Livet havde erobret hver kvadrattomme af Jord, men kun når en ny planet blev dannet, det var en død sten. Når og hvis der var en betydelig forandring? Hvad der startede livet? Man kan næppe forestille sig en mere grov, stor og kompliceret spørgsmål. For de fleste af menneskehedens historie, ingen tvivlede på, at spørgsmålet om guderne. Enhver anden forklaring var utænkeligt.
Ikke mere. Over det sidste århundrede, som mange forskere har forsøgt at finde ud af, hvad der kunne have startet det første liv. De har endda forsøgt at genskabe skabelsesøjeblikket i deres laboratorier for at skabe et helt nyt liv op fra bunden. Mens ingen fiasko, men vi er kommet en lang vej. I dag, mange videnskabsfolk, der studerer livets oprindelse, tro, at de er på rette spor — og de har de forsøg, der styrker deres tillid til det.
Dette er historien om vores forsøg på at finde ud af, vores sande oprindelse. Dette er en historie om besættelse, kamp og genial kreativitet, der førte til nogle af de største opdagelser af den moderne videnskab. Ønsket om at forstå livets oprindelse sendte mænd og kvinder i de mest afsides hjørner af vores planet. Nogle forskere mente, djævelen, mens andre fortsatte med at arbejde under tommelfingeren af en brutal totalitære regeringer.
Dette er historien om fødslen af liv på Jorden.
I virkeligheden, at dinosaurerne levede for ikke så længe siden
Liv i den gamle. Dinosaurer — den mest berømte uddøde skabninger — syntes 250 millioner år siden. Men livet har vist sig langt, langt tidligere.
De ældste kendte fossiler er omkring 3,5 milliarder år, 14 gange mere end de ældste dinosaurer. Men de fossile record kan føre os langt videre. For eksempel i August 2016, har forskere opdaget forstenede mikrober, der 3.7 milliarder år.
Disse bølgede mønstre kan være 3,7 milliarder år
Jorden er ikke meget ældre end hende 4,5 milliarder år.
Hvis vi antager, at livet blev dannet på Jorden — det er rimeligt, i betragtning af, at vi stadig ikke har fundet hende andre steder, så det måtte ske i en milliard år, der er gået mellem dannelsen af Jorden og fremkomsten af de ældste kendte fossiler.
At indsnævre intervallet af mulige udseende af livet, kan vi foretage kvalificerede gæt om, hvordan det er sket.
The tree of life: bakterier og arkæer
Siden det 19 århundrede, biologer ved, at alle levende væsener er sammensat af “celler”: små sække af levende materiale, som kommer i forskellige former og størrelser. Den første celle, der blev opdaget i det 17. århundrede, takket være opfindelsen af de første mikroskoper, men det tog mere end hundrede år at forstå, at de var grundlaget for alt liv.
Selvfølgelig, du er ikke som havkat eller t-Rex, men mikroskop vil vise, hvad du er lavet af næsten de samme celler. Som planter og svampe. Men så langt den mest talrige form for liv er organismer, der består af én celle. Bakterier — den mest berømte gruppe, du kan finde dem overalt på Jorden.
I April 2016, forskere introduceret en opdateret version af “tree of life”: i en vis forstand et stamtræ af alle levende arter. Næsten alle afdelinger er repræsenteret af bakterier. Desuden, formen af disse grene tyder på, at bakterier var den fælles forfader til alt liv. Med andre ord, hvert eneste levende væsen — herunder dig — nedstammer fra bakterier.
Så kan vi mere præcist at bestemme oprindelsen af liv. Brug kun materialer og betingelser, der var på Jorden 3,5 milliarder år siden, er vi nødt til at gøre buret.
Hvor svært kan det være?
En levende celle
De første eksperimenter
Gennem det meste af historie, ingen troede, at det var nødvendigt at stille spørgsmålet om, hvordan livet opstod, fordi svaret syntes indlysende. Op til 1800 år har de fleste folk troede på “vitalism”. Denne intuition, at levende væsener er udstyret med specielle, magiske egenskab, der adskiller dem fra de døde ting.
