지구 생명체의 기원: 가설, 이론, 기본 개념

과학 저널은 일반적인 관심을 끌지만 명확한 해결책이 없는 문제에 관한 기사를 출판하지 않으려고 노력하는 것으로 알려져 있습니다. 심각한 물리학 출판물은 영구 운동 기계 프로젝트를 출판하지 않을 것입니다. 이 주제는 지구 생명체의 기원이 되었습니다. 살아있는 자연의 출현, 인간의 출현에 대한 질문은 수천 년 동안 생각하는 사람들을 걱정해 왔으며 만물의 신성한 기원을 지지하는 창조론자들만이 스스로에 대한 명확한 답을 찾았지만 이 이론은 그렇지 않습니다. 검증 대상이 아닌 과학적.

고대인들의 견해

고대 중국과 고대 인도 사본은 물과 썩어가는 유적에서 생물의 출현에 대해 말하고 큰 강의 진흙 투성이 퇴적물에서 수륙 양용 생물의 탄생은 고대 이집트 상형 문자와 고대 바빌론의 설형 문자로 기록됩니다. 자연 발생을 통한 지구 생명의 기원에 대한 가설은 먼 과거의 현자들에게 분명했습니다.

고대 철학자들은 또한 무생물로부터 동물의 출현에 대한 예를 제시했지만, 그들의 이론적 토대는 물질주의적이고 이상주의적인 성격을 띠고 있었습니다. Democritus (460-370 BC)는 가장 작고 영원하며 나눌 수없는 입자 인 원자의 특별한 상호 작용에서 생명의 출현 이유를 발견했습니다. 플라톤(428-347 BC.)과 아리스토텔레스(384-322 BC.

생물의 출현에 기여하는 일종의 "생명력"의 존재에 대한 아이디어는 매우 끈질긴 것으로 판명되었습니다. 그녀는 중세 이후, 19세기 말까지 살았던 많은 과학자들 사이에서 지구 생명체의 기원에 대한 견해를 형성했습니다.

자연발생설

Anthony van Leeuwenhoek(1632-1723)는 현미경의 발명과 함께 자신이 발견한 가장 작은 미생물을 지구 생명체의 기원에 대한 두 가지 주요 이론인 생물 발생과 생물 발생을 공유하는 과학자들 사이에서 논쟁의 주요 주제로 삼았습니다. 전자는 모든 생명체가 생명체의 산물일 수 있다고 믿었고, 후자는 특별한 조건에 놓인 용액에서 유기물의 자발적 생성이 가능하다고 믿었다. 이 논쟁의 본질은 지금까지 변하지 않았습니다.

일부 자연 주의자의 실험은 가장 단순한 미생물의 자발적인 출현 가능성을 입증했으며 생물 발생의 지지자는 그러한 가능성을 완전히 거부했습니다. 루이 파스퇴르(1822-1895)는 엄격한 과학적 방법과 높은 정확도의 실험을 통해 공기를 통해 전달되어 살아있는 박테리아를 발생시키는 신화적인 생명력이 없다는 것을 증명했습니다. 그러나 그는 자신의 작품에서 미래 세대의 과학자들이 찾아야 할 몇 가지 특별한 조건에서 자연 발생 가능성을 인정했습니다.

진화론

위대한 찰스 다윈(Charles Darwin, 1809-1882)의 연구는 많은 자연과학의 기초를 흔들었습니다. 그에 의해 선언된 하나의 공통 조상에서 매우 다양한 생물학적 종의 출현은 다시 한 번 지구 생명의 기원을 과학의 가장 중요한 문제로 만들었습니다. 자연선택 이론은 초기에 그 지지자를 찾기가 어려웠고 지금은 비판적 공격을 받고 있어 상당히 합리적으로 보이지만 현대 자연과학의 근간을 이루는 것은 다윈주의이다.

다윈 이후 생물학은 이전 입장에서 지구 생명체의 기원을 고려할 수 없었습니다. 생물학의 여러 분야의 과학자들은 유기체 발달의 진화적 경로의 진실을 확신했습니다. 다윈이 생명나무의 기초에 세운 공통 조상에 대한 현대적 견해가 여러 면에서 바뀌었지만 일반적인 개념의 진실은 흔들리지 않습니다.

정지 상태 이론

박테리아 및 기타 미생물의 자발적인 자연 발생에 대한 실험실 논박, 세포의 복잡한 생화학 적 구조에 대한 인식, 다윈주의의 아이디어는 생명 기원 이론의 대안 버전 출현에 특별한 영향을 미쳤습니다. 지구에. 1880년에 새로운 판결 중 하나가 William Preyer(1841-1897)에 의해 제안되었습니다. 그는 우리 행성에서 생명의 탄생에 대해 이야기할 필요가 없다고 믿었습니다. 왜냐하면 그것은 영원히 존재하고 시작이 없었기 때문입니다. 그것은 변하지 않으며 어떤 적절한 조건에서도 끊임없이 다시 태어날 준비가 되어 있습니다.

