منذ العصور القديمة وحتى عصرنا هذا ، تم طرح عدد لا يحصى من الفرضيات حول أصل الحياة على الأرض.

يوجد حاليًا 5 مفاهيم علمية لأصل الحياة:

1. خروج الأحياء من الجماد طاعة لقوانين فيزيائية وكيميائية معينة (مفهوم غير حيوي) ؛

2. الفرضية "هولوبيوز"- مفهوم protobiont أو biod ، نوع من سلف ما قبل الخلوي ، هياكل أولية "قابلة للحياة" ؛

3. فرضية الجيناتأي البحث عن الجينوم باعتباره سلفًا بقايا لجميع هياكل الخلايا الحية ، مع الأخذ في الاعتبار ذلك

كان الحمض النووي الريبي هو الذي لعب دورًا أساسيًا في نشأة الحياة ؛

4. مفهوم حالة الحياة الثابتة -كانت الحياة موجودة دائمًا ، ولا توجد بداية للحياة ؛

5. أصل الحياة خارج كوكب الأرض - تم إحضار الحياة إلى الأرض من الفضاء (مفهوم البانسبيرميا).

في تطوير التعاليم حول أصل الحياة ، تشغل النظرية القائلة بأن جميع الكائنات الحية تأتي فقط من الكائنات الحية - نظرية التكوين الحيوي.

في عام 1688 ، أثبت عالم الأحياء الإيطالي F. Redi ، من خلال سلسلة من التجارب على الأوعية المفتوحة والمغلقة ، أن الديدان البيضاء الصغيرة التي تظهر في اللحوم هي يرقات ذبابة وصياغة المبدأ: جميع الكائنات الحية هي من الكائنات الحية.

في عام 1860 ، أظهر باستير أن البكتيريا يمكن أن تكون في كل مكان وتصيب الجماد. للتخلص منها ، فإن التعقيم الذي يسمى بالبسترة ضروري.

ومع ذلك ، كنظرية عن أصل الحياة ، فإن التولد الحيوي لا يمكن الدفاع عنه ، لأنه يعارض الأحياء على غير الأحياء ، ويؤكد فكرة أبدية الحياة التي رفضها العلم.

مفهوم اللاأحيائية.

التولد الذاتي -فكرة أصل الحي من غير الحي هي الفرضية الأولية للنظرية الحديثة لأصل الحياة.

في عام 1924 ، اقترح عالم الكيمياء الحيوية الشهير A. I. Oparin أنه مع التفريغ الكهربائي القوي في الغلاف الجوي للأرض ، والذي كان يتكون قبل 4 - 4.5 مليار سنة من الأمونيا والميثان وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء ، يمكن أن تنشأ أبسط المركبات العضوية الضرورية لنشأة الحياة. .

تحققت تنبؤات الأكاديمي أوبارين. في عام 1955 ، قام الباحث الأمريكي S. Miller بتمرير الشحنات الكهربائية عبر خليط من الغازات والأبخرة ، وحصل على أبسط الأحماض الدهنية ، واليوريا ، وأحماض الخليك والفورميك ، والعديد من الأحماض الأمينية.

وهكذا ، في منتصف القرن العشرين ، تم إجراء التوليف غير الجيني للمواد الشبيهة بالبروتين والمواد العضوية الأخرى تجريبيًا في ظل ظروف تستنسخ ظروف الأرض البدائية.

تستند فرضية أوبارين حول أصل الحياة على الأرض إلى فكرة التعقيد التدريجي للبنية الكيميائية والمظهر المورفولوجي لسلائف الحياة (بروبيونات) في طريقها إلى الكائنات الحية. عند تقاطع البحر والأرض والجو ، تم خلق ظروف مواتية لتكوين مركبات عضوية معقدة. في المحاليل المركزة للبروتينات والأحماض النووية ، يمكن أن تتشكل الجلطات مثل المحاليل المائية للجيلاتين. A. I. Oparin يسمى هذه الجلطات قطرات متماسكةأو يتلاحم.

Coacervates عبارة عن هياكل عضوية متعددة الجزيئات معزولة في المحلول. هم ليسوا كائنات حية بعد. يعتبر ظهورهم كمرحلة في تطور ما قبل الحياة. كانت أهم مرحلة في نشأة الحياة هي ظهور آلية لاستنساخ النوع الخاص به ووراثة خصائص الأجيال السابقة. أصبح هذا ممكنًا بسبب تكوين مجمعات معقدة من الأحماض النووية والبروتينات. بدأت الأحماض النووية القادرة على التكاثر الذاتي في التحكم في تخليق البروتينات ، وتحديد ترتيب الأحماض الأمينية فيها. وتقوم البروتينات - الإنزيمات بعملية تكوين نسخ جديدة من الأحماض النووية. هذه هي الطريقة التي نشأت بها الخاصية الرئيسية المميزة للحياة - القدرة على إعادة إنتاج جزيئات مماثلة لنفسها.

تكمن قوة الفرضية اللاجينية في طبيعتها التطورية ، فالحياة هي مرحلة طبيعية في تطور المادة. إمكانية التحقق التجريبي من الأحكام الرئيسية للفرضية.

على القطرات المتساقطة ، من الممكن محاكاة المراحل الخلوية لأصل الحياة.

سمح الجانب الضعيف من فرضية أوبارين بإعادة إنتاج الهياكل الحية الأولية في غياب الهياكل الجزيئية للشفرة الجينية. تفرض فرضية Oparin متطلبات خاصة على التكاثر التجريبي لهياكل coacervate: "حساء أولي" بهيكل معقد كيميائيًا ، وعناصر من أصل حيوي (إنزيمات وأنزيمات مساعدة).

تتضمن الفرضية اللاأحيائية رفضًا حازمًا من قبل العلماء - مؤيدي فكرة الخلود وعدم البدء في الحياة البيولوجية.

يشير عالم الكيمياء الحيوية الروسي S.P. Kostychev في كتيب "حول ظهور الحياة على الأرض" إلى أن أبسط الكائنات الحية أكثر تعقيدًا من جميع المصانع والمصانع ، وأن الظهور العرضي للحياة أمر غير محتمل ، ولا يتم أبدًا إنشاء الحياة على المادة الميتة.

فيما يتعلق بالتوليد التلقائي للكائنات الحية ، تجدر الإشارة إلى أن الأكاديمية الفرنسية للعلوم ، في عام 1859 ، قد عينت جائزة خاصة لمحاولة توضيح مسألة التوليد التلقائي للحياة بطريقة جديدة. مُنحت هذه الجائزة في عام 1862 إلى العالم الفرنسي الشهير لويس باستور ، الذي أثبت من خلال تجاربه استحالة التولد التلقائي للكائنات الحية الدقيقة.

في الوقت الحاضر ، لا يمكن أن تنشأ الحياة على الأرض بشكل غير حيوي. حتى داروين كتب في عام 1871: "ولكن إذا كان الآن ... في بعض الخزانات الدافئة التي تحتوي على كل ما يلزم من أملاح الأمونيوم والفوسفور والتي يمكن الوصول إليها من الضوء والحرارة والكهرباء ، فقد تم تكوين بروتين كيميائيًا قادرًا على إجراء المزيد والمزيد من التحولات المعقدة ، ثم سيتم تدمير هذه المسألة واستيعابها على الفور ، وهو ما كان مستحيلًا خلال فترة نشأة الكائنات الحية. نشأت الحياة على الأرض بطريقة غير حيوية. في الوقت الحاضر ، تأتي الحياة فقط من الأحياء (الأصل الحيوي). تم استبعاد إمكانية عودة ظهور الحياة على الأرض.

نظرية البانسبيرميا.

في عام 1865 ، طرح الطبيب الألماني ج. ريختر الفرضية الكونية

(الجراثيم الكونية) ، والتي بموجبها تكون الحياة أبدية والجراثيم التي تعيش في الفضاء العالمي يمكن أن تنتقل من كوكب إلى آخر.

تم طرح فرضية مماثلة من قبل عالم الطبيعة السويدي س. أرهينيوس في عام 1907 ، بافتراض أن جراثيم الحياة موجودة دائمًا في الكون - فرضية البانسبيرميا.ووصف كيف تترك جزيئات المادة وجزيئات الغبار والجراثيم الحية للكائنات الدقيقة الكواكب التي تسكنها كائنات أخرى في الفضاء العالمي. يحافظون على قابليتهم للحياة من خلال الطيران في فضاء الكون بسبب الضغط الخفيف. بمجرد وصولهم إلى كوكب يتمتع بظروف مناسبة للحياة ، يبدأون حياة جديدة على هذا الكوكب. تم دعم هذه الفرضية من قبل العديد ، بما في ذلك العلماء الروس S. P. Kostychev و L. S. Berg و P.P. Lazarev.

لا تشير هذه الفرضية إلى أي آلية لشرح الأصل الأساسي للحياة وتنقل المشكلة إلى مكان آخر في الكون. يعتقد ليبيج أن "الغلاف الجوي للأجرام السماوية ، وكذلك السدم الكونية الدوارة ، يمكن اعتبارها مستودعات قديمة لشكل متحرك ، مثل المزارع الأبدية للجراثيم العضوية ،" حيث تنتشر الحياة على شكل هذه الجراثيم في الكون.

لتبرير البانسبيرميا ، يتم استخدام اللوحات الصخرية التي تصور أشياء تشبه الصواريخ أو رواد الفضاء ، أو مظهر الأجسام الطائرة المجهولة. دمرت رحلات المركبات الفضائية الاعتقاد بوجود حياة ذكية على كواكب المجموعة الشمسية ، والتي ظهرت بعد اكتشاف سكيباريلي للقنوات على المريخ عام 1877.

أحصى لوفيل 700 قناة على سطح المريخ. غطت شبكة القنوات جميع القارات. في عام 1924 ، تم تصوير القنوات ، واعتبرها معظم العلماء دليلاً على وجود حياة ذكية. سجلت صور 500 قناة أيضًا تغيرات في الألوان الموسمية ، مما أكد أفكار عالم الفلك السوفيتي جي إيه تيخوف حول الغطاء النباتي على المريخ ، حيث كانت البحيرات والقنوات خضراء.

تم الحصول على معلومات قيمة حول الظروف المادية على سطح المريخ من قبل المركبة الفضائية السوفيتية "المريخ" ومحطتي الإنزال الأمريكيتين "فايكنغ - 1" و "فايكنغ - 2". وهكذا ، تبين أن القمم القطبية ، التي تخضع لتغيرات موسمية ، تتكون من بخار الماء مع خليط من الغبار المعدني وثاني أكسيد الكربون الصلب للثلج الجاف). لكن حتى الآن لم يتم العثور على أي آثار للحياة على المريخ.

اقترحت دراسة السطح من لوحة الأقمار الصناعية أن قنوات وأنهار المريخ يمكن أن تنشأ نتيجة للذوبان تحت الجليد المائي السطحي في مناطق النشاط المتزايد أو الحرارة الداخلية للكوكب ، أو أثناء التغيرات المناخية الدورية.

في أواخر الستينيات من القرن العشرين ، ازداد الاهتمام بفرضيات البانسبيرميا مرة أخرى. عند دراسة مادة النيازك والمذنبات ، تم اكتشاف "سلائف الكائنات الحية" - المركبات العضوية ، حمض الهيدروسيانيك ، الماء ، الفورمالديهايد ، السيانوجين.

