• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Noc Biologów/Samorodnie czy w kosmosie, czyli jak rodziło się ziemskie życie

    23.01.2012. 07:04
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Czy wszyscy mamy kosmiczne pochodzenie? Czy ziemskie życie zrodziło się w "zupie pierwotnej"? Dlaczego Ludwik Pasteur nie uwierzył, że mogło ono powstać samoistnie? O to, w jaki sposób powstał Wszechświat, jak narodziły się organizmy żywe i życie na Ziemi naukowcy spierają się od wieków. O problemach z ustaleniem początków ziemskiego życia podczas Nocy Biologów na Uniwersytecie Warmińsko-Mazurskim w Olsztynie mówiła dr Joanna Pakulnicka z Wydziału Biologii UWM.

    Jak przypomniała prelegentka, powstały trzy podstawowe teorie, które wyjaśniają sposób uformowania życia. "Pierwsza mówi, że życie powstało w sposób nadprzyrodzony np. stworzył je Bóg. Według drugiej teorii zostało przeniesione z kosmosu - sfer pozaziemskich w postaci zarodników życia. Jeszcze jedna, że powstało samorzutnie, czyli z prostych związków nieożywionych wykształciły się związki organiczne i organizmy" - powiedziała podczas wykładu dr Joanna Pakulnicka.

     

    Zdaniem naukowców wszystko zaczęło się 15 miliardów lat temu. "Nastąpiła wtedy tajemnicza osobliwość, którą uczeni trochę żartem nazwali Wielkim Wybuchem - Big Bang" - zauważyła naukowiec.

    To właśnie od Wielkiego Wybuchu istnieje Wszechświat, który cały czas się rozszerza i stale ewoluuje. Powstają nowe galaktyki i całe układy planetarne. Nasza galaktyka nazwana Drogą Mleczną pojawiła się 5 miliardów lat temu, a w zachodniej jej części wykształcił się nasz Układ Słoneczny.

    "Niektórzy uważają, że życie na Ziemi mogło pojawić się wkrótce po tym, jak powstał Wszechświat. Wkrótce, czyli jakieś pół miliarda lat później. Wtedy, kiedy temperatura na Ziemi ochłodziła się do tego stopnia, że woda uległa skropleniu i powstały warunki umożliwiające pojawienie się pierwszych oznak życia" - powiedziała.

    SAMORÓDZTWO, CZYLI ŻYWE Z NIEOŻYWIONEGO?

    Jedną z najbardziej rozpowszechnionych teorii dotyczących powstania życia jest hipoteza abiogenezy, czyli samorództwa. Opiera się ona na przekonaniu, że życie powstało z martwej materii, czyli czegoś, co nie żyje. Pogląd ten utrzymywał się bardzo długo od III w p.n.e. do XVII w. n.e. Jej zwolennikami byli np. Arystoteles, Izaak Newton czy Kartezjusz.

    W 1862 roku do dyskusji o powstaniu świata włączył się prekursor mikrobiologii Ludwik Pasteur, któremu w teorii samorództwa coś się nie zgadzało. "Sam szukał więc odpowiedzi na pytanie czy jest możliwe, by na materii nieożywionej pojawiły się organizmy żywe" - wyjaśniła dr Pakulnicka.

    Pasteur przeprowadził więc eksperyment: w laboratoryjnej kolbie umieścił pożywkę z cukru i postanowił sprawdzić, czy samoistnie pojawią się na niej bakterie. W tym przypadku teoria samorództwa się sprawdziła. Pasteur był jednak bardzo dociekliwy i nie poprzestał na jednym doświadczeniu. Wymyślił, że zamiast prostej kolby i rurki, która do niej prowadzi zastosuje rurkę w kształcie litery S.

    Okazało się, że tym razem mimo usilnych starań, baterii na pożywce nie było. Znalazł je natomiast na ściankach rurki. Po jakimś czasie Pasteur połamał rurkę i znów na cukrowej pożywce znalazł bakterie. "Wniosek był taki, że nie wystarczy materia nieożywiona, by pojawiły się na niej organizmy żywe. Bakterie na przygotowanej przez niego pożywce pojawiały się wraz z cząsteczkami kurzu naniesionego z zewnątrz" - opisała dr Pakulnicka. Jego doświadczenie ostatecznie obaliło teorię abiogenezy.

