La vita sulla Terra è apparsa più di 3,5 miliardi di anni fa - è difficile individuare il momento in modo più preciso, se non altro perché non è facile tracciare il confine tra "quasi vivo" e "veramente vivo". Tuttavia, possiamo dire con certezza che questo momento magico si è protratto per molti, lunghi milioni di anni. Tuttavia, è stato un vero miracolo.
Per apprezzare questo miracolo al suo vero valore, è necessario conoscere una serie di teorie moderne che descrivono diverse opzioni e fasi della nascita della vita. Da un vivace ma senza vita insieme di semplici composti organici a protoorganismi che hanno conosciuto la morte e sono entrati in una corsa infinita di variabilità biologica. Dopo tutto, questi due termini - mutabilità e morte - non danno origine all'intera somma della vita?..
1. Panspermia
L'ipotesi di portare la vita sulla Terra da altri corpi cosmici ha molti difensori autorevoli. Questa posizione fu ricoperta dal grande scienziato tedesco Hermann Helmholtz e dal chimico svedese Svante Arrhenius, dal pensatore russo Vladimir Vernadsky e dal fisico britannico Kelvin. Tuttavia, la scienza è un regno di fatti e, dopo la scoperta della radiazione cosmica e del suo effetto distruttivo su tutti gli esseri viventi, la panspermia sembrava morire.
Ma più gli scienziati si immergono nella questione, più sfumature emergono. Quindi, ora, anche facendo numerosi esperimenti su veicoli spaziali, prendiamo molto più seriamente la capacità degli organismi viventi di tollerare le radiazioni e il freddo, la mancanza di acqua e altre "delizie" di essere nello spazio. I ritrovamenti di tutti i tipi di composti organici su asteroidi e comete, in ammassi lontani di gas e polvere e nubi protoplanetarie sono numerosi e fuori dubbio. Ma le affermazioni sulla scoperta in essi di tracce di qualcosa di sospettosamente simile ai microbi rimangono non dimostrate.
È facile vedere che, nonostante tutto il suo fascino, la teoria della panspermia trasferisce solo la questione dell'origine della vita in un altro luogo e in un altro tempo. Qualunque cosa abbia portato i primi organismi sulla Terra - un meteorite accidentale o un piano astuto di alieni altamente sviluppati, dovevano nascere da qualche parte e in qualche modo. Non qui e molto più avanti nel passato, ma la vita doveva crescere dalla materia senza vita. La domanda "Come?" resti.
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1. Non scientifico: generazione spontanea
L'origine spontanea di materia vivente altamente sviluppata da materia non vivente - come la nascita di larve di mosca nella carne in decomposizione - può essere associata ad Aristotele, che generalizzò i pensieri di molti predecessori e formò una dottrina olistica della generazione spontanea. Come altri elementi della filosofia di Aristotele, la generazione spontanea era la dottrina dominante nell'Europa medievale e godette di un certo sostegno fino agli esperimenti di Louis Pasteur, che dimostrò definitivamente che anche le larve delle mosche avevano bisogno delle mosche madri per apparire. Non confondere la generazione spontanea con le moderne teorie dell'origine abiogenica della vita: la differenza tra loro è fondamentale.
2. Brodo primario
Questo concetto è strettamente correlato agli esperimenti classici che erano riusciti ad acquisire lo status degli anni '50 da Stanley Miller e Harold Urey. In laboratorio, gli scienziati hanno modellato le condizioni che potrebbero esistere sulla superficie della giovane Terra - una miscela di metano, monossido di carbonio e idrogeno molecolare, numerose scariche elettriche, luce ultravioletta - e presto più del 10% del carbonio del metano è stato convertito nella forma di alcune molecole organiche. Negli esperimenti Miller-Urey sono stati ottenuti più di 20 amminoacidi, zuccheri, lipidi e precursori di acidi nucleici.
