Произход на живота

В Кан Академия разполагаме с множество клипове по теми като еволюция и естествен подбор. Смята се, че разбираме сравнително добре как е еволюирал животът, за да се достигне разнообразието и сложността, които виждаме край себе си. Но някои основни въпроси все още нямат отговор. Може би най-главният сред тях е въпросът за произхода на живота. Как е възникнал животът на Земята? Това води към още въпроси: Има ли живот извън нашата планета? Какъв е той? Нека започнем с това, което вече знаем. Да започнем хронологично. Да идем милиард години назад, два милиарда години назад, три милиарда години назад, четири милиарда години назад. Сега сме тук. Нека отново се върнем милиард години назад. Когато говорим за един милиард години, просто не можем да си представим колко огромно количество време е това. Но знаем, че Земята и другите обекти от Слънчевата система са формирани преди около 4,6 милиарда години. Ето кога е формирана Земята. И точно по това време, както и през следващите 100 милиона години, на Земята не биха оцелели дори най-простите форми на живот. Защото Слънчевата система била пълна лудница. Постоянно се случвали сблъсквания. Дори Луната е създадена заради сблъскване на два обекта с размер на планети, един от които наричаме Прото-земя. Той се сблъскал с друг обект с размери на планета, двата започнали да се въртят и единият от тях станал Луната. Тя е причина за приливите и отливите на Земята. Но, както се досещаш, в тази среда трудно би могъл да се формира живот. И дори след оформянето на Луната, в Слънчевата система имало множество сблъсъци и сътресения. Чак след доста време настъпило спокойствието, което наблюдаваме сега. Бурният период продължил до преди 3,9 милиарда години. Счита се, че това е най-ранният възможен момент, в който Земята е станала подходяща среда за живот. Преди това може да е имало изолирани райони, върху които не са падали метеорити, може да са възникнали примитивни форми на живот, но и те са били унищожени от честите сблъсъци с други небесни тела. Ала кой знае? Възможно е някак да са оцелели. Но повечето учени отхвърлят тази теория. Другото, което знаем, е, че имаме фосили, свидетелстващи за живот преди 3,5 милиарди години. Наричат се строматолити. Те са образувания от микроорганизми, които са формирани много отдавна и продължават да се формират и до днес. И макар микроорганизмите да не приличат на сложни форми на живот, те всъщност са невероятно сложни, особено ако ги сравним с най-простите неживи организми. Затова в момента вярваме, че някъде по това време животът е възникнал на Земята. Но макар да знаем кога е станало, да знаем, че преди 3,7 милиарди години някаква РНК е решила или случайно е успяла да се самовъзпроизведе, това пак не отговаря на най-интересния въпрос: как? "Как?" според мен е по-важно и по-интересно от "Кога?". А този въпрос има няколко страни. Нека започнем с най-простото - молекулите, които бихме могли да открием на ранната планета Земя. Ето някои примери тук. Това е H2O, по-известна като вода. Това е CO2, по-известна като въглероден диоксид. Не се вижда ясно. Ще опитам с по-светъл цвят. Та значи имаме въглероден диоксид. Имаме азот, амоняк, фосфат и много други елементи, които може би са се срещали тогава на Земята. Но как са могли да оформят дори само следващото ниво, което е малко по-сложно, или пък доста по-сложните органични молекули? Когато говорим за органични молекули, имаме предвид нещо такова – Това са аминокиселини. Те изграждат протеините. А тук виждаме нуклеотиди. Те изграждат РНК, ДНК и други неща. Та първият въпрос е... а това всъщност не са единствените прости органични молекули Можем да посочим захарите и разни други неща. Но въпросът е – реалистично ли е? Разбираме ли въобще как е възможно тези прости молекули тук да се развият в тези сложни органични молекули? И простият отговор е, че в момента имаме доказателства, че това е възможно. Че е възможно тези неща да станат такива абиотично, без присъствието на живот. Ще чуваш думата "абиотично" често. Антибиотиците са това, което убива