Livet hade erövrat varje kvadratcentimeter av Mark, men endast när jorden bildades, det var en död sten. Och när det var en betydande övergång? Vad som började livet? Man kan knappast tänka sig ett mer allvarligt, stor och komplicerad fråga. För de flesta av mänsklighetens historia, ingen tvivlade på att den frågan av gudarna. Någon annan förklaring var otänkbart.
Inte mer. Under det senaste århundradet har många forskare har försökt att räkna ut vad som kunde ha påbörjat det första livet. De försökte även att återskapa ögonblicket av Skapelsen i deras labb för att skapa ett helt nytt liv från scratch. Även om ingen misslyckats, men vi har kommit en lång väg. Idag är många forskare som studerar livets ursprung, tror att de är på rätt spår och de har de experiment, som stärker deras förtroende för det.
Det här är historien om våra försök att räkna ut vårt sanna ursprung. Detta är en berättelse om besatthet, kamp och briljant kreativitet som ledde till några av de största upptäckterna i modern vetenskap. En önskan att förstå livets uppkomst skickas män och kvinnor i de mest avlägsna hörn av vår planet. Vissa forskare trodde på djävulen, medan andra fortsatte att arbeta under tummen av en brutal totalitära regeringar.
Detta är berättelsen om födelsen av livet på Jorden.
I själva verket dinosaurier levde för inte så länge sedan
Liv i gamla. Dinosaurier — den mest kända utdöda varelser — dök upp 250 miljoner år sedan. Men livet har visat mycket, mycket tidigare.
De äldsta kända fossilen är ca 3,5 miljarder år, 14 gånger mer än den äldsta dinosaurier. Men de fossila fynden kan leda oss mycket längre. Till exempel, i augusti 2016, forskare upptäckt av fossiliserade mikrober som 3,7 miljarder år.
Dessa vågiga mönster kan vara 3,7 miljarder år
Jorden är inte mycket äldre än henne, för 4,5 miljarder år.
Om vi antar att livet var som bildas på Jorden — som är rimlig, med tanke på att vi fortfarande inte hittat henne någon annanstans, då det måste hända i en miljard år som har förflutit mellan bildandet av Jorden och framväxten av de äldsta kända fossilen.
Minska ner tiden av den eventuella uppkomsten av liv, vi kan göra kvalificerade gissningar om hur detta hände.
The tree of life: bakterier och arkéer
Sedan 19th century, biologer vet att alla levande varelser består av “celler”: små säckar av levande materia, som kommer i olika former och storlekar. Den första cellen upptäcktes i den 17: e talet, tack vare uppfinningen av den första mikroskop, men det tog mer än hundra år att förstå att de är grunden till allt liv.
Naturligtvis, du är inte som havskatt eller t-Rex, men mikroskopet kommer att visa vad du är gjord av nästan samma celler. Som växter och svampar. Men hittills har de många former av liv är organismer som består av en cell. Bakterier — den mest kända gruppen, du kan hitta dem överallt på Jorden.
I April 2016, forskare presenterade en uppdaterad version av “tree of life”: i en mening, ett släktträd för alla levande arter. Nästan alla grenar är representerade av bakterier. Dessutom formen på dessa grenar tyder på att de bakterier som var den gemensamma förfadern till allt liv. Med andra ord, varje levande varelse — inklusive du — härstammar från bakterier.
Så vi kan mer exakt fastställa ursprunget av livet. Använder endast material och förutsättningar som fanns på Jorden för 3,5 miljarder år sedan, vi måste göra buren.
Hur svårt kan det vara?
En levande cell
De första experimenten
Under större delen av historien, ingen trodde det nödvändigt att ställa frågan om hur liv uppstod, eftersom svaret var uppenbart. Upp till 1800 år de flesta människor trodde på “vitalism”. Denna intuition att levande varelser är utrustade med speciella, magiska egenskaper som skiljer dem från icke-levande objekt.
