V kozmični hierarhiji sta Zemlja in zvezda, okoli katere se vrti, tako rekoč, še v povojih. Zemlja je nastala iz snovi, ki je ostala po rojstvu Sonca pred 4,6 milijarde let, medtem ko starost vesolja kot celote velja za 11-16 milijard let. Tako kot med nastajanjem vseh planetov je bila začetna faza obstoja našega planeta tako burna, da si je skoraj nemogoče predstavljati.
In tudi potem, ko je globus dobil obliko, je bila njegova površina staljena še 600 milijonov let, pregrevanje je povzročalo toploto, ki prihaja od znotraj, iz zemeljskega jedra, in bombardiranje asteroida od zunaj, ki je dvignilo temperaturo izhlapejočih oceanov do vrelišča. V tem obdobju, ki ga nekateri geologi imenujejo Hed, je na našem planetu resnično kraljeval pekel.
Po nenehnem bombardiranju asteroidov so ostali asteroidi v določenih orbitah in so v različnih kombinacijah težko škodovali Zemlji, ogljiku, dušiku, vodiku in kisiku, "tvorili aminokisline in drug osnovni gradbeni material žive snovi". Kot je v svoji knjigi iz leta 1995 za življenjski prah napisal nobelov nagrajenec Christian de Duve, "so proizvodi teh kemičnih procesov, ki so jih odložili atmosferske padavine, kometi in meteoriti, postopoma tvorili prvo organsko snov na brezživni površini našega nedavno kondenziranega planeta."
Na ta film, bogat z ogljikom, so vplivali tako procesi, ki se odvijajo v sami Zemlji, kot tudi padajoča telesa vesolja na njeni površini; učinek ultravijoličnega sevanja je bil mnogokrat močnejši kot trenutno, saj nas zdaj varuje zemeljska atmosfera. Vsi ti materiali so bili na koncu odloženi v morjih in, kot je v svojem znamenitem članku iz leta 1929 zapisal eminentni znanstvenik JB Haldane, "so bili primordialni oceani konsistenco vroče, razredčene juhe."
Glavni stranski produkt teh procesov je bilo nekaj viskoznega, rjavkastega, imenovanega "gumijast", "lepljiv" in z drugimi besedami, prebujati spomine na otroštvo. Tisti, ki nasprotujejo sklepu Charlesa Darwina, da je človek sorodnik šimpanzov in orangutanov, v resnici postavljajo človeka pred to zadnjo žalitev - prišli smo iz nekakšne slute!
Torej, imamo primarno "juho", v kateri se povsod meša veliko česa lepljivega. Kako bi lahko življenje na Zemlji nastalo iz te surovine? Tu se začne prava skrivnost. Splošno sprejeto je, da je odločilno vlogo igrala RNA - ribonukleinska kislina, sorodnica DNK, ki določa genetski zapis ljudi in drugih živih bitij. In vendar še vedno obstajajo številni spori o tem, kako, kdaj in kje je življenje dejansko nastalo. Oglejmo si na kratko nekaj vprašanj, ki so spodbudile te razprave.
Dolgo časa so biologi in kemiki verjeli, da bi moralo življenje na Zemlji nastati ne prej kot milijardo let po tem, ko se je planet ohladil in se je intenzivno bombardiranje asteroidov ustavilo, in to se je zgodilo pred približno 3,8 milijarde let. Iz tega sledi, da življenje na Zemlji obstaja že več kot 2,8 milijarde let. Toda geološki dokazi in celo organski fosili vse bolj kažejo, da so bakterije obstajale že veliko pred tem.
Grenlandska tvorba Isua, sestavljena iz najstarejših kamnin našega planeta, katerih starost je določena na 3,2 milijarde let, vsebuje ogljik - glavni gradbeni material vseh znanih oblik življenja in v deležih, značilnih za bakterijsko fotosintezo. Mnogi biologi sklepajo, da so že v tako zgodnjem obdobju morale obstajati bakterije, in če je tako, potem je bilo še prej bolj primitivnih organizmov kot bakterij.
Promocijski video:
Relativno pred kratkim je geolog z univerze v Zahodni Avstraliji Bigir Rasmussen v krateru Pilbara na severozahodu Avstralije odkril fosilne ostanke nitastih mikroorganizmov, starih 3,5 milijarde let, ter "možne" fosilne ostanke, ki izvirajo iz 3,235 milijard let nazaj, v izbruhnili vulkanski nanosi v zahodni Avstraliji. Zaradi takšnih najdb se pojavi resna težava: izvor življenja se preloži na 200 tisoč let po koncu obdobja Hed, kar mnogi biologi ocenjujejo kot precej kratek čas, potreben za kemične procese.
