Postoje organizmi na zemlji koji mogu izvlačiti energiju. Veliki kisikov događaj - proterozojski eon. Korištenje organizama pohranjene energije

Proterozojski eon najduža je era u povijesti Zemlje. Počelo je 2,5 milijarde godina pr. e. a završio 541 milijun godina pr. Tijekom tog vremena Zemlja se pretvorila iz planeta bez kisika mikroba i prokariota u planet bogat kisikom višestaničnih organizama.

1. Veliki kisikov događaj

Biolog Alexander Markov o kisikovoj krizi, stakleničkim plinovima i nastanku eukariota

U ranom proterozoiku, tijekom nekoliko stotina milijuna godina, došlo je do prilično brzog povećanja količine slobodnog kisika u atmosferi i hidrosferi. Preduvjeti za to nastali su krajem arhejske ere. Prije otprilike 2,45 milijardi godina započeo je takozvani veliki događaj kisika, kada su razine kisika porasle s gotovo 0% na oko 1% trenutnih razina kisika.

Zašto geolozi vjeruju da je razina kisika porasla u tom razdoblju? Na to ukazuju brojni znakovi, na primjer omjer izotopa sumpora u sedimentnim stijenama. Očigledno, vulkanski plinovi koji ulaze u atmosferu, ako u ovoj atmosferi nema kisika, sudjeluju u određenim fotokemijskim reakcijama, tijekom kojih dolazi do frakcioniranja izotopa sumpora i dobiva se promijenjeni izotopski sastav. Ali kada se u atmosferi pojavi kisik, ti ​​procesi prestaju. A na početku proterozoika ti su procesi jednostavno prestali.

A. Markov. 2010. Rađanje složenosti. Evolucijska biologija danas: neočekivana otkrića i nova pitanja. M.: Astrel: CORPUS.

2. Kriza u mikrobnim zajednicama

Postoji i niz minerala u sedimentnim stijenama koji se mogu formirati samo u anoksičnim uvjetima - oni oksidiraju u prisutnosti kisika. A takvih neoksidiranih minerala ima i u stijenama prije početka proterozoika, a tada se više ne stvaraju.

Tada su svi mikrobi bili prilagođeni životu u uvjetima bez kisika, a kisik je jako oksidacijsko sredstvo, zapravo je jak otrov, od kojeg se treba zaštititi na neki poseban način. Povećanje udjela kisika u atmosferi trebalo je izazvati neku vrstu krize u mikrobnim zajednicama, koje su tada činile praktički jedini oblik života na Zemlji.

E. Kunin. 2014. Logika slučajnosti. O prirodi i podrijetlu biološke evolucije. M.: Centrpoligraf.

3. Uzroci Huronske glacijacije

U isto vrijeme dogodila se i prva veća glacijacija na Zemlji - ona se naziva huronska.
Razlozi za početak toplih ili hladnih razdoblja u povijesti Zemlje, očito, bili su prilično raznoliki. No, jedan od bitnih razloga za njihovu pojavu je količina stakleničkih plinova u atmosferi poput CO2, metana, vodene pare. Međutim, razvoj života utječe na sadržaj ugljičnog dioksida, a potom i metana.

7 činjenica o fazama abiogeneze i problemu nastanka života na Zemlji

Zašto se glacijacija događa u vrijeme kada se povećava razina kisika? Prvo, da bi se razine kisika povećale, ugljik se mora ukloniti iz ciklusa. Tijekom biogenog ciklusa ugljika, fotosintetski organizmi uklanjaju ugljični dioksid iz atmosfere i pretvaraju ga u organsku tvar. Tada heterotrofni organizmi koji se hrane gotovom organskom tvari oksidiraju tu organsku tvar uz pomoć kisika koji oslobađa fotosintetika i pretvaraju je natrag u CO2. Tako fotosintetici oslobađaju kisik i uzimaju ugljik iz atmosfere, a heterotrofni organizmi, naprotiv, uzimaju kisik i oslobađaju ugljik.

Ako aktivnost fotosintetika nije u potpunosti uravnotežena aktivnošću heterotrofa, odnosno potrošnja organske tvari zaostaje za proizvodnjom organske tvari, tada će taj višak organske tvari biti zakopan u zemljinoj kori. To dovodi do toga da se ugljik postupno uklanja iz atmosfere, sadržaj CO2 u atmosferi opada, efekt staklenika slabi i postaje hladnije.

U trenutku naglog porasta sadržaja kisika nastupila je glacijacija. Osim toga, oslobođeni kisik mogao bi oksidirati metan, koji je, očito, još uvijek bio prisutan u značajnim količinama u atmosferi. A metan je također vrlo jak staklenički plin.

K. Eškov. 2000. Povijest Zemlje i života na njoj. M.: MIROS – MAIK “Nauka-Interperiodika”.

4. Pojava prve eukariotske stanice

Potkraj prve glacijacije i kraja razdoblja brzog porasta kisika događa se najvažniji događaj u evoluciji života na Zemlji - pojavljuje se prva eukariotska stanica.
Do sada su na Zemlji živjeli samo prokarioti – to su bakterije koje nemaju staničnu jezgru i druge membranske strukture ili organele. U stanici nemaju mitohondrije, plastide i bilo koje druge složenosti. Čak iu zoru staničnog života, prokarioti su bili podijeljeni u dvije velike skupine: bakterije i arheje (prije su se zvale arhebakterije).

