Вселена и Живот

Произход на живота на Земята (част 1)

AstrobioStar05
AstrobioStar05

В еволюционната биология с терминът абиогенезата или неофициално произход на живота (ПЖ) се обозначава естественият процес, чрез който животът е възникнал от неживата материя,  като прости органични съединения, които с течение на времето се е развил до всички живи същества, които познава днес на нашата планета.

Въпреки, че детайлите на този процес все още са неизвестни, преобладаващата научна хипотеза е, че преходът от неживи към живи същества не е единично събитие, а еволюционен процес с нарастваща сложност, който е включвал молекулярно самовъзпроизвеждане, автокатализа и появата на клетъчни мембрани.

Въпреки, че появата на абиогенеза е противоречива сред учените, нейните възможни механизми са слабо разбрани.

Има няколко принципа и хипотези за това, как би могло да протече този процес.

Изследването на абиогенезата има за цел да установи, как химическите реакции преди живота са възпроизвели “живот” при условия, поразително различни от тези на Земята които познаваме днес.

За тази цел се използват предимно научни инструменти от областта на биологията, химията и геофизиката, както и по-новите подходи, които правят опит за синтез и на трите научни като по-конкретно, астробиология, биохимия, биофизика, геохимия, молекулярна биология, океанография и палеонтология.

Животът може да се каже, че функционира чрез “специализираната” химия на въглерода и водата и се гради до голяма степен върху четири ключови семейства химикали: липиди (клетъчни мембрани), въглехидрати (захари, целулоза), аминокиселини (белтъчен метаболизъм) и нуклеинови киселини (ДНК и РНК). Всяка успешна теория на абиогенезата трябва да може да обясни произхода и
взаимодействията на тези класове молекули. Много подходи за абиогенеза изследват, как са се появили самовъзпроизвеждащите се молекули или техните компоненти.

Обикновено  се счита, че настоящият живот произлиза от така наречение РНК свят, въпреки че други самовъзпроизвеждащи се молекули може да са предшествали появата на РНК.

Към днешна дата все още не знаем, дали това е точно така.

Хипотезата за алтернативната панспермия предполага, че микроскопичният живот е възникнал някъде извън пределите на Земята по неизвестни механизми и се е разпространил на ранната Земя с  космическия прах и метеоритите, които постоянно са я бомбардирали. Днес ни е известно, че сложни органични молекули се срещат на много места из Слънчевата система и в  междузвездното пространство като точно тези молекули може да са осигурили изходен материал за развитието на живота на Земята.

Трябва обаче да се обърне и внимание на факта, че наличието на органична материя, не означава непременно, че на това място ще има тласък на развитието на органичен живот.

Тези молекули сами по себе си не са живи.

За сега Земята остава единственото място във Вселената, за което е известно, че има наличние живот, а изкопаемите доказателства от нея ни показват за евентуалната  абиогенеза. Счита се, че възрастта на Земята е 4,54 Gy години (Гига или милиард години). Най-ранните безспорни доказателства за живота на Земята датират от най-малко 3,5 Gya (Gy преди)  и най-вероятно са още от Архейската ера (Eoarchean Era -3,6-4,0 Gya).

През 2017 г. бяха откриха възможни доказателства за ранен живот на сушата от 3,48 Gyo (Гю) e mineral nareèn гейзерит и други
свързани с тях минерални находища (често срещани около горещи извори и гейзери). Местоположението им е в Пилбара Кратон, регион в Западна Австралия.

Редица открития обаче предполагат, че животът може да се е появил на Земята още по-рано. През 2017 г. микрофосилите (вкаменени микроорганизми) в утайките от  хидротермални извори свидетелства за възраст от 3,77 до 4,28 Gya в скалите в Квебек като е възможно да съдържат най-стария “запис” на живот на Земята, което предполага, че животът е започнал скоро  след образуването на първичния океан- 4,4 Gya години по време на Хадеанския еон.

