Si analizamos todos los datos que los científicos pudieron obtener durante varios estudios, resulta obvio que la vida en la Tierra es un hecho sorprendentemente increíble. Las posibilidades de que aparezca en nuestro Universo son insignificantes. Todas las etapas del surgimiento de la vida contenían la posibilidad de un desarrollo alternativo de los acontecimientos, como resultado de lo cual el mundo habría seguido siendo un frío abismo cósmico sin un indicio no sólo de la mente humana, sino incluso del microbio más pequeño. Los creacionistas explican un evento tan increíble como una intervención divina. Sin embargo, la existencia de Dios no puede ser probada ni refutada, y las ideas modernas sobre el origen de la vida, como toda la ciencia en general, se basan en datos experimentales y desarrollos teóricos que pueden ser cuestionados o confirmados.
Vitalismo
El conocimiento humano está atravesando una evolución que es algo similar en sus puntos principales al proceso descrito por Darwin. Las teorías pasan y sobreviven los más fuertes, aquellos que lograron resistir el embate de los contraargumentos o adaptarse y cambiar para adaptarse a ellos. Las hipótesis sobre el origen de la vida también han pasado por un largo camino de desarrollo, cuya finalización aún no se ha indicado, ya que cada día se descubren nuevos hechos que obligan a corregir opiniones ya establecidas.
Un hito importante en este camino fue el vitalismo: la teoría de la constante generación espontánea de vida. Según sus disposiciones, los ratones aparecían en trapos viejos y los gusanos en restos de comida podrida. El vitalismo dominó la ciencia hasta los experimentos de Louis Pasteur en 1860, cuando demostró la imposibilidad de la generación espontánea de organismos vivos. Los resultados crearon una paradoja: fortalecieron la fe en lo divino y obligaron a los científicos a buscar evidencia de lo que recientemente habían refutado. La ciencia trató de explicar que el origen independiente de la vida tuvo lugar, pero hace mucho tiempo y se produjo por etapas, a lo largo de millones de años.
Síntesis de carbono
La situación parecía desesperada hasta que en 1864 A.M. Butlerov no hizo ningún descubrimiento importante.
Logró obtener (carbono) de materia inorgánica (en su experimento era formaldehído). Los datos obtenidos destruyeron el impresionante muro que anteriormente separaba a los organismos vivos del mundo de la materia muerta. Con el tiempo, los científicos pudieron obtener otras variantes de materia orgánica a partir de sustancias inorgánicas. A partir de ese momento comenzaron a formarse ideas modernas sobre el origen de la vida. Incorporaron datos no sólo de la biología, sino también de la cosmología y la física.
Consecuencias del Big Bang
Las teorías sobre el origen de la vida abarcan un período enorme: los científicos encuentran los primeros requisitos previos para la futura formación de organismos en las primeras etapas del origen del Universo. La física moderna data la existencia del mundo desde el Big Bang, cuando todo surgió prácticamente de la nada. En el Universo en rápida expansión y enfriamiento, primero se formaron átomos y moléculas, luego comenzaron a unirse, formando estrellas de primera generación. Se convirtieron en el lugar de formación de la mayoría de los elementos conocidos por la ciencia en la actualidad. Nuevos átomos llenaron el espacio después de explosiones estelares y se convirtieron en la base de la próxima generación de objetos, incluido nuestro Sol. Los datos modernos sugieren que los primeros podrían haber aparecido en nubes protoplanetarias que rodeaban nuevas estrellas. Pronto se formaron planetas a partir de ellos. Resulta que las primeras etapas del surgimiento de la vida en la Tierra tuvieron lugar incluso antes de su formación.
Ciclos autocatalíticos
Los procesos que tuvieron lugar en el Planeta Azul en sus “años de infancia” estuvieron sustentados por sustancias que formaban parte de su interior y que llegaban del espacio en forma de meteoritos. Hipótesis sobre el origen de la vida. conceptos básicos importantes El origen de la materia orgánica en la Tierra se denomina catalizadores de reacciones químicas que llegaron aquí con los fragmentos de estos "alienígenas". Condujeron al hecho de que los procesos más rápidos comenzaron a desempeñar un papel abrumador en la formación de nuevas sustancias en el planeta.
La siguiente etapa son los ciclos autocatalíticos. En tales procesos, se forman sustancias que ayudan a aumentar la velocidad de reacción, así como a renovar el sustrato, los elementos que interactúan. El ciclo se cerró así: los procesos se aceleraron y “cocinaron alimentos” por sí mismos, es decir, sustancias que nuevamente reaccionaron, nuevamente se catalizaron y nuevamente formaron un sustrato, y así sucesivamente.
Dudas
Las ideas modernas sobre el origen de la vida han contenido durante mucho tiempo opiniones contradictorias. El obstáculo es el problema del huevo y la gallina. Lo que vino primero: las proteínas que llevan a cabo todos los procesos en la célula, o el ADN, que determina la estructura de estas proteínas y almacena toda la información hereditaria. Los primeros son necesarios para el organismo, ya que contribuyen al automantenimiento del sistema, sin el cual la vida es imposible. El ADN contiene un registro de la estructura de la célula, que también determina la viabilidad. Las opiniones de los científicos estaban divididas y no hubo respuesta a la pregunta hasta el momento en que se supo que el almacenamiento de información hereditaria en los virus no es ADN, sino ARN, de tercera clase. compuestos orgánicos, al que normalmente se le asignaba sólo un papel secundario en la teoría del origen de la vida.
mundo del ARN
Poco a poco se fueron acumulando hechos y en los años 80 del siglo pasado aparecieron datos que cambiaron las ideas sobre fases iniciales formación de materia viva. Se descubrieron las ribozimas, moléculas de ARN que tienen la capacidad de las proteínas, en particular, de catalizar reacciones. Las primeras formas de vida, por tanto, podrían haber surgido sin la participación de proteínas y ADN. En ellos, la función de almacenar información, así como todo el trabajo interno, la realizaba el ARN. La vida en la Tierra ahora evolucionó a partir de protoorganismos que eran ciclos autocatalíticos que consistían en ribozimas autorreplicantes. La teoría se llamó el "mundo del ARN".
coacervados
Hoy en día es difícil imaginar la vida en aquella época, ya que no tenía una característica importante: un caparazón o un borde. Básicamente, se trataba de una solución que contenía ciclos autocatalíticos de ARN. El problema de la falta de límites necesarios para el correcto desarrollo de los procesos se resolvió utilizando métodos improvisados. Los protoorganismos encontraron refugio cerca de minerales de zeolita, que tenían una estructura de red de red cristalina. Su superficie pudo catalizar la formación de cadenas de ARN y darles una determinada configuración.
Además, más: aparecen en escena coacervados o gotas de agua y lípidos. Las hipótesis tanto de los tiempos recientes como de los modernos se basan en gran medida en la teoría de la IA. Oparin, quien estudió las propiedades de tales formaciones. Los coacervados son gotitas de solución encerradas en una capa de grasas (lípidos). Sus membranas también se caracterizan por la capacidad de realizar metabolismo. Algunos de ellos aparentemente se combinaban con cadenas de ARN autorreplicante, incluidas aquellas que catalizaban la síntesis de los propios lípidos. Así surgieron nuevas formas de vida, superando el camino desde el nivel preorganísmico al nivel organísmico actual. La posibilidad de tales formaciones se confirmó recientemente: los científicos confirmaron experimentalmente la capacidad del ARN, en combinación con iones de calcio, para unirse a las membranas lipídicas y regular su permeabilidad.
Ayudantes hábiles
El origen de la vida en la siguiente etapa fue un proceso de mejora de las funciones de los organismos resultantes. El ARN adquirió la capacidad de catalizar la síntesis de polímeros de aminoácidos, inicialmente bastante sencilla. El mayor logro de la creación del nuevo mecanismo fue la capacidad de sintetizar proteínas. Las formaciones emergentes fueron varias veces más efectivas para hacer frente a procesos biológicos que las ribozimas.
