Vísindamenn frá Cambridge-háskóla (Stóra-Bretlandi), undir handleiðslu læknis (Emily Mitchell), komust að því hvernig sviðamorfur margfölduðust - ein fyrsta fjölfrumulífvera á jörðinni. Grein um þetta birt í tímaritinu Náttúranendurselir síðuna LifaVísindi.

Rangeomorphs bjó í sjónum fyrir 565 árum, á Ediacar tímabilinu (Neo-Proterozoic tímabilinu). Þrátt fyrir að vera mjög frumstæð dýr höfðu þau hvorki munn né önnur líffæri og gátu ekki hreyft sig heldur fest við sjávarbotninn. Líkaminn þeirra samanstóð af grenjandi túpum af fjórum stigum og líktist óljóst laufum nútíma ferns.

Vísindamenn í Cambridge greindu steingervingur prenta fulltrúa Fraktofusus, ein ættkvíslarsvið, frá Ediacar klettum um það bil. Nýfundnaland (Kanada), þar sem leifar af lifandi verum á þessu jarðfræðitímabili eru best varðveittar í heiminum.

Með því að beita tölfræðilegum aðferðum við greiningu á staðsetningu fingraförs ranggeomorph fundu Cambridge líffræðingar að þeir notuðu tvær ræktunaráætlanir. Fyrsta kynslóð þessara veru, sem settust að á hvaða landsvæði sem er, fæddist úr deilu sem flutt var með vatni. (Það er ekki enn ljóst hvort deilurnar voru myndaðar kynferðislega eða ó kynferðislega.) Síðari kynslóðir hafa þegar farið frá þessum brautryðjendum með hjálp ferla.

„Æxlun á þennan hátt gerði rankeomorph mjög vel, þar sem þeir gátu fljótt þróað ný svæði og síðan búið þau alveg eins hratt,“ sagði Dr. Mitchell. „Geta þessara lífvera til að skipta á milli tveggja mismunandi kynbótamynstra sýnir hversu flókin hugmyndafræði þeirra var, sem kemur á óvart þar sem flest önnur lífsform voru afar frumstæð á því tímabili.“

Sviðsmörkin dreifðust í raun mjög víða í höfunum á Ediacaria, en í upphafi næsta Kambísktímabils (sem tilheyrði Paleozoic tímum) hurfu þau skyndilega á dularfullan hátt. Þar með talið af þessum sökum geta vísindamenn ekki enn valið fyrir þá áreiðanlega „ættingja“ meðal lifandi lífvera.

Þegar við snúum aftur að uppgötvun Dr Mitchell og samstarfsmanna, vekjum við athygli á að það er mikilvægt til að skilja æxlunarferli fyrstu fjölfrumudýra og líf þeirra almennt.

Rannsóknir á fornum lífverum, samkvæmt steingervingaleifum þeirra, leiðir stundum til óvæntra niðurstaðna. Til dæmis, aðeins nýlega hefur þú loksins reiknað út líffærafræði steingervings forföður nútíma orma, vísindamenn gátu reiknað út eiginleika líffærafræði forfeðra allra orma sem bjuggu á tímum Kambískrar sprengingar (fyrir 540 milljón árum) og hét fyrir furðulega útlit sitt Hallucigenia. Það kom í ljós að það sem enn var skakkað við höfuð þessa orms er halinn og „fæturnir“ reyndust vera toppar á bakinu.

Panspermia

Talsmenn hugmyndarinnar um panspermia eru sannfærðir um að fyrstu örverurnar voru fluttar til jarðar úr geimnum. Svo að hinn frægi þýski vísindasérfræðingur-alfræðiritið þýski Helmholtz, enski eðlisfræðingurinn Kelvin, rússneski vísindamaðurinn Vladimir Vernadsky og sænski efnafræðingurinn Svante Arrhenius, sem í dag er talinn stofnandi þessarar kenningar.

Vísindalega staðfest með því að á jörðinni hafa loftsteinar frá Mars og öðrum reikistjörnum ítrekað fundist, hugsanlega frá halastjörnum, sem gætu jafnvel komið frá framandi stjörnukerfum. Enginn efast um þetta í dag en enn er ekki ljóst hvernig líf hefði getað myndast á öðrum heimum. Reyndar flytja afsökunarbeiðnir fyrir geðveiki „ábyrgð“ á því sem er að gerast við framandi siðmenningar.

Aðal seyði kenningar

Fæðing þessarar tilgátu var auðvelduð með tilraunum Harold Urey og Stanley Miller, sem gerðar voru á sjötta áratugnum. Þeir gátu endurskapað næstum sömu aðstæður og voru á yfirborði plánetunnar okkar fyrir fæðingu lífsins. Lítil rafmagnsútblástur og útfjólublátt var farið í gegnum blöndu af sameindarvetni, kolmónoxíði og metani.

Tilkoma lífsins

Samkvæmt nútíma hugmyndinni um heim RNA var ríbukjarnsýra (RNA) fyrsta sameindin sem öðlaðist getu til að endurskapa sig. Milljónir ára gætu liðið áður en fyrsta slíka sameindin birtist á jörðinni. En eftir myndun þess birtist möguleikinn á tilkomu lífs á plánetunni okkar.

RNA sameind getur virkað sem ensím með því að sameina frjáls kjarni í óhefðbundinni röð. Þannig á margföldun RNA sér stað. En þessi efnasambönd geta ekki enn verið kölluð lifandi skepna, þar sem þau hafa ekki mörk líkamans. Sérhver lifandi lífvera hefur slík mörk. Aðeins inni í líkamanum agnir sem eru einangraðar frá óskipulegri hreyfingu líkamans geta flókin efnafræðileg viðbrögð komið fram sem leyfa skepnunni að fæða, fjölga sér, hreyfa sig og svo framvegis.

Útlit einangraðra hola í hafinu er nokkuð tíð fyrirbæri. Þær myndast af fitusýrum (alifatískum sýrum) sem hafa fallið í vatn. Málið er að annar endi sameindarinnar er vatnssækinn og hinn er vatnsfælin. Fitusýrur sem eru fastar í vatni mynda kúlur á þann hátt að vatnsfælna endar sameindanna eru inni í kúlunni. Kannski fóru RNA sameindirnar að falla á slík svæði.

Hversu gamalt er mannkynið?

Ekki margir vita aldur nútímategundarinnar Homo Sapiens, sem þýðir sanngjarn manneskja, sem vísindamenn áætla aðeins 200 þúsund ár. Það er að segja að aldur mannkyns sem tegundar er 1250 sinnum minni en aldur skriðdýrastéttarinnar, sem risaeðlur tilheyrðu.

Að passa inn í meðvitundina og skipuleggja þessi gögn er nauðsynleg ef við viljum skilja hvernig lífið virtist á plánetunni okkar upphaflega. Og hvaðan kom fólkið sem reynir að skilja þetta líf í dag?

Í dag er flokkað efni vísindamanna orðið opinbert. Sú átakanleg saga tilrauna undanfarinna ára, sem endurritaði þróunarkenninguna og varpar ljósi á það hvernig líf byrjaði á plánetunni okkar, hefur sprengt löngum rótgrónum hundum. Leyndarmál erfðafræðinnar, venjulega aðeins aðgengileg fyrir þröngan hring „upphafsmanna“, gaf ótvírætt svar við forsendu Darwins.

Tegundir Homo Sapiens (Homo sapiens) er aðeins 200 þúsund ára. Og plánetan okkar er 4,5 milljarðar!

Fyrsta frumuskipting

Ekki er vitað hvernig fyrstu frumurnar, sem samanstendur af RNA sameind og himnu fitusýra, tóku að skipta sér. Kannski byrjaði ný RNA sameind byggð inni í himnunni frá upphafi. Í lokin braut einn þeirra í gegnum himnuna. Ásamt RNA sameindinni skildu nokkrar fitusýrusameindirnar sem mynduðu nýja kúlu umhverfis hana einnig eftir.

Leynileg efni

Fyrir örfáum öldum fyrir slíkar hugmyndir mátti búast við aftöku á húfi. Giordano Bruno var brenndur fyrir villutrú fyrir aðeins meira en 400 árum síðan, í febrúar 1600. En í dag hafa leynilegar rannsóknir á djörfum brautryðjendum orðið almenningsþekking.

Jafnvel fyrir 50 árum, feður ólukku oft upp fámennir aðrir karlar, jafnvel móðirin vissi ekki alltaf sannleikann. Í dag er venjuleg greining að koma á faðerni. Hvert okkar getur pantað DNA-próf ​​og komist að því hver forfeður hans voru, hver blóð streymir í æðum hans eða hennar. Snefill kynslóða er að eilífu tekinn upp í erfðakóðanum.

Það er í þessum kóða sem svarið við brennandi spurningunni sem vekur huga mannkyns er að geyma: hvernig byrjaði lífið?

Flokkað efni vísindamanna afhjúpar sögu löngunarinnar til að finna eina rétta svarið. Þetta er saga um þrautseigju, þrautseigju og töfrandi sköpunargáfu og tekur til mestu uppgötvana nútímavísinda.

Í leit sinni að skilja hvernig lífið byrjaði fór fólk að kanna fjarlægustu hornin á jörðinni. Í tengslum við þessar leitir fengu sumir vísindamenn stigma „skrímsli“ fyrir tilraunir sínar, en aðrir þurftu að framkvæma þær undir nánu eftirliti alræðiskerfisins.

Forkambískt (dulmáls)

Forkambríni stóð í næstum 4 milljarða ár. Á þessu tímabili hafa verulegar breytingar orðið á jörðinni: skorpan hefur kólnað, höf hafa birst og síðast en ekki síst, frumstætt líf hefur birst. Ummerki um þetta líf í steingervingaskránni eru þó sjaldgæf þar sem fyrstu lífverurnar voru litlar og áttu ekki harða skeljar.

Forkambískt grein fyrir stærsta hluta jarðsögu jarðarinnar - um 3,8 milljarðar ára. Ennfremur er tímaröð þess þróuð mun verri en Phanerozoic í kjölfarið. Ástæðan fyrir þessu er sú að lífrænar leifar í setum í precambrian eru afar sjaldgæfar, sem er einn af aðgreinandi þáttum þessara fornu jarðmyndana. Þess vegna er paleontological aðferðin við rannsóknir ekki notuð fyrir Precambrian jarðlög.

Archean Aeon (fyrir 4,6 - 2,5 milljörðum ára)

Rannsóknir á loftsteinum, steinum og öðru efni samtímans sýna að plánetan okkar myndaðist fyrir um 4,6 milljörðum ára. Fram að þeim tíma var aðeins óskýr diskur umhverfis sólina, sem samanstóð af gasi og Cosmic ryki. Þá, undir áhrifum þyngdaraflsins, byrjaði ryk að safnast saman í litlum líkum, sem að lokum breyttust í reikistjörnur.

Í margar milljónir ára voru engin lífsform til á jörðinni. Eftir Archean-þáttinn um bráðnun efri möttulsins og ofhitnun þess með útliti töfrasafnsins í þessari jarðarfrægu, hrundi allt óspillta yfirborð jarðarinnar ásamt aðal og upphaflega þéttri litósu sinni í bráðnar efri möttulsins. Andrúmsloftið á þeim tíma var ekki þétt og samanstóð af eitruðum lofttegundum eins og ammoníaki (NH₃) metan (CH₄), vetni (H₂), klór (Cl₂), brennisteinn. Hitastig þess náði 80 ° C. Náttúruleg geislavirkni var margfalt meiri en sú sem fyrir var. Líf við slíkar aðstæður var ómögulegt.

Fyrir 4,5 milljörðum ára lenti jörðin að árekstri við himinlíkama á stærð við Mars, þá tilgátu plánetu Teia. Áreksturinn var svo sterkur að rusl sem myndaðist við áreksturinn var hent út í geiminn og myndaði tunglið. Myndun tunglsins stuðlaði að tilkomu lífsins: það olli sjávarföllum sem stuðluðu að hreinsun og loftun hafsins og stöðugust [ uppspretta ekki tilgreind 2933 dagar ] snúningsás jarðar.

Fyrstu efnafræðilegu ummerki um lífið, sem voru um 3,5 milljarðar ára, fundust í klettum Ástralíu (Pilbara). Lífræn kolefni uppgötvaðist síðar í bergi sem námu 4,1 milljarð ára. Hugsanlega átti lífið uppruna sinn í hverum þar sem voru mörg næringarefni, þar með talið núkleótíð.

Líf í Archean þróaðist yfir í bakteríur og sýanobakteríur. Þeir leiddu lífsstíl nær botn: þeir huldu botn sjávar með þunnt lag af slím.

Hvernig byrjaði líf á jörðinni?

Kannski er þetta erfiðasta allra spurninga sem fyrir eru. Í árþúsundirnar hefur mikill meirihluti fólks útskýrt þetta með einni ritgerð - „guðirnir sköpuðu líf.“ Aðrar skýringar voru einfaldlega óhugsandi. En með tímanum hefur ástandið breyst. Í alla síðustu öld hafa vísindamenn reynt að átta sig á nákvæmlega hvernig fyrsta lífið á jörðinni átti uppruna sinn, skrifar Michael Marshall fyrir BBC.

Flestir nútímalegir vísindamenn sem rannsaka uppruna lífsins eru vissir um að þeir fara í rétta átt - og tilraunirnar sem gerðar voru styrkja aðeins sjálfstraust þeirra. Uppgötvanir í erfðafræði umrita þekkingarbókina frá fyrstu síðu til síðustu.

• Fyrir ekki svo löngu síðan uppgötvuðu vísindamenn elsta forfaðir mannsins sem bjó á jörðinni fyrir um 540 milljón árum. Rannsakendurnir segja að þetta „tannhálkur“ sem öll hryggdýr hafi upprunnið. Stærð sameiginlegs forfeðra var aðeins millimetri.
• Nútímalegum vísindamönnum hefur jafnvel tekist að búa til fyrsta hálfgerða lífveruna með grundvallarbreytingum á DNA. Við erum nú þegar mjög nálægt nýmyndun nýrra próteina, það er að segja alveg tilbúið líf. Á aðeins nokkrum öldum hefur mannkyninu tekist að ná tökum á sköpun nýrrar tegundar lífveru.
• Við búum ekki aðeins til nýjar lífverur, heldur breytum við einnig með öryggi. Vísindamenn hafa jafnvel búið til „hugbúnað“ sem gerir kleift að nota DNA verkfæri til að breyta DNA keðjunni. Við the vegur, aðeins 1% af DNA ber erfðaupplýsingar, segja vísindamennirnir. Af hverju þurfum við 99% sem eftir eru?
• DNA er svo fjölhæft að þú getur geymt upplýsingar um það eins og á harða disknum. Kvikmynd hefur þegar verið tekin upp á DNA og tókst að hlaða niður upplýsingunum án vandræða, þar sem þær voru notaðar til að taka skrár frá disklingi.

Telur þú þig vera menntaða og nútímalega manneskju? Þá verður þú einfaldlega að vita þetta.

Þrátt fyrir að uppgötvun DNA hafi verið frá 1869 var það ekki fyrr en 1986 sem þessi þekking var fyrst notuð í réttarmeðferð.