프레이어와 그의 추종자들의 아이디어는 순전히 역사적이고 철학적인 관심일 뿐입니다. 왜냐하면 후기의 천문학자들과 물리학자들은 행성계의 최종 존재 조건을 계산하고 우주의 일정하지만 꾸준한 팽창을 기록했기 때문입니다. 일정한.

세계를 하나의 지구 생명체로 보고자 하는 열망은 지구 생명체의 기원에 대한 자신의 생각을 가진 러시아의 위대한 과학자이자 철학자인 Vladimir Ivanovich Vernadsky(1863-1945)의 견해를 반영했습니다. 그것은 우주, 공간의 불가분의 특성으로서 생명에 대한 이해에 기초했습니다. Vernadsky에 따르면, 과학이 유기물의 흔적을 포함하지 않는 층을 찾을 수 없다는 사실은 생명의 지질학적 영원성을 말해줍니다. 젊은 행성에 생명이 나타난 방식 중 하나인 Vernadsky는 혜성, 소행성 및 운석과 같은 우주 물체와의 접촉을 호출했습니다. 여기에서 그의 이론은 판스페미아 방법으로 지구 생명체의 기원을 설명하는 다른 버전과 병합되었습니다.

삶의 요람은 공간이다

Panspermia(그리스어 - "씨앗 혼합물", "씨앗은 어디에나 있다")는 생명을 물질의 근본적인 속성으로 간주하고 그 기원의 방식을 설명하지 않지만 조건에 따라 천체에 떨어지는 생명의 배아의 근원을 우주라고 부릅니다. 그들의 "발아"에 적합합니다.

panspermia의 기본 개념에 대한 첫 번째 언급은 고대 그리스 철학자 Anaxagoras(500-428 BC)의 글에서 찾을 수 있으며, 18세기에 프랑스 외교관이자 지질학자인 Benoit de Maye(1656-1738)가 이에 대해 말했습니다. . 이러한 아이디어는 Svante August Arrhenius(1859-1927), Lord Kelvin William Thomson(1824-1907), Hermann von Helmholtz(1821-1894)에 의해 부활되었습니다.

우주 방사선의 생명체에 대한 잔혹한 영향과 행성간 공간의 온도 조건에 대한 연구는 지구상의 생명체의 기원에 대한 그러한 가설을 그다지 적절하지 않게 만들었지만 우주 시대가 시작되면서 팬스페미아에 대한 관심이 높아졌습니다.

1973년 노벨상 수상자 Francis Crick(1916-2004)은 분자 생명체의 외계 생성과 운석과 혜성으로 지구를 치는 아이디어를 표현했습니다. 동시에, 우리 행성의 생물 발생 가능성은 매우 낮은 것으로 평가되었습니다. 저명한 과학자는 높은 수준의 유기 물질의 자기 조립 방법에 의한 지구 생명체의 기원과 발전을 현실로 생각하지 않았습니다.

화석화된 생물학적 구조는 행성 전역의 운석에서 발견되었으며, 달과 화성에서 가져온 토양 샘플에서도 유사한 흔적이 발견되었습니다. 한편, 생체구조가 우주에 있을 때와 지구와 유사한 대기를 통과할 때 발생할 수 있는 영향에 의한 생체구조의 가공에 대한 수많은 실험이 진행되고 있다.

2006년 Deep Impact 임무의 일환으로 중요한 실험이 수행되었습니다. Tempel의 혜성은 자동 차량이 발사한 특수 충격 탐사선에 의해 충돌했습니다. 충격의 결과로 방출된 혜성 물질을 분석한 결과, 그 안에 물과 다양한 유기 화합물이 존재하는 것으로 나타났습니다.

결론: 범정자 이론은 처음 시작된 이후로 크게 변화했습니다. 현대 과학은 우주 물체에 의해 우리의 젊은 행성에 전달될 수 있는 생명의 기본 요소를 다른 방식으로 해석합니다. 연구와 실험은 행성 간 여행 조건에서 살아있는 세포의 생존 가능성을 증명합니다. 이 모든 것이 지구 생명체의 외계 기원에 대한 생각을 의미 있게 만듭니다. 지구 생명체의 기원에 대한 주요 개념은 판스페미아가 주요 부분으로 포함되거나 생명체를 만들기 위해 지구에 구성 요소를 전달하는 방식으로 포함된다는 이론입니다.