تم الكشف عن الفورمالديهايد في 60٪ من الحالات في 22 منطقة مدروسة ، غيومه بتركيز يقارب 1000 جزيء / سم. مكعب املأ المساحات الكبيرة.

في عام 1975 ، تم العثور على سلائف الأحماض الأمينية في تربة القمر والنيازك.

مفهوم حالة الحياة الثابتة.

وفقًا لـ V. I. جميع الكائنات الحية أتت من الكائنات الحية (مبدأ ريدي).

يمكن أن تنشأ الكائنات أحادية الخلية البدائية فقط في المحيط الحيوي للأرض ، وكذلك في المحيط الحيوي للكون. وفقًا لفيرنادسكي ، تُبنى العلوم الطبيعية على افتراض أن الحياة بصفاتها الخاصة لا تشارك في حياة الكون. لكن المحيط الحيوي يجب أن يؤخذ ككل ، باعتباره كائنًا كونيًا حيًا واحدًا (ثم تختفي مسألة بداية الحياة ، والقفز من الجماد إلى الحي).

فرضية« هولوبيوز».

يتعلق الأمر بالنموذج الأولي للسلف ما قبل الخلوي وقدراته.

هناك أشكال مختلفة من سلف الخلوي - "bioid" ، "biomonad" ، "microsphere".

وفقًا لعالم الكيمياء الحيوية P. Dekker ، فإن الأساس البنيوي لـ "bioid" يتكون من هياكل مشتتة غير متوازنة قابلة للحياة ، أي اكتشاف نظام ميكرو بجهاز إنزيمي يحفز عملية التمثيل الغذائي لـ "bioid".

تفسر هذه الفرضية النشاط حتى السلف الخلوي بروح تبادل التمثيل الغذائي.

في إطار فرضية الهولوبيوسيس ، قام الكيميائيون الحيويون س.فوكس وك.دوز بنمذجة البوليمرات الحيوية القادرة على التمثيل الغذائي - تخليق البروتين المعقد.

العيب الرئيسي لهذه الفرضية هو عدم وجود نظام وراثي في ​​مثل هذا التوليف. ومن هنا كان تفضيل "السلف الجزيئي" لأي كائن حي ، بدلاً من البنية الخلوية الأولية.

فرضية الجينات.

يعتقد العالم الأمريكي هالدين أن العنصر الأساسي لم يكن بنية قادرة على تبادل المواد مع البيئة ، بل نظام جزيئي رطب مشابه للجين وقادر على التكاثر ، وبالتالي أطلق عليه "الجين العاري". تلقت هذه الفرضية اعترافًا عامًا بعد اكتشاف الحمض النووي الريبي والحمض النووي وخصائصهما الظاهراتية.

وفقًا لهذه الفرضية الجينية ، نشأت الأحماض النووية أولاً كأساس مصفوفة لتخليق البروتين. تم طرحه لأول مرة في عام 1929 بواسطة G.Möller.

لقد ثبت تجريبياً أن الأحماض النووية البسيطة يمكن أن تتكاثر بدون إنزيمات. يتم توليف البروتينات على الريبوسومات بمشاركة t-RNA و r-RNA. إنهم قادرون على بناء ليس فقط مجموعات عشوائية من الأحماض الأمينية ، ولكن طلبوا البوليمرات مع البروتين. ربما تكون الريبوسومات الأولية تتكون فقط من الحمض النووي الريبي. يمكن لمثل هذه الريبوسومات الخالية من البروتين تصنيع الببتيدات المرتبة بمشاركة جزيئات t-RNA التي ترتبط بـ r-RNA من خلال الاقتران الأساسي.

في المرحلة التالية من التطور الكيميائي ، ظهرت المصفوفات التي تحدد تسلسل جزيئات t-RNA ، وبالتالي تسلسل الأحماض الأمينية المرتبطة بجزيئات t-RNA. إن قدرة الأحماض النووية على العمل كقوالب في تكوين السلاسل التكميلية (على سبيل المثال ، تخليق i-RNA على DNA) هي الحجة الأكثر إقناعًا لصالح فكرة الدور الرائد في عملية التكوُّن الحيوي لـ الجهاز الوراثي ، وبالتالي لصالح الفرضية الجينية لأصل الحياة.

حاليًا ، هناك العديد من المفاهيم التي تتناول أصل الحياة على الأرض. دعونا نتناول فقط بعض النظريات الرئيسية التي تساعد في تكوين صورة كاملة إلى حد ما لهذه العملية المعقدة.

الخلق (لات. cgea - الخلق).

وفقًا لهذا المفهوم ، فإن الحياة وجميع أنواع الكائنات الحية التي تعيش على الأرض هي نتيجة فعل إبداعي لكائن أعلى في وقت معين.

تم تحديد الأحكام الرئيسية لفلسفة الخلق في الكتاب المقدس ، في سفر التكوين. يُنظر إلى عملية الخلق الإلهي للعالم على أنها حدثت مرة واحدة فقط وبالتالي يتعذر الوصول إليها للملاحظة.

هذا يكفي لإخراج مفهوم الخلق الإلهي بأكمله من نطاق البحث العلمي. يتعامل العلم فقط مع الظواهر التي يمكن ملاحظتها ، وبالتالي لن يتمكن أبدًا من إثبات هذا المفهوم أو رفضه.

من تلقاء نفسها(عفويًا) جيل.

انتشرت أفكار أصل الكائنات الحية من المادة الجامدة في الصين القديمة وبابل ومصر. اقترح أكبر فيلسوف اليونان القديمة ، أرسطو ، أن بعض "جسيمات" المادة تحتوي على نوع من "المبدأ النشط" ، والذي ، في ظل ظروف مناسبة ، يمكن أن يخلق كائنًا حيًا.

وصف فان هيلمونت (1579-1644) ، وهو طبيب هولندي وفيلسوف طبيعي ، تجربة يُزعم فيها أنه خلق الفئران في غضون ثلاثة أسابيع. لهذا الغرض ، كان هناك حاجة إلى قميص متسخ وخزانة داكنة وحفنة من القمح. اعتبر فان هيلمونت أن العرق البشري هو العنصر النشط في عملية ولادة الفأر.

في القرنين السابع عشر والثامن عشر ، بفضل النجاحات في دراسة الكائنات الحية الدنيا ، وتخصيب الحيوانات وتطورها ، بالإضافة إلى ملاحظات وتجارب عالم الطبيعة الإيطالي ف.ريدي (1626-1697) ، المجهر الهولندي أ. (1632-1723) ، والعالم الإيطالي L. Spallanzani (1729-1799) ، وعالم الميكروسكوب الروسي M.

ومع ذلك ، حتى ظهور أعمال مؤسس علم الأحياء الدقيقة لويس باستير في منتصف القرن العاشر ، استمرت هذه العقيدة في العثور على أتباع.

يشير تطور فكرة التوليد التلقائي ، في جوهره ، إلى العصر الذي سيطرت فيه الأفكار الدينية على الوعي العام.

هؤلاء الفلاسفة وعلماء الطبيعة الذين لم يرغبوا في قبول تعاليم الكنيسة حول "خلق الحياة" ، بمستوى المعرفة آنذاك ، توصلوا بسهولة إلى فكرة توليدها التلقائي.

إلى الحد الذي ، على عكس الاعتقاد في الخلق ، تم التأكيد على فكرة الأصل الطبيعي للكائنات ، كانت فكرة التوليد التلقائي في مرحلة معينة من الأهمية التقدمية. لذلك ، غالبًا ما عارضت الكنيسة واللاهوتيون هذه الفكرة.

فرضية البانسبيرميا.

وفقًا لهذه الفرضية المقترحة عام 1865. من قبل العالم الألماني جي ريختر وصاغه أخيرًا العالم السويدي أرهينيوس في عام 1895 ، يمكن إحضار الحياة إلى الأرض من الفضاء.

الضربة الأكثر احتمالا للكائنات الحية من أصل خارج الأرض مع النيازك والغبار الكوني. يعتمد هذا الافتراض على بيانات عن المقاومة العالية لبعض الكائنات الحية وجراثيمها للإشعاع ، والفراغ العالي ، ودرجات الحرارة المنخفضة ، وتأثيرات أخرى.

ومع ذلك ، لا توجد حتى الآن حقائق موثوقة تؤكد الأصل خارج كوكب الأرض للكائنات الحية الدقيقة الموجودة في النيازك.

ولكن حتى لو وصلوا إلى الأرض وأوجدوا الحياة على كوكبنا ، فإن السؤال عن الأصل الأصلي للحياة سيظل بلا إجابة.

فرضية التطور البيوكيميائي.

في عام 1924 ، صاغ عالم الكيمياء الحيوية AI Oparin ، ولاحقًا العالم الإنجليزي J. Haldane (1929) ، فرضية تعتبر الحياة نتيجة لتطور طويل لمركبات الكربون.

تمت صياغة النظرية الحديثة لأصل الحياة على الأرض ، والتي تسمى نظرية التكوين الحيوي ، في عام 1947 من قبل العالم الإنجليزي ج.

حاليًا ، في عملية تكوين الحياة ، يتم تمييز أربع مراحل بشكل تقليدي:

• 1. تخليق مركبات عضوية ذات وزن جزيئي منخفض (مونومرات بيولوجية) من غازات الغلاف الجوي الأولي.
• 2. تشكيل البوليمرات البيولوجية.
• 3. تكوين أنظمة فصل طور للمواد العضوية مفصولة عن البيئة الخارجية بواسطة أغشية (protobionts).
• 4. ظهور أبسط الخلايا التي لها خصائص كائن حي ، بما في ذلك الجهاز التناسلي ، مما يضمن نقل خصائص الخلايا الأبوية إلى الخلايا الوليدة.

تُعزى المراحل الثلاث الأولى إلى فترة التطور الكيميائي ، ومن المرحلة الرابعة ، يبدأ التطور البيولوجي.

دعونا نفكر بمزيد من التفصيل في العمليات التي يمكن أن تنشأ نتيجة للحياة على الأرض. وفقًا للمفاهيم الحديثة ، تشكلت الأرض منذ حوالي 4.6 مليار سنة. كانت درجة حرارة سطحه عالية جدًا (4000-8000 درجة مئوية) ، وعندما تبرد الكوكب وعملت قوى الجاذبية ، تشكلت قشرة الأرض من مركبات من عناصر مختلفة.

أدت عمليات تفريغ الغازات إلى خلق جو مخصب ، ربما ، بالنيتروجين والأمونيا وبخار الماء وثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون. كان مثل هذا الغلاف الجوي ، على ما يبدو ، يتقلص ، كما يتضح من وجود المعادن في أقدم صخور الأرض في شكل مختزل ، مثل ، على سبيل المثال ، الحديدوز.

من المهم أن نلاحظ أن الغلاف الجوي يحتوي على ذرات الهيدروجين والكربون والأكسجين والنيتروجين ، والتي تشكل 99٪ من الذرات التي تشكل الأنسجة الرخوة لأي كائن حي.

ومع ذلك ، لكي تتحول الذرات إلى جزيئات معقدة ، فإن اصطداماتها البسيطة لم تكن كافية. كانت هناك حاجة إلى طاقة إضافية ، والتي كانت متوفرة على الأرض نتيجة النشاط البركاني ، والصواعق الكهربائية ، والنشاط الإشعاعي ، والأشعة فوق البنفسجية من الشمس.