Hér er sagan um uppruna lífs á jörðinni

Lífið er gamalt. Risaeðlur eru kannski frægasta allra útdauðra verja, en þær birtust aðeins fyrir 250 milljón árum. Fyrsta lífið á jörðinni átti uppruna sinn miklu fyrr.

Elstu steingervingarnir eru samkvæmt sérfræðingum um 3,5 milljarðar ára. Með öðrum orðum, þeir eru 14 sinnum eldri en fyrstu risaeðlurnar!

Þetta er þó ekki takmörkin. Til dæmis, í ágúst 2016, fundust steingervingur bakteríur, sem aldur er 3,7 milljarðar ára. Þetta er 15 þúsund sinnum eldra en risaeðlur!

Jörðin sjálf er ekki mikið eldri en þessar bakteríur - plánetan okkar myndaðist að lokum fyrir um 4,5 milljörðum ára. Það er að segja að fyrsta lífið á jörðinni fæddist nokkuð „fljótt“, eftir nokkur 800 milljón ár á jörðinni voru bakteríur - lifandi lífverur, sem samkvæmt vísindamönnum tókst að verða flóknari með tímanum og byrja fyrst fyrir einfaldar lífverur í sjónum og í lokin -end, og mannkyninu sjálfu.

Nýleg skýrsla frá Kanada staðfestir þessi gögn: elstu bakteríurnar eru áætlaðar á milli 3.770 og 4.300 milljarðar ára. Það er, lífið á jörðinni okkar, hugsanlega, átti uppruna sinn „einhverja“ 200 milljón árum eftir myndun þess. Fundust örverur sem lifðu á járni. Leifar þeirra fundust í kvarsbergum.

Ef við gerum ráð fyrir að lífið sé upprunnið á jörðinni - sem hljómar sæmilegt í ljósi þess að við höfum ekki enn fundið það á öðrum kosmískum líkama, hvorki á öðrum reikistjörnum eða á brotum af loftsteinum sem fluttir eru úr geimnum - þá hefði þetta átt að gerast á því tímabili , sem spannar milljarð ár milli þess augnabliks þegar reikistjarnan myndaðist, og dagsetninguna þar sem steingervingar fundust á okkar tímum.

Svo við höfum dregið úr því tímabili sem vekur áhuga okkar og reitt okkur á nýlegar rannsóknir, getum við gengið út frá því hvað var fyrsta lífið á jörðinni.

Vísindamenn endurskapuðu útlit forsögulegra risa frá beinagrindunum sem fundust við uppgröft.

Sérhver lifandi lífvera samanstendur af frumum (og þú ert líka)

Líffræðingar komust að því á 19. öld að allar lífverur samanstanda af „frumum“ - örsmáum klumpum af lífrænum efnum í ýmsum stærðum og gerðum.

Frumur fundust fyrst á 17. öld, á sama tíma og uppfinning tiltölulega öflugra smásjáa, en aðeins eftir eina og hálfa öld komust vísindamenn að sömu niðurstöðu: frumur eru grundvöllur alls lífs á jörðinni.

Auðvitað, út á við, lítur manneskja hvorki eins og fiskar eða risaeðlur, heldur horfir bara í gegnum smásjá til að ganga úr skugga um að fólk samanstendur af næstum sömu frumum og fulltrúar dýraheimsins. Ennfremur liggja sömu frumur undir plöntum og sveppum.

Allar lífverur samanstanda af frumum, líka þér.

Stærsta lífsformið er einfrumubakteríur.

Í dag er hægt að kalla fjölmörg lífsform á öruggan hátt örverur, sem samanstanda af aðeins einni frumu.

Frægasta tegund slíks lífs er bakteríur sem lifa hvar sem er í heiminum.

Í apríl 2016 kynntu vísindamenn uppfærða útgáfu af „lífsins tré“: eins konar ættartré fyrir hverja tegund lifandi lífveru. Mikill meirihluti „greina“ þessa trés eru bakteríur. Að auki bendir lögun trésins til þess að forfaðir alls lífs á jörðinni hafi verið baktería. Með öðrum orðum, öll lífverurnar (þar á meðal þú) komu frá einni bakteríu.

Þannig getum við nálgast málið af uppruna lífsins nákvæmari. Til að endurskapa fyrstu frumuna þarftu að endurskapa nákvæmlega aðstæður sem ríkja á jörðinni fyrir meira en 3,5 milljörðum ára.

Svo hversu erfitt er það?

Einfrumubakteríur eru algengasta lífsform á jörðinni.

Upphaf tilrauna

Í margar aldir var spurningin „hvar byrjaði lífið?“ spurði nánast ekki alvarlega. Reyndar, eins og við munum þegar í upphafi, var svarið þekkt: lífið var skapað af skaparanum.

Fram á 19. öld trúðu flestir á „lífshyggju“. Þessi kennsla er byggð á hugmyndinni um að allar lifandi verur hafi sérstakt yfirnáttúrulegt vald sem aðgreini þær frá dauðar hlutum.

Hugmyndir lífsins voru oft ómældar trúarbragða. Biblían segir að Guð hafi endurvakið fyrstu mennina með „anda lífsins“ og að hin ódauðlega sál sé ein birtingarmynd lífsins.

En það er eitt vandamál. Hugmyndir lífsins eru í grundvallaratriðum rangar.

Í byrjun 19. aldar uppgötvuðu vísindamenn nokkur efni sem eingöngu voru fáanleg frá lifandi verum. Þvagefni í þvagi var eitt af þessum efnum og það var fengið árið 1799.

Þessi uppgötvun stóð hins vegar ekki í bága við hugtakið lífsnauðsyn. Þvagefni kom aðeins fram í lifandi lífverum, svo að þeir voru ef til vill með sérstaka lífsorku, sem gerði þær einstaka.

Dauði lífsins

En árið 1828 gat þýski efnafræðingurinn Friedrich Wöhler myndað þvagefni úr ólífrænu efnasambandi - ammoníumsýanati, sem hafði ekkert með lifandi hluti að gera. Aðrir vísindamenn gátu endurtekið tilraun hans og það kom fljótt í ljós að hægt var að fá öll lífræn efnasambönd úr einfaldari ólífrænum efnasamböndum.

Þetta endaði lífshyggju sem vísindalegt hugtak.

En að losna við trú sína var ansi erfitt fyrir fólk. Sú staðreynd að í lífrænum efnasamböndum sem er sérkennileg aðeins fyrir lifandi verur er í raun ekkert sérstakt, fyrir marga virtist það svipta líf töfraþáttar og breyta fólki frá guðlegum skepnum nánast í vélar. Auðvitað var þetta mjög andstætt Biblíunni.

Jafnvel sumir fræðimenn héldu áfram að berjast fyrir lífsnauðsyni. Árið 1913 kynnti enski lífefnafræðingurinn Benjamin Moore ástríðufullar kenningar sínar um „lífræna orku“, sem í raun var sama lífsnauðsyn, en á annarri hlíf. Hugmyndin um lífshyggju hefur fundið nokkuð sterka rætur í mannssálinni á tilfinningalegan hátt.

Í dag er hægt að finna hugleiðingar þess á óvæntustu stöðum. Tökum til dæmis fjölda vísindaskáldskaparsagna þar sem hægt er að bæta við „lífsorku“ persónunnar eða flæða hana. Mundu eftir „orku endurnýjunar“ sem er notaður í kapphlaupi Tímanum úr seríunni Doctor Who. Þessari orku væri hægt að bæta við ef henni yrði lokið. Þótt hugmyndin líti út fyrir framúrstefnulegt er hún í raun og veru endurspeglun gamaldags kenninga.

Svona, eftir 1828, höfðu vísindamenn loksins góðar ástæður til að leita nýrrar skýringar á uppruna lífsins, að þessu sinni henda vangaveltum um guðleg afskipti.

En þeir fóru ekki að leita. Svo virðist sem rannsóknarefnið hafi komist að eigin tækjum, en reyndar hafa nokkrir áratugir ekki komið upp leyndardómur uppruna lífsins.Kannski voru allir enn of fastir í lífshyggju til að komast áfram.

Darwin og þróunarkenningin

Helsta byltingin á sviði líffræðirannsókna á 19. öld var þróunarkenningin, þróuð af Charles Darwin og haldið áfram af öðrum vísindamönnum.

Kenning Darwinslýst í uppruna tegunda frá 1859, útskýrði hvernig allur fjölbreytileiki dýraheimsins kom frá einum forfaðir.

Darwin hélt því fram að Guð hafi ekki skapað hverja tegund af lifandi verum fyrir sig og að allar þessar tegundir séu upprunnar úr frumstæðri lífveru sem birtist fyrir milljónum ára, sem einnig er kölluð síðasti algengi sameiginlegi forfaðirinn.

Hugmyndin reyndist afar umdeild, aftur vegna þess að hún hrekja biblískar staðsetningar. Kenning Darwins var gagnrýnd harðlega, sérstaklega af móðguðum kristnum mönnum.

En þróunarkenningin sagði ekki orð um hvernig fyrsta lífveran birtist.

Hvernig varð fyrsta lífið til?

Darwin skildi að þetta væri ítarleg spurning en (ef til vill ekki vilja lenda í öðrum átökum við prestastéttina) nefndi hann það aðeins í bréfi frá 1871. Tilfinningalegur tónn bréfsins sýndi að vísindamaðurinn var meðvitaður um djúpa þýðingu þessa máls:

„... En ef nú [ó hversu stórt ef!] í hvaða heitu vatnsgeymslu sem inniheldur öll nauðsynleg sölt af ammoníum og fosfór og aðgengileg fyrir ljós, hita, rafmagn o.s.frv., prótein efnafræðilega myndað sem er fær um frekari flóknari umbreytingar ... "

Með öðrum orðum: ímyndaðu þér litla tjörn fyllt með einföldum lífrænum efnasamböndum og er staðsett undir sólinni. Sum efnasambanda geta vel byrjað að hafa samspil og skapa flóknari efni, svo sem prótein, sem aftur á móti munu einnig hafa samskipti og þroskast.

Hugmyndin var frekar yfirborðskennd. En engu að síður var það grundvöllur fyrstu tilgátanna um uppruna lífsins.

Darwin bjó ekki aðeins til þróunarkenningu, heldur lagði hann einnig til að lífið ætti uppruna sinn í volgu vatni mettað með nauðsynlegum ólífrænum efnasamböndum.

Byltingarhugmyndir Alexander Oparin

Og fyrstu skrefin í þessa átt voru alls ekki tekin þar sem þú gætir búist við. Þú gætir haldið að slíkar rannsóknir, sem fela í sér hugsunarfrelsi, hefðu átt að gera í Bretlandi eða Bandaríkjunum, til dæmis. En í raun voru fyrstu tilgáturnar um uppruna lífsins settar fram í innfæddum víðáttum Stalínista Sovétríkjanna, vísindamanns sem þú hefur sennilega aldrei heyrt um.

Það er vitað að Stalín lokaði mörgum rannsóknum á sviði erfðafræði. Þess í stað kynnti hann hugmyndir landbúnaðarfræðingsins Trofim Lysenko, sem hann taldi henta betur í hugmyndafræði kommúnista. Vísindamönnum, sem stunduðu rannsóknir á sviði erfðafræði, var gert að styðja opinberlega hugmyndir Lysenko, annars í hættu á að vera í búðum.

Það var í svo spennandi andrúmslofti að lífefnafræðingurinn Alexander Ivanovich Oparin þurfti að gera tilraunir sínar. Þetta var mögulegt vegna þess að hann festi sig í sessi sem traustur kommúnisti: Hann studdi hugmyndir Lysenko og fékk jafnvel Lenín skipunina - heiðursverðlaun allra sem fyrir voru á þeim tíma.

Árið 1924 gaf Oparin út bókina um uppruna lífsins. Í því lýsti hann skoðun sinni á uppruna lífsins sem var furðu svipuð teiknimynda dæminu um „heitt lón“ Darwin.

Sovéski lífefnafræðingurinn Alexander Oparin lagði til að fyrstu lífverurnar mynduðust sem coacervates.

Ný kenning um fyrsta líf á jörðinni

Oparin lýsti því hvað jörðin var fyrstu dagana eftir myndun hennar. Plánetan hafði brennandi heitt yfirborð og vakti litla loftsteina. Allt í kring voru aðeins hálfbráðnir steinar, sem innihéldu mikið úrval efna, mörg þeirra byggð á kolefni.

Í lokin kólnaði jörðin nægjanlega og gufan breyttist fyrst í fljótandi vatn og skapaði þannig fyrstu rigninguna. Eftir nokkurn tíma birtust heitar haf á jörðinni sem voru rík af kolefnisbundnum efnum. Frekari atburðir gætu þróast í tveimur aðstæðum.

Sú fyrsta var um samspil efna þar sem flóknari efnasambönd myndu birtast. Oparin lagði til að sykur og amínósýrur sem eru mikilvægar fyrir lífverur gætu myndast í vatnasviði plánetunnar.

Í annarri atburðarásinni fóru nokkur efni í samspili að mynda smásjábyggingar. Eins og þú veist eru mörg lífræn efnasambönd ekki leysanleg í vatni: til dæmis myndar olía lag á yfirborð vatnsins. En sum efni sem eru í snertingu við vatn mynda kúlulaga kúlu, eða „coacervates,“ með þvermál allt að 0,01 cm (eða 0,004 tommur).

Með því að fylgjast með coacervates undir smásjá, þú getur tekið eftir líkingu þeirra við lifandi frumur. Þeir vaxa, breyta um lögun og eru stundum skipt í tvo hluta. Þeir hafa einnig samskipti við nærliggjandi efnasambönd, svo að önnur efni geta einbeitt sér í þeim. Oparin lagði til að coacervates væru forfeður nútíma frumna.

Kenning John Haldane um fyrsta líf

Fimm árum síðar, árið 1929, setti enski líffræðingurinn John Burdon Sanderson Haldane sjálfstætt fram kenningar sínar með svipuðum hugmyndum, sem birt var í tímaritinu Rationalist Annual.

Haldane hafði á þeim tíma þegar lagt mikið af mörkum til þróunar á þróunarkenningunni og stuðlað að samþættingu hugmynda Darwins í erfðafræði.

Og hann var mjög eftirminnilegur maður. Einu sinni, meðan á tilraun stóð í þrýstingshólfinu, upplifði hann rof á hljóðhimnu, sem hann skrifaði síðar um eftirfarandi: „Himnan er nú þegar að gróa, og jafnvel þó að það sé gat í henni, þrátt fyrir heyrnarleysið, verður mögulegt að sleppa hugsuðum hringjum af tóbaksreyk, sem ég held mikilvægt afrek. “

Eins og Oparin, lagði Haldane nákvæmlega til kynna hvernig lífræn efnasambönd gætu haft áhrif á vatnið: "(fyrr) fyrstu hafin náðu samkvæmni heitrar seyði." Þetta skapaði skilyrði fyrir útliti "fyrstu lifandi eða hálf lifandi lífvera." Við sömu aðstæður gætu einfaldustu lífverurnar verið inni í „olíumyndinni“.

John Haldane, óháð Oparin, setti fram svipaðar hugmyndir um uppruna fyrstu lífveranna.