Le variazioni moderne di questi esperimenti classici utilizzano configurazioni molto più sofisticate che si adattano meglio alle condizioni della Terra primordiale. Simulano l'impatto dei vulcani con le loro emissioni di idrogeno solforato e anidride solforosa, la presenza di azoto, ecc. In questo modo, gli scienziati riescono a ottenere una quantità enorme e diversificata di materia organica - potenziali elementi costitutivi della vita potenziale. Il problema principale di questi esperimenti rimane il racemato: gli isomeri di molecole otticamente attive (come gli amminoacidi) si formano in una miscela in quantità uguali, mentre tutta la vita a noi nota (con poche e strane eccezioni) include solo L-isomeri.
Tuttavia, torneremo su questo problema più tardi. Va anche aggiunto qui che recentemente - nel 2015 - il professore di Cambridge John Sutherland e il suo team hanno mostrato la possibilità di formare tutte le "molecole della vita" di base, componenti di DNA, RNA e proteine da un insieme molto semplice di componenti iniziali. I personaggi principali di questa miscela sono l'acido cianidrico e l'idrogeno solforato, che non sono così rari nello spazio. A loro resta da aggiungere alcuni minerali e metalli che sono presenti in quantità sufficiente sulla Terra, come fosfati, rame e sali di ferro. Gli scienziati hanno costruito uno schema di reazione dettagliato che potrebbe creare una ricca "zuppa primordiale" per far apparire i polimeri in esso ed è entrata in gioco l'evoluzione chimica a tutti gli effetti.
L'ipotesi dell'origine abiogenica della vita da "brodo organico", che fu testata dagli esperimenti di Miller e Urey, fu avanzata nel 1924 dal biochimico sovietico Alexander Oparin. E sebbene negli "anni bui" del periodo di massimo splendore del lysenkoismo, lo scienziato si schierò dalla parte degli oppositori della genetica scientifica, i suoi meriti sono grandi. In riconoscimento del ruolo di un accademico, il suo nome porta il premio principale presentato dalla Società scientifica internazionale per lo studio dell'origine della vita (ISSOL): la medaglia Oparin. Il premio viene assegnato ogni sei anni, e in diverse occasioni è stato assegnato sia a Stanley Miller che al grande ricercatore cromosomico, il premio Nobel Jack Shostak. In riconoscimento dell'enorme contributo di Harold Urey, ISSOL assegna la medaglia Urey tra la medaglia Oparin (anche ogni sei anni). Il risultato è un premio evolutivo unico e reale, con un nome mutevole.
3. Evoluzione chimica
La teoria cerca di descrivere la trasformazione di sostanze organiche relativamente semplici in sistemi chimici piuttosto complessi, i precursori della vita stessa, sotto l'influenza di fattori esterni, i meccanismi di selezione e auto-organizzazione. Il concetto di base di questo approccio è "sciovinismo acqua-carbonio", che presenta queste due componenti (acqua e carbonio - NS) come assolutamente necessarie e chiave per l'emergere e lo sviluppo della vita, sia sulla Terra che altrove. E il problema principale rimangono le condizioni in cui lo “sciovinismo acqua-carbonio” può svilupparsi in complessi chimici molto sofisticati capaci, prima di tutto, di auto-replicazione.
Secondo una delle ipotesi, l'organizzazione primaria delle molecole potrebbe avvenire nei micropori dei minerali argillosi, che hanno svolto un ruolo strutturale. Il chimico scozzese Alexander Graham Cairns-Smith ha avanzato questa idea alcuni anni fa. Biomolecole complesse potrebbero depositarsi e polimerizzare sulla loro superficie interna, come su una matrice: scienziati israeliani hanno dimostrato che tali condizioni consentono di far crescere catene proteiche sufficientemente lunghe. Qui potrebbero accumularsi le quantità richieste di sali metallici, che svolgono un ruolo importante come catalizzatori per le reazioni chimiche. Le pareti di argilla potrebbero funzionare come membrane cellulari, dividendo lo spazio "interno", in cui avvengono reazioni chimiche sempre più complesse, e separandolo dal caos esterno.
Le superfici dei minerali cristallini potrebbero fungere da "matrici" per la crescita di molecole polimeriche: la struttura spaziale del loro reticolo cristallino è in grado di selezionare solo isomeri ottici dello stesso tipo - ad esempio, L-amminoacidi - risolvendo il problema di cui abbiamo parlato sopra. L'energia per il "metabolismo" primario potrebbe essere fornita da reazioni inorganiche, come la riduzione del minerale pirite (FeS2) con idrogeno (a solfuro di ferro e idrogeno solforato). In questo caso, non sono necessari né fulmini né radiazioni ultraviolette per la comparsa di biomolecole complesse, come negli esperimenti di Miller-Urey. Ciò significa che possiamo sbarazzarci degli aspetti dannosi della loro azione.