Den vitalism er ofte forbundet med religiøse overbevisninger. Bibelen siger, at Gud brugte “breath of life” for at genoplive de første mænd, og den udødelige sjæl er en form for vitalism.
Bortset fra at der er et problem. Den vitalism er noget vrøvl.
I begyndelsen af 1800-erne, forskere har opdaget flere stoffer, der syntes unikt for livet. En sådan forbindelse var urea, som er fundet i urinen, og som er identificeret i 1799. Kun det stadig passer ind i konceptet vitalism. Kun levende væsener var i stand til at producere disse stoffer, så må de have været fyldt med energi af liv, og det gjorde dem meget speciel.
Men i 1828 den tyske kemiker Friedrich Wohler fundet en måde at gøre urinstof fra de almindelige af det kemiske stof, ammonium cyanate, som ikke havde nogen indlysende forbindelse med levende væsener. Andre fulgte hans eksempel, og det blev hurtigt klart, at de kemikalier, for livet kan gøres mere enkle kemiske stoffer, der intet har at gøre med livet.
Friedrich Wohler, en tysk kemiker
Det var enden for vitalism som et videnskabeligt begreb. Men folk fandt det vanskeligt at skille sig af med denne idé. Mange syntes at sige, at de kemikalier, der af liv, der er noget “særligt”, det er at Berøve livet dets magi, til at gøre det mekanisk eller åndsforladt. Og, selvfølgelig, at det var imod Bibelen.
Selv videnskabsmænd forsøgte at gemme vitalism. I 1913 en Britiske biokemiker Benjamin Moore stærkt skubbe teorien om “biotiske energi,” som var den samme vitalism, men med et andet navn. Denne idé var en stærk følelsesmæssige overtoner.
Selv i dag, men denne idé nogle gange Popper op her og der. For eksempel, der er mange sci-Fi-historier, hvor “livsenergi” kan øges eller suge. Husk “energy regeneration”, der anvendes af Time Lords i “Doctor Who”. Synes usædvanlig, men det er meget, meget gammel idé.
Men efter 1828, forskere fik en fornuftig grund til at kigge efter en “godless” forklaring til den første forekomst af livet. Men det gjorde han ikke. Det ser ud til, at dette emne har brug for at udforske, men i virkeligheden mysteriet om livets oprindelse blev ignoreret i årtier. Kan stadig var alt for bundet til vitalism, til at tage det næste skridt.
Charles Darwin viste, at alt liv nedstammer fra en fælles forfader
I stedet for en kæmpe gennembrud i biologi af det 19. århundrede, var teorien om evolution, der er udviklet af Charles Darwin og andre.
Darwin ‘ s teori, som er beskrevet i “arternes Oprindelse” i 1859, forklarede, hvordan hele denne mangfoldighed af liv kunne være kommet fra en fælles forfader. Enkelte var blevet skabt af Gud, og nedstammer fra en gammel organisme, der levede for millioner af år siden: den sidste universelle fælles forfader.
Denne idé var yderst kontroversiel, igen fordi jeg ikke er enig med Bibelen. Darwin og hans ideer kom under byge af angreb, dels forargede Kristne.
Teorien om evolution har aldrig sagt noget om, hvordan de gjorde den første organisme.
Darwin mente, at livet dukkede op i “lidt varm dam”
Darwin vidste, at dette er et dybt spørgsmål, men — måske af frygt for nye angreb fra Kirke — vover at diskutere det kun i 1871. Hævede tonen i brevet viser, at han vidste, at den dybe betydning af dette spørgsmål:
“Men hvis (og Åh, hvad er det stort “hvis”), vi kunne forestille mig en lille varm dam med alle slags ammoniak-og phosphorsyre salte, med lys, varme, elektricitet — som er kemisk dannet til protein er sammensat klar til at gå gennem stadig mere komplekse ændringer…”
Med andre ord, hvad der engang var en lille dam, fyldt med simple organiske forbindelser og badet i sollys? Nogle af disse stoffer kan, i sidste ende, ville være død noget lignende protein, som kunne begynde at udvikle sig og blive mere og mere kompleks.
Denne idé var overfladisk. Men det, der dannede grundlag for den første hypotese, om fremkomsten af liv.