Inicialmente, no se ordenó la síntesis de péptidos. El proceso se produjo "al azar", dejando que el azar guiara la secuencia de aminoácidos en nuevas cadenas. Con el tiempo, la copia exacta se impuso porque contribuía a una mayor estabilidad de todo el sistema. Así fue posible sintetizar determinadas proteínas con las funciones necesarias.
Mejora
La capacidad de sintetizar las proteínas necesarias se perfeccionó gradualmente. La primera etapa fue la aparición de un tipo especial de ARN que podía conectar aminoácidos. La siguiente fase estuvo acompañada de la construcción del proceso de formación de moléculas peptídicas utilizando bases dispuestas en un orden determinado. La secuencia fue especificada por la plantilla de ARN. Un nuevo tipo de ARN, llamado ARN de transporte, comenzó a correlacionar las “instrucciones” del ARN mensajero y los elementos de futuras proteínas. Al igual que la información, sigue siendo una parte importante de la síntesis de péptidos.
ADN
La complicación de los organismos siguió el camino de mejorar los métodos de almacenamiento de información. Se cree que el ADN fue originalmente una de las fases ciclo vital Colonias de ARN. Tenía una estructura más estable. Su nivel de protección de la información era mucho mayor, por lo que después de bastante tiempo el ADN se convirtió en el principal repositorio. codigo genetico.
Una de las propiedades de la nueva formación, que en un momento no permitió colocar al ADN a la cabeza de la teoría del origen de la vida, es la incapacidad de actuar activamente. Se convirtió en una especie de pago por las funciones mejoradas del almacenamiento de información. Todo el “trabajo” quedó en manos de las proteínas y el ARN.
Simbiosis
Las ideas modernas sobre el origen de la vida no identifican como antepasado a un organismo cerrado y aislado del resto. Los científicos se inclinan más a creer que en las primeras etapas existían comunidades de similitudes microscópicas de células que realizaban diferentes funciones. Esta simbiosis no es difícil de encontrar hoy en día en la naturaleza. El ejemplo más simple son las esteras de cianobacterias, que son a la vez una comunidad de microorganismos y un solo ser vivo.
La biología en la etapa actual de su desarrollo ve un proceso caracterizado no por una lucha y competencia constantes, sino más bien por una unificación cada vez mayor de ciertas estructuras diversas, que finalmente condujo al surgimiento de una célula viva, tal como la imaginamos hoy.
Generalización
En resumen, podemos enumerar brevemente todas las etapas de la formación de la vida que están representadas en el marco. teorías modernas la versión más probable de la aparición y desarrollo de organismos en la Tierra:
Formación de compuestos orgánicos primarios en nubes protoplanetarias.
La aparición paulatina de reacciones con capacidad de autoaceleración y ciclos autocatalíticos pasan a primer plano.
La aparición de ciclos autocatalíticos formados por ARN.
Unión de ARN y membranas lipídicas.
Adquisición de la capacidad del ARN para sintetizar proteínas.
La aparición del ADN y su consolidación como principal depósito de información.
Formación de los primeros organismos unicelulares basados en simbiosis.
La comprensión de los procesos que llevaron al surgimiento de la vida es aún imperfecta. Los científicos todavía tienen muchas preguntas. No se sabe exactamente cómo se originó el ARN; muchas fases intermedias siguen siendo sólo teóricas. Sin embargo, cada día se realizan nuevos experimentos, se prueban hechos e hipótesis. Se puede decir con seguridad que nuestro siglo traerá al mundo muchos más descubrimientos relacionados con la era prehistórica.
Valeri Spiridonov, el primer candidato a un trasplante de cabeza, según RIA Novosti
Durante muchos años, la humanidad ha estado tratando de desentrañar la verdadera razón y la historia del surgimiento de la vida en nuestro planeta. Hace poco más de cien años, en casi todos los países, a la gente ni se le ocurría cuestionar la teoría de la intervención divina y la creación del mundo por un ser espiritual supremo.
La situación cambió después de la liberación en noviembre de 1859. mejor trabajo Charles Darwin, y ahora hay mucha controversia en torno a este tema. A finales de la última década, el número de partidarios de la teoría de la evolución de Darwin en Europa y Asia asciende a más del 60-70%, aproximadamente el 20% en los EE.UU. y alrededor del 19% en Rusia.
Hoy en día, en muchos países hay llamados a excluir el trabajo de Darwin de currículum escolar o al menos estudiarlo junto con otras teorías plausibles. Si no hablamos de la versión religiosa, ¿a cuál se inclina? La mayoría de población del planeta, hoy existen varias teorías básicas sobre el origen y evolución de la vida, que describen su desarrollo en diversas etapas.
panspermia
Los defensores de la idea de la panspermia están convencidos de que los primeros microorganismos fueron traídos a la Tierra desde el espacio. Así lo opinaron el célebre enciclopedista alemán Hermann Helmholtz, el físico inglés Kelvin, el científico ruso Vladimir Vernadsky y el químico sueco Svante Arrhenius, considerado hoy el fundador de esta teoría.
Se ha confirmado científicamente que en la Tierra se han descubierto repetidamente meteoritos de Marte y otros planetas, posiblemente de cometas que incluso podrían provenir de sistemas estelares extraterrestres. Nadie lo duda hoy en día, pero aún no está claro cómo pudo haber surgido vida en otros mundos. En esencia, los apologistas de la panspermia trasladan la “responsabilidad” de lo que está sucediendo a las civilizaciones extraterrestres.
La teoría de la sopa primaria
El nacimiento de esta hipótesis fue facilitado por los experimentos de Harold Urey y Stanley Miller realizados en la década de 1950. Pudieron recrear casi las mismas condiciones que existían en la superficie de nuestro planeta antes del origen de la vida. Se hicieron pasar pequeñas descargas eléctricas y luz ultravioleta a través de una mezcla de hidrógeno molecular, monóxido de carbono y metano.
Como resultado, el metano y otras moléculas primitivas se convirtieron en sustancias orgánicas complejas, incluidas docenas de aminoácidos, azúcares, lípidos e incluso principios de ácidos nucleicos.
Hace relativamente poco tiempo, en marzo de 2015, científicos de la Universidad de Cambridge, dirigidos por John Sutherland, demostraron que se pueden obtener todo tipo de “moléculas de vida”, incluidos ARN, proteínas, grasas y carbohidratos, mediante reacciones similares, en las que interviene carbono inorgánico simple. compuestos, sulfuro de hidrógeno, sales metálicas y fosfatos.
Aliento de vida de arcilla
Uno de los principales problemas de la versión anterior de la evolución de la vida es que muchas moléculas orgánicas, incluidos los azúcares, el ADN y el ARN, son demasiado frágiles para acumularse en cantidades suficientes en las aguas del océano primordial de la Tierra, donde antes se pensaba que se encontraban más. Los evolucionistas surgieron los primeros seres vivos.
El químico británico Alexander Cairns-Smith cree que la vida es de origen "arcilloso" y no acuoso, el entorno óptimo para la acumulación y complicación de complejos moléculas orgánicas Se encuentra dentro de los poros y cristales de los minerales arcillosos, más que en el "estanque primordial" de Darwin o en el océano de las teorías de Miller-Urey.
De hecho, la evolución comenzó a nivel de los cristales, y sólo entonces, cuando los compuestos se volvieron lo suficientemente complejos y estables, los primeros organismos vivos emprendieron un "viaje abierto" hacia el océano primario de la Tierra.
La vida en el fondo del océano
Compitiendo con esta idea está la idea popular hoy en día de que la vida no se originó en la superficie del océano, sino en las regiones más profundas de su fondo, en las proximidades de los “fumadores negros”, los géiseres submarinos y otras fuentes geotérmicas.
Sus emisiones son ricas en hidrógeno y otras sustancias que, según los científicos, podrían acumularse en las laderas rocosas y proporcionar a la primera vida todos los recursos alimentarios y catalizadores de reacción necesarios.
Prueba de ello son los ecosistemas modernos que existen en las proximidades de fuentes similares en el fondo de todos los océanos de la Tierra: no sólo incluyen microbios, sino también seres vivos multicelulares.
