We are searching data for your request:
Upon completion, a link will appear to access the found materials.
Ny forskning, presentert på en stor vitenskapelig konferanse, støtter oppfatningen at forholdene på Mars var gunstigere for å starte livets byggesteiner enn jorden, noe som tyder på at livet startet på Mars og kom til jorden på en meteoritt.
Detaljer om teorien ble skissert av professor Steven Benner på Goldschmidt -møtet i Firenze, Italia. Bevisene er basert på hvordan de første molekylene som er nødvendige for livet ble samlet. Forskere har lenge lurt på hvordan atomer først kom sammen for å utgjøre de tre avgjørende molekylære komponentene i levende organismer: RNA, DNA og proteiner.
Molekylene som kombineres for å danne genetisk materiale er langt mer komplekse enn den opprinnelige suppen av karbonbaserte kjemikalier som antas å ha eksistert på jorden for mer enn tre milliarder år siden, og RNA antas å ha vært det første av dem som dukket opp.
Mineralene som er mest effektive for å danne RNA, bor og molybden, ville ikke ha eksistert i tilstrekkelig form eller mengde på den tidlige jorden, men ville ha vært mer rikelig på Mars, ifølge professor Benner. Dette kan tyde på at livet begynte på den røde planeten før den ble transportert til jorden på meteoritter.
"Denne formen for molybden kunne ikke vært tilgjengelig på jorden da livet først begynte, for for tre milliarder år siden hadde overflaten på jorden svært lite oksygen, men Mars gjorde det," sa professor Benner. "Det er enda et stykke bevis som gjør det mer sannsynlig at livet kom til jorden på en Mars -meteoritt, i stedet for å begynne på denne planeten. "
Meteoritter fra Mars har ankommet til jorden gjennom planetens historie, så Benners teori er absolutt ikke usannsynlig.
"Det ser ut til at bevisene bygger på at vi faktisk alle er martianere; at livet begynte på Mars og kom til jorden på en stein," kommenterte han.
Jakten på utenomjordisk liv: En kort historie
Hvis (eller, som noen vil si, _ når_) mennesker tar kontakt med fremmed intelligens, vil forskerne som bruker karrieren til søket være vårt første kontaktpunkt. Her ser vi på historien til en av menneskehetens mest vedvarende fascinasjoner
Så lenge mennesker har sett til nattehimmelen for guddommelig mening og et sted i universet, har vi latt tankene vandre til tanker om fjerne verdener befolket av vesener ulikt oss selv. De gamle grekerne var de første vestlige tenkerne som formelt vurderte muligheten for et uendelig univers som huser et uendelig antall sivilisasjoner. Mye senere, på 1500 -tallet, åpnet den kopernikanske modellen av et heliosentrisk solsystem døren til alle slags utenomjordiske tanker (når jorden ikke lenger var i sentrum for skapelsen og bare var ett legeme i en enorm sky av himmelobjekter, hvem skulle si at Gud ikke hadde satt andre livsopprettholdende verdener i gang?) Selv om tankegangen aldri passet godt i kirken, holdt spekulasjoner om fremmede liv tritt med vitenskapelig undersøkelse opp gjennom opplysningstiden og videre inn i det tjuende århundre.
Men det var ikke før slutten av 1950 -årene at noen foreslo en troverdig måte å lete etter disse fjerne, hypotetiske naboene. Romalderen hadde gått opp, og vitenskapen var engstelig for å vite hva som ventet utenfor grensene for vår tynne, isolerende atmosfære. Russerne hadde i 1957 og 1958 lansert de tre første Sputnik satellitter inn i jordens bane USA var klar til å lansere den vellykkede i 1960 Pioneer 5 interplanetarisk sonde ut mot Venus. Vi forberedte maskiner på å reise lenger enn de fleste av oss kunne forestille oss, men i sammenheng med de store verdensrommene, ville vi ikke komme nærmere ukjente planetsystemer enn om vi aldri ville forlate jorden i det hele tatt.
Vår eneste strategi var å håpe at intelligent liv hadde slått rot andre steder og utviklet seg langt utover våre teknologiske evner - til det punktet de kunne ringe oss over de tomme slettene. Utfordringen vår var å finne ut hvilken telefon som kan ringe og hvordan du skal plukke den opp. Og så var det i midten av september 1959 at to unge fysikere ved Cornell University forfattet en artikkel på to sider i Natur magasinet med tittelen “Søk etter interstellar kommunikasjon. ” Med det ble det moderne søket etter utenomjordisk liv født, og livet på jorden ville aldri igjen være det samme.
_Lansere galleriet for å se hvordan søket begynte og hvor det tar oss videre._
SETIs fødsel
Giuseppe Cocconi og Philip Morrison - to fysikere ved Cornell - begynte sin artikkel fra 1959 i Natur magasin helt ærlig: vi kan ikke pålitelig estimere sannsynligheten for intelligent liv ute i universet, men vi kan ikke avvise muligheten for det heller. Vi utviklet oss og vi er intelligente, så det ville ikke være grunn til at fremmede sivilisasjoner kan oppstå på planeter rundt andre sollignende stjerner? Etter all sannsynlighet ville noen av disse sivilisasjonene være eldre og mer avanserte enn vår og ville gjenkjenne Solen vår som en stjerne som kunne være vert for livet, som de ville ha kontakt med. Det sentrale spørsmålet i avisen var da: hvordan ville vesener sende ut budskapet sitt? Elektromagnetiske bølger var det mest logiske valget. De reiser med lysets hastighet og ville ikke spre seg over de enorme avstandene mellom stjernene. Men med hvilken frekvens? Det elektromagnetiske spekteret er altfor bredt til å skanne i sin helhet, så de gjorde en antagelse som har vært sentral for SETI -forskning siden. De ville høre på 1420 MHz, som er utslippsfrekvensen for hydrogen, det mest utbredte elementet i universet. De mente at det var den åpenbare astronomiske fellesskapet vi ville dele med en ukjent sivilisasjon, og at de også ville gjenkjenne det.Drake -ligningen
Bare noen få år senere, i 1961, fikk de uklare antagelsene Cocconi og Morrison nevnte i artikkelen en god matematisk ligning. Frank Drake [med ligning, til venstre], sammen med en håndfull andre astronomer og forskere (inkludert Carl Sagan) møttes i Green Bank, West Virginia for å finne ut formelen og variablene som er nødvendige for å gjette seg til hvor mange intelligente sivilisasjoner som er bor kanskje i galaksen vår. Som det viser seg, gir tildeling av tall til uklare forutsetninger deg et svar med nok avvik til at du lurer på om du virkelig avklarte disse forutsetningene i utgangspunktet. Gruppen kom med et område fra mindre enn tusen til nesten en milliard. Du tror kanskje at formelen ville blitt forbedret gjennom årene, men det er ikke tilfelle. Det har holdt seg overraskende bra (skjønt, for en så tåkete ligning “hold up ” er en relativ frase). Data samlet inn siden 1960-tallet, som kan brukes til å støtte de opprinnelige estimatene av målbare mengder som hvor ofte sollignende stjerner dannes og hvor mange av disse stjernene har planeter, har vist at estimatene har vært relativt nøyaktige. Resten av variablene vil aldri bli kvantifisert, for eksempel hvilken brøkdel av livet som utvikler seg til å bli intelligent og hva gjennomsnittlig levetid for en intelligent sivilisasjon er. Likningen har likevel tjent som et fokuspunkt for SETI -undersøkelser gjennom årene og er fortsatt et verdifullt rammeverk, men kontroversielt.Astrobiologi
Når vi ikke leter etter fyrtårn fra intelligente livsformer i dype rom, vender studiene våre innen det utenomjordiske livet innover. Hvordan oppsto livet på jorden? Hvordan oppsto intelligent liv på jorden? Dette er to av de sentrale spørsmålene i hjertet av det tverrfaglige feltet kjent som astrobiologi. Selv om mye av arbeidet til astrobiologer kan være spekulativt - ekstrapolere det som kan være andre steder fra det vi vet er på jorden - må spekulasjonen først komme fra solid forskning på det vi ser rundt oss. Fra det vi vet om livet, antok det generelt at utenomjordiske vil være karbonbaserte, trenger tilstedeværelse av flytende vann og vil eksistere på en planet rundt en sollignende stjerne. Astrobiologer bruker disse retningslinjene som utgangspunkt for å se utover. Selvfølgelig inkluderer disiplinen også tradisjonell astronomi og geologi. Dette er nødvendige felt for å forstå hvor vi skal lete etter liv utenfor Jorden og hvilke egenskaper vi bør søke når vi studerer stjerner og planetene deres. Mens astrobiologer ser dypt inn i rommet etter bevis på alle disse tingene, er det største studieobjektet for øyeblikket midt i vår bokstavelige bakgård: Mars.Liv på Mars
Vi kan trygt anta at vi ikke vil finne noen grønne menn på Mars. Sannsynligvis også at vi ikke kommer til å støte på noen grå humanoide vesener med mandelformede, svarte onyx øyne og langstrakte hodeskaller. Men sjansene er gode for at vi kan finne fremmed liv i form av bakterier eller ekstremofiler, som er bakterielignende organismer som kan leve i tilsynelatende ugjestmilde miljøer. Vi har sendt en rekke sonder, landere og bane til Mars, fra Mariner 4 i 1965 til Phoenix -oppdraget, som landet i planetens polarregion i mai i fjor og fortsetter å sende tilbake en enorm mengde data. Det vi først og fremst leter etter er vann, enten det er flytende eller is, en av de tre nøklene til utenomjordisk liv. Jeg tror det sannsynligvis er det beste alternativet for livet i nærheten, sier Dr. Seth Shostak, senior astronom ved SETI Institute. Du kan hevde at noen av de joviske måner - Europa, Ganymede, Callisto - eller Titan og Enceladus, disse Saturnmånene, kan ha liv. Selv Venus kan ha liv i den øvre atmosfæren. Alle disse er mulige fordi alle disse er verdener som kan ha flytende vann. Mars du kan se ting på bakken, du kan grave rundt i skitten, så vi har mange mennesker som bekymrer seg for Mars. De leter etter liv, og vi håper det er et av de riktige stedene. Selv uten å besøke den røde planeten, har forskere kikket over meteoritter fra Mars og sporet fine linjer i steinene de har teoretisert ble etterlatt av bakterie. Stiene inneholder imidlertid ikke DNA, så teorien forblir uprøvd.Prosjekt Cyclops
Cocconi og Morrison's artikkel fra 1959 om et systematisk søk etter intelligent liv tok over et tiår å filtrere gjennom de forskjellige arteriene i de voksende leteprogrammene på NASA før det tok form av et formalisert forskerteam. Teamet og det resulterende rapportdokumentet, kjent som Project Cyclops, var den første store undersøkelsen av praktisk SETI. Den skisserte mange av de samme konklusjonene Cocconi og Morrison kom til: at SETI var et legitimt vitenskapelig foretak, og at det skulle gjøres i den lavfrekvente enden av mikrobølgespekteret. Det som ikke var fordelaktig for arbeidet var rapportens omfang, kostnader, omfang og tidslinje. Det krevde et budsjett på 6 til 10 milliarder dollar for å bygge og vedlikeholde et stort radioteleskoparray over 10 til 15 år. Det bemerket også det faktum at søket sannsynligvis vil ta flere tiår for å lykkes, noe som krever langsiktig finansieringstiltak. Sikkert det var prosjektets dødsfall, og finansiering av Project Cyclops ble avsluttet om kort tid. etter at rapporten ble gitt. Det ville gå 21 år før NASA endelig implementerte et fungerende SETI -program, kalt High Resolution Microwave Survey Targeted Search (HRMS). Men, som forgjengeren, ville den være usedvanlig kortvarig og miste driftsmidler nesten et år til dagen senere i oktober 1993.Pioneer Plaques (Pionerer 10 og 11)
Ettersom søket etter signaler fra intelligent liv fikk troverdighet på slutten av 60 -tallet og begynnelsen av 70 -tallet, var det samtidig planer om å sende ut egne meldinger. Oppdraget til Pioneer 10 og 11 romfartøy i 1973 skulle utforske asteroidebeltet, Jupiter og Saturn etter det tidspunktet, de ville fortsette sine baner forbi Pluto og videre inn i det interstellare mediet. Med det fjerne kurset i tankene, ble Carl Sagan henvendt for å utforme et budskap om at en fremmed rase kan dechiffrere hvis enten håndverket skulle bli avlyttet en dag. Sammen med Frank Drake designet Sagan en plakett [til venstre] som viser figurene til en mann og kvinne i målestokk med et bilde av romfartøyet, et diagram over bølgelengden og hyppigheten av hydrogen, og en serie kart som beskriver plasseringen av våre Sol, solsystem og banen Pioner tok på vei ut. Det var et piktogram designet for å presse mest mulig informasjon inn i det minste rommet mens det fortsatt var lesbart, men ble kritisert for å være for vanskelig å dekode. Mens Pioneer 10 ble det første menneskeskapte objektet som forlot solsystemet i 1983, vil det ta minst to millioner år før en av dem når en annen stjerne.Arecibo -melding