Hugleiðing Oparin-Haldane

Þannig voru fyrstu líffræðingarnir sem þróuðu þessa kenningu Oparin og Haldane. En hugmyndin um að Guð eða jafnvel einhver abstrakt „lífskraftur“ tæki ekki þátt í myndun lifandi lífvera var róttæk. Eins og þróunarkenning Darwins var þessi hugsun smell í andlitinu fyrir kristni.

Máttur Sovétríkjanna fullnægði þessari staðreynd fullkomlega. Undir stjórn Sovétríkjanna ríkti trúleysi í landinu og yfirvöld studdu glaðir efnishyggjulegar skýringar á svo flóknum fyrirbærum og lífinu. Við the vegur, Haldane var líka trúleysingi og kommúnisti.

„Á þessum dögum var þessi hugmynd eingöngu skoðuð með prísund eigin sannfæringar: Trúarbragðafólk skynjaði hana með andúð, öfugt við stuðningsmenn kommúnistahugmynda,“ segir Armen Mulkidzhanyan, sérfræðingur um uppruna lífs við Háskólann í Osnabruck í Þýskalandi. „Í Sovétríkjunum var þessari hugmynd tekið með gleði, vegna þess að þeir þurftu ekki Guð. Og á Vesturlöndum var deilt um alla sömu stuðningsmenn vinstri grænna, kommúnista osfrv. “

Hugtakið að líf myndaðist í „aðal seyði“ lífrænna efnasambanda er kallað hugmyndina um Oparin-Haldane. Hún leit nógu sannfærandi út, en það var eitt vandamál. Á þeim tíma var ekki gerð ein hagnýt tilraun sem sannaði sannleiksgildi þessarar tilgátu.

Slíkar tilraunir hófust aðeins eftir næstum aldarfjórðung.

Fyrstu tilraunirnar til að skapa líf „in vitro“

Spurningin um uppruna lífsins vakti áhuga á Harold Urey, frægum vísindamanni sem hafði þegar fengið á þeim tíma Nóbelsverðlaunin í efnafræði árið 1934 og jafnvel tekið þátt í stofnun kjarnorkusprengjunnar.

Í seinni heimsstyrjöldinni tók Yuri þátt í Manhattan verkefninu þar sem hann safnaði óstöðugu úran-235 sem þarf fyrir kjarna sprengju. Eftir að stríðinu lauk talsmaður Yuri var borgaraleg stjórn á kjarnorkutækni.

Yuri varð áhugasamur um efnafyrirbæri sem komu fram í geimnum. Og það áhugaverðasta fyrir hann voru ferlarnir sem fóru fram við myndun sólkerfisins. Í einum af fyrirlestrum sínum benti hann á að fyrst á jörðinni væri líklegast ekkert súrefni. Og þessar aðstæður voru tilvalnar til að mynda „aðal seyði“, sem Oparin og Haldane töluðu um, þar sem sum nauðsynlegra efna voru svo veik að þau myndu leysast upp í snertingu við súrefni.

Fyrirlesturinn sótti doktorsnemann að nafni Stanley Miller, sem snéri sér að Yuri með tillögu um að gera tilraun byggða á þessari hugmynd. Í fyrstu var Yuuri efins um hugmyndina en síðar tókst Miller að sannfæra hann.

Árið 1952 framkvæmdi Miller frægustu tilraun allra sem tengdust skýringum á uppruna lífs á jörðinni.

Stanley Miller tilraunin varð sú frægasta í sögu rannsóknarinnar á uppruna lifandi lífvera á jörðinni okkar.

Frægasta tilraunin um uppruna lífs á jörðinni

Undirbúningur tók ekki mikinn tíma. Miller tengdi röð glerflösku þar sem 4 efni, sem talið var til á snemma jarðar, streymdu: sjóðandi vatn, vetni, ammoníak og metan. Lofttegundir fóru í kerfisbundna neistaflautstreymi - það var eftirlíking af eldingum sem voru algeng á fyrstu jörðinni.

Miller komst að því að "vatnið í kolbunni varð sýnilega bleikt eftir fyrsta dag og eftir fyrstu vikuna varð lausnin skýjað og varð dökkrautt." Það var myndun nýrra efnasambanda.

Þegar Miller greindi samsetningu lausnarinnar kom í ljós að hann innihélt tvær amínósýrur: glýsín og alanín. Eins og þú veist er amínósýrum oft lýst sem byggingareiningum lífsins. Þessar amínósýrur eru notaðar við myndun próteina sem stjórna flestum lífefnafræðilegum ferlum í líkama okkar. Miller skapaði bókstaflega frá grunni tvo mikilvægustu þætti lifandi lífveru.

Árið 1953 voru niðurstöður tilraunarinnar birtar í virtu tímaritinu Science. Yuri, með göfugum, þó ekki einkennandi vísindamanni á sínum aldri, fjarlægði látbragð nafn hans úr titlinum og lét Miller alla dýrðina. En þrátt fyrir þetta er rannsóknin venjulega kölluð „Miller-Yuri tilraunin“.

Mikilvægi Miller-Yuri tilraunarinnar

„Gildi Miller-Urey tilraunarinnar er að það sýnir að jafnvel í einföldu andrúmslofti geta margar líffræðilegar sameindir myndast,“ segir John Sutherland, vísindamaður við Cambridge Laboratory of Molecular Biology.

Ekki voru allar upplýsingar um tilraunina nákvæmar, eins og kom í ljós síðar. Reyndar hafa rannsóknir sýnt að aðrar lofttegundir voru í andrúmslofti fyrstu jarðar. En það dregur ekki úr þýðingu tilraunarinnar.

„Þetta var kennileitatilraun sem skók ímyndunarafl margra og þess vegna er vísað til þessa dags,“ segir Sutherland.

Í ljósi tilraunar Miller fóru margir vísindamenn að leita leiða til að búa til einfaldar líffræðilegar sameindir frá grunni. Svarið við spurningunni „Hvernig byrjaði líf á jörðinni?“ Virtist vera mjög nálægt.

En þá kom í ljós að lífið er miklu flóknara en þú gætir ímyndað þér. Lifandi frumur, eins og það rennismiður út, eru ekki bara mengi af efnasamböndum, heldur flóknum litlum aðferðum. Skyndilega breyttist stofnun lifandi frumna frá grunni í mun alvarlegra vandamál en vísindamenn höfðu búist við.

Rannsókn á genum og DNA

Í byrjun sjötta áratugar 20. aldarinnar voru vísindamenn þegar langt frá hugmyndinni um að lífið væri gjöf frá guðunum.

Þess í stað fóru þeir að kanna möguleikann á sjálfsprottnu og náttúrulegu lífi á fyrstu jörðinni - og þökk sé kennileiti tilrauna Stanley Miller fóru vísbendingar að koma fram frá þessari hugmynd.

Meðan Miller reyndi að skapa líf frá grunni gerðu aðrir vísindamenn út úr því hvað genin eru gerð.

Með þessu stigi hafa flestar líffræðilegar sameindir þegar verið rannsakaðar. Má þar nefna sykur, fitu, prótein og kjarnsýrur, svo sem „deoxýribonucleic acid“ - það er líka DNA.

Í dag vita allir að genin okkar eru að finna í DNA, en fyrir líffræðinga á sjötta áratugnum var þetta raunverulegt áfall.

Prótein höfðu flóknari uppbyggingu og þess vegna töldu vísindamenn að upplýsingar um gen væru í þeim.

Kenningin var hafnað árið 1952 af vísindamönnum frá Carnegie-stofnuninni - Alfred Hershey og Marta Chase. Þeir rannsökuðu einfaldar vírusa, sem samanstóð af próteini og DNA, sem margfaldaðist með því að smita aðrar bakteríur. Vísindamenn hafa komist að því að veiru-DNA, ekki prótein, fer í bakteríurnar. Af þessu var komist að þeirri niðurstöðu að DNA sé erfðaefni.

Uppgötvun Hershey og Chase var upphaf keppni sem hafði það að markmiði að rannsaka uppbyggingu DNA og meginreglur starfs þess.

Martha Chase og Alfred Hershey uppgötvuðu að DNA ber erfðaupplýsingar.

Spiral DNA uppbygging - ein mikilvægasta uppgötvun 20. aldarinnar

Fyrstir til að leysa vandann voru Francis Crick og James Watson frá Cambridge-háskóla, ekki án ómetinnar aðstoðar kollega hans, Rosalind Franklin. Þetta gerðist ári eftir tilraunir Hershey og Chase.

Uppgötvun þeirra varð ein sú mikilvægasta á 20. öld. Þessi uppgötvun breytti því hvernig við leitum að uppruna lífsins og leiddi í ljós ótrúlega flókna uppbyggingu lifandi frumna.

Watson og Crick uppgötvuðu að DNA er tvöfaldur helix (tvöfaldur skrúfa) sem lítur út eins og boginn stigi. Hver af tveimur „pólum“ þessa stigans samanstendur af sameindum sem kallast kirni.

Þessi uppbygging gerir það ljóst hvernig frumur afrita DNA þeirra. Með öðrum orðum, það verður ljóst hvernig foreldrar senda afrit af genum sínum til barna.

Það er mikilvægt að skilja að tvöfalda helixið getur verið „bundið“. Þetta mun opna aðgang að erfðakóðanum, sem samanstendur af röð erfðabanka (A, T, C og G), venjulega innangengt í „þrep“ DNA stigans. Hver þráður er síðan notaður sem sniðmát þegar búið er til afrit af öðrum.

Þessi fyrirkomulag gerir kleift að erfða gen frá fyrstu ævi. Þín eigin gen eru að lokum upprunnin frá fornum bakteríu - og við hverja sendingu notuðu þau sama fyrirkomulag og Crick og Watson uppgötvuðu.

Árið 1953 birtu Watson og Crick skýrslu sína í tímaritinu Nature. Næstu ár reyndu vísindamenn að skilja nákvæmlega hvaða upplýsingar eru í DNA og hvernig þær eru notaðar í lifandi frumum.

Í fyrsta skipti hefur eitt innsta leyndarmál lífsins verið opinberað almenningi.

DNA uppbygging: 2 burðarásar (andstæðingur-hliðar keðjur) og pör af kirni.

DNA áskorun

Eins og það rennismiður út hefur DNA aðeins eitt verkefni. DNA þitt segir frumum líkamans hvernig á að búa til prótein (prótein) - sameindir sem framkvæma mörg mikilvæg verkefni.

Án próteina gætirðu ekki melt mat, hjartað þitt hætti að berja og andardrátturinn þinn hætti.

En að endurskapa próteinmyndunina með því að nota DNA hefur í raun verið ótrúlega erfitt verkefni. Allir sem reyndu að útskýra uppruna lífsins gátu einfaldlega ekki skilið hvernig eitthvað svo flókið gæti jafnvel sjálfstætt komið fram og þroskast.

Hvert prótein er í meginatriðum löng keðja af amínósýrum sem eru samofin í ákveðinni röð. Þessi röð ákvarðar þrívíddarform próteinsins og því tilgang þess.

Þessar upplýsingar eru kóðaðar í DNA basaröðinni.Svo, þegar klefi þarf að búa til ákveðið prótein, les það samsvarandi gen í DNAinu til að byggja upp ákveðna röð af amínósýrum.

Hvað er RNA?

Í því ferli að nota DNA frumur eitt blæbrigði.

• DNA er dýrmætasta frumulindin. Þess vegna kjósa frumur ekki aðgang að DNA með hverri aðgerð.
• Í staðinn afrita frumur upplýsingar úr DNA í litlar sameindir annars efnis sem kallast RNA (ribonucleic acid).
• RNA er svipað og DNA, en það hefur aðeins einn streng.

Ef við teiknum líkingu milli DNA og bókasafnsins, þá mun RNA hérna líta út eins og síðu með yfirlit yfir bókina.

Ferlið við að umbreyta upplýsingum um RNA keðjuna í prótein er lokið með hjálp mjög flókinnar sameindar sem kallast „ríbósóm“.

Þetta ferli fer fram í öllum lifandi frumum, jafnvel í einfaldustu bakteríunum. Til að viðhalda lífi er það jafn mikilvægt og matur og öndun.

Þannig verður hver skýring á útliti lífsins að sýna hvernig flókið tríó virtist og hvernig það byrjaði að virka, sem felur í sér DNA, RNA og ríbósóm.

Munurinn á DNA og RNA.

Allt er miklu flóknara.

Kenningar Oparin og Haldane virtust nú barnalegar og einfaldar og tilraun Miller, þar sem nokkrar amínósýrur, sem nauðsynlegar voru til að mynda prótein, voru búnar til, virtust áhugalausar. Á langri leið til að skapa líf voru rannsóknir hans, að vísu afkastamiklar, greinilega aðeins fyrsta skrefið.

„DNA lætur RNA búa til prótein, allt í lokuðum poka með efnum,“ segir John Sutherland. „Þú lítur á það og undrast það hversu erfitt það er. Hvað ættum við að gera til að finna lífrænt efnasamband sem mun gera allt þetta í einu? “

Lífið byrjaði kannski með RNA?

Fyrsti til að reyna að svara þessari spurningu var breskur efnafræðingur að nafni Leslie Orgel. Hann var einn af þeim fyrstu til að sjá DNA líkanið sem Crick og Watson bjuggu til og hjálpaði seinna NASA sem hluti af Viking áætluninni þar sem löndunareiningar voru sendar til Mars.

Orgel ætlaði að einfalda verkefnið. Árið 1968, með stuðningi Crick, lagði hann til að það væru engin prótein eða DNA í fyrstu lifandi frumunum. Þvert á móti, þau samanstóð næstum eingöngu af RNA. Í þessu tilfelli urðu aðal RNA sameindirnar að vera algildar. Til dæmis þurftu þeir að búa til sín eigin eintök, líklega með sama pörunaraðferð og DNA.

Hugmyndin að lífinu hófst með RNA hafði ótrúleg áhrif á allar frekari rannsóknir. Og það varð orsök harðrar umræðu í vísindasamfélaginu, sem hefur ekki hætt til þessa dags.

Miðað við að lífið byrjaði með RNA og öðrum þáttum lagði Orgel til að einn mikilvægasti þáttur lífsins - hæfileikinn til að endurskapa sig - birtist fyrr en aðrir. Við getum sagt að hann endurspeglaði ekki aðeins hvernig lífið birtist fyrst heldur talaði um kjarna lífsins.

Margir líffræðingar voru sammála hugmynd Orgel um að „æxlun væri sú fyrsta.“ Í þróunarkenningu Darwins er hæfileikinn til að mynda í fararbroddi: þetta er eina leiðin fyrir líkamann að „vinna“ í þessari keppni - það er að skilja eftir mörg börn.

Leslie Orgel setti fram þá hugmynd að fyrstu frumurnar virkuðu á grundvelli RNA.

Skipting í 3 búðir

En aðrir eiginleikar eru einkennandi fyrir lífið, jafn mikilvægir.

Augljósasti þeirra er umbrot: hæfileiki til að taka upp umhverfisorku og nota hana til að lifa af.

Fyrir marga líffræðinga er umbrot einkennandi fyrir lífið, þeir setja getuna til að æxlast í öðru sæti.

Svo, byrjaði á sjöunda áratugnum, vísindamönnum sem glímdu við leyndardóm uppruna lífsins var byrjað að skipta í 2 búðir.