ربما لم يكن غياب الأكسجين الحر شرطًا كافيًا لظهور الحياة. إذا كان الأكسجين الحر موجودًا على الأرض في فترة البريبايوتك ، فمن ناحية ، سيؤدي إلى أكسدة المواد العضوية المركبة ، ومن ناحية أخرى ، مكونًا طبقة أوزون في الآفاق العليا للغلاف الجوي ، فإنه سيمتص أشعة الشمس فوق البنفسجية عالية الطاقة.

خلال الفترة المدروسة لظهور الحياة ، والتي استمرت ما يقرب من 1000 مليون سنة ، ربما كانت الأشعة فوق البنفسجية هي المصدر الرئيسي للطاقة لتخليق المواد العضوية.

Oparin A.I.

من مركبات الهيدروجين والنيتروجين والكربون ، في ظل وجود طاقة حرة على الأرض ، يجب أن تنشأ أولاً جزيئات بسيطة (الأمونيا والميثان والمركبات البسيطة المماثلة).

في المستقبل ، يمكن لهذه الجزيئات البسيطة الموجودة في المحيط الأساسي أن تدخل في تفاعلات مع بعضها البعض ومع مواد أخرى ، مكونة مركبات جديدة.

في عام 1953 ، قام الباحث الأمريكي ستانلي ميلر في سلسلة من التجارب بمحاكاة الظروف التي كانت موجودة على الأرض منذ حوالي 4 مليارات سنة.

بتمرير التصريفات الكهربائية عبر خليط من الأمونيا والميثان والهيدروجين وبخار الماء ، حصل على عدد من الأحماض الأمينية والألدهيدات واللاكتيك والأسيتيك والأحماض العضوية الأخرى. حقق عالم الكيمياء الحيوية الأمريكي سيريل بونابيروما تكوين النيوكليوتيدات و ATP. في سياق هذه التفاعلات المماثلة ، يمكن أن تتشبع مياه المحيط الأساسي بمواد مختلفة ، مكونة ما يسمى "الحساء الأساسي".

تتألف المرحلة الثانية من مزيد من التحولات للمواد العضوية والتكوين غير الحيوي لمركبات عضوية أكثر تعقيدًا ، بما في ذلك البوليمرات البيولوجية.

قام الكيميائي الأمريكي S. على الأرض البدائية ، يمكن أن يحدث تخليق البروتين على سطح قشرة الأرض. في المنخفضات الصغيرة في الحمم المتصلبة ، ظهرت خزانات تحتوي على جزيئات صغيرة مذابة في الماء ، بما في ذلك الأحماض الأمينية.

عندما تبخر الماء أو تناثر على الصخور الساخنة ، تفاعلت الأحماض الأمينية لتشكيل بروتينات. ثم غسلت الأمطار البروتينات في الماء. إذا كان لبعض هذه البروتينات نشاط تحفيزي ، فيمكن أن يبدأ تركيب البوليمرات ، أي الجزيئات الشبيهة بالبروتين.

تميزت المرحلة الثالثة بإطلاق قطيرات خاصة ، وهي عبارة عن مجموعات من المركبات البوليمرية ، في "حساء المغذيات" الأساسي. لقد ثبت في عدد من التجارب أن تكوين المعلقات المتزامنة ، أو الكرات المجهرية ، هو نموذجي للعديد من البوليمرات البيولوجية في المحلول.

تحتوي قطرات Coacervate على بعض الخصائص المميزة أيضًا للبروتوبلازم الحي ، مثل ، على سبيل المثال ، امتصاص المواد بشكل انتقائي من المحلول المحيط ، ونتيجة لذلك ، "النمو" ، وزيادة حجمها.

نظرًا لحقيقة أن تركيز المواد في قطرات coacervate كان أكبر بعشر مرات من تركيزه في المحلول المحيط ، زادت إمكانية التفاعل بين الجزيئات الفردية بشكل كبير.

من المعروف أن جزيئات العديد من المواد ، ولا سيما عديد الببتيدات والدهون ، تتكون من أجزاء لها علاقة مختلفة بالماء. تتجه الأجزاء المحبة للماء من الجزيئات الموجودة على الحدود بين الحبيبات والمحلول نحو المحلول ، حيث يكون محتوى الماء أعلى.

يتم توجيه الأجزاء الكارهة للماء داخل المحارم ، حيث يكون تركيز الماء أقل. نتيجة لذلك ، يكتسب سطح الكواكب بنية معينة ، وفيما يتعلق بذلك ، خاصية تمرير بعض المواد في اتجاه معين وعدم السماح للآخرين بالمرور.

نتيجة لهذه الخاصية ، يزداد تركيز بعض المواد داخل الحويصلات بشكل أكبر ، بينما ينخفض ​​تركيز مواد أخرى ، وتكتسب التفاعلات بين مكونات الحبيبات اتجاهًا معينًا. تصبح القطرات Coacervate أنظمة معزولة عن الوسط. تنشأ الخلايا الأولية ، أو البروتوبيونات.

كانت خطوة مهمة في التطور الكيميائي هي تشكيل هيكل الغشاء. بالتوازي مع مظهر الغشاء ، كان هناك ترتيب وتحسين لعملية التمثيل الغذائي. يجب أن تلعب المحفزات دورًا مهمًا في زيادة تعقيد عملية التمثيل الغذائي في مثل هذه الأنظمة.

إحدى السمات الرئيسية للكائن الحي هي القدرة على التكرار ، أي إنشاء نسخ لا يمكن تمييزها عن الجزيئات الأصلية. تمتلك الأحماض النووية هذه الخاصية ، والتي ، على عكس البروتينات ، قادرة على التكاثر.

يمكن للبروتينويد القادر على تحفيز بلمرة النيوكليوتيدات بتكوين سلاسل قصيرة من الحمض النووي الريبي أن يتشكل في حواجز متزامنة. يمكن أن تلعب هذه السلاسل دور كل من الجين البدائي والحمض النووي الريبي المرسال. لم تشارك حتى الآن في هذه العملية لا DNA ولا الريبوسومات ولا RNAs المنقولة ولا إنزيمات تخليق البروتين. ظهر كل منهم في وقت لاحق.

بالفعل في مرحلة تكوين البروتوبيونات ، من المحتمل أن يكون الانتقاء الطبيعي قد حدث ، أي الحفاظ على بعض الأشكال والقضاء على (موت) البعض الآخر. وهكذا ، تم إصلاح التغييرات التدريجية في هيكل البروتوبيونات بسبب الاختيار.

من الواضح أن ظهور الهياكل القادرة على التكاثر الذاتي والتكاثر والتنوع يحدد المرحلة الرابعة في تطور الحياة.

لذلك ، في أواخر العصر الأركي (منذ حوالي 3.5 مليار سنة) ، في قاع الخزانات الصغيرة أو البحار الضحلة الدافئة والغنية بالمغذيات ، نشأت الكائنات الحية البدائية التي كانت غير متجانسة التغذية حسب نوع التغذية ، أي أنها تتغذى على مواد عضوية جاهزة ، تم تصنيعها في سياق التطور الكيميائي.

التخمير ، عملية التحول الأنزيمي للمواد العضوية ، حيث تعمل المواد العضوية الأخرى كمستقبلات للإلكترون ، بمثابة وسيلة للتمثيل الغذائي.

يتم تخزين جزء من الطاقة المنبعثة في هذه العمليات في شكل ATP. من الممكن أن تكون بعض الكائنات الحية قد استخدمت أيضًا طاقة تفاعلات الأكسدة والاختزال لعمليات الحياة ، أي أنها كانت مواد كيميائية صناعية.

بمرور الوقت ، كان هناك انخفاض في احتياطيات المواد العضوية الحرة في البيئة ، واكتسبت الكائنات الحية القادرة على تصنيع المركبات العضوية من المركبات غير العضوية ميزة.

بهذه الطريقة ، ربما منذ حوالي ملياري سنة ، نشأت أول كائنات ضوئية من نوع البكتيريا الزرقاء ، قادرة على استخدام الطاقة الضوئية لتخليق المركبات العضوية من ثاني أكسيد الكربون و H2O ، مع إطلاق الأكسجين الحر.

كان الانتقال إلى التغذية ذاتية التغذية ذا أهمية كبيرة لتطور الحياة على الأرض ، ليس فقط من حيث تكوين احتياطيات من المواد العضوية ، ولكن أيضًا لإشباع الغلاف الجوي بالأكسجين. في الوقت نفسه ، بدأ الغلاف الجوي يكتسب شخصية مؤكسدة.

أدى ظهور شاشة الأوزون إلى حماية الكائنات الحية الأولية من الآثار الضارة للأشعة فوق البنفسجية ووضع حدًا للتركيب غير البيولوجي (غير البيولوجي) للمواد العضوية.

هذه هي الأفكار العلمية الحديثة حول المراحل الرئيسية لأصل وتشكيل الحياة على الأرض.

رسم تخطيطي مرئي لتطور الحياة على الأرض (قابل للنقر)

إضافة:

العالم الرائع "للمدخنين السود"

في العلم ، ساد الاعتقاد منذ فترة طويلة أن الكائنات الحية لا يمكن أن توجد إلا من طاقة الشمس. وصف Jules Verne في روايته رحلة إلى مركز الأرض العالم السفلي بالديناصورات والنباتات القديمة. ومع ذلك ، هذا خيال. لكن من كان يظن أنه سيكون هناك عالم معزول عن طاقة الشمس به كائنات حية مختلفة تمامًا. وعثر عليه في قاع المحيط الهادئ.

بالعودة إلى الخمسينيات من القرن العشرين ، كان يُعتقد أنه لا يمكن أن توجد حياة في أعماق المحيطات. لقد بدد اختراع حوض الاستحمام من قبل أوغست بيكار هذه الشكوك.

نزل ابنه ، جاك بيكار ، مع دون والش ، في حوض الاستحمام في ترييستي إلى خندق ماريانا على عمق يزيد عن عشرة آلاف متر. في الجزء السفلي ، رأى المشاركون في الغوص سمكة حية.

بعد ذلك ، بدأت البعثات الأوقيانوغرافية للعديد من البلدان في تمشيط أعماق المحيطات بشباك أعماق البحار واكتشاف أنواع حيوانية جديدة ، وعائلات ، وأوامر ، وحتى فئات!

تحسين الغطس في مغاسل الاستحمام. قام جاك إيف كوستو وعلماء من العديد من البلدان بعمليات غطس مكلفة إلى قاع المحيطات.
في السبعينيات ، تم اكتشاف اكتشاف قلب العديد من أفكار العلماء رأسًا على عقب. تم اكتشاف صدوع بالقرب من جزر غالاباغوس على عمق يتراوح بين ألفين وأربعة آلاف متر.
وفي القاع تم اكتشاف براكين صغيرة - حرارة مائية. تبخرت مياه البحر ، التي سقطت في صدوع القشرة الأرضية ، مع العديد من المعادن من خلال براكين صغيرة يصل ارتفاعها إلى 40 مترًا.
وقد أطلق على هذه البراكين اسم "المدخنون السود" بسبب خروج المياه السوداء منها.

ومع ذلك ، فإن أكثر شيء لا يصدق هو أنه في مثل هذه المياه المليئة بكبريتيد الهيدروجين والمعادن الثقيلة والمواد السامة المختلفة ، تزدهر الحياة النابضة بالحياة.

