La Terra si è formata probabilmente 4,5-5 miliardi di anni fa da una gigantesca nube di polvere cosmica. le cui particelle erano compresse in una palla calda. Il vapore acqueo è stato rilasciato da esso nell'atmosfera e l'acqua è caduta dall'atmosfera sulla Terra che si è lentamente raffreddata per milioni di anni sotto forma di pioggia. Un oceano preistorico formatosi nelle depressioni della superficie terrestre. In esso, circa 3,8 miliardi di anni fa, sorse la vita originaria.

Esistono diverse teorie sull’origine della vita sulla Terra. Ad esempio, una delle ipotesi di vecchia data afferma che sia stato portato sulla Terra dallo spazio, ma non ci sono prove conclusive di ciò. Inoltre, la vita che conosciamo è sorprendentemente adattata per esistere proprio in condizioni terrestri, quindi se fosse nata al di fuori della Terra, sarebbe stata su un pianeta di tipo terrestre. La maggior parte degli scienziati moderni ritiene che la vita abbia avuto origine sulla Terra, nei suoi mari. Ma come è nato il pianeta stesso e come sono apparsi i mari su di esso?

Esiste una teoria ampiamente accettata al riguardo. Secondo esso, la Terra era formata da nubi di polvere cosmica contenenti tutti gli elementi chimici conosciuti in natura, compresse in una palla. Il vapore acqueo caldo fuoriuscì dalla superficie di questa palla rovente, avvolgendola in una coltre nuvolosa continua. Il vapore acqueo nelle nuvole si raffreddò lentamente e si trasformò in acqua, che cadde sotto forma di abbondanti piogge continue sull'acqua ancora calda e ardente. Terra. Sulla sua superficie si trasformò nuovamente in vapore acqueo e ritornò nell'atmosfera. Nel corso di milioni di anni, la Terra ha gradualmente perso così tanto calore che la sua superficie liquida ha cominciato a indurirsi mentre si raffreddava. Ecco come si è formata la crosta terrestre.

Passarono milioni di anni e la temperatura della superficie terrestre scese ancora di più. L'acqua piovana smise di evaporare e cominciò a fluire in enormi pozzanghere. Iniziò così l'influenza dell'acqua sulla superficie terrestre. E poi, a causa dell'abbassamento della temperatura, si è verificata una vera e propria alluvione. L'acqua, che in precedenza era evaporata nell'atmosfera e si era trasformata nella sua parte costituente, cadeva continuamente sulla Terra. Potenti acquazzoni cadevano dalle nuvole con tuoni e fulmini. A poco a poco, nelle depressioni più profonde della superficie terrestre, l'acqua si accumulò, che non ebbe più il tempo di evaporare completamente. Ce n'era così tanto che gradualmente sul pianeta si formò un oceano preistorico. I fulmini solcarono il cielo. Ma nessuno l'ha visto. Non c'era ancora vita sulla Terra. La pioggia continua cominciò a erodere le montagne. L'acqua scorreva da loro in ruscelli rumorosi e fiumi tempestosi. Nel corso di milioni di anni, i corsi d'acqua hanno eroso profondamente la superficie terrestre e in alcuni luoghi sono apparse delle valli. Il contenuto di acqua nell'atmosfera è diminuito e si è accumulato sempre di più sulla superficie del pianeta. La continua coltre nuvolosa si assottigliò, finché un bel giorno il primo raggio di sole toccò la Terra. La pioggia continua è cessata. La maggior parte del territorio era coperto dall'oceano preistorico. Dai suoi strati superiori, l'acqua lavò via un'enorme quantità di minerali e sali solubili, che caddero in mare.

Costituiscono ancora la base della vita nei mari e nei corpi d'acqua dolce. Sono così piccoli che possono essere visti solo al microscopio. Ce ne sono migliaia e migliaia in una goccia d'acqua di un piccolo stagno. Lo sviluppo di tutta la vita animale è iniziato con questi più semplici organismi unicellulari. Alla fine del Proterozoico, l'era successiva all'Archeano, 1.000 - 600 milioni di anni fa, esisteva già una fauna abbastanza ricca: meduse, polipi, platelminti, molluschi ed echinodermi.

L'immagine mostra creature primitive vissute circa 600 - 570 milioni di anni fa nel periodo geologico Cambriano, il primo periodo dell'era Paleozoica. Ne siamo venuti a conoscenza per la prima volta attraverso i fossili scoperti dai geologi che studiavano i Monti Cambriani in Gran Bretagna. Da qui il nome del periodo geologico della storia.

Non ci sono tracce degli animali e delle piante più semplici che popolavano il mare alla fine del Proterozoico. Si può solo supporre che si trattasse di organismi costituiti solo da tessuti molli, che dopo la morte si decomponevano rapidamente e completamente. Non c'erano ancora veri pesci nel Cambriano, ma vivevano già celenterati, spugne, archeociati ormai estinti, vermi piatti e policheti, lumache, seppie, gamberi e trilobiti. Questi ultimi sembravano gamberi lunghi fino a 10 cm. Per quel tempo erano dei veri giganti, più grandi di tutte le altre creature. (A quel tempo non c'era vita sulla terra.) Alla fine del Cambriano apparvero già i primi cordati, simili alle moderne lancette. Nel corso dei successivi milioni di anni, gli animali cambiarono gradualmente e nel periodo geologico successivo - il Siluriano, iniziato 500 - 400 milioni di anni fa, oltre a numerosi trilobiti, nuovi abitanti apparvero sul fondo del mare - scorpioni marini.