Eukarioti su treća velika skupina živih organizama koja se prvi put pojavljuje u ranom proterozoiku, najvjerojatnije u vezi s porastom kisika. Eukarioti su organizmi koji imaju staničnu jezgru, mitohondrije, i u početku su specifično prilagođeni kisikovoj sredini. Mitohondriji su organele eukariotske stanice koje su upravo potrebne za disanje kisika, budući da koriste kisik za oksidaciju organske tvari i proizvodnju energije. Upravo je eukariotska stanica postala osnova za razvoj svih složenih oblika višestaničnog života na našem planetu: životinja, biljaka, gljiva.

Prokarioti su nekoliko puta pokušali i nastavljaju ponekad pokušavati prijeći na višestaničnost, ali ti pokušaji ne idu daleko zbog brojnih tehničkih razloga. Na primjer, u višestaničnom organizmu različite stanice obavljaju različite funkcije, a sukladno tome različiti geni rade u različitim tkivima. Genom eukariotskog organizma sadrži sve gene potrebne za nastanak svih tkiva višestaničnog organizma, ali u svakom tkivu radi samo dio njih – onaj koji je potreban. Da bi ovo funkcioniralo, potreban je vrlo složen učinkovit sustav regulacije gena. A za to je vrlo važno imati staničnu jezgru u kojoj su geni izolirani od nasilnih biokemijskih procesa koji se odvijaju u citoplazmi. Tamo je moguće razviti učinkovite sustave za regulaciju funkcije gena, što prokarioti nemaju, budući da imaju jednostavnije regulacijske sustave.

5. Građa eukariotske stanice

Neki istraživači smatraju da je pojava eukariotske stanice najvažniji događaj u evoluciji života na Zemlji. A možda se to dogodilo samo jednom, budući da svi moderni eukarioti očito potječu od jednog pretka. Možda je bilo i drugih pokušaja takvih evolucijskih eksperimenata, ali oni nisu preživjeli do danas.

7 činjenica o najosnovnijem sustavu tijela

Eukariotska stanica je kimerne prirode. Pojavio se kao prirodni rezultat evolucije pretkambrijskih mikrobnih zajednica, koje su činile glavni oblik života u arhejskom dobu i nastavile dominirati u proterozoiku. Ako pogledate od kojih se proteina sastoji eukariotska stanica, dobit ćete vrlo zanimljivu stvar. Središnji sustav eukariotske stanice, povezan s replikacijom DNA, radom s genetskim informacijama i sintezom proteina, služe proteini slični proteinima arheja. Ali na periferiji – metabolizam, receptori, interakcija s vanjskom okolinom, prijenos signala – dominiraju proteini slični bakterijskim proteinima. To jest, eukariotska stanica ima arhealnu jezgru i bakterijsku periferiju. Drugim riječima, u procesu evolucije došlo je do određenog spajanja, kombinacije genoma predstavnika dviju velikih grana prokariota.

N. Lane. 2014. Ljestve života. Deset najvećih izuma evolucije. M.: AST: CORPUS.

6. Prilagodba drevnih mikroba na kisik

Tijekom kisikove krize, kada su se drevni mikrobi morali prilagoditi novom otrovu koji se pojavio - oslobađanju kisika, neke su arheje, očito, aktivno posuđivale strane gene, uključujući bakterijske, i kao rezultat toga stekle niz bakterijskih svojstava. Rezultat je bila neka vrsta himernog jednostaničnog organizma sposobnog, na primjer, gutati druge prokariote. Možda su se okrenuli predatorstvu, možda su se spojili s drugim stanicama kako bi razmijenili genetski materijal. Najvjerojatnije je u ovoj fazi formirana spolna reprodukcija. Druga ključna značajka eukariota je prava spolna reprodukcija, povezana sa spajanjem zametnih stanica i redukcijskom diobom (mejoza).

Ovaj himerni organizam u nekom je trenutku progutao bakterije, predstavnike skupine alfa-proteobakterija, koje su postale preci mitohondrija - organela za disanje kisika. Tako se ovaj organizam, nakon što je stekao takvog simbionta, zaštitio od toksičnih učinaka kisika. Nakon toga, kisik su iskoristili ti simbiotski mitohondriji. Slobodno živući preci mitohondrija naučili su se nositi s kisikom i izumili su sustav disanja kisika. Vjerojatno su isprva jednostavno spalili organsku tvar kako bi neutralizirali kisik, a zatim su naučili izvući korist iz toga u obliku energije.

7. Razvoj faune jednoćelijskih eukariota u oceanu

Biolog Evgeny Kunin o pogledu na gene sa stajališta statističke fizike, promjeni evolucijske paradigme i povezanosti kozmologije s nastankom života

Kako su se drevni organizmi prilagodili kisiku, mikrobi su evoluirali u protoeukariotske stanice s mitohondrijima. U nekom trenutku u stanici se pojavila jezgra. Postoji teorija da se jezgra pojavila kao rezultat simbioze s virusima. Znanstvenici su otkrili vrlo velike viruse, koji po nizu svojstava nalikuju staničnoj jezgri, iz čega možemo zaključiti da je možda i stanična jezgra stečena evolucijom kroz simbiozu.

Početkom proterozoika, prije dvije milijarde godina, pojavljuje se eukariotska stanica. Prvi eukarioti bili su jednostanični, heterotrofi, odnosno konzumirali su gotovu organsku tvar. Nešto kasnije neki su eukarioti ušli u simbiozu s cijanobakterijama i progutali ih. Tako su te cijanobakterije dale plastide, što je dovelo do pojave biljaka.