Oparin-Haldane 생화학적 진화 이론

무기 물질로부터 살아있는 유기체가 자발적으로 생성된다는 아이디어는 항상 창조론에 대한 거의 유일한 대안으로 남아 있었고, 1924년에는 70페이지 분량의 논문이 출판되어 이 아이디어에 잘 발달되고 근거가 있는 이론의 힘을 부여했습니다. 이 작업은 "생명의 기원"이라고 불렸으며 저자는 러시아 과학자 인 Alexander Ivanovich Oparin (1894-1980)이었습니다. 1929년, 오파린의 작품이 아직 영어로 번역되지 않았을 때, 영국의 생물학자 존 홀데인(John Haldane, 1860-1936)은 지구 생명체의 기원에 대한 비슷한 개념을 표현했습니다.

오파린은 젊은 행성 지구의 원시 대기가 환원성(즉, 무산소)인 경우 강력한 에너지 폭발(예: 번개 또는 자외선)이 무기 물질로부터 유기 화합물의 합성을 촉진할 수 있다고 이론화했습니다. 미래에 이러한 분자는 응괴와 클러스터를 형성할 수 있습니다. 코아세르베이트 방울은 원시 유기체이며 주변에 물 재킷이 형성됩니다. 껍질 막의 기초, 성층이 발생하여 전하의 차이를 발생시켜 움직임이 신진 대사의 시작, 신진 대사의 기초 등. Coacervates는 첫 번째 생명체의 생성으로 이어지는 진화 과정의 시작에 대한 기초로 간주되었습니다.

Haldane은 "원시 수프"의 개념을 도입했습니다. 최초의 지상 바다는 거대한 화학 실험실이 되어 강력한 동력원인 햇빛과 연결되었습니다. 이산화탄소, 암모니아 및 자외선의 조합으로 인해 유기 단량체 및 중합체가 집중적으로 생성되었습니다. 결과적으로, 그러한 형성은 그들 주위에 지질막의 출현과 결합되었고, 그 발달은 살아있는 세포의 형성으로 이어졌습니다.

지구 생명체 기원의 주요 단계(Oparin-Haldane에 따름)

한 묶음의 에너지로부터 우주가 출현했다는 이론에 따르면, 빅뱅은 약 140억 년 전에 발생했고, 약 46억 년 전에 태양계 행성의 생성이 완료되었습니다.

점차 냉각되는 젊은 지구는 대기가 형성되는 단단한 껍질을 얻었습니다. 1차 대기에는 수증기와 가스가 포함되어 있었는데, 이는 나중에 일산화탄소와 이산화 탄소, 황화수소, 메탄, 암모니아, 시안화물 화합물과 같은 유기 합성의 원료로 사용되었습니다.

얼어붙은 물을 포함하는 우주 물체의 충돌과 대기 중의 수증기의 응결로 인해 다양한 화합물이 용해된 세계 해양이 형성되었습니다. 강력한 뇌우가 대기의 형성을 동반하여 강한 자외선이 침투했습니다. 이러한 조건에서 아미노산, 설탕 및 기타 단순 유기물의 합성이 이루어졌습니다.

지구 존재의 첫 10억 년이 끝날 무렵, 가장 단순한 단량체가 단백질(폴리펩타이드)과 핵산(폴리뉴클레오타이드)으로 물에서 중합되는 과정이 시작되었습니다. 그들은 prebiological 화합물 - coacervates (핵, 신진 대사 및 막의 기초 포함)를 형성하기 시작했습니다.

기원전 35억-30억 년 - 자가 재생산, 조절된 신진대사, 가변 투과성을 갖는 막이 있는 프로토바이오틱스 형성 단계.

기원전 30억년 이자형. - 세포 유기체, 핵산, 1차 박테리아의 출현, 생물학적 진화의 시작.

Oparin-Haldane 가설에 대한 실험적 증거

많은 과학자들은 처음부터 Oparin-Haldane 이론에서 병목 현상과 모호성을 발견했지만 생물 발생에 기초하여 지구상의 생명 기원에 대한 기본 개념을 긍정적으로 평가했습니다. 여러 국가에서 가설에 대한 테스트 연구를 수행하는 작업이 시작되었으며, 그 중 가장 유명한 것은 미국 과학자 Stanley Miller(1930-2007)와 Harold Urey(1893-1981)가 1953년에 수행한 고전적인 실험입니다.

실험의 핵심은 가장 단순한 유기 화합물의 합성이 일어날 수 있었던 초기 지구의 조건을 실험실에서 시뮬레이션하는 것이었습니다. 기본 지구의 대기와 조성이 유사한 장치에서 순환하는 가스 혼합물. 장치의 디자인은 화산 활동을 모방했으며 혼합물을 통과하는 전기 방전은 번개 효과를 만들었습니다.