Rasmussenova najnovejša najdba, objavljena junija 1999 v Nature, sproža novo dilemo. Ker so biomolekule, potrebne za živo snov, kot so beljakovine in nukleinske kisline, zelo krhke in bolje preživijo pri nižjih temperaturah, so mnogi kemiki že dolgo prepričani, da bi moralo življenje na Zemlji nastati pri nizkih temperaturah, morda celo negativnih … In vendar je Rasmussen izkopal svoje mikroskopske nitke v materialu, ki je bil prvotno nameščen v bližini izliva vulkana, kjer je bila temperatura izjemno visoka.
Pravzaprav so najbolj starodavni organizmi, ki še danes obstajajo, bakterije, ki živijo v ohranjenih vulkanskih zračnikih ali v izvirih s temperaturo vode do 110 ° C. Obstoj teh starodavnih bakterij v zračnikih vulkanov zagotavlja močan dokaz v prid domnevi o visokotemperaturnih razmerah za nastanek življenja na Zemlji, ki jih podpirajo tudi drugi znanstveniki.
Eden od privržencev pogleda na izvor življenja na Zemlji v hladnih razmerah je Stanley Miller, ki je takoj postal znan leta 1953 po izvedbi vrste eksperimentov na univerzi v Chicagu. Nato je bil podiplomski študent in se je šolal pri nobelovcu Haroldu Ureyju, ki je dobil Nobelovo nagrado za odkrivanje težkega vodika, imenovanega devterij. Po Jurijevih besedah je bila atmosfera planeta prvotno sestavljena iz mešanice molekul vodika, metana, amoniaka, vodne pare in je bila še posebej bogata z vodikom. (Upoštevajte, da je bil kisik prisoten le v sestavi vodne pare. Šele po nastanku življenja v atmosferi se je kisik začel pojavljati kot posledica sproščanja ogljikovega dioksida med fotosintezo, kar je sčasoma privedlo do razvoja bolj zapletenih bioloških oblik.)
Miller je pripravil mešanico elementov, ki jih je Jurij nakazal v zaprti posodi in jo več dni izpostavil električnim razelektritvam, ki so simulirale strele. Na njegovo presenečenje se je v steklenem kozarcu pojavil rožnati sijaj, analiza pridobljenih rezultatov pa je pokazala, da sta bili prisotni dve aminokislini (sestavina vseh beljakovin), pa tudi druge organske snovi, za katere se verjame, da jih tvorijo samo žive celice. Ta eksperiment, ki ga je njegov vodja neradi odobril, Millerja ni samo zaslovel, temveč je privedel tudi do novega znanstvenega področja - abiotične kemije, katerega glavna naloga je bila pridobivanje bioloških snovi v pogojih, za katere se domneva, da so na Zemlji obstajali pred nastankom življenja.
Tu je ključna beseda "preuči". Predpostavke o sestavi zemeljske atmosfere pred življenjem na našem planetu se ves čas spreminjajo. In čeprav so bili po Millerjevem delu leta 1953 izvedeni številni poskusi, kljub tvorbi različnih vrst organskih molekul v njih niso privedli do rezultatov, ki bi jih lahko povezali s pojmom "življenja". Kot de Duve ugotavlja v Življenjskem prahu, se takšni poskusi pogosto izvajajo »pod bolj zmešanimi pogoji, kot so potrebni za resnično abiotski proces.
Med vsemi temi poskusi Millerjev originalni eksperiment ostaja klasičen. Praktično je bil edini, zasnovan izključno z namenom ponovitve verjetnih prebioloških pogojev, ne da bi bil namenjen določenemu končnemu proizvodu. Z drugimi besedami, vedno je enostavno organizirati poskus na tak način, da bi najverjetneje dobili želeni rezultat, vendar bodo poskusni pogoji preveč primerni.
Vsaj v takšnih poskusih ni bilo mogoče reproducirati življenja niti v njegovi najbolj elementarni obliki - v obliki ločene celice brez jedra. Kot je Nicholas Wade zapisal v svojem članku New York Timesa junija 2000 o Rasmussenovem zadnjem odkritju, "so najbolj intenzivni poskusi kemikov, da ustvarijo molekule v laboratoriju, značilnih za živo snov, pokazali le, da gre za hudičevo težko nalogo."
