Heute Leben gewann jeden Quadratzentimeter der Erde, aber wenn der Planet nur gebildet, Sie war tot Stein. Wie und Wann ereignete sich ein Meilenstein der übergang? Was war das Leben? Kaum kommen mehr schwere, große und schwierige Frage. Während des größten Teils der Geschichte der Menschheit zweifelte niemand daran, dass dies Sache der Götter. Jede andere Erklärung war undenkbar.
Mehr nicht. Im Laufe des letzten Jahrhunderts viele Wissenschaftler haben versucht herauszufinden, warum das erste Leben beginnen konnte. Sie haben sogar versucht zu rekonstruieren Moment der Schöpfung in Ihren Labors: ein völlig neues Leben von Grund auf. Noch keiner getan, aber wir haben einen langen Weg. Heute sind viele Wissenschaftler, die den Ursprung des Lebens, sicher, dass Sie auf dem richtigen Weg — und Sie haben Experimente, die halfen, Ihr Vertrauen in diesem.
Dies ist die Geschichte unserer versuche unsere wahre Herkunft herauszufinden. Es ist eine Geschichte von Besessenheit, Kampf und brillante Kreativität, die führte zu einigen der größten Entdeckungen der modernen Wissenschaft. Der Wunsch zu verstehen, die Ursprünge des Lebens sandte Männer und Frauen in die entlegensten Ecken unseres Planeten. Einige Wissenschaftler glaubten Teufeln in Menschengestalt, die anderen arbeiten weiter unter der Fuchtel der grausamen totalitären Regierungen.
Dies ist die Geschichte von der Geburt des Lebens auf der Erde.
Eigentlich Dinosaurier lebten nicht so lange her
Das Leben ist alt. Dinosaurier — die bekanntesten ausgestorbenen Geschöpfe gab es vor 250 Millionen Jahren. Aber das Leben erschien viel, viel früher.
Die älteste bekannte Fossilien von etwa 3,5 Milliarden Jahren, 14-mal größer als die alten Dinosaurier. Aber das versteinerte Chronik abzulenken, kann uns noch weiter. Zum Beispiel, erst im August 2016 fanden die Wissenschaftler die versteinerten Mikroben, die 3,7 Milliarden Jahren.
Diese wellenförmigen Muster kann 3,7 Milliarden Jahren
Die Erde selbst nicht viel älter, Sie ist 4,5 Milliarden Jahre alt.
Wenn wir davon ausgehen, dass das Leben entstand auf der Erde — was ist angemessen, wenn man bedenkt, dass wir bisher nicht fanden Sie in einem anderen Ort, — es musste etwas passieren in der Milliarden Jahre, die verlief zwischen der Bildung der Erde und die Entstehung des ältesten bekannten Fossilien.
Die Eingrenzung der Zeitspanne des möglichen Auftretens des Lebens, können wir begründete Vermutungen, wie es passiert ist.
Baum des Lebens: die meisten Bakterien und Archaea
Mit 19 Biologen wissen, dass alle Lebewesen bestehen aus «Zellen»: winzige Taschen von lebender Materie, die in verschiedenen Formen und Größen. Zum ersten mal wurden Zellen entdeckt, die im 17 Jahrhundert durch die Erfindung der ersten Mikroskope, aber es dauerte mehr als hundert Jahre, um zu verstehen, dass Sie waren die Grundlage des gesamten Lebens.
Sie, natürlich, nicht wie Soma oder Tyrannosaurus Rex, aber das Mikroskop zeigt, dass Sie bestehen fast aus den gleichen Zellen. Wie die Pflanzen, und Pilze. Aber bisher zahlreichste Lebensform sind Mikroorganismen, die aus einer einzigen Zelle. Bakterien — die bekannteste Gruppe, Sie finden Sie überall auf der Erde.
