по существенным признакам, пользуясь простейшей моделью. Развивать слуховую и зрительную память, мышление.
Воспитатель : Ребята, сегодня мы с вами отправляемся в очередное путешествие по древней Земле . Сначала Земля была очень-очень горячей, как Солнце. Когда горячий пар от Земли столкнулся с холодом космоса пошёл дождь. (Демонстрация фильма)
И вся Земля покрылась водой . Первая жизнь зародилась в воде . Это были бактерии – микроскопические невидимые глазу существа. Благодаря бактериям появились растения.
Как вы думаете, почему первыми появились растения, а не животные?
Ответ : Растениям для жизни нужна вода и свет . А животным нужны растения для пищи.
Воспитатель : Прошло миллионы лет. В океане появились простейшие. (Амеба, инфузория туфелька)
Они состоят из одной или несколько клеток. Затем появились кишечнополостные. К ним относятся медузы. Они имеют щупальца для охоты и защиты, медузы хищники.
А кто появился после кишечнополостных? (Черви)
Черви имеют гибкое мускулистое тело, покрытое прочной оболочкой, у многощетинковых червей – отростки, похожие на ноги, расчлененное тело, рот с ресничками.
Воспитатель : Ребята, продолжаем наше путешествие, кто появился после червей? (Моллюски, членистоногие) У моллюсков мускулистое тело, раковина, нога или щупальца, глаза, рот с твердыми наростами, к моллюскам относятся : беззубка, большой прудовик, виноградная улитка.
А кто такие членистоногие? (Раки, крабы) . Особенно много было трилобитов. Трилобиты - дальние родственники раков : одеты панцирем, размеры- от 2 до 75 см; жили у дна, где медленно ползали и плавали; позже трилобиты полностью вымерли. У членистоногих хорошо развита мускулатура, органы передвижения, тело покрыто твердой оболочкой, глаза, рот приспособлены к твердой пищи.
Ребята, мы с вами немного устали, давайте отдохнем.
Тихо плещется вода
Тихо плещется вода,
Мы плывём по тёплой речке. (Плавательные движения руками.)
В небе тучки, как овечки,
Разбежались, кто куда. (Потягивания - руки вверх и в стороны.)
Мы из речки вылезаем,
Чтоб обсохнуть, погуляем. (Ходьба на месте.)
А теперь глубокий вдох.
И садимся на песок. (Дети садятся.)
Воспитатель : Отдохнули, давайте путешествовать дальше. Ребята, кто появился послемоллюсков и членистоногих? (Панцирные рыбы) Расскажите о них. (Чешуя, обтекаемое тело, плавники) . 350 млн лет назад в морях появились различные рыбы, в том числе хищники. Это – динихтис : хищник - гроза морских обитателей; огромен - около 10 метров в длину! Динихтис – панцирная рыба. Слово «динихтис» составлено из двух слов : «дейнос» - страшный или ужасный и «ихтис» .
Голова динихтиса была одета в прочный панцирь – «рыцарский шлем» , состоящий из нескольких пластин. Зубов у нее не было, но широкие остроугольные пластины, которыми продолжались челюсти рыбы, резали как пила.
Воспитатель : Давайте посмотрим какие обитатели есть в современном океане. Чем современные обитатели похожи на древних? (ответы)
Да, ребята, вот такие удивительные животные жили много миллионов лет назад на нашей Земле .
– А пока мы с вами летим на машине времени домой, давайте зарисуем модель зарождении жизни на Земле в океане .
Дети самостоятельно рисуют модель эволюционного древа, возникновения жизни на Земле .
Воспитатель : Но, вот, ребята, мы с вами опять дома.
– Понравилось вам путешествовать впрошлое? (Ответы детей)
Воспитатель : Мне тоже с вами было приятно путешествовать. Спасибо вам.
Возникновение жизни на Земле - одна из самых впечатляющих загадок, которая будоражит умы человечества в течение всей нашей разумной истории. Сегодня мы хорошо знаем, когда появилась первая жизнь на нашей планете.
Это произошло около 4 млрд. тому назад, тогда как Cambrian explosion, т.е. период бурного появления многоклеточных организмов, соответствует времени 540 миллионов лет тому назад. С тех пор жизнь на Земле совершенствовалась в течение длительного времени, вследствие Дарвиновской эволюции. Огромные изменения, которые произошли в жизни человечества и во Вселенной, показывают, что наша эволюция даже ускоряется. Наша технология и сама жизнь становятся всё более и более совершенными. Мы движемся вперёд с огромным ускорением, и мы не знаем сегодня, что может стать результатом этих ускорений.