живота, което убива бактериите. Абиотично означава лишено от живот. В момента има доказателства, които ни карат да вярваме, че аминокиселините и свързаните с тях органични молекули, които се срещат на комети, метеорити и други планети, се образуват спонтанно в космоса без присъствието на живот. Дори можем да направим аминокиселини и други подобни молекули от тези прости елементи в лаборатория. Най-известният експеримент е този на Милър и Юри. През 50-те те успели да покажат, че с добавяне на някаква енергия – осигурили са искра, на ранната Земя тя би могла да дойде от светкавица – те опитали да подготвят смес от газове, за които вярвали че са подобни на атмосферния състав на ранната Земя, където е имало малко кислород. За да създадем кислород, ни трябва живот. И макар в момента да смятаме, че през 50-те не са използвали правилния газов микс, те са постигнали нещо значимо. Успели са да докажат, че с този микс газове, за който са смятали, че се е съдържал в атмосферата, и с малко енергия, добавена към системата, е възможно да се образуват органични молекули. Затова трябва да сме спокойни, че поне първата стъпка е осъществима. Но сами по себе си, тези органични молекули не са живот. Всъщност това дори не са най-сложните молекули, изграждащи живота. Нещата стават интересни, когато стигнем до протеините. Един протеин може да се състои от хиляди аминокиселини. ДНК и РНК, които разглеждаме като от първостепенна важност за живота, са съставени от десетки милиони нуклеотиди за една ДНК молекула. Например това тук е малка част от ДНК молекула, но се вижда, че тя е много по-сложна от отделните нуклеотиди. Имаме доказателства, че е възможно от аминокиселини да се получат протеини, и че е възможно от нуклеотиди да се получи ДНК без присъствието на живот, че тези сложни молекули могат да се получат спонтанно в подходяща среда и с подходящата енергия. Учените вярват, и е било наблюдавано, че ако имаме правилните условия, тези молекули могат да се организират така, че да формират по-сложни съединения. Знам какво си мислиш. Протеините са много готини, ДНК и РНК са яки, но как те са формирали живота? В кой момент ще си кажем "Това е прото форма на живот" И ето тук навлизаме в зоната на непознатото, защото наистина не знаем. Съществуват няколко хипотези. Една от тях е хипотезата "РНК-свят". Ще го запиша – хипотезата "РНК свят". Това е идеята, че първите форми на живот са били самовъзпроизвеждащи се РНК молекули. Причината, поради която хората наблягат на РНК, а не на ДНК, е това, че дори в днешните клетки, РНК не просто съхранява информация, а може наистина да играе ролята на катализатор, когато се замислиш за неща като тРНК и рибозомна РНК. И може би част от първия прото-живот е била РНК информация, която се е самовъзпроизвела и е дала началото на самовъзпроизвеждането, може би някак се е организирала в структури, оградени с мембрани, за да бъде отделена от средата, за да се получат среди, които са отделени от външния свят. Но простият отговор е, че не знаем. Друга популярна хипотеза е тази за примитивния метаболизъм. Това е схващането, че доста основни метаболитни пътища, които можеш са срещнеш в учебниците по биохимия, са възникнали, тоест, че всичко това е възникнало в тази първична супа, където е имало органични молекули в правилните условия може би около горещите извори или някъде другаде. Но според хипотезата, поставяща метаболизма пръв, някои от структурите, които извучаваме по биохимия, са се появили извън клетките, или извън живота, и са продължили да създават все по-сложни неща, но в един момент тези неща са започнали да се случват в самоорганизирани ограничени с мембрани структури. Може би е някаква комбинация от тези две теории. Простият отговор е, че не знаем, но разполагаме с някои интересни улики. Дори ако наблюдаваме днешната биология и дори ако гледаме честотата на случващите се неща, централната догма на биологията, ако видим как протеините, чиито структури са общи за всички форми на живот, това ще ни даде насоки за това какъв е бил най-ранният живот или прото-живот.