Im April 2016 die Wissenschaftler stellten eine aktualisierte Version der «Baum des Lebens»: in gewisser Weise einen Stammbaum aller lebenden Arten. Fast alle äste sind Bakterien. Darüber hinaus ist die Form dieser Zweige spricht davon, dass die Bakterien wurden gemeinsame Vorfahre allen Lebens. Mit anderen Worten, jedes Lebewesen — einschließlich Sie — kommt von Bakterien.
Rein, können wir genauer bestimmen, das Problem der Herkunft des Lebens. Verwenden nur Materialien und Bedingungen, die auf der Erde 3,5 Milliarden Jahre zurück, müssen wir eine Zelle.
Wie schwierig wird es sein?
Eine ganze lebende Zelle
Die ersten Experimente
Seit fast die gesamte Geschichte niemand hielt es nicht für notwendig sich zu Fragen, wie entstand das Leben, denn die Antwort schien offensichtlich. Bis 1800-er Jahre die meisten Menschen glaubten an die «витализм». Diese intuitive Vorstellung, dass Lebewesen dotiert Besondere, Magische Eigenschaft, die unterscheidet Sie von leblosen Gegenständen.
Витализм oft mit religiösen überzeugungen in Verbindung gesetzt. Die Bibel sagt, dass Gott die «breath of Life» runter, um den ersten Menschen, und die unsterbliche Seele ist eine Form витализма.
Nur hier gibt es ein Problem. Витализм — das ist völliger Unsinn.
Zum Anfang der 1800er Jahren entdeckten Wissenschaftler einige Substanzen, die schien eindeutig für das Leben. Eine dieser verbindungen wurde Harnstoff, die im Urin festgestellt und zugeteilt im Jahre 1799. Nur ist das alles so passen in das Konzept витализма. Nur lebende Wesen waren in der Lage, diese Chemikalien, so dass Sie, offenbar, waren aufgeladen von der Energie des Lebens und das machte Sie zu etwas besonderem.
Aber im Jahre 1828 der Deutsche Chemiker Friedrich Wöhler fand, eine Art, die den Harnstoff aus verbreiteten chemischen Substanzen, цианата Ammonium, der hatte keine offensichtliche Verbindung mit Lebewesen. Andere folgten seinem Beispiel, und bald wurde klar, dass die chemischen Substanzen des Lebens aus einfacheren chemischen Substanzen, die nichts mit dem Leben.
Friedrich Wöhler, deutscher Chemiker
Das war das Ende für витализма als wissenschaftlichen Konzept. Aber die Menschen erwies sich als schwierig, einen Teil mit dieser Idee. Sehr viele dachten, dass das sprechen, was in den chemischen Substanzen Leben gibt es nichts «besonderes», es ist wie das wegnehmen des Lebens Ihre Magie, Herstellung Ihrer mechanischen oder herzlos. Nun, natürlich, es widersprach der Bibel.
Auch die Wissenschaftler versuchten zu retten витализм. Noch im Jahr 1913 wurde der englische Biochemiker Benjamin Moore wärmstens schob Theorie «biotische Energie», die gleichen витализмом, aber mit einem anderen Namen. Bei dieser Idee war eine starke emotionale Untertöne.
Ja und heute, doch diese Idee manchmal erscheint hier und dort. Zum Beispiel, es gibt viele Science-Fiction-Geschichten, in denen die «Energie des Lebens» können Sie erhöhen oder saugen. Denken Sie an die «Energie-Regeneration» verwendet Oberherren Zeit in «Doctor who». Es scheint ungewöhnlich, aber es ist eine sehr, sehr alte Idee.
Allerdings nach 1828 Wissenschaftler haben vernünftige Gründe nach «Gottlose» Erklärung der ersten Entstehung des Lebens. Aber nicht gesucht. Es scheint, dieses Thema zu erforschen, aber in der Tat das Geheimnis der Entstehung des Lebens seit Jahrzehnten ignoriert. Vielleicht waren immer noch zu stark an витализму, um den nächsten Schritt zu tun.