„Sá fyrrnefndi fullyrti að umbrot birtust fyrr en erfðafræði, hið síðarnefnda væri á gagnstæðri skoðun,“ útskýrir Sutherland.

Það var þriðji hópurinn, sem fullyrti að í fyrstu þyrfti að birtast ílát fyrir lykilsameindir, sem myndi ekki leyfa þeim að sundrast.

„Skiptingin átti fyrst að koma, því án þess skiptir frumuumbrot engu máli,“ útskýrir Sutherland.

Með öðrum orðum, klefi hefði átt að standa við uppruna lífsins, eins og Oparin og Haldane lögðu nú þegar áherslu á nokkrum áratugum áður, og ef til vill hefði þessi klefi átt að vera húðuð með einföldum fitu og fituefnum.

Hver hugmyndanna þriggja eignaðist stuðningsmenn sína og lifði af til dagsins í dag. Vísindamenn gleymdu stundum kuldablönduðu fagmennsku og studdu í blindni eina af þremur hugmyndum.

Fyrir vikið voru vísindaráðstefnur um þetta mál oft í fylgd með hneyksli og blaðamenn sem fjalla um þessa atburði heyrðu oft óþægilegar viðbrögð vísindamanna úr einni búðinni um störf samstarfsmanna sinna frá hinum tveimur.

Þökk sé Orgel, hugmyndin um að lífið byrjaði með RNA færði almenningi einu skrefi lengra að svarinu.

Og á níunda áratugnum átti sér stað óvæntur uppgötvun sem staðfesti í raun tilgátu Orgel.

Hvað var það fyrsta: ílát, umbrot eða erfðafræði?

Í lok sjöunda áratugarins var vísindamönnum skipt í þrjár búðir í leit að svari við gátunni um uppruna lífs á jörðinni.

1. Þeir fyrrnefndu voru vissir um að líf byrjaði með myndun frumstæðra útgáfa af líffræðilegum frumum.
2. Annað taldi að fyrsta og lykilskrefið væri efnaskiptakerfið.
3. Enn aðrir hafa lagt áherslu á mikilvægi erfðafræði og æxlun (afritunar).

Þessi þriðja búð var að reyna að reikna út hvernig fyrsti afritarinn gæti litið út, með það í huga að hugmyndin að afritarinn ætti að samanstanda af RNA.

Mörg andlit RNA

Á sjöunda áratugnum höfðu vísindamenn margar ástæður til að ætla að RNA væri uppspretta alls lífs.

Þessar ástæður innihéldu þá staðreynd að RNA gat gert það sem DNA gat ekki.

Þar sem RNA gæti verið einstrengdu sameind, gæti RNA beygt sig og gefið sér ýmsar gerðir, sem var óaðgengilegt við stíft DNA með tveimur keðjum.

Origami-myndandi RNA líkist mjög próteinum í hegðun sinni. Þegar öllu er á botninn hvolft eru prótein í meginatriðum sömu löngu keðjurnar, en samanstanda af amínósýrum, ekki kjarni, sem gerir þeim kleift að búa til flóknari mannvirki.

Þetta er lykillinn að ótrúlegustu getu próteina. Sum prótein geta flýtt fyrir eða „hvöt“ efnahvörf. Þessi prótein eru kölluð ensím.

Sem dæmi má nefna að þarma mannanna inniheldur mörg ensím sem brjóta niður flóknar fæðusameindir í einfaldar (eins og sykur) - það er að segja þær sem síðar eru notaðar af frumum okkar. Að lifa án ensíma væri einfaldlega ómögulegt. Sem dæmi má nefna að nýleg andlát hálfbróður kóreska leiðtogans á malasísku flugvellinum var tilkomið vegna þess að ensím (ensím) sem bælir taugahvarfefnið VX er hætt að virka í líkama hans - þar af leiðandi er öndunarfærið lamað og viðkomandi deyr á nokkrum mínútum. Ensím eru svo mikilvæg fyrir starfsemi líkama okkar.

Leslie Orgel og Francis Crick settu fram aðra tilgátu. Ef RNA gæti bætt við sig, eins og prótein, gæti það einnig myndað ensím?

Ef þetta reyndist vera svo, þá gæti RNA verið frumleg - og afar alheims - lifandi sameind sem geymir upplýsingar (eins og DNA gerir) og hvatar viðbrögð, sem eru einkennandi fyrir sum prótein.

Hugmyndin var áhugaverð en næstu 10 árin fundust engar sannanir til að styðja hana.

RNA ensím

Thomas Check er fæddur og uppalinn í Iowa. Jafnvel á barnsaldri var ástríða hans steinar og steinefni. Og þegar í menntaskóla var hann venjulegur gestur hjá jarðfræðingum staðarháskólans sem sýndu honum líkan af steinefnavirkjum. Hann gerðist að lokum lífefnafræðingur, með áherslu á rannsókn á RNA.

Snemma á níunda áratugnum rannsökuðu Chek og samstarfsmenn hans við háskólann í Colorado í Boulder einfrumulífveru sem kallast hitakófinn Tetrahymena. Hluti af þessari frumulífveru var RNA keðjur. Athugaðu að eitt af hlutum RNA er stundum aðskilið frá hinum, eins og það væri aðskilið með skæri.

Þegar teymi hans útilokaði öll ensím og aðrar sameindir sem gætu virkað sem sameindaskæri hélt RNA áfram að einangra þennan hluta. Á sama tíma fannst fyrsta RNA ensímið: lítill hluti RNA sem getur sjálfstætt skilið frá stóru keðjunni sem það var fest við.

Check birti niðurstöðurnar árið 1982. Ári seinna uppgötvuðu aðrir vísindamenn annað RNA ensímið, einnig kallað „ríbósím“.

Þar sem tvö RNA-ensím fundust tiltölulega hratt, bentu vísindamenn á að það gætu í raun verið mörg fleiri. Nú tala fleiri og fleiri staðreyndir í þágu þess að líf hófst með RNA.

Thomas Check fann fyrsta RNA ensímið.

RNA Heimur

Fyrsti til að nefna þetta hugtak var Walter Gilbert.

Sem eðlisfræðingur sem fékk skyndilega áhuga á sameindalíffræði var Gilbert einn af þeim fyrstu sem talsmaður kenningarinnar um röðun erfðamengisins.

Í grein í tímaritinu Nature frá 1986, lagði Gilbert til að líf byrjaði í hinum svokallaða RNA heimi.

Fyrsta stig þróunarinnar, að sögn Gilbert, samanstóð af „ferli þar sem RNA sameindir virkuðu sem hvatar og settu sig saman í seyði af núkleótíðum.“

Með því að afrita og líma ýmis RNA brot í sameiginlega keðju, bjuggu RNA sameindir til gagnlegri keðjur byggðar á þeim sem fyrir voru. Fyrir vikið kom sú stund að þeir lærðu að búa til prótein og próteinensím, sem reyndust mun gagnlegri en RNA útgáfur, að mestu leyti flosnað úr þeim og vakti líf sem við sjáum í dag.

RNA World er frekar glæsileg leið til að búa til flóknar lífverur frá grunni.

Í þessu hugtaki þarf maður ekki að treysta á samtímis myndun tugum líffræðilegra sameinda í „aðal seyði“, það mun duga fyrir einni sameind sem allt byrjaði með.

Sönnun fyrir

Árið 2000 fékk RNA World tilgáta traustar vísbendingar.

Thomas Steitz var í 30 ár í að rannsaka uppbyggingu sameinda í lifandi frumum. Á níunda áratugnum hóf hann aðalrannsóknir í lífi sínu: rannsókn á uppbyggingu ribosome.

Í hverri lifandi klefi er ríbósóm til staðar. Þessi stóra sameind les leiðbeiningar frá RNA og sameinar amínósýrur til að búa til prótein. Ríbósóm í frumum manna eru í nánast öllum líkamshlutum.

Á þeim tíma var þegar vitað að ríbósómið inniheldur RNA. En árið 2000 kynnti Steitz teymið nákvæma líkan af uppbyggingu ríbósómsins, þar sem RNA birtist sem hvati kjarna ríbósómsins.

Þessi uppgötvun var alvarleg, sérstaklega miðað við hversu forn og grundvallaratriði mikilvæg fyrir lífið var ríbósóminn. Sú staðreynd að svo mikilvægur fyrirkomulag byggðist á RNA gerði kenningar um „RNA heiminn“ mun trúverðugari í vísindasamfélaginu. Stuðst er við stuðningsmenn hugmyndarinnar um „RNA heiminn“ yfir opnuninni og Steitz hlaut Nóbelsverðlaunin árið 2009.

En eftir það fóru vísindamenn að efast.

Vandamál „RNA World“ kenningarinnar

Kenningin um „RNA heiminn“ átti upphaflega tvö vandamál.

Í fyrsta lagi gæti RNA raunverulega sinnt öllum mikilvægum aðgerðum? Og gæti það hafa myndast við aðstæður snemma jarðar?

30 ár eru liðin síðan Gilbert bjó til kenninguna um „RNA heiminn“ og við höfum enn ekki tæmandi sannanir fyrir því að RNA sé raunverulega fær um allt sem er lýst í fræðunum. Já, það er ótrúlega virk sameind en er RNA nægjanlegt fyrir allar aðgerðir sem henni eru raknar?

Eitt ósamræmi var sláandi. Ef líf hófst með RNA sameind þýðir það að RNA getur búið til sín eigin eintök, eða eftirmyndir.

En ekkert af öllum þekktum RNA hefur þessa getu. Til að búa til nákvæmt afrit af RNA eða DNA broti eru mörg ensím og aðrar sameindir nauðsynlegar.

Því seint á níunda áratugnum hóf hópur líffræðinga frekar örvæntingarfullri rannsókn. Þeir ætluðu að búa til RNA sem geta sjálf afritun.

Tilraunir til að búa til endurskapandi RNA

Jack Shostak frá Harvard læknaskóla var fyrstur þessara vísindamanna. Frá barnæsku var hann svo ástríðufullur í efnafræði að hann breytti jafnvel kjallaranum sínum í rannsóknarstofu. Hann vanrækti öryggi sitt sem leiddi einu sinni til sprengingar sem negldi glerkolbu við loftið.

Snemma á níunda áratugnum sýndi Shostak með glöggum hætti hvernig gen manna vernda sig fyrir öldrun. Þessi snemma rannsókn myndi koma honum síðar á lista yfir Nóbelsverðlaunahafana.

En hann fékk fljótt innblástur í rannsóknir Chek sem tengjast RNA ensímum. „Ég held að þetta sé ótrúlegt starf,“ segir Shostak. „Í meginatriðum er mjög líklegt að RNA geti þjónað sem hvati til að búa til sín eigin eintök.“

Árið 1988 uppgötvaði Chek RNA ensím sem gat myndað litla 10 kjarni RNA sameind.

Shostak ákvað að ganga lengra og búa til ný RNA ensím á rannsóknarstofunni. Lið hans bjó til safn af handahófsröð og prófaði hverja til að finna að minnsta kosti eina sem myndi hafa hvata. Ennfremur breyttust raðirnar og prófið hélt áfram.

Eftir 10 tilraun gat Shostak búið til RNA ensím sem sem hvati flýtti fyrir viðbrögðum 7 milljón sinnum hraðar en það gerist í náttúrunni.

Lið Shostak hefur sannað að RNA ensím geta verið mjög öflug. En ensímið gat ekki búið til eftirmyndir sínar. Þetta var dauður endi fyrir Shostak.

Ensím R18

Árið 2001 var næsta bylting hjá fyrrum nemanda Shostak - David Bartel frá Massachusetts Institute of Technology í Cambridge.

Bartel bjó til RNA ensím sem kallast R18, sem gæti bætt nýjum kirni við RNA keðjuna út frá þeim sem fyrir voru.

Með öðrum orðum, ensímið bætti ekki bara við af handahófi, heldur afritaði röðina nákvæmlega.

Sjálf-æxlunar sameindir voru enn langt í burtu, en áttin var rétt.

R18 ensímið samanstóð af keðju sem innihélt 189 núkleótíð og gat bætt 11 við viðbótar - það er 6% af lengd þess. Vísindamenn vonuðu að í nokkrum tilraunum í viðbót væri hægt að breyta þessum 6% í 100%.

Sigursælastur á þessu sviði var Philip Holliger frá rannsóknarstofu í sameindalíffræði í Cambridge. Árið 2011 breytti teymi hans R18 ensíminu til að búa til tC19Z ensímið sem gæti afritað röð allt að 95 núkleótíða. Þetta nam 48% af lengd hennar - meira en R18, en 100% er greinilega ekki nauðsynleg.

Gerald Joyce og Traci Lincoln frá Scripps La Jolla rannsóknastofnuninni kynntu aðra aðferð við málið. Árið 2009 bjuggu þeir til RNA ensím sem skapar eftirmynd þess óbeint.

Ensímið sameinar tvö stutt brot af RNA og býr til annað ensím. Hann sameinar aftur á móti tvö önnur RNA-brot til að endurskapa upprunalega ensímið.

Með hráefni getur þessi einfalda hringrás haldið áfram endalaust. En ensím virka bara rétt ef þau eru með réttu RNA keðjurnar búnar til af Joyce og Lincoln.

Fyrir marga vísindamenn sem eru efins um hugmyndina um „RNA heiminn“ er skortur á sjálfsafritun RNA aðalástæðan fyrir tortryggni. RNA gengur einfaldlega ekki með hlutverk skaparans um ævina.

Efnafræðingar í að búa til RNA frá grunni bæta ekki bjartsýni. Þrátt fyrir að RNA sé mun einfaldari sameind en DNA, hefur sköpun hennar reynst ótrúlegt vandamál.

Fyrstu frumurnar margfaldast líklega með skiptingu.

Vandamálið er sykur

Það snýst allt um sykurinn sem er til staðar í hverju kjarni og núkleótíðgrunni.Það er raunhæft að búa þau sérstaklega, en það er ekki hægt að tengja þau saman.

Í byrjun níunda áratugarins var þetta vandamál þegar augljóst. Hún sannfærði marga líffræðinga um að RNA World tilgátan, sama hversu aðlaðandi hún kann að virðast, sé enn aðeins tilgáta.

• Hugsanlega var önnur sameind upphaflega til á fyrstu jörðinni: hún var einfaldari en RNA og náði að setja saman úr „aðal seyði“ og síðar að hefja sjálfsafritun.
• Kannski var þessi sameind sú fyrsta og eftir hana birtust RNA, DNA og aðrir.

Pólýamíðkjarnsýra (PNA)

Árið 1991 virtist Peter Nielsen frá Kaupmannahafnarháskóla í Danmörku finna hæfilegan frambjóðanda til hlutverks eftirmyndunaraðila.

Reyndar var þetta verulega bætt útgáfa af DNA. Nielsen skildi grunninn óbreyttan - staðal A, T, C og G - en í stað þess að nota sykursameindir notaði hann sameindir sem kallast pólýamíð.

Hann kallaði sameindina sem myndaðist pólýamíðkjarnsýra, eða PNA. En með tímanum breyttist afkóðun skammstöfunarinnar af einhverjum ástæðum í „peptíð kjarnsýru“.