تصل درجة حرارة الماء الخارج من المدخنين السود إلى 300 درجة مئوية ، وأشعة الشمس لا تخترق عمق أربعة آلاف متر ، وبالتالي لا يمكن أن تكون هناك حياة غنية.
حتى في الأعماق الضحلة ، تكون الكائنات القاعية نادرة جدًا ، ناهيك عن الهاوية العميقة. هناك ، تتغذى الحيوانات على الحطام العضوي الذي يسقط من الأعلى. وكلما زاد العمق ، قلت الحياة السفلية فقرًا.
على أسطح المدخنين السود ، تم العثور على بكتيريا كيميائية تغذوية تعمل على تكسير مركبات الكبريت التي اندلعت من باطن الكوكب. تغطي البكتيريا السطح السفلي بطبقة متصلة وتعيش في ظروف عدوانية.
لقد أصبحوا طعامًا للعديد من الأنواع الحيوانية الأخرى. في المجموع ، تم وصف حوالي 500 نوع من الحيوانات تعيش في ظروف قاسية من "المدخنين السود".

كان الاكتشاف الآخر هو vestimentifera ، التي تنتمي إلى فئة الحيوانات الغريبة - pogonophores.

هذه هي أنابيب صغيرة تبرز منها أنابيب طويلة في نهاياتها مع مخالب. الشيء غير المعتاد في هذه الحيوانات هو أنها لا تمتلك جهازًا هضميًا! دخلوا في التعايش مع البكتيريا. يوجد داخل الدهليز عضو - الغذاء ، حيث تعيش العديد من البكتيريا الكبريتية.

تتلقى البكتيريا كبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون مدى الحياة ، وتؤكل البكتيريا المتكاثرة الزائدة عن طريق الدهليز نفسه. بالإضافة إلى ذلك ، تم العثور على الرخويات ذات الصدفتين من جنس Calyptogena و Bathymodiolus في مكان قريب ، والتي دخلت أيضًا في التعايش مع البكتيريا وتوقفت عن الاعتماد على البحث عن الطعام.

تعد الديدان Alvinella pompeii واحدة من أكثر المخلوقات غرابة في عالم أعماق البحار المائية.

تم تسميتها بسبب التشابه مع ثوران بركان بومبي - تعيش هذه المخلوقات في منطقة من الماء الساخن تصل إلى 50 درجة مئوية ، ويسقط عليها الرماد من جزيئات الكبريت باستمرار. تشكل الديدان مع vestimentifera "حدائق" حقيقية توفر الغذاء والمأوى للعديد من الكائنات الحية.

تعيش السرطانات وعشريات الأرجل بين مستعمرات الديدان البومبي والديدان التي تتغذى عليها. أيضا من بين هذه "الحدائق" هناك الأخطبوطات والأسماك من عائلة eelpout. كان عالم المدخنين السود يؤوي أيضًا حيوانات منقرضة منذ فترة طويلة تم طردها من أجزاء أخرى من المحيط ، مثل البرنقيل Neolepas.

كانت هذه الحيوانات منتشرة منذ 250 مليون سنة ، لكنها انقرضت بعد ذلك. هنا ، يشعر ممثلو البرنقيل بالهدوء.

أصبح اكتشاف النظم البيئية "للمدخنين السود" أهم حدث في علم الأحياء. تم العثور على مثل هذه النظم البيئية في أجزاء مختلفة من المحيط العالمي وحتى في قاع بحيرة بايكال.

دودة بومبي. الصورة life-grind-style.blogspot.com

من المعروف أن المجلات العلمية تحاول عدم قبول مقالات للنشر مخصصة للمشكلات التي تجذب انتباه الجميع ، ولكن ليس لديها حل واضح - المنشور الجاد في الفيزياء لن ينشر مشروعًا دائمًا لآلة الحركة. كان هذا الموضوع أصل الحياة على الأرض. كان السؤال عن أصل الطبيعة الحية ، وظهور الإنسان يثير قلق الناس منذ آلاف السنين ، وفقط الخلقيون ، مؤيدو الأصل الإلهي لكل الأشياء ، وجدوا إجابة لا لبس فيها لأنفسهم ، لكن هذه النظرية ليست علمية مثل لا تخضع للتحقق.

آراء القدماء

تحكي المخطوطات الصينية والهندية القديمة عن ظهور الكائنات الحية من الماء والبقايا المتعفنة ، وولادة كائنات برمائية في الرواسب الطينية للأنهار الكبيرة مكتوبة بالهيروغليفية المصرية القديمة والمسمارية لبابل القديمة. كانت فرضيات أصل الحياة على الأرض من خلال التوليد التلقائي واضحة لحكماء الماضي البعيد.

قدم الفلاسفة القدماء أيضًا أمثلة على ظهور الحيوانات من مادة غير حية ، لكن تبريراتهم النظرية كانت ذات طبيعة مختلفة: مادية ومثالية. وجد ديموقريطس (460-370 قبل الميلاد) سبب ظهور الحياة في تفاعل خاص بين الذرات الأصغر والأبدية وغير القابلة للتجزئة. أوضح أفلاطون (428-347 قبل الميلاد) وأرسطو (384-322 قبل الميلاد) أصل الحياة على الأرض من خلال التأثير الإعجازي على مادة هامدة لمبدأ أسمى يغرس الروح في أشياء من الطبيعة.

تبين أن فكرة وجود نوع ما من "قوة الحياة" التي تساهم في ظهور الكائنات الحية هي فكرة ثابتة للغاية. شكلت وجهات النظر حول أصل الحياة على الأرض بين العديد من العلماء الذين عاشوا في العصور الوسطى وما بعدها ، حتى نهاية القرن التاسع عشر.

نظرية التوليد التلقائي

أنتوني فان ليوينهوك (1632-1723) ، مع اختراع المجهر ، جعل أصغر الكائنات الحية الدقيقة التي اكتشفها موضوع الجدل الرئيسي بين العلماء الذين شاركوا نظريتين رئيسيتين عن أصل الحياة على الأرض - التولد الحيوي والتكوين التلقائي. يعتقد الأول أن جميع الكائنات الحية يمكن أن تكون نتاجًا للكائنات الحية فقط ، بينما يعتقد الأخير أن التوليد التلقائي للمادة العضوية في الحلول الموضوعة في ظل ظروف خاصة أمر ممكن. جوهر هذا الخلاف لم يتغير حتى الآن.

أثبتت تجارب بعض علماء الطبيعة إمكانية الظهور التلقائي لأبسط الكائنات الحية الدقيقة ، وقد نفى أنصار التولد الحيوي تمامًا مثل هذا الاحتمال. أثبت لويس باستور (1822-1895) ، بأساليب علمية بحتة ، من خلال الدقة العالية لتجاربه ، عدم وجود قوة حياة أسطورية تنتقل عبر الهواء وتولد بكتيريا حية. ومع ذلك ، في أعماله ، اعترف بإمكانية التولد التلقائي في بعض الظروف الخاصة ، والتي كان على علماء الأجيال القادمة اكتشافها.

نظرية التطور

هزت أعمال تشارلز داروين العظيم (1809-1882) أسس العديد من العلوم الطبيعية. إن ظهور مجموعة كبيرة ومتنوعة من الأنواع البيولوجية من سلف واحد مشترك ، والذي أعلن عنه ، جعل مرة أخرى أصل الحياة على الأرض أهم قضية في العلم. واجهت نظرية الانتقاء الطبيعي ، في البداية ، صعوبة في العثور على مؤيديها ، وهي تتعرض الآن لهجمات حرجة تبدو معقولة تمامًا ، لكن الداروينية هي التي تقوم عليها العلوم الطبيعية الحديثة.

بعد داروين ، لم يستطع علم الأحياء اعتبار أصل الحياة على الأرض من نفس المواقف. كان العلماء من العديد من فروع العلوم البيولوجية مقتنعين بحقيقة المسار التطوري لتطور الكائنات الحية. على الرغم من أن الآراء الحديثة حول السلف المشترك ، التي وضعها داروين في قاعدة شجرة الحياة ، قد تغيرت في كثير من النواحي ، فإن حقيقة المفهوم العام لا تتزعزع.

نظرية الحالة الثابتة

كان لدحض المختبر للتوليد التلقائي العفوي للبكتيريا والكائنات الدقيقة الأخرى ، وإدراك التركيب الكيميائي الحيوي المعقد للخلية ، جنبًا إلى جنب مع أفكار الداروينية ، تأثير خاص على ظهور إصدارات بديلة من نظرية أصل الحياة على أرض. في عام 1880 ، اقترح ويليام براير (1841-1897) أحد الأحكام الجديدة. كان يعتقد أنه لا توجد حاجة للحديث عن ولادة الحياة على كوكبنا ، لأنها موجودة إلى الأبد ، وليس لها بداية على هذا النحو ، فهي لا تتغير ومستعدة باستمرار للولادة الجديدة في أي ظروف مناسبة.

إن أفكار بريير وأتباعه هي فقط ذات أهمية تاريخية وفلسفية بحتة ، لأنه في المستقبل ، قام علماء الفلك والفيزياء بحساب شروط الوجود المحدود لأنظمة الكواكب ، وثبت توسعًا ثابتًا ولكن ثابتًا للكون ، أي أنه لم يكن أبدًا أيضًا. أبدي أو ثابت.

رددت الرغبة في اعتبار العالم كيانًا حيًا عالميًا واحدًا آراء العالم والفيلسوف العظيم من روسيا - فلاديمير إيفانوفيتش فيرنادسكي (1863-1945) ، الذي كان لديه أيضًا فكرته الخاصة عن أصل الحياة على الأرض. لقد استند إلى فهم الحياة باعتبارها سمة متكاملة للكون ، الكون. وفقًا لفيرنادسكي ، فإن حقيقة أن العلم لم يتمكن من العثور على طبقات لا تحتوي على آثار لمواد عضوية تحدثت عن الخلود الجيولوجي للحياة. إحدى الطرق التي ظهرت بها الحياة على كوكب صغير ، اتصلت Vernadsky باتصالاتها مع الأجسام الفضائية - المذنبات والكويكبات والنيازك. هنا تندمج نظريته مع نسخة أخرى ، والتي أوضحت أصل الحياة على الأرض بطريقة البانسبيرميا.

مهد الحياة هو الفضاء

Panspermia (اليونانية - "خليط البذور" ، "البذور في كل مكان") تعتبر الحياة خاصية أساسية للمادة ولا تشرح طرق حدوثها ، ولكنها تطلق على الفضاء مصدر جراثيم الحياة التي تقع على الأجرام السماوية ذات الظروف المناسبة لها " إنبات".

يمكن العثور على أول ذكر للمفاهيم الأساسية لـ panspermia في كتابات الفيلسوف اليوناني القديم Anaxagoras (500-428 قبل الميلاد) ، وفي القرن الثامن عشر تحدث الدبلوماسي والجيولوجي الفرنسي Benoit de Maillet (1656-1738) عنها. تم إحياء هذه الأفكار من قبل Svante August Arrhenius (1859-1927) ، Lord Kelvin William Thomson (1824-1907) و Hermann von Helmholtz (1821-1894).

إن دراسة التأثير القاسي للإشعاع الكوني على الكائنات الحية وظروف درجة حرارة الفضاء بين الكواكب جعلت مثل هذه الفرضيات حول أصل الحياة على الأرض ليست ذات صلة كبيرة ، ولكن مع بداية عصر الفضاء ، ازداد الاهتمام بالبيسبيرميا.

