Какъв Е Произходът На Живота На Земята?

{h1}

Какъв е произходът на живота на земята? Научете за теориите на еволюцията и произхода на живота на земята в WordsSideKick.com.

Лесно е да приемем живота за нашата планета за даденост, но съществуването му повдига много труден въпрос: откъде е дошъл животът на Земята?

Преди 1860-те, когато Луи Пастьор разработва своята зародишна теория за болестта, общият консенсус е, че животът може да се породи спонтанно. Например, ако оставите пшенично зърно навън, то ще породи бебешки мишки. Водата, оставена да стои в продължение на дни, би родила организми като водорасли. Днес знаем, че новият живот няма да породи от нищо, но това се дължи до голяма степен на работата на Пастьор [източник: Абедон].

Пастьор ни показа, че микроорганизмите, неспособни да бъдат открити от човешките сетива, живеят навсякъде около нас. Това доведе до неговата теория за зародиша, която гласи, че човешкото здраве е обект на атака от тези микроорганизми и че тези атаки могат да доведат до това, което смятаме за болест.

Но наследството му включва и морска промяна в човешкото разбиране за генезиса на живота. След като Пастьор разкри естеството на микробите, той ефективно уби сега изглеждащата суеверна идея, че органичният живот може да генерира спонтанно от неорганичен материал. По ирония на съдбата науката се върна да проучи тази концепция като възможност още веднъж като едно от двете основни конкурентни обяснения за произхода на живота на Земята.

Концепцията, че животът може да се е родил спонтанно, се нарича абиогенеза, В далечното минало предшественици на живота като аминокиселини и протеини са възникнали от изначална супа и успяват да се организират в форми на пред-клетъчен живот на самовъзпроизвеждане. Това начало на живота в крайна сметка състави и преписва ДНК, която представлява основата на генетичния код на жизнените процеси днес. Това е фантастична идея - и такава, която мнозина в и извън научната общност критикуват.

В другия ъгъл е основният - и също толкова фантастичен - съперник като обяснение за произхода на живота на Земята. Тази концепция, панспермията, казва, че животът не е започнал тук, на Земята, а другаде във Вселената или Слънчевата система. Животът беше пренесен тук, в превозно средство като астероид от друга планета, и се държеше по същия начин, както семената в плодородна почва. Вероятно по-точно, животът щеше да се разпространи като епидемична болест във форма, много подобна на микробите, които Пастър разкри.

Никой не може да бъде сигурен кой от тях обяснява адекватно произхода на живота на Земята, но удивително е, че и двете са показани за възможни. В тази статия ще разгледаме случая, който всеки прави. Първо ще разгледаме общ проблем, който споделят и двете теории.

Дарвин и Филогени

Филогенезата даде по-точна таксономия на животните, като костенурката. След години на дебати генетичното сравнение установи, че костенурките са по-тясно свързани с гущерите, отколкото с птиците и крокодилите.

Филогенезата даде по-точна таксономия на животните, като костенурката. След години на дебати генетичното сравнение установи, че костенурките са по-тясно свързани с гущерите, отколкото с птиците и крокодилите.

Приблизително по същото време, когато Пастьор разработва своята теория за зародиша, Чарлз Дарвин въвежда своята теория за еволюцията в света. Той би допринесъл това, което представлява логическа пътна карта в търсенето на първия живот на Земята. В „Произходът на видовете“ Дарвин посочва описанието на сър Джон Хершел за генезиса на живота на земята като „мистерията на мистериите“ и предлага видовете на Земята днес да не са създадени независимо. Вместо това те се развиват във все по-голямо количество от по-ранни видове чрез процеса на еволюция чрез естествен подбор [източник: Дарвин]. В основата на този разсъд е последицата, че всички организми биха могли да са се развили от един общ предшественик. Така започна съвременното разследване за произхода на живота на Земята.

Работата на Дарвин е изградена върху вече съществуваща система от биологична класификация, предложена през 1753 г. от шведския биолог Карл фон Лин (известна като Линей). Разви се Линей таксономия, система за класифициране на организми, основана най-общо на физически черти, от най-тесните таксон (видове) към група сродни видове (род) и във все по-широки таксони до кралствата на растенията и животните (и първоначално минералите) [източник: Pidwirny]. Тази система на биологична класификация се е развила с течение на времето, като броят на кралствата се разширява и най-широкият таксон, домейни, създадени за категоризиране на клетките като еукариотната (съдържащи клетки с ДНК в ядро), бактерии и археи (домейнът на екстремофилите).