Tijekom srednjeg proterozoika već vidimo ostatke jednostaničnih eukariota u fosilnom zapisu. Postupno se iz eukariotskih jednostaničnih algi razvio fitoplankton. I u isto vrijeme, očito, počinju se pojavljivati ​​prve višestanične alge.

Neki organizmi imaju posebnu prednost koja im omogućuje da izdrže najekstremnije uvjete u kojima se drugi jednostavno ne mogu nositi. Takve sposobnosti uključuju otpornost na ogroman pritisak, ekstremne temperature i druge. Ovih deset stvorenja s našeg popisa dat će prednost svakome tko se usuđuje ponijeti titulu najotpornijeg organizma.

10. Himalajski pauk skakač

Azijska divlja guska poznata je po tome što leti na visinama većim od 6,5 kilometara, dok je najviše ljudsko naselje na 5100 metara u peruanskim Andama. No, visinski rekord ne pripada guskama, već himalajskom pauku skakaču (Euophrys omnisuperstes). Živeći na nadmorskoj visini od preko 6.700 metara, ovaj pauk hrani se uglavnom malim kukcima koje tamo nose naleti vjetra. Ključna značajka ovog kukca je njegova sposobnost preživljavanja u uvjetima gotovo potpunog nedostatka kisika.

9. Divovski klokan skakač


Obično, kada razmišljamo o životinjama koje mogu najduže preživjeti bez vode, odmah nam na pamet pada deva. Ali deve mogu preživjeti bez vode u pustinji samo 15 dana. U međuvremenu, iznenadit ćete se kada saznate da postoji životinja na svijetu koja može proživjeti cijeli život a da ne popije ni kap vode. Ogromni klokan skakavac blizak je rođak dabrova. Njihov prosječni životni vijek je obično između 3 i 5 godina. Vlagu obično dobivaju iz hrane, jedući razne sjemenke. Osim toga, ovi se glodavci ne znoje, čime se izbjegava dodatni gubitak vode. Ove životinje obično žive u Dolini smrti i trenutno su ugrožene.

8. Crvi otporni na toplinu


Budući da se toplina u vodi učinkovitije prenosi na organizme, temperatura vode od 50 Celzijevih stupnjeva bit će mnogo opasnija od iste temperature zraka. Zbog toga se u podvodnim toplim izvorima uglavnom razvijaju bakterije, što se ne može reći za višestanične oblike života. Međutim, postoji posebna vrsta crva nazvana paralvinella sulfincola koja se rado nastanila u područjima gdje temperatura vode doseže 45-55 stupnjeva. Znanstvenici su proveli eksperiment u kojem je jedna od stijenki akvarija bila zagrijana, kao rezultat pokazalo se da crvi radije ostaju na ovom mjestu, zanemarujući hladnija mjesta. Vjeruje se da su ovu značajku razvili crvi kako bi se mogli hraniti bakterijama kojih ima u izobilju u toplim izvorima. Budući da prije nisu imale prirodnih neprijatelja, bakterije su bile relativno lak plijen.

7. Grenlandski morski pas


Grenlandski morski pas jedan je od najvećih i najmanje proučavanih morskih pasa na planetu. Unatoč činjenici da plivaju prilično sporo (svaki plivač amater ih može prestići), izuzetno ih se rijetko viđa. To je zbog činjenice da ova vrsta morskog psa obično živi na dubini od 1200 metara. Osim toga, ovaj morski pas jedan je od najotpornijih na hladnoću. Obično se najradije zadržava u vodi čija se temperatura kreće od 1 do 12 stupnjeva Celzijusa. Budući da ti morski psi žive u hladnim vodama, moraju se kretati iznimno sporo kako bi smanjili potrošnju energije. U hrani su neselektivni i jedu sve što im dođe pod ruku. Kruže glasine da im je životni vijek oko 200 godina, no to još nitko nije uspio ni potvrditi ni demantirati.

6. Đavolji crv


Mnogo desetljeća znanstvenici su vjerovali da samo jednostanični organizmi mogu preživjeti na velikim dubinama. Po njihovom mišljenju, visoki tlak, nedostatak kisika i ekstremne temperature stajali su na putu višestaničnim bićima. Ali tada su mikroskopski crvi otkriveni na dubini od nekoliko kilometara. Nazvan halicephalobus mephisto, prema demonu iz njemačkog folklora, otkriven je u uzorcima vode 2,2 kilometra ispod površine iz pećine u Južnoj Africi. Uspjeli su preživjeti ekstremne uvjete okoliša, što sugerira da bi život mogao biti moguć na Marsu i drugim planetima u našoj galaksiji.

5. Žabe

Neke vrste žaba nadaleko su poznate po svojoj sposobnosti da se doslovno smrznu tijekom cijele zime i ožive kad stigne proljeće. Pet vrsta takvih žaba pronađeno je u Sjevernoj Americi, od kojih je najčešća obična žaba. Budući da drvene žabe nisu jako jake, jednostavno se skrivaju ispod opalog lišća. Imaju tvar poput antifriza u svojim venama, i iako im srce na kraju stane, to je privremeno. Osnova njihove tehnike preživljavanja je ogromna koncentracija glukoze koja ulazi u krv iz žablje jetre. Ono što je još nevjerojatnije je činjenica da žabe mogu pokazati svoju sposobnost smrzavanja ne samo u divljini, već iu laboratoriju, što omogućuje znanstvenicima da otkriju njihove tajne.