Как же возникла первая жизнь на Земле? В Книге Бытия утверждается, что жизнь, включая самого человека, была создана богом из земной пыли (“The God formed man of dust of the ground”, Genesis). Любопытно, что, в общем, это соответствует действительности, хотя естественно и не объясняется как же это произошло на самом деле. Ответ на этот вопрос может быть найден с помощью науки, задачей которой является объяснение естественных процессов внутри нашей Вселенной. Наука не оперирует не доказанными утверждениями. Цель науки не только проследить все этапы возникновения жизни на Земле, но и воспроизвести эти этапы в лабораторных условиях, как, например, физики не только объяснили механизмы термоядерных реакций внутри Солнца, высвобождающие гигантскую энергию, но и создали водородную бомбу, работающую на основе тех же принципов. Физики называют её маленькое Солнце на Земле. Немецкий учёный Г. Бете стал лауреатом Нобелевской премии за объяснение термоядерных процессов внутри Солнца.
Сегодня учёными доказано, что живые организмы возникли из неживой материи в длинной цепочке превращений от простых молекул до первой жизни - бактерии. Бактерия - это одноклеточный организм, тогда как сложные живые структуры являются многоклеточными. Например, человек состоит из триллиона клеток, в то время как бактерия лишь из одной. Более того, используя эти цепочки, учёные пытаются создать в лабораторных условиях полностью самовоспроизводящие искусственные организмы. Эти исследования позволяют проверить: является ли правильным наше понимание сложных процессов, приведших к возникновению первой жизни. В 2009 г. учёные создали в лаборатории первую молекулярную систему, которая копировала себя и могла эволюционировать.
Биологи нашли способ формирования сложных генетических молекул (РНК и ДНК), используя простые молекулы (О, С, N, Р), существовавшие на ранней стадии развития Земли несколько миллиардов лет тому назад. Открытие структуры РНК и ДНК позволяет понять ключевую особенность биологических молекул - копировать себя и эволюционировать. ДНК - это сложная молекула с молекулярной массой в один триллион, тогда как РНК имеет молекулярную массу всего 35000. Напомню, что молекулярная масса воды равна 18, а углерода 12. Основными элементами жизни на Земле являются вода и углерод. Углерод способен вступать в различные химические связи с другими элементами и производить сложные органические молекулы, включая липиды, карбогидраты, протеины и генетические молекулы РНК и ДНК, которые являются основными молекулами жизни. Поэтому жизнь на нашей Земле - это carbon - based life, хотя в других местах Вселенной возможны и другие формы жизни, например, silicon - based life.
Известно, что основными элементами во Вселенной являются водород и гелий. Внимательный читатель может спросить, каким же образом сложные молекулы или тяжёлые элементы, отличные от водорода и гелия, появились на нашей планете. Кто их «принёс» на Землю? Ответ на этот вопрос нам хорошо известен из астрономии: так называемые сверхмассивные звёзды производят в своих недрах многие известные нам химические элементы вследствие различных термоядерных реакций. После гибели таких звёзд они выбрасывают эти элементы внутрь галактики, которые становятся частью межзвёздной пыли и планет. Все тяжёлые элементы на Земле - это результат взрыва сверхновых звёзд, которые в конечном счёте обусловили появление первой жизни на Земле.
Без этих элементов жизнь была бы просто невозможной. Мы можем даже утверждать (возможно, с гордостью!), что являемся частью звёздного вещества (“We are star stuff!”). Например, наличие железа в нашем организме, которое определяет цвет нашей крови, является результатом производства железа внутри звёзд, который высвобождается после гибели звезды. Спекральный анализ вещества внутри звёзд и галактик показывает, что все тела во Вселенной состоят из одинакового набора элементов, составляющих таблицу Менделеева, а все живые организмы, включая растительный мир, имеют единого предка (a common ancestor), т.е. они появились из одного и того же корня дерева жизни. Само дерево жизни состоит из трёх основных частей (eukarya, archaea, bacteria) и лишь две ветки “eukarya” включают в себя весь растительный и животный миры. Жизнь на Земле возникла не сразу, а после почти 10 млрд. лет с момента Big Bang, когда появились все необходимые условия для возникновения первой жизни. Интересно, что наша Вселенная также произошла в результате гигантского взрыва из одной «точки». Эта «точка», которую физики называют “singularity”, имела чрезвычайно маленький размер и почти бесконечную плотность. Вследствие инфляции (быстрое расширение) и ускорений наша Вселенная стала сегодня гигантской. Свет может пересечь Вселенную лишь за 14 млрд. лет, хотя и покрывает расстояние от Земли до Солнца всего за восемь минут.