Siden ankomsten av kraftige radio- og TV -kringkastingsantenner har Jorden vært et relativt støyende sted. Nyhets- og underholdningssignaler har i flere tiår blitt spredt av de øvre delene av atmosfæren, og det lekker mye ut hver vei ut i verdensrommet. De som ikke ble trukket inn av TV-ene våre, kunne en dag nå fjerne stjerner, i en slags scatter-bulletin som kunngjorde vår tilstedeværelse gjennom Jeg elsker Lucy og Seinfeld. (En utilsiktet konsekvens av satellitt- og kabeloverføringer er den gradvise slutten på kraftige radiosignaler, noe som gjør Jorden til et mye vanskeligere sted å “høre ” for alle som hører på.) I 1974 ble det imidlertid sendt en formalisert melding ut fra det nyrenoverte Arecibo -teleskopet i Puerto Rico. Igjen designet av Drake og Sagan, inneholdt det binære radiosignalet [venstre] informasjon om sammensetningen av vårt DNA og piktogrammer av en mann, solsystemet og Arecibo -teleskopet. Sendingen var til syvende og sist mer en symbolsk demonstrasjon av kraften til det nye Arecibo -utstyret enn et systematisk forsøk på å få kontakt med ET. Stjerneklyngen som signalet ble sendt til ble valgt hovedsakelig fordi det ville være på himmelen under ombyggingsseremonien som sendingen skulle finne sted. Dessuten vil klyngen ha beveget seg utenfor bjelkens rekkevidde i løpet av de 25 000 årene det vil ta meldingen for å komme dit. Det var en indikasjon på at vi sannsynligvis ikke ville drive med å sende meldinger, ettersom det var mye billigere og lettere å bruke radioteleskoper til å lytte, i stedet for å snakke. Men Sagan og Drake ville ha et nytt skudd på dyp romkommunikasjon i 1977 med lanseringen av Voyager sonder.Voyager Golden Records (Reisende 1 og 2)
Mens Pioneer Plaques ble utviklet i løpet av en komprimert tidslinje på tre uker og Arecibo -meldingen ble sendt i henhold til timeplanen for et cocktailparty, var Voyager Golden Records ment å være et kort sammendrag av den menneskelige opplevelsen på jorden, og derfor ble gitt tid og ressurser fra NASA -komiteen for å gjøre dem eksepsjonelle. De gylne platene inneholder 115 videobilder, hilsener på 55 språk, 90 minutter med musikk fra hele verden, samt et utvalg av naturlige lyder som fuglesang, surfing og torden. Igjen, hydrogen er nøkkelen til å låse opp meldingene. Det samme diagrammet med laveste tilstand som dukket opp på Pioneer Plaques, beskriver dette kartet som viser solen i Melkeveien. Den informerer oppdageren om hvordan du spiller av platen, med hvilken hastighet og hva du kan forvente når du ser etter videobildene. Den er til og med galvanisert med en prøve av uran, slik at halveringstiden kan dateres langt i fremtiden. Siden Voyager sonder beveger seg mye saktere enn radiobølger, det vil ta dem nesten dobbelt så lang tid som Arecibo -meldingen for å nå målstjernene. Selv da, etter 40 000 år, kommer de bare til innen et og et halvt år unna. Det tilsvarer omtrent 130 ganger avstanden Pluto er fra solen vår. Det er en underdrivelse å si at noen av disse fyrtårnene vi har sendt, har et veldig langt skudd om å nå en intelligent sivilisasjon, hvis en eksisterer og tilfeldigvis eksisterer i den generelle retningen de reiser i. Det er en påminnelse om hvor umenneskelige skalaene blir når vi måler avstandene i verdensrommet og prøver å finne måter å best dem på i jakten på andre som oss.Meteoritter
Når astrobiologer tenker på opprinnelsen til livet på planeten vår, ser de ofte til eksterne kilder for ingrediensene. Asteroider, kometer og meteoritter er de gamle relikviene etter fødselen av vårt solsystem. De er de isete og steinete bitene som glir rundt, krasjer i hverandre og inn i måner og planeter, leverer mineraler, vann og, som det viser seg, aminosyrer. Det er aminosyrer - spesielt tjue - som er grunnlaget for proteindannelse, som igjen er grunnlaget for livet. Så langt har vi bare oppdaget åtte av de tjue i meteoritter. Hvor de andre dannes kan være en av hemmelighetene til livet på jorden og muligens livet på andre planeter. I det historiske Miller-Urey-eksperimentet fra 1953 ble en sammenblanding av vann og elementene i en opprinnelig atmosfære blandet og elektrifisert for å simulere suppen fra tidlig jord. På slutten av en uke hadde det blitt dannet aminosyrer. Selvfølgelig er det utallige andre ukjente prosesser som må skje for å ta oss fra aminosyrer til liv. Som Dr. Seth Shostak fra SETI Institute uttrykte det, bare fordi du har et teglverk i bakgården din, betyr ikke det at du kommer til å se en skyskraper dukke opp en dag. ”Ekstremofiler
Å studere ekstremofiler kan være så nært som vi kommer til å studere romvesener før vi faktisk finner utenomjordisk liv. Ekstremofiler er organismer som lever i miljøer som er ugjestmilde for alt annet liv som vi kjenner det. Noen kan til og med fysisk kreve disse ekstreme temperaturene, trykket og surheten for å overleve. De har blitt funnet miles under havets overflate og på toppen av Himalaya, fra polene til ekvator, i temperaturer fra nesten absolutt null til over 300 grader Fahrenheit. De fleste ekstremofiler er encellede mikroorganismer, som domenet Archea, hvis medlemmer kan utgjøre 20 prosent av jordens biomasse. Dette er den typen skapninger vi forventer å finne på Mars. Men kanskje den mest fremmedartede av alle ekstremofiler som er kjent for mennesker er de millimeter lange tardigradene, eller vannbjørner [til venstre], såkalt fordi de har evnen til å gjennomgå kryptobiose. Det er en ekstrem form for dvalemodus der all metabolsk aktivitet nesten går helt i stå og lar dyrene overleve alt fra massivt dødelige doser stråling (til mennesker) til vakuum i rommet.Noen hevder at denne suspenderte staten ikke teknisk kvalifiserer tardigrader som ekstremofiler fordi de ikke trives i disse miljøene, de beskytter seg bare mot døden. Likevel, jo mer vi forstår om disse organismene og evnen til å motstå miljøer som antas å være ugjestmilde for livet, jo nærmere kan vi komme å oppdage dem utenfor planeten vår.The Wow! Signal
Selv om NASA drepte Project Cyclops før det begynte, betydde det ikke at ingen lyttet til kosmos i løpet av 1970 -årene. Flere småskala SETI-prosjekter eksisterte rundt om i landet og rundt om i verden, mange av dem opererte på universitetsutstyr. En av de mest fremtredende - og lengste kjøring på SETI -arbeid - var radioteleskopet Big Ear som ble operert av Ohio State University. Det store øret var på størrelse med tre fotballbaner og så ut som en gigantisk sølvparkering med stillaser for enorme innkjøringsfilmer i hver ende. 15. august 1977 mottok Big Ear et signal i 72 sekunder som gikk så langt utenfor diagrammene at astronomen som overvåket signalutskriftene sirklet rundt den alfanumeriske sekvensen og skrev “Wow! ” i margen. Signalmønsteret steg og falt perfekt i takt med måten teleskopet beveget seg gjennom fokusstrålen. Etter hvert som det kom til syne, ble det gradvis sterkere. Hvis signalet hadde vært terrestrisk, hadde det kommet inn med full styrke. Det var det beste noen hadde sett. Dessverre to andre attributter til Wow! signal jobbet mot at det var et legitimt ET -fyrtårn. Den første hadde å gjøre med hvordan Big Ear samlet radiobølger. Den brukte to samlere, med tre minutters mellomrom, side om side. Ethvert signal som ble fanget opp av det første, måtte bli fanget opp av det andre tre minutter senere, men det var ikke tilfellet med Wow! signal. Bare det første hornet fanget den. Enda mer nedslående, det har ikke blitt sett siden. Mange operasjoner har prøvd, med mer sensitivt utstyr og fokusert mye lenger på den påståtte kilden til ingen nytte.Prosjekt Phoenix og SETI Institute
NASA ’s høyoppløselig mikrobølgeundersøkelse målrettet søk hadde aldri en sjanse. Så snart den begynte, i 1992, begynte kongressmedlemmer å holde den oppe som sløsing med skattebetalernes penger og latterliggjøre den som useriøs (selv om den utgjorde mindre enn 0,1 prosent av NASA ’s årlige driftsbudsjett). Da det ble kansellert høsten 1993, flyttet SETI -instituttet inn for å redde kjerneteknikk- og ingeniørteamet og fortsette arbeidet i sin regi. Det ble omdøpt til Phoenix Project og kjørte i et tiår fra 1994 til 2004 helt på finansiering fra private donasjoner. Prosjektet brukte en rekke store teleskoper fra hele verden til å utføre sine undersøkelser, og observerte nesten 800 stjerner i nabolaget opptil 240 lysår unna. Etter å ha feid gjennom en milliard frekvenskanaler for hver av de 800 stjernene i løpet av 11 000 observasjonstimer, avsluttet programmet uten å ha oppdaget et levedyktig ET -signal.SETI@home på UC Berkeley
Hvis du vet noe om SETI og er i en viss alder, er det sannsynlig at du vet om det på grunn av SETI@home -prosjektet ved University of California, Berkeley. SETI@home var et av de tidligste vellykkede distribuerte databehandlingsprosjektene. Konseptet bak disse prosjektene fungerer slik: Forskere som har enorme mengder rådata og ikke har mulighet til å behandle det hele, deler det i små biter og legger det ut på underkontrakt. Når du registrerer deg for et distribuert prosjekt, får datamaskinen en av disse bitene og jobber med den når den ikke er opptatt, si når du forlater skrivebordet for å ta en kaffe eller spise lunsj. Når datamaskinen din er ferdig, sender den den delen tilbake og ber om en annen. Sett under ett er distribuerte dataprosjekter i stand til å utnytte en ellers umulig prosessorkraft. SETI@home -prosjektet får for øyeblikket alle dataene fra radioteleskopet Arecibo. Det piggybacks på annen astronomisk forskning ved å samle signaler fra hvor teleskopet tilfeldigvis blir pekt i de korte øyeblikkene da det ikke blir brukt. Selv om prosjektet ennå ikke har oppdaget et ET -signal, har det vært enormt fordelaktig å bevise at distribuerte databehandlingsløsninger fungerer og fungerer godt, etter å ha logget over to millioner år med samlet beregningstid.Vatikanets observatorium
Galileo var ikke den eneste astronomen som ble beskyldt av den katolske kirken for kjetteri for sin tro på et heliosentrisk univers. Giordano Bruno ble brent på bålet på 1500 -tallet for å hevde at hver stjerne hadde sitt eget planetariske system. Hvor langt har Kirken da kommet med kunngjøringen tidligere i år fra Vatikanets observatorium om at du kan tro på Gud og på romvesener, og det er ikke en motsetning i tro. Pastor Joes Gabriel Funes, direktør for observatoriet, sier universets store størrelse peker på muligheten for utenomjordisk liv. Fordi en ET ville være en del av skapelsen, ville de bli betraktet som skapninger fra Gud.Ekstrasolære planeter
Hvis det kan sies at en enkelt oppdagelse startet søket etter ekstrasolare planeter, ville det være 51 Pegasi b [venstre], i 1995. Det var den første ekstrasolare planeten som ble funnet i bane rundt en normal stjerne og ble oppdaget ved hjelp av samme Doppler -effekt opplever vi hver dag når en sirene går forbi oss i høy hastighet. Det var en populær nyhetshistorie på den tiden - til slutt hadde vi bekreftelse på at akkurat kan være solsystemet vårt var ikke unikt. Siden den dagen har vi lært hvor vanlig vårt system faktisk kan være. I begynnelsen av juni 2008 er antallet bekreftede ekstrasolare planeter nesten 300, og det klatrer eksponentielt hvert år etter hvert som deteksjonsteknologien vår blir mer sofistikert. For å være sikker er de aller fleste av disse planetene gassgiganter i nære, korte baner rundt stjernene sine - ikke den typen himmellegemer som vi forventer å finne liv på. Det er ikke for å si at jordlignende, jordiske planeter ikke er der ute også. Det er bare det at gassgigantene er mye lettere å se når vi går på jakt fordi de pleier å glide rundt sine foreldrestjerner i løpet av få dager. Vi ser på stjernene for variasjoner i måten de avgir lys på, men oppdager faktisk ikke planetene selv fordi de er så mange størrelser svakere enn foreldrestjernene. Gassgiganter er store nok og beveger seg raskt nok til å gi en merkbar effekt på stjernene deres herfra på jorden, men for en planet som ligner på Jordens størrelse, er det ikke tilfelle. For å finne en planet i jordstørrelse, må vi se en stjerne uten stopp i mange år og kunne oppdage den minste endringen i lysstyrke når planeten passerte foran den (kjent som en transitt). Heldigvis for SETI -entusiaster har NASA akkurat det oppdraget på planen for lansering neste år.Kepler -oppdraget
Å lete etter planeter er nødvendigvis hardt arbeid. I den astronomiske tingenes ordning er de fleste planeter veldig små og jordlignende planeter enormt, til og med umerkelig små. Det er vanskelig nok for astronomer å oppdage planeter på en skala fra en Jupiter som er nesten umulig å finne en jord, noen tusen ganger mindre. NASA ’s Kepler Mission er løsningen på det problemet. Det er et romteleskop [til venstre] designet for å peke seg mot ett stjernefelt i galaksen vår i nesten fire år, og aldri sveve fra det eneste fokuspunktet, og kontinuerlig overvåke lysstyrken til mer enn 100 000 stjerner. Ideen bak oppdraget er å bruke transittmetoden for å finne ekstrasolare planeter som Jorden. En transitt skjer når en planet passerer mellom stjernen og observatøren (Kepler -teleskopet), i løpet av hvilken tid stjernen ser ut til å bli svak for en stund fra 2 til 16 timer. Selvfølgelig må planetens bane stilles opp til vårt synsplan, sjansene for det er 0,5 prosent for en gitt sollignende stjerne. Men med sporing av 100 000 stjerner håper NASA i det minste å oppdage 50 planeter i jordstørrelse når oppdraget er fullført mer hvis de observerbare planetene viser seg å være opptil dobbelt så store som jorden.Livet kan ha dukket opp ikke en gang, men mange ganger på jorden
I 4,5 milliarder år av jordisk historie oppsto livet som vi kjenner det bare en gang. Alle levende ting på planeten vår har samme kjemi, og kan spores tilbake til “LUCA ”, den siste universelle felles forfaren. Så vi antar at livet må ha vært veldig vanskelig å komme i gang, bare oppstått når et nesten umulig sett med omstendigheter kombineres.