Tako so glavne težave osredotočene na dve glavni smeri raziskovanja, da bi ugotovili, kako nastaja življenje na Zemlji. Trenutek nastanka življenja je potisnjen še bolj v preteklost, tako da je očitno ostalo premalo časa za kemične procese, potrebne za nastanek življenja. In tudi te kemične reakcije, kot prej, ostajajo prav tako skrivnostne.
Kljub kolosalnemu tehničnemu napredku in ogromni količini nabranih genetskih podatkov ostaja poskus Stanleyja Millerja iz leta 1953 skoraj edini prepričljiv rezultat takšnih raziskav. Kljub temu je odkritje samo po sebi vzbudilo dvome - mnogi znanstveniki zdaj menijo, da je bilo ravnovesje elementov, ki jih je uporabil na podlagi dela njegovega vodje G. Jurija, napačno. Ko se razmerje komponent spremeni, se aminokisline, ki jih pridobi Miller, ne tvorijo.
Celotna slika evolucije življenja je zaradi novih težav postala bolj zakrita. Nekoč se je zdelo, da ga lahko jasno zasledimo filogenetska (genealoška) drevesa, ki odražajo evolucijsko zgodovino organizma od njegovih samih korenin. Filogenetska drevesa so bila prvič zgrajena v 19. stoletju v skladu s teorijo Charlesa Darwina, da bi jasno prikazala evolucijsko zgodovino posameznih skupin živali. Prvo razvejano drevo je zgradil nemški evolucijski biolog Ernst Haeckel (ki je predlagal tudi izraz "ekologija").
Odkritje DNK je omogočilo ustvarjanje takih filogenetskih dreves ne samo za živali in rastline, temveč tudi za njihov genetski material, kar je omogočilo veliko globlje razumevanje procesov, na katerih temelji koncept "življenja". Za pridobitev genealoških dreves raziskovalci izvajajo primerjalno analizo zaporedij molekularnih gradnikov nukleinskih kislin (nukleotidov) ali aminokislin v beljakovinah. Rezultate primerjamo za različne organizme.
Na podlagi mehanizmov razvejanja evolucije in mutacij je s to tehniko mogoče določiti razdalje med dvema vejama na filogenetskem drevesu, torej ugotoviti, v kolikšni meri sta se dve vrsti oddaljili od svojega skupnega prednika in drug od drugega. (Poleg tega je ta metoda znanstvenikom pomagala najti starodavne organizme, ki še danes obstajajo v zelo vročih vulkanskih zračnikih.) Naloga izvajanja primerjalne analize zaporedij je morda najlažje razumeti, če potegnemo analogijo z besedno igro, kjer se kdo vpraša dolga beseda s ciljem, da iz sestavnih črk tvori čim več kratkih besed.
V poznih 70. letih prejšnjega stoletja je Carl Wose z univerze v Illinoisu uporabil zaporedno primerjalno analizo molekul RNA, ki jih najdemo v vseh živih bitjih, kar je povzročilo bolj zapleteno filogenetsko drevo od predvidenega. Tri glavne veje drevesa so ustrezale trem temeljnim kraljestvom živih organizmov: prokarioti, arheje in evkarioti. Prokarioti so mikroorganizmi, kot so bakterije.
Woseova nova podpostava - arheje - vključuje drugo skupino bakterij, ki jih najdemo v zelo vročih krajih na Zemlji, na primer vroče izvire. Evkarioti so organizmi, sestavljeni iz velikih celic, ki imajo oblikovano jedro; to vključuje vse večcelične organizme - rastline in živali, vključno s človekom.
Toda od zgodnjih osemdesetih let, ko je bilo v vseh treh kraljestvih dekodiranih več genomov, je slika postala bolj negotova. Drevesa, ki temeljijo na genih, ki niso originalni model beljakovin Wase, so se izkazala za popolnoma drugačna. Poleg tega so geni preurejeni na presenetljive, celo nepričakovane načine. Te variacije zelo težko izsledijo takšne gene nazaj do običajnih prednikov in, še bolj neprijetno, kažejo, da je imel glavni gen - prednik življenja - sam dokaj zapleteno strukturo, bolj zapleteno, kot bi jo moral imeti "izvorni" gen.
Edina verjetna rešitev tega problema je domneva, da je drevo namesto tega, da bi ves čas naraščalo navzgor, da bi oblikovalo navpične veje v zgodnjih fazah življenja, dajalo stranske veje, nekateri geni pa so bili preneseni vodoravno. To idejo podpira dejstvo, da tudi danes bakterije lahko prenašajo nekatere gene v vodoravni smeri, vključno z, žal, tistimi geni, zaradi katerih so bakterije odporne na antibiotike. Ta sklep pomeni, da se drevo življenja, namesto da ima lepo ravno deblo, spremeni v nekaj, kar spominja na sliko Jacksona Pollocka. To je najmanj odvračilno.