Nella colonna d'acqua del Mar Siluriano, organismi unicellulari e meduse andavano alla deriva passivamente. E lungo i fondali strisciavano crostacei e trilobiti, vermi e animali protetti da conchiglie, come bivalvi e lumache. Solo pochissimi di loro sapevano nuotare. Anche i primi vertebrati, che già nell'aspetto somigliavano ai pesci, vivevano sui fondali marini. Nel Siluriano apparivano strani "pesci" nei mari e nelle acque dolci, senza mascelle e pinne pari. I loro parenti, le missine e le lamprede, sono sopravvissuti fino ad oggi. Durante il periodo Siluriano apparvero già i primi veri pesci. Questi nuotatori simili a squali avevano un corpo aerodinamico, ricoperto di conchiglia, pinne e una bocca con una mascella mobile a forma di becco fiancheggiata da denti affilati. Circa 450 milioni di anni fa, nel Siluriano, apparvero i primi vertebrati: i pesci. Il corpo di uno dei più antichi, il cefalaspis, era ricoperto di scaglie corazzate e la testa di un guscio osseo. Apparentemente Cephalaspis era un pessimo nuotatore. Nel corso di milioni di anni, nello stesso periodo geologico, si svilupparono due grandi classi di pesci: cartilaginei e ossei (pesci polmonati, con pinne lobate e con pinne raggiate). E i cartilaginei, cioè quelli che hanno uno scheletro cartilagineo, includono squali e razze. Al contrario, lo scheletro dei pesci ossei è costituito parzialmente o interamente da tessuto osseo. I pesci ossei comprendono quasi tutti i pesci commerciali a noi familiari: aringhe, passere, merluzzi e sgombri, carpe, lucci e molti altri. In totale, oggi sulla Terra ci sono 20mila specie di pesci e popolano non solo i mari, ma anche altri corpi idrici.

400 milioni di anni fa, il Siluriano lasciò il posto al periodo geologico Devoniano, che durò circa 60 milioni di anni. Poi le prime piante apparvero sulla terra: i licheni, che ricoprivano le rive inumidite dei bacini idrici.

Durante il Devoniano si svilupparono altre forme, comprese le prime piante superiori: felci ed equiseti. Inoltre, se prima tutti gli animali respiravano solo ossigeno disciolto nell'acqua, ora alcuni di loro hanno imparato a estrarlo dall'aria. Questi primi animali terrestri - millepiedi, scorpioni e insetti primitivi senza ali - vivevano probabilmente vicino all'acqua. L'antenato di tutti i vertebrati terrestri era un pesce con pinne lobate e pinne pettorali e ventrali simili a zampe. A poco a poco, i pesci con pinne lobate svilupparono veri arti superiori e inferiori e nel tempo apparvero anfibi (anfibi) e rettili (rettili).

Tutti i cambiamenti che la Terra ha subito dalla formazione della sua crosta sono studiati dalla geologia storica. Gli scienziati determinano l'età degli strati geologici mediante fossili: resti di animali e piante antichi, poiché ogni epoca aveva i suoi rappresentanti caratteristici di flora e fauna. La paleontologia è lo studio dei fossili. I paleontologi studiano i resti fossili di organismi antichi e ripristinano l'aspetto di animali estinti. Quando gli organismi viventi morirono nell'oceano preistorico, affondarono sul fondo, dove furono ricoperti di limo o sabbia portati dai fiumi. Nel corso di milioni di anni, i terreni limosi, insieme ai resti sepolti sotto di essi, si sono compattati, trasformandosi in pietra. I tessuti molli degli animali erano completamente decomposti, ma l'impronta rimaneva. I gusci duri di molluschi o crostacei venivano spesso conservati intatti. Durante lo sviluppo storico della Terra, il fondale marino fu ripetutamente spinto verso grandi altezze sotto l'influenza di forze potenti e dell'interno fuso del pianeta e divenne parte della terra. I ricercatori trovano resti e impronte di animali antichi incastonati nelle rocce e li usano per studiare i processi geologici. Per gli scienziati gli strati rocciosi sono come le pagine di un libro con tanti disegni, e basta decifrare correttamente il “testo” per capire come si è sviluppata la vita sul pianeta. Strati di sabbia e limo contenenti fossili si sono depositati uno sopra l'altro nel corso di milioni di anni. Ecco come sono stati compressi: più gli strati più antichi sono più bassi, più gli strati successivi sono più alti. Accumulando informazioni su quali strati sono dominati da determinati tipi di fossili, gli scienziati hanno imparato a determinare a quale periodo geologico appartengono. Successivamente, dai fossili trovati, è abbastanza facile determinare l'età della roccia geologica in cui sono stati trovati.