Eller var det? Enkle eksperimenter av biologer som tar sikte på å gjenskape livets tidligste øyeblikk er utfordrende denne antagelsen. Livet ser ut til å være grunnleggende kjemi - ingen magi kreves, ingen sjeldne ingredienser, ingen bolt fra det blå.
Og det antyder en enda mer spennende mulighet. I stedet for å komme til eksistens bare en gang i en kjemisk velsignet urdam, kan livet ha mange opprinnelser. Det kunne ha gått om og om igjen i mange forskjellige former i hundretusener av år, bare blitt det vi ser i dag da alt annet ble utslettet i jordens første masseutryddelse noensinne. I de tidligste dagene på planeten var livet som vi kjenner det kanskje ikke alene.
Og hva med livet på andre planeter? Les om søket etter liv i solsystemet ’s andre hav
Bare for å være klar, det vi snakker om kom lenge før dyr eller planter eller til og med mikrober. Vi skal tilbake til starten, da de eneste tingene som passet beskrivelsen av “life ” var lite mer enn molekylære maskiner. Selv da, etter å ha fjernet kropper, organer og celler og redusert alt til de essensielle reaksjonene, virker ting djevelsk komplekst. På et minimum trenger livet en slags kode, det og hellip
Abonner for ubegrenset digital tilgang
Abonner nå for ubegrenset tilgang
App + Web
- Ubegrenset internettilgang
- Ny Scientist -app
- Videoer av over 200 vitenskapssamtaler pluss ukentlige kryssord som utelukkende er tilgjengelige for abonnenter
- Eksklusiv tilgang til arrangementer som kun er abonnenter, inkludert vårt 1. juli klimaendringarrangement
- Et år med miljødekning uten sidestykke, utelukkende med New Scientist og UNEP
Print + App + Web
- Ubegrenset internettilgang
- Ukentlig utgave
- Ny Scientist -app
- Videoer av over 200 vitenskapssamtaler pluss ukentlige kryssord som utelukkende er tilgjengelige for abonnenter
- Eksklusiv tilgang til arrangementer som kun er abonnenter, inkludert vårt 1. juli klimaendringarrangement
- Et år med miljødekning uten sidestykke, utelukkende med New Scientist og UNEP
Eksisterende abonnenter, vennligst logg inn med e -postadressen din for å koble kontotilgangen din.
Jordlivet 'kan ha kommet fra Mars' - Historie
Viking 1 - USA Mars Orbiter/Lander - 3.527 kg inkludert drivstoff - (20. august 1975 - 7. august 1980)
- Viking 1 og 2 romskip inkluderte bane (designet etter Mariner 8 og 9 bane) og landere. Orbiteren veide 883 kg og landeren 572 kg. Viking 1 ble skutt opp fra Kennedy Space Center, 20. august 1975, turen til Mars og gikk i bane rundt planeten 19. juni 1976. Landeren berørte 20. juli 1976 på de vestlige bakkene til Chryse Planitia ( Golden Plains). Viking 2 ble skutt opp for Mars 9. november 1975 og landet 3. september 1976. Begge landinger hadde eksperimenter for å lete etter mikroorganismer på Mars. Resultatene av disse forsøkene diskuteres fortsatt. Landingene ga detaljert fargepanoramautsikt over det martiske terrenget. De overvåket også været på Mars. Orbiters kartla planetens overflate og skaffet seg over 52 000 bilder. Vikingprosjektets hovedoppdrag ble avsluttet 15. november 1976, elleve dager før Mars 'overlegne konjunksjon (dens passasje bak solen), selv om Viking -romfartøyet fortsatte å operere i seks år etter at de først nådde Mars. Orbiteren Viking 1 ble deaktivert 7. august 1980, da den gikk tom for høyderegulerende drivmiddel. Viking 1 lander ble ved et uhell stengt 13. november 1982, og kommunikasjonen ble aldri gjenopprettet. Den siste overføringen nådde Jorden 11. november 1982. Kontrollerne ved NASAs Jet Propulsion Laboratory forsøkte uten hell i ytterligere seks og en halv måned å gjenvinne kontakten med landeren, men avsluttet til slutt det overordnede oppdraget 21. mai 1983.
Klikk her for mer informasjon om Viking -oppdragene.
- Phobos 1 ble sendt for å undersøke Mars -månen Phobos. Den gikk tapt på vei til Mars gjennom en kommandofeil 2. september 1988.
- Phobos 2 ankom Mars og ble satt inn i bane 30. januar 1989. Orbiteren beveget seg innenfor 800 kilometer fra Phobos og mislyktes deretter. Landeren kom aldri til Phobos.
- Kommunikasjonen gikk tapt med Mars Observer 21. august 1993, like før den skulle settes inn i bane.
- Mars Global Surveyor (MGS) -oppdraget ble startet på grunn av tapet av Mars Observer -romfartøyet og ble lansert 7. november 1996. MGS har vært i en bane på Mars og har vellykket kartlagt overflaten siden mars 1998. Klikk her for å sjekke MGS -siden på JPL.
- Mars '96 besto av en orbiter, to landinger og to jordpenetratorer som skulle nå planeten i september 1997. Raketten som bar Mars 96 løftet seg vellykket, men da den kom inn i bane ble den fjerde etappen av raketten antent for tidlig og sendte sonden inn i en vill tumle. Det krasjet i havet et sted mellom den chilenske kysten og påskeøya. Romfartøyet sank og hadde med seg 270 gram plutonium-238.
- Mars Pathfinder leverte en stasjonær lander og en overflaterover til den røde planeten 4. juli 1997. Sekshjulsroveren, Sojourner, utforsket området nær landeren. Oppdragets hovedmål var å demonstrere gjennomførbarheten av rimelige landinger på Mars-overflaten. Dette var det andre oppdraget i NASAs rimelige Discovery-serie. Etter stor vitenskapelig suksess og offentlig interesse, avsluttet oppdraget formelt 4. november 1997, da NASA avsluttet daglig kommunikasjon med Pathfinder -landeren og Sojourner -roveren.
- Japans institutt for romfart og astronautisk vitenskap (ISAS) lanserte denne sonden 4. juli 1998 for å studere det martiske miljøet. Dette ville ha vært det første japanske romfartøyet som nådde en annen planet. Sonden skulle ankomme Mars i desember 2003. Etter å ha revidert flyplanen på grunn av tidligere problemer med sonden, ble oppdraget forlatt 9. desember 2003 da ISAS ikke klarte å kommunisere med sonden for å forberede den på innsetting av bane.
- Denne orbiteren var det medfølgende romfartøyet til Mars Surveyor '98 Lander, men oppdraget mislyktes. Klikk her for å lese rapporten fra Mars Climate Orbiter Mishap Investigation Board.
- Polar Lander skulle etter planen lande på Mars 3. desember 1999. Montert på cruisestadiet til Mars Polar Lander var to Deep Space 2 -støtsonder, kalt Amundsen og Scott. Sondene hadde en masse på 3,572 kg hver. Cruisestadiet skulle skilles fra Mars Polar Lander, og deretter skulle de to sonderene løsne fra cruisestadiet. De to sonderne planla å påvirke overflaten 15 til 20 sekunder før Mars Polar Lander skulle røre ned. Mannskap på bakken klarte ikke å kontakte romfartøyet og de to sonderne. NASA konkluderte med at falske signaler under landingsbenets utplassering fikk romfartøyet til å tro at det hadde landet, noe som resulterte i for tidlig avstengning av romfartøyets motorer og ødeleggelse av landeren ved påkjørsel.
- Denne Mars -orbiteren nådde planeten 24. oktober 2001 og fungerte som kommunikasjonsrelé for fremtidige Mars -oppdrag. I 2010 slo Odyssey rekorden for romfartøy som har vært lengst betjent på den røde planeten. Det vil støtte landingen av Mars Science Laboratory i 2012 og operasjonene av dette oppdraget. Klikk her for mer informasjon.
- Mars Express Orbiter og Beagle 2 -landeren ble lansert sammen 2. juni 2003. Beagle 2 ble utgitt fra Mars Express Orbiter 19. desember 2003. Mars Express kom vellykket 25. desember 2003. Beagle 2 ble også planlagt å lande 25. desember 2003, men bakkekontrollører har ikke klart å kommunisere med sonden. Klikk her for mer informasjon.
- Som en del av Mars Exploration Rover (MER) Mission, ble & quotSpirit & quot, også kjent som MER-A, lansert 10. juni 2003 og kom vellykket til Mars 3. januar 2004. Den siste kommunikasjonen med Spirit skjedde 22. mars 2010 . JPL avsluttet forsøkene på å gjenopprette kontakten 25. mai 2011. Roveren mistet sannsynligvis strøm på grunn av for kalde innetemperaturer.
- & quotOpportunity & quot, også kjent som MER-B, ble lansert 7. juli 2003 og kom vellykket til Mars 24. januar 2004. Klikk her for mer informasjon om MER-oppdraget.