Вернёмся однако к основному вопросу этой статьи - как возникла первая жизнь на Земле. Два выдающихся учёных из the University of Chicago L.Miller and H.Urey ещё в 1950-х годах провели интереснейший эксперимент, который продемонстрировал, что жизнь могла быть сформирована естественным путём из набора различных молекул (H2. H2O, CH4, NH3), существовавших на ранней Земле, и серии химических реакций. Эксперимент показал, что основные молекулы жизни - аминокислоты (протеины) и нуклеиновые кислоты (основания РНК и ДНК) - могут быть легко получены из молекул, которые имелись в первичной атмосфере ранней Земли. Они поместили в стеклянную трубку воду, водород, метан и аммоний и пропустили через неё сильный электрический ток, который является аналогом молнии в природе. Через неделю в трубке были обнаружены различные органические молекулы, включая протеины. Последние ответственны за все сложные метаболические функции живой клетки. Однако, подобные эксперименты, хотя и явились первым важным шагом на пути от неживой материи к первой жизни, они не могли объяснить многие другие процессы, включающие переход от аминокислот (протеинов) к первой жизни и, в частности, каким образом примитивная клетка могла воспроизводить себя, эволюционировала, т.е. как она приводила к появлению новой жизни.
В последнее время учёные сумели объяснить все основные процессы, каким образом первые живые организмы на Земле возникли из неживой материи (например, журнал “Scientific American”, September, 2009). Эти процессы включают формирование нуклеотидов, состоящих из сахаров, фосфатов, оснований цианидов, ацетилена и воды, генетические молекулы РНК и ДНК, а также протоклетки, дающей рост первой жизни. Молекула РНК может быть сформирована из простых молекул имеющихся на ранней Земле до формирования первой жизни. Она была первым генетическим материалом сформировавшим жизнь на Земле вместе с ДНК, явившимся результатом эволюции позже. РНК порождает ДНК, которая в свою очередь порождает протеины. «РНК мир» включает в себя появление первого живого организма - протоклетки с РНК геномом, способной к самокопированию и Дарвиновской эволюции, тогда как «ДНК мир» включает бактериальную клетку с ДНК геномом, протеины и начало дерева жизни с общим предком для всего живого на Земле. Оба РНК и ДНК имеют длинные основания (от 2 до 40 в случае РНК и от 1000 до миллиона в случае типичного гена), которые включают сахара, фосфаты и простые молекулы - цианид, ацетилен, формальдегид и воду, имевшихся в ранней Земле. Нуклеиновые кислоты (РНК и ДНК) ответственны за генетический код и дают инструкции для всех процессов внутри клетки. Чтобы образовать протеины, нуклеиновые кислоты должны сформировать длинные и сложные цепи. Все молекулы ДНК во всех живых организмах на Земле имеют одинаковую структуру, хотя и разный набор генов, и отличаются друг от друга различным подключением их ДНК.
Итак, на первом этапе простые и органические молекулы, а также различные химические реакции привели к образованию нуклеотидов. Три компоненты нуклеотидов - сахара, фосфаты и нуклеиновые основания - образовались спонтанно из простых молекул. Затем нуклеотиды соединившись дали начало первой генетической молекуле - РНК, а затем, на более поздней стадии развития, молекулу ДНК. Нуклеиновые кислоты, представляющие совокупность нуклеотидов, содержат генетическую информацию. Следующий этап - образование примитивной клетки с РНК геномом, включающая мембрану и способной к самокопированию путём деления. Протоклетка начала эволюционировать. Метаболизм, включающий серию химических реакций, позволил протоклетке получать энергию из окружающей среды. Следующий этап - образование ДНК и появление новой клетки с ДНК геномом, играющей роль первичной генетической молекулы. РНК теперь выполняет промежуточную роль между ДНК и протеином. Возникает первая бактерия с ДНК геномом и мембраной. Она способна к самокопированию и способна эволюционировать. Если раньше РНК была ответственна за образование протеинов, теперь протеины принимают на себя функции РНК в осуществлении самокопирования клетки и метаболических процессов. Интересно, что старый парадокс - что появилось раньше «курица или яйцо» - находит на основе этих процессов простое объяснение: сначала была курица (нуклеиновые кислоты), а затем уже появилось яйцо (протеины). Затем протеины (яйцо) служили началом образования нуклеиновых кислот (курица).
Жизнь - это химическая система способная к самокопированию и Дарвиновской эволюции. Э. Шредингер, один из основателей квантовой механики, в своей книге «Жизнь с Точки Зрения Физика» дал следующее определение жизни: “The living systems is self-assemble against nature’s tendency toward disorder, or entropy”.