Young Earth non era protetto da componenti dannosi - e persino mortali - della radiazione solare. Anche gli organismi moderni, testati in modo evolutivo, non sarebbero in grado di resistere a questa dura radiazione ultravioletta, nonostante il fatto che il Sole stesso fosse molto più giovane e non fornisse abbastanza calore al pianeta. Da ciò nacque l'ipotesi che nell'era in cui stava avvenendo il miracolo dell'origine della vita, l'intera Terra potesse essere ricoperta da uno spesso strato di ghiaccio - centinaia di metri; e questo è per il meglio. Nascondendosi sotto questa calotta di ghiaccio, la vita poteva sentirsi completamente al sicuro dalle radiazioni ultraviolette e dai frequenti attacchi meteorici che minacciavano di distruggerla sul nascere. L'ambiente relativamente fresco potrebbe anche stabilizzare la struttura delle prime macromolecole.
4. Fumatori neri
In effetti, la radiazione ultravioletta sulla giovane Terra, la cui atmosfera non conteneva ancora ossigeno e non aveva una cosa così meravigliosa come lo strato di ozono, avrebbe dovuto essere mortale per qualsiasi vita nascente. Da ciò nacque l'ipotesi che i fragili antenati degli organismi viventi fossero costretti a esistere da qualche parte, nascondendosi dal flusso continuo di raggi sterilizzanti. Ad esempio, in profondità sott'acqua - ovviamente, dove ci sono abbastanza minerali, miscelazione, calore ed energia per le reazioni chimiche. E tali luoghi sono stati trovati.
Verso la fine del XX secolo, è diventato chiaro che il fondo dell'oceano non poteva in alcun modo essere un rifugio per i mostri medievali: le condizioni sono troppo dure, la temperatura è bassa, non ci sono radiazioni e la materia organica rara può depositarsi solo dalla superficie. In realtà, questi sono i semi-deserti più estesi - con alcune notevoli eccezioni: proprio lì, in profondità sotto l'acqua, vicino agli sbocchi delle sorgenti geotermiche, la vita è letteralmente in pieno svolgimento. L'acqua nera satura di solfuri è calda, miscelata attivamente e contiene molti minerali.
I fumatori dell'oceano nero sono ecosistemi molto ricchi e caratteristici: i batteri che si nutrono di loro utilizzano le reazioni ferro-zolfo, di cui abbiamo già parlato. Sono la base per una vita in piena fioritura, inclusa una miriade di vermi e gamberetti unici. Forse erano la base per l'origine della vita sul pianeta: almeno in teoria, tali sistemi portano tutto il necessario per questo.
2. Non scientifico: spiriti, dei, antenati
Tutti i miti cosmologici sull'origine del mondo sono sempre coronati da quelli antropogonici - sull'origine dell'uomo. E in queste fantasie si può solo invidiare l'immaginazione degli autori antichi: sulla questione di cosa, come e perché è nato il cosmo, dove e come appariva la vita - e le persone - le versioni suonavano molto diverse e quasi sempre belle. Piante, pesci e animali furono catturati dal fondo del mare da un enorme corvo, le persone strisciarono fuori dal corpo dell'antenato Pangu mentre i vermi, modellati da argilla e cenere, nacquero dai matrimoni di dei e mostri. Tutto ciò è sorprendentemente poetico, ma ovviamente non ha nulla a che fare con la scienza.
5. Il mondo dell'RNA
In accordo con i principi del materialismo dialettico, la vita è una "unità e lotta" di due principi: informazioni mutevoli ed ereditate, da un lato, e funzioni biochimiche e strutturali, dall'altro. Uno è impossibile senza l'altro - e la questione di dove è iniziata la vita, con informazioni e acidi nucleici o con funzioni e proteine, rimane una delle più difficili. E una delle soluzioni ben note a questo problema paradossale è l'ipotesi del mondo dell'RNA, che apparve alla fine degli anni '60 e prese finalmente forma alla fine degli anni '80.