Il Grand Canyon del fiume Colorado, nello stato americano dell'Arizona, è uno dei pochi luoghi in cui è stata conservata un'enorme documentazione in pietra di facile lettura della vita sul pianeta. Qui il fiume ha tagliato uno strato di rocce sedimentarie - calcare, arenaria e scisto - fino a una profondità di 1800 m. Il fiume ha formato un canyon, cioè una valle profonda con pendii molto ripidi e un fondo stretto, erodendo il fondo del mare antico. È aumentato molto lentamente e in modo uniforme. Qui non si è verificata la formazione di montagne, che è sempre accompagnata da giganteschi spostamenti e faglie delle rocce. Pertanto, la sequenza di comparsa delle rocce geologiche non è quasi cambiata. Studiando i fossili degli strati di un ripido pendio, è possibile rintracciare tutti i cambiamenti avvenuti nel mondo animale dell'antico mare nel corso di centinaia di milioni di anni.

Un biologo russo e un geologo australiano hanno parlato di nuove scoperte inaspettate che hanno costretto gli scienziati a tornare alle classiche idee darwiniane sull'origine della vita in uno "stagno caldo e poco profondo" sulla terra, e non nelle acque dell'oceano primordiale della Terra, e hanno spiegato dove è meglio cercarlo fuori dal nostro pianeta.

Per molto tempo, gli scienziati hanno creduto che la vita sulla Terra avesse avuto origine circa 3,5 miliardi di anni fa nell'oceano primordiale della Terra, in prossimità di vulcani e sorgenti geotermiche, i cosiddetti "fumatori neri", o le loro controparti meno calde - "bianche" fumatori”. Tali idee, a causa della grande quantità di prove della loro correttezza, non furono quasi mai messe in discussione.

Armen Mulkidzhanyan, professore all'Università statale di Mosca intitolata a M.V Lomonosov e all'Università di Osnabrück in Germania, e Martin van Kranendonk, geologo e direttore dell'Istituto astrobiologico dell'Australia, sono intervenuti al festival tutto russo "Science 0+", tenutosi a La settimana scorsa l'Università statale di Mosca ha parlato di diverse scoperte recenti che hanno scosso queste idee e costretto gli scienziati a tornare all'idea che lo stesso Charles Darwin espresse più di 150 anni fa.

Il mondo dei vulcani e della luce ultravioletta

“Assolutamente tutta la vita sulla Terra è composta da tre polimeri biologici: il DNA, un magazzino di informazioni, l'RNA, che svolge il ruolo di suo portatore, e proteine ​​capaci di accelerare le reazioni milioni di volte. Ovviamente, non potrebbero apparire tutte contemporaneamente tempo, e per quasi un secolo abbiamo cercato di capire quali molecole siano apparse per prime e che aspetto avesse la prima vita”, ha iniziato Mulkijanyan la sua storia.

La ricerca degli ultimi anni, come osserva lo scienziato, mostra chiaramente che le molecole di RNA sono apparse per prime. Loro, a differenza del DNA, mantengono l'attività chimica e sono in grado di accelerare altre reazioni e, a differenza delle proteine, possono svolgere il ruolo di portatore di informazioni e assemblare sia copie di se stesse che di altre molecole.

Per questo motivo oggi la teoria dominante sull’origine della vita è l’ipotesi del cosiddetto “mondo a RNA”, secondo cui inizialmente la vita era costituita interamente da molecole di RNA universale capaci di svolgere tutte le funzioni contemporaneamente, e solo allora “altamente apparvero proteine ​​e DNA specializzati.

Depressione della Dancalia in Etiopia

“In Occidente, queste idee divennero popolari solo negli anni '80, mentre il concetto stesso fu proposto nel 1957 dall'accademico Andrei Belozersky e i suoi collaboratori scoprirono l'RNA ribosomiale, e questa scoperta fece loro capire che non codifica informazioni. ma partecipa alla raccolta delle proteine. Ciò è bastato a Belozersky per capire che in passato tutta la vita avrebbe potuto essere costituita da RNA”, continua Mulkidzhanyan.

Questa audace ipotesi, come osserva il biologo, è stata confermata nei decenni successivi: negli ultimi anni gli scienziati hanno creato dozzine di molecole di RNA in grado di copiarsi e svolgere altre funzioni che di solito vengono eseguite dalle proteine, nonché prototipi di protocellule primitive basate su loro. Pertanto, oggi nessuno dubita che la vita sia iniziata proprio nel "mondo dell'RNA", ma gli scienziati stanno ancora discutendo su come e dove sia nata.

“Cosa hanno in comune le tre principali “molecole della vita”, oltre agli zuccheri e ai grassi? Quando si formano, quando i singoli anelli delle catene polimeriche si uniscono, viene sempre rilasciata acqua. In che modo ciò è legato all’origine della vita ? Questa è una proprietà molto importante degli esseri viventi, sulla quale abbiamo attirato l'attenzione solo di recente. Significa che per la comparsa spontanea di lunghe catene, RNA, DNA, proteine, grassi e zuccheri, abbiamo bisogno di eliminare costantemente quest'acqua. queste molecole non si disintegrano. Le nostre cellule spendono un'enorme quantità di energia”, sottolinea lo scienziato.