Стратегията на НАСА за абиогенезата гласи, че е необходимо да се идентифицират взаимодействията, структурите и функции, енергийните източници и  факторите на околната среда, които са допринесли за разнообразието, селекцията и репликацията на еволюируеми макромолекулни системи на първичните информационни полимери.

Появата на полимери, които могат да се възпроизвеждат, съхраняват генетична информация и показват свойства, подлежащи на селекция, вероятно е била критичната стъпка  в появата на пребиотична химическа еволюция.

Източник на информация:

  1.  Dodd, Matthew S.; Papineau, Dominic; Grenne, Tor; Slack, John F.; Rittner, Martin; Pirajno, Franco; O’Neil, Jonathan; Little, Crispin T.S. (1 March 2017). “Evidence for early life in Earth’s oldest hydrothermal vent precipitates”Nature543 (7643): 60–64. Bibcode:2017Natur.543…60Ddoi:10.1038/nature21377PMID 28252057Archived from the original on 8 September 2017. Retrieved 2 March 2017.
  2. Jump up to:a b c Zimmer, Carl (1 March 2017). “Scientists Say Canadian Bacteria Fossils May Be Earth’s Oldest”The New York TimesArchived from the original on 2 March 2017. Retrieved 2 March2017.
  3. ^ Oparin, Aleksandr Ivanovich (1938). The Origin of Life. Phoenix Edition Series. Translated by Morgulis, Sergius (2 ed.). Mineola, New York: Courier Corporation (published 2003). ISBN 978-0486495224. Retrieved 16 June 2018.
  4. Jump up to:a b Peretó, Juli (2005). “Controversies on the origin of life” (PDF)International Microbiology8 (1): 23–31. PMID 15906258. Archived from the original (PDF) on 24 August 2015. Retrieved 1 June 2015Ever since the historical contributions by Aleksandr I. Oparin, in the 1920s, the intellectual challenge of the origin of life enigma has unfolded based on the assumption that life originated on Earth through physicochemical processes that can be supposed, comprehended, and simulated; that is, there were neither miracles nor spontaneous generations.
  5. ^ Compare: Scharf, Caleb; et al. (18 December 2015). “A Strategy for Origins of Life Research”Astrobiology15 (12): 1031–1042. Bibcode:2015AsBio..15.1031Sdoi:10.1089/ast.2015.1113PMC 4683543PMID 26684503What do we mean by the origins of life (OoL)? […] Since the early 20th century the phrase OoL has been used to refer to the events that occurred during the transition from non-living to living systems on Earth, i.e., the origin of terrestrial biology (Oparin, 1924; Haldane, 1929). The term has largely replaced earlier concepts such as abiogenesis (Kamminga, 1980; Fry, 2000).
  6. ^ Oparin 1953, p. vi
  7. ^ Warmflash, David; Warmflash, Benjamin (November 2005). “Did Life Come from Another World?”. Scientific American293 (5): 64–71. Bibcode:2005SciAm.293e..64Wdoi:10.1038/scientificamerican1105-64PMID 16318028According to the conventional hypothesis, the earliest living cells emerged as a result of chemical evolution on our planet billions of years ago in a process called abiogenesis.
  8. ^ Yarus 2010, p. 47
  9. ^ Witzany, Guenther (2016). “Crucial steps to life: From chemical reactions to code using agents” (PDF)Biosystems140: 49–57. doi:10.1016/j.biosystems.2015.12.007PMID 26723230.
  10. ^ Howell, Elizabeth (8 December 2014). “How Did Life Become Complex, And Could It Happen Beyond Earth?”Astrobiology Magazine. Retrieved 14 February 2018.
