Как возникла жизнь на земле?

Биопоэз

А вот еще одно мнение относительно того, как зарождалась жизнь. На Земле есть живое и неживое. Некоторые науки приветствуют абиогенез (biopoesis), объясняющий, как в ходе естественного преобразования биологическая жизнь появилась из неорганической материи. Большинство аминокислот (их еще называют строительными блоками всех живых организмов) могут образовываться при помощи природных химических реакций, не имеющих отношения к жизни.

Это подтверждает эксперимент Мюллера-Юри. В 1953 году ученый пропустил электричество через смесь газов и получил несколько аминокислот в лабораторных условиях, имитирующих условия ранней Земли. Во всех живых существах аминокислоты трансформируются в белки под воздействием хранителей генетической памяти нуклеиновых кислот.

Последние синтезируются самостоятельно биохимическим путем, и белки ускоряют (катализируют) процесс. Какая же из органических молекул первая? И как они вступили во взаимодействие? Абиогенез находится в процессе поиска ответа.

История развития жизни на Земле

Первые живые существа появились на Земле примерно 3500-3900 млн лет назад. Именно живые организмы, взаимодействуя с неорганической средой, обусловили появление уникальной живой системы — биосферы. Формирование первичных организмов и развитие их многообразия происходило в водной среде, которая по насыщенности органическими и неорганическими веществами была подобна бульону.

Геохронологическую историю Земли и развития жизни обычно подразделяют на два эона (несколько эр) и эры, следующие друг за другом. В эрах выделяют периоды, а в периодах — эпохи. Это все очень крупные промежутки времени в истории нашей планеты, обычно выражаемые в миллионах лет. Их обозначение и определение их продолжительности проводится на основе изучения ископаемых остатков, а также с учетом данных геологии, геохимии, геофизики, биогеографии, систематики и других свидетельств о крупных изменениях в лике Земли (в газовом составе атмосферы, в соотношении воды и суши, интенсивности горообразования и движения материковых плит, наступлении материковых оледенений и других изменений в климате, в содержании продуктов радиоактивного распада в минералах и горных породах, в географии живого населения Земли).

Первый эон, явно подтвержденный ископаемыми находками промежуток времени в истории Земли, получил название — фанерозой (от греч. phaneros — «явный», «открытый» и zoe — «жизнь»). Его начало по абсолютному исчислению времени — около 534 млн лет назад.

Второй эон — более ранний промежуток времени, предшествующий фанерозою, назван криптозоем (от греч. kryptos — «скрытый» и zoe — «жизнь») за исключительную бедность сохранившихся органических остатков существующей тогда жизни. Криптозой часто называют докембрием. Его продолжительность по абсолютному исчислению времени составляет около 4900-4500 млн лет, то есть около 85% всей геологической истории планеты Земля.

В истории Земли, в двух эонах, выделяют шесть эр: катархей (ниже древнейшего), начался около 4500 млн лет назад; архей (древнейший) — 3500 млн лет назад; протерозой (первичная жизнь) — 2500 млн лет назад; палеозой (древняя жизнь) — 534 млн лет назад; мезозой (средняя жизнь) — 248 млн лет назад; кайнозой (новая жизнь) начался 65 млн лет назад и продолжается по настоящее время.

Общий возраст Земли — около 7000 млн лет. Примерно 2500-2000 млн лет ушло на формирование самой планеты, а возникновение живых организмов заняло период около 1000 млн лет. Это событие произошло на границе между катархеем и археем. До середины палеозоя жизнь развивалась только в воде. Схема истории (эволюции) жизни на Земле

Спонтанное зарождение

До начала 19 века люди, как правило, отрицали «внезапность» в качестве объяснения того, как зарождалась жизнь на Земле. Неожиданное самозарождение определенных форм жизни из неживой материи казалось им неправдоподобным. Зато они верили в существование гетерогенеза (смена способа размножения), когда одна из форм жизни происходит от другого вида (к примеру, пчелы из цветов). Классические представления о самозарождении сводятся к следующему: некоторые сложные живые организмы появились благодаря разложению органических веществ.

Согласно Аристотелю, это была легко наблюдаемая истина: тля возникает из росы, которая падает на растения; мухи — из испортившихся продуктов, мыши — из грязного сена, крокодилы — из гниющих бревен на дне водоемов и так далее. Теория спонтанного поколения (опровергаемая христианством) тайно просуществовала не один век.

Принято считать, что теория была окончательно опровергнута в XIX веке опытами Луи Пастера. Ученый не занимался изучением зарождения жизни, он изучал появление микробов, чтобы получить возможность борьбы с инфекционными болезнями. Однако доказательства Пастера носили уже не спорный, а строго научный характер.