Подведём итоги. Жизнь началась после того как химические молекулы ранней Земли сформировали нуклеотиды, важные элементы РНК. Затем образовалась протоклетка с РНК геномом, на следующем этапе образовалась ДНК и первая бактерия с ДНК геномом. Бактерии оставались без изменений миллиарды лет и начали эволюционировать в более сложные организмы, когда началась эра под названием Cambrian explosion, когда мир животных эволюционировал из маленьких и примитивных организмов в многоклеточные организмы. В это же время на основе Дарвиновской эволюции появилось огромное разнообразие мира животных и около 5 млн. лет тому назад появились первые человекоподобные существа hominids. Недавно был обнаружен hominid Ardi, которому 4.4 млн. лет и который, возможно, является первой фазой в эволюции человека. Современный человек homo sapiens появился примерно 50,000-100,000 лет тому назад на юго-востоке Африки и позднее распространился по всему миру. 5000 лет тому назад были построены Египетские пирамиды. Около двести лет назад мы стали технологической цивилизацией, когда было открыто электричество, появились паровые машины и самолёты. Если это время сравнить с возрастом нашей Вселенной (14 млрд. лет), то оно составляет лишь 0.00001% от этого времени, т.е. мы являемся молодой цивилизацией, хотя и во многом преуспели. Другое сравнение основано на использовании космического календаря. Если принять, что вся история Вселенной равнялась одному году, то первые современные люди появились лишь две минуты назад, 11 секунд назад были построены египетские пирамиды, одну секунду назад Галилей и Кеплер доказали, что солнечной система является гелиоцентрической и лишь полсекунды назад мы стали технологической цивилизацией.
Давайте заглянем в наше будущее и зададим себе вопрос - закончилась ли наша эволюция. Чтобы ответить на этот вопрос нам следует понять, почему происходит эволюция, т.е. изменения в нашем организме во времени, и появляются ли в нашем геноме новые гены. Ответ на второй вопрос найден - да, дополнительные гены появляются и наша эволюция не только продолжается, но и ускоряется во времени. Ева Яблонски, теоретик в области биологии из Тель-авивского университета, опубликовала результаты своих исследований, согласно которым имеется более ста наследственных изменений, которые отсутствовали в последовательности ДНК. Эти изменения охватывают бактерии, грибы, растения, а также животных. Токсические вещества, диета и даже стресс могут быть причиной изменений в геноме. Мутации - причина возникновения новых ген. Сегодня мы изменяемся быстрее, чем за любые предыдущие периоды нашей истории.
Интересно, что сравнительно недавно было открыто ускорение нашей Вселенной. Нет ли какой-либо взаимосвязи между ускорениями Вселенной и ускорением нашей эволюции? Чтобы объяснить причину ускорения Вселенной, физики предположили существование тёмной энергии, т.е. особой силы отталкивания (a repulsive force), которая обусловливает ускорение Вселенной. Сегодня мы знаем немного о природе этой силы, несмотря на то, что сотни учёных around the world пытаются разгадать её структуру.
Время - самая фундаментальная характеристика Вселенной и оно ответственно за все изменения в нашем мире. Причина изменений в мире, возможно, состоит в том, что температура космоса сильно изменилась - от 1032К во времена Big Bang (эта температура триллион триллионов раз превышает температуру в центре самых горячих звёзд) до 3К сегодня (-270С) в течение 14 млрд. лет. Эта температура измерена по спектру остаточного излучения космоса, которое заполняет всю нашу Вселенную и которое является ярким доказательством реальности Big Bang и того факта, что было начало мира. Такое резкое уменьшение температуры космоса связано с её расширением (inflation). Разумеется, это расширение и спад температуры не могут не отражаться на скорости всех процессов внутри Вселенной, обусловливая изменения не только Вселенной, но и влияют на темпы нашей эволюции, которая будет продолжаться всегда, пока наша Вселенная существует и изменяется во времени. Если температура космоса упадёт до нуля, наша Вселенная погибнет, что будет означать конец эволюции и самой жизни. Любопытно, что из четырёх сценариев развития нашей Вселенной, которые рассматриваются в астрономии, имеется доказательство, что наша Вселенная в конечном счёте погибнет, вследствие безудержного расширения и спада температуры до абсолютного нуля. Такой вывод основан на анализе данных о взрывах так называемых «белых карликов» (white dwarf supernova explosion).
Тогда другой Big Bang возвестит о начале новой вселенной и нового мира. Эта новая вселенная пройдёт совершенно другой путь развития и в ней будут другие законы физики с другими фундаментальными постоянными, такими как скорость света, масса электрона, гравитационная постоянная и т.д., и, разумеется, другой жизнью. Сегодня учёные обсуждают вероятность существования других вселенных (multiverse), в которых также возможна жизнь, но основанная на других принципах и других законах природы.
Илья Гулькаров, Чикаго