Í náttúrunni er PNA ekki að finna. En hegðun hennar er mjög svipuð hegðun DNA. PNA keðjan getur jafnvel komið í stað keðjunnar í DNA sameindinni og basarnir parast eins og venjulega. Ennfremur er hægt að snúa PNA í tvöfalda helix, eins og DNA.

Stanley Miller var forvitinn. Með djúpri tortryggni varðandi hugtakið „RNA heimurinn“ taldi hann að PNA hentaði betur í hlutverk fyrsta erfðaefnisins.

Árið 2000 studdi hann álit sitt með gögnum. Um það leyti var hann þegar 70 ára og hafði upplifað nokkur högg, eftir það hefði hann getað endað á hjúkrunarheimili, en hann ætlaði ekki að gefast upp.

Miller endurtók klassíska tilraun sína sem lýst var áðan, að þessu sinni með því að nota metan, köfnunarefni, ammoníak og vatn og fékk að lokum pólýamíðbasann af PNA.

Af þessu fylgdi að á fyrstu jörðinni gætu vel verið skilyrði fyrir útliti PNA, öfugt við RNA.

Hegðun PNA líkist DNA.

Treósukjarnsýra (TNC)

Á sama tíma bjuggu aðrir efnafræðingar til eigin kjarnsýrur.

Árið 2000 bjó Albert Eschenmozer þreósu-kjarnsýru (TNC).

Í meginatriðum var það sama DNA, en með annars konar sykur í grunninum. TNC keðjur gætu myndað tvöfalda helix og hægt væri að flytja upplýsingar frá RNA til TNC og öfugt.

Þar að auki gætu TNC einnig myndað flókin form, þar með talið próteinform. Þetta gaf í skyn að TNCs gætu virkað sem ensím, rétt eins og RNA.

Glýkól kjarnsýra (GNA)

Árið 2005 bjó Eric Meggers til glýkól kjarnsýru, einnig fær um að mynda helix.

Hver þessara kjarnsýra átti sína eigin stuðningsmenn: venjulega sköpuðu sýrurnar sjálfar.

En í náttúrunni voru ekki ummerki um slíkar kjarnsýrur, svo að jafnvel miðað við að þær væru notaðar í fyrsta lífinu, á einhverjum tímapunkti hefði það átt að yfirgefa þær í þágu RNA og DNA.

Hljómar trúanlegt, en ekki stutt af gögnum.

Þetta var gott hugtak, en ...

Um miðjan fyrsta áratug 21. aldarinnar voru talsmenn RNA heimsins í erfiðri stöðu.

Annars vegar voru RNA ensím til í náttúrunni og innihéldu eitt mikilvægasta brot líffræðilegra aðferða - ríbósómið. Það er ekki slæmt.

En aftur á móti fannst ekkert sjálf-endurskapandi RNA í náttúrunni og enginn gat skýrt hvernig nákvæmlega RNA myndaðist í „aðal seyði“. Hið síðarnefnda mætti ​​skýra með öðrum kjarnsýrum, en jafnvel í náttúrunni voru þær þegar (eða aldrei) til. Þetta er slæmt.

Dómur yfir öllu hugmyndinni um „RNA heiminn“ var augljós: hugtakið er gott, en ekki tæmandi.

Á miðjum níunda áratugnum var önnur kenning hægt og rólega að þróast. Stuðningsmenn hennar héldu því fram að lífið byrjaði ekki með RNA, DNA eða öðru erfðaefni.Að þeirra mati var lífið fætt sem vélbúnaður til að nota orku.

Orka fyrst?

Þannig að í gegnum árin hafa vísindamenn sem taka þátt í uppruna lífsins skipt í 3 búðir.

Fulltrúar þeirra fyrstu voru sannfærðir um að lífið byrjaði með RNA sameind, en þeir gátu ekki áttað sig á því hvernig RNA sameindir eða svipuð RNA tókst að koma af sjálfu sér á fyrstu jörðinni og hefja sjálfsafritun. Árangur vísindamanna gladdist í fyrstu en í lokin lentu vísindamenn í kyrrstöðu. En jafnvel þegar þessar rannsóknir voru í fullum gangi voru nú þegar þeir sem voru vissir um að lífið fæddist á allt annan hátt.

Kenningin um „RNA heiminn“ er byggð á einfaldri hugmynd: Mikilvægasta hlutverk líkamans er hæfni til að skapa. Flestir líffræðingar eru sammála þessu. Allir lifandi hlutir, frá bakteríum til kolhvala, hafa tilhneigingu til að skilja eftir afkvæmi.

Margir vísindamenn um þetta mál eru þó ekki sammála um að æxlunarstarfsemi komi fyrst. Þeir segja að áður en æxlun hefjist verði líkaminn að verða sjálfbær. Hann verður að geta haldið lífi í sjálfum sér. Í lokin munt þú ekki geta eignast börn ef þú deyrð áður.

Við styðjum lífið í gegnum fæðuna á meðan plöntur taka upp orku frá sólarljósi.

Já, strákur sem hefur gaman af því að borða safaríkan höggva lítur greinilega ekki út eins og aldar eik, en í raun gleypa þeir báðir orku.

Orkuupptöku er grundvöllur lífsins.

Efnaskipti

Talandi um orku lifandi verna erum við að fást við efnaskipti.

1. Fyrsta stigið er að fá orku, til dæmis frá efnum sem eru rík af orku (til dæmis sykri).
2. Annað er orkunotkun til að byggja upp heilbrigðar frumur í líkamanum.

Ferlið að nota orku er gríðarlega mikilvægt og margir vísindamenn eru vissir um að það var hann sem varð það sem lífið byrjaði.

En hvernig gætu lífverur litið út með aðeins efnaskiptaaðgerð?

Fyrsta og áhrifamesta forsendan var sett fram af Gunther Wachtershauzer seint á 8. áratug 20. aldarinnar. Hann var einkaleyfi lögfræðingur en hafði ágæta þekkingu á sviði efnafræði.

Wachtershauzer lagði til að fyrstu lífverurnar væru „mjög frábrugðnar öllu því sem við þekkjum.“ Þeir samanstóð ekki af frumum. Þeir voru ekki með ensím, DNA eða RNA.

Til glöggvunar lýsti Wachtershauser straumnum af heitu vatni sem streymir frá eldfjalli. Vatnið var mettað af eldgosum eins og ammoníaki og innihélt steinefni úr miðju eldfjallsins.

Á stöðum þar sem straumurinn rann yfir björgina hófust efnafræðileg viðbrögð. Málmar í vatni áttu þátt í að skapa stór lífræn efnasambönd úr einfaldari efnum.

Metabolic hringrás

Vendipunkturinn var stofnun fyrstu efnaskiptaferlisins.

Meðan á þessu ferli stendur, breytist eitt efnaefni í nokkur önnur og svo framvegis, þar til í lokin kemur allt til endurreisnar fyrsta efnisins.

Meðan á ferlinu stendur safnar allt kerfið sem tekur þátt í efnaskiptum orku sem hægt er að nota til að endurræsa hringrásina eða til að hefja nýtt ferli.

Efnaskiptaferli, þrátt fyrir „vélrænni“, eru grundvallaratriði í lífinu.

Allt annað sem nútíma lífverur eru með (DNA, frumur, heili) birtist síðar á grundvelli þessara efnaferla.

Metabolic lotur eru ekki mjög líkar lífinu. Þess vegna kallaði Wachtershauser uppfinningar sínar „undanfara lífverur“ og skrifaði að þær „varla megi kallast lifandi.“

En efnaskiptahringrásin sem lýst er af Wachtershauser standa alltaf í miðju hvers lifandi lífveru.

Frumur þínar eru í raun smásjáplöntur sem stöðugt brjóta niður nokkur efni og breyta þeim í önnur.

Efnaskiptaferli, þrátt fyrir „vélrænni“, eru grundvallaratriði í lífinu.

Síðustu tvo áratugi 20. aldarinnar helgaði Wachtershauser kenningu sína og útfærði hana í smáatriðum.Hann lýsti því hvaða steinefni væru betri en aðrir og hvaða efnaferli gæti farið fram. Rökstuðningur hans fór að ná stuðningsmönnum.

Tilraun staðfestingar

En málið fór ekki fram úr kenningum. Varðstjórinn þurfti verklega uppgötvun sem myndi sanna kenningu hans. Sem betur fer var það þegar gert tíu árum áður.

Árið 1977 kafaði teymi Jack Corliss frá háskólanum í Oregon í austurhluta Kyrrahafsins að 2,5 kílómetra dýpi. Vísindamenn rannsökuðu hverinn Galapagos á stað þar sem fjallgarðar hækkuðu frá botni. Vitað var að hryggirnir voru upphaflega virkir í eldstöðvum.

Corliss komst að því að sviðin voru nánast dæld með hverum. Heitt og efnafræðilegt mettað vatn rann upp undir botninum og flæddi út um op í klettunum.

Ótrúlega eru þessir „vatnsofnagarnir“ þéttbyggðir af undarlegum skepnum. Þetta voru gríðarstór lindýr af nokkrum tegundum, kræklingi og annelíðum.

Vatn var líka fullt af bakteríum. Allar þessar lífverur lifðu á orku frá vatnsofnum.

Opnun vatnsaflanna hefur skapað Corliss framúrskarandi orðspor. Það fékk hann líka til að hugsa.

Vökvaop í sjónum líf lífið í dag. Kannski urðu þeir aðal uppspretta þess?

Vökvavökva

Árið 1981 lagði Jack Corliss til að slíkar loftrásir væru til á jörðinni fyrir 4 milljörðum ára og það var í kringum þá sem lífið fæddist. Hann helgaði allan frekari feril sinn í að þróa þessa hugmynd.

Corliss lagði til að vökvavatn gæti skapað blöndu af efnum. Hann sagði að hver loftræsting væri eins konar „aðal seyði“.

• Þó heitt vatn streymdi um klettana olli hiti og þrýstingur að einföldustu lífrænu efnasamböndin urðu að flóknari efnum eins og amínósýrur, núkleótíð og sykur.
• Nær útganginn að hafinu, þar sem vatnið var ekki lengur svo heitt, fóru þau að mynda keðjur, mynda kolvetni, prótein og núkleótíð eins og DNA.
• Síðan, þegar í sjónum sjálfum, þar sem vatnið var kælt verulega, safnaðist þessar sameindir saman í einföldum frumum.

Kenningin hljómaði sanngjarnt og vakti athygli.

En Stanley Miller, sem fjallað var um fyrr um tilraunina, deildi ekki áhuga. Árið 1988 skrifaði hann að Ventlana væru of heitar til að lífið myndaðist í þeim.

Kenning Corliss var sú að mikill hiti gæti kallað fram myndun efna eins og amínósýra, en tilraunir Miller sýndu að hún gæti einnig eyðilagt þau.

Lykilsambönd eins og sykur gætu varað í nokkrar sekúndur.

Ennfremur, þessar einföldu sameindir myndu varla geta myndað keðjur þar sem vatnið umhverfis myndi brjóta þær næstum samstundis.

Hlýtt, jafnvel hlýrra ...

Á þessum tímapunkti gekk jarðfræðingurinn Mike Russell til liðs við umræðuna. Hann taldi að loftrásarkenningin passi fullkomlega við forsendur Wachtershausers um undanfara lífverur. Þessar hugsanir leiddu til þess að hann bjó til eina vinsælustu kenninguna um uppruna lífsins.

Ungmenni Russell fóru í gegnum stofnun aspiríns og rannsókn á dýrmætum steinefnum. Og við hugsanlegt eldgos eldfjallsins á sjöunda áratugnum samræmdi hann viðbragðsáætlun án reynslu á bak við sig. En hann hafði áhuga á að kynna sér hvernig yfirborð jarðar hefur breyst á mismunandi tímum. Tækifærið til að skoða sögu út frá sjónarhorni jarðfræðings myndaði kenningu hans um uppruna lífsins.

Á níunda áratugnum fann hann steingervinga sem bentu til þess að í fornöld væru vatnsloftar þar sem hitinn fór ekki yfir 150 gráður á Celsíus. Þetta hóflega hitastig, hélt hann því fram, gæti leyft sameindir að endast mun lengur en Miller hélt.

Ennfremur fannst eitthvað áhugavert í steingervingunum í þessum minna heitu loftrásum.Steinefni sem kallast pýrít, samanstendur af járni og brennisteini, í formi túpa 1 mm að lengd.

Á rannsóknarstofu sinni komst Russell að því að pýrít getur einnig myndað kúlulaga dropa. Hann lagði til að fyrstu flóknu lífrænu sameindirnar mynduðust einmitt í pýrítbyggingum.

Um svipað leyti byrjaði Wachttershauser að birta kenningar sínar byggðar á þeirri staðreynd að flæði vatns sem er ríkt af efnum hafði áhrif á ákveðið steinefni. Hann lagði jafnvel til að pýrít gæti verið þetta steinefni.

Russell gat aðeins bætt við 2 og 2.

Hann viðurkenndi að inni í hlýjum hitakælisopnum í djúpum sjó, þar sem pýrítbyggingar hefðu getað myndast, mynduðust Wachtershauser undanfari lífverur. Ef Russell var ekki skakkur, þá átti lífið uppruna sinn í sjónum og umbrot birtust fyrst.

Allt var þetta sett fram í grein eftir Russell, sem birt var árið 1993, 40 árum eftir klassíska tilraun Miller.

Ómun í fjölmiðlum vakti mun minna en mikilvægi uppgötvunarinnar dregur ekki úr þessu. Russell sameinaði tvær mismunandi hugmyndir (Wachtershauzer efnaskipta hringrás og Corliss vatnsloftsop) í eitt nokkuð sannfærandi hugtak.

Hugmyndin varð enn glæsilegri þegar Russell deildi hugmyndum sínum um hvernig fyrstu lífverurnar tóku upp orku. Með öðrum orðum, útskýrði hann hvernig umbrot þeirra gætu virkað. Hugmynd hans var byggð á verkum eins gleymdra snillinga nútímavísinda.

„Fáránlegu“ Mitchell tilraunirnar

Á sjöunda áratugnum neyddist lífefnafræðingurinn Peter Mitchell til að yfirgefa háskólann í Edinborg vegna veikinda.

Hann breytti húsinu í Cornwall í einkarannsóknarstofu. Verður vísað frá vísindasamfélaginu fjármagnaði hann verk sín með því að selja mjólk heimiliskúa hans. Margir lífefnafræðingar, þar á meðal Leslie Orgel, sem RNA rannsóknir voru ræddir áðan, töldu verk Mitchells afar fáránlegt.

Tæpum tveimur áratugum seinna sigraði Mitchell eftir að hafa fengið Nóbelsverðlaunin í efnafræði árið 1978. Hann varð ekki frægur en rekja má hugmyndir hans í hvaða kennslubók sem er um líffræði.

Mitchell helgaði líf sitt því að rannsaka hvernig lífverur eyða orku í mat. Með öðrum orðum, hann hafði áhuga á því hvernig við lifum frá öðru til annars.

Breski lífefnafræðingurinn Peter Mitchell hlaut Nóbelsverðlaunin í efnafræði fyrir vinnu sína við uppgötvun fyrirkomulags ATP myndunar.