Что нужно для возникновения жизни?

Когда ученые пытаются ответить на вопрос о том, как появилась жизнь на нашей планете, первое, на что стоит обратить внимание – это время. Мы знаем, что Земля родилась 4,5 миллиардов лет назад, а возраст первых ископаемых останков, обнаруженных в Западной Австралии составляет 4,1 млрд лет

Значит ли это, что жизнь на третьей планете от Солнца зародилась практически сразу?

Авторы работы, которая была опубликована в журнале Journal Science целых пять лет назад полагают, что с правильными ингредиентами жизнь формируется очень быстро

Говоря о правильных ингредиентах, важно понимать, что основным ингредиентом – по крайней мере в случае каменистых планет земного типа – является вода. А на нашей планете, как оказалось, вода присутствовала с самого начала

Необходимо отметить, что наличие воды настолько важно для развития жизни, что многие астрономы в поисках жизни на других планетах в прямом смысле этого слова “следуют за водой». Вот почему сегодня ученые снаряжают миссии к ледяным лунам газовых гигантов Европе, спутнике Юпитера и Энцеладе, спутнике Сатурна

Оба спутника покрыты ледяным панцирем, под которым находится жидкая вода.

Ранняя Земля была прекрасной химической лабораторией

Особое творение

Согласно этой теории, все формы жизни, которые существуют сегодня на планете Земля, созданы Богом. Адам и Ева — первые мужчина и женщина, созданные Вседержителем. Жизнь на Земле началась с них, — считают христиане, мусульмане и евреи. Три религии сошлись в том, что Бог создал вселенную в течение семи дней, сделав шестой день кульминацией труда: сотворил из праха земного Адама и из его ребра Еву.

На седьмой день Бог отдыхал. Затем он вдохнул в людей жизнь и отправил ухаживать за садом под названием Эдем. В центре росли Древо жизни и Древо познания добра. Бог разрешил есть плоды всех деревьев в саду, кроме Дерева познания («ибо в тот день, который вы вкусите их, умрете»).

Но люди ослушались. В Коране говорится, что попробовать яблоко предложил Адам. Бог простил грешников и послал обоих на землю в качестве своих представителей. И все же… Откуда на Земле появилась жизнь? Как видите, однозначного ответа не существует. Хотя современные ученые все больше склоняются к абиогенной (неорганической) теории возникновения всего живого.

Космогонические веяния

Это учение о происхождении жизни в космосе. В определенном контексте космической науки и астрономии, термин относится к теории создания (и изучения) Солнечной системы. Попытки тяготения к натуралистической космогонии не выдерживают критики. Во-первых, существующие научные теории не могут объяснить главного: как появилась сама Вселенная?

Во-вторых, нет никакой физической модели, объясняющей самые ранние моменты существования Вселенной. В упомянутой теории отсутствует понятие квантовой гравитации. Хотя струнные теоретики (теория струн гласит, что элементарные частицы возникают в результате колебаний и взаимодействия квантовых струн), исследующие происхождение и последствия Большого взрыва (петлевая квантовая космология), с этим не согласны. Они считают, что имеют формулы, позволяющие описать модель в рамках полевых уравнений.

При помощи космогонических гипотез люди объясняли однородность движения и состава небесных тел. Задолго до того, как появилась жизнь на Земле, материя заполняла все пространство и затем эволюционировала.

Жизнь на Земле могла возникнуть благодаря глине

Группа учёных под руководством Дань Ло (Dan Luo) из Корнеллского университета выступила с гипотезой, что концентратором для древнейших биомолекул могла служить обычная глина.

Изначально исследователи занимались не проблемой происхождения жизни — они искали способ повысить эффективность бесклеточных систем синтеза белка. Вместо того чтобы позволить ДНК и обслуживающим её белкам свободно плавать в реакционной смеси, учёные попробовали загнать их в частицы гидрогеля. Этот гидрогель, словно губка, впитывал реакционную смесь, сорбировал нужные молекулы, и в результате все нужные компоненты оказывались заперты в небольшом объёме — подобно тому, как это происходит в клетке.

Затем авторы исследования попытались использовать в качестве недорогого заменителя гидрогеля глину. Частицы глины оказались похожи на частицы гидрогеля, становясь своеобразными микрореакторами для взаимодействующих биомолекул.