Mærkeligt nok, er denne hypotese dukkede op i USSR.
Alexander Oparin boet og arbejdet i USSR
I Stalins tid var under kontrol af staten. Selv tanken om at folk, biologer, der ikke er forbundet med den Kommunistiske politik. Det er bemærkelsesværdigt, at Stalin faktisk forbød forskere til at studere genetik normal. I stedet, han fremmet ideen om en landmand Trofim Lysenko, der, efter hans mening, mere i tråd med den Kommunistiske ideologi. Forskere, der arbejder inden for genetik, blev tvunget til offentligt at støtte de ideer, Lysenko, ikke at være i lejrene.
I et sådant undertrykkende miljø Alexander Oparin udført sin forskning inden for biokemi. Han kunne arbejde, fordi han var en loyal Kommunist: understøttede ideer Lysenko, og selv har modtaget rækkefølgen af Lenin, den højeste anerkendelse i SOVJETUNIONEN.
I 1924, Oparin offentliggjort sit arbejde “livets Oprindelse.” I det skitserede han sin vision om oprindelsen af liv, der var en slående lighed med den varme lille dam med Darwin.
Oceaner dannet efter, at Jorden afkøles
Oparin prøvet at forestille sig Jorden efter dannelsen. Overfladen var brændende varmt, som det er faldende sten fra rummet. Et sammensurium af poluraspredelenia sten, der indeholder et stort udvalg af kemikalier, herunder carbon-baseret.
I sidste ende Jorden afkølet nok til, at vanddamp kondenseres til flydende vand og gik til den første regn. Han fyldte jordens oceaner, der var varmt og rigt kulstofholdige stoffer. Hvad du har brug for til liv.
For det første, forskellige kemikalier, der interagerer med hinanden, med dannelsen af mange nye forbindelser, hvoraf nogle var komplekse. Oparin foreslog, at de molekyler, der er afgørende for liv, sukker og aminosyrer kunne dannes i vandet i Jorden.
Så nogle kemikalier, der begyndte at danne mikroskopiske strukturer. Mange organiske stoffer, der er uopløselige i vand: for eksempel, de olier, der danner et lag på toppen af vandet. Men når nogle af disse stoffer kommer i kontakt med vand, danner de sfæriske kugler “coacervate”, som kan være op til 0,01 tommer i diameter.
Hvis man ser på coacervate gennem et mikroskop, de opfører sig helt fleksibelt, som levende celler. De vokser og ændrer form, nogle gange opdelt i to dele. De kan også optage kemikalier fra det omkringliggende vand, så de kan blive ligesom livet kemikalier. Oparin foreslog, at coacervates blev forfædre moderne celler.
Fem år senere, i 1929, den Britiske biolog John Burdon Sanderson Haldane uafhængigt af hinanden foreslog en meget lignende idé i en kort artikel, der er offentliggjort i den Rationalistiske Årligt.
Ved den tid, Haldane allerede mange gjort i evolutionsteorien, at hjælpe med at integrere idéerne i Darwin i at udvikle videnskaben om genetik.
Den engelske genetiker J. Haldane
Som Oparin og Haldane beskrevet, hvordan organiske stoffer kan ophobes i vandet”, mens den primitive oceaner vil ikke komme til en ensartet varm fortyndet suppe.” Dette vil bane vejen for “den første levende eller halv-døde ting”, som har dannet og dukkede op i den tynde oliefilm.
Det er væsentligt, at der blandt alle biologer i verden, kun Oparin og Haldane var kommet til dette. Tanken om, at levende organismer kan dannes i processen med almindelige kemiske reaktioner, uden Gud eller endda “liv kraft”, var en radikal. Ligesom Darwins teori om evolution til hende, men hun var også et slag i ansigtet til Kristendommen.
Men i forbindelse med USSR passer perfekt. Det Sovjetiske regime blev officielt ateistisk, og dets ledere nydes af enhver materialistisk forklaring af det dybe fænomener som liv. Haldane var også en ateist og Kommunist til at starte.