С течение на времето таксономията стана по-точна, чрез прилагането на генетика. Това хибридно поле се нарича филогенеза, където взаимосвързаността на организмите се установява въз основа на тяхната споделена ДНК. Например свързаните гени (тези, изпълняващи подобни функции), открити при хора и някои видове мишки, споделят до 90 процента прилика в своите ДНК последователности [източник: Стъбс]. Генетичното сравнение на шимпанзета и хората дава около 95 процента прилика [източник: Пикрел]. Тези прилики са значителни, но филогенезата потвърди това, което Линей, Дарвин и безброй други учени отдавна са постулирали - че всяко живо същество на Земята е свързано.

Системата, използвана за класифициране на живите същества, прилича много на дърво, като ранните организми изграждат кореновата структура, а различните таксони се стесняват в ствола, големи клони, по-малки клони и накрая в листата, които представляват близо 2 милиона вида в момента класифициран по наука [източник: О'Лофлин]. Това представителство често се нарича the дървото на живота, Но тъй като филогенията влиза все по-често в употреба, е показано, че може би корените на дървото на живота са някак нетипични.

Проблемът с дървото на живота

Дигитално изображение на разреза на митохондрия.

Дигитално изображение на разреза на митохондрия.

Генетичното сравнение на организмите, осигурено от филогенезата, разкри сериозна пречка за проследяването на дървото на живота до единствения общ прародител, което по-ранните биолози не можаха да видят. Ловът за обикновения прародител - и самата идея, че човек съществува - се основава на генетично разпространение чрез вертикален трансфер на ген, Чрез това гените се предават заедно от едно поколение на следващо чрез сексуално или асексуално възпроизвеждане. Или един или два организма пораждат друг, който наследява себе си реплика или предсказуема комбинация от техните гени. С течение на времето организмите в крайна сметка могат да се разминат с напълно различни видове или дори царства, като хора от маймуни (или още повече назад, където родословието, което е породило птици, се разминават с това на бактериите), но този хоризонтален пренос на гени все още оставя следа от генетични трохи, които можем да проследим, за да проследим произхода си.

Това, че гените са били прехвърлени само вертикално, е преобладаващото мнение на учените до 50-те години на миналия век, когато е открит друг вид трансфер на гени. хоризонтален или страничен трансфер на ген е друго средство за получаване на гени на друг организъм, но вместо да родител на потомство, този метод на генетично разпределение се основава на един организъм, ефективно абсорбиращ ДНК на друг организъм и непокътнат [източник: Уейд]. Два организма могат да създадат трети, на пръв поглед несвързан хибриден организъм и с двата гена, но не по никакъв начин подобен на равнопоставеното комбиниране на гени, което се случва по време на размножаването. Вместо това един по-голям организъм може на практика да изяде друг организъм и да запази генетичния код на втория организъм, използвайки кода на първия организъм за себе си. Митохондриите, частта от клетката, отговорна за преобразуването на захарите в енергията, използвана за захранване на клетъчните функции при еукариотните животни, се смята, че някога са съществували като независим организъм [източник: Уейд]. Чрез страничен трансфер древен еукариот го усвоява и запазва генетичния си състав.

В началото на историята на Земята микробиолозите сега смятат, че страничният трансфер е често срещан, придаващ корените на дървото на живота не директна линия нагоре от едно семе, а по-скоро поредица от невъзможно кръстосани, практически непроследими линии сред едноклетъчните организми. Търсенето на един-единствен общ прародител бе нанесено още един удар, след като изследванията показаха екстремофили, организми, способни да оцелеят в тежки условия и кандидати за най-ранните форми на живот на Земята, вероятно еволюирали от други бактерии и по-късно адаптирани към средата им [източник: Zimmer]. Това предполага, че са по-малко древни, отколкото се смяташе досега.

Но дали сме еволюирали от един общ предшественик или от много, остава въпросът как започна животът на Земята? Ние се приближаваме до отговора на следващата страница.

Абиогенеза и света на РНК

Стенли Милър умело въведе електрически ток в колбата, симулиращ ранната атмосфера в опит да имитира удари на мълния.

Стенли Милър умело въведе електрически ток в колбата, симулиращ ранната атмосфера в опит да имитира удари на мълния.

Тук се връщаме в началото, както беше. През 50-те години на миналия век студент в университета в Чикаго на име Стенли Милър се стреми да пресъздаде условията, открити на Земята преди около 3,8 милиарда години, около времето, когато фосилните записи за първи път показват живот [източник: Цимер]. Милър проектира гениален и сега известен експеримент, при който добавя приблизителни измервания на водород, метан и амоняк в колба, съдържаща вода. Смята се, че този елемент и съединения преобладават в атмосферата на младата Земя. Когато Милър симулира мълния, като добави искра, той откри, че разтворът в колбата му сега съдържа нещо, което не е имал преди: аминокиселини.

