Один из главных научных вопросов, стоящих перед человечеством, заключается в понимании происхождения жизни на Земле. Если условия и процессы, которые привели к возникновению жизни на Земле, распространены в других местах, то разумно ожидать, что жизнь может быть широко распространена во Вселенной.
Требования к зарождению жизни
Обычно считается, что существуют два фундаментальных требования к возникновению жизни, как мы ее знаем:
- наличие жидкой воды. Уникальные свойства воды (превосходный растворитель, исключительно большой диапазон температур жидкости и т.д.) делают ее идеальной средой для химических реакций;
- наличие органических полимеров, таких как нуклеиновые кислоты и белки. Полимеры необходимы для выполнения центральных биологических функций репликации и катализа. Без этих жизненно важных компонентов, насколько нам известно, жизнь невозможна.
Происхождение и раннюю эволюцию жизни на Земле можно разделить на несколько этапов:
- пребиотическая эпоха или химическая революция появления органических веществ;
- переход к примитивной биоорганической химии;
- эволюция ранней биоорганической химии мира пре-РНК в самовоспроизводящиеся молекулы РНК (РНК состоят из одной цепочки сахара и фосфата на азотистом основании);
- эволюция мира РНК в современную ДНК/белковую биохимию (ДНК белковый мир), который был общим предком всей последующей жизни на Земле.
Окаменелые структуры, напоминающие одноклеточные организмы, подобные современным бактериям, были найдены в породах, образовавшихся 3,5 миллиарда лет назад. Хотя вопрос о том, действительно ли эти структуры являются древними ископаемыми или артефактами, остается открытым. Камни старше 3,5 миллиарда лет настолько сильно изменились метаморфическими процессами, что любые молекулярные или окаменелые свидетельства ранней жизни, по-видимому, в значительной степени стерты.
Чтобы оценить после происхождения Земли, как жизнь могла зародиться на планете, мы должны получить доступ к тому, какой была наша планета в течение ее ранней истории и при каких условиях происходили процессы, которые, как считается, были вовлечены в происхождение жизни на Земле.
Сейчас значительный прогресс достигнут в наших знаниях о ранней Земле и в том, как происходил переход от абиотической (неживой) к биотической (живой) химии.
Тем не менее, все еще существуют огромные пробелы в нашем понимании того, как простые органические соединения, связанные с жизнью реагировали, чтобы произвести первые живые существа, и как они, в свою очередь, эволюционировали в организмы, которые оставили после себя фактические свидетельства их существования в каменных записях.
Теории происхождения жизни
Существует два основных взгляда на то, как происходил переход от абиотических органических соединений к автономным самовоспроизводящимся молекулам, способным эволюционировать путем естественного отбора в молекулы возрастающей эффективности и сложности.
Теории происхождения жизни которые в настоящее время является доминирующими:
- эволюция молекул содержащих углерод в органические соединения с образованием все более сложных макромолекул. Некоторые из макромолекул по воле случая были способны катализировать свое собственное самовоспроизведение. Эти простые самовоспроизводящиеся сущности эволюционировали во все более сложные и, в конечном счете, в организмы с современной биохимией.
- метаболическая теория как набор химических трансформаций с потреблением энергии характеризующихся серией самоподдерживающихся реакций органических соединений. Метаболическая теория утверждает, что жизнь в ее начале была не чем иным, как непрерывной цепью катализируемых сульфидных минералов без потребности в генетической информации.
Помимо этих двух доминирующих теорий, были также многочисленные предположения, что жизнь началась в другом месте и была перенесена на Землю, но это лишь переносит проблему происхождения жизни в другое место.
Согласно этих теорий, сначала не было никакой потребности в молекулах. По мере того как система самоподдерживающихся реакций усложнялась, генетические молекулы каким-то образом разрастались для того, чтобы жизнь, основанная на обмене веществ, развилась в биохимию, как мы ее знаем.
Эти первые самовоспроизводящиеся молекулярные сущности положили начало эволюционному каскаду, который затем привел к миру РНК, а затем к миру ДНК/белка обладающему всеми характеристиками современной биохимии.
Многое остается неизвестным о реальных процессах и последовательности событий, которые привели к появлению первых живых существ.
Исследование внеземных миров
Исследование внеземных миров может дать некоторые недостающие сведения про происхождение жизни на Земле и на самых ранних стадиях ее эволюции.
Есть веские основания полагать, что ядра органических компонентов, используемые живыми организмами на Земле, полимеры, состоящие из аминокислот и нуклеиновых кислот, были бы частью биохимии в других местах, хотя точный структурный состав этих ключевых молекул может быть иным. Если абиотическая химия и ее последующая эволюция в примитивные живые молекулярные образования широко распространены, мы можем найти примеры некоторых стадий, связанных с этим процессом, возможно, на Марсе, спутнике Юпитера Европе или на некоторых из внесолнечных планет земного типа, которые могут изобиловать во Вселенной.
Поиск признаков внеземной жизни в нашей Солнечной системе реальный, потому что мы можем отправить космический аппарат непосредственно исследовать перспективные космические тела и, если удастся, в конечном итоге вернуть образцы на Землю для непосредственного анализа. Несколько миссий планируют именно это, и, надеемся, в не слишком отдаленном будущем мы сможем узнать, является ли жизнь на Земле уникальной для нашей Солнечной системы.