Universo de ARN
La teoría del materialismo dialéctico se basa en la unidad simultánea y la lucha interminable de un par de principios. Se trata de sobre información hereditaria y cambios bioquímicos estructurales. La versión del origen de la vida en la que el ARN juega un papel clave ha recorrido un largo camino desde su aparición en los años 60 hasta finales de los 80, cuando adquirió sus rasgos modernos.
Por un lado, las moléculas de ARN no son tan eficientes para almacenar información como el ADN, pero sí son capaces de acelerar simultáneamente reacciones químicas y recopile sus propias copias. Debe entenderse que los científicos aún no han podido mostrar cómo funcionó toda la cadena de evolución de la vida del ARN y, por lo tanto, esta teoría aún no ha recibido una aceptación universal.
Protocélulas
Otra cuestión importante en la evolución de la vida es el misterio de cómo tales moléculas de ARN o ADN y proteínas se “protegen” de mundo exterior y se convirtieron en las primeras células aisladas, cuyo contenido está protegido por una membrana flexible o una cubierta dura semipermeable.
El pionero en este campo fue el famoso químico soviético Alexander Oparin, quien demostró que gotas de agua rodeadas por una doble capa de moléculas de grasa podían tener propiedades similares.
Sus ideas cobraron vida gracias a biólogos canadienses bajo el liderazgo de Jack Szostak, ganador del Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 2009. Su equipo pudo "empaquetar" un conjunto simple de moléculas de ARN capaces de autorreplicarse en una membrana de moléculas de grasa agregando iones de magnesio y ácido cítrico dentro de la primera "protocélula".
Endosimbiosis
Otro misterio de la evolución de la vida es cómo surgieron los seres multicelulares y por qué las células de humanos, animales y plantas incluyen órganos especiales, como las mitocondrias y los cloroplastos, que tienen una estructura inusualmente compleja.
El botánico alemán Andreas Schimper fue el primero en pensar en este problema, sugiriendo que los cloroplastos en el pasado eran organismos independientes similares a las cianobacterias, que "se hicieron amigos" de las células de los ancestros de las plantas y comenzaron a vivir dentro de ellas.
Esta idea fue desarrollada más tarde por el botánico ruso Konstantin Merezhkovsky y la evolucionista estadounidense Lynn Margulis, quienes demostraron que las mitocondrias y potencialmente todos los demás orgánulos complejos de nuestras células tienen un origen similar.
Al igual que con las teorías del "mundo del ARN" y la evolución de la vida en la "arcilla", la idea de la endosimbiosis inicialmente atrajo muchas críticas por parte de la mayoría de los científicos, pero hoy en día casi todos los evolucionistas no dudan de su exactitud.
¿Quién está en lo correcto y quién está equivocado?
Se han encontrado muchas cosas a favor de las hipótesis darwinianas. trabajos científicos e investigación especializada, en particular en el campo de las “formas transicionales”. Darwin no tenía la cantidad necesaria de artefactos arqueológicos para respaldar sus trabajos científicos, ya que en su mayor parte se guiaba por conjeturas personales.
Por ejemplo, sólo en los últimos diez años, los científicos han encontrado restos de varios "eslabones perdidos" similares de la evolución, como Tiktaalik e Indohyus, que nos permiten trazar una línea entre los animales terrestres y los peces, y las ballenas y los hipopótamos.
Por otro lado, los escépticos suelen argumentar que estas especies animales no son verdaderas formas de transición, lo que da lugar a constantes e interminables disputas entre los partidarios del darwinismo y sus oponentes.
Por otro lado, los experimentos con E. coli común y con varias criaturas multicelulares muestran claramente que la evolución es real y que los animales pueden adaptarse rápidamente a nuevas condiciones de vida, adquiriendo nuevas características que sus antepasados no tenían hace 100-200 generaciones.
Vale la pena recordar, sin embargo, que una parte importante sociedad moderna Todavía se inclina a creer en la existencia de una inteligencia divina superior o de civilizaciones extraterrestres que fundaron la vida en la Tierra. Hasta el momento, no existe una única teoría correcta y la humanidad aún tiene que responder a esta pregunta en el futuro.
De los archivos de "Continente"
Es bien sabido que nuestro Universo se formó hace unos 14 mil millones de años como resultado de una explosión gigante conocida en la ciencia como Big Bang. El surgimiento del Universo "de la nada" no contradice las leyes conocidas de la física: la energía positiva de la sustancia formada después de la explosión es exactamente igual a la energía negativa de la gravedad, por lo que la energía total de tal proceso es cero. EN Últimamente Los científicos también están discutiendo la posibilidad de la formación de otros universos: "burbujas". El mundo, según estas teorías, está formado por un número infinito de universos de los que todavía no sabemos nada. Es interesante que en el momento de la explosión no sólo se formó el espacio tridimensional, sino, lo que es más importante, el tiempo asociado al espacio. El tiempo es el motivo de todos los cambios que se han producido en el Universo tras el Big Bang. Estos cambios ocurrieron secuencialmente, paso a paso a medida que aumentaba la flecha del tiempo, e incluyeron la formación de una gran cantidad de galaxias (del orden de 100 mil millones), estrellas (el número de galaxias multiplicado por 100 mil millones), sistemas planetarios y, en definitiva, la vida misma, incluida la vida inteligente. Para imaginar cuántas estrellas hay en el Universo, los astrónomos hacen esta interesante comparación: la cantidad de estrellas en nuestro Universo es comparable a la cantidad de granos de arena en todas las playas de la Tierra, incluidos mares, ríos y océanos. Un universo congelado en el tiempo permanecería inalterado y de poco interés y no habría desarrollo en él, es decir todos esos cambios que ocurrieron más tarde y finalmente condujeron a la imagen existente del mundo.
Nuestra galaxia tiene 12.400 millones de años y nuestro sistema solar tiene 4.600 millones de años. La edad de los meteoritos y las rocas más antiguas de la Tierra es de poco menos de 3.800-4.400 millones de años. Primero organismos unicelulares, desprovisto de núcleos procarióticos y bacterias verde-azules, apareció hace 3.000-3.500 millones de años. estos son los mas simples sistemas biológicos, capaz de formar proteínas, cadenas de aminoácidos formadas por los elementos básicos de la vida C, H, O, N, S y llevar un estilo de vida independiente. “Algas” simples de color verde-azul, es decir Las plantas acuáticas sin tejido vascular y las “arqueobacterias” o bacterias antiguas (utilizadas para la preparación de medicamentos) siguen siendo una parte importante de nuestra biosfera. Estas bacterias son la primera adaptación exitosa de la vida en la Tierra. Es interesante que las bacterias verde-azules y otros procariotas hayan permanecido casi sin cambios durante miles de millones de años, mientras que los dinosaurios extintos y otras especies nunca podrán renacer nuevamente, porque Las condiciones en la Tierra han cambiado mucho y ya no pueden pasar por todas las etapas de desarrollo que atravesaron en aquellos años lejanos. Si por una razón u otra cesa la vida en la Tierra (por una colisión con un meteorito gigante, como consecuencia de la explosión de una supernova adyacente al sistema solar, o por nuestra propia autodestrucción), no puede comenzar de nuevo en la misma forma, porque las condiciones actuales son fundamentalmente diferentes de las que existían hace unos cuatro mil millones de años (por ejemplo, la presencia de oxígeno libre en la atmósfera, así como los cambios en la fauna de la Tierra). La evolución, única en su esencia, ya no puede repetirse de la misma forma y pasar por todas las etapas por las que ha pasado durante los últimos miles de millones de años. El Dr. Payson del Laboratorio Nacional de Los Álamos en EE.UU. expresó una idea muy interesante sobre el papel de la evolución en la organización de un sistema de estructuras vivas: “La vida es una secuencia de interacciones moleculares. Si descubrimos en biología un principio distinto de la evolución, aprenderemos a crear sistemas vivos en el laboratorio y así comprenderemos el mecanismo de formación de la vida”. La razón por la que no podemos llevar a cabo la transformación de especies en el laboratorio (por ejemplo, la mosca Drosophila en alguna otra especie) es que en condiciones naturales tomó millones de años, y hoy no conocemos ningún otro principio sobre cómo causar tal transformación. una transformación.