Charles Darwin zeigte, dass alles Leben stamme von einem gemeinsamen Vorfahren
Statt einem riesigen Durchbruch in der Biologie des 19 Jahrhunderts war die Theorie der Evolution, entwickelt von Charles Darwin und anderen.
Darwins Theorie, die in dem «Ursprung der Arten» im Jahr 1859, erklärte, wie all diese Vielfalt des Lebens erscheinen konnte, das aus einem einzigen gemeinsamen Vorfahren. Jeder einzelne Blick war jetzt nicht von Gott geschaffen, sondern stammt vom alten Organismus, der lebte vor Millionen von Jahren: der Letzte Universal gemeinsamen Vorfahren.
Diese Idee erwies sich als sehr umstritten, auch, weil nicht konvergieren mit der Bibel. Darwin und seine Ideen waren unter der anhaltenden Angriffe, Teils empörten Christen.
Die Evolutionstheorie hat nichts gesagt darüber, wie der erste Organismus.
Darwin glaubte, dass das Leben erschien in der «kleinen warmen Teich»
Darwin wusste, dass es bedeutungsvoll, aber — vielleicht aus Angst vor neuen Angriffen seitens der Kirche — Wagen, besprechen Sie es erst im Jahr 1871. Raised der Ton des Briefes zeigt, dass er die Tiefe Bedeutung dieser Frage:
«Aber nur, wenn (und Oh welch ein großes «wenn») konnten wir uns vorstellen eine kleine warme Teich mit allen Arten von Ammoniak und Phosphorsäure Salze — mit Licht, Wärme, Elektrizität — in dem chemisch gebildet hätten Protein-Verbindung, bereit, durch die noch komplexere änderungen…»
Mit anderen Worten, dass, wenn einst ein kleiner Teich, gefüllt mit einfachen organischen verbindungen und das Baden im Sonnenlicht? Einige dieser verbindungen möglich, in der Gesamtheit bilden würde полуживое Stoff wie ein Eichhörnchen, das könnte beginnen, sich zu entwickeln und werden zunehmend schwieriger.
Diese Idee hatte Oberfläche. Aber Sie ist die Grundlage für die erste Hypothese der Entstehung des Lebens.
Es ist interessant, dass diese Hypothese erschien in der UdSSR.
Alexander Oparin lebte und arbeitete in der UdSSR
In den Zeiten Stalins war alles unter der Kontrolle des Staates. Auch die Ideen der Menschen, Biologen, die nicht im Zusammenhang mit der kommunistischen Politik. Bemerkenswert ist, dass Stalin praktisch verboten Wissenschaftler studieren die übliche Genetik. Stattdessen hat er förderte die Idee des Landwirts Trophimus Lysenko, die, seiner Meinung nach, mehr der kommunistischen Ideologie entsprachen. Wissenschaftler, die im Bereich der Genetik, wurden gezwungen, öffentlich zu unterstützen Ideen Lysenko, dass Sie sich nicht in den lagern.
In dieser bedrückenden Umgebung Alexander Oparin verbrachte seine Forschung im Bereich der Biochemie. Er konnte arbeiten, da war ein engagierter Kommunist: unterstützte die Ideen Lysenko und erhielt sogar den Lenin-Orden, die höchste Auszeichnung der Zeiten der UdSSR.
Im Jahr 1924 Oparin veröffentlichte seine Arbeit «der Ursprung des Lebens». Darin skizziert er seine Vision von der Entstehung des Lebens, die schon auffallend wie kleine warme Teich Darwins.
Ozeane gebildet haben, nachdem die Erde abgekühlt
Oparin versuchte sich vorzustellen, wie die Erde nach der Bildung. Die Oberfläche war kochend heiß, da es fielen Steine aus dem Weltraum. Ein Sammelsurium aus полурасправленных Rassen, die eine riesige Palette von Chemikalien, einschließlich auf der Basis von Kohlenstoff.