    Poszukano więc kolejnej teorii, która tłumaczyłaby zjawisko powstania życia na ziemi. Na początku XX w. wysunięto hipotezę Arrneniusa, według której zalążki życia dotarły do Ziemi z kosmosu np. z meteorytami. "Ta jednak wciąż nie odpowiedziała na pytanie: jak życie powstało. Jeśli nawet zostało przyniesione z kosmosu, to nie wiadomo jak się w nim znalazło" - zauważyła specjalistka.

    PIERWSZE ORGANIZMY Z "ZUPY PIERWOTNEJ"

    W XX wieku bardzo duże znaczenie miały badania fizyków, chemików, matematyków i teoria ewolucji. Dochodziło wówczas do konsolidacji wyników badań z różnych dziedzin nauki. "Przełomowym momentem była teoria Aleksandra Oparina z roku 1923. Rosyjski biochemik postulował, że komórki wywodzą się z samoistnie formujących się skupisk materii organicznej tzw. koacerwatów" - wyjaśniła prelegentka.

    Zgodnie z tą teorią proces powstawania życia przechodził przez trzy kolejne etapy. Pierwszy stanowiła ewolucja chemiczna, wtedy z prostych związków powstały związki organiczne. Następnie zaszła ewolucja molekularna, podczas której organiczne związki wielocząsteczkowe łączyły się tworząc tzw. koacerwaty. Na koniec z koacerwatów powstały pierwsze żywe organizmy, zdolne do reprodukcji i posiadające zawartą w genach informację genetyczną.

    Według Oprarina ówczesna atmosfera ziemska odbiegała od znanej nam dzisiaj. Nie było w niej tlenu ani ozonu. Ziemi nie była chroniona przed promieniowaniem ultrafioletowym, zachodziły za to liczne wyładowania. "Według Oparina w takiej atmosferze mogło dojść do powstania prostych związków organicznych. Opadały one i zalegały w szczelinach skalnych, na dnie oceanu i tworzyły zupę pierwotną, tzw. prabulion. Właśnie w nim dochodziło do łączenia się prostych związków organicznych w mocniejsze i bardziej złożone struktury" - wyjaśniła dr Pakulnicka.

    Jego teorię potwierdziły wyniki badań jeszcze kilku innych naukowców. W 1934 roku uczeni odtworzyli warunki identyczne do tych, jakie opisywał Oparin - w laboratoryjnej kolbie. Wskutek eksperymentu rzeczywiście z pierwiastków powstały proste związki organiczne: aminokwasy, cukry, lipidy, nukleotydy i w zupie pierwotnej tworzyły koacerwaty, czyli kompleksy lipidowo-białkowe.

    "Niestety i teoria koacerwatów została obalona. Wprawdzie niczym organizmy żywe osiągały one pewne rozmiary i dzieliły się, ale nie przekazywały informacji genetycznej" - powiedziała prelegentka.

    WSZYSCY POCHODZIMY Z KOSMOSU?

    Poszukiwacze początków życia na Ziemi ponownie skłonili się więc do hipotezy, która mówiła o tym, że życie zostało przyniesione z kosmosu. Jednym ze zwolenników tej teorii był angielski biochemik Francos Crick. Twierdził on, że do atmosfery ziemskiej na skutek działalności meteorytów musiały dostać się związki węgla. "Te zaczęły ze sobą reagować, powstawały w ten sposób związki złożone, które opadały na dno oceanu i tworzyły się z nich związki bardziej złożone" - powiedziała dr Pakulnicka.

    Jak wyjaśniła, równolegle do tego procesu swoim własnym terem podążała ewolucja związana ze szlakiem enzymatycznym i szlak metaboliczny. "Kiedy doszło do sprzężenia tych procesów - wciąż nie wiadomo. Musiały one zachodzić niezależnie od siebie, ale sprawa wciąż nie jest rozwiązana" - podkreśliła.

    Współcześnie znów powraca się do teorii kosmicznego pochodzenia życia. "Wskazują na to najnowsze odkrycia NASA. W przestrzeni kosmicznej samorzutnie tworzą się liczne związki organiczne, chociaż wciąż nie znaleziono śladów pozaziemskiego życia" - przypomniała ekspertka.