Ciò dà origine a uno dei paradossi più complessi e quasi inspiegabili nella biologia e nello studio della storia dell'origine della vita. Da un lato, l’acqua è necessaria per l’esistenza della vita e delle reazioni chimiche nelle cellule, dall’altro grandi quantità di essa interferiranno con la formazione delle prime molecole complesse, che renderanno possibile la formazione spontanea dei futuri “elementi costruttivi”. blocchi di vita” impossibili.

“Oggi, l’idea che la vita potrebbe aver avuto origine sul fondo dell’oceano, vicino a sorgenti geotermiche che rilasciano enormi quantità di nutrienti e possono fornire energia alla vita anche nella completa oscurità, è molto popolare tra i geologi. Questa idea ha due problemi: essa è sempre molto umido lì - e quest'acqua "extra" non può essere rimossa da lì, e in secondo luogo, la presenza di luce, a quanto pare, è il fattore più importante nell'emergere della vita, quindi crediamo che questa teoria lo sia sbagliato”, ha detto il professore dell’Università statale di Mosca.

"Orologiaio cieco" cosmico

L'errore di questa teoria, secondo Mulkijanyan, è stato recentemente rivelato da esperimenti in cui scienziati russi e i loro colleghi stranieri hanno cercato di riprodurre la nascita delle "lettere" di RNA e DNA - molecole organiche relativamente semplici, che, come si è scoperto inaspettatamente , sono molto difficili da ottenere.

“Oggi, per qualche motivo, questo problema è considerato in modo molto superficiale: molti dei nostri colleghi semplicemente lo ignorano, senza cercare di spiegare come nascono queste molecole, in parole povere, saltano semplicemente questa fase dell'evoluzione della vita, ignorandola senza spiegare come queste sostanze possano essersi formate sul fondo dell’oceano e come abbiano gradualmente iniziato a diventare più complesse e ad accumularsi in quantità sufficienti”, continua lo scienziato.

Queste sostanze, secondo Mulkijanyan, sono sorte durante una sorta di evoluzione chimica: le molecole "infruttuose" e instabili si sono disintegrate e quelle più stabili si sono gradualmente accumulate nell'ambiente e hanno continuato a diventare più complesse.

Il ruolo dell'“orologiaio cieco” di Darwin, che effettuò questa selezione e raccolse gradualmente questi fondamenti della vita, secondo il biologo, fu assunto da due cose: la radiazione ultravioletta del Sole e l'ambiente in cui si formeranno i futuri “mattoni della vita”. vita” si trovavano.

Diversi fattori lo supportano. In primo luogo, come osserva il biologo, tutte le molecole di RNA e DNA, nonché i loro singoli collegamenti, reagiscono in modo unico all'irradiazione ultravioletta, liberandosi molto rapidamente dell'energia che la quantità di luce assorbita trasferisce loro, convertendola in calore . Ciò, come osserva il ricercatore, riduce significativamente la probabilità che la molecola eccitata si sfaldi. Né le proteine ​​né altre basi azotate hanno questa proprietà.

In secondo luogo, la vita, a giudicare dalle peculiarità della composizione chimica di tutte le cellule viventi e dalle presunte proprietà degli antenati di tutti gli organismi viventi, calcolate geneticamente, non ha avuto origine nell'acqua di mare, ma in un ambiente molto insolito, in cui non solo composizione chimica, ma anche il componente principale era diverso. Il solvente in esso contenuto era la formammide, un composto di ammoniaca e metano, simile nelle sue proprietà all'acqua, ma bollente a temperature più elevate.

“Le prime forme di vita primitive avevano la stessa composizione chimica dell’ambiente in cui vivevano, poiché non disponevano ancora di proteine ​​capaci di “pompare” nell’ambiente esterno gli elementi non necessari e di non farli rientrare. Dicono che prima le cellule vivevano in un liquido speciale che conteneva molto potassio, boro, fosforo, ioni di metalli di transizione e quasi niente sodio. Tutto ciò esclude la possibilità che la vita abbia avuto origine nell'acqua di mare”, spiega il professore.

Dove potrebbero trovarsi sulla Terra primordiale tali corpi idrici, che oggi non hanno analoghi? La risposta a questa domanda è stata recentemente trovata da Martin van Kranendonk e dai suoi colleghi, che da vent'anni conducono scavi in ​​un luogo chiamato Pilbara, nell'Australia nordoccidentale, dove si trovano le rocce più antiche del pianeta, formatesi 3,5 miliardi di anni fa.

Culla vulcanica della vita

"Questa regione, come io e i miei colleghi credevamo da tempo, era il fondo poco profondo dell'oceano primordiale della Terra, dove a quel tempo c'era uno dei più potenti centri di vulcanismo del pianeta e dove, come pensavamo, i primi organismi sulla Terra abbiamo vissuto tre anni fa. Qui abbiamo trovato rocce diverse da qualsiasi altra cosa, ribaltando completamente questa idea", ha detto lo scienziato australiano.