  11. ^ Tirard, Stephane (20 April 2015). Abiogenesis – DefinitionEncyclopedia of Astrobiology. p. 1. doi:10.1007/978-3-642-27833-4_2-4ISBN 978-3-642-27833-4Thomas Huxley (1825–1895) used the term abiogenesis in an important text published in 1870. He strictly made the difference between spontaneous generation, which he did not accept, and the possibility of the evolution of matter from inert to living, without any influence of life. […] Since the end of the nineteenth century, evolutive abiogenesis means increasing complexity and evolution of matter from inert to living state in the abiotic context of evolution of primitive Earth.
  12. ^ Levinson, Gene (2020). Rethinking evolution: the revolution that’s hiding in plain sight. World Scientific. ISBN 978-1786347268.
  13. ^ Voet & Voet 2004, p. 29
  14. Jump up to:a b Dyson 1999
  15. ^ Davies, Paul (1998). The Fifth Miracle, Search for the origin and meaning of life. Penguin.[page needed]
  16. ^ Ward, Peter; Kirschvink, Joe (2015). A New History of Life: the radical discoveries about the origins and evolution of life on earth. Bloomsbury Press. pp. 39–40. ISBN 978-1608199105.
  17. Jump up to:a b *Copley, Shelley D.; Smith, Eric; Morowitz, Harold J. (December 2007). “The origin of the RNA world: Co-evolution of genes and metabolism” (PDF)Bioorganic Chemistry35 (6): 430–443. doi:10.1016/j.bioorg.2007.08.001PMID 17897696Archived(PDF) from the original on 5 September 2013. Retrieved 8 June 2015The proposal that life on Earth arose from an RNA world is widely accepted.
  18. Jump up to:a b c d Robertson, Michael P.; Joyce, Gerald F. (May 2012). “The origins of the RNA world”Cold Spring Harbor Perspectives in Biology4 (5): a003608. doi:10.1101/cshperspect.a003608PMC 3331698PMID 20739415.
  19. Jump up to:a b c d Cech, Thomas R. (July 2012). “The RNA Worlds in Context”Cold Spring Harbor Perspectives in Biology4 (7): a006742. doi:10.1101/cshperspect.a006742PMC 3385955PMID 21441585.
  20. Jump up to:a b c Keller, Markus A.; Turchyn, Alexandra V.; Ralser, Markus (25 March 2014). “Non‐enzymatic glycolysis and pentose phosphate pathway‐like reactions in a plausible Archean ocean”Molecular Systems Biology10 (725): 725. doi:10.1002/msb.20145228PMC 4023395PMID 24771084.
  21. ^ Rampelotto, Pabulo Henrique (26 April 2010). Panspermia: A Promising Field of Research (PDF)Astrobiology Science Conference 2010. Houston, TX: Lunar and Planetary Institute. p. 5224. Bibcode:2010LPICo1538.5224RArchived (PDF) from the original on 27 March 2016. Retrieved 3 December 2014.Conference held at League City, TX
  22. ^ Berera, Arjun (6 November 2017). “Space dust collisions as a planetary escape mechanism”. Astrobiology17 (12): 1274–1282. arXiv:1711.01895Bibcode:2017AsBio..17.1274Bdoi:10.1089/ast.2017.1662PMID 29148823S2CID 126012488.
  23. ^ Chan, Queenie H.S. (10 January 2018). “Organic matter in extraterrestrial water-bearing salt crystals”Science Advances4 (1, eaao3521): eaao3521. Bibcode:2018SciA….4O3521Cdoi:10.1126/sciadv.aao3521PMC 5770164PMID 29349297.
  24. Jump up to:a b c Ehrenfreund, Pascale; Cami, Jan (December 2010). “Cosmic carbon chemistry: from the interstellar medium to the early Earth”Cold Spring Harbor Perspectives in Biology2 (12): a002097. doi:10.1101/cshperspect.a002097PMC 2982172PMID 20554702.
  25. ^ Perkins, Sid (8 April 2015). “Organic molecules found circling nearby star”Science (News). Washington, DC: American Association for the Advancement of Science. Retrieved 2 June 2015.
  26. ^ King, Anthony (14 April 2015). “Chemicals formed on meteorites may have started life on Earth”Chemistry World (News). London: Royal Society of ChemistryArchived from the original on 17 April 2015. Retrieved 17 April 2015.