Hvernig líkaminn geymir orku

Mitchell vissi að allar frumur geyma orku í tiltekinni sameind - adenósín þrífosfat (ATP). Það mikilvæga er að keðja þriggja fosfata er fest við adenósín. Að bæta þriðja fosfatinu tekur mikla orku, sem síðar liggur í ATP.

Þegar klefi þarf orku (til dæmis með samdrátt í vöðvum) sker það þriðja fosfatið úr ATP. Þetta breytir ATP í adenósídfosfat (ADP) og losar geymda orku.

Mitchell vildi skilja hvernig frumunum tókst upphaflega að búa til ATP. Hvernig einbeittu þeir sér næga orku í ADP til að sameina þriðja fosfatið?

Mitchell vissi að ensímið sem myndar ATP er á himnunni. Hann komst að þeirri niðurstöðu að klefi dæli hlaðnar agnir sem kallast róteindir í gegnum himnuna og því séu margar róteindir á annarri hliðinni en þær séu nánast engar á hinni.

Þá reyna róteindin að fara aftur í himnuna til að viðhalda jafnvægi á hvorri hlið, en þeir geta aðeins komist í ensímið. Flæði dreifingar róteinda gefur einnig ensíminu nauðsynlega orku til að búa til ATP.

Mitchell lýsti þessari hugmynd fyrst árið 1961. Næstu 15 ár varði hann kenningar sínar gegn árásum, þrátt fyrir óafturkræfar sannanir.

Í dag er vitað að ferlið sem Mitchell lýsti er einkennandi fyrir allar lifandi verur á jörðinni. Það er að gerast í frumunum þínum núna. Eins og DNA er þetta grundvallaratriði í því lífi sem við þekkjum.

Catharheus

Catharheon aeon (forngrískκατἀρχαῖος - „lægra en hið forna“), fyrir 4,6–4 milljörðum ára, er þekkt sem protoplanetary stig þróun jarðar. Nær yfir fyrri hluta Archean. Jörðin á þeim tíma var kaldur líkami með fágaðri andrúmslofti og án vatnsbrots. Við slíkar aðstæður gat ekkert líf komið fram.

Andrúmsloftið var ekki þétt meðan á catarchea stóð. Það samanstóð af lofttegundum og vatnsgufu sem birtust við árekstur jarðar við smástirni.

Vegna þess að tunglið var þá of nálægt (aðeins 170 þúsund km) jörðinni (miðbaugur - 40 þúsund km) var dagurinn ekki lengi - aðeins 6 klukkustundir. En þegar tunglið hélt sig saman byrjaði dagurinn að aukast.

Proterozoic Aeon (2,5 milljarðar - 543 milljón ár síðan)

Proterozoic (gríska πρότερος - fyrsti, elsti, gríska ζωή - lífið) einkennist af tilkomu flókinna plantna, sveppa og dýra (til dæmis svampa). Lífið í upphafi Proterozoic var enn einbeitt í höfunum þar sem aðstæður á landi voru ekki alveg hagstæðar: andrúmsloftið samanstóð aðallega af brennisteinsvetni, CO₂, N₂, CH₄, og mjög lítið magn af O₂.

Samt sem áður fóru bakteríurnar sem bjuggu í höfunum á þeim tíma að framleiða O₂ sem aukaafurð og fyrir 2 milljörðum ára hafði súrefnismagnið þegar náð stöðugu stigi. En mikil aukning á súrefni í andrúmsloftinu leiddi til súrefnis hörmungar, sem leiddu til breytinga á öndunarfærum lífveranna sem bjuggu við höfin á þeim tíma (loftfirrðum var skipt út fyrir loftháð) og breytingu á samsetningu andrúmsloftsins (myndun ósonlagsins). Vegna samdráttar í gróðurhúsaáhrifum á jörðina átti sér stað langvarandi jökul Huron: hitastigið fór niður í −40 ° С.

Frekari steingervingar fyrstu fjölfrumna finnast eftir jökul. Á þeim tíma, höf byggð af dýrum eins og spriggin (Spriggina) - ormalöguð dýr sem höfðu höfuð og afturendana. Slík dýr kunna að hafa orðið forfeður nútímadýra.

Paleoproterozoic

Paleoproterozoic - jarðfræðitíminn, hluti af Proterozoic, sem hófst fyrir 2,5 milljörðum ára og lauk fyrir 1,6 milljörðum ára. Á þessum tíma var fyrsta stöðugleiki álfanna. Sýanóbakteríur, tegund af bakteríum sem nota lífefnafræðilega ferli ljóstillífunar til að framleiða orku og súrefni, þróuðust einnig á þessum tíma.

Mikilvægasti atburðurinn í upphafi Paleoproterozoic er súrefnisslys. Áður en veruleg aukning á súrefnisinnihaldi í andrúmsloftinu var næstum öll núverandi lífform voru loftfælir, það er að segja að umbrot í lifandi formum voru háð formum frumuöndunar sem ekki þurfti súrefni. Aðgengi að miklu magni af súrefni er skaðlegt flestum loftfirrandi bakteríum, svo á þessum tíma hvarf flestar lifandi lífverur á jörðinni. Lífsformin sem eftir voru voru annað hvort ónæm fyrir oxun og banvæn áhrif af súrefni eða eyddu lífsferli sínum í umhverfi án súrefnis.

Neoproterozoic

NeoproterozoicEnska Neoproterozoic Era er jarðefnafræðilegt tímabil (síðasta tímabil Proterozoic), sem hófst fyrir 1000 milljónum ára og lauk fyrir 542 milljón árum.

Frá jarðfræðilegu sjónarmiði einkennist það af falli hinnar fornu stórveldis Rodinia í að minnsta kosti 8 brot, í tengslum við það forna ofurhaf Mirovia hættir að vera til. Meðan á krýógenmyndun stóð varð stærsta jökull jarðar - ís náði miðbaug (Jarð-snjóbolti).

Seint nýfrumuæxlið (Ediacarius) inniheldur elstu steingervingaleifar lifandi lífvera, þar sem það var á þessum tíma sem einhvers konar hörð skel eða beinagrind fór að þróast í lifandi lífverum.

Kambískt tímabil (fyrir 543-490 milljón árum)

Á Kambrian tíma birtist skyndilega mikið af lifandi lífverum - forfeður núverandi fulltrúa margra hluta dýraríkisins (í botnfallinu á undan Cambrian eru leifar slíkra lífvera fjarverandi).Þessi atburður, óvæntur á jarðfræðilegan mælikvarða, en í raun og veru í milljónir ára, er þekktur í vísindum sem sprenging Kambískra.

Steingervingafleifar dýra á Kambryska tímabilinu finnast nokkuð oft um allan heim. Í byrjun Kambryska tímabilsins (fyrir um 540 milljón árum) myndast flókið auga í sumum hópum dýra. Útlit þessa líffæris var mikið þróunarskref - nú gátu dýr séð heiminn í kringum sig. Þannig að fórnarlömb gátu nú séð veiðimenn og veiðimenn gætu séð fórnarlömb sín.

Á Kambrian tíma var land ekki til á landi. En höfin voru þétt byggð af hryggleysingjum, til dæmis svampa, trilobites, anomalocars. Af og til grafu gríðarstór neðansjávar skriðuföll samfélög sjávardýra undir tonnum af silti. Þökk sé þessum skriðuföllum getum við séð fyrir sér hve furðulega dýralíf Kambryska tímabilsins var, vegna þess að jafnvel blíður mjúk, mjúk dýr voru fullkomlega varðveitt í síldinni sem steingervinga.

Í höfum seint á Kambbríu tímabilinu voru helstu hópar dýra liðdýr, bergvatn og lindýr. En mikilvægasti íbúinn hafsins þess tíma var kjálkalausa veran haikouihtis - auk augna hans þróaði hann streng.

Ordovician tímabil (490–443 mán. Síðan)

Meðan á Ordovician stóð var landið óbyggt, að undanskildum fléttum, sem voru þær fyrstu af plöntunum sem lifðu á landi. En aðallífið þróaðist nokkuð virkan í höfunum.

Helstu íbúar höfðingja í Ordóvísku höfnum voru liðdýr, svo sem stærðarrit. Þeir gætu stuttlega farið á land til að leggja egg. En það voru aðrir íbúar, til dæmis fulltrúi orkusekkjufrumunnar í bláæðum.

Hryggdýrin í Ordovician eru ekki enn að fullu mynduð. Afkomendur haikouihtis syntu í höfunum, sem höfðu myndun sem líkist hrygg.

Í höfum Ordovician-tímabilsins bjuggu einnig fulltrúar þarma, bergvatns, kóralla, svampa og annarra hryggleysingja.

Silurian tímabil (fyrir 443-417 milljón árum)

Sumar plöntur, til dæmis kuksonia (Coocsonia), sem náðu ekki meira en 10 cm hæð, og sumar tegundir af fléttum, fara til lands í siluria. Sumir liðdýrar þróuðu frumstæða lungu og gerðu þeim kleift að anda að sér andrúmslofti, til dæmis gæti brontoscorpio sporðdrekinn verið á landi í fjórar klukkustundir [ uppspretta ekki tilgreind 1968 dagar ] .

Milljónum árum síðar myndast risastór kóralrif í höfunum, þar sem litlar krabbadýr og bæklinga fundu athvarf. Á þessu tímabili verða liðdýrar enn stærri, til dæmis gæti racoscorpion pterygot orðið 2,5 metrar að lengd, þó var það of stórt til að skríða út til lands.

Í Silurian höfunum birtast loksins myndaðar hryggdýr. Ólíkt liðdýrum höfðu hryggdýr hrygg með bein, sem gerði þeim kleift að stjórna betur undir vatni. Kefalaspis í hryggnum, til dæmis, þróaði einnig skynjunarlíffæri sem mynduðu sérstakt segulsvið sem gerði það kleift að skynja umhverfið. Cephalaspis þróaði einnig frumstæðan heila sem gerði dýrinu kleift að muna einhverja atburði.

Devonian tímabil (fyrir 417–354 milljón árum)

Í Devonian heldur lífið áfram að þróast virkur á landi og á sjó. Fyrstu frumstæðu skógarnir birtast og samanstendur aðallega af elstu frumstæðu trjálíku fernum archaeopteris (Archaeopteris), sem óx aðallega með bökkum ár og vötnum.

Aðallífið í Devoon snemma var aðallega táknað með liðdýrum og margfætlum, sem anduðu öllu yfirborði líkamans og bjuggu á mjög rökum stöðum. Í lok Devonian höfðu fornu liðdýrin kítískan skel, fjölda líkamshluta var fækkað, fjórða par lappanna breytt í loftnet og kjálka, sumir þróuðu einnig vængi.Svo birtist ný þróunargrein - skordýr, sem gátu náð tökum á fjölbreyttustu hornum plánetunnar.

Í miðju Devonian settu fyrstu froskdýrar fótinn á land (til dæmis ginerpeton, ichthyostega). Þeir gátu ekki lifað í burtu frá vatni, þar sem húð þeirra var enn mjög þunn og ekki varin gegn þurrkun. Að auki gátu froskdýr aðeins æxlast með hjálp vatns - eggja. Úti í vatninu myndu afkvæmi froskdýra deyja: sólin þornar kavíarinn út, vegna þess að hún er ekki varin með neinni skel, nema fyrir þunna filmu.

Fiskarnir þróuðu kjálka sem gerðu þeim kleift að veiða bráð sem hratt var í sund. Þeim tók að fjölga hratt að stærð. Devonian tímabilið einkennist af blómstrandi frumstæðra fiska, einkum brjósklos. Í lok Devonian birtist fyrsti beinfiskurinn í höfunum, svo sem risastórt rándýr gineria, sem ýtti brjóskfiski (einkum forfeður nútíma hákarla) í bakgrunninn. Hins vegar voru skelfilegustu íbúar hafsins í Devónu fulltrúar staðsetningarhópsins, svo sem Duncleosteus og Dinhis, sem náði 8-10 metra lengd.

Kolefnis tímabil (fyrir 354-290 milljón árum)

Á kolefnistímabilinu var loftslagið heitt og rakt á næstum allri plánetunni. Í mýrarskógum þess tíma óxu aðallega hestarteinar, trjálíkar fernur og risastór lepidodendrons og náðu 10 til 35 metra hæð og allt að einum metra í skottinu í þvermál.

Dýralífið var táknað með miklum fjölda veru. Gnægð hita, raka og súrefnis stuðlaði að aukningu á stærð liðdýra, til dæmis gæti liðagigt orðið 2,5 metrar að lengd og risastór drekaflugur - 75 cm á vænghafinu.

Slíkar aðstæður stuðluðu að hagsæld froskdýra. Þeir (til dæmis proterogyrinus) hernámu allar búsvæði á ströndinni og fjölluðu næstum algerlega tvíeyddu dýrum og burstuðu höfðinu. Á kolvetnistímabilinu vöktu froskdýr fyrstu skriðdýrin (sauropsids) og synapsids eða sameiginlegan forfaðir þeirra. Fyrstu skriðdýrin voru mjög lítil dýr sem líktust nútíma eðlum, til dæmis var petrolacosauruslengdin ekki meiri en 40 sentimetrar að lengd. Þeir gátu lagt egg á land - þetta var frábært þróunarskref, auk þess var húð þeirra varin með þéttum vog sem verndaði húð dýrsins gegn þurrkun, sem þýðir að þau gætu auðveldlega farið frá vatninu. Tilvist slíkra aðlögunarþátta ákvarðaði frekari þróun þeirra sem landdýr.

Í sjávar kolvetnistímabilsins voru einnig mörg lífsform. Beinfiskur (forfeður flestra nútíma fiska) réðu yfir vatnsdálknum og fjölmargir kóralrif náðu yfir sjávarbotninn og teygðu sig í marga kílómetra meðfram ströndum forna heimsálfa.

Lok Carboniferous, fyrir um 290 milljón árum, markaði langan ísöld sem lauk í upphafi Permian. Jöklar voru hægt að nálgast miðbaug frá norðri og suðri. Mörg dýr og plöntur gátu ekki aðlagast slíkum veðurfari og urðu fljótt útdauð.

Perm tímabil (290—248 mán. Síðan)

Vegna ísaldar í lok kolefnishússins á Perm-tímabilinu varð loftslagið kaldara og þurrara. Lush regnskógum, mýrar hefur verið skipt út fyrir mikla eyðimörk og þurr sléttum. Við slíkar aðstæður uxu aðeins viðvarandi plönturnar - fernur og frumstæðar barrtrjám.

Vegna hvarf mýra fækkaði froskdýrum verulega, þar sem þeir gátu aðeins lifað nálægt vatni (td froskdýr-reptiliomorph seymuria). Staður froskdýra var tekinn af skriðdýr og synapsids, þar sem þeir voru vel aðlagaðir lífinu í þurru loftslagi. Synapsids tók að aukast hratt að stærð og fjölda, þeim tókst að dreifa sér um landið, þau gáfu tilefni til svo stórra landdýra eins og pelicosaurs (til dæmis dimethrodons og edaphosaurus). Vegna kalda loftslagsins þróuðu þessi dýr segl sem hjálpaði þeim að stjórna líkamshita sínum.