A medida que aumentó el número de procariotas, "inventaron" el fenómeno de la fotosíntesis, es decir. una cadena compleja de reacciones químicas en las que la energía de la luz solar, junto con el dióxido de carbono y el agua, se convierte en oxígeno y glucosa. En las plantas, la fotosíntesis se produce en los cloroplastos, que se encuentran en sus hojas, lo que da como resultado oxígeno atmosférico. Una atmósfera saturada de oxígeno apareció hace entre 2 y 2,5 mil millones. Los eucariotas, células multicelulares que contienen un núcleo con información genética, así como orgánulos, se formaron hace entre 1.000 y 2.000 millones de años. Los orgánulos se encuentran en las células procarióticas, así como en las células animales y vegetales. El ADN es el material genético de cualquier célula viva que contiene información hereditaria. Los genes hereditarios se encuentran en los cromosomas, que contienen proteínas unidas al ADN. Todos los organismos (bacterias, plantas y mundo animal s - a pesar de la enorme diversidad de especies, tienen un origen común, es decir. tener un ancestro común. El árbol de la vida consta de tres ramas principales: Bacteria, Archaea y Eukaria. EN último grupo Incluye toda la flora y fauna. Todos los organismos vivos conocidos producen proteínas utilizando sólo 20 aminoácidos básicos (aunque el número total de aminoácidos en la naturaleza es 70) y también utilizan la misma molécula. energía ATP para almacenar energía en las células. También utilizan moléculas de ADN para pasar genes de una generación a la siguiente. Un gen es la unidad fundamental de la herencia, un fragmento de ADN que contiene la información necesaria para la síntesis de proteínas. Varios organismos Tienen genes similares que pueden sufrir mutaciones o mejorar a lo largo de una larga evolución. Desde las bacterias hasta las amebas y desde las amebas hasta los humanos, los genes son responsables de las características de los organismos y de la mejora de las especies, mientras que las proteínas sustentan la vida. Todos los organismos vivos utilizan el ADN para transmitir sus genes a la siguiente generación. La información genética se transfiere del ADN a las proteínas a través de una compleja cadena de transformaciones a través del ARN, que es similar al ADN, pero se diferencia de él en su estructura. En la cadena de transformaciones química®biología®vida, se sintetiza una molécula orgánica. Los biólogos son muy conscientes de todas estas transformaciones. El más sorprendente de ellos es el desciframiento del código genético (Proyecto Genoma Humano), que sorprende a la imaginación por su complejidad y perfección. El código genético es universal para las tres ramas del árbol de la vida.
La pregunta más interesante a la que cierta humanidad ha estado buscando respuesta a lo largo de su historia es cómo surgió la primera vida y, en particular, si se originó en la Tierra o fue traída desde el medio interestelar con la ayuda de meteoritos. Todas las moléculas básicas de la vida, incluidos los aminoácidos y el ADN, también se encuentran en los meteoritos. La teoría de la panspermia dirigida sugiere que la vida surgió en el espacio interestelar (me pregunto de dónde), migra a través del vasto espacio, pero esta teoría no puede explicar cómo la vida puede sobrevivir en las duras condiciones del espacio (radiación peligrosa, temperaturas bajas, falta de atmósfera, etc.). Los científicos suscriben la teoría de que las condiciones naturales, aunque primitivas, en la Tierra condujeron a la formación de moléculas orgánicas simples, así como al desarrollo de formas de diversa actividad química, que finalmente dieron origen al árbol de la vida. Muy experimento interesante Miller y Urey, realizado en 1953, demostraron la formación de moléculas orgánicas complejas (aldehídos, carboxilos y aminoácidos) al hacer pasar una potente descarga eléctrica, análoga al rayo en condiciones naturales, a través de una mezcla de gases CH4, NH3, H2O. , H2, que estaban presentes en la atmósfera primaria de la Tierra. Este experimento demostró que los componentes químicos básicos de la vida, es decir. Las moléculas biológicas se pueden formar de forma natural simulando las condiciones primitivas de la Tierra. Sin embargo, no se descubrió ninguna forma de vida, incluida la polimerización de moléculas de ADN, que, aparentemente, sólo podría surgir como resultado de una evolución a largo plazo.
Mientras tanto, comenzaron a aparecer estructuras más complejas, células enormes, órganos y grandes formaciones vivas que constan de millones y miles de millones de células (por ejemplo, una persona consta de diez billones de células). La complejidad del sistema dependía del paso del tiempo y de la profundidad de la selección natural, que preservaba las especies más adaptadas a las nuevas condiciones de vida. Aunque todos los eucariotas simples se reproducen por fisión, más sistemas complejos formado sexualmente. En el último caso, cada nueva célula toma la mitad de los genes de uno de los padres y la otra mitad del otro.
La vida durante un período muy largo de su historia (casi el 90%) existió en formas microscópicas e invisibles. Hace aproximadamente 540 millones de años comenzó un período revolucionario completamente nuevo, conocido en la ciencia como era Cámbrica. Este es un período de rápida aparición de una gran cantidad de especies multicelulares con un caparazón duro, un esqueleto y un caparazón poderoso. Aparecieron los primeros peces y vertebrados, las plantas de los océanos comenzaron a migrar por toda la Tierra. Los primeros insectos y sus descendientes contribuyeron a la expansión del mundo animal por toda la Tierra. Comenzaron a aparecer sucesivamente insectos con alas, anfibios, los primeros árboles, reptiles, dinosaurios y mamuts, las primeras aves y las primeras flores (los dinosaurios desaparecieron hace 65 millones de años, aparentemente debido a una colisión gigante de la Tierra con un meteorito masivo). Luego vino la época de los delfines, las ballenas, los tiburones y los primates, antepasados de los monos. Hace unos 3 millones de años, aparecieron criaturas con un cerebro inusualmente grande y altamente desarrollado: los homínidos (los primeros antepasados de los humanos). La aparición del primer hombre ( homo sapiens) se remonta a hace 200.000 años. Según algunas teorías, la aparición del primer hombre, cualitativamente diferente de todas las demás especies del mundo animal, puede ser el resultado de una fuerte mutación de los homínidos, que fue la fuente de la formación de un nuevo alelo (alelo). - una forma modificada de uno de los genes. Apariencia hombre moderno se remonta a hace aproximadamente 100.000 años, la evidencia histórica y cultural de nuestra historia no supera los 3000-74000 años, pero nos convertimos en una civilización tecnológicamente avanzada hace poco, ¡hace sólo 200 años!
La vida en la Tierra es producto de una evolución biológica que se remonta aproximadamente a 3.500 millones de años. El surgimiento de la vida en la Tierra es el resultado de una gran cantidad de condiciones favorables: astronómicas, geológicas, químicas y biológicas. Todos los organismos vivos, desde las bacterias hasta los humanos, tienen un ancestro común y están formados por varias moléculas básicas que son comunes a todos los objetos de nuestro Universo. Las principales propiedades de los organismos vivos son que reaccionan, crecen, se reproducen y transmiten información de una generación a otra. Nosotros, la civilización terrestre, a pesar de nuestra juventud, hemos logrado mucho: dominamos la energía atómica, desciframos el código genético humano, creamos tecnologías complejas y comenzamos a experimentar en el campo de la Ingeniería genética(vida sintética), se dedican a la clonación, trabajan para aumentar nuestra esperanza de vida (incluso hoy los científicos están discutiendo la posibilidad de aumentar la esperanza de vida a 800 años o más), comenzaron a volar al espacio, inventaron computadoras e incluso están tratando de fabricar contacto con civilización extraterrestre (programa SETI, Búsqueda de Inteligencia Extraterrestre). Porque otra civilización pasará por un camino de desarrollo completamente diferente, será completamente diferente a la nuestra. En este sentido, cada civilización es única a su manera; quizás esta sea una de las razones por las que el programa SETI no tuvo éxito. Comenzamos a interferir en el lugar santísimo, es decir. en procesos que entorno natural tomaría millones y millones de años.