Secondo lui, questa scoperta è stata fatta completamente per caso. Un giorno, mentre lui e la sua studentessa laureata Tara Jokic stavano camminando nell'area degli scavi, notò strane rocce costituite da molti strati scuri e chiari alternati, combinati in strutture ondulate contenenti molte bolle.

Martin van Kranendonk, geologo australiano

“Credevamo che il Pilbara a quel tempo rappresentasse la bocca di un supervulcano, ricoperto di acqua di mare, che periodicamente scompariva e appariva al suo interno, e consideravamo queste strisce come tracce di questo processo di evaporazione e della comparsa dell'acqua. Due anni fa, mentre attraversavo la Nuova Zelanda, ho scoperto cosa fossero e questa consapevolezza ha reso i geyser del Parco Nazionale Orakei Korako il mio posto preferito sulla Terra”, continua Kranendonk.

Nelle vicinanze di questi geyser, Kranendonk e i suoi colleghi hanno trovato esattamente le stesse rocce, i cosiddetti geyseriti, del Pilbara. Questi depositi sembrano formarsi sul fondo di laghi e fiumi vulcanici, le cui acque sono alimentate dalle emissioni dei geyser e contengono un numero enorme di microbi che si nutrono di varie sostanze chimiche contenute in questi serbatoi.

L'acqua in questi fiumi e laghi, come ricorda il geologo, è più simile a una zuppa densa che all'acqua normale, e questa “zuppa” contiene molte bolle di gas emesse dai microbi. Una sorpresa ancora maggiore attendeva i geologi quando scoprirono tracce di boro, potassio, zinco e molti altri elementi contenuti nelle cellule viventi e assenti nell'acqua di mare.

Tutto ciò, secondo Kranendonk, indica che sono stati i laghi vulcanici - e non i "fumatori neri" o altre fonti geotermiche sul fondo dell'oceano - a costituire la culla della vita. Ciò, a sua volta, suggerisce che Darwin aveva ragione: la vita ha effettivamente avuto origine in uno “stagno caldo e poco profondo”.

“Possiamo già dire che Darwin era davvero in anticipo sui tempi, ma io, come scienziato, non posso fare a meno di criticarlo: la vita non è nata solo in uno “stagno caldo”, ma in diversi stagni, e questi contenevano non solo ammoniaca e materia organica, ma e boro Di conseguenza possiamo dare a Darwin solo 97 su 100”, scherza il geologo.

Tali scoperte, come osserva lo scienziato, sono di grande importanza per la ricerca di tracce di vita extraterrestre. Possiamo già dire che i tre principali candidati al ruolo di suo rifugio: Europa, Encelado e Titano, i satelliti di Giove e Saturno, difficilmente saranno abitati. L'unico pianeta abitato del sistema solare, oltre alla Terra, potrebbe essere Marte, dove sono state trovate tracce di geyser, acqua liquida e depositi di boro e molibdeno.

"Potremmo già essere in grado di trovare tracce di vita su Marte. Il rover Spirit, nei suoi ultimi giorni di attività, ha scoperto casualmente depositi di insolite rocce bianche simili a quelle formatesi dall'emissione di geyser in presenza di batteri. Se fossi Se Elon Musk avesse un miliardo di dollari, manderei la missione lì", conclude lo scienziato.

Esistono molte teorie scientifiche sull’origine della vita sulla Terra. Tuttavia, la maggior parte degli scienziati moderni ritiene che la vita abbia avuto origine in un clima caldo, poiché questo è l'ambiente più favorevole per lo sviluppo degli organismi unicellulari più semplici.

La teoria del “brodo primordiale”.

Il biologo sovietico Alexander Ivanovich Oparin nel 1924 creò una teoria sull'emergere della vita sul nostro pianeta attraverso l'evoluzione chimica delle molecole contenenti carbonio. Coniò il termine "brodo primordiale" per riferirsi all'acqua con un'alta concentrazione di tali molecole.

Presumibilmente, la “zuppa primordiale” esisteva 4 miliardi di anni fa nei bacini poco profondi della Terra. Consisteva di acqua, molecole di basi azotate, polipeptidi, amminoacidi e nucleotidi. Il “brodo primario” si è formato sotto l'influenza della radiazione cosmica, dell'alta temperatura e delle scariche elettriche.

Le sostanze organiche derivano da ammoniaca, idrogeno, metano e acqua. L'energia per la loro formazione potrebbe essere ottenuta dalle scariche elettriche dei temporali (fulmini) o dalle radiazioni ultraviolette. A.I. Oparin ha suggerito che le molecole filiformi delle proteine ​​risultanti potrebbero piegarsi e “attaccarsi” tra loro.

In condizioni di laboratorio, gli scienziati sono stati in grado di creare una sorta di "brodo primario" in cui si sono formati con successo accumuli di proteine. Tuttavia, il problema della riproduzione e dell’ulteriore sviluppo delle goccioline di coacervato non è stato risolto.

Le “palline” proteiche attiravano molecole di grasso e acqua. I grassi si trovavano sulla superficie delle formazioni proteiche, ricoprendole con uno strato la cui struttura somigliava vagamente a una membrana cellulare. Oparin chiamò questo processo coacervazione e i risultanti accumuli di proteine ​​- gocce coacervate. Con il passare del tempo, le goccioline di coacervato hanno assorbito sempre più porzioni della sostanza dall'ambiente, complicando progressivamente la loro struttura fino a trasformarsi in cellule viventi primitive.