(banner_ads_inline)

4. Mikrobi dubokog mora


Svi znamo da je najdublja točka na svijetu Marijanska brazda. Njegova dubina doseže gotovo 11 kilometara, a tlak tamo premašuje atmosferski tlak 1100 puta. Znanstvenici su prije nekoliko godina tamo uspjeli otkriti divovske amebe koje su uspjeli fotografirati kamerom visoke rezolucije i zaštićene staklenom kuglom od ogromnog pritiska koji vlada na dnu. Štoviše, nedavna ekspedicija koju je poslao sam James Cameron pokazala je da u dubinama Marijanske brazde možda postoje i drugi oblici života. Dobiveni su uzorci pridnenih sedimenata koji su dokazali da udubina doslovno vrvi mikrobima. Ta je činjenica začudila znanstvenike, jer ekstremni uvjeti koji tamo vladaju, kao i ogroman pritisak, daleko su od raja.

3. Bdelloidea


Rotiferi vrste Bdelloidea su nevjerojatno sićušne ženke beskralježnjaka, koje obično nalazimo u slatkoj vodi. Od njihova otkrića nisu pronađeni mužjaci ove vrste, a sami rotiferi razmnožavaju se aseksualno, što zauzvrat uništava njihovu vlastitu DNK. Oni obnavljaju svoju izvornu DNK jedući druge vrste mikroorganizama. Zahvaljujući ovoj sposobnosti, rotiferi mogu izdržati ekstremnu dehidraciju, zapravo, sposobni su izdržati razine zračenja koje bi ubile većinu živih organizama na našem planetu. Znanstvenici vjeruju da je njihova sposobnost popravljanja DNK nastala kao rezultat njihove potrebe za preživljavanjem u ekstremno sušnim okruženjima.

2. Žohar


Postoji mit da će žohari biti jedini živi organizmi koji će preživjeti nuklearni rat. Zapravo, ovi insekti mogu živjeti bez vode i hrane nekoliko tjedana, a štoviše, mogu živjeti tjednima bez glave. Žohari postoje već 300 milijuna godina, nadživjeli su čak i dinosaure. Discovery Channel proveo je niz eksperimenata koji su trebali pokazati hoće li žohari preživjeti ili ne pod snažnim nuklearnim zračenjem. Kao rezultat toga, pokazalo se da je gotovo polovica svih insekata sposobna preživjeti zračenje od 1000 rada (takvo zračenje može ubiti odraslu zdravu osobu u samo 10 minuta izlaganja); štoviše, 10% žohara preživjelo je izlaganje zračenju od 10 000. rads, što je jednako zračenju od nuklearne eksplozije u Hirošimi. Nažalost, nijedan od ovih malih insekata nije preživio dozu zračenja od 100.000 rad.

1. Tardigrade


Sićušni vodeni organizmi zvani tardigradi pokazali su se najizdržljivijim organizmima na našem planetu. Ove naizgled simpatične životinje sposobne su preživjeti gotovo sve ekstremne uvjete, bilo da je riječ o vrućini ili hladnoći, golemom pritisku ili visokom zračenju. Oni su u stanju preživjeti neko vrijeme čak iu svemiru. U ekstremnim uvjetima iu stanju ekstremne dehidracije, ova bića mogu preživjeti nekoliko desetljeća. Ožive čim ih stavite u jezerce.

Corliss je sugerirao da bi hidrotermalni otvori mogli stvoriti koktele kemikalija. Svaki je izvor, rekao je, bio neka vrsta raspršivača iskonske juhe.

Dok je vruća voda tekla kroz stijene, toplina i pritisak uzrokovali su stapanje jednostavnih organskih spojeva u složenije kao što su aminokiseline, nukleotidi i šećeri. Bliže granici s oceanom, gdje voda nije bila toliko vruća, počeli su se povezivati ​​u lance - tvoreći ugljikohidrate, proteine ​​i nukleotide poput DNK. Zatim, kada se voda približila oceanu i još više ohladila, te su se molekule skupile u jednostavne stanice.

Bilo je zanimljivo, teorija je privukla pažnju ljudi. Ali Stanley Miller, o čijem smo eksperimentu govorili u prvom dijelu, nije vjerovao u to. Godine 1988. napisao je da su dubokomorski otvori prevrući.

Iako ekstremna vrućina može stvoriti kemikalije poput aminokiselina, Millerovi eksperimenti su pokazali da ih može i uništiti. Osnovni spojevi poput šećera "mogli bi preživjeti nekoliko sekundi, ne više." Štoviše, te jednostavne molekule vjerojatno ne bi mogle formirati lance, budući da bi ih okolna voda trenutno razbila.

U ovom se trenutku sukobu pridružio geolog Mike Russell. Vjerovao je da bi teorija o hidrotermalnim izvorima mogla biti sasvim točna. Štoviše, činilo mu se da bi ti izvori bili idealan dom za prethodnike Wachtershauserovog organizma. To ga je nadahnuće dovelo do stvaranja jedne od najšire prihvaćenih teorija o podrijetlu života.