Mars Reconnaissance Orbiter & ndash USA Mars Orbiter - 1031 kg - (12. august 2005)
- Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) ble lansert 12. august 2005 for en syv måneders reise til Mars. MRO nådde Mars 10. mars 2006 og begynte sitt vitenskapelige oppdrag i november 2006. Klikk her for mer informasjon.
Føniks & ndash USA Mars Lander - 350 kg - (4. august 2007)
- Phoenix Mars Lander ble lansert 4. august 2007 og landet på Mars 25. mai 2008. Den er den første i NASAs speiderprogram. Phoenix ble designet for å studere historien til vann og beboelsespotensial i isrik og marsjisk jord i Mars. Den solcelledrevne landeren fullførte sitt tre måneders oppdrag og fortsatte å jobbe til sollyset avtok to måneder senere. Oppdraget ble offisielt avsluttet i mai 2010. Klikk her for mer informasjon fra NASAs hovedkvarter og her for mer fra JPL- University of Arizona-stedet.
Phobos-Grunt & ndash Russia Mars Lander - 730 kg/Yinghuo-1 & ndash China Mars Orbital Probe & ndash 115 kg - (8. november 2011)
- Phobos-Grunt-romfartøyet var ment å lande på Mars-månen Phobos. Det russiske romfartøyet forlot ikke jorden og rsquos bane på riktig måte for å legge ut på banen mot Mars. Yinghuo-1 var en planlagt kinesisk Mars-sonde som ble lansert sammen med Phobos-Grunt. Begge fartøyene ble ødelagt ved re-entry fra jordens bane i januar 2012.
Mars Science Laboratory & ndash USA Mars Rover & ndash 750 kg - (26. november 2011)
- Mars Science Laboratory ble lansert 26. november 2011. Med sin rover som heter Curiosity, er NASAs Mars Science Laboratory -oppdrag designet for å vurdere om Mars noen gang har hatt et miljø som kan støtte små livsformer som kalles mikrober. Nysgjerrigheten landet vellykket i Gale Crater kl. 01.31 EDT 6. august 2012. Klikk her for mer informasjon fra NASA JPL -stedet.
Mars Orbiter Mission (Mangalyaan) & ndash India Mars Orbiter - 15 kg - (5. november 2013)
- Indian Mars Orbiter Mission ble skutt opp 5. november 2013 fra Satish Dhawan Space Center. Den ble satt inn i bane rundt Mars 24. september 2014 og fullførte den planlagte 160-dagers oppdragsvarigheten i mars 2015. Romfartøyet fortsetter å operere, kartlegge planeten og måle stråling.
MAVEN & ndash USA Mars Orbiter & ndash 2550 kg - (Lansering 18. november 2013)
- MAVEN (Mars Atmospheric and Volatile EvolutioN) var det andre oppdraget som ble valgt for NASAs Mars Scout -program. Den ble lansert 18. november 2013 og gikk i bane rundt Mars 21. september 2014. MAVEN & rsquos -oppdraget er å skaffe kritiske målinger av atmosfæren på Mars for å forstå den dramatiske klimaendringen som har skjedd i løpet av historien. Klikk her for mer informasjon om MAVEN.
Innsikt & ndash USA Mars Lander - (Launch Window 8. mars - 27. mars 2016)
En eldgammel kollisjon
Studiegruppens gruppe bestemte seg for å teste en annen teori: Hva om en annen planet brakte godbitene?
"Jorden kunne ha kollidert med mange forskjellige typer planeter," sa Grewal til WordsSideKick.com. Kan en av disse planetene ha gitt massen silikatjorden den riktige andelen elementer?
Hvis denne kollisjonen skjedde, ville de to planetkjernene ha slått seg sammen og de to mantlene ville ha slått seg sammen.
Så de satte seg for å lage en mulig planet som kunne ha kollidert med vår egen.
I laboratoriet, i en spesiell type ovn, skapte Grewal og teamet hans høytemperatur, høytrykksforhold som en planet & rsquos-kjerne kan danne seg under. I kapsler av grafitt (en form for karbon) kombinerte de metallisk pulver (som representerer kjernen og inkluderer elementer som jern bundet til nitrogen) med forskjellige proporsjoner silikatpulver (en blanding av silisium og oksygen, ment å etterligne den hypotetiske planeten og rsquos mantel).
Ved å variere temperaturen, trykket og proporsjonene av svovel i sine eksperimenter, laget teamet scenarier for hvordan disse elementene kunne ha delt mellom kjernen og resten av den hypotetiske planeten.
De fant ut at karbon er mye mindre villig til å binde seg til jern i nærvær av høye konsentrasjoner av nitrogen og svovel, mens nitrogen binder seg til jern selv når det er mye svovel. Så for at nitrogen skulle utelukkes fra kjernen og være til stede i andre deler av planeten, burde det ha inneholdt svært høye konsentrasjoner av svovel, sa Grewal.
De matet disse mulighetene inn i en simulering, sammen med informasjon om hvordan forskjellige flyktige elementer oppfører seg, og dagens mengder karbon, nitrogen og svovel i jordens og rsquos ytre lag.
Etter å ha kjørt over 1 milliard simuleringer, fant de ut at scenariet som var mest fornuftig og mdash det som hadde den mest sannsynlige timingen og kunne føre til et riktig forhold mellom karbon og nitrogen og mdash, var et som medførte en kollisjon og fusjon av jorden med en Mars-størrelse planet som inneholdt omtrent 25 til 30 prosent svovel i kjernen.
Denne teorien "er veldig sannsynlig," sa C & eacutelia Dalou, en eksperimentell petrolog ved Centre de Recherches P & eacutetrographiques et G & eacuteochimiques i Frankrike, som ikke var en del av studien. "Dette arbeidet er et meget vellykket resultat av mange års forskning av forskjellige team."
Ild og is
I 2008 økte en Mars -rover ved navn Phoenix opp jord nær nordpolen på Mars da den fant tegn på et uvanlig salt som heter perklorat. Dette var et spennende funn den gangen forskere visste at gamle mikroorganismer på jorden brukte perklorat som energikilde. Kanskje, tenkte de, hadde denne marsjbakken med salt et lignende formål?
Forfatterne av den nye studien var begeistret for den salte oppdagelsen av en annen grunn: Perklorat er brannfarlig og så brannfarlig at det brukes på jorden i dag hovedsakelig for å få rakettdrivstoff og fyrverkeri til å brenne raskere. Hvis perklorat er rikelig i marsjord, sa forskerne til NewScientist, da kan Vikings forsøk på å varme opp jorda ha forårsaket at perkloratet tok fyr og umiddelbart utslette eventuelle organiske molekyler som kan ha vært der.
Sølvfôret til dette scenariet er at hvis marsperklorat virkelig brente noen karbonbaserte molekyler i Vikings ovn, ville det være bevis i asken. Når karbon brenner med perklorat, produserer det et molekyl kalt klorbenzen og mdash en blanding av karbon, hydrogen og klor som kan vare i jord i flere måneder. Som heldigvis oppdaget NASAs Curiosity -rover spor av klorbenzen i Mars -jord under en ekspedisjon i 2013. For ytterligere bevis bestemte forskerne seg for å gå tilbake til Viking selv.
"Vi søkte i vikingdataene etter et mulig reaksjonsprodukt mellom saltet og organisk i vikingovnen," skrev forskerne. Teamet reanalyserte de originale datasettene som ble tatt under Viking -oppdraget, denne gangen på jakt spesielt etter spor av klorbenzen.
I følge deres nye papir fant forskerne det de lette etter. Teamet så spormengder klorbenzen i prøver tatt av Viking 2, og konkluderte med at landeren godt kan ha holdt organisk materiale i håndflaten før den utilsiktet satte flammen i brann.
Studieforfatter Melissa Guzman, doktorgradsstudent ved LATMOS forskningssenter i Frankrike, sa til NewScientist at selv om dette nye beviset er overbevisende, så er det ikke et definitivt bevis på organiske organer fra Mars. Det er for eksempel mulig at karbonforbindelsene som brant sammen med Mars -perkloratet i Vikings ovn faktisk stammer fra jorden og ved et uhell forurenset prøvene.
Andre forskere er klare til å tro. Daniel Glavin, forsker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Maryland, som ikke var involvert i studien, sa til NewScientist at denne artikkelen "forsegler avtalen" om Mars -organisk. Studien antyder faktisk at organiske molekyler kan eksistere på mange steder over hele den røde planeten. Om det betyr at det er mikrobielt liv der og mdash og om mennesker kan bekrefte at livet før det brenner det og mdash gjenstår å se.
Innhold
En av utfordringene ved å studere abiogenese er at systemet for reproduksjon og metabolisme som brukes av hele det eksisterende livet, involverer tre forskjellige typer innbyrdes avhengige makromolekyler (DNA, RNA og protein). Dette antyder at livet ikke kunne ha oppstått i sin nåværende form, noe som har ført til at forskere har hypotetisert mekanismer der det nåværende systemet kan ha oppstått fra et enklere forløper -system. Konseptet med RNA som urmolekyl [2] finnes i artikler av Francis Crick [12] og Leslie Orgel, [13] samt i Carl Woeses bok fra 1967 Den genetiske koden. [14] I 1962 kom molekylærbiologen Alexander Rich med den samme ideen i en artikkel han bidro med til et bind utgitt til ære for nobelprisvinneren fysiolog Albert Szent-Györgyi. [15] Hans Kuhn i 1972 la frem en mulig prosess der det moderne genetiske systemet kan ha oppstått fra en nukleotidbasert forløper, og dette fikk Harold White i 1976 til å observere at mange av kofaktorene som er viktige for enzymatisk funksjon, enten er nukleotider eller kunne ha blitt avledet fra nukleotider. Han foreslo et scenario der den kritiske elektrokjemien til enzymatiske reaksjoner ville ha nødvendiggjort oppbevaring av de spesifikke nukleotiddelene til de opprinnelige RNA-baserte enzymene som utførte reaksjonene, mens de gjenværende strukturelle elementene i enzymene gradvis ble erstattet av protein, til alt som gjensto av de opprinnelige RNA -ene var disse nukleotid -kofaktorene, "fossiler av nukleinsyreenzymer". [16] Uttrykket "RNA World" ble først brukt av nobelprisvinneren Walter Gilbert i 1986, i en kommentar om hvordan nylige observasjoner av de katalytiske egenskapene til forskjellige former for RNA passer med denne hypotesen. [17]
Egenskapene til RNA gjør ideen om RNA -verdenshypotesen konseptuelt troverdig, selv om dens generelle aksept som forklaring på livets opprinnelse krever ytterligere bevis. [15] RNA er kjent for å danne effektive katalysatorer og dens likhet med DNA tydeliggjør evnen til å lagre informasjon. Meningene er imidlertid forskjellige om RNA utgjorde det første autonome selvreplikerende systemet eller var et derivat av et enda tidligere system. [2] En versjon av hypotesen er at en annen type nukleinsyre, betegnet pre-RNA, var den første som dukket opp som et selvreproduserende molekyl, som ble erstattet av RNA først senere. På den annen side antyder oppdagelsen i 2009 at aktiverte pyrimidinribonukleotider kan syntetiseres under sannsynlige prebiotiske forhold [18] at det er for tidlig å avvise de RNA-første scenariene. [2] Forslag til "enkelt" pre-RNA nukleinsyrer har inkludert peptidnukleinsyre (PNA), treose -nukleinsyre (TNA) eller glykolnukleinsyre (GNA). [19] [20] Til tross for deres strukturelle enkelhet og besittelse av egenskaper som kan sammenlignes med RNA, har den kjemisk plausible generasjonen av "enklere" nukleinsyrer under prebiotiske forhold ennå ikke blitt demonstrert. [21]
RNA som et enzym Rediger
RNA-enzymer, eller ribozymer, finnes i dagens DNA-baserte liv og kan være eksempler på levende fossiler. Ribozymer spiller viktige roller, som for eksempel ribosomet. Den store underenheten til ribosomet inkluderer et rRNA som er ansvarlig for peptidbindingsdannende peptidyltransferase-aktivitet av proteinsyntese. Mange andre ribozymaktiviteter eksisterer for eksempel, hammerhodet ribozym utfører selvspaltning [22] og et RNA-polymerase-ribozym kan syntetisere en kort RNA-streng fra en primet RNA-mal. [23]
Blant de enzymatiske egenskapene som er viktige for begynnelsen av livet, er:
Selvreplikasjon Evnen til å replikere eller syntetisere andre RNA-molekyler relativt korte RNA-molekyler som kan syntetisere andre, har blitt kunstig produsert i laboratoriet. Den korteste var 165 baser lang, selv om det har blitt anslått at bare en del av molekylet var avgjørende for denne funksjonen. En versjon, 189 baser lang, hadde en feilrate på bare 1,1% per nukleotid ved syntetisering av en 11 nukleotid lang RNA -streng fra primede malstreng. [24] Dette 189 basepar ribozymet kan polymerisere en mal på maksimalt 14 nukleotider i lengde, som er for kort til selvreplikasjon, men er en potensiell ledelse for videre undersøkelse. Den lengste primerforlengelsen utført av en ribozympolymerase var 20 baser. [25] I 2016 rapporterte forskere bruk av in vitro -evolusjon for å dramatisk forbedre aktiviteten og generaliteten til et RNA -polymerase -ribozym ved å velge varianter som kan syntetisere funksjonelle RNA -molekyler fra en RNA -mal. Hvert RNA -polymerase -ribozym ble konstruert for å forbli koblet til sin nye, syntetiserte RNA -streng, dette tillot teamet å isolere vellykkede polymeraser. De isolerte RNA -polymerasene ble igjen brukt til en ny evolusjonsrunde. Etter flere evolusjonsrunder fikk de ett RNA-polymerase-ribozym kalt 24-3 som var i stand til å kopiere nesten hvilket som helst annet RNA, fra små katalysatorer til lange RNA-baserte enzymer. Spesielle RNA -er ble forsterket opptil 10 000 ganger, en første RNA -versjon av polymerasekjedereaksjonen (PCR). [26] Katalyse Evnen til å katalysere enkle kjemiske reaksjoner - noe som vil forbedre dannelsen av molekyler som er byggesteiner i RNA -molekyler (dvs. en RNA -streng som ville gjøre det lettere å lage flere RNA -tråder). Relativt korte RNA -molekyler med slike evner har blitt dannet kunstig i laboratoriet. [27] [28] En fersk studie viste at nesten hvilken som helst nukleinsyre kan utvikle seg til en katalytisk sekvens under passende valg. For eksempel et vilkårlig valgt 50-nukleotid DNA-fragment som koder for Bos taurus (storfe) albumin mRNA ble utsatt for testrørsutvikling for å utlede et katalytisk DNA (Deoxyribozyme, også kalt DNAzyme) med RNA-spaltningsaktivitet. Etter bare noen få uker hadde et DNA -enzym med betydelig katalytisk aktivitet utviklet seg. [29] Generelt er DNA mye mer kjemisk inert enn RNA og dermed mye mer motstandsdyktig mot å oppnå katalytiske egenskaper. Hvis in vitro -evolusjon fungerer for DNA, vil det skje mye lettere med RNA. Aminosyre-RNA-ligering Evnen til å konjugere en aminosyre til 3'-enden av et RNA for å bruke dets kjemiske grupper eller gi en lang forgrenet alifatisk sidekjede. [30] Peptidbindingsdannelse Evnen til å katalysere dannelsen av peptidbindinger mellom aminosyrer for å produsere korte peptider eller lengre proteiner. Dette gjøres i moderne celler av ribosomer, et kompleks av flere RNA -molekyler kjent som rRNA sammen med mange proteiner. RRNA-molekylene antas å være ansvarlige for dets enzymatiske aktivitet, ettersom ingen aminosyrerester ligger innenfor 18Å av enzymets aktive sete, [15], og når flertallet av aminosyrerestene i ribosomet ble strengt fjernet, resulterte ribosomet beholdt sin fulle peptidyltransferaseaktivitet, fullt i stand til å katalysere dannelsen av peptidbindinger mellom aminosyrer. [31] Et mye kortere RNA -molekyl har blitt syntetisert i laboratoriet med evnen til å danne peptidbindinger, og det har blitt antydet at rRNA har utviklet seg fra et lignende molekyl. [32] Det har også blitt antydet at aminosyrer i utgangspunktet kan ha vært involvert med RNA -molekyler som kofaktorer som forbedrer eller diversifiserer deres enzymatiske evner, før de utviklet seg til mer komplekse peptider. På samme måte antydes tRNA å ha utviklet seg fra RNA -molekyler som begynte å katalysere aminosyreoverføring. [33]
RNA i informasjonslagring Rediger
RNA er et molekyl som ligner veldig på DNA, med bare to store kjemiske forskjeller (ryggraden i RNA bruker ribose i stedet for deoksyribose og nukleobasene inkluderer uracil i stedet for tymin). Den generelle strukturen til RNA og DNA er ekstremt like - en DNA -streng og en av RNA kan bindes for å danne en dobbel spiralformet struktur. Dette gjør lagring av informasjon i RNA mulig på en lignende måte som lagring av informasjon i DNA. RNA er imidlertid mindre stabilt og er mer utsatt for hydrolyse på grunn av tilstedeværelsen av en hydroksylgruppe i ribose 2' -stillingen.
Sammenligning av DNA og RNA -struktur Rediger
Den største forskjellen mellom RNA og DNA er tilstedeværelsen av en hydroksylgruppe i 2'-stillingen til ribosesukkeret i RNA (illustrasjon, til høyre). [15] Denne gruppen gjør molekylet mindre stabilt fordi, når det ikke er begrenset i en dobbel helix, kan 2' -hydroksylet kjemisk angripe den tilstøtende fosfodiesterbindingen for å spalte fosfodiester -ryggraden. Hydroksylgruppen tvinger også ribosen inn i C3'-endo sukkerformasjon i motsetning til C2'-endo konformasjon av deoksyribosesukker i DNA. Dette tvinger en RNA dobbel helix til å bytte fra en B-DNA struktur til en som mer ligner A-DNA.
RNA bruker også et annet sett med baser enn DNA - adenin, guanin, cytosin og uracil, i stedet for adenin, guanin, cytosin og tymin. Kjemisk ligner uracil på tymin, som bare skiller seg fra en metylgruppe, og produksjonen krever mindre energi. [34] Når det gjelder baseparring, har dette ingen effekt. Adenin binder lett uracil eller tymin. Uracil er imidlertid et produkt av skade på cytosin som gjør RNA spesielt utsatt for mutasjoner som kan erstatte en GC basepar med en GU (wobble) eller AU basepar.
RNA antas å ha forut DNA, på grunn av deres rekkefølge i biosyntetiske veier. Deoksyribonukleotidene som brukes til å lage DNA, er laget av ribonukleotider, byggesteinene i RNA, ved å fjerne 2'-hydroksylgruppen. Som en konsekvens må en celle ha evnen til å lage RNA før den kan lage DNA.
Begrensninger for informasjonslagring i RNA Edit
De kjemiske egenskapene til RNA gjør store RNA -molekyler iboende skjøre, og de kan lett brytes ned i deres nukleotider som består av hydrolyse. [35] [36] Disse begrensningene gjør ikke bruk av RNA som informasjonslagringssystem umulig, bare energikrevende (for å reparere eller erstatte skadede RNA -molekyler) og utsatt for mutasjon. Selv om dette gjør det uegnet for dagens 'DNA -optimaliserte' liv, kan det ha vært akseptabelt for et mer primitivt liv.
RNA som regulator Rediger
Riboswitches har vist seg å fungere som regulatorer for genuttrykk, spesielt i bakterier, men også i planter og archaea. Riboswitches endrer sin sekundære struktur som svar på bindingen av en metabolitt. Denne endringen i strukturen kan resultere i dannelse eller forstyrrelse av en terminator, henholdsvis avkorting eller tillatelse av transkripsjon. [37] Alternativt kan riboswitches binde eller stenge Shine - Dalgarno -sekvensen, noe som påvirker oversettelsen. [38] Det har blitt antydet at disse stammer fra en RNA-basert verden. [39] I tillegg regulerer RNA -termometre genuttrykk som respons på temperaturendringer. [40]
RNA-verdenshypotesen støttes av RNAs evne til både å lagre, overføre og kopiere genetisk informasjon, slik DNA gjør, og til å utføre enzymatiske reaksjoner, som proteinbaserte enzymer. Fordi det kan utføre de oppgavene som nå utføres av proteiner og DNA, antas det at RNA en gang har vært i stand til å støtte selvstendig liv på egen hånd. [15] Noen virus bruker RNA som sitt genetiske materiale, snarere enn DNA. [41] Videre, mens nukleotider ikke ble funnet i eksperimenter basert på Miller-Urey-eksperimentet, ble deres dannelse under prebiotisk plausible forhold rapportert i 2009 [18] en purinbase, adenin, er bare en pentamer av hydrogensyanid. Eksperimenter med grunnleggende ribozymer, som Bacteriophage Qβ RNA, har vist at enkle selvreplikerende RNA-strukturer tåler enda sterke selektive trykk (f.eks. Motstandskiralitetskjedeterminatorer). [42]
Siden det ikke var noen kjente kjemiske veier for den abiogene syntesen av nukleotider fra pyrimidin -nukleobaser cytosin og uracil under prebiotiske forhold, tror noen at nukleinsyrer ikke inneholdt disse nukleobasene som er sett i livets nukleinsyrer. [43] Nukleosidcytosinet har en halveringstid isolert på 19 dager ved 100 ° C (212 ° F) og 17 000 år i iskaldt vann, noe noen hevder er for kort på den geologiske tidsskalaen for akkumulering. [44] Andre har stilt spørsmål ved om ribose og andre ryggradssukker kan være stabile nok til å bli funnet i det opprinnelige genetiske materialet, [45] og har reist spørsmålet om at alle ribosemolekyler måtte ha vært den samme enantiomeren som alle nukleotider av feil kiralitet fungerer som en kjedeterminator. [46]
Pyrimidin ribonukleosider og deres respektive nukleotider har blitt prebiotisk syntetisert ved en rekke reaksjoner som omgår frie sukkerarter og samles trinnvis ved å inkludere nitrogenholdige og oksygenholdige kjemier. I en serie publikasjoner har John Sutherland og teamet hans ved School of Chemistry, University of Manchester, demonstrert høyytelsesruter til cytidin og uridin ribonukleotider bygget av små 2- og 3-karbonfragmenter som glykolaldehyd, glyseraldehyd eller glyseraldehyd-3 -fosfat, cyanamid og cyanoacetylen. Ett av trinnene i denne sekvensen tillater isolering av enantiopure ribose -aminooksazolin hvis det enantiomere overskuddet av glyseraldehyd er 60% eller mer, av mulig interesse for biologisk homokiralitet. [47] Dette kan sees på som et prebiotisk rensingstrinn, hvor forbindelsen spontant krystalliserte seg fra en blanding av de andre pentose -aminooksazoliner.Aminooksazoliner kan reagere med cyanoacetylen på en mild og svært effektiv måte, kontrollert av uorganisk fosfat, for å gi cytidinet ribonukleotider. Fotoanomerisering med UV-lys tillater inversjon om 1 'anomert senter for å gi den riktige beta-stereokjemien. Et problem med denne kjemi er den selektive fosforyleringen av alfa-cytidin i 2'-stillingen. [48] Imidlertid viste de i 2009 at de samme enkle byggesteinene gir tilgang, via fosfatstyrt nukleobaseutvikling, til 2 ', 3'-sykliske pyrimidinnukleotider direkte, som er kjent for å kunne polymerisere til RNA. [18] Organisk kjemiker Donna Blackmond beskrev dette funnet som "sterkt bevis" til fordel for RNA -verdenen. [49] Imidlertid sa John Sutherland at mens teamets arbeid antyder at nukleinsyrer spilte en tidlig og sentral rolle i livets opprinnelse, støttet det ikke nødvendigvis RNA -verdenshypotesen i streng forstand, som han beskrev som en "restriktiv , hypotetisk ordning ". [50]
Sutherland-gruppens 2009-papir fremhevet også muligheten for fotosanering av pyrimidin-2 ', 3'-sykliske fosfater. [18] En potensiell svakhet ved disse rutene er generering av enantioenrichert glyseraldehyd, eller dets 3-fosfaterivat (glyseraldehyd foretrekker å eksistere som dets ketot taomerer dihydroksyaceton). [ trenger Kilde ]
8. august 2011 ble en rapport, basert på NASA -studier med meteoritter funnet på jorden, publisert som antyder at byggesteiner av RNA (adenin, guanin og relaterte organiske molekyler) kan ha blitt dannet utenomjordisk i verdensrommet. [51] [52] [53] I 2017 antyder en numerisk modell at RNA -verden kan ha dukket opp i varme dammer på den tidlige jorden, og at meteoritter var en sannsynlig og sannsynlig kilde til RNA -byggesteinene (ribose og nukleinsyrer) ) til disse miljøene. [54] 29. august 2012 rapporterte astronomer ved Københavns Universitet påvisning av et bestemt sukkermolekyl, glykolaldehyd, i et fjernt stjernesystem. Molekylet ble funnet rundt det protostellare binære IRAS 16293-2422, som ligger 400 lysår fra jorden. [55] [56] Fordi glykolaldehyd er nødvendig for å danne RNA, antyder dette funnet at komplekse organiske molekyler kan dannes i stjernesystemer før dannelsen av planeter, og til slutt kommer på unge planeter tidlig i dannelsen. [57]
Nukleotider er de grunnleggende molekylene som kombineres i serie for å danne RNA. De består av en nitrogenholdig base festet til et sukker-fosfat-ryggrad. RNA er laget av lange strekninger av spesifikke nukleotider ordnet slik at deres sekvens av baser bærer informasjon. RNA-verdenshypotesen mener at det i urssuppen (eller smørbrødet) eksisterte fritt flytende nukleotider. Disse nukleotidene danner regelmessig bindinger med hverandre, som ofte brøt fordi endringen i energi var så lav. Imidlertid har visse sekvenser av basepar katalytiske egenskaper som senker energien til kjeden som blir opprettet, slik at de kan holde sammen i lengre perioder. Etter hvert som hver kjede ble lengre, tiltrukket den seg flere matchende nukleotider raskere, noe som førte til at kjeder dannes nå raskere enn de brytes ned.