L'origine della vita nelle sorgenti termali

L'acqua minerale e soprattutto i geyser caldi ricchi di sale possono supportare con successo forme di vita primitive. L'accademico Yu.V. Natochin nel 2005 suggerì che l'ambiente per la formazione delle protocellule viventi non fosse l'Oceano Antico, ma uno specchio d'acqua caldo con una predominanza di ioni K+. Gli ioni Na+ dominano nell’acqua di mare.

La teoria dell’accademico Natochin è confermata dall’analisi del contenuto degli elementi nelle cellule viventi moderne. Proprio come nei geyser, in essi predominano gli ioni K+.

Nel 2011, lo scienziato giapponese Tadashi Sugawara è riuscito a creare una cellula vivente nell'acqua calda mineralizzata. Formazioni batteriologiche primitive - stromatoliti - si formano ancora in condizioni naturali nei geyser della Groenlandia e dell'Islanda.

Scienza

Secondo gli scienziati, la vita sulla terra è iniziata circa 3 miliardi di anni fa: Durante questo periodo, gli organismi semplici si svilupparono in forme di vita complesse. Tuttavia, per gli scienziati il ​​modo in cui è iniziata la vita sul pianeta è ancora un mistero e hanno avanzato diverse teorie per spiegare questo fenomeno:

1. Scintille elettriche

Nel famoso esperimento Miller-Urey, gli scienziati dimostrarono che i fulmini potevano contribuire alla comparsa delle sostanze fondamentali necessarie all'origine della vita: scintille elettriche formano amminoacidi in un'atmosfera composta da enormi quantità di acqua, metano, ammoniaca e idrogeno.

Forme di vita più complesse si sono poi evolute dagli amminoacidi. Questa teoria è stata leggermente modificata dopo che i ricercatori hanno scoperto che miliardi di anni fa l’atmosfera del pianeta era povera di idrogeno. Gli scienziati hanno suggerito che metano, ammoniaca e idrogeno fossero contenuti in nubi vulcaniche sature di cariche elettriche.

2. Argilla Il chimico Alexander Graham Cairns-Smith dell'Università di Glasgow, in Scozia, ha avanzato la teoria secondo cui agli albori della vita l'argilla conteneva molti componenti organici situati uno vicino all'altro e che

l'argilla ha contribuito a organizzare queste sostanze in strutture simili ai nostri geni.

Il DNA immagazzina informazioni sulla struttura delle molecole e le sequenze genetiche del DNA indicano come gli amminoacidi dovrebbero essere incorporati nelle proteine. Cairns-Smith suggerisce che i cristalli di argilla aiutassero a organizzare le molecole organiche in strutture ordinate, e in seguito le molecole stesse iniziarono a farlo, "senza l'aiuto" dell'argilla.

3. Bocche di acque profonde Secondo questa teoria, la vita ebbe inizio in sorgenti idrotermali sottomarine che emettevano molecole ricche di idrogeno.

Sulla loro superficie rocciosa queste molecole potrebbero unirsi e diventare catalizzatori minerali per le reazioni che hanno portato all’origine della vita. Anche adesso, tali sorgenti idrotermali, ricche di energia chimica e termica, ospitano un gran numero di creature viventi.

4. Inizio ghiacciato 3 miliardi di anni fa, il Sole non brillava così intensamente come adesso e, di conseguenza, meno calore raggiungeva la Terra. È del tutto possibile la superficie della terra era ricoperta da uno spesso strato di ghiaccio, che proteggeva la fragile materia organica

, situato nell'acqua sottostante, dai raggi ultravioletti e dall'esposizione cosmica. Inoltre, il freddo ha aiutato le molecole a esistere più a lungo, a seguito delle quali sono diventate possibili le reazioni che hanno portato all'origine della vita.

Il DNA ha bisogno delle proteine ​​per formarsi e le proteine ​​hanno bisogno del DNA per formarsi. Come avrebbero potuto formarsi l'uno senza l'altro? Gli scienziati hanno suggerito che l'RNA, che, come il DNA, immagazzina informazioni, sia coinvolto in questo processo. Dall'RNA si sono formati rispettivamente proteine ​​e DNA., che lo sostituirono per la loro maggiore efficienza.

Sorse un'altra domanda: "Come è apparso l'RNA?" Alcuni credono che sia apparso spontaneamente sul pianeta, mentre altri negano questa possibilità.

6. Teoria "semplice".

Alcuni scienziati hanno suggerito che la vita si sia evoluta non da molecole complesse come l’RNA, ma da molecole semplici che hanno interagito tra loro. Potrebbero essere contenuti in semplici gusci simili alle membrane cellulari. Come risultato dell'interazione di queste molecole semplici, complesse, che ha reagito in modo più efficiente.