Geolog Michael Russell

Russellova karijera uključivala je mnogo zanimljivih stvari - napravio je aspirin dok je tragao za vrijednim mineralima - au jednom izvanrednom incidentu iz 1960-ih koordinirao je odgovor na moguću vulkansku erupciju unatoč nedostatku pripreme. No više ga je zanimalo kako se Zemljina površina mijenjala kroz stoljeća. Ova geološka perspektiva omogućila je da njegove ideje o podrijetlu života poprime oblik.

U 1980-ima je otkrio fosilne dokaze manje nasilne vrste hidrotermalnog otvora u kojem temperature nisu prelazile 150 stupnjeva Celzijusa. Te su blage temperature, rekao je, možda omogućile životnim molekulama da žive dulje nego što je Miller mislio.

Štoviše, fosilni ostaci tih “hladnih” otvora sadržavali su nešto čudno: mineral pirit, sastavljen od željeza i sumpora, formiran u cijevima promjera 1 mm. Dok je radio u laboratoriju, Russell je otkrio da pirit također može formirati kuglaste kapljice. I sugerirao je da su prve složene organske molekule mogle nastati unutar ovih jednostavnih struktura pirita.

Željezni pirit

Otprilike u to vrijeme, Wachtershauser je počeo objavljivati ​​svoje ideje, koje su uključivale struju vruće, kemijski obogaćene vode koja teče kroz minerale. Čak je sugerirao da je pirit uključen u ovaj proces.

Russell je zbrojio dva i dva. Predložio je da hidrotermalni izvori u dubokom moru, dovoljno hladni da dopuste stvaranje piritnih struktura, kriju prethodnike Wachtershauserovih organizama. Ako je Russell bio u pravu, život je započeo na dnu mora – a metabolizam je bio na prvom mjestu.

Russell je sve skupio u radu objavljenom 1993., 40 godina nakon Millerova klasičnog eksperimenta. Nije izazvalo istu medijsku pomamu, ali je možda bilo važnije. Russell je spojio dvije naizgled odvojene ideje - Wachtershauserove metaboličke cikluse i Corlissove hidrotermalne otvore - u nešto doista uvjerljivo.

Russell je čak ponudio objašnjenje kako su prvi organizmi dobivali energiju. Odnosno, shvatio je kako bi njihov metabolizam mogao funkcionirati. Njegova se ideja temeljila na radu jednog od zaboravljenih genija moderne znanosti.

Peter Mitchell, nobelovac

Šezdesetih godina prošlog stoljeća biokemičar Peter Mitchell razbolio se i bio prisiljen dati otkaz na Sveučilištu u Edinburghu. Umjesto toga, osnovao je privatni laboratorij na udaljenom imanju u Cornwallu. Izoliran od znanstvene zajednice, financirao je svoj rad od stada mliječnih krava. Mnogi biokemičari, uključujući Leslieja Orgela, o čijem smo radu na RNK raspravljali u drugom dijelu, smatrali su Mitchellove ideje potpuno smiješnima.

Nekoliko desetljeća kasnije, Mitchella je čekala apsolutna pobjeda: u kemiji 1978. Nije se proslavio, ali njegove su ideje danas u svakom udžbeniku biologije. Mitchell je proveo svoju karijeru otkrivajući što organizmi rade s energijom koju dobivaju iz hrane. U biti, pitao se kako svi uspijevamo preživjeti svake sekunde.

Znao je da sve stanice pohranjuju svoju energiju u jednu molekulu: adenozin trifosfat (ATP). Na adenozin je vezan lanac od tri fosfata. Dodavanje trećeg fosfata zahtijeva puno energije, koja se zatim zaključava u ATP.

Kada stanica treba energiju - na primjer, kada se mišić kontrahira - ona razgrađuje treći fosfat u ATP. Ovo pretvara ATP u adenozid fosfat (ADP) i oslobađa pohranjenu energiju. Mitchell je uopće htio znati kako stanica stvara ATP. Kako pohranjuje dovoljno energije u ADP za vezanje trećeg fosfata?

Mitchell je znao da se enzim koji proizvodi ATP nalazi u membrani. Stoga je pretpostavio da stanica pumpa nabijene čestice (protone) kroz membranu, pa je mnogo protona na jednoj strani, ali ne i na drugoj.

Protoni zatim pokušavaju procuriti natrag kroz membranu kako bi uravnotežili broj protona sa svake strane - ali jedino mjesto kroz koje mogu proći je enzim. Protok tekućih protona tako je enzimu davao energiju potrebnu za stvaranje ATP-a.

Mitchell je prvi put iznio svoju ideju 1961. Proveo je sljedećih 15 godina braneći je sa svih strana dok dokazi nisu postali nepobitni. Sada znamo da sva živa bića na Zemlji koriste Mitchellov proces. To se upravo sada događa u vašim stanicama. Poput DNK, ona je u osnovi života kakvog poznajemo.

Russell je od Mitchella posudio ideju o protonskom gradijentu: prisutnost velikog broja protona s jedne strane membrane i nekoliko s druge strane. Sve stanice zahtijevaju protonski gradijent za pohranu energije.

Moderne stanice stvaraju gradijente pumpanjem protona kroz membrane, ali to zahtijeva složen molekularni mehanizam koji se jednostavno ne može pojaviti sam od sebe. Stoga je Russell napravio još jedan logičan korak: život se morao formirati negdje s prirodnim protonskim gradijentom.