RNA - le macromolecole, nell'immagazzinare e trasmettere informazioni non sono efficienti come il DNA e nell'esecuzione di funzioni enzimatiche - non così impressionanti come le proteine. Ma le molecole di RNA sono capaci di entrambe le cose e fino ad ora servono come collegamento di trasmissione nello scambio di informazioni della cellula e catalizzano una serie di reazioni in essa. Le proteine non sono in grado di replicarsi senza le informazioni sul DNA e il DNA non è in grado di farlo senza le "capacità" proteiche. L'RNA, d'altro canto, può essere completamente autonomo: è in grado di catalizzare la propria "riproduzione" - e questo è sufficiente per iniziare.
Studi nell'ambito dell'ipotesi del mondo dell'RNA hanno dimostrato che queste macromolecole sono in grado di compiere un'evoluzione chimica a tutti gli effetti. Prendiamo, ad esempio, un esempio illustrativo dimostrato dai biofisici della California guidati da Lesley Orgel: se l'etidio bromuro viene aggiunto a una soluzione di RNA capace di auto-replicazione, che funge da veleno per questo sistema, bloccando la sintesi dell'RNA, poi a poco a poco, con un cambiamento nelle generazioni di macromolecole, nella miscela Sembra che gli RNA siano resistenti anche a concentrazioni molto elevate della tossina. Qualcosa del genere, evolvendo, le prime molecole di RNA potrebbero trovare un modo per sintetizzare i primi strumenti-proteine, e poi - in combinazione con loro - "scoprire" da sole la doppia elica del DNA, portatore ideale di informazioni ereditarie.
3. Non scientifico: immutabilità
Non più scientifiche delle storie sui primi antenati possono essere chiamate le opinioni che portano il nome ad alta voce della Teoria di uno Stato stazionario. Secondo i suoi sostenitori, nessuna vita è mai sorta - proprio come la Terra non è nata, né è apparso il cosmo: semplicemente erano sempre, sempre e rimarranno. Tutto ciò non è più giustificato dei vermi Pangu: per prendere sul serio una simile "teoria", bisognerà dimenticare le innumerevoli scoperte di paleontologia, geologia e astronomia. E infatti, abbandonare l'intero edificio grandioso della scienza moderna - ma poi, probabilmente, vale la pena rinunciare a tutto ciò che è dovuto ai suoi abitanti, compresi i computer e le cure dentistiche indolori.
6. Protocellule
Tuttavia, la semplice replica non è sufficiente per la "vita normale": qualsiasi vita è, prima di tutto, un'area spazialmente isolata dell'ambiente che separa i processi metabolici, facilita il corso di alcune reazioni e ne consente l'esclusione di altre. In altre parole, la vita è una cellula delimitata da una membrana semipermeabile composta da lipidi. E le "protocellule" dovrebbero essere apparse già nelle prime fasi dell'esistenza della vita sulla Terra - la prima ipotesi sulla loro origine è stata espressa da Alexander Oparin, che è ben noto a noi. A suo parere, goccioline di lipidi idrofobici simili a goccioline gialle di olio che galleggiano nell'acqua potrebbero fungere da "protomembrane".
In generale, le idee dello scienziato sono accettate dalla scienza moderna e anche Jack Shostak, che ha ricevuto la medaglia Oparin per il suo lavoro, è stato coinvolto in questo argomento. Insieme a Katarzyna Adamala, riuscì a creare una sorta di modello di “protocella”, il cui analogo della membrana non era costituito da moderni lipidi, ma da molecole organiche ancora più semplici, acidi grassi, che avrebbero potuto benissimo accumularsi nei luoghi di origine dei primi protoorganismi. Shostak e Adamala sono anche riusciti a "ravvivare" le loro strutture aggiungendo ioni magnesio (stimolando il lavoro della RNA polimerasi) e acido citrico (stabilizzando la struttura delle membrane adipose) al mezzo.
