Как появилась жизнь на Земле?

Нельзя не удивляться прозорливости наших предков, они связывали жизнь на Земле с богами, а затем называли крупные светила на небосклоне в честь высших существ. Можно только удивляться вдохновению древних ученых и гадать были их прозрения результатом работы гениев или просто совпадениями. Согласно греческим и римским приданиям жизнь на Земле возникла, в результате деятельности богов, среди них самыми могущественными были Юпитер и Сатурн, ученые утверждают, что планеты-гиганты, названные в их честь «виноваты» в появлении первой органики.

 
Влияние Юпитера и Сатурна на появление жизни на Земле

В давние времена планеты-гиганты находились немного ближе к Солнцу, чем сейчас. Под действием гравитации они теряли каскады астероидов, часть из которых попадала на поверхность молодой Земли и ее спутницы Луны. На нашей планете появлялись глубокие оспины, часть из них, можно и сейчас увидеть на поверхности Луны. Но метеориты проделывали и более сложную работу. Когда углерод из небесных тел взаимодействовал с азотом, в атмосфере Земли формировались молекулы цианида водорода. Этот смертельный яд, как ни странно, стал проводником атомов углерода в мир органической химии.

Тяжелая бомбардировка метеоритами ослабла около четырех миллиардов лед назад. К тому времени в водоемах отложилось достаточное количество цианида. Ядовитое вещество взаимодействовало с металлами, испарялось, облучалось ультрафиолетом, растворялось в потоках пресной воды и постоянно реагировало с другими веществами. В результате образовывались предшественники липидов, нуклеотидов и аминокислот. Это самые важные компоненты живого организма. Из липидов состоят стены клеточных отсеков, нуклеотиды являются хранителями информации, а аминокислоты – кирпичики белков, контролирующих метаболизм. Эту гипотезу возникновения жизни на Земле выдвинул Джон Сазерленд, из Университета Кембриджа. Ранее мы писали о том, как возникновение жизни объясняет теория игр.

Идеи Сазерленда о возникновении жизни

Джон Сазерленд решил проверить свою гипотезу в лаборатории, чтобы получить доказательства ее правдоподобности в условиях, которые были на нашей планеты в период ее юности.  

Ученый проанализировал химические процессы необходимые для получения исходных кирпичиков жизни, затем создал в лаборатории условия похожие геологической ситуации на Земле миллиарды лет назад. По мнению Сазерленда, первым возникшим элементом жизни была молекула РНК. С ним согласны многие ученые биологи. Именно рибонуклеиновая кислота может хранить информацию и в тоже время действовать как ферменты и создавать больше похожих на себя молекул. Так же как и ДНК, РНК состоит из строк химических компонентов известных как нуклеотиды, которые в свою очередь состоят из моносахарида –рибозы, соединенным одним концом с основанием, а вторым с фосфатной группой.

Предыдущие работы ученых

Ученые давно пытались объяснить, как формируется молекула РНК из трех компонентов: фосфатной группы, основания и моносахарида. Однако химикам не удавалось соединить рибозу и основание, так чтобы сформировалась рибонуклеиновая кислота. Молекула РНК должна образоваться естественно, без сложных преобразований.

Все опыты по восстановлению химии зарождения жизни показывали, что есть правдоподобные пути возникновения РНК, но им так и не удалось найти вероятный способ присоединения рибозы к основанию. Это было настолько сложны препятствием, что ученые начали сомневаться в правильности гипотезы возникновения РНК, как первого этапа появления жизни.

Долгожданное открытие в области теорий зарождения жизни

В течение 10 лет Сазерленд перебирал всевозможные комбинации пребиотических компонентов, чтобы найти решение. В итоге он перестал строить рибозу и основание отдельно и соединять их, а решил стражу построить вещество, включающее части базы и моносахарида. Дальнейшая простая химическая реакция преобразовывала гибрид в рибонуклеотид. Сазерленду удалось открыть дверь мира родившегося из РНК.

После первого открытия ученые решили, что остальные пребиотики должны были появиться аналогичным путем. Он с группой коллег шесть лет проводил эксперементы, чтобы отслеживать, как химия рибонуклеотидов связана с  цианистым водородом. Согласно его исследованиям именно этот яд стал отправной точкой появления пребиотиков и жизни на Земле.>

Сейчас группе удалось продемонстрировать способы синтеза 12 из 20 аминокислот, используемых живыми организмами для создания белков. Среди них две из четырех рибонуклеотидов РНК и монофосфат глицерина, который является универсальным строительным блоком липидов, образующих клеточные мембраны.

Как связать опыты в лаборатории и появление жизни на Земле>

Хотя исследователям и удалось доказать, что РНК могло быть сформировано на первобытной Земле, процесс оставался очень сложным и требовал множества несовместимых условий. Доктору Сазерленду удалось разработать сценарий, который мог привести к появлению всех строительных блоков в естественной среде. Сейчас ученый разрабатывает детали процесса.

По мнению химика, химикаты не были образованы в одном водоеме. Согласно его схеме все вещества образовывались в отдельных бассейнах с разными условиями, а после доставлялись в центральный водоем с проточной водой. Таким образом отдельные потоки протекали через месторождения полезных ископаемых и доставляли их в один большой бассейн, где все смешивалось.

Критики Сазерленда

Химик Пол Дж. Брахер из Университета Сент-Луиса сказал, что подход Сазерленда фантастически интересен, но ученым придется сильно потрудиться, чтобы сделать это на кухне.

Есть и более существенные оговорки. По мнению Стивена Беннера, директора Фонда прикладной молекулярной эволюции в Гейнсвилле, многие реакции в схеме Сазаерленда не являются природными, чистые химические лабораторные вещества реагируют иначе, чем в естественной природной смеси. Кроме того, он отметил, что популярная идея возникновения жизни из РНК обременена несколькими парадоксами. Один из них, идея, что если наполнить бассейн химическими веществами и энергией, то можно получить асфальт, но не живую материю, так как химические элементы будут реагировать до тех пор, пока не сформируется клейкая смола. Вторая проблема – вода, она необходима для жизни, так же как и нуклеотиды, которые она разрушает. Третья проблема – одна молекула не может быть ферментом и хранилищем генетической информации, эти роли требуют от молекулы противоречивых свойств. Беннер утверждает, несмотря на успехи, которых добились химики в области создания пребиотиков, этого все еще не достаточно для создания реалистичной теории возникновения жизни. 

Планы доктора Сазерленда

Ученый все еще пытается создать правдоподобные маршруты создания двух других нуклеотидов РНК. К тому же ученый надеется, что сможет разобраться, как могли возникнуть молекулы жизни из отдельных блоков, в процессе полимеризации. В живых организмах РНК создает белки, а белки делают РНК, так что они работают в сговоре друг с другом. Возможно, полимеризация происходит на поверхности металла, который может выступать катализатором.

Появление жизни на Земле все еще остается загадкой, но этот процесс уже не кажется невозможным.

В любом случае можно только удивляться прозорливости наших предков, которые связывали происхождение жизни, с процессами, царящими на звездном небе. Кстати, не только Сатурн и Юпитер влияют на человечество, люди тоже часто переносят свои проблемы на других и заставляют болеть богов, так «Боги хромали из-за отравления мышьяком».