시스템을 통해 혼합물을 순환시킨 지 일주일 후, 탄소의 10분의 1이 유기 화합물로 전환되는 것이 관찰되었으며, 아미노산, 당, 지질 및 아미노산 이전의 화합물이 발견되었습니다. 반복되고 수정된 실험은 초기 지구의 시뮬레이션된 조건에서 생물 발생의 가능성을 완전히 확인했습니다. 그 후 몇 년 동안 다른 실험실에서 반복 실험이 수행되었습니다. 황화수소는 화산 배출의 가능한 구성 요소로 가스 혼합물의 구성에 추가되었으며 기타 비 기본적 변화가 도입되었습니다. 대부분의 경우 유기 화합물을 합성하는 경험은 성공적이었지만 더 나아가 더 복잡한 요소를 얻으려는 시도는 구성 면에서 살아있는 세포에 접근했지만 성공을 거두지 못했습니다.

RNA의 세계

20세기 말까지 지구 생명의 기원 문제에 관심을 멈추지 않았던 많은 과학자들은 이론적 구성과 명확한 실험적 확인의 모든 조화와 함께 Oparin-Haldane 이론이 명백한, 아마도 극복할 수 없는 결함. 주된 것은 유전 적 특성을 보존하면서 번식하기 위해 살아있는 유기체에 결정적인 특성의 원시 생물의 모습을 설명하는 것이 불가능하다는 것입니다. 유전 세포 구조의 발견, DNA의 기능 및 구조 결정, 미생물학의 발달과 함께 원시 생명체 분자의 역할에 대한 새로운 후보가 나타났습니다.

그것은 리보핵산-RNA의 분자였습니다. 모든 살아있는 세포의 일부인이 거대 분자는 뉴클레오티드 사슬입니다. 질소 원자, 단당류 - 리보오스 및 인산염 그룹으로 구성된 가장 단순한 유기 단위입니다. 유전 정보의 암호는 뉴클레오티드의 서열이며, 예를 들어 바이러스에서 RNA는 복잡한 세포 구조에서 DNA가 하는 역할을 합니다.

또한 과학자들은 일부 RNA 분자가 다른 사슬을 끊거나 개별 RNA 요소를 결합하는 독특한 능력을 발견했으며 일부는 자가 촉매의 역할을 합니다. 즉, 빠른 자가 복제를 촉진합니다. RNA 거대분자의 상대적으로 작은 크기와 그것의 단순화된 구조는 DNA와 비교하여 (한 가닥에서) 리보핵산을 예비생물학적 시스템의 주요 요소 역할에 대한 주요 후보로 만들었습니다.

마지막으로, 지구상의 생명체의 기원에 대한 새로운 이론은 미국의 물리학자이자 미생물학자이자 생화학자인 Walter Gilbert(1932년 출생)에 의해 1986년에 공식화되었습니다. 모든 전문가가 지구 생명의 기원에 대한 이러한 견해에 동의한 것은 아닙니다. 간단히 "RNA 세계"라고 명명된 우리 행성의 선생물학적 세계의 구조 이론은 원하는 특성을 가진 최초의 RNA 분자가 어떻게 나타났는지에 대한 간단한 질문에 대답할 수 없습니다. 뉴클레오타이드 등의 형태

PAH 월드

2004년 5월 Simon Nicholas Platts가 답을 찾았고 2006년 Pascal Ehrenfreund가 이끄는 과학자 그룹이 답을 찾았습니다. 다방향족 탄화수소는 촉매 특성을 갖는 RNA의 출발 물질로 제안되었습니다.

PAHs의 세계는 가시 공간에서 이러한 화합물의 높은 보급률(아마도 젊은 지구의 "원시 수프"에 존재했을 것입니다)과 질소 염기와의 빠른 연결을 용이하게 하는 고리형 구조의 특성에 기반을 두고 있습니다. RNA의 핵심 성분. PAH 이론은 다시 한번 범자(panspermia)의 일부 조항의 화제성에 대해 이야기합니다.

독특한 행성에서의 독특한 삶

과학자들이 30억 년 전으로 돌아갈 기회가 있을 때까지 우리 행성의 생명 기원에 대한 신비는 밝혀지지 않을 것입니다. 이것이 이 문제를 다룬 많은 사람들이 내리는 결론입니다. 지구 생명체의 기원에 대한 주요 개념은 다음과 같습니다. 그들은 여러 가지 방법으로 교차 할 수 있지만 대부분 대답하지 못할 것입니다. 지구와 위성의 놀랍도록 정확하게 균형 잡힌 시스템-달이 광대 한 공간에 나타난 방법, 생명이 태어난 방법 ...