Di conseguenza, sono finiti con un sistema completamente semplice, ma in qualche modo vivente; in ogni caso, era una normale protocellula che conteneva un ambiente protetto da membrana per la riproduzione dell'RNA. Da questo momento puoi chiudere l'ultimo capitolo della preistoria della vita e iniziare i primi capitoli della sua storia. Tuttavia, questo è un argomento completamente diverso, quindi parleremo di un solo, ma estremamente importante concetto relativo ai primi passi dell'evoluzione della vita e all'emergere di un'enorme varietà di organismi.
4. Non scientifico: eterno ritorno
Una rappresentazione "corporativa" della filosofia indiana, nella filosofia occidentale associata alle opere di Immanuel Kant, Friedrich Nietzsche e Mircea Eliade. Un'immagine poetica dell'eterno vagabondare di ogni anima vivente attraverso un numero infinito di mondi e dei loro abitanti, la sua trasformazione in un insignificante insetto, poi in un esaltato poeta, o addirittura in un essere a noi sconosciuto, un demone o un dio. Nonostante la mancanza di idee sulla reincarnazione, Nietzsche è molto vicino a questa idea: l'eternità è eterna, il che significa che qualsiasi evento in essa può e deve essere ripetuto di nuovo. E ogni creatura gira all'infinito su questa giostra del ritorno universale, così che solo la testa gira, e il problema stesso dell'origine primaria scompare da qualche parte in un caleidoscopio di innumerevoli ripetizioni.
7. Endosimbiosi
Guardati allo specchio, guardati negli occhi: la creatura con cui ti guardi è un ibrido complesso sorto in tempi immemorabili. Alla fine del XIX secolo, il naturalista tedesco-inglese Andreas Schimper notò che i cloroplasti, gli organelli delle cellule vegetali responsabili della fotosintesi, si replicano separatamente dalla cellula stessa. Presto ci fu l'ipotesi che i cloroplasti fossero simbionti, cellule di batteri fotosintetici, una volta inghiottiti dall'ospite e lasciati a vivere qui per sempre.
Certo, non abbiamo i cloroplasti, altrimenti potremmo nutrirci della luce solare, come suggeriscono alcune sette pseudo-religiose. Tuttavia, negli anni '20, l'ipotesi dell'endosimbiosi è stata ampliata per includere i mitocondri, organelli che consumano ossigeno e forniscono energia a tutte le nostre cellule. Ad oggi, questa ipotesi ha acquisito lo status di una teoria a tutti gli effetti e ripetutamente dimostrata: basti dire che mitocondri e plastidi hanno il proprio genoma, più o meno meccanismi di divisione cellulare e propri sistemi di sintesi proteica.
In natura, sono stati trovati anche altri endosimbionti che non hanno alle spalle miliardi di anni di evoluzione articolare e si trovano a un livello meno profondo di integrazione nella cellula. Ad esempio, alcune amebe non hanno i propri mitocondri, ma ci sono batteri inclusi all'interno e che svolgono il loro ruolo. Ci sono ipotesi sull'origine endosimbiotica di altri organelli - inclusi flagelli e ciglia, e persino il nucleo cellulare: secondo alcuni ricercatori, tutti noi eucarioti siamo il risultato di una fusione senza precedenti tra batteri e archaea. Queste versioni non hanno ancora trovato una conferma rigorosa, ma una cosa è chiara: non appena è emersa, la vita ha iniziato ad assorbire i suoi vicini - e interagire con loro, dando vita a nuova vita.
5. Non scientifico: creazionismo
Il concetto stesso di creazionismo è nato nel XIX secolo, quando questa parola ha iniziato a essere chiamata sostenitrice di varie versioni dell'aspetto del mondo e della vita, proposte dagli autori della Torah, della Bibbia e di altri libri sacri delle religioni monoteiste. Tuttavia, in sostanza, i creazionisti non hanno offerto nulla di nuovo rispetto a questi libri, cercando ripetutamente di confutare le scoperte rigorose e approfondite della scienza - e di fatto, ripetutamente, perdendo una posizione dopo l'altra. Sfortunatamente, le idee dei moderni pseudoscienziati-creazionisti sono molto più facili da capire: ci vuole un grande sforzo per comprendere le teorie della vera scienza.
Sergey Vasiliev