في عام 1973 ، اقترح فرانسيس كريك الحائز على جائزة نوبل (1916-2004) الإنتاج خارج كوكب الأرض للأنظمة الحية الجزيئية ودخولها إلى الأرض باستخدام النيازك والمذنبات. في الوقت نفسه ، قدر فرص التولد الذاتي على كوكبنا بأنها منخفضة جدًا. لم يعتبر العالم البارز أصل وتطور الحياة على الأرض من خلال طريقة التجميع الذاتي للمواد العضوية عالية المستوى حقيقة واقعة.

تم العثور على هياكل بيولوجية متحجرة في النيازك في جميع أنحاء الكوكب ، وتم العثور على آثار مماثلة في عينات التربة التي تم جلبها من القمر والمريخ. من ناحية أخرى ، يتم إجراء العديد من التجارب حول معالجة الهياكل الحيوية من خلال التأثيرات المحتملة عندما تكون في الفضاء الخارجي وعند المرور عبر جو مشابه لجو الأرض.

تم إجراء تجربة مهمة في عام 2006 كجزء من مهمة Deep Impact. صدم المذنب تمبل بواسطة مسبار خاص ، تم إطلاقه بواسطة جهاز آلي. أظهر تحليل المادة المذنبة التي تم إطلاقها نتيجة التأثير وجود الماء والمركبات العضوية المختلفة فيه.

الخلاصة: منذ نشأتها ، تغيرت نظرية البانسبيرميا بشكل كبير. يفسر العلم الحديث بطريقة مختلفة تلك العناصر الأساسية للحياة التي يمكن توصيلها إلى كوكبنا الشاب من خلال الأجسام الفضائية. تثبت الأبحاث والتجارب جدوى الخلايا الحية في ظل ظروف السفر بين الكواكب. كل هذا يجعل فكرة وجود أصل خارج الأرض للحياة الأرضية ذات صلة. المفاهيم الرئيسية لأصل الحياة على الأرض هي النظريات ، حيث يتم تضمين البانسبيرميا إما كجزء رئيسي ، أو كطريقة لإيصال المكونات إلى الأرض لتكوين مادة حية.

نظرية أوبارين هالدين للتطور الكيميائي الحيوي

ظلت فكرة التوليد التلقائي للكائنات الحية من المواد غير العضوية دائمًا البديل الوحيد تقريبًا للخلق ، وفي عام 1924 تم نشر دراسة من 70 صفحة ، مما أعطى هذه الفكرة قوة نظرية متطورة ومثبتة جيدًا. أُطلق على هذا العمل اسم "أصل الحياة" ، وكان مؤلفه عالمًا روسيًا - ألكسندر إيفانوفيتش أوبارين (1894-1980). في عام 1929 ، عندما لم تكن أعمال أوبارين قد تمت ترجمتها إلى الإنجليزية بعد ، تم التعبير عن مفاهيم مماثلة لأصل الحياة على الأرض من قبل عالم الأحياء الإنجليزي جون هالدين (1860-1936).

اقترح Oparin أنه إذا كان الغلاف الجوي البدائي لكوكب الأرض الشاب يتناقص (أي لا يحتوي على أكسجين) ، فإن انفجارًا قويًا للطاقة (مثل البرق أو الأشعة فوق البنفسجية) يمكن أن يعزز تخليق المركبات العضوية من مادة غير عضوية. في المستقبل ، يمكن أن تشكل مثل هذه الجزيئات جلطات وعناقيد - قطرات متقاربة ، وهي كائنات أولية ، تتشكل حولها قمصان الماء - أساسيات غلاف الغشاء ، يحدث التقسيم الطبقي ، مما يولد فرقًا في الشحنة ، مما يعني أن الحركة هي بداية عملية التمثيل الغذائي ، وأساسيات التمثيل الغذائي ، وما إلى ذلك ، تم اعتبار Coacervates أساسًا لبدء العمليات التطورية التي أدت إلى إنشاء أشكال الحياة الأولى.

قدم هالدين مفهوم "الحساء البدائي" - المحيط الأرضي الأولي ، والذي أصبح مختبرًا كيميائيًا ضخمًا متصلًا بمصدر طاقة قوي - ضوء الشمس. أدى الجمع بين ثاني أكسيد الكربون والأمونيا والأشعة فوق البنفسجية إلى تجمع مركّز من المونومرات العضوية والبوليمرات. بعد ذلك ، ارتبطت هذه التكوينات بظهور غشاء دهني حولها ، وأدى تطورها إلى تكوين خلية حية.

المراحل الرئيسية لأصل الحياة على الأرض (حسب Oparin-Haldane)

وفقًا لنظرية ظهور الكون من مجموعة من الطاقة ، حدث الانفجار العظيم منذ حوالي 14 مليار سنة ، واكتمل إنشاء كواكب النظام الشمسي قبل حوالي 4.6 مليار سنة.

اكتسبت الأرض الفتية ، التي تم تبريدها تدريجياً ، قشرة صلبة ، حدث حولها تكوين الغلاف الجوي. احتوى الغلاف الجوي الأولي على بخار الماء والغازات ، والتي عملت فيما بعد كمواد خام للتخليق العضوي: أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد ، وكبريتيد الهيدروجين ، والميثان ، والأمونيا ، ومركبات السيانيد.

أدى القصف بواسطة الأجسام الفضائية التي تحتوي على مياه مجمدة وتكثيف بخار الماء في الغلاف الجوي إلى تكوين المحيط العالمي ، حيث تم إذابة العديد من المركبات الكيميائية. رافقت العواصف الرعدية القوية تكوين الغلاف الجوي الذي تغلغلت من خلاله الأشعة فوق البنفسجية القوية. في ظل هذه الظروف ، تم تصنيع الأحماض الأمينية والسكريات والمواد العضوية البسيطة الأخرى.

في نهاية المليار سنة الأولى من وجود الأرض ، بدأت عملية البلمرة في الماء لأبسط المونومرات إلى بروتينات (عديد الببتيدات) والأحماض النووية (عديد النيوكليوتيدات). بدأوا في تكوين مركبات بيولوجية - متداخلة (مع أساسيات النواة والتمثيل الغذائي والغشاء).

3.5-3 مليار سنة قبل الميلاد - مرحلة تكوين البروتوبيونات مع التكاثر الذاتي ، والتمثيل الغذائي المنظم ، والغشاء ذو ​​النفاذية المتغيرة.

3 مليارات سنة قبل الميلاد ه. - ظهور الكائنات الخلوية ، والأحماض النووية ، والبكتيريا الأولية ، وبداية التطور البيولوجي.

دليل تجريبي لفرضية Oparin-Haldane

قام العديد من العلماء بتقييم إيجابي للمفاهيم الأساسية لأصل الحياة على الأرض بناءً على النشوء التلقائي ، على الرغم من أنهم وجدوا منذ البداية اختناقات وتناقضات في نظرية أوبارين هالدين. في بلدان مختلفة ، بدأ العمل في إجراء دراسات اختبارية للفرضية ، وأشهرها هي التجربة الكلاسيكية التي أجريت عام 1953 بواسطة العالمين الأمريكيين ستانلي ميلر (1930-2007) وهارولد أوري (1893-1981).

كان جوهر التجربة هو محاكاة ظروف الأرض المبكرة في المختبر ، حيث يمكن أن يحدث تخليق أبسط المركبات العضوية. كان خليط الغاز المتداول في الجهاز مشابهًا في تكوينه للغلاف الجوي الأساسي للأرض. قدم تصميم الجهاز تقليدًا للنشاط البركاني ، ونتج عن التفريغ الكهربائي الذي يمر عبر الخليط تأثير البرق.

بعد أسبوع من تداول الخليط عبر النظام ، لوحظ انتقال عُشر الكربون إلى مركبات عضوية ، وتم العثور على الأحماض الأمينية والسكريات والدهون والمركبات التي تسبق الأحماض الأمينية. أكدت التجارب المتكررة والمعدلة تمامًا إمكانية التولد الذاتي في ظل ظروف محاكاة للأرض المبكرة. في السنوات اللاحقة ، أجريت تجارب متكررة في مختبرات أخرى. تمت إضافة كبريتيد الهيدروجين إلى تكوين خليط الغاز كمكون محتمل للقذف البركاني ، وتم إجراء تغييرات أخرى غير جذرية. في معظم الحالات ، كانت التجربة في تخليق المركبات العضوية ناجحة ، على الرغم من أن محاولات الذهاب إلى أبعد من ذلك والحصول على عناصر أكثر تعقيدًا تقترب من تكوين الخلية الحية لم تنجح.

عالم RNA

بحلول نهاية القرن العشرين ، أصبح من الواضح أن العديد من العلماء الذين لم يتوقفوا أبدًا عن الاهتمام بمشكلة أصل الحياة على الأرض ، على الرغم من تناغم الإنشاءات النظرية والتأكيد التجريبي الواضح ، فإن نظرية Oparin-Haldane كانت واضحة. ، ربما عيوب لا يمكن التغلب عليها. كان السبب الرئيسي هو استحالة تفسير ظهور الخصائص المحددة للكائن الحي في البروتوبيونات - لتتكاثر مع الحفاظ على السمات الوراثية. مع اكتشاف الهياكل الخلوية الجينية ، مع تحديد وظيفة وبنية الحمض النووي ، مع تطور علم الأحياء الدقيقة ، ظهر مرشح جديد لدور جزيء الحياة البدائي.

أصبحوا جزيء الحمض النووي الريبي - RNA. هذا الجزيء الكبير ، الذي هو جزء من جميع الخلايا الحية ، هو سلسلة من النيوكليوتيدات - أبسط الروابط العضوية ، تتكون من ذرات النيتروجين ، والسكريات الأحادية - الريبوز ومجموعة الفوسفات. إن تسلسل النيوكليوتيدات هو رمز المعلومات الوراثية ، وفي الفيروسات ، على سبيل المثال ، يلعب الحمض النووي الريبي الدور الذي يلعبه الحمض النووي في الهياكل الخلوية المعقدة.

بالإضافة إلى ذلك ، اكتشف العلماء القدرة الفريدة لبعض جزيئات RNA على كسر سلاسل أخرى أو لصق عناصر RNA فردية ، وبعضها يلعب دور المحفزات الذاتية - أي أنها تساهم في التكاثر الذاتي السريع. إن الحجم الصغير نسبيًا لجزيء الحمض النووي الريبي (RNA) وبنيته المبسطة ، مقارنةً بالحمض النووي ، (في خيط واحد) جعل حمض الريبونوكليك المرشح الرئيسي لدور العنصر الرئيسي في أنظمة ما قبل البيولوجيا.

تمت صياغة النظرية الجديدة النهائية لأصل المادة الحية على الكوكب في عام 1986 من قبل والتر جيلبرت (مواليد 1932) ، عالم فيزياء وعالم ميكروبيولوجي وكيميائي حيوي أمريكي. لم يتفق جميع الخبراء مع وجهة النظر هذه حول أصل الحياة على الأرض. تسمى باختصار "عالم RNA" ، لا يمكن لنظرية بنية عالم ما قبل علم الأحياء لكوكبنا الإجابة على السؤال البسيط حول كيفية ظهور أول جزيء RNA بخصائص مرغوبة ، حتى لو كان هناك قدر هائل من "مواد البناء" في شكل من أشكال النيوكليوتيدات ، إلخ.

عالم الهيئة العامة للإسكان

حاول سيمون نيكولاس بلاتس العثور على الإجابة في مايو 2004 ، وفي عام 2006 مجموعة من العلماء بقيادة باسكال إهرنفريوند. تم اقتراح الهيدروكربونات متعددة الحلقات كمواد أولية لـ RNA بخصائص تحفيزية.