Á síðari tíma Permian tímum myndaðist eitt stórveldi - Pangea. Á stöðum með sérstaklega þurrt og heitt loftslag hófust sífellt fleiri eyðimerkur. Á þessum tíma gáfu Pelicosaurs tilefni til therapsids - forfeður spendýra. Þeir voru frábrugðnir forfeðrum sínum fyrst og fremst að því leyti að þeir höfðu mismunandi tönnaskipulag, í öðru lagi var þessi hópur með slétta húð (í þróuninni, vog þeirra þróaðist ekki), og í þriðja lagi þróuðu sumir fulltrúar þessa hóps vibrissa ( og síðar kápuna). Í þyrlusveitinni voru bæði blóðþyrstir rándýr (til dæmis gorgonops) og grafandi grasbítar (til dæmis diktodon). Auk terapsids bjuggu fulltrúar pareiasaurus fjölskyldunnar í anapsid undirflokknum á landi, til dæmis, þykkt brynvarður scutosaurus. Fyrstu archosaurs, svo sem archosaurus, birtast einnig. Eins og therapsids báru þessar skepnur framsækin einkenni, einkum aukning á efnaskiptum (allt að hitablóðleysi).

Í lok Permian tímabilsins varð loftslagið miklu þurrara sem leiddi til fækkunar á strandsvæðum með þéttum gróðri og aukningu á eyðimerkurum. Fyrir vikið, vegna skorts á íbúðarrými, mat og súrefni sem plöntur framleiddu, útdauðu margar tegundir dýra og plantna. Þessi þróunartilvik var kölluð útrýmingarhringur Permans þar sem 95% alls lifandi dóu út. Vísindamenn eru enn að rífast um orsakir þessarar útrýmingarhættu og setja fram nokkrar tilgátur:

1. Fall eins eða fleiri loftsteina eða árekstur jarðar við smástirni með þvermál nokkurra tuga kílómetra (ein sönnun þessarar kenningar er tilvist 500 km gígs á Wilkes jörðinni,
2. Aukin eldvirkni
3. Skyndileg losun metans frá botni sjávar,
4. Útstreymi gildra (basalts), fyrst tiltölulega lítil Emeishan gildrur fyrir um 260 milljónum ára, síðan stóru Siberian gildrurnar fyrir 251 milljón árum. Eldgos vetur, gróðurhúsaáhrif vegna losunar eldfjalla lofttegunda og aðrar veðurfarsbreytingar sem höfðu áhrif á lífríkið gætu tengst þessu.

Þróunin stöðvaði þó ekki þar: Eftir nokkurn tíma, lifðu tegundir af lifandi hlutum tilefni til nýrra, jafnvel meira útlendra lífsforma.

Mesozoic tímabil

Á Mesozoic lifðu undarlegustu lífverurnar á jörðinni. Frægastir þeirra eru risaeðlur. Þeir réðu ríkjum í 160 milljónir ára í öllum heimsálfum. Þær voru af ýmsum stærðum: allt frá mjög örsmáum örþrautum, sem náði aðeins 70 cm að lengd og 0,5 kg að þyngd, til risastórs amficelia, sem náði hugsanlega 50 metra lengd og 150 tonnum. En fyrir utan risaeðlur bjuggu á þeim tíma margar fleiri ekki síður áhugaverðar verur á plánetunni okkar. Skriðdýra sem komu fram á svið hernámu einnig loft- og vatnsumhverfið. Á þeim tíma á jörðinni var gríðarstór fjölbreytni í lífsformum sem héldu áfram að þróast og bæta.

Triassic tímabil (248–206 Ma síðan)

Í byrjun Triassic tímabilsins hélt lífið á jörðinni áfram að jafna sig hægt eftir fjöldamyndun tegunda í lok Permian tímabilsins. Loftslagið víðast hvar í heiminum var heitt og þurrt, en úrkomumagnið gæti vel veitt nokkuð mikla plöntuafbrigði. Algengustu í Triassic voru frumstæðar barrtrjám, bregður og ginkgoids, þar sem steingervingar eru að finna um allan heim, þar með talið jafnvel heimskautasvæði jarðar.

Dýr sem lifðu af Permian fjöldanýtingu tegunda fundu sig í mjög hagstæðum aðstæðum - eftir allt saman voru nánast engir matarkeppendur eða stór rándýr á jörðinni. Þrátt fyrir að þegar í lok Permian tímabilsins fóru archosauromorph hægt að koma fram. Herbivorous skriðdýr tóku að vaxa hratt í fjölda. Sami hlutur gerðist hjá sumum rándýrum.Fljótlega vöktu flest dýr mörg ný og óvenjuleg tegund. Snemma á Triassic tímabilinu sneru sumir skriðdýr aftur til að lifa í vatni, frá þeim þróuðust sósuraurar og aðrar hálf-vatnsverur.

Í upphafi Triassic tímabilsins bjuggu mögulegir forfeður risaeðlanna, svo sem euparkeria. Sérkenni á euparkeria frá öðrum archosauromorphs var að það gat staðið upp og keyrt á afturfótunum.

Síðla Triassic tímabilsins (fyrir 227–206 milljón árum) urðu atburðir á jörðinni sem fyrirfram ákvarðaði þróun lífsins allt það sem eftir var af risaeðlutímanum. Skipting risastórs meginlands Pangea myndaði nokkrar heimsálfur. Þar til seint Triassic á landi, voru síðustu therapsids víðtækar, td táknaðar með placias og listrosaurus, svo og nokkrum öðrum hópum undarlegra skriðdýra, sem innihéldu tanistrophy og proterochus. En á tiltölulega skömmum tíma var fjöldi meðferða minnkaður til muna (að undanskildum hópnum af cynodonts sem vöktu spendýr). Skriðdýra - archosaurs tóku sinn stað, en þrír helstu hópar þeirra urðu fljótt ráðandi. Þessir hópar dýra voru risaeðlur, fuglar (hugsanlega afkomnir af risaeðlum), pterosaurs og crocodilomorphs. Sjávarskriðdýr þróuðust einnig fljótt: snemma ichthyosaurs og sauroterterigias.

Lok Triassic tímabilsins markaði nýja fjöldamyndun á tegundum, sambærileg við svipaðan atburð í lok Permian. Orsakir þess eru áfram ráðgáta. Einu sinni rekja vísindamenn það til falls smástirni til jarðar, sem skildi eftir sig risastóran gíg Manikuagan (Kanada) með 100 km þvermál, en, eins og það rennismiður út, gerðist þessi atburður miklu fyrr.

Jurassic tímabil (fyrir 206-144 milljón árum)

Snemma á Jurassic tímabilinu (206-180 milljón árum) varð loftslagið á jörðinni hlýrra og votara. Barrskógar runnu upp á hringhverfusvæðum og hitabeltið var þakið þykkum barrtrjám, fernum og cypressum. Þegar meginlöndin vöknuðu hægt og rólega myndaðist monsún loftslag í nokkrum lágum hlutum plánetunnar og stórum vatnasviða sem myndast reglulega. Snemma á Jurassic tímabilinu, risaeðlur og pterosaurs aukast hratt að stærð, verða fjölmennari og fjölbreyttari og byrja að breiðast út um allan heim. Sjávarskriðdýr (ichthyosaurs og plesiosaurs), svo og lindýr (til dæmis ammonítar) eru ekki langt á eftir þeim.

Á miðju og seint Jurassic tímabili (180-144 milljón árum) varð loftslagið í sumum suðrænum heimshlutum þurrara. Kannski voru loftslagsbreytingar ástæðan fyrir því að margar risaeðlur fóru fljótt að breytast í alvöru risa. Meðal ræktandi risaeðlur - sauropods - birtast til dæmis diplódókus, brachiosaurus og önnur þung skrímsli, og meðal rándýra - þróaðir theropods - eins og risastór allosaurus. En fulltrúar annarra risaeðluhópa (til dæmis stegosaurs og otnieliah) reikuðu líka um landið. Auk risaeðlanna voru landkyns krókódílómorfar einnig algengir á landi - jafn virkir, blóðblindir veiðimenn (þó svo að fjöldi alvitandi eða grasbítaforma sé þekktur), hernámu þeir hóflegri vistvæna sess. Vængjaðir Pterosaurs voru táknaðir með báðum fisktegundum (til dæmis ramforinh) og smáskordýrum skordýrum (til dæmis anurognathus).

Hin hlýja Jurassic Seas gnægðust með svifi, sem þjónaði sem fóður fyrir lidsihtis og annan stóran fisk. Rándýr plesiosaurs voru táknaðir með langa hálsformum sem nærast á fiski og stuttháls pliosaurids sem sérhæfa sig í stærri bráð; í grunnum sjó, veiddust krókódílómorfar (til dæmis metriorinchs), sem voru frábrugðnir hinum venjulegu krókódílum.

Krítartímabil (fyrir 144–66 milljón árum)

Á krítartímabilinu hélst loftslagið á jörðinni heitt, vegna mikillar árstíðarsrigningar, nánast allur heimurinn - frá miðbaug til heimskautasvæðanna - var þakinn gróskumiklum gróðri. Síðla Jurass-tímabilsins, svo venjulega í dag, birtust blómstrandi (angiosperms) plöntur og á krítartímabilinu urðu þeir þegar einn af ráðandi hópum plantna á jörðinni. Í lok krítartímabilsins, blómstrandi fjölmennur barrtrjám, fernur og cypresses á mörgum svæðum, og lýstu alvarlega yfir rétti sínum til yfirburðastöðu í plöntuheiminum, sem þeir myndu að lokum koma á Cenozoic tímum.

Sem afleiðing af áframhaldandi misskiptum álfanna myndaðist ný sund, höf og höf sem hindruðu frjálsa för dýra á jörðinni. Smám saman í álfunum tóku að birtast eigin tegundir plantna og dýra.

Krítartímabilið, líkt og Jurassic tímabilið á undan, var tímabil raunverulegra risa. Sauropods títanósaurarnir bjuggu í Suður- og Norður-Ameríku - eitt þyngsta dýr sem hefur búið á jörðinni. Þeir voru veiddir af rándýrum eins og Mapusaurs og Acrocanthosaurus. Í Norður-Ameríku, nálægt lok krítartímabilsins, var dýralífinu skipt út fyrir risa kjötætur tyrannosaurids og hornað keratópur. Almennt héldu risaeðlurnar áfram að þróast og sérhæfa sig. Spendýr (til dæmis didlphodone) léku engu máli enn í lífi plánetunnar, þau voru smádýr en fjöldi þeirra (sérstaklega undir lok krítartímabilsins) fór að aukast verulega.

Miklar breytingar hafa orðið á höfunum. Fyrrum ráðamenn þeirra (ichthyosaurs og pliosaurs) féll í niðurníðslu og Mosasaurar tóku sinn stað - nýr hópur risastórra sjávarskriðdýra, þar á meðal til dæmis platecarpus og tylosaurus.

Stærð vængjaðra risaeðlanna í Pterosaurs hefur aukist. Ornithoheyrus, pteranodon og aðrir stórir Pterosaurar fóru miklar vegalengdir um loftið og hugsanlega flugu jafnvel frá meginlandi til álfunnar. Frumstæðir fuglar flautuðu í loftinu (til dæmis Iberomezornis), sumir sjófuglar (eins og Hesperornis) vissu ekki hvernig á að fljúga, en þeir höfðu glæsilega stærð.

Lok krítartímabilsins (fyrir um það bil 66 milljónum ára) einkenndist af nýrri fjöldadauða tegunda sem þurrkaði út um 40% allra dýrafjölskyldna sem voru til á þeim tíma. Pterosaurs, ammonites og mosasaurs hurfu einnig, en frægustu fórnarlömb þessa stórslyss voru auðvitað risaeðlur sem ekki voru gæludýr. Varla náði að jafna sig á þessu prófi og margir aðrir hópar lifandi veru.

Spurningin um orsakir fjöldanýtingar tegunda í lok krítartímabilsins vekur enn upp heita umræðu meðal vísindamanna. Hér eru nokkrar útgáfur sem finna flesta stuðningsmennina:

1) Kenningin um árekstur jarðar við risastóran smástirni hefur flesta stuðningsmenn (og sannanir). Áreksturinn átti sér stað á yfirráðasvæði Yucatan-skaga í Mexíkóflóa. Loftsteinninn var um 10 km í þvermál (lengd þess var svo mikil að þegar annar hluti hennar snerti vatnið í flóanum var hinn enn í efri lögum andrúmsloftsins) og eftir fall hans myndaðist gígur með 160 km þvermál. Samt telja ekki allir vísindamenn að jafnvel svo sterkur árekstur gæti eyðilagt svo margar dýrategundir á svo stuttum tíma.

2) Sumir vísindamenn styðja kenninguna um fólksflutninga sjúkdóma: vegna lækkunar á sjávarborðinu fyrir 66 milljónum ára, mynduðust nokkrir landgangar frá meginlandinu til meginlandsins. Dýr fóru að flytja frá meginlandinu til meginlandsins og með þeim sníkjudýr, sjúkdómar. Þar sem friðhelgi dýra frá einni heimsálfu er ekki aðlöguð að sjúkdómum og sníkjudýrum frá annarri, jafnvel sjúkdómur sem ekki er banvænn fyrir dýr, til dæmis frá Asíu, getur verið banvæn fyrir dýr, til dæmis frá Ameríku. Vegna þessa hófust gríðarleg faraldur.Hringormar fluttust til dæmis til Asíu og echinococci fluttust til Ameríku. En aftur, möguleikinn á útrýmingu svo margra dýrategunda vegna fólksflutninga sníkjudýra er ákaflega lítill - fljótlega myndu dýrin aðlagast sjúkdómum.

3) Kannski er útrýmingarhryggurinn - Paleogene tengdur aukinni eldvirkni. Víða um heim fyrir 66 milljónum ára urðu stórfelld gos. Öflug hraunstraumur gaus til dæmis frá risastórum eldfjöllum á Hindustan. Hraunrennsli eyðilögðu öll dýr og búsvæði þeirra á leiðinni. Eitrað hættulegra lofttegundir sem komust undan eldfjöllum. Enn klekjandi hvolpar risaeðlanna sem bjuggu á þeim tíma létust úr þeim og fullorðin dýr köfnuðu.

4) Plánetan okkar hreyfist í geimnum með Vetrarbrautinni. Það er kenning um að jörðin og sólkerfið falli af og til út í rýmið, þar sem er mikið af litlum og stórum loftsteinum. Kannski voru það fyrir 66 milljón árum sem eitthvað svipað gerðist og þá slógu risastór loftsturtur á jörðina. Sumir loftsteinar voru svo miklir að þeir brenna ekki í andrúmsloftinu og hrapaði í jörðina. Hins vegar telja paleontologar þessa kenningu ólíklega.

5) Sumir vísindamenn telja að sprengistjarna sprakk fyrir 66 milljón árum síðan í um það bil 200-300 ljósára fjarlægð frá jörðinni. Slíkar stjörnur safnast mikið magn af orku í sjálfum sér og springa ekki, þrátt fyrir eigin þrýsting. Orkan frá sprengingunni getur dreift yfir hundruð ljósára. Svo þegar sprengingin varð var svo orkaútbrot að það brann ósonlagið í andrúmslofti jarðar. Eftir þetta voru engar hindranir fyrir sólargeislun og það byrjaði að hafa áhrif á frumur plantna og dýra.