Получив такие результаты, учёные не могли не вспомнить о проблеме происхождения жизни. Частицы глины с их способностью сорбировать биомолекулы могли бы на самом деле послужить самыми первыми биореакторами для самых первых биомолекул, пока те ещё не обзавелись мембранами. В пользу такой гипотезы говорит ещё и то, что вымывание силикатов и других минералов из скал с образованием глины началось, по геологическим прикидкам, как раз перед тем, когда, по мнению биологов, древнейшие биомолекулы начали объединяться в протоклетки.

Жизнь в земной коре

Многие микробы живут под поверхностью Земли в почвах, скалах и отложениях. Многие из этих микробов живут тем же способом, что и миллиарды лет назад, а именно, выделяя кислород из богатых кислородом соединений и соединяя его с бедными кислородом восстановленными соединениями для получения энергии. Некоторые из самых ранних бактерий, должно быть, питались таким образом. Таким образом, это древняя и очень успешная стратегия кормления, говорит о том что жизнь зародилась на суше.

На какой глубине в земной коре есть жизнь

Интересным вопросом, относящимся к жизни на Земле, является глубина, на которую распространяется жизнь в земной коре.

Теоретическое ограничение нисходящей степени жизни связано с тем, что Земля все еще имеет много тепла в своих недрах. Некоторые виды термофильных бактерий могут процветать при температуре до 111,3°C, но температура выше этой температуры шокирует белки так, что они больше не функционируют—и жизнь не может существовать.

Тем не менее, бактерии были найдены растущими на глубине 2,8 км. Эти бактерии питались древним органическим веществом, заключенным в окружающей породе, и использовали металлы в породе, такие как марганец и железо, чтобы окислить органическое вещество и произвести энергию. Ученые отмечают, что магматическая горная порода составляет значительное количество (около одной двадцатой) всех океанических пород земной коры. Это порода геохимически неустойчива и эта нестабильность ускоряется бактериями морской коры, которые проникают в магматическую горную породу, добывая из него полезные металлы и другие соединения и способствуя быстрому выветриванию породы.

Процесс эволюции

Мы узнали, откуда появился человек и как назывался самый первый человек на земле, однако на этом эволюция нашего вида не остановилась – предстояли еще более удивительные изменения.

Homo ergaster

Приблизительно 1,8 млн. лет назад homo habilis эволюционировал в человека работающего, то есть – homo ergaster. Размер мозга данного вида значительно превышает homo habilis. Ученые считают, что именно homo ergaster обрели возможность пользоваться разговорной речью.

Возле скелетов homo ergaster археологи нашли следы первых кострищ. Следовательно, именно данный вид впервые начал добывать огонь. Кроме того, человек работающий изобрел рубило.

Homo ergaster стали чаще охотится на животных, а до этого момента первые люди на Земле были скорее собирателями и падальщиками. Достаточно высокий уровень интеллекта позволил им собираться в группы, которые стали отправляться на охоту – это значительно повысило шансы выживания и на успешный финал.

Homo erectus

Еще предыдущий вид человека начал колонизировать планету. С территории Африки первые люди на Земле отправились на территории Западной Европы и Азии. Именно на Далеком Востоке были найдены останки следующего этапа развития человеческой расы – homo erectus или человека прямоходящего.

На этом этапе развития человечества типичный его представитель имел рост в среднем 1,4 м. Homo erectus уже не сутулились, похода была прямой. По-прежнему использовались каменные орудия труда. Люди собирали корешки и растения, охотились на среднюю и небольшую дичь.

Поскольку человек в древнее время не мог защитить себя в одиночку, эректусы стали сбиваться в достаточно большие праобщины, которые насчитывали несколько десятков человек. Эректусы также впервые стали готовить мясо на костре. На данном этапе развития в период голода человек прибегал к каннибализму.

Между эректусами впервые появились зачатки отношений, напоминающие постоянную семейную пару, однако преимуществом пользовались беспорядочные половые связи. Археологические находки также подтвердили, что эректусы ухаживали за раненными соплеменниками и понимали лечебные свойства трав.

Важно! Возможно, уже тогда появились люди, которые назывались шаманами или знахарями

Какова история планеты Земля?

Что мы знаем о нашей планете? Помним ли мы ее историю? А знаем ли, что с ней происходит сейчас?

Наша Земля, вместе с другими планетами Солнечной системы, сформировалась около 4,54 миллиардов лет назад, поэтому всю ее историю подробно не изложить в нескольких словах. Тем не менее, я попытаюсь рассказать вам самое основное и наиболее интересное.