Schließlich kühlte sich die Erde ab genug, um Wasserdampf конденсировался in flüssigem Wasser und ging der erste Regen. Er füllte die irdischen Ozeane, die waren heiß und reichen углеродсодержащими Chemikalien. Was Sie für das Leben.
Zunächst verschiedene Chemische Substanzen untereinander interagiert mit der Bildung von zahlreichen neuen verbindungen, von denen einige waren kompliziert. Oparin nahm an, dass die Moleküle, die wichtigsten für das Leben, Zucker und Aminosäuren, konnten sich in den Gewässern der Erde.
Dann einige Chemikalien begonnen bilden die mikroskopischen Strukturen. Viele organische Substanzen sind nicht wasserlöslich: zum Beispiel, bilden eine Schicht öl über dem Wasser. Aber wenn einige dieser Stoffe in Kontakt mit Wasser, Sie bilden sphärische Kugeln «коацерваты», das kann bis zu 0,01 Zentimeter Durchmesser.
Wenn Sie einen Blick auf коацерваты durch das Mikroskop, Verhalten Sie sich sehr beweglich, wie lebende Zellen. Sie wachsen und verändern Ihre Form, manchmal teilen sich in zwei Teile. Sie können auch absorbieren Chemikalien aus dem umgebenden Wasser, so dass Sie möglicherweise solche Leben химвещества. Oparin nahm an, dass коацерваты waren die Vorfahren der heutigen Zellen.
Fünf Jahre später, im Jahr 1929, der englische Biologe John Burdon Sanderson Haldane unabhängig spekuliert sehr ähnliche Ideen in einem kurzen Artikel in der Rationalist Annual.
Bis dahin Haldane hat schon viele in die Theorie der Evolution, helfen, integrieren die Ideen Darwins in der Entwicklung der Wissenschaft über die Genetik.
Der englische Genetiker John. Haldane
Wie Oparin, Haldane beschrieb, in welcher Weise organische Stoffe könnten sich in dem Wasser, «während die primitiven Ozeane nicht erreicht würde, bis die Konsistenz von heißem verdünnten Suppe». Dies bereitete, den Boden für «den ersten Live-oder halb-Toten Dinge», die sich gebildet haben und sich in einer dünnen öl-Film.
Es ist bezeichnend, dass unter allen Biologen der Welt nur Oparin und Haldane erreicht. Der Gedanke, dass lebende Organismen können sich während der einfachen chemischen Reaktionen, ohne Gott oder sogar «Vitalität», war radikal. Wie die Evolutionstheorie Darwins vor Ihr, Sie war auch плевком in das Gesicht des Christentums.
Aber im Rahmen der UdSSR passt perfekt. Das sowjetische Regime war offiziell atheistisch geworden, und seine Führer mit Freude unterstützt jede materialistische Erklärung der Phänomene tiefen wie das Leben. Haldane war auch Atheist und Kommunist obendrein.
«Während die Annahme oder Verwerfung von Ideen hing hauptsächlich von Menschen: ob er religiös, unterhielt ob die linke oder Kommunistische Ideen», sagt der Experte nach der Herkunft des Lebens Armen Мулкиджанян der Universität Osnabrück in Deutschland. «In der Sowjetunion hatten Sie Freude, denn Sie war Gott nicht braucht. In der westlichen Welt, wenn ein Blick auf die Menschen, die denken in dieser Richtung, Sie waren alle linken, Kommunisten und so weiter».
Der Gedanke, dass das Leben entstand in der primären Brühe organischen Substanzen, wurde die Hypothese Опарина-Bekannt. Sie war ordentlich und überzeugend, aber es gab ein Problem. Nicht unterstützt keine experimentellen Beweise. Und so dauerte es fast ein Vierteljahrhundert.