    Jeden z uczonych wykładających na Uniwersytecie w Cardiff prof. Chandra Wickramasinghe powiedział, że mikroby, które pojawiły się na Ziemi za pośrednictwem komet, zaczęły się pomnażać i to one stanowią symboliczne ziarno, dzięki któremu zaczął formować się człowiek. Zdaniem uczonego, mówienie o tym, że życie ludzkie pochodzi spoza Ziemi jest w pełni uzasadnione. Wszyscy dzielimy kosmiczne pochodzenie.

    PAP - Nauka w Polsce, Ewelina Krajczyńska


    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Prawo biogenezy jest obserwacją, według której życie może powstać jedynie z wcześniej istniejącego życia w rozmnażaniu (np. pająk składa jaja, które dają życie następnym pająkom), a nie z martwej materii, jak głosi teoria samorództwa. Prawo to jest jednym z centralnych stwierdzeń teorii komórkowej. Odkrycie prawa biogenezy jest przypisywane francuskiemu chemikowi Ludwikowi Pasteur. Astrobiologia (egzobiologia, kosmobiologia, ksenobiologia) - dziedzina nauki zajmująca się powstaniem, ewolucją, rozpowszechnieniem i przyszłością życia poza Ziemią. Ponieważ dotychczas nie wykryto w kosmosie życia, które nie pochodziłoby z Ziemi, astrobiologia skupia się na badaniach, które mogą zwiększyć szanse jego wykrycia. Bada możliwości przetrwania żywych organizmów w ekstremalnych warunkach, weryfikuje hipotezy dotyczące powstania życia na Ziemi, poszukuje miejsc, w których mogłoby rozwijać się życie w Układzie Słonecznym i poza nim oraz rozwija techniki pozwalające wykryć życie za pomocą obserwacji astronomicznych. Katastrofa metanowa – zdarzenie, które mogło doprowadzić do zagłady życia w prekambrze. Katastrofa metanowa wydarzyła się 3,7 miliarda lat temu (prekambr, archaik, eoarchaik). Ziemia była wtedy dość zimna, Słońce wysyłało o 30% energii mniej niż w czasach dzisiejszych. Istniejące już wtedy życie przybierało formy znacznie różniące się od spotykanych obecnie. Tworzyły się wtedy stromatolity, oleiste, warstwowe osady kolonii bakterii. Zbiorowiska te składały się z mikroorganizmów, a ich liczebność rosła i bakterie stały się bardzo liczne. Mogły one produkować metan. W efekcie powstawała metanowa mgła, której chmury zaczęły zatrzymywać docierającą do Ziemi energię słoneczną (metan jest gazem cieplarnianym, o działaniu silniejszym niż dwutlenek węgla). Ziemię otaczała więc metanowa atmosfera, przez co planeta stawała się miejscem nieprzyjaznym życiu. Proces ten powstrzymał nasilony wulkanizm. Jednakże gdyby Ziemia leżała nieco dalej od Słońca, mogłaby ochłodzić się na tyle, by uniemożliwiło to rozwój życia. Rozważa się też możliwość rozwoju innego rodzaju życia, opartego np. na amoniaku, zamiast na wodzie (wskazuje się na możliwość istnienia różnych rodzajów życia w zależności od rozpuszczalnika, z którym są związane; pociąga to za sobą odmienny skład chemiczny powstałego życia poprzez inne wiązania chemiczne powstające w różnych warunkach).

    Kwasy humusowe (kwasy próchnicowe) – mieszanina wielkocząsteczkowych związków organicznych o zmiennym składzie (w zależności od składu materii organicznej, z której powstają) i charakterze kwasowym, wchodzących w skład próchnicy glebowej i roztworów wód naturalnych. Tworzą się one w biochemicznych procesach rozkładu związków organicznych budujących żywe organizmy. Budowa tych wyjątkowo skomplikowanych związków nie jest jeszcze do końca poznana, dlatego najczęściej rozpatruje się je na zasadzie różnic pomiędzy różnymi rodzajami tych substancji. Wyróżnia się dwie podstawowe grupy tych związków, kwasy fulwowe oraz huminowe: Teoria kontrakcji (teoria kurczącej się Ziemi) powstała w XIX wieku. (Léonce Élie de Beaumont, Eduard Suess, A. Heim). Tłumaczyła wszelkie deformacje skorupy ziemskiej kurczeniem się Ziemi w trakcie jej ochładzania. W wyniku tego procesu i zapadania się części powierzchni powstają geosynkliny, które później są zgniatane przez sztywniejsze obszary - kry kontynentalne. W ten sposób powstają pasma fałdowe. Dominującym stanem w skorupie ziemskiej według tej teorii jest kompresja czyli zgniatanie.