Noen av disse kjedene har blitt foreslått som de første, primitive livsformene. I en RNA -verden ville forskjellige sett med RNA -tråder ha hatt forskjellige replikasjonsutganger, noe som ville ha økt eller redusert frekvensen i befolkningen, dvs. naturlig seleksjon. Etter hvert som de sterkeste settene med RNA -molekyler utvidet antallet, kunne nye katalytiske egenskaper som ble lagt til ved mutasjon, som fordelte deres utholdenhet og ekspansjon, akkumuleres i befolkningen. Et slikt autokatalytisk sett med ribozymer, som er i stand til selvreplikasjon på omtrent en time, er identifisert. Den ble produsert av molekylær konkurranse (in vitro evolusjon) av kandidatenzymblandinger. [58]
Konkurranse mellom RNA kan ha favorisert fremveksten av samarbeid mellom forskjellige RNA -kjeder, og åpnet for dannelsen av den første protocellen. Etter hvert utviklet RNA-kjeder seg med katalytiske egenskaper som hjelper aminosyrer med å binde seg sammen (en prosess som kalles peptidbinding). Disse aminosyrene kan deretter hjelpe til med RNA -syntese, noe som gir de RNA -kjedene som kan tjene som ribozymer den selektive fordelen. Evnen til å katalysere ett trinn i proteinsyntese, aminoacylering av RNA, har blitt demonstrert i et kort (fem-nukleotid) segment av RNA. [59]
I mars 2015 rapporterte NASA -forskere at for første gang har komplekse DNA- og RNA -organiske forbindelser av liv, inkludert uracil, cytosin og tymin, blitt dannet i laboratoriet under forhold som bare finnes i verdensrommet, ved bruk av startkjemikalier, som pyrimidin, funnet i meteoritter. Pyrimidin, i likhet med polysykliske aromatiske hydrokarboner (PAH), kan ha blitt dannet i røde kjempestjerner eller i interstellare støv- og gassskyer, ifølge forskerne. [60]
I 2018 identifiserte forskere ved Georgia Institute of Technology tre molekylære kandidater for basene som kan ha dannet en tidligste versjon av proto-RNA: barbitursyre, melamin og 2,4,6-triaminopyrimidin (TAP). Disse tre molekylene er enklere versjoner av de fire basene i nåværende RNA, som kunne ha vært tilstede i større mengder og fremdeles kunne være forenlig kompatible med dem, men kan ha blitt forkastet av evolusjon i bytte mot mer optimale basepar. [61] Spesielt kan TAP danne nukleotider med et stort utvalg av sukkerarter. [62] Både TAP og melaminbasepar med barbitursyre. Alle tre danner spontant nukleotider med ribose. [63]
En av utfordringene som RNA-verdenshypotesen utgjør, er å oppdage veien et RNA-basert system gikk over til en basert på DNA. Geoffrey Diemer og Ken Stedman, ved Portland State University i Oregon, kan ha funnet en løsning. Mens de foretok en undersøkelse av virus i en varm sur innsjø i Lassen Volcanic National Park, California, avdekket de bevis for at et enkelt DNA-virus hadde fått et gen fra et helt ikke-relatert RNA-basert virus. Virolog Luis Villareal fra University of California Irvine antyder også at virus som er i stand til å konvertere et RNA-basert gen til DNA og deretter innlemme det i et mer komplekst DNA-basert genom, kan ha vært vanlig i virusverdenen under RNA til DNA-overgang noen 4 milliarder år siden. [64] [65] Dette funnet styrker argumentet for overføring av informasjon fra RNA -verden til den fremvoksende DNA -verden før fremveksten av den siste universelle felles forfaren. Fra forskningen er mangfoldet i denne virusverdenen fortsatt med oss.
Ytterligere bevis som støtter konseptet om en RNA -verden, er et resultat av forskning på viroider, de første representantene for et nytt domene for "subvirale patogener". [66] [67] Viroider er for det meste plantepatogener, som består av korte strekninger (noen få hundre nukleobaser) av svært komplementære, sirkulære, enkeltstrengede og ikke-kodende RNA uten proteinstrøk. Sammenlignet med andre smittsomme plantepatogener er viroider ekstremt små, fra 246 til 467 nukleobaser. Til sammenligning er genomet til de minste kjente virusene som er i stand til å forårsake en infeksjon omtrent 2000 nukleobaser lange. [68]
I 1989 foreslo Diener at, på grunn av deres karakteristiske egenskaper, er viroider mer sannsynlige "levende relikvier" av RNA -verdenen enn introner eller andre RNAer som da ble vurdert. [69] I så fall har viroider oppnådd potensiell betydning utover plantepatologi for evolusjonsbiologi, ved å representere de mest sannsynlige makromolekylene som er kjent som er i stand til å forklare viktige mellomtrinn i livets evolusjon fra livløse stoffer (se: abiogenese).
Tilsynelatende lå Dieners hypotese i dvale til 2014, da Flores et al. publiserte et gjennomgangspapir, der Dieners bevis som støtter hans hypotese ble oppsummert. [70] Samme år publiserte en vitenskapsforfatter i New York Times en populær versjon av Dieners forslag, der han imidlertid feilaktig krediterte Flores et al. med hypotesens opprinnelige oppfatning. [71]
Relevante viroide egenskaper oppført i 1989 er:
- liten størrelse, pålagt av feilutsatt replikering
- høyt innhold av guanin og cytosin, noe som øker stabiliteten og replikasjonstroheten
- sirkulær struktur, som sikrer fullstendig replikasjon uten genomiske tagger
- strukturell periodisitet, som tillater modulær montering i forstørrede genomer
- mangel på proteinkodingsevne, i samsvar med et ribosomfritt habitat og
- i noen tilfeller, replikasjon formidlet av ribozymer - fingeravtrykket til RNA -verdenen. [70]
Eksistensen i eksisterende celler av RNA med molekylære egenskaper forutsagt for RNA i RNA -verdenen utgjør et tilleggsargument som støtter RNA World -hypotesen.
Eigen et al. [72] og Woese [73] foreslo at genomene til tidlige protoceller var sammensatt av enkeltstrenget RNA, og at individuelle gener tilsvarte separate RNA-segmenter, i stedet for å være koblet ende-til-ende som i dagens DNA-genomer. En protocelle som var haploid (én kopi av hvert RNA -gen) ville være sårbar for skade, siden en enkelt lesjon i et hvilket som helst RNA -segment ville være potensielt dødelig for protocellen (f.eks. Ved å blokkere replikasjon eller hemme funksjonen til et essensielt gen).
Sårbarheten for skader kan reduseres ved å beholde to eller flere kopier av hvert RNA -segment i hver protocelle, dvs. ved å opprettholde diploidi eller polyploidi. Genomredundans ville tillate et skadet RNA -segment å bli erstattet av en ekstra replikasjon av dets homolog. For en så enkel organisme vil imidlertid andelen tilgjengelige ressurser knyttet til arvematerialet være en stor brøkdel av det totale ressursbudsjettet. Under begrensede ressursforhold vil protocellens reproduksjonshastighet sannsynligvis være omvendt relatert til ploiditetall. Protokollens egnethet vil bli redusert med kostnadene ved redundans. Følgelig ville håndtering av skadede RNA -gener samtidig som kostnadene ved redundans minimeres sannsynligvis ha vært et grunnleggende problem for tidlige protoceller.
Det ble utført en nytte-nytte-analyse der kostnadene ved å opprettholde redundans ble balansert mot kostnadene ved genomskade. [74] Denne analysen førte til konklusjonen at under en lang rekke omstendigheter vil den valgte strategien være at hver protocelle skal være haploid, men periodisk smelte sammen med en annen haploide protocelle for å danne en forbigående diploid. Beholdelsen av den haploide tilstanden maksimerer veksthastigheten. De periodiske fusjonene tillater gjensidig reaktivering av ellers dødelig skadede protoceller. Hvis minst én skadefri kopi av hvert RNA-gen er tilstede i det forbigående diploidet, kan det dannes levedyktige avkom. For to, i stedet for en, ville levedyktige datterceller som skulle produseres, kreve en ekstra replikasjon av det intakte RNA -genet som var homologt med ethvert RNA -gen som hadde blitt skadet før delingen av den smeltede protocellen. Syklusen med haploid reproduksjon, med sporadisk fusjon til en forbigående diploid tilstand, etterfulgt av splitting til den haploide tilstanden, kan betraktes som den seksuelle syklusen i sin mest primitive form. [74] [75] I fravær av denne seksuelle syklusen ville haploide protokeller med skade i et essensielt RNA -gen rett og slett dø.
Denne modellen for den tidlige kjønnssyklusen er hypotetisk, men den er veldig lik den kjente seksuelle oppførselen til de segmenterte RNA -virusene, som er blant de enkleste organismer som er kjent. Influensavirus, hvis genom består av 8 fysisk adskilte enkeltstrengede RNA-segmenter, [76] er et eksempel på denne typen virus. I segmenterte RNA -virus kan "parring" oppstå når en vertscelle er infisert av minst to viruspartikler. Hvis disse virusene hver inneholder et RNA -segment med dødelig skade, kan flere infeksjoner føre til reaktivering, forutsatt at minst én uskadet kopi av hvert virusgen er tilstede i den infiserte cellen. Dette fenomenet er kjent som "multiplicity reactivation". Det er rapportert at reaktivering av flere reaksjoner forekommer ved influensavirusinfeksjoner etter induksjon av RNA-skader ved UV-bestråling, [77] og ioniserende stråling. [78]
Patrick Forterre har jobbet med en ny hypotese, kalt "tre virus, tre domener": [79] at virus var medvirkende til overgangen fra RNA til DNA og utviklingen av Bacteria, Archaea og Eukaryota. Han mener den siste universelle felles forfaren [79] var RNA-baserte og utviklede RNA-virus. Noen av virusene utviklet seg til DNA -virus for å beskytte genene mot angrep. Gjennom prosessen med virusinfeksjon til verter utviklet de tre livsområdene seg. [79] [80]
Et annet interessant forslag er ideen om at RNA -syntese kan ha blitt drevet av temperaturgradienter, i prosessen med termosyntese. [81] Enkle nukleotider har vist seg å katalysere organiske reaksjoner. [82]
Steven Benner har hevdet at kjemiske forhold på planeten Mars, for eksempel tilstedeværelsen av bor, molybden og oksygen, kan ha vært bedre for å produsere RNA -molekyler i utgangspunktet enn de på jorden. I så fall kan livsvarige molekyler med opprinnelse på Mars senere ha migrert til jorden via mekanismer for panspermi eller lignende prosess. [83] [84]
Den antatte eksistensen av en RNA-verden utelukker ikke en "Pre-RNA-verden", der et metabolsk system basert på en annen nukleinsyre foreslås å forhåndsdate RNA. En kandidatnukleinsyre er peptidnukleinsyre (PNA), som bruker enkle peptidbindinger for å koble nukleobaser. [85] PNA er mer stabil enn RNA, men dets evne til å genereres under prebiologiske forhold har ennå ikke blitt demonstrert eksperimentelt.