Начнем издалека. Межзвездное облако – туманность – медленно вращается, постепенно сжимаясь, и сплющивается благодаря гравитации (посмотрите на изображения галактик, и вы поймете, как происходит это вращение и сжатие). Из газопылевого облака благодаря этому процессу появляется наша Солнечная система.

Это происходило примерно 5 миллиардов лет назад. Конечно, никто не может нам этого рассказать, но в нашей Вселенной все события не проходят бесследно, и именно по этим свидетельствам прошлого современные ученые могут делать предположения о событиях прошлых лет.

3,5 миллиарда лет назад на планете Земля зародилась первая примитивная жизнь. Как вы знаете, история Земли представлена в виде геохронологической шкалы времени, деления в которой составляют сотни тысяч и миллионы лет. За это время, конечно, многое произошло.

Когда-то мы могли бы (если бы жили в то время, конечно) пешком дойти от Австралии до Северной Америки. Многие жившие в то время существа не раз совершали такие переходы.

В то время как тяжелые железосодержащие породы погружались глубже, за несколько сотен миллионов лет формируя ядро, легкие каменистые породы, поднимаясь на поверхность, образовывали кору. Гравитационное сжатие и радиоактивный распад еще сильнее нагревали внутренние области Земли. В связи с возрастанием температуры от поверхности к центру нашей планеты возникали фокусы напряженности на границе с корой (там, где конвективные кольца мантийного вещества сходятся в восходящий поток.)

Под воздействием течений мантии литосферные плиты находятся в постоянном движении, отсюда возникают вулканы, землетрясения и дрейф материков. Континенты смещаются относительно друг друга непрерывно, но, так как скорость их смещения равна примерно 1 сантиметр в год, мы не замечаем этого движения.

Тем не менее, если сравнить положения материков через миллиарды лет, сдвиги становятся ощутимыми. Теория дрейфа материков впервые была выдвинута в 1912 г. немецким географом Альфредом Вегенером, когда он заметил, что границы Африки и Южной Америки похожи, будто кусочки одной мозаики. Позже, после исследования дна океана, его теория подтвердилась. Кроме того, был сделан вывод о том, что Северный и Южный магнитные полюса за последние 10 миллионов лет менялись местами 16 раз!

Наша планета формировалась постепенно: исчезло многое, что было раньше, а сейчас есть то, что отсутствовало в прошлом. Не сразу на планете появился и свободный кислород. До протерозоя, несмотря на то, что жизнь на планете уже была, атмосфера состояла лишь из углекислого газа, сероводорода, метана и аммиака. Учеными были найдены древнейшие отложения, явно не подвергавшиеся окислению. Например, речная галька из пирита, который отлично реагирует с кислородом. Если этого не произошло, значит, кислорода к тому времени еще не было. Кроме того, 2 миллиарда лет назад вообще отсутствовали потенциальные источники, способные вырабатывать кислород.

И по сей день исключительным источником кислорода в атмосфере являются фотосинтезирующие организмы. В начале истории Земли вырабатываемый архейскими анаэробными микроорганизмами кислород почти сразу тратился на окисление растворенных соединений, горных пород и газов в атмосфере. Молекулярного кислорода почти не существовало; он, кстати, был ядовит для большинства существовавших в то время организмов.

Жизнь попала на Землю из космоса

Возможно, жизнь вообще зародилась не на Земле, а была принесена сюда откуда-то из других звездных систем – эта гипотеза известна как гипотеза панспермии. Панспермия гласит, что планеты регулярно обмениваются материалом между собой – так, камни с Марса регулярно попадают на Землю и науке известно несколько марсианских метеоритов. Некоторые исследователи предполагают, что именно метеориты принесли на нашу планету микробы, потенциально необходимые для зарождения жизни. Некоторые исследователи пошли еще дальше и указывают на кометы из других звездных систем, например, на Оумуамуа, который, в свою очередь, может оказаться космическим айсбергом.

Однако даже если бы эта концепция была верна, вопрос о том, как зародилась жизнь на Земле неизменно перерастает в вопрос о том, как зародилась жизнь в других звездных мирах. На самом деле наш мир настолько безумен, что может оказаться одной из многочисленных реальностей, параллельных вселенных, компьютерных симуляций, голограм и всего, до чего мы пока что не можем додуматься. Согласны? Ответ будем ждать здесь!

Как появилась жизнь?

Электрические искры могут генерировать аминокислоты и сахара из атмосферы, насыщенной водой, метаном, аммиаком и водородом, как было показано в знаменитом эксперименте Миллера-Юри, опубликованном в 1953 году. Полученные результаты предполагают, что молния, возможно, помогла создать ключевые строительные блоки жизни на Земле в первые дни ее существования.