    Biosfera (zob. bio) - strefa kuli ziemskiej zamieszkana przez organizmy żywe, w której odbywają się procesy ekologiczne. Biosfera jest częścią zewnętrznej skorupy Ziemi, która obejmuje również powietrze, ląd i wodę. Z najobszerniejszego punktu widzenia geofizyki, biosfera jest światowym systemem ekologicznym i obejmuje wszystkie żyjące organizmy i ich powiązania ze sobą i z litosferą (skorupą ziemską), hydrosferą (wodą) i atmosferą (powietrzem). Do dzisiejszego dnia Ziemia jest jedyną znaną planetą na której znajduje się życie. Szacuje się, że ziemska biosfera zaczęła się tworzyć (przez proces biogenezy) przynajmniej 3,5 miliardów lat temu.
    Biosfera obejmuje około:
    4 km n.p.m. - atmosfera
    300 m p.p.m. - hydrosfera
    40 cm w głąb ziemi - litosfera
    Historia Ziemi – okres ok 4,5 miliarda lat (4 467 000 000 lat) (32,5% wieku wszechświata), od uformowania się planety z mgławicy słonecznej do czasów współczesnych. Niniejszy artykuł przedstawia zarys jej historii i podsumowuje wiodące teorie naukowe. Aby ułatwić umiejscowienie opisywanych zdarzeń na osi czasu, w artykule posłużono się analogią, odwzorowując dzieje naszej planety na 24-godzinną dobę. Godzinie 00:00 w tym modelu odpowiada moment powstania Ziemi 4,467 miliarda lat temu, natomiast godzinie 24:00 odpowiadają czasy nam współczesne. Oznacza to, że każdej sekundzie umownego „życia” Ziemi w naszym modelu odpowiadają 53 000 lat czasu rzeczywistego. Wielki Wybuch, podczas którego powstał Wszechświat, nastąpił około 13,82 miliardów lat temu (dane z misji Planck z lutego 2013), co oznacza, że nastąpił około trzech „dni” temu, czyli dwa „dni” przed rozpoczęciem historii Ziemi.

    Historia paleontologii – dzieje nauki o historii życia na Ziemi i organizmach kopalnych, obejmującej kilka wyodrębnionych dziedzin, tj. paleozoologia, paleobotanika, paleoantropologia i ściśle związanej z innymi naukami przyrodniczymi (np. geologia). Jej nazwa – paleontologia – pochodzi od greckich słów palaios (stary), ontos – życie oraz logos – nauka. Abiogeneza, samorództwo (łac. generatio spontea, dosł.: samorzutne powstawanie – nazwa nadana przez Arystotelesa) – teoria, według której żywe organizmy powstały z materii nieożywionej.

    Historyczne teorie ewolucji: Proces ewolucji został już zauważony w XVIII w. W związku z tym na przestrzeni czasu powstało wiele alternatywnych teorii próbujących wyjaśnić niektóre, bądź całość obserwacji związanych z faktem ewolucji.

    Bariogeneza – hipotetyczny proces zachodzący we wczesnym wszechświecie (krótko po Wielkim Wybuchu), w wyniku którego powstały główne składniki materii nukleony, czyli protony i neutrony. Podstawowym problemem, który usiłują wyjaśnić hipotezy dotyczące procesu bariogenezy, jest obserwowana we wszechświecie nierównowaga pomiędzy liczbą cząstek materii a antymaterii. Naturalną hipotezą jest, że powstający wszechświat powinien zawierać równą liczbę cząstek i antycząstek. Pojawia się zatem problem utworzenia z początkowo symetrycznego stanu wszechświata, obserwowanego obecnie stanu asymetrii pomiędzy materią i antymaterią.

    Historia życia na Ziemi obejmuje kilka miliardów lat, od powstania pierwszych organizmów do gatunków jakie istniały i istnieją dzisiaj. Z wyjątkiem ostatnich kilku tysięcy lat, historia życia na Ziemi jest rekonstruowana metodami pośrednimi.

    Dodano: 23.01.2012. 07:04  


    Najnowsze