Threose -nukleinsyre (TNA) har også blitt foreslått som et utgangspunkt, det samme har glykolnukleinsyre (GNA), og i likhet med PNA mangler de også eksperimentelle bevis for deres respektive abiogenese.
En alternativ - eller komplementær - teori om RNA -opprinnelse er foreslått i PAH -verdenshypotesen, der polysykliske aromatiske hydrokarboner (PAH) formidler syntesen av RNA -molekyler. [86] PAH er de vanligste og rikeligste av de kjente polyatomiske molekylene i det synlige universet, og er en sannsynlig bestanddel av urhavet. [87] PAH og fullerener (også implisert i livets opprinnelse) [88] har blitt påvist i nebulae. [89]
Jern-svovel-verdensteorien foreslår at enkle metabolske prosesser utviklet før genetiske materialer gjorde det, og disse energiproduserende syklusene katalyserte produksjonen av gener.
Noen av vanskelighetene med å produsere forløperne på jorden omgås av en annen alternativ eller komplementær teori for deres opprinnelse, panspermia. Den diskuterer muligheten for at det tidligste livet på denne planeten ble fraktet hit fra et annet sted i galaksen, muligens på meteoritter som ligner Murchison -meteoritten. [90] Sukkermolekyler, inkludert ribose, er funnet i meteoritter. [91] [92] Panspermia ugyldiggjør ikke begrepet en RNA -verden, men antar at denne verden eller dens forløpere ikke stammer fra jorden, men snarere en annen, sannsynligvis eldre, planet.
Det er hypoteser som er i direkte konflikt med RNA -verdenshypotesen [ trenger Kilde ]. Den relative kjemiske kompleksiteten til nukleotidet og sannsynligheten for at det spontant oppstår, sammen med det begrensede antallet kombinasjoner som er mulig blant fire basisformer, samt behovet for RNA -polymerer av en viss lengde før de ser enzymatisk aktivitet, har ført til at noen har avvist RNA-verdenshypotesen til fordel for en metabolisme-første hypotese, der kjemien som ligger til grunn for mobilfunksjonen oppsto først, sammen med evnen til å replikere og lette denne metabolismen.
RNA-peptid coevolution Rediger
Et annet forslag er at dobbeltmolekylsystemet vi ser i dag, hvor et nukleotidbasert molekyl er nødvendig for å syntetisere protein, og et peptidbasert (protein) molekyl er nødvendig for å lage nukleinsyrepolymerer, representerer den opprinnelige formen for liv. [93] Denne teorien kalles RNA-peptid-coevolusjon, [94] eller Peptide-RNA-verdenen, og gir en mulig forklaring på den raske utviklingen av replikasjon av høy kvalitet i RNA (siden proteiner er katalysatorer), med den ulempen å ha å postulere sammenfallende dannelse av to komplekse molekyler, et enzym (fra peptider) og et RNA (fra nukleotider). I dette Peptide-RNA World-scenariet ville RNA inneholdt instruksjonene for livet, mens peptider (enkle proteinenzymer) ville ha akselerert viktige kjemiske reaksjoner for å utføre disse instruksjonene. [95] Studien åpner spørsmålet om nøyaktig hvordan de primitive systemene klarte å replikere seg selv-noe verken RNA World-hypotesen eller Peptide-RNA World-teorien ennå kan forklare, med mindre polymeraser (enzymer som raskt samler RNA-molekylet) spilte en rolle. [95]
Et forskningsprosjekt som ble fullført i mars 2015 av Sutherland -gruppen, fant at et nettverk av reaksjoner som begynte med hydrogensyanid og hydrogensulfid, i vannstråler bestrålet av UV -lys, kunne produsere de kjemiske komponentene i proteiner og lipider, sammen med de av RNA. [96] [97] Forskerne brukte begrepet "cyanosulfid" for å beskrive dette nettverket av reaksjoner. [96] I november 2017 identifiserte et team ved Scripps Research Institute reaksjoner som involverte forbindelsen diamidofosfat som kunne ha knyttet de kjemiske komponentene til korte peptid- og lipidkjeder samt korte RNA-lignende kjeder av nukleotider. [98] [99]
RNA -verdenshypotesen, hvis den er sann, har viktige implikasjoner for definisjonen av liv. I det meste av tiden som fulgte etter Franklin, Watson og Cricks avklaring av DNA -strukturen i 1953, var livet stort sett definert når det gjelder DNA og proteiner: DNA og proteiner virket som de dominerende makromolekylene i den levende cellen, med RNA som bare hjelper til med å lage proteiner fra DNA -planen.
RNA-verdenshypotesen plasserer RNA i sentrum når livet oppsto. RNA -verdenshypotesen støttes av observasjonene om at ribosomer er ribozymer: [100] [101] det katalytiske stedet er sammensatt av RNA, og proteiner spiller ingen stor strukturell rolle og er av perifer funksjonell betydning. Dette ble bekreftet med dekryptering av den tredimensjonale strukturen til ribosomet i 2001. Spesielt er dannelse av peptidbindinger, reaksjonen som binder aminosyrer sammen til proteiner, nå kjent for å bli katalysert av en adeninrest i rRNA.
RNA er kjent for å spille roller i andre cellulære katalytiske prosesser, spesielt i målretting av enzymer til spesifikke RNA -sekvenser. I eukaryoter skjer behandlingen av pre-mRNA og RNA-redigering på steder som bestemmes av baseparringen mellom mål-RNA og RNA-bestanddelene i små kjernefysiske ribonukleoproteiner (snRNP). Slik enzymmålretting er også ansvarlig for gennedregulering gjennom RNA-interferens (RNAi), der en enzymassosiert guide-RNA er rettet mot spesifikt mRNA for selektiv destruksjon. På samme måte innebærer vedlikehold av telomerer i eukaryoter kopiering av en RNA -mal som er en bestanddel av telomerase -ribonukleoproteinenzymet.En annen cellulær organell, hvelvet, inkluderer en ribonukleoproteinkomponent, selv om funksjonen til denne organellen gjenstår å belyse.
Hvem er Boriska Kipriyanovich?
Boris Kipriyanovich, som ble født i 1996, regnes som et barns geni.
Moren hans er lege og sier at hun visste at han var spesiell så snart han holdt hodet oppe uten støtte bare to uker etter at han ble født.
Hun hevder at han begynte å snakke noen måneder senere, og ved halvannet års alder var han i stand til å lese, tegne og male.
Mens Boriska gikk i barnehagen i en alder av bare to år, kunne lærerne ikke unngå å legge merke til hans utrolige skrive- og språktalenter sammen med hans forbløffende hukommelse.
Gutten har gjentatte ganger hevdet at han tidligere var en marspilot som reiste til jorden.
Boriskas mor og far hevder at de ikke lærte sønnen sin noe om rom som barn, men sa at han ofte ville sitte og snakke om Mars, planetsystemene og fremmede sivilisasjoner.
De sier at hans fascinasjon for plass snart ble hans interesse én - og det var ikke lenge før han begynte å påstå at han var født på Mars.
Forskere har beskrevet ham som en ekstremt sjenert ung mann med intelligens over gjennomsnittet.
Hans enestående kunnskap om planetsystemene har gjort eksperter over hele verden forvirret, inkludert forskere.
Hemmeligheten om hvordan livet på jorden begynte
I dag har livet erobret hver kvadratmeter av jorden, men da planeten ble dannet var den en død stein. Hvordan begynte livet?
Denne historien er en del av BBC Earths "Best of 2016" -liste, våre største hits i året. Bla gjennom hele listen.
Hvordan begynte livet? Det kan knapt være et større spørsmål. I store deler av menneskets historie trodde nesten alle på en versjon av "gudene gjorde det". Enhver annen forklaring var utenkelig.
Det er ikke lenger sant. I løpet av det siste århundret har noen få forskere prøvd å finne ut hvordan det første livet kan ha oppstått. De har til og med prøvd å gjenskape dette Genesis-øyeblikket i laboratoriene sine: å skape et helt nytt liv fra bunnen av.
Så langt har ingen klart det, men vi har kommet langt. I dag er mange av forskerne som studerer livets opprinnelse sikre på at de er på rett vei, og de har eksperimentene for å støtte selvtilliten.
Dette er historien om vår søken etter å oppdage vår ultimate opprinnelse. Det er en historie om besettelse, kamp og strålende kreativitet, som omfatter noen av de største funnene av moderne vitenskap. Forsøket på å forstå livets begynnelse har sendt menn og kvinner til de lengste hjørnene av planeten vår. Noen av de involverte forskerne har blitt bedeviled som monstre, mens andre måtte gjøre jobben sin under hælen på brutale totalitære regjeringer.
Dette er historien om livets fødsel på jorden.
Livet er gammelt. Dinosaurene er kanskje de mest kjente utdødde skapningene, og de hadde sin begynnelse for 250 millioner år siden. Men livet går mye lenger tilbake.
De eldste kjente fossilene er rundt 3,5 milliarder år gamle, 14 ganger eldre enn de eldste dinosaurene. Men fossilrekorden kan strekke seg ytterligere. For eksempel fant forskere i august 2016 det som ser ut til å være fossiliserte mikrober fra 3,7 milliarder år tilbake.
Jorden i seg selv er ikke mye eldre, etter å ha dannet seg for 4,5 milliarder år siden.
Hvis vi antar at det dannes liv på jorden og som virker rimelig, gitt at vi ennå ikke har funnet det andre steder, må det ha gjort det i milliardårene mellom at jorden ble til og bevaringen av de eldste kjente fossilene.
I tillegg til å begrense når livet begynte, kan vi gjette en utdannet gjetning på hva det var.
Siden 1800 -tallet har biologer visst at alle levende ting er laget av "celler": små poser med levende materie som kommer i forskjellige former og størrelser. Celler ble først oppdaget på 1600 -tallet, da de første moderne mikroskopene ble oppfunnet, men det tok godt over et århundre før noen innså at de var grunnlaget for alt liv.
Ved å bruke bare materialene og forholdene som ble funnet på jorden for over 3,5 milliarder år siden, må vi lage en celle
Du tror kanskje ikke at du ligner mye på en steinbit eller en Tyrannosaurus Rex, men et mikroskop vil avsløre at dere alle er laget av ganske like celletyper. Det samme er planter og sopp.
Men langt de mest tallrike former for liv er mikroorganismer, som hver består av bare én celle. Bakterier er den mest kjente gruppen, og de finnes overalt på jorden.
I april 2016 presenterte forskere en oppdatert versjon av "livets tre": et slags slektstre for hver levende art. Nesten alle grenene er bakterier. Dessuten antyder formen på treet at en bakterie var den felles stamfar til alt liv. Med andre ord, alle levende ting og ndash inkludert deg og ndash stammer til slutt fra en bakterie.
Dette betyr at vi kan definere problemet med livets opprinnelse mer presist. Ved å bruke bare materialene og forholdene som ble funnet på jorden for over 3,5 milliarder år siden, må vi lage en celle.
Kapittel 1. De første forsøkene
I det meste av historien ble det egentlig ikke ansett som nødvendig å spørre hvordan livet begynte, fordi svaret virket åpenbart.
Før 1800 -tallet trodde de fleste på "vitalisme". Dette er den intuitive ideen om at levende ting var utstyrt med en spesiell, magisk eiendom som gjorde dem annerledes enn livløse objekter.
Livets kjemikalier kan alle lages av enklere kjemikalier som ikke har noe med livet å gjøre
Vitalisme var ofte knyttet til kjærlig religiøs tro. Bibelen sier at Gud brukte "livets pust" til å animere de første menneskene, og den udødelige sjelen er en form for vitalisme.