6) Margir tannlæknar telja einnig að engin af ofangreindum kenningum geti skýrt dauða svo margra lifandi tegunda. Þeir trúa því að aðeins saman geti allar þessar hörmungar öðlast nægjanlegan styrk til að valda fjöldamyndun tegunda: í fyrsta lagi jókst eldvirkni á jörðinni, sem gæti valdið fækkun hafsins, sem leiddi til stórfelldra faraldra, síðan sprakk sprengistjörnuleysi nálægt vetrarbrautinni okkar, sem afleiðing ósonlagið brann og að lokum féll jörðin inn á svæði með miklum fjölda loftsteina og gekkst undir mörg árekstur við litla og loks einn risastóran, sem leiddi til loka risaeðlanna og margra annarra dýr.

Það eru aðrar kenningar varðandi útrýmingu krítans - Paleogene, en þær eru studdar af mjög fáum vísindamönnum.

En engu að síður er það svo að fyrir 66 milljón árum kom Cenozoic tíminn, "aldur spendýra," til að koma í staðinn fyrir skyndilega lokið Mesozoic tímum - "aldur skriðdýranna".

Kýozoic tímabil

Fjöldi útrýmingar tegunda fyrir 66 milljónum ára markaði upphaf nýs, áframhaldandi Cenozoic tímabils. Sem afleiðing af hörmulegum atburðum þessara fjarlægu tíma hvarf öll dýr stærri en krókódíll úr andliti plánetunnar okkar. Og smádýrin sem lifðu af voru með tilkomu nýs tímabils í allt öðrum heimi. Í Cenozoic hélt áfram meginlandi svíf (frávik) áfram. Á hverju þeirra voru einstök samfélög plantna og dýra mynduð.

Paleogene tímabil

Paleogene, Paleogene, Paleogenic system - jarðfræðilegt tímabil, fyrsta tímabil Cenozoic. Það byrjaði fyrir 66 milljónum ára, lauk - 24,6 milljónum. Það stóð í 40,4 milljónir ára.

Í Paleogene var loftslagið jafnvel suðrænt. Næstum öll Evrópa var þakin sígrænu suðrænum skógum og laufplöntur ræktaðust aðeins á norðurslóðum. Á seinni hluta Paleogene verður loftslagið meira meginlands, íshettur birtast við skautana.

Á þessu tímabili hófst blómaskeið spendýra.Eftir að mikill fjöldi skriðdýra var útrýmt urðu mörg frjáls vistfræðileg veggskot sem tóku að hernema nýjar tegundir spendýra. Oviparous, marsupials og fylgju voru algeng. Í skógum og skógum steppum Asíu, kom upp svokölluð „vísindadýralíf“.

Tannlausir fuglar sem ekki eru aðdáandi eru ríkjandi í loftinu. Stórir hlaupfuglar (kísilbílar) eru útbreiddir. Fjölbreytni blómstrandi plantna og skordýra eykst.

Bony fiskar dafna í höfunum. Frumstæð hvítkál birtist, nýir hópar kórallar, ígulker, foraminifera - nummulitides ná nokkrum sentímetrum í þvermál, sem er mjög mikið fyrir einfruma. Síðustu belemnítarnir deyja út, blómgun bláfána byrjar með minnkaðri eða alveg horfinni skel - kolkrabbar, blöðrur og smokkfiskur ásamt belemnítunum sameinuðust í hóp kóleóa.

Paleocene tímabil (fyrir 66–55 milljón árum)

Með upphaf Paleocene byrjar tóm pláneta hægt að jafna sig eftir áhrif hörmunganna. Fyrsta til að ná árangri í þessari plöntu. Eftir aðeins nokkur hundruð þúsund ár var umtalsverður hluti jarðar jarðar þakinn órjúfanlegum frumskógum og mýrum, þéttur skógur ryðgaði jafnvel á heimskautasvæðum jarðar. Dýr sem lifðu af fjöldanýtingu tegunda héldu litlu, þau fóru snjalllega saman milli trjástofna og klifruðu útibú. Stærstu dýr plánetunnar á þeim tíma voru fuglar. Í frumskógum Evrópu og Norður-Ameríku veiddi til dæmis grimmur rándýr Gastornis og náði 2,2 metra hæð.

Útrýming risaeðlanna, sem ekki eru fuglar, leyfðu spendýrum að breiðast út víða um jörðina og hernema ný vistfræðileg veggskot. Í lok Paleocene (fyrir um það bil 55 milljónum ára) jók fjölbreytni þeirra mikið. Forfeður margra nútíma hópa dýra birtust á jörðinni - ungdýrum, fílum, nagdýrum, prímötum, geggjaður (til dæmis geggjaður), hvalir, sírenur. Smátt og smátt byrja spendýr að sigra heiminn.

Eocene tímabil (fyrir 55-34 milljón árum)

Í upphafi Eósenanna var enn verulegur hluti lands þakinn órjúfanlegum frumskógi. Loftslagið hélst heitt og rakt. Frumstætt spendýr (pínulítið hestapropalóteríum, leptidia o.s.frv.) Hlupu og hoppuðu á skógarstrenginn. Hodination bjó á trjám (einna fornustu frumprestum) og sjúkraflutningamaður bjó í Asíu - frumstæð hvalur sem gat gengið á land.

Fyrir um það bil 43 milljónum ára varð loftslagið á jörðinni kaldara og þurrara. Á verulegum hluta plánetunnar vék þéttur frumskógur að dreifðum skógum og rykugum sléttum. Að búa á opnum svæðum hefur stuðlað að vexti spendýra.

Asía varð fæðingarstaður risa brontotheriums (til dæmis emboloteria) og stórfelldra kjötætur (til dæmis endrusarch, sem náði 5,5 metrum að lengd). Í hlýjum sjó syntu frumstæðir hvalir (til dæmis basilosaurus og dorudon) og við strendur Afríku var meritium og furðulegt arsineuterium.

Fyrir um það bil 36 milljónum ára fór Suðurskautið við suðurpólinn að frysta, yfirborð hans var hægt og þétt með gríðarlegum ísplötum. Loftslagið á jörðinni varð kaldara og vatnsborðið í höfunum féll. Víða um heim hefur árstíðarbundinn rigning breyst verulega. Mörg dýr gátu ekki aðlagast þessum breytingum og eftir aðeins nokkrar milljónir ára dó u.þ.b. fimmti af öllum lifandi verum á jörðinni.

Oligocene tímabil (fyrir 34-24 milljón árum)

Í upphafi Oligocene var loftslag á jörðinni þurrt og svalt, sem stuðlaði að myndun opinna sléttna, hálfeyðimerkja og runna. Sem afleiðing af loftslagsbreytingum í lok Eocene, urðu margar fornar spendýrafjölskyldur útdauðar. Í stað þeirra var tekið af nýjum dýrategundum, þar á meðal beinum forfeðrum sumra nútíma spendýra - nashyrninga, hrossa, svína, úlfalda og kanína.

Risastór grænmetisætur birtast áfram meðal spendýra (Paraceratheriumtil dæmis voru þeir ekki óæðri að sumum risaeðlum - þeir gætu orðið 5 metrar á hæð og vegið allt að 17 tonn) og rándýr (eins og entelodon og hyenodon).

Sem afleiðing af áframhaldandi misskiptum álfanna eru Suður-Ameríka og Ástralía einangruð að öllu leyti frá heiminum. Með tímanum myndaðist einstök dýralíf í þessum „eyjum“ heimsálfum, fulltrúa dýraeyðandi spendýra og annarra úthafsdýra.

Fyrir um það bil 25 milljónum ára í Asíu, fyrstu strandlengjurnar mynduðust, þaknar korni - steppurnar. Síðan þá, korn, sem áður var óverulegur þáttur í landslagi, víða um heim, er smám saman að breytast í ríkjandi gróðurtegund sem náði loks yfir fimmta hluta yfirborðs lands.

Neogene tímabil

Neogene - Jarðfræðitímabil, annað tímabil Cenozoic. Neogene tímabilið hófst fyrir um það bil 25 milljónum ára, lauk aðeins fyrir 2 milljónum ára. Lengd Neogene er 23 milljónir ára. Spendýr ná tökum á höfunum og loftinu - hvalir og geggjaður koma fram. Fylgjum er ýtt að jaðri spendýra sem eftir eru. Dýralíf þessa tímabils verður æ meira eins og nútíminn. En munur er ennþá - það eru enn mastodons, hipparions, saber-tanna tígrisdýr. Stórir fluglausir fuglar gegna stóru hlutverki, sérstaklega í einangruðum vistkerfum eyja.

Miocene tímabil (fyrir 24-5 milljón árum)

Skiptin á þurrum og rigningartímabilum leiddu til þess að í Miocene var verulegur hluti landsins þakinn takmarkalausum steppum. Þar sem korn og aðrar kryddjurtir eru illa meltar, hafa kryddjurt spendýr myndað nýjar tegundir af tönnum og meltingarbúnaðurinn hefur breyst, sem gerir þeim kleift að vinna úr hámarks næringarefnum úr þessu fóður sem er aðgengilegt.

Stepparnir urðu fæðingarstaður nauta, dádýrs og hesta. Mörg þessara dýra héldu í hjarðum og ráfuðu sig frá stað til staðar eftir rigningarnar. Og eftir hjarðir grasbíta fóru rándýr á hælana.

Önnur spendýr kusu frekar að rífa lauf trjáa og runna. Sum þeirra (til dæmis dinoterium og chalicoterium) náðu mjög stórum stærðum.

Í Miocene voru mörg fjallakerfi mynduð - Alparnir, Himalaya, Andes og Rockies. Sumar þeirra reyndust svo háar að þær breyttu eðli loftsrásarinnar í andrúmsloftinu og fóru að gegna mikilvægu hlutverki við myndun loftslags.

Pliocene tímabil (fyrir 5-2,6 milljón árum)

Í Pliocene hefur loftslag jarðar orðið enn fjölbreyttara. Plánetan er skipt í mörg loftsvæði - allt frá svæðum sem fjalla um ís og yfir heitum hitabeltinu.

Í kornastoppum hverrar heimsálfu birtust fleiri og fleiri nýjar tegundir grasbíta og rándýr sem veiða þær. Í austur- og suðurhluta Afríku vék þéttur skógur fyrir opnum savanna, sem neyddu fyrstu hominídana (til dæmis Afar Australopithecus) til að stíga niður úr trjánum og heyi á jörðu niðri.

Fyrir um það bil 2,5 milljónum ára lenti Suður-Ameríkan, sem í um það bil 30 milljónir ára var einangruð frá umheiminum, við Norður-Ameríku. Smilodons og aðrir rándýr drógu í gegn yfirráðasvæði nútíma Argentínu frá norðri og risavaxnar vígslur, fororacosa og aðrir fulltrúar dýralífs Suður-Ameríku fluttu til Norður-Ameríku. Þessi flutning dýra var kölluð Mikla skiptin. Í lok Pliocene dóu megafauna sjávar (spendýr, sjófuglar, skjaldbökur og hákarlar) - 36% Pliocene ættkvíslanna gátu ekki lifað í Pleistocene. Útrýmingarhraði var þrisvar sinnum hærri en meðaltal Cenozoic norm (2,2 sinnum hærra en í Miocen, 60% hærra en í Pleistocene).

Mannfræðilegt tímabil (fjórðungur)

Þetta er stysta jarðfræðitímabilið, en það var í Fjórðungssvæðinu sem flestar nútíma landform mynduðust og margir mikilvægir atburðir áttu sér stað í sögu jarðar (frá sjónarhóli mannsins), þar sem mikilvægust voru ísöld og útlit mannsins. Lengd fjórðungsins er svo stutt að venjulegar paleontological aðferðir til að ákvarða hlutfallslegan og samsætur aldursákvörðun reyndust ófullnægjandi og næmir. Á svo stuttu millibili eru aðallega notuð geislakolefnagreining og aðrar aðferðir byggðar á rotnun skammlífs samsætna. Sérhæfni fjórðungstímabilsins í samanburði við önnur jarðfræðitímabil vakti sérstaka grein jarðfræðinnar - Fjórðungssvæðið.

Fjórðunga er skipt í Pleistocene og Holocene.

Pleistocene tímabil (fyrir 2,6 milljón árum - fyrir 11,7 þúsund árum)

Í upphafi Pleistocene hófst löng ísöld á jörðinni. Á tveimur milljónum ára voru mjög köld og tiltölulega hlý tímabil oft til skiptis á jörðinni. Í köldu spannunum, sem stóðu í um það bil 40 þúsund ár, réðust álfurnar inn af jöklum. Með hléum á hlýrra loftslagi (millitekjur), hörfaði ísinn og vatnsborðið í höfunum hækkaði.

1250-700 þúsund lítrar Meðan á miðjum píalistósenumskiptum stóð breyttist myndin af vatnsrásinni mjög í Beringshafi, þar sem Bering-sundið var lokað af ísplötu og kalda vatnið sem myndaðist í Beringshafi vegna ísbráðnunar var lokað í Kyrrahafinu.

Mörg dýr köldu svæða jarðarinnar (til dæmis mammút og ullar nashyrningur) eru með þéttan feld og þykkt lag af undirfitu. Hyrðir af dádýr og hestum beit á sléttunum, sem voru veiddir af helluljónum og öðrum rándýrum. Og fyrir um það bil 180 þúsund árum fóru menn að veiða þá líka - fyrst Neanderdalsmaður og síðan hæfilegur maður.

Mörg stór dýr gátu þó ekki aðlagast miklum sveiflum í loftslagsmálum og urðu útdauð. Fyrir um það bil 10 þúsund árum lauk ísöld og loftslagið á jörðinni varð hlýrra og votara. Þetta hefur stuðlað að örum fjölgun mannfjöldans og útbreiðslu fólks um heim allan. Þeir lærðu að plægja landið og rækta ræktaðar plöntur. Í fyrstu fjölgaði litlum landbúnaðarsamfélögum, borgir birtust og örfáum árþúsundum síðar breyttist mannkynið í heimssamfélag með því að nota öll afrek hátækni. En margar dýrategundir sem fólk frá um aldur fram miðlaði jörðinni voru á barmi útrýmingarhættu. Þess vegna segja vísindamenn gjarnan að ný fjöldamyndun á tegundum hafi brotist út á sök mannsins á jörðinni.

Holocene tímabil (fyrir 11,7 þúsund árum - nútíminn)

Líf dýra og plantna breyttist lítillega meðan á Holocene stóð en miklar hreyfingar eru í dreifingu þeirra. Mörg stór dýr, þar á meðal mammoths og mastodons, saber-tönn kettir (eins og smilodons og homotherias) og risastór letidýr, fóru að deyja út frá seint Pleistocene til snemma Holocene. Í Norður-Ameríku, útdauð mörg dýr sem blómstruðu í öðrum hlutum (þar á meðal hross og úlfalda). Sumir fræðimenn útskýra fækkun bandarískra megafauna með því að koma aftur til forfeðra Ameríkubúa, en flestir halda því fram að loftslagsbreytingar hafi haft meiri áhrif.