Para comprender mejor lo jóvenes que somos, supongamos que historia completa La Tierra equivale a un año y nuestra historia comenzó el 1 de enero. En esta escala, los procariotas y las bacterias azul-verdes aparecieron ya el 1 de junio, lo que pronto dio lugar a una atmósfera oxigenada. La era Cambrion comenzó el 13 de noviembre. Los dinosaurios vivieron en la Tierra del 13 al 26 de diciembre y los primeros homínidos aparecieron la tarde del 31 de diciembre. Para el año nuevo ya estamos. Gente moderna, envió el primer mensaje al espacio, a otra parte de nuestra galaxia. Sólo dentro de unos 100.000 años (o en 15 minutos en nuestra escala) nuestro mensaje (aún no leído por nadie) abandonará nuestra galaxia y se precipitará hacia otras galaxias. ¿Será leído alguna vez? No lo sabremos. Probablemente no.
No sólo harían falta miles de millones de años para que una civilización similar a la nuestra surgiera en otra parte del Universo. Es importante que dicha civilización tenga tiempo suficiente para su desarrollo y transformación en tecnológica y, lo más importante, no se destruya a sí misma (esta es otra razón por la que no podemos encontrar otra civilización, aunque la hemos estado buscando durante más de 50 años). años: puede perecer antes de que consiga volverse tecnológico). Nuestra tecnología puede ayudar influencia dañina a la atmósfera. Ya hoy nos preocupa la aparición de agujeros de ozono en nuestra atmósfera, que han aumentado considerablemente en los últimos 50 años (el ozono es una molécula triatómica de oxígeno, que, en general, es un veneno). Este es el resultado de nuestra actividad tecnológica. La capa de ozono nos protege de la peligrosa radiación ultravioleta del sol. Esta radiación, en presencia de agujeros de ozono, provocará un aumento de la temperatura terrestre y, como resultado, el calentamiento global. La superficie de Marte hoy es estéril debido a la ausencia de una capa de ozono. En los últimos 20 años, el agujero de ozono en la atmósfera terrestre ha crecido hasta alcanzar el tamaño de un gran continente. Un aumento de la temperatura de incluso 2 grados provocará el derretimiento del hielo, el aumento del nivel de los océanos, así como su evaporación y un aumento peligroso. dióxido de carbono en la atmósfera. Entonces se producirá un nuevo calentamiento de la atmósfera y este proceso continuará hasta que todos los mares y océanos se evaporen (los científicos llaman a este fenómeno efecto invernadero desbocado). Después de la evaporación de los océanos, la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera aumentará unas 100.000 veces y ascenderá a aproximadamente el 100%, lo que conducirá a la destrucción completa e irreversible no solo de la capa de ozono de la atmósfera terrestre, sino también toda la vida en la Tierra. Este desarrollo de acontecimientos ya ha tenido lugar en la historia de nuestro sistema solar en Venus. Hace 4 mil millones de años, las condiciones en Venus eran similares a las de la Tierra y, tal vez, incluso había vida allí, porque... El sol en aquellos tiempos lejanos no brillaba tanto (se sabe que la intensidad de la radiación solar aumenta gradualmente). Es posible que la vida desde Venus haya migrado a la Tierra, y desde la Tierra, a medida que aumenta la radiación solar, migre a Marte, aunque, aparentemente, tal desarrollo es poco probable debido a los problemas de la migración de las células vivas a través del espacio. La cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera de Venus hoy es del 98% y la presión atmosférica es casi cien veces mayor que en la Tierra. Quizás este sea el resultado calentamiento global y la evaporación de los océanos venusianos. Venus y Marte nos enseñan lección importante, es decir. Hoy sabemos lo que le puede pasar a nuestro planeta si no se toman medidas. Otro problema está relacionado con el aumento de la radiación solar, que en última instancia provocará un efecto invernadero desbocado en la Tierra con un resultado conocido.
Nuestro desarrollo es exponencial y se acelera. La población de la Tierra se duplica cada 40 años y ha aumentado de aproximadamente 200.000 a 6.000 millones en los últimos 2.000 años. Sin embargo, ¿no contiene un desarrollo tan rápido la semilla del peligro para nuestra existencia? ¿Destruiremos nuestra civilización? ¿Tendremos tiempo para convertirnos? civilización altamente desarrollada y entender nuestra historia? ¿Podremos volar profundamente al espacio y encontrar otra civilización como la nuestra? Según Einstein, lo más sorprendente del mundo es que el mundo es cognoscible. Quizás esta sea una de las características más intrigantes de la civilización humana: la capacidad de revelar los secretos del mundo. Podemos comprender el mundo en el que vivimos y comprender las leyes que lo gobiernan. Sin embargo, ¿por qué existen estas leyes? ¿Por qué la velocidad de la luz, por ejemplo, es igual a 300.000 km/seg o por qué el conocido número i en matemáticas (la relación entre la circunferencia de un círculo y su diámetro) es exactamente 3,14159...? El físico estadounidense A. Michelson recibió el Premio Nobel por medir la velocidad de la luz con una precisión sin precedentes (permítanme recordarles que se trata de un valor gigantesco: moviéndonos a tal velocidad, en aproximadamente un segundo estaríamos en la Luna, en el Sol. en 8 minutos, y en el centro de la Galaxia en 28.000 años). Otro ejemplo es que decodificar el código genético, que consta de 30 millones de piezas, cada una de 500 a 600 letras, requirió 15 años de trabajo utilizando programas y computadoras complejos. Resultó que la longitud de todo el código es igual a la longitud de 100 millones de letras. Este descubrimiento se realizó en el cambio de milenio y demostró que podemos tratar enfermedades de cualquier complejidad corrigiendo errores en la sección correspondiente del gen dañado. Los matemáticos, con la ayuda de computadoras rápidas, calcularon el número I con una precisión increíble hasta un billón de decimales para conocer su valor exacto y describir este número utilizando alguna fórmula simple. ¿A quién se le ocurrieron estos números y por qué son lo que son? ¿Cómo podía ser tan perfecto el código genético? ¿Cómo se relacionan las constantes físicas con nuestro universo? Por supuesto, reflejan la estructura geométrica de nuestro Universo y aparentemente tienen diferentes significados para diferentes universos. Esto hoy no lo sabemos, como muchas otras cosas. Pero nos esforzamos por encontrar leyes generales de nuestro mundo o incluso una sola ley de la cual se podrían derivar todas las demás leyes en un caso particular, y también, lo cual es muy importante, comprender el significado de las constantes mundiales. Tampoco sabemos si nuestra existencia está relacionada con el cumplimiento de algún tipo de misión.
Pero volvamos a nuestra historia y a nuestra evolución. ¿Ha terminado y cuál es su significado? ¿Qué nos pasará dentro de millones de años, si, por supuesto, logramos resolver nuestros problemas tecnológicos y no nos autodestruimos? ¿Cuál es el significado de la aparición en nuestra historia de personalidades tan brillantes como Einstein, Shakespeare o Mozart? ¿Es posible tener una nueva mutación y crear otra especie más perfecta que los humanos? ¿Puede este el nuevo tipo¿Resolver los problemas del universo y comprender el significado de nuestra historia? Hemos descubierto las leyes y medido las constantes del mundo con una precisión asombrosa, pero no entendemos por qué son como son ni cuál es su papel en el universo. Si esas constantes cambiaran sólo un poco, entonces toda nuestra historia sería diferente. A pesar de toda la complejidad y el misterio del código genético, los misterios del Universo parecen interminables. ¿Cuál es la esencia de estos misterios y seremos capaces de descifrarlos? Por supuesto que cambiaremos. ¿Pero cómo? ¿Somos el eslabón más alto y último de la larga historia de nuestro desarrollo? ¿Es nuestra historia el resultado de algún plan ingenioso o es simplemente el resultado de cientos y miles de condiciones favorables hechas posibles por el tiempo y la larga evolución? No hay duda de que nuestro desarrollo no tiene límite y además es infinito, así como el mundo es infinito, formado por millones y millones de universos que constantemente se destruyen y se vuelven a formar.
Ilya Gulkarov, Profesor, Doctor en Ciencias Físicas y Matemáticas, Chicago
18 de junio de 2005
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Problema origen de la vida en la tierra desde hace mucho tiempo interesa y preocupa a la gente. Existen varias hipótesis sobre el origen de la vida en nuestro planeta:
la vida fue creada por Dios;
la vida en la Tierra fue traída desde afuera;
los seres vivos del planeta se han generado repetidamente de forma espontánea a partir de seres no vivos;
la vida siempre ha existido;
La vida surgió como consecuencia de la revolución bioquímica.