استند عالم الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات إلى الوفرة العالية لهذه المركبات في الفضاء المرئي (ربما كانت موجودة في "الحساء البدائي" للأرض الفتية) وخصائص بنيتها على شكل حلقة ، والتي تساهم في الارتباط السريع بالنيتروجين. القواعد - المكونات الرئيسية للحمض النووي الريبي. تتحدث نظرية الهيدروكربونات الأروماتية متعددة الحلقات مرة أخرى عن موضوعية بعض أحكام البانسبيرميا.

حياة فريدة من نوعها على كوكب فريد من نوعه

حتى تتاح الفرصة للعلماء للعودة قبل 3 مليارات سنة ، لن يتم الكشف عن لغز أصل الحياة على كوكبنا - العديد من أولئك الذين تعاملوا مع هذه المشكلة توصلوا إلى هذا الاستنتاج. المفاهيم الرئيسية لأصل الحياة على الأرض هي: نظرية التولد الذاتي ونظرية البانسبيرميا. يمكن أن تتداخل في نواح كثيرة ، ولكن على الأرجح لن تكون قادرة على الإجابة: كيف ظهر نظام متوازن بشكل مدهش للأرض والقمر ، القمر ، في الكون الشاسع ، وكيف نشأت الحياة عليه ...

فرضيات أصل الحياة

يعد أصل الحياة على الأرض من أهم مشاكل العلوم الطبيعية. على مدار عشرات القرون ، تغيرت الآراء حول مشكلة الحياة ، وتم التعبير عن أفكار وفرضيات ومفاهيم مختلفة. انتشر بعضها في فترات مختلفة من تاريخ تطور العلوم الطبيعية. يوجد حاليًا خمس فرضيات لأصل الحياة:

1. نظرية الخلق هي فرضية تنص على أن الحياة قد خلقها كائن خارق للطبيعة كنتيجة لفعل من أعمال الخلق. لديه اطول تاريخ. إنه يقوم على وجود قوة خاصة في الكائنات الحية ، "الروح" ، التي تتحكم في جميع عمليات الحياة.

2. فرضية الحالة الثابتة ، والتي بموجبها لم تنشأ الحياة أبدًا ، ولكنها كانت موجودة دائمًا. مع التغير في الظروف الطبيعية ، تغيرت الأنواع أيضًا: اختفى بعضها ، وظهر البعض الآخر. بناءً على بحث أجراه علماء الحفريات.

3. طُرحت فرضية التوليد التلقائي للحياة ، التي تقوم على فكرة الظهور المتكرر للحياة من مادة غير حية ، في الصين والهند القديمة كبديل لنظرية الخلق. تم دعم هذه الفرضية من قبل أفلاطون وأرسطو وجاليليو وديكارت ولامارك. جوهر الفرضية: نشأت الكائنات الحية السفلية من الطمي والتربة الرطبة واللحوم المتعفنة. في دحض هذه الفرضية ، صاغ ف. ريدي المبدأ: "كل الكائنات الحية تأتي من الكائنات الحية" ، بعد أن وجد سبب ظهور الديدان على اللحوم المتعفنة. باستور ، من خلال تجاربه على الفيروسات ، أثبت أخيرًا تناقض فكرة الأصل التلقائي للحياة.

4. فرضية البانسبيرميا ، والتي بموجبها تم إحضار الحياة إلى الأرض من الفضاء الخارجي. تم التعبير عنها لأول مرة من قبل جي ريختر في نهاية القرن التاسع عشر. يسمح هذا المفهوم بإمكانية نشوء الحياة في أوقات مختلفة في أجزاء مختلفة من الكون ونقلها إلى الأرض بطرق مختلفة (النيازك والكويكبات والغبار الكوني).

5. فرضية الأصل التاريخي للحياة من خلال التطور البيوكيميائي. المؤلفان هما A. Oparin و S. Haldane. من وجهة نظر فرضية A.Oparin ، وكذلك من وجهة نظر العلم الحديث ، فإن ظهور الحياة من مادة غير حية حدث نتيجة للعمليات الطبيعية في الكون خلال التطور الطويل للمادة. حدد A. Oparin عدة مراحل من التطور الكيميائي الحيوي ، والهدف النهائي منها كان خلية حية بدائية. ذهب التطور وفقًا للمخطط:

أ) التطور الجيوكيميائي لكوكب الأرض ، تخليق أبسط المركبات مثل ثاني أكسيد الكربون ، NH3 ، H2O ، إلخ ، انتقال الماء من بخار إلى حالة سائلة نتيجة التبريد التدريجي للأرض. تطور الغلاف الجوي والغلاف المائي.

ب) تكون المواد العضوية من المركبات غير العضوية - الأحماض الأمينية - وتراكمها في المحيط الأولي نتيجة للتأثير الكهرومغناطيسي للشمس والإشعاع الكوني والتفريغ الكهربائي.

ج) المضاعفات التدريجية للمركبات العضوية وتكوين الهياكل البروتينية.

د) عزل التراكيب البروتينية عن البيئة وتكوين مجمعات مائية وخلق قشرة مائية حول البروتينات.

هـ) اندماج هذه المجمعات وتكوين حواجز قادرة على تبادل المادة والطاقة مع البيئة.

هـ) امتصاص المعادن بواسطة الكواكب مما أدى إلى تكوين الإنزيمات التي تسرع العمليات البيوكيميائية.

ز) تكوين حدود دهنية كارهة للماء بين المحيطات والبيئة الخارجية ، مما أدى إلى تكوين أغشية شبه قابلة للنفاذ ، مما يضمن استقرار عمل المحار.

ح) التطور في مسار التطور في هذه التشكيلات لعمليات التنظيم الذاتي والتكاثر الذاتي.

وفقًا للأكاديمي ف. فيرنادسكي ، فإن ظهور الحياة مرتبط بقفزة قوية ، والتي أدخلت الكثير من التناقضات في التطور لدرجة أنها أوجدت ظروف ولادة المادة الحية. التعقيد الشديد لتنظيم المادة الحية هو دليل على أن أصل الحياة هو نتيجة لعملية طويلة من التطور البيولوجي.

6. النظرية الحديثة للتطور البيولوجي

يُفهم التطور على أنه أحد أشكال الحركة التي تتميز بتغيرات تدريجية ومستمرة ومتراكمة تؤدي إلى تحولات نوعية في تطور الطبيعة الحية. في عملية تكوين النموذج التطوري ، هناك ثلاث مراحل رئيسية:

· المرحلة الأولى - علم الأحياء التقليدي. ألمع ممثل لها هو العالم السويدي ك. لينيوس.

· المرحلة الثانية هي النظرية الكلاسيكية للتطور البيولوجي. الخالق هو عالم الطبيعة الإنجليزي ش.داروين.

· المرحلة الثالثة هي النظرية التركيبية للتطور البيولوجي. كان محتواها نتيجة لأفكار تشارلز داروين وعالم النبات التشيكي ، مؤسس علم الوراثة جي مندل.

كان الأساس النظري العام لعلم الأحياء التقليدي ، الذي سيطر على الفكر البيولوجي من العصور القديمة حتى القرن التاسع عشر ، هو مفهوم الخلق ، الذي انطلق من فكرة الظهور المتزامن لجميع أشكال الحياة على الأرض. كانت مهمة علم الأحياء التقليدي هي بناء تصنيف وتنظيم لجميع الكائنات الحية. كان الإسهام الأكثر أهمية في حل هذه المشكلة هو K. Linnaeus ، الذي أنشأ نظامًا لتصنيف الكائنات الحية ، والذي كشف عن سلامة الكائنات الحية ووحدتها وترابطها واستمراريتها ، الأمر الذي أدى بدوره العلماء إلى فكرة أن الجميع تنوع أشكال الحياة البرية هو نتيجة للتطور البيولوجي. تقوم البيولوجيا التقليدية بتجميع مادتها العلمية من خلال الملاحظة المباشرة للطبيعة الحية ، لذا فهي تستمر في التطور في الوقت الحاضر.

كانت نظرية تشارلز داروين نتيجة تلخيص كمية هائلة من البيانات الواقعية المختلفة. يمكن تلخيص شرح داروين لعملية التطور على النحو التالي:

1. أي مجموعة من الحيوانات والنباتات تتميز بالتنوع. التباين هو أحد الخصائص المتأصلة في الكائنات الحية.

2. عدد الكائنات الحية التي تولد في العالم من كل نوع أكبر بكثير من العدد الذي يمكنه العثور على الطعام والبقاء على قيد الحياة وترك النسل. يموت معظم النسل في كل جيل.

3. نظرًا لأن عدد الأفراد الذين يولدون أكثر مما يمكنهم البقاء على قيد الحياة ، فهناك منافسة وصراع من أجل الغذاء والموئل.

4. التغييرات الوراثية التي تسهل على الكائن الحي البقاء على قيد الحياة في بيئة معينة تمنح أصحابها ميزة على الكائنات الحية الأخرى الأقل تكيفًا. الأفراد الباقون على قيد الحياة يولدون الجيل التالي ، وبالتالي ، يحدث اختيار الممثل الأصلح (الانتقاء الطبيعي).

كان الدافع لتشكيل نظرية التطور التركيبية هو اكتشاف قانون الوراثة وفك تشفير بنية الحمض النووي. النظرية التركيبية للتطور في محتواها هي توليفة من الداروينية وإنجازات البيولوجيا الجزيئية. يكمن جوهر النظرية في تقديم عملية التطور كمنافسة للبرامج الجينية ، والتي تحدد التطور الفردي للكائنات الحية. علاوة على ذلك ، يلعب جهاز البرمجة الرئيسي دورًا مهمًا في تحديد الاتجاه العام للتطور ، وهو المحيط الحيوي ككل. إن المحيط الحيوي هو الذي يحدد سرعة واتجاه التحول التطوري للأنواع المدرجة في تكوينه.

أخلاقيات علم الأحياء

للوهلة الأولى يبدو أنه لا يوجد شيء مشترك بين الأخلاق وعلم الأحياء. بعد كل شيء ، الأخلاق هي فرع من المعرفة الاجتماعية والإنسانية التي تستكشف المجال المثالي للوصفات والمعايير ومبادئ السلوك البشري ، في حين أن علم الأحياء هو أحد العلوم الطبيعية التي تدرك الحقائق الحقيقية التي تميز جوهر الحياة. ومع ذلك ، هناك علاقة بين علم الأحياء والأخلاق. بعد كل شيء ، الإنسان نتاج تطور بيولوجي طويل. وأحد جوانب التطور هو النضال من أجل الوجود ، حيث لا يتم تطبيق التدابير الجسدية فقط ، ولكن أيضًا النفسية ، بما في ذلك المعايير الأخلاقية.

أخلاقيات علم الأحياء هي على وجه التحديد دراسة العمليات العقلية التي نشأت في المراحل الأولى من تطور الأحياء ، وتطورت تدريجياً وأدت إلى ظهور مجموعة من المتطلبات والمبادئ تسمى الأخلاق البشرية. تقترب أخلاقيات البيولوجيا في اتجاه اهتماماتها من موضوع دراسة العلوم الاجتماعية والإنسانية ، ودراسة المشكلات الرئيسية التالية:

· مشاكل الأصول البيولوجية العميقة للمبادئ الأخلاقية للسلوك البشري ، ومظاهر أساسيات هذه المبادئ في سلوك الكائنات الحية بالفعل في المراحل الأولى من التطور البيولوجي.

· حسم على هذا الأساس قضايا الارتباط في المبادئ الأخلاقية للإنسان الخلقية والمكتسبة والبيولوجية والاجتماعية واللاوعي.

· تطوير مجموعة من المعايير الأخلاقية الجديدة ، والتي ترتبط أهميتها بإمكانية حدوث عواقب وخيمة على البشر لأكبر اكتشافات علم الأحياء الحديث ، ولا سيما علم الوراثة.

البرامج السلوكية المعقدة المتأصلة في عالم الحيوان وقواعد الأخلاق البشرية لها أصل حيوي واحد. بناءً على ذلك ، تطرح أخلاقيات علم الأحياء باعتبارها فكرة مركزية فكرة أن مبادئ السلوك البشري ليس لها متطلبات اجتماعية فحسب ، بل بيولوجية أيضًا. تكتشف أخلاقيات علم الأحياء في عالمنا الداخلي وفي سلوكنا ، بالإضافة إلى الأشكال التي تم إنشاؤها بواسطة العقل والثقافة والمجتمع ، هناك أيضًا أشكال بسبب البرامج الوراثية القديمة الموروثة من أسلافنا من الحيوانات. من المجالات المهمة لأخلاقيات البيولوجيا الحديثة البحث عن مناهج جديدة للتقييم الأخلاقي لظواهر مثل القتل الرحيم وانتهاك اليقين الجنسي والاستنساخ.



فرضيات أصل الحياة على الأرض

إن مشكلة الحياة والمعيشة هي موضوع دراسة العديد من التخصصات الطبيعية ، بدءًا من علم الأحياء وانتهاءً بالفلسفة والرياضيات ، التي تنظر في النماذج المجردة للظاهرة الحية ، وكذلك الفيزياء ، التي تحدد الحياة من وجهة نظر القوانين الفيزيائية . أدت قرون من البحث ومحاولات حل هذه المشكلات إلى ظهور فرضيات مختلفة حول أصل الحياة.

وفقًا لموقفين من النظرة إلى العالم - المادي والمثالي - حتى في الفلسفة القديمة ، تطورت مفاهيم معاكسة لأصل الحياة: الخلق والنظرية المادية لأصل الطبيعة العضوية من غير العضوية. يجادل أنصار نظرية الخلق بأن الحياة نشأت نتيجة فعل من أعمال الخلق الإلهي ، والدليل على ذلك هو وجود قوة خاصة في الكائنات الحية تتحكم في جميع العمليات البيولوجية. يجادل أنصار أصل الحياة من الطبيعة غير الحية بأن الطبيعة العضوية نشأت بسبب عمل القوانين الطبيعية. في وقت لاحق ، تم تجسيد هذا المفهوم في فكرة التوليد التلقائي للحياة.

إذن ، هناك الفرضيات التالية حول أصل الحياة.

1. الخلق . وفقًا لمفهوم الخلق ، نشأت الحياة نتيجة خارقة للطبيعة ، أي انتهاك قوانين الفيزياء ، أحداث الماضي. يتبع مفهوم الخلق أتباع جميع الديانات الأكثر شيوعًا تقريبًا. وفقًا للأفكار اليهودية المسيحية التقليدية حول خلق العالم ، المنصوص عليها في سفر التكوين ، تم إنشاء العالم وجميع الكائنات الحية التي تعيش فيه من قبل الخالق القدير في 6 أيام لمدة 24 ساعة. ومع ذلك ، في الوقت الحاضر ، لا يتعامل العديد من المسيحيين مع الكتاب المقدس على أنه كتاب علمي ويعتقدون أنه يحتوي على الوحي اللاهوتي حول خلق الله لجميع الكائنات الحية في شكل يمكن فهمه لجميع الناس في كل العصور.

منطقيا ، لا يمكن أن يكون هناك تناقض بين التفسيرات العلمية واللاهوتية لخلق العالم. هذين المجالين من الفكر متنافيان. يتعرف اللاهوت على الحقيقة من خلال الوحي الإلهي والإيمان ويعترف بالأشياء التي لا يوجد دليل عليها بالمعنى العلمي للكلمة. يستخدم العلم بشكل مكثف الملاحظة والتجربة ، فالحقيقة العلمية تحتوي دائمًا على عنصر الفرضية ، بينما بالنسبة للمؤمن الحقيقة اللاهوتية مطلقة. يُنظر إلى عملية الخلق الإلهي للعالم على أنها حدثت مرة واحدة ، وبالتالي فهي غير متاحة للمراقبة. إن مفهوم الخلق الإلهي للعالم هو خارج نطاق البحث العلمي ، لذا فإن العلم الذي يتعامل مع الظواهر التي يمكن ملاحظتها لا يمكن أبدًا إثبات أو دحض هذا المفهوم.

يتحدث المبدأ الإنساني ، الذي تمت صياغته في السبعينيات من القرن الحالي ، لصالح الطبيعة غير العشوائية لعملية نشأة الحياة وتطورها. يكمن جوهرها في حقيقة أنه حتى الانحرافات الطفيفة في قيمة أي من الثوابت الأساسية تؤدي إلى استحالة الظهور في الكون لهياكل عالية التنظيم ، وبالتالي الحياة. وبالتالي ، فإن الزيادة في ثابت بلانك بنسبة 10٪ تجعل من المستحيل على البروتون أن يتحد مع النيوترون ، أي يجعل التخليق النووي مستحيلا. سيؤدي انخفاض ثابت بلانك بنسبة 10٪ إلى تكوين نظير مستقر 2 He ، مما يؤدي إلى احتراق كل الهيدروجين في المراحل الأولى من توسع الكون. قد تشير الطبيعة غير العشوائية لقيم الثوابت الأساسية إلى وجود "خطة إبداعية" منذ بداية تكوين الكون ، مما يدل على وجود الخالق ، مؤلف هذه الخطة.

2. فرضية الأصل التلقائي للحياة . وفقًا لأرسطو ، تحتوي "جسيمات" معينة من المادة على نوع من "المبدأ النشط" ، والذي ، في ظل ظروف مناسبة ، يمكن أن يخلق كائنًا حيًا.

انتشرت فرضية الأصل التلقائي للحياة في الصين القديمة وبابل ومصر كبديل لنظرية الخلق. بعد إيمبيدوكليس ، وهو من أوائل من عبروا عن فكرة التطور العضوي ، التزم أرسطو بمفهوم الأصل التلقائي للحياة ، وربط جميع الكائنات الحية في "سلم الطبيعة". وفقًا لأرسطو ، تحتوي "جسيمات" معينة من المادة على نوع من "المبدأ النشط" ، والذي ، في ظل ظروف مناسبة ، يمكن أن يخلق كائنًا حيًا. هذه البداية ، وفقًا لأرسطو ، موجودة في البويضة المخصبة ، في ضوء الشمس والطين واللحوم المتعفنة. في عام 1688 ، شكك الطبيب الإيطالي فرانشيسكو ريدي في نظرية التوليد التلقائي للحياة وأجرى سلسلة من التجارب التي أظهر فيها أن الحياة لا يمكن أن تنشأ إلا من حياة سابقة (مفهوم التولد الحيوي). قام لويس باستور (1860) أخيرًا بدحض نظرية الأصل التلقائي للحياة وأثبت صحة نظرية التكوين الحيوي. أظهرت تجارب L. Pasteur أن الكائنات الحية الدقيقة تظهر في المحاليل العضوية بسبب حقيقة أن أجنةها قد تم إدخالها هناك سابقًا. إذا تمت حماية وعاء يحتوي على وسط غذائي من دخول الميكروبات إليه ، فلن يحدث توليد تلقائي للحياة.

لعب مفهوم النشوء التلقائي دورًا إيجابيًا ، على الرغم من كونه خاطئًا. التجارب المصممة لتأكيد أنها قدمت مادة تجريبية غنية لتطوير العلوم البيولوجية. حدث الرفض النهائي لفكرة التوليد التلقائي في القرن التاسع عشر فقط.

أدى تأكيد نظرية التكوين الحيوي إلى ظهور مشكلة الكائن الحي الأول الذي نشأت منه جميع الكائنات الأخرى. في جميع النظريات (باستثناء نظرية الحالة الثابتة) ، يُفهم ضمنيًا أنه في مرحلة ما من تاريخ الحياة كان هناك انتقال من الجماد إلى الحياة. كيف حدث هذا؟

3. فرضية الحالة الثابتة . وفقًا لهذه الفرضية ، لم تنشأ الأرض أبدًا ، ولكنها كانت موجودة إلى الأبد ؛ كانت الأرض دائمًا قادرة على دعم الحياة. كانت الأنواع موجودة دائمًا ، ولكل نوع احتمالان فقط: التغيير في الأرقام أو الانقراض.

4. فرضية Panspermia يدعي أن الحياة يمكن أن تكون قد نشأت مرة واحدة أو أكثر في أوقات مختلفة وفي أماكن مختلفة من الكون. نشأت هذه الفرضية في الستينيات من القرن التاسع عشر وترتبط باسم العالم الألماني جي.ريختر. في وقت لاحق ، تمت مشاركة مفهوم panspermia من قبل علماء بارزين مثل S. Arrhenius ، G. Helmholtz ، V.I. فيرنادسكي. لإثبات هذه النظرية ، يتم استخدام مشاهد UFO واللوحات الصخرية للأجانب القديمة والشبيهة بالصواريخ والأجانب ، وما إلى ذلك. تسمح لنا أبحاث الفضاء السوفيتية والأمريكية بالنظر في احتمال العثور على حياة خارج كوكب الأرض داخل النظام الشمسي على أنه احتمال ضئيل ، لكنها لا توفر أسسًا لتأكيد أو دحض وجود الحياة خارجها. عند دراسة مادة النيازك والمذنبات ، تم العثور على العديد من "سلائف الكائنات الحية" (السيانوجين ، وحمض الهيدروسيانيك ، وما إلى ذلك) ، والتي يمكن أن تلعب دور "بذور" الحياة. مهما كان الأمر ، فإن نظرية البانسبيرميا ليست نظرية عن أصل الحياة على هذا النحو ؛ إنه ببساطة ينقل مشكلة أصل الحياة إلى مكان آخر في الكون.

في بداية القرن العشرين. تم تطوير فكرة الأصل الكوني للأنظمة البيولوجية على الأرض وخلود وجود الحياة في الفضاء من قبل العالم الروسي الأكاديمي ف. فيرنادسكي.

5. فرضية الوجود الأبدي للحياة . تم طرحه في القرن التاسع عشر. لقد تم اقتراح أن الحياة موجودة في الفضاء وتنتقل من كوكب إلى آخر.

6. فرضية التطور البيوكيميائي. يقدر عمر الأرض بـ 4.5-5 مليار سنة. في الماضي البعيد ، كانت درجة الحرارة على سطح كوكبنا 4000-8000 درجة مئوية. ومع تبريده ، يتكثف الكربون والمزيد من المعادن المقاومة للحرارة لتشكيل قشرة الأرض ؛ نتيجة للنشاط البركاني والحركات المستمرة للقشرة والضغط الناجم عن التبريد ، حدث تكوين طيات وتمزق. كان من الواضح أن الغلاف الجوي للأرض في العصور القديمة كان يتقلص (تحتوي أقدم صخور الأرض على معادن في شكل مختزل ، مثل الحديد الحديدية ، والصخور الأحدث تحتوي على معادن في شكل مؤكسد ، مثل الحديد الحديدي). عمليا لم يكن هناك أكسجين في الغلاف الجوي. يرتبط ظهور الحياة ارتباطًا وثيقًا بظهور محيطات الأرض ، والذي حدث منذ حوالي 3.8 مليار سنة. تشير بيانات الحفريات إلى أن درجة حرارة الماء فيها لم تكن منخفضة للغاية ، لكنها لم تتجاوز 58 درجة مئوية. تم العثور على آثار أقدم الكائنات الحية في الطبقات التي يقدر عمرها بـ 3.2-3.5 مليار سنة.

تم تقديم فرضية التطور الكيميائي الحيوي من قبل الأكاديمي أ. Oparin (1894-1980) في كتاب "أصل الحياة" ، المنشور عام 1924. وذكر أن مبدأ Redi ، الذي يدخل احتكار التخليق الحيوي للمواد العضوية ، صالح فقط للعصر الحديث لوجود كوكبنا. في بداية وجودها ، عندما كانت الأرض بلا حياة ، حدث التوليف اللاأحيائي لمركبات الكربون وما تلاها من تطور بيولوجي سابق عليها.

جوهر فرضية أوبارين هو كما يلي: أصل الحياة على الأرض هو عملية تطورية طويلة لتشكيل المادة الحية في أعماق المادة غير الحية. حدث هذا من خلال التطور الكيميائي ، ونتيجة لذلك تشكلت أبسط المواد العضوية من غير العضوية تحت تأثير العوامل الفيزيائية والكيميائية القوية.

نشأة الحياة A.I. اعتبرها Oparin عملية طبيعية واحدة ، والتي تتكون من التطور الكيميائي الأولي الذي يحدث في ظل ظروف الأرض المبكرة ، والتي انتقلت تدريجياً إلى مستوى جديد نوعيًا - التطور الكيميائي الحيوي. بالنظر إلى مشكلة ظهور الحياة من خلال التطور الكيميائي الحيوي ، يميز Oparin ثلاث مراحل من الانتقال من المادة غير الحية إلى المادة الحية.

المرحلة الأولى - التطور الكيميائي . عندما كانت الأرض لا تزال بلا حياة (منذ حوالي 4 مليارات سنة) ، حدث التوليف اللاأحيائي لمركبات الكربون وتطورها البريبيولوجي اللاحق عليها. تميزت هذه الفترة من تطور الأرض بالعديد من الانفجارات البركانية مع إطلاق كمية هائلة من الحمم الحمراء الساخنة. مع تبريد الكوكب ، تكثف بخار الماء في الغلاف الجوي وسقط على الأرض في زخات مطر ، مشكلاً مساحات شاسعة من الماء (المحيط الأساسي). استمرت هذه العمليات لملايين السنين. تم إذابة أملاح غير عضوية مختلفة في مياه المحيط الأساسي. بالإضافة إلى ذلك ، دخلت المحيطات أيضًا مركبات عضوية مختلفة ، والتي تتشكل باستمرار في الغلاف الجوي تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية ودرجة الحرارة المرتفعة والنشاط البركاني النشط. كان تركيز المركبات العضوية يتزايد باستمرار ، وفي النهاية ، أصبحت مياه المحيط " مرق»من مواد شبيهة بالبروتين - الببتيدات.

الشكل 26 - مخطط أصل الحياة وفقًا لأوبارين

المرحلة الثانية - ظهور البروتينات . عندما خفت الظروف على الأرض ، تحت تأثير التصريفات الكهربائية والطاقة الحرارية والأشعة فوق البنفسجية على الخلائط الكيميائية للمحيط الأساسي ، أصبح من الممكن تكوين مركبات عضوية معقدة - البوليمرات الحيوية والنيوكليوتيدات ، والتي تتحد تدريجياً وتصبح أكثر تعقيدًا ، تحولت إلى protobionts (أسلاف الكائنات الحية قبل الخلوية). كانت نتيجة تطور المواد العضوية المعقدة ظهور الحبيبات أو القطرات المتساقطة. يتلاحم - معقدات من الجسيمات الغروانية ، ينقسم المحلول إلى طبقتين: طبقة غنية بالجزيئات الغروية وسائل يكاد يكون خاليًا منها. تمتلك Coacervates القدرة على امتصاص المواد المختلفة الذائبة في مياه المحيط الأساسي. نتيجة لذلك ، تغيرت البنية الداخلية للحبيبات في اتجاه زيادة ثباتها في الظروف المتغيرة باستمرار. تعتبر نظرية التطور الكيميائي الحيوي أن الكواكب هي أنظمة ما قبل بيولوجية ، وهي مجموعات من الجزيئات محاطة بقشرة مائية. لذلك ، على سبيل المثال ، يمكن أن تمتص المواد من البيئة ، والتفاعل مع بعضها البعض ، وزيادة الحجم ، وما إلى ذلك. ومع ذلك ، على عكس الكائنات الحية ، فإن القطرات المتساقطة ليست قادرة على التكاثر الذاتي والتنظيم الذاتي ، لذلك لا يمكن تصنيفها على أنها أنظمة بيولوجية.

المرحلة الثالثة هي تكوين القدرة على التكاثر الذاتي ، ظهور خلية حية . خلال هذه الفترة ، بدأ الانتقاء الطبيعي في العمل ، أي في كتلة قطرات coacervate ، تم اختيار coacervates ، الأكثر مقاومة لظروف بيئية معينة. استمرت عملية الاختيار لملايين السنين. تمتلك القطرات المتساقطة الباقية بالفعل القدرة على التمثيل الغذائي الأولي ، الخاصية الرئيسية للحياة. في الوقت نفسه ، بعد أن وصلت إلى حجم معين ، انقسمت قطرة الأصل إلى قطرات فرعية احتفظت بخصائص الهيكل الأصلي. وبالتالي ، يمكننا التحدث عن اكتساب المتعاطفين لممتلكات التكاثر الذاتي - وهي واحدة من أهم علامات الحياة. في الواقع ، في هذه المرحلة ، أصبحت الكائنات الحية أبسط الكائنات الحية. مزيد من التطور لهذه الهياكل البريبايولوجية كان ممكنا فقط مع تعقيد عمليات التمثيل الغذائي داخل coacervate.

احتاجت البيئة الداخلية للمحافظة إلى الحماية من التأثيرات البيئية. لذلك ، حول المحار ، الغنية بالمركبات العضوية ، نشأت طبقات من الدهون ، وفصلت الحوائط عن البيئة المائية المحيطة. في عملية التطور ، تم تحويل الدهون إلى الغشاء الخارجي ، مما زاد بشكل كبير من قابلية ومقاومة الكائنات الحية. حدّد ظهور الغشاء مسبقًا اتجاه التطور البيولوجي الإضافي على طول مسار التنظيم الذاتي الأكثر كمالًا ، والذي بلغ ذروته في تكوين الخلية الأولية - الخلية الأصلية. الخلية هي وحدة بيولوجية أولية ، وهي الأساس البنيوي والوظيفي لجميع الكائنات الحية. تقوم الخلايا بعملية التمثيل الغذائي المستقلة ، وهي قادرة على الانقسام والتنظيم الذاتي ، أي كل خصائص الكائنات الحية. من المستحيل تكوين خلايا جديدة من مادة غير خلوية ، ولا يحدث تكاثر الخلايا إلا بسبب الانقسام. يعتبر التطور العضوي بمثابة عملية عالمية لتكوين الخلايا.

يوجد في بنية الخلية: غشاء يحدد محتويات الخلية من البيئة الخارجية ؛ السيتوبلازم ، وهو محلول ملحي مع الإنزيمات القابلة للذوبان والمعلقة وجزيئات الحمض النووي الريبي ؛ نواة تحتوي على كروموسومات ، تتكون من جزيئات الحمض النووي والبروتينات المرتبطة بها.

لذلك ، يجب اعتبار بداية الحياة ظهور نظام عضوي مستقر ذاتي التكاثر (خلية) مع تسلسل ثابت من النيوكليوتيدات. فقط بعد ظهور مثل هذه الأنظمة يمكننا التحدث عن بداية التطور البيولوجي.

حدث الانتقال من الجماد إلى الحي بعد أن نشأت أساسيات نظامين أساسيين من أنظمة الحياة وتطورت على أساس أسلافهما: نظام التمثيل الغذائي ونظام استنساخ الأسس المادية للخلية الحية.

احتمال تشكيل جزيء بروتيني يتكون من 100 حمض أميني من 20 نوعًا بشكل عشوائي وفقًا لنمط معين هو 1/20 100 1/10 130. الخلية الحية عبارة عن مركب من البروتينات والدهون والنيوكليوتيدات المتفاعلة التي تشكل الشفرة الجينية. أبسط خلية تحتوي على أكثر من 2000 إنزيم. احتمال التكوين العشوائي لمثل هذه الهياكل المعقدة ضئيل.

تم إثبات إمكانية التوليف غير الحيوي للبوليمرات الحيوية تجريبياً في منتصف القرن العشرين. في عام 1953 ، قام العالم الأمريكي S. Miller بنمذجة الغلاف الجوي الأساسي للأرض وصنع أحماض الأسيتيك والفورميك واليوريا والأحماض الأمينية عن طريق تمرير الشحنات الكهربائية عبر خليط من الغازات (الماء وثاني أكسيد الكربون والهيدروجين والنيتروجين والميثان). وهكذا ، فقد تم توضيح كيف يمكن تخليق المركبات العضوية المعقدة تحت تأثير العوامل غير الحيوية.

على الرغم من الصلاحية النظرية والتجريبية ، فإن مفهوم Oparin له نقاط قوة ونقاط ضعف. إن قوة المفهوم هي إثبات تجريبي دقيق إلى حد ما للتطور الكيميائي ، حيث أن أصل الحياة هو نتيجة طبيعية للتطور السابق للمادة. الحجة المقنعة لصالح هذا المفهوم هي أيضًا إمكانية التحقق التجريبي من أحكامه الرئيسية. الجانب الضعيف للمفهوم هو استحالة شرح لحظة الانتقال من المركبات العضوية المعقدة إلى الكائنات الحية.

يقدم العالم الألماني م. ايجن. وفقًا لفرضيته ، يتم تفسير أصل الحياة من خلال تفاعل الأحماض النووية والبروتينات. الأحماض النووية هي ناقلات للمعلومات الجينية ، والبروتينات تعمل كمحفزات للتفاعلات الكيميائية. تتكاثر الأحماض النووية وتنقل المعلومات إلى البروتينات. تظهر سلسلة مغلقة - دورة مفرطة ، يتم فيها تسريع عمليات التفاعلات الكيميائية ذاتيًا بسبب وجود المحفزات. في الدراجات النارية الفائقة ، يعمل منتج التفاعل في نفس الوقت كمحفز ومتفاعل أولي. تسمى ردود الفعل هذه بالتحفيز الذاتي.

هناك نظرية أخرى يمكن أن تفسر الانتقال من مرحلة ما قبل علم الأحياء إلى التطور البيولوجي التعاضد . تتيح الأنماط المكتشفة بواسطة التآزر إمكانية توضيح آلية ظهور المادة العضوية من مادة غير عضوية من حيث التنظيم الذاتي من خلال الظهور التلقائي لهياكل جديدة أثناء تفاعل نظام مفتوح مع البيئة.