Toda Karla Wosea ni bilo nerodno. Predpostavil je, da je enocelični organizem, ki je dolgo časa veljal za prvotno obliko življenja, morda nekakšna kolonija, sestavljena iz več vrst celic, ki so sposobne horizontalno enostavno izmenjati genske informacije. Nekateri znanstveniki so zmedeni zaradi te zaznane lahkotnosti. Pomeni, da se je mehanizem razmnoževanja (razmnoževanja) genov, ki ga opazimo v DNK in je dokaj natančen mehanizem, razvil v celicah šele pozneje. Kolonija se je sčasoma morala povzpeti na višjo stopnjo razvoja, ko je vsak organizem prevzel svojo obliko. Toda kdaj se je to zgodilo?
Kako je torej nastalo življenje na zemlji?
Dandanes strokovnjaki pripisujejo povsem drugačne datume trenutku, ko so vitka drevesna drevesa začela oblikovati navpične veje - v razponu od le milijarde let nazaj in skoraj do prej predvidenih 4 milijard let. Tako kot v primeru teorije velikega poka v izvoru vesolja, tudi zaradi novih odkritij in merilnih metod, ko se naše znanje širi, tudi teorije o izvoru življenja na Zemlji niso poenostavljene, temveč zapletene. Zaradi tega so druge razlage nastanka življenja, dolgo zavračene kot fantastične, obdržale nekaj podpornikov.
Bi lahko življenje pripeljali na Zemljo iz okolice? Seveda asteroidi, meteoriti in kometi vsebujejo elemente, ki tvorijo gradnike žive snovi, in splošno je sprejeto, da je življenje na Zemlji nastalo iz kombinacije takih materialov, ki že obstajajo na Zemlji in so bili prineseni iz vesolja. Toda gradbeni material je eno, življenje samo po sebi pa čisto drugo. Nekateri ugledni znanstveniki so mnenja, da je bilo primarno življenje na naš planet pripeljano iz vesolja, ki je že v celoti izoblikovan, torej ne le sestavnih delov, temveč organizmov samih. Še leta 1821 je Sals-Guyonde Montlivol predlagal, da je luna vir življenja na našem planetu.
Ta ideja je oživela v povezavi z Marsom leta 1890, ko je ameriški astronom Percival Lovell (ki je napovedoval obstoj planeta Plutona in izračunal njegovo orbito) rekel, da lahko kanale, vidne na površini rdečega planeta, zgradijo samo inteligentna bitja. William Thomson (Lord Kelvin), ki je ob koncu 19. stoletja razvil popolno temperaturno lestvico, je predlagal, da bi življenje na naš planet prinesli meteoriti.
Nihče ni bil bolj obseden s takšnimi idejami, kot je švedski kemik Svante Arrhenius, ki je leta 1903 za svoje seminarsko delo v elektrokemiji prejel Nobelovo nagrado. Po njegovi teoriji o panspermiji so bakterijske spore, raztresene v hladnem svetovnem prostoru, sposobne prepotovati velike razdalje v stanju suspendirane animacije in so se pripravljene prebuditi, če na poti srečajo gostoljuben planet. Ni bil seznanjen s problemom smrtonosnega kozmičnega sevanja.
Fred Hoyle je v zvezi s svojo teorijo stacionarnega vesolja, ki je opisana v pogl., Predstavil neko različico hipoteze o panspermiji. 1. Hoyle je šel tako daleč, da je trdil, da so epidemije, kot je pandemija španske gripe leta 1918, povzročile mikrobe iz vesolja in da se je razvil človeški nos, da bi preprečil vnos vesoljskih patogenov v telo.
Francis Crick (ki je leta 1962 z Jamesom Watsonom in Mauriceom Wilkinsom za odkritje dvojne vijačnice DNA prejel Nobelovo nagrado za medicino) in utemeljitelj prebiološke kemije Leslie Orgel sta šla še dlje, podpirala idejo, da so na Zemljo življenje "posejali" predstavniki visoko razvitega nezemelcev civilizacija. To hipotezo so poimenovali "usmerjena panspermija."