Toda la variedad de hipótesis diferentes se reduce a dos puntos de vista mutuamente excluyentes. Los defensores de la teoría de la biogénesis creían que todos los seres vivos provienen únicamente de seres vivos. Sus oponentes defendieron la teoría de la abiogénesis: creían que era posible el origen de los seres vivos a partir de seres no vivos.
Muchos científicos asumieron la posibilidad de una generación espontánea de vida. Imposibilidad generación espontánea La vida fue probada por Louis Pasteur.
La segunda etapa es la formación de proteínas, grasas, carbohidratos y ácidos nucleicos a partir de compuestos orgánicos simples en las aguas del océano primario. Las moléculas aisladas de estos compuestos se concentraron y formaron coacervados, actuando como sistemas abiertos, capaz de metabolizar con ambiente y crecimiento.
La tercera etapa: como resultado de la interacción de los coacervados con los ácidos nucleicos, se formaron los primeros seres vivos: los probiontes, capaces, además de crecer y metabolizar, de autorreproducirse.
La cuestión de cuándo apareció la vida en la Tierra siempre ha preocupado no sólo a los científicos, sino también a todas las personas. respuestas a ello
casi todas las religiones. Aunque todavía no existe una respuesta científica exacta a esta pregunta, algunos hechos nos permiten formular hipótesis más o menos razonables. Los investigadores encontraron una muestra de roca en Groenlandia
con un pequeño chorrito de carbón. La edad de la muestra es de más de 3.800 millones de años. Lo más probable es que la fuente de carbono fuera algún tipo de materia orgánica; durante este tiempo perdió por completo su estructura. Los científicos creen que este trozo de carbono puede ser el rastro de vida más antiguo en la Tierra.
¿Cómo era la Tierra primitiva?
Avancemos rápidamente hasta hace 4 mil millones de años. La atmósfera no contiene oxígeno libre, se encuentra sólo en óxidos. Casi no hay sonidos excepto el silbido del viento, el silbido del agua que estalla en lava y los impactos de los meteoritos en la superficie de la Tierra. Ni plantas, ni animales, ni bacterias. ¿Quizás así era la Tierra cuando apareció la vida en ella? Aunque este problema ha sido motivo de preocupación para muchos investigadores durante mucho tiempo, sus opiniones al respecto varían mucho. Las rocas podrían indicar las condiciones en la Tierra en ese momento, pero fueron destruidas hace mucho tiempo como resultado de procesos geológicos y movimientos de la corteza terrestre.
En este artículo hablaremos brevemente sobre varias hipótesis sobre el origen de la vida, que reflejan las ideas científicas modernas. Según Stanley Miller, un conocido experto en el campo del origen de la vida, podemos hablar del origen de la vida y del inicio de su evolución desde el momento en que las moléculas orgánicas se autoorganizaron en estructuras capaces de reproducirse. . Pero esto plantea otras preguntas: ¿cómo surgieron estas moléculas? por qué podían reproducirse y ensamblarse en aquellas estructuras que dieron origen a los organismos vivos; ¿Qué condiciones se necesitan para esto?
Según una hipótesis, la vida comenzó en un trozo de hielo. Aunque muchos científicos creen que el dióxido de carbono en la atmósfera mantenía las condiciones de invernadero, otros creen que en la Tierra reinaba el invierno. A bajas temperaturas, todos los compuestos químicos son más estables y, por tanto, pueden acumularse en mayores cantidades que a altas temperaturas. Los fragmentos de meteoritos traídos del espacio, las emisiones de fuentes hidrotermales y las reacciones químicas que se producían durante las descargas eléctricas en la atmósfera eran fuentes de amoníaco y compuestos orgánicos como formaldehído y cianuro. Al entrar al agua del Océano Mundial, se congelaron con él. En la columna de hielo, las moléculas de sustancias orgánicas se acercaron y entraron en interacciones que llevaron a la formación de glicina y otros aminoácidos. El océano estaba cubierto de hielo, lo que protegía a los compuestos recién formados de la destrucción por la radiación ultravioleta. Este mundo helado podría derretirse, por ejemplo, si un enorme meteorito cayera sobre el planeta (Fig. 1).
Charles Darwin y sus contemporáneos creían que la vida podría haber surgido en una masa de agua. Muchos científicos todavía mantienen este punto de vista. En un depósito cerrado y relativamente pequeño, las sustancias orgánicas aportadas por las aguas que fluyen hacia él podrían acumularse en las cantidades necesarias. Luego, estos compuestos se concentraron aún más en las superficies internas de minerales en capas, lo que podría catalizar las reacciones. Por ejemplo, dos moléculas de fosfaldehído que se encontraron en la superficie de un mineral reaccionaron entre sí para formar una molécula de carbohidrato fosforilada, un posible precursor del ácido ribonucleico (Fig. 2).
¿O tal vez la vida surgió en zonas de actividad volcánica? Inmediatamente después de su formación, la Tierra era una bola de magma que escupe fuego. Durante las erupciones volcánicas y con los gases liberados del magma fundido, superficie de la Tierra Se eliminaron una variedad de sustancias químicas necesarias para la síntesis de moléculas orgánicas. Así, las moléculas de monóxido de carbono, una vez en la superficie del mineral pirita, que tiene propiedades catalíticas, podían reaccionar con compuestos que tenían grupos metilo y formar ácido acético, a partir del cual luego se sintetizaban otros compuestos orgánicos (Fig. 3).
Por primera vez, obtener moléculas orgánicas -aminoácidos- en condiciones de laboratorio El científico estadounidense Stanley Miller logró simular los que se realizaron en la Tierra primitiva en 1952. Luego estos experimentos causaron sensación y su autor ganó fama mundial. Actualmente continúa realizando investigaciones en el campo de la química prebiótica (antes de la vida) en la Universidad de California. La instalación en la que se realizó el primer experimento fue un sistema de matraces, en uno de los cuales se pudo obtener una potente descarga eléctrica con un voltaje de 100.000 V.
Miller llenó este matraz con gases naturales: metano, hidrógeno y amoníaco, que estaban presentes en la atmósfera de la Tierra primitiva. En el matraz de abajo había una pequena cantidad de agua simulando el océano. La descarga eléctrica tenía una fuerza cercana a la del rayo, y Miller esperaba que bajo su acción se formaran compuestos químicos que, al entrar en el agua, reaccionarían entre sí y formarían moléculas más complejas.
El resultado superó todas las expectativas. Después de apagar la instalación por la noche y regresar a la mañana siguiente, Miller descubrió que el agua del matraz había adquirido un color amarillento. Lo que surgió fue una sopa de aminoácidos, los componentes básicos de las proteínas. Por tanto, este experimento demostró con qué facilidad se pueden formar los ingredientes primarios de la vida. Todo lo que se necesitaba era una mezcla de gases, un pequeño océano y un pequeño rayo.
Otros científicos se inclinan a creer que la antigua atmósfera de la Tierra era diferente de la que modeló Miller y, muy probablemente, estaba compuesta de dióxido de carbono y nitrógeno. Utilizando esta mezcla de gases y la configuración experimental de Miller, los químicos intentaron producir compuestos orgánicos. Sin embargo, su concentración en el agua era tan insignificante como si se disolviera una gota de colorante alimentario en una piscina. Naturalmente, es difícil imaginar cómo podría surgir la vida en una solución tan diluida.
Si realmente la contribución de los procesos terrestres a la creación de reservas de materia orgánica primaria fue tan insignificante, ¿de dónde vino entonces? ¿Quizás desde el espacio? Los asteroides, cometas, meteoritos e incluso partículas de polvo interplanetario podrían transportar compuestos orgánicos, incluidos aminoácidos. Estos objetos extraterrestres podrían proporcionar cantidades suficientes de compuestos orgánicos para que el origen de la vida ingrese al océano primordial o pequeña masa de agua.