Аминокиселините обикновено се наричат ​​градивните елементи на живота, тъй като осигуряват основата на протеините, които са необходими за структурата и функциите на организмите. Експериментите на Милър задържаха. Например, експеримент, включващ сероводород и струя пара, която симулира присъствието на вулканична активност, по-късно се оказва доста точно сближаване на ранната Земя от изследвания, дошли след смъртта на Милър [източник: НАСА]. Друг замесен формалдехид като катализатор за произхода на живота [източник: Science Daily]. Тези експерименти дадоха още по-убедителни доказателства, че животът на Земята е възникнал от абиогенезата.

Основата на абиогенезата е, че преди клетъчният живот е съществувал на Земята. Тези предшественици на живота се събраха от аминокиселините, присъстващи в първоначалната супа, пресъздадена от Милър и станаха протеините, които осигуряват структура на клетките и действат като ензими за клетъчните процеси. В един момент тези протеини образуват генетични шаблони, така че да могат да бъдат репликирани и организирани в органели като рибозоми, които преписват молекули от тези шаблони [източник: Science Daily]. В крайна сметка тези процеси се обединиха, за да създадат ДНК, която представлява основата на клетъчния живот.

Абиогенезата като теория за произхода на живота получи тласък през 80-те години на миналия век, когато изследователят Томас Чех доказа, че РНК може да действа както носител на генетичен код, така и като ензим, който катализира кода в създаването на молекули. Тази констатация даде начало на Световна хипотеза на РНК, което е идеята аминокиселините първо да се образуват в състава на протеините рибонуклеинова киселина (RNA), която пое и започна самостоятелно да се размножава и генерира нови комбинации от протеини, създавайки нов пред-клетъчен - и в крайна сметка клетъчен - живот.

При абиогенезата органичният живот е създаден на случаен принцип от неорганичните компоненти на живота. Нейният научен конкурент предвижда различно начало на живота на Земята.

Panspermia: Живот от космоса

Метеоритите носят унищожение от небето и, вероятно, микробен живот.

Метеоритите носят унищожение от небето и, вероятно, микробен живот.

Принципът, който стои зад панспермията е, че животът е възникнал извън Земята и е пътувал до нашата планета, намирайки гостоприемен климат, в който да процъфтява и евентуално да се развива в живота на Земята.

панспермията е стара концепция, датираща от концепцията за таксономия, когато френският историк Беноа дьо Мейлет предложи, че животът на Земята е резултат от микроби, „посяти“ от космоса [източник: Panspermia-Theory]. Оттогава изследователи от Стивън Хокинг до сър Франсис Крик (който изостави ранната си подкрепа за хипотезата на света на РНК) поддържат убеждението, че животът на Земята произхожда далеч от тази планета.

Теорията за панспермията попада в три широки категории. Животът пътува чрез космически отломки от някъде извън нашата Слънчева система, концепцията за lithopanspermiaили от друга планета в нашата Слънчева система, балистична панспермия, Третата хипотеза, насочена панспермия, смята, че животът на нашата планета е бил разпространен целенасочено от вече установен и интелигентен живот [източник: Panspermia-Theory].

С течение на хипотезите за панспермия, балистична панспермия (също наричан междупланетна панспермия) се радва на най-широкото приемане в научната общност. Части от други планети отдавна бомбардират Земята под формата на метеорити. Всъщност един метеорит, ALH84001, открит в Антарктида през 1984 г., носи това, което някои учени приемат като следи от живота или предшествениците на живота като аминокиселини. Изчислено е, че се е откъснал от Марс преди повече от 4 милиарда години [източник: Томпсън].

След преглед на ALH84001, астробиолози - учени, които изучават потенциала за живот в Космоса - откриха, че най-малко четири следи от древния живот, от онези, които изглеждаха вкаменели микроби, до форма на магнитни бактерии [източник: Schirber]. Откакто резултатите са публикувани през 1996 г., три от следите от живота, открити в метеорита, са изхвърлени. Но дали последната следа, веригите от магнетит, са минерални или са били биологично произведени от древните марсиански бактерии, остава под спор.

Марс е най-вероятният кандидат за балистична панспермия. Подреждането на орбитите на Марс и Земята около Слънцето прави около 100 пъти по-лесно дадена скала да пътува от Марс до Земята, отколкото обратното [източник: Чандлър]. И в течение на историята на Земята около 5 трилиона скали са изчислени, че са извършили пътуването [източник: НАСА]. Нещо повече, в ранните си истории Земята и Марс са били сходни за приютяване на живот, като съдържаха мокри атмосфери и вода на повърхностите си.

Въпреки всички тези доказателства, съдебните заседатели все още са на път как е започнал животът на Земята. Прочетете някои критики на панспермия и абиогенеза на следващата страница.

Критика на Абиогенезата и Панспермията

Обща критика на абиогенезата е, че на Земята просто нямаше достатъчно време аминокиселините да се развият в бактерии.

Обща критика на абиогенезата е, че на Земята просто нямаше достатъчно време аминокиселините да се развият в бактерии.

Докато експериментите, проведени от Стенли Милър и други, които са изградили върху неговата работа, показват, че животът може да е възникнал от първоначалната супа, тази възможност остава теоретична. Няма данни за предклетъчен живот на Земята; Нещо повече, критиците на световната хипотеза на РНК изтъкват, че експериментите в подкрепа на концепциите са проведени с биологично създадена РНК. РНК може да действа както като шаблон за самостоятелно репликация, така и като ензим за провеждане на този процес, но тези открития са проведени в контролирани лабораторни експерименти. Това не доказва непременно, че такива деликатни действия могат да се случат в моретата на древната Земя.

По причини като тези, хипотезата на РНК в световен мащаб е до голяма степен изоставена от привържениците на абиогенезата в полза на други хипотези, като едновременното разработване както на протеини, така и на генетични шаблони или развитието на живот около подводни отвори, подобни на тези, които в момента обитават днешните екстремофили. Но има една критика, че всяка хипотеза за абиогенеза трудно преодолява: време. Смята се, че животът, базиран на ДНК, се е развил на Земята, започвайки преди около 3,8 милиарда години, давайки форми на предклетъчен живот около 1 милиард години за извършване на произволни процеси на кодиране на полезни протеини и тяхното сглобяване в предшествениците на клетъчния живот [източник: Discovery Новини]. Критиците на абиогенезата казват, че просто няма достатъчно време неорганичната материя да се превърне в теоретизиран предрокуларен живот. Една оценка предполага, че ще отнеме 10 ^ 450 (10 до 450-та мощност) години, за да може един полезен протеин да бъде създаден на случаен принцип [източник: Klyce].

Това е една пречка, която прави панспермията привлекателно обяснение: не обяснява произхода на живота, а само произхода на живота на Земята. Хипотезите за панспермия не противоречат непременно на абиогенезата; те просто прехвърлят произхода на друго място. И все пак съдебните заседатели все още са на няколко важни фактора, които трябва да са налице, за да може панспермията да бъде правилна. Възможно ли е, например, микробният живот да оцелее по време на суровите условия, установени при пътуването из космоса, входа на земната атмосфера и въздействието върху земната повърхност?

Някои скорошни хипотези предполагат, че не е необходимо да оцелява. Един изследовател постулира, че мъртвите остатъци от ДНК биха могли да пристигнат на Земята чрез балистична панспермия и да бъдат възпроизведени чрез стартиран процес, подобен на света на РНК [източник: Grossman]. Други изследователи се стремят да търсят Марс за изкопаемия живот и да сравнят всеки генетичен материал с този, открит универсално на Земята, за да определят връзка [източник: Чандлър].

И все пак, ако животът на Земята започна другаде и пътува до нашата планета, все още остава въпросът: Какъв е произходът на живота?


Видео Добавка: National Geographic - Земята: Създаването на една планета / Earth: Making of a Planet.




Изследване


Nor'Easter, Забелязан От Космоса В Сателитна Снимка
Nor'Easter, Забелязан От Космоса В Сателитна Снимка

Треперещ Аспен: Дървета На Планинския Запад
Треперещ Аспен: Дървета На Планинския Запад

Наука Новини


King Crabs Encroach На Антарктида, Учените Предупреждават
King Crabs Encroach На Антарктида, Учените Предупреждават

Следи От Метеорити
Следи От Метеорити "Sonic Boom", Открити В Океана

Защо Новите Подходи Ще Укрепят Африканските Нации (Op-Ed)
Защо Новите Подходи Ще Укрепят Африканските Нации (Op-Ed)

Тази Мрънкаща, Средновековна Шахматна Част Бе Изгубена За Близо 200 Години. Сега Тя Може Да Получи Над 1 Милион Долара.
Тази Мрънкаща, Средновековна Шахматна Част Бе Изгубена За Близо 200 Години. Сега Тя Може Да Получи Над 1 Милион Долара.

Разкрито Епично Минало На Най-Високите Крайбрежни Планини
Разкрито Епично Минало На Най-Високите Крайбрежни Планини


BG.WordsSideKick.com
Всички Права Запазени!
Възпроизвеждането На Използваните Материали Оставя Само Prostanovkoy Активна Връзка Към Сайта BG.WordsSideKick.com

© 2005–2020 BG.WordsSideKick.com