Na primjer, negdje u blizini hidrotermalnih izvora. Ali to mora biti posebna vrsta izvora. Kad je Zemlja bila mlada, mora su bila kisela, a kisela voda ima puno protona. Da bi se stvorio protonski gradijent, izvorna voda mora imati malo protona: mora biti alkalna.

Corlissovi izvori nisu bili prikladni. Ne samo da su bili preljuti, nego su bili i kiseli. No 2000. godine Deborah Kelly sa Sveučilišta u Washingtonu otkrila je prve alkalne izvore.

Kelly je morala naporno raditi da bi postala znanstvenica. Otac joj je umro dok je završavala srednju školu, pa je bila prisiljena raditi kako bi ostala na fakultetu. No snašla se i za predmet interesa odabrala podvodne vulkane i užarene tople hidrotermalne izvore. Ovaj par ju je doveo u središte Atlantskog oceana. Na tom je mjestu zemljina kora napukla i hrbat planina izdigao se s morskog dna.

Na ovom grebenu Kelly je otkrila polje hidrotermalnih izvora koje je nazvala "Izgubljeni grad". Nisu bili poput onih koje je otkrio Corliss. Iz njih je istjecala voda temperature 40-75 Celzijevih stupnjeva i bila je blago alkalna. Karbonatni minerali iz ove vode skupljali su se u strme bijele "stupove dima" koji su se dizali s morskog dna poput orgulja. Izgledaju jezivo i sablasno, ali nisu: dom su mnogih mikroorganizama.

Ovi lužnati otvori savršeno se uklapaju u Russellove ideje. Čvrsto je vjerovao da se u takvim “izgubljenim gradovima” pojavljuje život. Ali postojao je jedan problem. Kao geolog nije dovoljno poznavao biološke stanice da bi uvjerljivo iznio svoju teoriju.

Stup dima iz "crne sobe za pušenje"

Tako se Russell udružio s biologom Williamom Martinom. Godine 2003. predstavili su poboljšanu verziju Russellovih ranijih ideja. I ovo je vjerojatno najbolja teorija o nastanku života u ovom trenutku.

Zahvaljujući Kelly, sada su znali da su stijene alkalnih izvora porozne: bile su prošarane sićušnim rupama ispunjenim vodom. Teoretizirali su da su ti maleni džepovi djelovali kao "kavezi". Svaki je džep sadržavao osnovne kemikalije, uključujući pirit. U kombinaciji s prirodnim protonskim gradijentom iz izvora, bili su idealno mjesto za pokretanje metabolizma.

Nakon što je život naučio iskoristiti energiju izvorske vode, kažu Russell i Martin, počeo je stvarati molekule poput RNK. Na kraju je sama sebi stvorila opnu i postala prava stanica, pobjegavši ​​iz porozne stijene u otvorenu vodu.

Takav se zaplet trenutno smatra jednom od vodećih hipoteza o podrijetlu života.

Stanice izlaze iz hidrotermalnog izvora

U srpnju 2016. dobio je poticaj kada je Martin objavio studiju rekonstruirajući neke od detalja "" (LUCA). Ovo je organizam koji je živio prije nekoliko milijardi godina i iz kojeg je nastao sav postojeći život.

Malo je vjerojatno da ćemo ikada pronaći izravne fosilne dokaze o postojanju ovog organizma, ali svejedno možemo obrazloženo nagađati o tome kako je izgledao i što je radio proučavajući mikroorganizme našeg vremena. Ovo je Martin učinio.

Ispitao je DNK 1930 modernih mikroorganizama i identificirao 355 gena koje su dijelili gotovo svi. Ovo snažno sugerira da se ovih 355 gena prenosilo, kroz generacije i generacije, od zajedničkog pretka - otprilike u vrijeme kada je živio posljednji univerzalni zajednički predak.

Ovih 355 gena uključuje neke za korištenje protonskog gradijenta, ali ne i za njegovo generiranje, kako predviđaju teorije Russella i Martina. Štoviše, čini se da je LUCA prilagođena prisutnosti kemikalija poput metana, što sugerira da je nastanjivala vulkanski aktivno okruženje, poput otvora.

Zagovornici hipoteze o svijetu RNK ukazuju na dva problema s ovom teorijom. Jedno se može popraviti; drugi može biti koban.

Hidrotermalni otvori

Prvi problem je taj što nema eksperimentalnih dokaza za procese koje su opisali Russell i Martin. Imaju povijest korak po korak, ali niti jedan od tih koraka nije promatran u laboratoriju.

“Ljudi koji vjeruju da je sve počelo s reprodukcijom neprestano pronalaze nove eksperimentalne podatke”, kaže Armen Mulkijanyan. "Ljudi koji su za metabolizam to ne rade."

Ali to se možda mijenja, zahvaljujući Martinovom kolegi Nicku Laneu sa Sveučilišta u Londonu. Izgradio je "reaktor porijekla života" koji simulira uvjete unutar alkalijskog izvora. Nada se da će vidjeti metaboličke cikluse i možda čak i molekule poput RNK. Ali još je rano.

Drugi problem je položaj izvora u dubokom moru. Kao što je Miller primijetio 1988., molekule dugog lanca poput RNK i proteina ne mogu nastati u vodi bez pomoćnih enzima.

Za mnoge znanstvenike ovo je fatalan argument. "Ako ste dobri u kemiji, nećete se prodati na ideju o izvorima dubokog mora jer znate da je kemija svih tih molekula nekompatibilna s vodom", kaže Mulkijanian.