Den vitalism är ofta förknippas med religiösa övertygelser. Bibeln säger att Gud använde “breath of life” för att återuppliva de första männen, och den odödliga själen är en form av vitalism.
Förutom att det är ett problem. Den vitalism är nonsens.
I början av 1800-talet, att forskare har upptäckt flera ämnen som verkade som är unika för livet. En sådan förening var urea, som finns i urin och identifieras 1799. Bara det passar fortfarande i begreppet vitalism. Endast levande varelser kan producera dessa kemikalier, så de måste ha varit laddad med energi i livet och detta gjorde dem mycket speciell.
Men i år 1828 den tyske kemisten Friedrich Wohler hittat ett sätt att göra urea från och med den vanligaste av kemiska ämnen, ammonium cyanate, som inte hade någon uppenbar koppling med levande varelser. Andra följde hans exempel, och det blev snart tydligt att kemikalier i livet kan göras från mer enkla kemiska ämnen som inte har något att göra med livet.
Friedrich Wohler, en tysk kemist
Det var slutet för vitalism som ett vetenskapligt begrepp. Men folk hade svårt att skiljas från denna idé. Många tycktes säga att kemikalier i livet det är inget “speciellt”, det är att Beröva livet av sin magi, att göra det mekaniska eller själlös. Och, naturligtvis, var det mot Bibeln.
Även forskare försökt att spara vitalism. 1913 en Brittisk biokemist Benjamin Moore starkt driver teorin om “levande energi”, vilket var samma vitalism, men med ett annat namn. Denna idé var ett starkt emotionella övertoner.
Även idag, men denna idé som ibland Dyker upp här och där. Till exempel, det finns många sci-Fi noveller som “livsenergi” kan ökas eller suga. Kom ihåg “energy regeneration” som används av Time Lords i “Doctor Who”. Verkar ovanlig, men det är mycket, mycket gammal idé.
Men efter 1828, forskare fick en sund anledning att leta efter en “gudlös” förklaring till den första uppkomsten av liv. Men det gjorde han inte. Det verkar som att detta ämne behöver för att utforska, men i själva verket mysteriet med livets ursprung ignorerades i decennier. Kanske var fortfarande alltför bunden till vitalism, att ta nästa steg.
Charles Darwin visade att allt liv härstammar från en gemensam förfader
Istället för en gigantisk genombrott i biologi av den 19: e talet var teorin om evolution utvecklades av Charles Darwin och andra.
Darwins teori som beskrivs i “om arternas Ursprung” i 1859, förklarade hur all denna mångfald av liv kunde ha kommit från en enda gemensam förfader. Varje individ hade skapats av Gud och som härstammar från en gammal organism som levde för miljontals år sedan: the last universal common ancestor.
Denna idé var extremt kontroversiell, igen eftersom jag inte överens med Bibeln. Darwin och hans idéer kom under störtflod av attacker, delvis upprörda Kristna.
Evolutionsteorin har aldrig sagt något om hur gjorde den första organismen.
Darwin trodde att livet dök upp i “lilla varma damm”
Darwin visste att detta är en djup fråga, men — kanske fruktar nya attacker från Kyrkan — att våga diskutera det bara 1871. Höjt tonen i brevet visar att han visste att den djupa betydelsen av denna fråga:
“Men om (och Åh vad är det stort “om”) vi kan tänka oss en liten varm dammen med alla typer av ammoniak och fosforsyra salter, med ljus, värme, elektricitet — som är kemiskt bildas till protein förening redo att gå igenom ännu mer komplexa förändringar…”
Med andra ord, vad som en gång var en liten damm fylld med enkla organiska föreningar och badade i solljus? Vissa av dessa ämnen kan, sammantaget, skulle utgöra död materia som protein, som kan börja utvecklas och blir allt mer komplexa.
Denna idé var ytlig. Men det som utgjorde grunden för den första hypotesen om livets uppkomst.