Ljubitelji NLP so seveda veseli, da je Nobelov nagrajenec krik med svojimi podporniki, pisci znanstvene fantastike pa so vedno pripravljeni na tovrstne ideje. Lovell's Martian Canals je do neke mere navdihnil HG Wellsa v znameniti vojni svetov, objavljeni leta 1898. Medtem ko mnogi ugledni znanstveniki odkrito protestirajo proti ideji o panspermiji, bodisi neposredno bodisi posredno, so nekateri bolj previdni.
Christian de Duve je zapisal: "S tako znanimi podporniki hipoteze o panspermiji težko zavrnemo brez podrobne analize," kljub dejstvu, da takšne teorije po njegovem mnenju nimajo prepričljivih dokazov. Ta sklep je bil sprejet leta 1995, toda naslednje leto je ves svet obšel naslove z izjavo, ki jo je dala NASA.
Nasino poročilo se nanaša na eno od kamnin, odkrito leta 1984 na Antarktiki. Vzorci so bili fragmenti meteorita, imenovanega SNC (izgovorjeno "snix") - okrajšava za imena krajev, kjer so bili najdeni prvi trije takšni fragmenti, Shergotty - Nakhla - Chassigny. Na tiskovni konferenci, posvečeni temu dogodku, je vzorec skale ležal na modri žametni blazini, vodja NASA Dan Goldin pa je prisotne nagovoril z besedami: "Ne danes ne jutri ne bomo vedeli, če na Zemlji obstaja samo življenje", kar se je izkazalo za odličen način pritegnejo pozornost novinarjev.
Nato so znanstveniki iz Nase govorili o tem, kar se je zagotovo poznalo o teh skalah. Študije so pokazale, da so se na Marsu oblikovale pred približno 4,5 milijarde let. Pol milijarde let je bila skala pod površjem Marsa, a po tem, ko so se na površini Marsa pojavile razpoke kot posledica meteornih udarcev, je bila izpostavljena vodi. Novi kamni so se s to skalo zgodili pred približno 16 milijoni let, ko je vesoljski objekt, morda asteroid, padel na Mars, zaradi česar je bil v okolico vržen delček marsovske skorje.
Ko je milijone let potoval v vesolje, je ta drobec padel na Antarktiko pred natanko 16.000 leti. Leta 1957 je pisatelj znanstvene fantastike James Blish izdal roman Hladno leto, ki se je osredotočil na skalo, ki so jo našli na Arktiki in se je izkazal kot ostanek planeta, ki so ga Marsovci uničili med vojno dveh svetov, zaradi česar je junak vzkliknil: "Zgodovina vesolja v kocki led! " Dogodki na Nasini konferenci so bili manj dramatični, čeprav so časopisi po svojih najboljših močeh zakrili zgodbo.
Kamnina, ki jo je odkrila NASA, je vsebovala karbonate, podobne tistim, ki se na našem planetu tvorijo s sodelovanjem bakterij. Najdeni so bili tudi drobnozrnat železov sulfid in drugi minerali, ki spominjajo na odpadne produkte bakterij. Poleg tega so s pomočjo skenirajočega elektronskega mikroskopa ugotovili drobne strukture, ki bi lahko predstavljale fosilne ostanke marsovskih bakterij - potopljene so bile tako globoko, da se na Zemlji niso mogle tvoriti.
Uradniki NASA, ki niso želeli biti nerodni, so imeli pri roki znanstvenika, ki je dejal, da so te strukture premajhne, da bi bile bakterije, in da se zdi, da so karbonati nastali pri zelo visokih temperaturah, ki niso združljive z življenjem. Vendar njegove skeptične pripombe nikakor niso mogle preprečiti pojava velikanskih kričečih naslovov v časopisih: "Življenje na Marsu!"
Naslednja razprava tega vprašanja s strani znanstvenikov je potekala na podlagi znanstvene terminologije, ki lahko prestraši katerega koli novinarja. Težavo bi lahko rešili, če bi bilo mogoče odpreti eno od teh drobnih fosiliziranih osvežilcev. Če najdemo celično steno ali še bolje, fragment celice, bi dobili odgovor.
Na žalost ni razvite metodologije za tovrstne raziskave. Ko odgovor še dobimo, pa čeprav je pozitiven, bodo mnogi znanstveniki verjetno rekli, da to le dokazuje, da je življenje na Marsu, tako kot na Zemlji, obstajalo v obliki bakterij. To ne bo dokaz, da je življenje nastalo na Marsu in je bilo prineseno na naš planet (ali obratno), in ne bo potrdilo teorije o panspermiji. Toda zdaj ni več mogoče trditi, da sploh ni razlogov za domnevo takšnih možnosti.
J. Malone