Ipak, Russell i njegovi saveznici ostaju optimistični.

Tek je u posljednjem desetljeću u prvi plan došao treći pristup, potkrijepljen nizom neobičnih eksperimenata. Obećava nešto što niti svijet RNA niti hidrotermalni izvori nisu uspjeli postići: način da se stvori cijela stanica od nule. Više o tome u sljedećem dijelu.

Za one koje životinje ne zanimaju, već traže gdje jeftinije kupiti novogodišnji poklon, sigurno će dobro doći Groupon promotivni kod.

Neki organizmi, u usporedbi s drugima, imaju niz neporecivih prednosti, na primjer, sposobnost podnošenja ekstremno visokih ili niskih temperatura. Mnogo je takvih izdržljivih živih bića na svijetu. U članku u nastavku upoznat ćete se s najnevjerojatnijim od njih. Oni su, bez pretjerivanja, sposobni preživjeti čak iu ekstremnim uvjetima.

1. Himalajski pauci skakači

Poznato je da su barske guske među pticama koje najviše lete na svijetu. Sposobni su letjeti na visini većoj od 6 tisuća metara iznad zemlje.

Znate li gdje se nalazi najviše naseljeno područje na Zemlji? U Peruu. Ovo je grad La Rinconada, koji se nalazi u Andama blizu granice s Bolivijom na nadmorskoj visini od oko 5100 metara.

U međuvremenu, rekord za najviša živa bića na planeti Zemlji pripada himalajskim paucima skakačima Euophrys omnisuperstes ("koji stoje iznad svega"), koji žive u kutovima i pukotinama na padinama Mount Everesta. Penjači su ih pronašli čak i na visini od 6700 metara. Ovi sićušni pauci hrane se kukcima koje jaki vjetrovi nose na planinske vrhove. Oni su jedina živa bića koja trajno žive na tako velikoj visini, ne računajući, naravno, neke vrste ptica. Također je poznato da himalajski pauci skakači mogu preživjeti čak iu uvjetima nedostatka kisika.

2. Divovski klokan skakač

Kada nas pitaju da imenujemo životinju koja može preživjeti bez vode dulje vrijeme, prva stvar koja nam pada na pamet je deva. Međutim, u pustinji bez vode ne može preživjeti više od 15 dana. I ne, deve ne pohranjuju rezerve vode u svojim grbama, kao što mnogi ljudi pogrešno vjeruju. U međuvremenu, na Zemlji još uvijek postoje životinje koje žive u pustinji i mogu cijeli život živjeti bez ijedne kapi vode!

Divovski klokani rođaci su dabrova. Životni vijek im je od tri do pet godina. Divovski klokani skakači uz hranu dobivaju i vodu, a hrane se uglavnom sjemenkama.

Divovski klokani skakači, kako primjećuju znanstvenici, uopće se ne znoje, pa ne gube, već, naprotiv, nakupljaju vodu u tijelu. Možete ih pronaći u Dolini smrti (Kalifornija). Golemi klokani skakavci trenutno su ugroženi.

3. Crvi koji su otporni na visoke temperature

Budući da voda odvodi toplinu iz ljudskog tijela oko 25 puta učinkovitije od zraka, temperatura od 50 Celzijevih stupnjeva u morskim dubinama bit će mnogo opasnija nego na kopnu. Zato pod vodom bujaju bakterije, a ne višestanični organizmi koji ne podnose previsoke temperature. Ali postoje iznimke...

Morski dubokomorski prstenasti Paralvinella sulfincola, koji žive u blizini hidrotermalnih izvora na dnu Tihog oceana, možda su živa bića na planeti koja najviše vole toplinu. Rezultati eksperimenta koji su proveli znanstvenici s zagrijavanjem akvarija pokazali su da se ovi crvi radije nasele tamo gdje temperatura doseže 45-55 stupnjeva Celzijusa.

4. Grenlandski morski pas

Grenlandski morski psi su među najvećim živim bićima na planeti Zemlji, ali znanstvenici o njima ne znaju gotovo ništa. Plivaju vrlo sporo, ravnopravno s običnim plivačem amaterom. Međutim, gotovo je nemoguće vidjeti grenlandske morske pse u oceanskim vodama, jer obično žive na dubini od 1200 metara.

Grenlandski morski psi također se smatraju najhladnijim stvorenjima na svijetu. Radije žive na mjestima gdje temperatura doseže 1-12 stupnjeva Celzijusa.

Grenlandski morski psi žive u hladnim vodama, što znači da moraju štedjeti energiju; to objašnjava činjenicu da plivaju vrlo sporo - brzinom ne većom od dva kilometra na sat. Grenlandske morske pse nazivaju i "morski psi spavači". Nisu izbirljivi u hrani: jedu sve što ulove.

Prema nekim znanstvenicima, očekivani životni vijek grenlandskih morskih pasa može doseći 200 godina, ali to još nije dokazano.

5. Đavolji crvi

Znanstvenici su nekoliko desetljeća mislili da samo jednostanični organizmi mogu preživjeti na vrlo velikim dubinama. Vjerovalo se da višestanični oblici života tamo ne mogu živjeti zbog nedostatka kisika, pritiska i visokih temperatura. Međutim, nedavno su istraživači otkrili mikroskopske crve na dubini od nekoliko tisuća metara od površine zemlje.