Harold Jüri
Zu jener Zeit, als Harold Jüri Interessierte sich für die Herkunft des Lebens, er bereits den Nobelpreis für Chemie 1934 und half, die Atombombe zu bauen. Während des Zweiten Weltkriegs Jüri arbeitete Манхэттенским Projekt durch das sammeln instabile Uran-235, das für die Kern-Bomben. Nach dem Krieg kämpfte er zum speichern der Nukleartechnologie unter der Aufsicht der Bürger.
Auch er Interessierte sich für Chemie des Kosmos, insbesondere dem, was passiert in den Zeiten der Entstehung des Sonnensystems. Eines Tages Las er einen Vortrag und wies darauf hin, dass in der Atmosphäre der Erde wahrscheinlich kein Sauerstoff, als Sie zum ersten mal gebildet. Dies war die perfekte Ergänzung zum primären бульону Опарина Bekannt: fragile Chemische Stoffe zerstört werden können durch den Kontakt mit Sauerstoff.
Doktorand namens Stanley Miller war im Publikum, und dann ging zu Jüri mit der Frage: ist es möglich, diese Idee zu überprüfen? Jüri war skeptisch, aber Miller beharrte. Deshalb 1952 Miller begann der berühmteste Experiment zum Thema der Herkunft des Lebens.
Experiment Miller-Jüri
Die Einstellungen waren einfach. Miller Verband eine Reihe von Glaskolben und ließ in ihm die vier chemischen Substanzen, die möglicherweise vorhanden sein, auf der frühen Erde: kochendes Wasser, Wasserstoffgas, Ammoniak und Methan. Dann kritisierte er in dem explosiven Gase der Einwirkung des elektrischen Stroms, um Blitzeinschläge zu simulieren, die an der Tagesordnung waren auf Erden in jenen Tagen.
Miller fand, dass «Wasser in Flaschen war deutlich pinker nach dem ersten Tag, und bis zum Ende der Woche die Lösung färbte sich rot und trüb». Offensichtlich bildete sich eine Mischung von Chemikalien.
Nach der Analyse der Mischung, Miller entdeckte, dass es zwei Aminosäuren: Glycin und Alanin. Aminosäuren werden oft als die Bausteine des Lebens. Sie dienen zur Bildung von Proteinen, die für die Steuerung der meisten biochemischen Prozesse in unserem Körper. Miller hat zwei Hauptkomponenten Leben buchstäblich von Grund auf.
Die Ergebnisse wurden in der renommierten Zeitschrift Science im Jahr 1953. Jüri ging sehr ungewöhnlich für die leitenden Wissenschaftler, indem Sie Ihren Namen von der Arbeit und nachdem alle Lorbeeren Miller. Trotzdem ist die Forschung oft als «Experiment Miller-Jüri».
Stanley Miller im Labor
«Die Stärke von Miller-Jüri darin, dass Sie produzieren können eine Vielzahl von biologischen Molekülen nur aus der Atmosphäre», sagt John Sutherland aus dem Labor der Molekularbiologie in Cambridge, Großbritannien.
Details erwies sich als falsch, da neuere Studien zeigten, dass die Atmosphäre der frühen Erde war ein anderes Gasgemisch. Aber es ändert nichts daran. Das Experiment ist gelungen, das die Phantasie der öffentlichkeit und des Todes auf die Zitate.
Nach dem Experiment Miller andere Wissenschaftler begann die Suche nach Möglichkeiten zur Erstellung von einfachen biologischen Molekülen von Grund auf. Die Lösung des Geheimnisses der Herkunft des Lebens schien im Begriff zu erscheinen.
Aber dann stellte sich heraus, dass das Leben schwieriger war, als jemand dachte. Die lebenden Zellen wurden nicht nur Taschen mit Chemikalien: Sie waren sehr komplizierten kleinen Maschinen. Plötzlich Schaffung von Zellen mit null war viel schwieriger als gedacht die Wissenschaftler.
Fortsetzung folgt…
Das Geheimnis der Entstehung des Lebens auf der Erde. Erster Teil: wie erstelle ich eine Zelle?
Ilja Hel