La secuencia y el intervalo de tiempo de los eventos, desde la formación de la materia orgánica primaria hasta la aparición de la vida como tal, sigue siendo y, probablemente, seguirá siendo para siempre un misterio que preocupa a muchos investigadores, así como la pregunta de qué. de hecho, considérelo vida.
Actualmente existen varias definiciones científicas de la vida, pero no todas son precisas. Algunos de ellos son tan amplios que incluyen tales objetos inanimados como fuego o cristales minerales. Otros son demasiado estrechos y, según ellos, las mulas que no dan a luz a sus crías no son reconocidas como vivas.
Uno de los más exitosos define la vida como autosostenible sistema químico, capaz de comportarse de acuerdo con las leyes de la evolución darwiniana. Esto significa que, en primer lugar, un grupo de individuos vivos debe producir descendientes similares a ellos, que hereden las características de sus padres. En segundo lugar, las generaciones de descendientes deben mostrar las consecuencias de las mutaciones: cambios genéticos que son heredados por las generaciones posteriores y causan variabilidad poblacional. Y en tercer lugar, es necesario que funcione un sistema de selección natural, como resultado del cual algunos individuos obtienen una ventaja sobre otros y sobreviven en condiciones cambiantes, produciendo descendencia.
¿Qué elementos del sistema eran necesarios para que tuviera las características de un organismo vivo? Número grande Los bioquímicos y biólogos moleculares creen que las moléculas de ARN tenían las propiedades necesarias. El ARN (ácidos ribonucleicos) son moléculas especiales. Algunos de ellos pueden replicarse, mutar, transmitir información y, por tanto, podrían participar en la selección natural. Es cierto que no son capaces de catalizar el proceso de replicación por sí solos, aunque los científicos esperan que en un futuro próximo se encuentre un fragmento de ARN con tal función. Otras moléculas de ARN participan en la “lectura” Información genética y transfiriéndolo a los ribosomas, donde se produce la síntesis de moléculas de proteínas, en las que interviene el tercer tipo de moléculas de ARN.
Así, el sistema vivo más primitivo podría estar representado por moléculas de ARN que se duplican, sufren mutaciones y están sujetas a selección natural. En el curso de la evolución, a partir del ARN, surgieron moléculas de ADN especializadas, guardianas de la información genética, y moléculas de proteínas no menos especializadas, que asumieron las funciones de catalizadores para la síntesis de todas las moléculas biológicas conocidas actualmente.
En algún momento, un “sistema vivo” de ADN, ARN y proteínas encontró refugio dentro de un saco formado por una membrana lipídica, y esta estructura, más protegida de las influencias externas, sirvió como prototipo de las primeras células que dieron lugar a a las tres ramas principales de la vida, que están representadas en el mundo moderno por bacterias, arqueas y eucariotas. En cuanto a la fecha y secuencia de aparición de estas células primarias, sigue siendo un misterio. Además, según estimaciones probabilísticas simples, no hay tiempo suficiente para la transición evolutiva de las moléculas orgánicas a los primeros organismos: los primeros organismos más simples aparecieron demasiado repentinamente.
Durante muchos años, los científicos creyeron que era poco probable que la vida pudiera haber surgido y desarrollado durante el período en el que la Tierra estaba constantemente sujeta a colisiones con grandes cometas y meteoritos, un período que terminó hace aproximadamente 3.800 millones de años. Sin embargo, recientemente se han descubierto rastros de estructuras celulares complejas que datan de al menos 3.860 millones de años en las rocas sedimentarias más antiguas de la Tierra, que se encuentran en el suroeste de Groenlandia. Esto significa que las primeras formas de vida podrían haber surgido millones de años antes de que cesara el bombardeo de nuestro planeta por grandes cuerpos cósmicos. Pero entonces es posible un escenario completamente diferente (Fig. 4).
Caído a la tierra objetos espaciales podría haber jugado un papel central en el surgimiento de la vida en nuestro planeta, ya que, según varios investigadores, células similares a las bacterias podrían haber surgido en otro planeta y luego llegar a la Tierra junto con los asteroides. Una evidencia que respalda la teoría del origen extraterrestre de la vida se encontró dentro de un meteorito con forma de papa y llamado ALH84001. Este meteorito era originalmente un trozo de corteza marciana, que luego fue arrojado al espacio como resultado de una explosión cuando un enorme asteroide chocó con la superficie de Marte, lo que ocurrió hace unos 16 millones de años. Y hace 13 mil años, después de un largo viaje dentro sistema solar Este fragmento de roca marciana en forma de meteorito aterrizó en la Antártida, donde fue descubierto recientemente. Un estudio detallado del meteorito reveló estructuras en forma de varillas que se asemejan a bacterias fosilizadas en su interior, lo que dio lugar a un acalorado debate científico sobre la posibilidad de que haya vida en las profundidades de la corteza marciana. Estas disputas no se resolverán hasta 2005, cuando la Administración Nacional de Aeronáutica investigación del espacio Estados Unidos implementará un programa para llevar una nave espacial interplanetaria a Marte para tomar muestras de la corteza marciana y entregar muestras a la Tierra. Y si los científicos logran demostrar que Marte alguna vez estuvo habitado por microorganismos, entonces podremos hablar con mayor confianza sobre el origen extraterrestre de la vida y la posibilidad de que la vida haya sido traída desde el espacio exterior (Fig. 5).
Arroz. 5. Nuestro origen es de los microbios.
¿Qué hemos heredado de las formas de vida antiguas? La siguiente comparación de organismos unicelulares con células humanas revela muchas similitudes.
 1. Reproducción sexual |
 2. Pestañas |
 3. Captura otras células |
 4. mitocondrias |
 5. Flagelos |
La evolución de la vida en la Tierra: de lo simple a lo complejo
En la actualidad, y probablemente en el futuro, la ciencia no podrá responder a la pregunta de cómo era el primer organismo que apareció en la Tierra: el antepasado del que se originaron las tres ramas principales del árbol de la vida. Una de las ramas son los eucariotas, cuyas células tienen un núcleo formado que contiene material genético y orgánulos especializados: mitocondrias productoras de energía, vacuolas, etc. Los organismos eucariotas incluyen algas, hongos, plantas, animales y humanos.
La segunda rama son las bacterias: organismos unicelulares procarióticos (prenucleares) que no tienen un núcleo ni orgánulos pronunciados. Y finalmente, la tercera rama son los organismos unicelulares llamados arqueas o arqueobacterias, cuyas células tienen la misma estructura que los procariotas, pero una estructura química de lípidos completamente diferente.
Muchas arqueobacterias pueden sobrevivir en condiciones ambientales extremadamente desfavorables. Algunos de ellos son termófilos y viven sólo en aguas termales con temperaturas de 90 °C o incluso superiores, donde otros organismos simplemente morirían. Sintiéndose muy bien en tales condiciones, estos organismos unicelulares consumen sustancias que contienen hierro y azufre, así como una serie de compuestos químicos, tóxico para otras formas de vida. Según los científicos, las arqueobacterias termófilas encontradas son organismos extremadamente primitivos y, en términos evolutivos, parientes cercanos de las formas de vida más antiguas de la Tierra.
Es interesante que los representantes modernos de las tres ramas de la vida, más similares a sus antepasados, todavía vivan hoy en lugares con alta temperatura. En base a esto, algunos científicos se inclinan a creer que, muy probablemente, la vida surgió hace unos 4 mil millones de años en el fondo del océano cerca de fuentes termales, haciendo erupción en corrientes ricas en metales y sustancias de alta energía. Al interactuar entre sí y con el agua del entonces océano estéril, entrando en una amplia variedad de reacciones químicas, estos compuestos dieron lugar a moléculas fundamentalmente nuevas. Así, durante decenas de millones de años, en esta “cocina química” se preparó el plato más importante: la vida. Y hace unos 4.500 millones de años, aparecieron en la Tierra organismos unicelulares, cuya existencia solitaria continuó durante todo el período Precámbrico.
El estallido de la evolución que dio origen a los organismos multicelulares se produjo mucho más tarde, hace poco más de 500 millones de años. Aunque los microorganismos son tan pequeños que una sola gota de agua puede contener miles de millones, la escala de su trabajo es enorme.