Nematode Halicephalobus mephisto, nazvane po demonu iz njemačkog folklora, otkrili su Gaetan Borgoni i Tallis Onstott 2011. godine u uzorcima vode uzetim na dubini od 3,5 kilometara u pećini u Južnoj Africi. Znanstvenici su otkrili da pokazuju visoku otpornost na razne ekstremne uvjete, poput onih valjkastih crva koji su preživjeli katastrofu svemirskog broda Columbia koja se dogodila 1. veljače 2003. godine. Otkriće vražjih crva moglo bi pomoći u proširenju potrage za životom na Marsu i bilo kojem drugom planetu u našoj galaksiji.

6. Žabe

Znanstvenici su primijetili da se neke vrste žaba doslovno smrzavaju s početkom zime i, otapajući se u proljeće, vraćaju se punom životu. U Sjevernoj Americi postoji pet vrsta takvih žaba, a najčešća je Rana sylvatica ili šumska žaba.

Drvene žabe ne znaju kako se zakopati u zemlju, pa se s početkom hladnog vremena jednostavno sakriju ispod otpalog lišća i smrznu se, kao i sve oko njih. Unutar tijela aktivira se njihov prirodni obrambeni mehanizam “antifriz” i oni poput računala prelaze u “sleep mode”. Zalihe glukoze u jetri uvelike im omogućuju da prežive zimu. Ali najnevjerojatnije je to što šumske žabe pokazuju svoje nevjerojatne sposobnosti kako u divljini tako iu laboratorijskim uvjetima.

7. Bakterije dubokog mora

Svi znamo da je najdublja točka Svjetskog oceana Marijanska brazda, koja se nalazi na dubini većoj od 11 tisuća metara. Na njegovom dnu tlak vode doseže 108,6 MPa, što je otprilike 1072 puta više od normalnog atmosferskog tlaka na razini Svjetskog oceana. Prije nekoliko godina znanstvenici su pomoću kamera visoke rezolucije smještenih u staklene kugle otkrili divovske amebe u Marijanskoj brazdi. Prema riječima Jamesa Camerona, koji je vodio ekspediciju, tu cvjetaju i drugi oblici života.

Proučavajući uzorke vode s dna Marijanske brazde, znanstvenici su u njoj otkrili ogroman broj bakterija koje su se, začudo, aktivno razmnožavale, unatoč velikoj dubini i ekstremnom pritisku.

8. Bdelloidea

Rotiferi Bdelloidea su mali beskralježnjaci koji se obično nalaze u slatkoj vodi.

Predstavnici rotifera Bdelloidea nemaju mužjake, populacije su zastupljene samo partenogenetskim ženkama. Bdelloidea se razmnožava aseksualno, za što znanstvenici vjeruju da negativno utječe na njihovu DNK. Koji je najbolji način za prevladavanje ovih štetnih učinaka? Odgovor: jesti DNK drugih oblika života. Zahvaljujući ovom pristupu, Bdelloidea je razvila nevjerojatnu sposobnost da izdrži ekstremnu dehidraciju. Štoviše, mogu preživjeti čak i nakon što prime dozu zračenja koja je smrtonosna za većinu živih organizama.

Znanstvenici vjeruju da im je sposobnost Bdelloidea da popravljaju DNK izvorno dana da prežive na visokim temperaturama.

9. Žohari

Postoji popularan mit da će nakon nuklearnog rata na Zemlji ostati živi samo žohari. Ovi insekti mogu tjednima izdržati bez hrane i vode, ali još nevjerojatnija je činjenica da mogu živjeti mnogo dana nakon što izgube glavu. Žohari su se na Zemlji pojavili prije 300 milijuna godina, čak i prije dinosaura.

Voditelji emisije "Razbijanje mitova" u jednom od programa odlučili su testirati žohare na preživljavanje tijekom nekoliko eksperimenata. Prvo su izložili određeni broj insekata zračenju od 1000 rada, dozi koja može ubiti zdravu osobu u nekoliko minuta. Gotovo polovica ih je uspjela preživjeti. Nakon što su Razotkrivači mitova povećali snagu zračenja na 10 tisuća rada (kao tijekom atomskog bombardiranja Hirošime). Ovaj put preživjelo je samo 10 posto žohara. Kada je snaga zračenja dosegla 100 tisuća rada, nažalost, niti jedan žohar nije uspio preživjeti.

10. Tardigrade

Mikroskopski vodeni beskralješnjaci, tardigradi, možda su najteža živa bića na planeti Zemlji. Ova, donekle, slatka stvorenja mogu preživjeti sve: hladnoću, vrućinu, visoki tlak, pa čak i snažno zračenje. Tardigrade su u stanju preživjeti u ekstremnim uvjetima tako da uđu u stanje dehidracije koje može trajati desetljećima! Vraćaju se u puni život odmah nakon što se nađu u vodi.

Materijal pripremila Rosemarina

p.s. Moje ime je Alexander. Ovo je moj osobni, samostalni projekt. Jako mi je drago ako vam se članak svidio. Želite li pomoći stranici? U donjem oglasu samo pogledajte ono što ste nedavno tražili.

Copyright site © - Ova vijest pripada web mjestu, te je intelektualno vlasništvo bloga, zaštićena je zakonom o autorskim pravima i ne može se koristiti bilo gdje bez aktivne poveznice na izvor. Čitaj više - "o autorstvu"

Je li ovo ono što ste tražili? Možda je ovo nešto što tako dugo niste mogli pronaći?