Як виникло життя на планеті Земля?

Питання про те, як з'явилося життя на Землі, є одним із найглибших у науці, і, хоча існує безліч теорій, вчені досі не можуть дійти єдиної відповіді. Це залишається темою для дискусій, оскільки усвідомлення походження життя допоможе нам краще зрозуміти своє місце у Всесвіті, а також спрямує наші пошуки позаземного життя. Існує безліч гіпотез та теорій виникнення життя на Землі, і нижче ми розглянемо деякі з найпопулярніших.

Першою ідеєю, яка привернула увагу вчених, був «первинний бульйон»: уявлення про те, що коли Земля була молодою, океани були заповнені простими хімічними речовинами, що сприяли виникненню життя, і які самостійно утворили прості живі клітини. Ця гіпотеза була запропонована у 1920-х роках двома незалежними дослідниками: Олександром Опаріним із СРСР та британським генетиком Дж. Б. С. Холдейном.

Теорія первинного бульйону здобула широку підтримку у 1953 році, коли молодий американський аспірант на ім'я Стенлі Міллер під керівництвом лауреата Нобелівської премії Гарольда Юрі провів знаменитий експеримент. Міллер змішав чотири простих хімікати у скляних трубках, які нагрівали та вражали електричними іскрами, що імітують блискавку. У ході експерименту було створено кілька амінокислот, будівельних блоків білків. Експеримент Міллера-Юрі показав, що органічні молекули здатні утворюватися природним чином.

Проте створення життя з нуля виявилося набагато складнішим, ніж передбачав експеримент Міллера.Протягом десятиліть було запропоновано кілька конкуруючих гіпотез, і сьогодні ця сфера сильно поляризована. Вчені розходяться в думках щодо того, які хімічні компоненти життя з'явилися першими, які життєві процеси виникли першими і де на Землі вперше виникло життя.

Під питанням навіть час виникнення життя. Ми лише знаємо, що це сталося після того, як Земля сформувалася 4,5 мільярда років тому, і до 3,5 мільярда років тому – час найстаріших копалин свідчень життя. Багато палеонтологів намагалися звузити обрій, виявляючи більш давні сліди життя, але їх знахідки заперечуються.

Що стосується місцезнаходження, багато хто віддає перевагу мору, але не обов'язково відкрите: деякі дослідники вважають, що життя зародилося в лужних гідротермальних джерелах на морському дні. Інші вважають, що життя з'явилося у водоймах на суші, можливо, у геотермальних басейнах, подібних до тих, що в Єллоустоні. Було запропоновано багато інших місць, наприклад, лід. Найменша частина вчених вважає, що життя виникло десь у Всесвіті і було перенесено на Землю. Ця гіпотеза відома як панспермія. Проте більшість дослідників вважають її малоймовірною.

Процес, що створив життя

Найгостріше питання - це механізм, за допомогою якого зародилося життя. Які з багатьох процесів, що відбуваються у живих організмах, виникли першими?

Одна з перших ідей, популяризованих біохіміком Сідні Фоксом після експерименту Міллера-Юрі, полягала в тому, що амінокислоти збираються у прості білки. У сучасних організмах білки виконують величезний спектр функцій, зокрема діють як ферменти, що прискорюють основні хімічні реакції.Однак ця гіпотеза про білки значною мірою втратила популярність.

Набагато популярнішим є уявлення, що життя почалося з РНК, близької родички ДНК (Гіпотеза світу РНК). РНК може нести гени і копіювати себе так само, як ДНК, але вона також може згортатися та діяти як фермент. Ідея полягає в тому, що організми, засновані виключно на РНК, виникли першими, і лише пізніше розвинулися ДНК та білок.

Гіпотеза Світ РНК накопичила безліч підтверджень, але неясно, чи достатньо однієї РНК. Останніми роками деякі дослідники припустили, що РНК розкриває свій потенціал лише у поєднані із білками — й у виникнення життя потрібні обидва компонента.

Ще одна думка полягає в тому, що перші організми були простими краплями чи бульбашками. Ці «протоклетки» нагадували сучасні клітини у одному ключовому властивості: вони діяли як контейнери всім інших компонентів життя. Більш досконалі протоклетки, розроблені лауреатом Нобелівської премії біологом Джеком Шостаком, також містять РНК, що самовідтворюється.

Остання гіпотеза полягає в тому, що життя почалося із серії хімічних реакцій, які витягували енергію з навколишнього середовища та використовували її для створення молекул життя. Ідею було висунуто наприкінці 1980-х років німецьким хіміком Гюнтером Вехтерсхойзером. Вехтерсхойзер припускає, що раннє життя могло виникнути на поверхні мінералів сульфіду заліза, звідси і назва «Гіпотеза світу сульфідів заліза». Однак у наші дні ця ідея була витіснена припущенням Майкла Рассела про те, що перше життя харчувалося струмами електрично заряджених протонів у лужних гідротермальних джерелах на морському дні.

Критика абіогенезу та панспермії

Хоча експерименти, проведені Стенлі Міллером та іншими вченими, що ґрунтувалися на його роботах, показують, що життя могло виникнути з первинного бульйону, ця можливість залишається теоретичною. Немає жодних свідчень доклітинного життя Землі. Понад те, критики гіпотези світу РНК зазначають, що експерименти, підтверджують цю концепцію, проводилися з біологічно створеної РНК. РНК може діяти як матриця для самореплікації та як фермент для виконання цього процесу, але ці результати були виконані в контрольованих лабораторних умовах. Тому лише частково доводять, що такі делікатні процеси могли відбуватися у морях древньої Землі.

З подібних причин гіпотеза світу РНК була значною мірою відкинута прибічниками абіогенезу на користь інших теорій, таких як одночасний розвиток білків і генетичних матриць або зародження життя навколо гідротермальних джерел, подібних до тих, які в даний час населені екстремофілами. Але є один важливий фактор, який важко подолати будь-якій гіпотезі абіогенезу: час. Вважається, що засноване на ДНК життя виникло на Землі приблизно 3,8 мільярда років тому, давши доклітинним формам життя близько 1 мільярда років для виконання випадкових процесів кодування корисних білків та збирання з них попередників клітинного життя. Критики абіогенезу кажуть, що неорганічної матерії просто не вистачає часу, щоб стати теоретично обґрунтованим доклітинним життям. Згідно з однією з оцінок, для випадкового створення одного корисного білка потрібно близько 10 450 років.

Це одна з основних перешкод, яка робить панспермію привабливою ідеєю: вона не пояснює походження життя, а лише її поява на Землі. Гіпотеза панспермії не обов'язково суперечить абіогенез, вона просто переміщає джерело виникнення життя в інше місце. Тим не менш, досі немає оцінок щодо кількох важливих факторів, які повинні бути дотримані, щоб панспермія була правильною. Чи можливе, наприклад, щоб мікробне життя вижило в суворих умовах польоту в космосі, входу в атмосферу Землі та зіткнення з поверхнею нашої планети?

Деякі нещодавні гіпотези припускають, що життя не обов'язково було виживати. Одні вчені постулюють, що мертві частки ДНК могли прибути на Землю за допомогою балістичної панспермії та були відтворені за допомогою запущеного процесу, подібного до світу РНК. Інші прагнуть досліджувати Марс у пошуках скам'янілостей та порівняти будь-який генетичний матеріал з тим, що повсюдно зустрічається на Землі, щоб визначити спорідненість.

Тим не менш, якщо життя на Землі зародилося в іншому місці і перемістилося на нашу планету, питання все ще залишається відкритим: як відбулося життя?