Дело в том, что сложные молекулы могут формироваться на протяжении миллионов лет. Хотя проведенные впоследствии исследования показали, что в ранней атмосфере Земли на самом деле было совсем немного водорода, ученые предположили, что вулканические облака в «первобытной» атмосфере могли содержать метан, аммиак и водород, а также были заполнены молниями.

Первые молекулы жизни также могли встретиться в глине, согласно идее, разработанной химиком-органиком Александром Грэмом Кэрнс-Смитом из университета Глазго в Шотландии, как пишет Live Science. Эти поверхности могли не только сконцентрировать органические соединения вместе, но и помочь организовать их в паттерны, как это делают наши гены. Напомним, что основная роль ДНК заключается в хранении информации о том, как должны быть устроены другие молекулы. Генетические последовательности в ДНК – это, по существу, инструкции о том, как аминокислоты должны быть расположены в белках.

Молнии традиционно связывали с легендами о Зевсе, Торе, Одине и др. богах

Как появилась жизнь на Земле? Общая информация

Современные представления о возникновении жизни на Земле сильно отличаются друг от друга. Но существует одна широко признанная теория. Согласно ей, наша планета сформировалась из космической пыли. Пыльные облака из Галактики содержали в своём составе все химические элементы и постепенно спрессовывались, формируя шар. Он был раскалённым, окутанным клубами водяного пара. В облаках поднимающийся с молодой Земли пар постепенно охлаждался, превращаясь в воду. Атмосферная жидкость вновь возвращалась на поверхность планеты обильными, непрекращающимися дождями. Попадая на раскалённую земную твердь, влага становилась паром и поднималась в атмосферу. Этот процесс продолжался миллионы лет. За долгое время планета Земля потеряла большое количество собственной тепловой энергии. В результате её разжиженная поверхность по мере остывания стала затвердевать, образуя земную кору.

Спустя несколько миллионов лет поверхность планеты остыла ещё больше. Вода, поступающая на Землю из атмосферы (дожди, ливни), перестала испаряться. На поверхности формировались огромные лужи. Обилие воды сильно повлияло на дальнейшее развитие молодой Земли. На фоне продолжающегося понижения температуры и сильных ливней случился потоп. Вода, которая непрекращающимся потоком извергалась на Землю, стала неотъемлемой частью молодой планеты. Она накапливалась в глубоких впадинах и не успевала полностью испаряться. Появился доисторический океан.

В то время жизни на планете ещё не существовало, но ливневая вода стала постепенно размывать горы и скалы. Она стекала по ложбинам и ущельям бурными потоками, формируя русла рек и ручьёв. Ещё несколько миллионов лет ушло на то, чтобы на планете появились долины. Баланс воды в атмосфере и на Земле сильно изменился. Планета была ею пресыщена, а в облаках влаги становилось всё меньше.

Густые облака над планетой постепенно рассеивались, открывая путь на Землю солнечным лучам. Постоянные дожди прекратились, а Земля была практически полностью покрыта водами доисторического океана. Жидкость вымывала из верхних слоёв планеты много солей и растворимых минеральных веществ, унося их в море. Вода с поверхности водоёма постоянно испарялась, а пар превращался в атмосферные облака. Моря постепенно стали солёными. Наша планета в то время существовала в особых условиях, и на ней, по-видимому, сформировались вещества кристаллической формы. Они увеличивались в размерах, создавали новые кристаллы, присоединяли к себе составляющие иной структуры. Солнечные лучи совместно с мощными электрическими зарядами молний из атмосферы давали кристаллам энергию. Возможно, эти элементы и стали предками первых живых существ Земли — прокариотов.

В различных теориях о том, как появилась жизнь на Земле, прокариоты описываются как прототип современных бактерий. В них не было ядра, а тип питания у первых обитателей Земли был анаэробным. Дышали они без участия кислорода (в то время он в атмосфере ещё отсутствовал). Питались прокариоты органическими соединениями, которые в свою очередь появились в результате сочетания нескольких благоприятных факторов (тепло от вулканических извержений, ультрафиолетовое солнечное излучение и грозовые разряды). Жизнеспособные организмы развивались во влажных участках планеты и на дне водоёмов. Прокариоты были защищены тончайшей бактериальной плёнкой. Одноклеточные простейшие микроорганизмы древнего земного мира, вероятно, появились из этих бактерий. Но есть и теории возникновения жизни на Земле, утверждающие, что древнейшие одноклеточные животные формировались и развивались независимо от бактерий.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий