2.7: Експериментальні дослідження витоків життя
- Page ID
- 2781
Одна стратегія розуміння того, як життя могло виникнути природним шляхом, включає експерименти для створення правдоподібних попередників живих систем у лабораторії. Експериментальні дослідження, проведені Стенлі Міллером (1930-2007) та Гарольдом Юрі (1893-1981), були раннім та впливовим прикладом такого підходу. 40 Ці два вчені зробили освічене, хоча зараз, мабуть, невірне, здогадатися про склад ранньої атмосфери Землі. Вони припускали наявність океанів і блискавок. Вони створили апарат для імітації цих умов, а потім пропускали електричні іскри через їх експериментальну атмосферу. Через кілька днів вони виявили, що утворилася складна суміш сполук; включені в цю суміш багато амінокислот, що містяться в сучасних організмах, а також безліч інших органічних молекул. Подібні експерименти повторювалися з іншими комбінаціями сполук, швидше за все, представляють навколишнє середовище ранньої Землі, з подібними результатами: різні біологічно важливі органічні молекули швидко накопичуються. 41 У міжзоряних пилових хмарах виявлено досить складні органічні молекули, а певні типи метеоритів містять складні органічні молекули. У період сильних бомбардувань Землі, між ~ 4,1 до ~ 3,9 мільярдів років тому, метеоритні удари могли забезпечити значну кількість органічних молекул. 42 Тому, ймовірно, що рання Земля була багата органічними молекулами (які, пам'ятайте, вуглець, що містять, а не молекули, отримані від життя), будівельними блоками життя.
З огляду на, що потенційні будівельні блоки для життя були присутні, постає питання, який набір умов був необхідний і які кроки привели до формування перших живих систем? Припускаючи, що ці ранні системи були відносно простими порівняно з сучасними організмами (або загальним предком життя з цього приводу), ми припускаємо, що найдавніші протобіотичні системи були молекулярними спільнотами хімічних реакцій, відокремленими певним чином від решти зовнішнього світу. Ця ізоляція або селективна межа була необхідна, щоб система не розчинялася (розсіювалася). Однією з можливих моделей є те, що такі системи спочатку були тісно пов'язані з поверхнею конкретних мінералів і що ці мінеральні поверхні служили каталізаторами, прискорюючи важливі реакції; пізніше ми повернемося до ролі каталізаторів в біологічних системах. Згодом ці доживі системи придбали більш складні граничні структури (мембрани) і змогли існувати вільно від мінеральної поверхні, можливо, забираючи з собою невеликі шматочки мінералу. 43
Генерація ізольованої, але відкритої системи, яку ми могли б назвати протоклітиною, було критичним кроком у зародженні життя. Така ізольована система має важливі властивості, які, ймовірно, сприяли подальшому розвитку життя. Наприклад, через межу мембран зміни, що відбуваються всередині однієї такої структури, не будуть ділитися з сусідніми системами. Швидше, вони накопичилися і сприяють виживанню однієї системи над сусідами. Такі системи також можуть відтворюватися грубим способом шляхом фрагментації. Якщо зміни в одній такій системі покращать її стабільність, здатність накопичувати ресурси або здатність виживати та відтворюватися, ця система та її потомство, швидше за все, стануть більш поширеними. Оскільки ці зміни накопичуються і передаються від батьків до потомства, організми неминуче будуть еволюціонувати, як ми детально побачимо в наступному розділі.
Питання, на які потрібно відповісти та обміркувати:
Якщо припустити, що спонтанне покоління відбувалося в далекому минулому, то чому воно не відбувається сьогодні? Як ви могли сказати, якщо це було?
У 1961 році Френк Дрейк, радіоастроном, запропонував рівняння для оцінки кількості технологічних цивілізацій, які існують у спостережуваному Всесвіті (N). 44 Рівняння
\[N = R \times f_p \times n_e \times f_l \times f_i \times f_c \times L\]
де:
- R* = Швидкість утворення зірок, придатних для розвитку розумного життя.
- f o = Частка цих зірок з планетними системами.
- n e = Кількість планет, на Сонячну систему, з середовищем, придатним для життя.
- f l = Частка відповідних рослин, на яких насправді з'являється життя.
- f i = Частка життєносних планет, на яких виникає розумне життя.
- f c = Частка цивілізації, яка розробляє технологію, яка вивільняє виявлені ознаки їх існування в космос.
- L = Відрізок часу, коли такі цивілізації вивільняють виявлені сигнали в космос. Визначте ті частини рівняння Дрейка, які можна встановити (в даний час) емпіричним шляхом і які не можуть, і поясніть ваші міркування.