Märkligt nog har denna hypotes som dök upp i SOVJETUNIONEN.
Alexander Oparin bott och arbetat i SOVJETUNIONEN
Under Stalins tid var under kontroll av staten. Även tanken på att människor, biologer inte i samband med den Kommunistiska politiken. Det är anmärkningsvärt att Stalin faktiskt förbjöd forskarna att studera genetik normala. I stället stödde han idén av en bonde Trofim Lysenko, som, i hans tycke, mer i linje med den Kommunistiska ideologin. Forskare som arbetar inom området genetik, tvingades att offentligt stödja idéer av Lysenko, inte att vara på läger.
I en sådan repressiv miljö Alexander Oparin genomfört sin forskning inom området biokemi. Han kunde arbeta, eftersom han var en trogen Kommunist: stöds idéer Lysenko, och till och med fått order av Lenin, den högsta utmärkelsen i SOVJETUNIONEN.
1924, Oparin publicerade sitt arbete “livets Ursprung.” I det han redogjorde för sin vision av livets ursprung, som var påfallande lik den varma lilla dammen i Darwin.
Hav bildas efter att Jorden kyls
Oparin försökt att föreställa Jorden efter bildandet. Ytan var skållande varm, eftersom det är fallande stenar från rymden. Ett sammelsurium av poluraspredelenia stenar, som innehåller ett stort antal kemikalier, bland annat kol-baserade.
Så småningom Jorden svalnat tillräckligt för att vattenånga kondenseras till flytande vatten och gick till det första regnet. Han fyllde jordens oceaner, som var varm och rik kolhaltiga kemikalier. Vad du behöver för livet.
För det första, olika kemikalier samverkar med varandra och med bildandet av nya föreningar, av vilka en del är komplex. Oparin föreslog att de molekyler som är viktiga för livet, sockerarter och aminosyror kan bildas i vattnet i Jorden.
Sedan några kemikalier som började bildas mikroskopiska strukturer. Många organiska ämnen som är olösliga i vatten, som till exempel oljor bildar ett skikt ovanpå vattnet. Men när några av dessa ämnen kommer i kontakt med vatten, bildar de sfäriska bollar “coacervate”, som kan vara upp till 0,01 tum i diameter.
Om du tittar på coacervate genom ett mikroskop, beter de sig ganska flexibelt, som i levande celler. De växer och ändrar form, ibland uppdelad i två delar. De kan också absorbera kemikalier från det omgivande vattnet, så att de kan vara som livet kemikalier. Oparin föreslog att coacervates var förfäder till moderna celler.
Fem år senare, 1929, den Brittiske biologen John Burdon Sanderson Haldane självständigt föreslog en liknande idé i en kort artikel som publicerades i den Rationalistiska Årliga.
Med tiden Haldane redan många gjorde i evolutionsteorin, som hjälper till att integrera de idéer som Darwin i att utveckla vetenskapen om genetik.
Den engelska läkaren J. Haldane
Som Oparin och Haldane beskrivs hur organiska ämnen kan ackumuleras i vattnet, medan den primitiva oceaner inte skulle komma att konsekvensen av varm utspädd soppa.” Detta skulle bana väg för “den första levande eller halv-döda ting” som har bildats och dök upp i tunn oljefilm.
Det är viktigt att bland alla biologer i världen bara Oparin och Haldane hade kommit till denna. Tanken om att levande organismer kan bildas i processen av vanliga kemiska reaktioner, utan Gud eller “livskraften”, var ett radikalt. Som Darwins teori om evolution till henne, men hon var också ett slag i ansiktet till Kristendomen.
Men inom ramen för SOVJETUNIONEN att passa perfekt. Den Sovjetiska regimen var officiellt ateistisk, och dess ledare njöt av alla materialistiska förklaring av den djupa fenomen som liv. Haldane var också en ateist och Kommunist för att starta.