  27. ^ Saladino, Raffaele; Carota, Eleonora; Botta, Giorgia; et al. (13 April 2015). “Meteorite-catalyzed syntheses of nucleosides and of other prebiotic compounds from formamide under proton irradiation”Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 112 (21): E2746–E2755. Bibcode:2015PNAS..112E2746Sdoi:10.1073/pnas.1422225112PMC 4450408PMID 25870268.
  28. ^ Graham, Robert W. (February 1990). “Extraterrestrial Life in the Universe” (PDF) (NASA Technical Memorandum 102363). Lewis Research Center, Cleveland, Ohio: NASAArchived (PDF) from the original on 3 September 2014. Retrieved 2 June 2015.
  29. ^ Altermann 2009, p. xvii
  30. ^ “Age of the Earth”United States Geological Survey. 9 July 2007. Archived from the original on 23 December 2005. Retrieved 10 January 2006.
  31. ^ Dalrymple 2001, pp. 205–221
  32. ^ Manhesa, Gérard; Allègre, Claude J.; Dupréa, Bernard; Hamelin, Bruno (May 1980). “Lead isotope study of basic-ultrabasic layered complexes: Speculations about the age of the earth and primitive mantle characteristics”. Earth and Planetary Science Letters47 (3): 370–382. Bibcode:1980E&PSL..47..370Mdoi:10.1016/0012-821X(80)90024-2.
  33. Jump up to:a b Schopf, J. William; Kudryavtsev, Anatoliy B.; Czaja, Andrew D.; Tripathi, Abhishek B. (5 October 2007). “Evidence of Archean life: Stromatolites and microfossils”. Precambrian Research158 (3–4): 141–155. Bibcode:2007PreR..158..141Sdoi:10.1016/j.precamres.2007.04.009.
  34. Jump up to:a b Schopf, J. William (29 June 2006). “Fossil evidence of Archaean life”Philosophical Transactions of the Royal Society B361 (1470): 869–885. doi:10.1098/rstb.2006.1834PMC 1578735PMID 16754604.
  35. Jump up to:a b Raven & Johnson 2002, p. 68
  36. ^ Staff (9 May 2017). “Oldest evidence of life on land found in 3.48-billion-year-old Australian rocks”Phys.orgArchived from the original on 10 May 2017. Retrieved 13 May 2017.
  37. ^ Djokic, Tara; Van Kranendonk, Martin J.; Campbell, Kathleen A.; Walter, Malcolm R.; Ward, Colin R. (9 May 2017). “Earliest signs of life on land preserved in ca. 3.5 Gao hot spring deposits”Nature Communications8: 15263. Bibcode:2017NatCo…815263Ddoi:10.1038/ncomms15263PMC 5436104PMID 28486437.
  38. ^ Schopf, J. William; Kitajima, Kouki; Spicuzza, Michael J.; Kudryavtsev, Anatolly B.; Valley, John W. (2017). “SIMS analyses of the oldest known assemblage of microfossils document their taxon-correlated carbon isotope compositions”PNAS115 (1): 53–58. Bibcode:2018PNAS..115…53Sdoi:10.1073/pnas.1718063115PMC 5776830PMID 29255053.
  39. ^ Tyrell, Kelly April (18 December 2017). “Oldest fossils ever found show life on Earth began before 3.5 billion years ago”University of Wisconsin-Madison. Retrieved 18 December 2017.
  40. ^ Ghosh, Pallab (1 March 2017). “Earliest evidence of life on Earth found”BBC NewsBBC NewsArchived from the original on 2 March 2017. Retrieved 2 March 2017.
  41. Jump up to:a b Dunham, Will (1 March 2017). “Canadian bacteria-like fossils called oldest evidence of life”ReutersArchived from the original on 2 March 2017. Retrieved 1 March 2017.
  42. ^ “Researchers uncover ‘direct evidence’ of life on Earth 4 billion years ago”. Deutsche Welle. Retrieved 5 March 2017.
  43. Jump up to:a b c d “NASA Astrobiology Strategy” (PDF)NASA. 2015. Archived from the original (PDF) on 22 December 2016. Retrieved 24 September 2017.
AstrobioStar05
Uncategorized

Leave a Comment

Your email address will not be published.