7. Panspermia

Alla fine, la vita non potrebbe aver avuto origine sul nostro pianeta, ma è stata portata dallo spazio: Nella scienza questo fenomeno è chiamato panspermia. Questa teoria ha una base molto solida: a causa degli influssi cosmici, frammenti di pietre vengono periodicamente separati da Marte, che raggiungono la Terra. Dopo che gli scienziati hanno scoperto i meteoriti marziani sul nostro pianeta, hanno ipotizzato che questi oggetti portassero con sé batteri. Se ci credi, allora siamo tutti marziani. Altri ricercatori hanno suggerito che la vita sia stata portata da comete provenienti da altri sistemi stellari. Anche se avessero ragione, l’umanità cercherà una risposta a un’altra domanda: “Come ha avuto origine la vita nello spazio?”

La terra ha due caratteristiche che sono diventate i prerequisiti principali per l'emergere della vita. L'acqua liquida funge da solvente per le reazioni biochimiche e l'energia tettonica può innescare queste reazioni. Su come appariva il pianeta quando questo processo era appena iniziato, nel suo libro “Dagli atomi all'albero. Introduzione alle moderne scienze della vita”, afferma il biologo Sergei Yastrebov. T&P e l'Enlightenment Prize pubblicano un estratto di un capitolo con le attuali ipotesi degli scienziati sulle origini dell'evoluzione.

Esistono diverse ipotesi che descrivono più o meno dettagliatamente i probabili primi passi chimici nel cammino verso la vita. Differiscono nei dettagli, ma sono uniti nella cosa principale. Tutte queste ipotesi suggeriscono che l'origine della vita non fossero corpi idrici aperti, ma microcavità nel suolo o sedimenti minerali, dove l'energia veniva fornita da sorgenti termali o vulcani. Devo dire che questa non è una notizia del genere. Ad esempio, il famoso biologo svizzero Carl von Naegeli scrisse nel 19° secolo sull'origine della vita: “Probabilmente ciò non avvenne in acque libere, ma in uno strato umido di materiale sottile e poroso (sabbia, argilla), dove le molecole molecolari forze dei corpi solidi, liquidi e gassosi." Questa opinione è ormai diventata la corrente principale della scienza. Il luogo in cui è meno probabile che nasca la vita è nella colonna d'acqua di un oceano calmo illuminato dal sole. Semplicemente non esistono flussi di energia e materia che la vita nascente possa “sellare” e reindirizzare a proprio vantaggio.

Quindi, da qualche parte nell'acqua che permeava le vicinanze di antichi vulcani o sorgenti termali, iniziarono reazioni chimiche autocatalitiche (cioè autoaccelerate), le cui catene iniziarono presto a intersecarsi a causa di prodotti intermedi comuni e a chiudersi in cicli. I principali partecipanti a queste reazioni erano molto probabilmente piccole molecole organiche, all'inizio anche quelle costituite da un solo carbonio. Ma le reazioni non furono semplici. La particolarità di ogni reazione autocatalitica, per definizione, è che il suo prodotto è anche un catalizzatore, cioè una sostanza che accelera il corso della reazione stessa. A condizione che il sistema di reazione sia sufficientemente complesso (e in questo caso è stato certamente osservato: c'erano molti reagenti e prodotti), le reazioni autocatalitiche acquisiscono la proprietà di autosviluppo, perché in esse appare un feedback: un piccolo cambiamento nel meccanismo di reazione influenza il composizione dei suoi prodotti, un cambiamento che, a sua volta, influisce sul meccanismo - e così via passo dopo passo. Dopo qualche tempo, amminoacidi e carboidrati semplici iniziarono a essere sintetizzati nel sistema di reazioni autocatalitiche, e poi si arrivò ai polimeri: prima semplici, poi più complessi. Infine, alcuni di questi polimeri hanno “imparato” a catalizzare prima la sintesi l'uno dell'altro (questo è molto semplice), e poi la riproduzione di se stessi. In altre parole, sono diventati replicatori. E con l'avvento dei replicatori si attiva automaticamente il meccanismo darwiniano della selezione naturale, le cui condizioni necessarie e sufficienti sono l'autoriproduzione, l'ereditarietà, la variabilità e la competizione per il substrato. Ecco, da questo momento viene lanciata quella biologica.

Non c'è dubbio che in queste prime fasi la vita era ancora praticamente invisibile all'osservatore esterno (se, ovviamente, allora poteva esistere). Questo è facile da capire se ti immagini come un viaggiatore alieno, arrivando anche alla culla della vita terrena. Cosa vedrà? Terreno vulcanico caldo, torri di sedimenti porosi sul fondo del mare... E questo è tutto. Niente di straordinario. Senza l'analisi chimica, un viaggiatore del genere non avrebbe capito cosa ha incontrato.

I primi replicatori a pieno titolo nella storia della Terra furono molto probabilmente molecole di RNA. Il fatto è che di tutte le molecole biologicamente attive, solo l'RNA può svolgere tutte le funzioni vitali contemporaneamente: immagazzinare informazioni ereditarie, copiarle e catalizzare reazioni metaboliche. Le proteine ​​e i loro predecessori, i peptidi più semplici, non hanno mai avuto tali capacità. Tuttavia, i primi peptidi probabilmente apparvero nello stesso periodo dei primi RNA. Ciò deriva da considerazioni puramente chimiche. Il fatto è che la sintesi dell'RNA è piuttosto complessa, ma gli amminoacidi - e in particolare gli alfa amminoacidi, da cui sono solitamente composti i peptidi - sono abbastanza facilmente sintetizzati dalle molecole più semplici, ad esempio dal monossido di carbonio (CO) e dall'acido cianidrico (HC ≡N), in condizioni grosso modo corrispondenti a quelle probabili in prossimità di antichi vulcani. Pertanto, è improbabile l’esistenza di uno stadio evolutivo in cui i sistemi autocatalitici erano costituiti esclusivamente da RNA. Molto probabilmente, l’evoluzione dei peptidi e dell’RNA è sempre stata accoppiata, fin dai tempi dei loro predecessori comuni, molto più semplici. È possibile che un compito aggiuntivo (oltre all'autocopiatura) dei primi replicatori fosse proprio quello di catalizzare la sintesi di peptidi che influenzavano l'ambiente chimico in modo tale che questi replicatori avessero maggiori probabilità di sopravvivere.

L'inizio dell'evoluzione della vita sulla Terra (prima della divergenza degli organismi cellulari in archaea e batteri). Naturalmente si tratta di uno scenario ipotetico, ma abbastanza plausibile. Qui non viene deliberatamente specificato il momento in cui le cellule (o i loro predecessori) acquisiscono un proprio meccanismo di replicazione del DNA; la questione è ancora aperta;

Il successivo importante evento evolutivo fu il trasferimento dell'informazione genetica dall'RNA al DNA. Il fatto è che la molecola di RNA fa bene a tutti, ma la sua stabilità chimica è bassa e viene distrutta abbastanza facilmente. Pertanto, la memorizzazione delle informazioni genetiche su di esso per un lungo periodo non è affidabile. A questo scopo è preferibile qualche altro polimero. Ecco cosa è diventato. Se il primo RNA poteva essere sintetizzato spontaneamente nella natura inanimata, allora la sintesi del DNA è sicuramente una "invenzione" degli organismi viventi, e questa molecola fin dall'inizio ha ricevuto un'unica funzione: immagazzinare informazioni. Non può fare nient'altro. L'unico vantaggio che il DNA ha rispetto all'RNA è la sua elevata stabilità chimica, che ne consente la conservazione a lungo e in modo affidabile. Per chi possiede il “know-how” unico nel sintetizzare alcune proteine ​​utili, questo è davvero prezioso.

Iniziò così l’era della grande riscrittura dei genomi dall’RNA al DNA.

All'inizio di questa era, sulla Terra vivevano organismi contenenti RNA, che probabilmente a quel tempo avevano già padroneggiato la tecnologia della sintesi proteica precisa. In altre parole, il DNA è apparso evolutivamente più tardi della traduzione. È possibile che la strategia genetica dei primi organismi contenenti DNA fosse simile alla strategia genetica dei retrovirus. Nel ciclo vitale dei virus di questo tipo esiste una fase obbligatoria di retrotrascrizione, cioè la trascrizione inversa, il trasferimento di informazioni genetiche dall'RNA al DNA. Ma i retrovirus non hanno un proprio meccanismo di replicazione del DNA. E molto probabilmente all'inizio non ce l'avevano nemmeno gli organismi cellulari. Robusti enzimi di replicazione (chiamati DNA polimerasi DNA-dipendenti) apparvero più tardi. Ma quando sono apparsi, hanno permesso di immagazzinare continuamente informazioni genetiche sul DNA, se necessario, riscrivendole immediatamente da una molecola di DNA a un'altra. E poi la retrotrascrizione è diventata superflua.

In questo modo si è formata la forma di vita a noi più familiare: con la strategia genetica “DNA-RNA-proteina”.

Siamo onesti: non sappiamo esattamente quando la materia vivente si è divisa in cellule, separate dall’ambiente esterno e tra loro da membrane lipidiche chiuse. È del tutto possibile che ciò sia accaduto prima che comparisse la replicazione del DNA e scomparisse la retrotrascrizione obbligatoria.

Paradossalmente tutte le cellule viventi si riproducono per divisione. La cellula madre si divide in due cellule figlie, che ricevono copie abbastanza accurate del suo genoma. Una catena di cellule che si dividono in sequenza è una catena di antenati e discendenti diretti, senza metafore. A volte i discendenti della stessa cellula si trovano in condizioni diverse (o ricevono mutazioni diverse) e iniziano ad accumulare differenze sotto l'influenza della selezione naturale. Poi possiamo notare che la linea degli antenati e dei discendenti si ramifica.

La prima di queste ramificazioni fu la divisione di tutti gli organismi cellulari in archaea e batteri. Ciò è avvenuto esattamente prima che apparisse un meccanismo di replicazione del DNA a tutti gli effetti, e certamente prima che apparissero le moderne membrane cellulari. Ciò significa che le cellule tipiche (dal nostro punto di vista), circondate da una membrana lipidica e con una strategia genetica “DNA-RNA-proteina”, esistevano fin dall'inizio sotto forma di due rami evolutivi divergenti. Così è nato l’albero della vita.