Se cree que inicialmente no había oxígeno libre en la atmósfera terrestre ni en los océanos, y en estas condiciones sólo vivían y se desarrollaban microorganismos anaeróbicos. Un paso especial en la evolución de los seres vivos fue la aparición de bacterias fotosintéticas que, utilizando la energía luminosa, convertían el dióxido de carbono en compuestos de carbohidratos que servían de alimento a otros microorganismos. Si los primeros fotosintéticos produjeron metano o sulfuro de hidrógeno, entonces los mutantes que aparecieron una vez comenzaron a producir oxígeno durante la fotosíntesis. A medida que el oxígeno se acumula en la atmósfera y las aguas bacteria anaerobica, para lo cual es destructivo, ocupó nichos libres de oxígeno.
Fósiles antiguos encontrados en Australia que datan de hace 3.460 millones de años han revelado estructuras que se cree que son restos de cianobacterias, los primeros microorganismos fotosintéticos. Sobre el dominio pasado microorganismos anaerobios y las cianobacterias se evidencian en los estromatolitos que se encuentran en aguas costeras poco profundas de cuerpos de agua salada no contaminados. En su forma se asemejan a grandes rocas y representan una interesante comunidad de microorganismos que viven en rocas calizas o dolomitas formadas como resultado de su actividad vital. A una profundidad de varios centímetros de la superficie, los estromatolitos están saturados de microorganismos: de hecho capa superior cianobacterias fotosintéticas que producen oxígeno vivas; se encuentran bacterias más profundas que son hasta cierto punto tolerantes al oxígeno y no requieren luz; en la capa inferior hay bacterias que sólo pueden vivir en ausencia de oxígeno. Ubicados en diferentes capas, estos microorganismos forman un sistema unido por relaciones complejas entre ellos, incluidas las relaciones alimentarias. Detrás de la película microbiana hay una roca formada como resultado de la interacción de los restos de microorganismos muertos con carbonato de calcio disuelto en agua. Los científicos creen que cuando en la Tierra primitiva no había continentes y sólo archipiélagos de volcanes se elevaban sobre la superficie del océano, las aguas poco profundas estaban repletas de estromatolitos.
Como resultado de la actividad de las cianobacterias fotosintéticas, apareció oxígeno en el océano y aproximadamente mil millones de años después comenzó a acumularse en la atmósfera. En primer lugar, el oxígeno resultante interactuó con el hierro disuelto en agua, lo que provocó la aparición de óxidos de hierro, que precipitaron gradualmente en el fondo. Así, a lo largo de millones de años, con la participación de microorganismos, surgieron enormes depósitos de mineral de hierro, a partir de los cuales hoy se funde el acero.
Luego, cuando la mayor parte del hierro de los océanos se oxidó y ya no pudo unirse al oxígeno, escapó a la atmósfera en forma gaseosa.
Después de que las cianobacterias fotosintéticas crearan un cierto suministro de materia orgánica rica en energía a partir de dióxido de carbono y se enriquecieran atmósfera terrestre oxígeno, surgieron nuevas bacterias, aerobias, que sólo pueden existir en presencia de oxígeno. Necesitan oxígeno para la oxidación (combustión) de compuestos orgánicos, y una parte importante de la energía resultante se convierte en una forma biológicamente disponible: el trifosfato de adenosina (ATP). Este proceso es energéticamente muy favorable: las bacterias anaeróbicas, al descomponer una molécula de glucosa, reciben solo 2 moléculas de ATP, y las bacterias aeróbicas que utilizan oxígeno tienen 36 moléculas de ATP.
Con la llegada de oxígeno suficiente para un estilo de vida aeróbico, también hicieron su debut las células eucariotas que, a diferencia de las bacterias, tienen un núcleo y orgánulos como mitocondrias, lisosomas y, en algas y plantas superiores, cloroplastos, donde tienen lugar las reacciones fotosintéticas. Existe una hipótesis interesante y bien fundada sobre el surgimiento y desarrollo de los eucariotas, expresada hace casi 30 años por el investigador estadounidense L. Margulis. Según esta hipótesis, las mitocondrias, que funcionan como fábricas de energía en una célula eucariota, son bacterias aeróbicas y los cloroplastos. células vegetales, en las que se produce la fotosíntesis, son cianobacterias, probablemente absorbidas hace unos 2 mil millones de años por amebas primitivas. Como resultado de interacciones mutuamente beneficiosas, las bacterias absorbidas se convirtieron en simbiontes internos y formaron un sistema estable con la célula que las absorbió: una célula eucariota.
Los estudios de restos fósiles de organismos en rocas de diferentes edades geológicas han demostrado que durante cientos de millones de años después de su origen, las formas de vida eucariotas estuvieron representadas por organismos unicelulares microscópicos y esféricos como la levadura, y sus desarrollo evolutivo procedió a un ritmo muy lento. Pero hace poco más de mil millones de años surgieron muchas especies nuevas de eucariotas, lo que marcó un salto espectacular en la evolución de la vida.
En primer lugar, esto se debió al surgimiento de la reproducción sexual. Y si las bacterias y los eucariotas unicelulares se reproducen produciendo copias genéticamente idénticas de sí mismos y sin necesidad de una pareja sexual, entonces reproducción sexual en organismos eucariotas más altamente organizados ocurre de la siguiente manera. Dos células sexuales haploides de los padres, que tienen un solo juego de cromosomas, se fusionan para formar un cigoto que tiene un doble juego de cromosomas con los genes de ambos socios, lo que crea oportunidades para nuevas combinaciones de genes. El surgimiento de la reproducción sexual condujo a la aparición de nuevos organismos que entraron en el ámbito de la evolución.
Tres cuartas partes de toda la existencia de vida en la Tierra estuvieron representadas exclusivamente por microorganismos, hasta que se produjo un salto cualitativo en la evolución que condujo al surgimiento de organismos altamente organizados, incluidos los humanos. Sigamos los principales hitos de la historia de la vida en la Tierra en línea descendente.
Hace 1.200 millones de años se produjo una explosión de la evolución, provocada por el advenimiento de la reproducción sexual y marcada por la aparición de formas de vida altamente organizadas: plantas y animales.
La formación de nuevas variaciones en el genotipo mixto que surge durante la reproducción sexual se manifestó en forma de biodiversidad de nuevas formas de vida.
Hace 2 mil millones de años, aparecieron células eucariotas complejas cuando los organismos unicelulares complicaron su estructura al absorber otras células procarióticas. Algunas de ellas, bacterias aeróbicas, se convirtieron en mitocondrias, estaciones de energía para la respiración de oxígeno. Otras, las bacterias fotosintéticas, comenzaron a realizar la fotosíntesis dentro de la célula huésped y se convirtieron en cloroplastos en algas y células vegetales. Las células eucariotas, que tienen estos orgánulos y un núcleo claramente diferenciado que contiene material genético, constituyen todas las formas de vida complejas modernas, desde los mohos hasta los humanos.
Hace 3.900 millones de años aparecieron organismos unicelulares que probablemente se parecían a bacterias y arqueobacterias modernas. Tanto las células procarióticas antiguas como las modernas tienen una estructura relativamente simple: no tienen un núcleo formado ni orgánulos especializados, su citoplasma gelatinoso contiene macromoléculas de ADN, portadoras de información genética y ribosomas en los que se produce la síntesis de proteínas y se produce energía. la membrana citoplasmática que rodea a la célula.
Hace 4 mil millones de años surgió misteriosamente el ARN. Es posible que se haya formado a partir de moléculas orgánicas más simples que aparecieron en la Tierra primitiva. Se cree que las antiguas moléculas de ARN tenían la función de portadoras de información genética y catalizadores de proteínas, eran capaces de replicarse (autoduplicación), mutaban y estaban sujetas a selección natural. En las células modernas, el ARN no tiene o no presenta estas propiedades, pero juega un papel muy importante como intermediario en la transferencia de información genética del ADN a los ribosomas, en los que se produce la síntesis de proteínas.
ALABAMA. Prójorov
Basado en un artículo de Richard Monasterski
en revista National Geographic, 1998 No. 3
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