“På den tiden godkännande eller förkastande av idéer som är mest beroende av mannen: om han är religiös, han stödde vänstern eller Kommunistiska idéer”, säger en expert på livets ursprung Armen Mulkidzhanian från Universitetet i osnabrück i Tyskland. “I Sovjetunionen de togs emot med glädje, eftersom de inte behöver Gud. I västvärlden, om du ser på de människor som tänkt i denna riktning, de var alla på vänsterkanten, Kommunister och så vidare.”
Tanken att livet bildas i sitt ursprungliga soppa av organiska ämnen, var hypotesen om Oparin-Haldane. Hon var noggrann och övertygande, men det var ett problem. Det stöds inte av någon experimentella bevis. Det varade i nästan ett kvarts sekel.
Harold Urey
Med tiden när Harold Urey blev intresserad av livets ursprung, han har fått Nobelpriset i kemi 1934, och hjälpte till att skapa atombomben. Under andra världskriget, Urey arbetade med Manhattan-projektet, samla den instabila uran-235 som behövs för bomben kärna. Efter kriget, han kämpade för att hålla kärnteknik under kontroll av medborgarna.
Han blev också intresserad av kemi utrymme, i synnerhet de som inträffade under bildandet av solsystemet. En dag han gav en föreläsning och konstaterade att Jordens atmosfär, hade nog ingen syre när det först bildas. Det var perfekt förutom de primära soppa av Oparin och Haldane: den känsliga kemikalier skulle kunna förstöras genom kontakt med syre.
Doktorand som heter Stanley Miller var i publiken, och sedan gick över till Yuri med en fråga: är det möjligt att testa denna idé? Yuri var skeptisk, men Miller insisterade. Så 1952, Miller började mest berömda experiment på livets ursprung.
Experimentet Miller-Urey
Inställningarna var enkel. Miller gick med i serien av glas flaskor och sätta honom på fyra kemikalier som kan förekomma på den tidiga Jorden: kokande vatten, vätgas, ammoniak och metan. Sedan han utsatts gaser till flera elektriska chocker för att simulera blixtnedslag, som var vanliga på Jorden i dessa dagar.
Miller fann att “vattnet i flaskor har blivit mycket mer rosa efter den första dagen, och i slutet av veckan, lösningen blev röd och grumligt”. Självklart, bildas en blandning av kemikalier.
Efter att ha analyserat blandning, Miller fann att den har två aminosyror: glycin och alanin. Aminosyror som ofta kallas livets byggstenar. De används för bildandet av proteiner som styr de flesta av de biokemiska processer i våra kroppar. Miller gjorde två viktiga komponenter i livet från början.
Resultaten publicerades i den ansedda tidskriften Science 1953. Yuri var mycket ovanligt för ledande forskare, att ta bort sitt namn från arbetet och ge all kredit till Miller. Trots att den här studien kallas ofta för “experiment av Miller-Urey”.
Stanley Miller i laboratoriet
“Styrkan i Miller-Urey är att du kan producera en mängd olika biologiska molekyler bara ur atmosfären”, säger John Sutherland av laboratoriet för molekylärbiologi i Cambridge, STORBRITANNIEN.
Detaljerna var fel, som senare studier har visat att den atmosfär av den tidiga Jorden var en blandning av olika gaser. Men det ändrar inte det faktum. Experimentet blev en succé, stimuleras den offentliga fantasin och exploderade i citat.
Efter Millers experiment, andra forskare började leta efter sätt att skapa enkla biologiska molekyler från scratch. Lösningen till mysteriet med livets ursprung, som det verkade, här-här kommer att visas.
Men sedan visade det sig att livet var hårdare än någon trodde. Levande celler är inte bara påsar av kemikalier: de var små komplexa maskiner. Plötsligt, skapandet av celler från scratch är långt mer komplex än vad forskarna trott.
Fortsättning följer…
Mysteriet med livets uppkomst på Jorden. Del ett: hur man bygger en bur?
Ilya Hel