“På det tidspunkt for accept eller afvisning af ideer er for det meste afhængig af manden, om han er religiøs, han støttede venstreorienterede og Kommunistiske ideer,” siger en ekspert på livets oprindelse Armen Mulkidzhanian fra Universitetet i osnabrück i Tyskland. “I Sovjetunionen, og de blev modtaget med glæde, fordi de ikke har brug for Gud. I den Vestlige verden, hvis du ser på de mennesker, der troede, at i denne retning, var de alle venstreorienterede, Kommunister og så videre.”
Tanken om, at liv dannet i sin ur-suppe af organiske stoffer, var hypotesen om Oparin-Haldane. Hun var forsigtig og overbevisende, men der var et problem. Det er ikke støttet af nogen eksperimentelle beviser. Det varede i næsten et kvart århundrede.
Harold Urey
Ved den tid, hvor Harold Urey blev interesseret i oprindelsen af liv, han har modtaget Nobelprisen i kemi 1934, og hjalp med at bygge atombomben. I løbet af world war II, Urey arbejdet på Manhattan-projektet, indsamling af den ustabile uran-235 er nødvendige for bomben kerne. Efter krigen kæmpede han for at holde den nukleare teknologi under kontrol af borgerne.
Han blev også interesseret i kemi plads, især dem, der opstod under dannelsen af solsystemet. En dag gav han en forelæsning, og bemærkede, at Jordens atmosfære, sandsynligvis havde ingen ilt, når det først blev dannet. Det var den perfekte tilføjelse til primær suppe af Oparin og Haldane: den skrøbelige kemikalier, kan blive ødelagt ved kontakt med ilt.
Ph.d. – studerende ved navn Stanley Miller var i publikum, og gik derefter over til Yuri med et spørgsmål: er det muligt at teste denne idé? Yuri var skeptisk, men Miller insisterede. Så i 1952, Miller begyndte de mest berømte eksperiment på livets oprindelse.
Eksperimentet Miller-Urey
De indstillinger, der var enkle. Miller sluttede sig til den serie af glas, kolber og sætte ham på fire kemikalier, der kan være til stede på den tidlige Jord: kogende vand, brint, ammoniak og metan. Så han udsat gasser til flere elektriske stød til at simulere lynnedslag, som var almindelige på Jorden i disse dage.
Miller fandt, at “vand i flasker, der er blevet meget Pinker efter den første dag, og ved udgangen af den uge, den løsning blev rød og grumset”. Det er klart, dannet af en blanding af kemikalier.
Efter at have analyseret den blanding, Miller fandt, at det har to aminosyrer: glycin og alanin. Aminosyrer, der ofte kaldes livets byggesten. De bruges til dannelse af proteiner, der styrer de fleste biokemiske processer i vores kroppe. Miller lavet to centrale komponenter af liv fra bunden.
Resultaterne blev offentliggjort i det ansete tidsskrift Science i 1953. Yuri var meget usædvanligt for ledende forskere, at fjerne hans navn fra arbejdet, og at give al kreditten til Miller. På trods af dette, er den undersøgelse, der ofte kaldes “eksperiment af Miller-Urey”.
Stanley Miller i laboratoriet
“Styrken af Miller-Urey er, at du kan producere en bred vifte af biologiske molekyler, lige fra atmosfæren,” siger John Sutherland af laboratorium for molekylær biologi i Cambridge, ENGLAND.
Oplysningerne var forkerte, som senere undersøgelser har vist, at atmosfæren i den tidlige Jord var anderledes en blanding af gasser. Men det ændrer ikke på det faktum. Eksperimentet var en succes, stimuleret den offentlige fantasi og eksploderede i anførselstegn.
Efter Miller ‘ s eksperiment, andre forskere begyndte at kigge efter måder at skabe enkle biologiske molekyler fra bunden. Løsningen på mysteriet om livets oprindelse, det syntes, her-her vil blive vist.
Men så viste det sig, at livet var hårdere end nogen troede. Levende celler er ikke bare tasker af kemikalier: de var små komplekse maskiner. Pludselig, oprettelse af celler fra bunden, er langt mere kompleks end forskere troede.
Fortsættes…
Mysteriet om fremkomsten af liv på Jorden. Første del: hvordan til at bygge et bur?
Ilya Hel