Det er bare ett problem. Vitalisme er helt feil.
På begynnelsen av 1800 -tallet hadde forskere oppdaget flere stoffer som syntes å være unike for livet. Et slikt kjemikalie var urea, som finnes i urinen og ble isolert i 1799.
Dette var fortsatt, rettferdig, forenlig med vitalisme. Bare levende ting syntes å være i stand til å lage disse kjemikaliene, så kanskje de var fylt med livsenergi, og det var det som gjorde dem spesielle.
Men i 1828 fant den tyske kjemikeren Friedrich W & oumlhler en måte å lage urea fra et vanlig kjemikalie kalt ammoniumcyanat, som ikke hadde noen åpenbar forbindelse med levende ting. Andre fulgte i hans fotspor, og det var snart klart at livets kjemikalier alle kan være laget av enklere kjemikalier som ikke har noe med livet å gjøre.
Dette var slutten på vitalismen som et vitenskapelig begrep. Men folk syntes det var veldig vanskelig å gi slipp på ideen. For mange syntes det å si at det ikke er noe "spesielt" med livets kjemikalier å berøve livet for dets magi, for å redusere oss til bare maskiner. Det motsier selvsagt også Bibelen.
Mysteriet om livets opprinnelse ble ignorert i flere tiår
Til og med forskere har slitt med å avlive vitalismen. Så sent som i 1913 presset den engelske biokjemikeren Benjamin Moore ivrig en teori om "biotisk energi", som egentlig var vitalisme under et annet navn. Ideen hadde et sterkt følelsesmessig grep.
I dag holder ideen seg fast på uventede steder. For eksempel er det mange science-fiction-historier der en persons "livsenergi" kan forsterkes eller tømmes bort. Tenk på "regenereringsenergien" som Time Lords brukte i Doctor Who, som til og med kan fylles på hvis den er lav. Dette føles futuristisk, men det er en dypt gammeldags idé.
Likevel, etter 1828 hadde forskere legitime grunner til å lete etter en guddomsfri forklaring på hvordan det første livet dannet seg. Men det gjorde de ikke. Det virker som et opplagt emne å utforske, men faktisk ble mysteriet om livets opprinnelse ignorert i flere tiår. Kanskje alle fortsatt var for følelsesmessig knyttet til vitalisme til å ta det neste trinnet.
I stedet var det store biologiske gjennombruddet på 1800 -tallet evolusjonsteorien, utviklet av Charles Darwin og andre.
Darwin visste at det var et dyptgående spørsmål
Darwins teori, satt opp i Om artenes opprinnelse i 1859, forklarte hvordan det store mangfoldet av liv alle kunne ha oppstått fra en enkelt felles forfader. I stedet for at hver av de forskjellige artene ble skapt individuelt av Gud, stammet de alle fra en opprinnelig organisme som levde for millioner av år siden: den siste universelle felles forfaren.
Denne ideen viste seg å være ekstremt kontroversiell, igjen fordi den motsier Bibelen. Darwin og ideene hans ble utsatt for et voldsomt angrep, spesielt fra rasende kristne.
Evolusjonsteorien sa ingenting om hvordan den første organismen ble til.
Darwin visste at det var et dyptgående spørsmål, men & ndash kanskje forsiktig med å starte enda en kamp med Kirken og han ser bare ut til å ha diskutert spørsmålet i et brev skrevet i 1871. Hans opphissede språk avslører at han kjente den dype betydningen av spørsmålet :
Den første hypotesen om livets opprinnelse ble oppfunnet i et vilt totalitært land
"Men hvis vi hadde tenkt oss i en varm liten dam med alle slags ammoniakk og fosforsalter og lys, varme, elektrisitet og ampc tilstede, at en proteinforbindelse ble dannet kjemisk, klar til å gjennomgå enda mer komplekse Endringer. "
Med andre ord, hva om det en gang var en liten vannmasse, fylt med enkle organiske forbindelser og badet i sollys. Noen av disse forbindelsene kan kombinere for å danne et livlignende stoff som et protein, som deretter kan begynne å utvikle seg og bli mer komplekst.
Det var en skissert idé. Men det ville bli grunnlaget for den første hypotesen for hvordan livet begynte.
Denne ideen kom fra et uventet sted. Du tror kanskje at dette vågale stykket fri tankegang ville ha blitt utviklet i et demokratisk land med en tradisjon for ytringsfrihet: kanskje USA. Men faktisk ble den første hypotesen om livets opprinnelse oppfunnet i et vilt totalitært land, hvor fri tenkning ble utryddet: USSR.
I Stalins Russland var alt under statens kontroll. Det inkluderte folks ideer, selv om emner og ndash som biologi og ndash som virker urelatert til kommunistisk politikk.
Oparin forestilte seg hvordan Jorden var da den ble nydannet
Mest kjent forbød Stalin forskere effektivt å studere konvensjonell genetikk. I stedet påla han ideene til en gårdsarbeider ved navn Trofim Lysenko, som han mente var mer i tråd med kommunistisk ideologi. Forskere som jobber med genetikk ble tvunget til å støtte Lysenkos ideer offentlig, eller risikere å havne i en arbeidsleir.
Det var i dette undertrykkende miljøet Alexander Oparin forsket på biokjemi. Han klarte å fortsette å jobbe fordi han var en lojal kommunist: han støttet Lysenkos ideer og mottok til og med Lenins orden, den høyeste utsmykningen som kunne skjenkes noen som bodde i Sovjetunionen.
I 1924 ga Oparin ut boken hans Livets opprinnelse. I den satte han frem en visjon for livets fødsel som var oppsiktsvekkende lik Darwins varme lille dam.
Oparin forestilte seg hvordan Jorden var da den ble nydannet. Overflaten var fryktelig varm, da steiner fra verdensrommet stupte ned på den og rammet. Det var et rot av halvsmeltede bergarter, som inneholdt et stort utvalg av kjemikalier og ndash inkludert mange basert på karbon.
Hvis du ser coacervates under et mikroskop, oppfører de seg nervøst som levende celler
Etter hvert avkjølte jorden nok til at vanndamp kunne kondensere til flytende vann, og det første regnet falt. Kort tid etter hadde jorden hav som var varme og rike på karbonbaserte kjemikalier. Nå kan to ting skje.
For det første kan de forskjellige kjemikaliene reagere med hverandre for å danne mange nye forbindelser, hvorav noen vil være mer komplekse. Oparin antok at molekylene sentrale i livet, som sukker og aminosyrer, alle kunne ha dannet seg i jordens vann.
For det andre begynte noen av kjemikaliene å danne mikroskopiske strukturer. Mange organiske kjemikalier oppløses ikke i vann: for eksempel danner olje et lag på toppen av vann. Men når noen av disse kjemikaliene kommer i kontakt med vann, danner de sfæriske kuler kalt "coacervates", som kan være opptil 0,01 cm (0,004 tommer) på tvers.
Hvis du ser coacervates under et mikroskop, oppfører de seg nervøst som levende celler. De vokser og endrer form, og deler seg noen ganger i to. De kan også ta opp kjemikalier fra vannet rundt, slik at livlignende kjemikalier kan bli konsentrert inne i dem. Oparin foreslo at coacervates var forfedrene til moderne celler.
Ideen om at levende organismer dannet med rent kjemiske midler, uten en gud eller til og med en "livskraft", var radikal
Fem år senere i 1929 foreslo den engelske biologen JBS Haldane uavhengig noen veldig like ideer i en kort artikkel publisert i Rasjonalistisk årlig.
Haldane hadde allerede gitt enorme bidrag til evolusjonsteorien, og bidro til å integrere Darwins ideer med den nye genetikken.
Han var også en karakter som var større enn livet. Ved en anledning fikk han en perforert trommehinne takket være noen eksperimenter med dekompresjonskamre, men skrev senere at: "trommelen helbreder generelt og hvis et hull blir igjen i den, selv om man er litt døv, kan man blåse tobakkrøyk ut av det aktuelle øret, som er en sosial prestasjon. "
Akkurat som Oparin skisserte Haldane hvordan organiske kjemikalier kunne bygge seg opp i vann, "[til] de primitive havene nådde konsistensen av varm fortynnet suppe". Dette satte scenen for at "de første levende eller halvlevende tingene" skulle dannes, og for hver enkelt å bli innesluttet i "en fet film".
Det er talende at av alle biologene i verden var det Oparin og Haldane som foreslo dette. Ideen om at levende organismer dannet med rent kjemiske midler, uten en gud eller til og med en "livskraft", var radikal. Som Darwins evolusjonsteori før den, fløy den i møte med kristendommen.
Det var ett problem. Det var ingen eksperimentelle bevis for å støtte det
Det passet fint til Sovjetunionen. Det sovjetiske regimet var offisielt ateist, og dets ledere var ivrige etter å støtte materialistiske forklaringer på dype fenomener som livet. Haldane var også ateist og en hengiven kommunist for å starte opp.
"På den tiden, for å akseptere eller ikke godta denne ideen, var det hovedsakelig avhengig av personligheter: om de var religiøse eller om de støttet venstre- eller kommunistiske ideer," sier livets ekspert Armen Mulkidjanian ved University of Osnabr & uumlck i Tyskland. "I Sovjetunionen ble de akseptert lykkelig fordi de ikke trengte Gud. I den vestlige verden, hvis du ser etter mennesker som tenkte i denne retningen, var de alle venstreorienterte, kommunister og så videre."
Ideen om at livet dannet seg i en ursuppe av organiske kjemikalier ble kjent som Oparin-Haldane-hypotesen. Det var pent og overbevisende, men det var ett problem. Det var ingen eksperimentelle bevis for å støtte det. Dette ville ikke komme på nesten et kvart århundre.
Da Harold Urey ble interessert i livets opprinnelse, hadde han allerede vunnet Nobelprisen i kjemi 1934 og bidro til å bygge atombomben. Under andre verdenskrig jobbet Urey på Manhattan-prosjektet og samlet det ustabile uran-235 som trengs for kjernen i bomben. Etter krigen kjempet han for å beholde atomteknologi i sivil kontroll.
I 1952 begynte Miller det mest kjente eksperimentet om livets opprinnelse som noen gang er forsøkt
Han ble også interessert i kjemien i verdensrommet, spesielt det som skjedde da solsystemet først ble dannet. En dag holdt han et foredrag og påpekte at det sannsynligvis ikke var oksygen i jordens atmosfære da det først ble dannet. Dette ville ha gitt de ideelle forholdene for at Oparin og Haldane skulle få sin ursuppe: de skjøre kjemikaliene ville blitt ødelagt ved kontakt med oksygen.
En doktorgradsstudent ved navn Stanley Miller var blant publikum, og henvendte seg senere til Urey med et forslag: kunne de teste denne ideen? Urey var skeptisk, men Miller snakket ham inn i det.
Så i 1952 begynte Miller det mest kjente eksperimentet om livets opprinnelse som noen gang er forsøkt.
Oppsettet var enkelt. Miller koblet sammen en serie glassflasker og sirkulerte fire kjemikalier som han mistenkte var tilstede på den tidlige jorden: kokende vann, hydrogengass, ammoniakk og metan. Han utsatte gassene for gjentatte elektriske sjokk for å simulere lynnedslagene som ville ha vært en vanlig forekomst på jorden for så lenge siden.
Du kan gå fra en enkel atmosfære og produsere mange biologiske molekyler
Miller fant ut at "vannet i kolben ble merkbart rosa etter den første dagen, og ved slutten av uken var løsningen dyp rød og grumsete". Det var tydelig at det hadde dannet seg en blanding av kjemikalier.
Da Miller analyserte blandingen, fant han ut at den inneholdt to aminosyrer: glycin og alanin. Aminosyrer blir ofte beskrevet som livets byggesteiner. De brukes til å danne proteiner som styrer de fleste biokjemiske prosessene i kroppene våre. Miller hadde laget to av livets viktigste komponenter, fra bunnen av.
Resultatene ble publisert i det prestisjetunge tidsskriftet Vitenskap i 1953. Urey, i en uselvisk handling uvanlig blant seniorforskere, fikk navnet hans tatt av papiret, noe som ga Miller den eneste æren. Til tross for dette er studien ofte kjent som "Miller-Urey-eksperimentet".
"Styrken til Miller-Urey er å vise at du kan gå fra en enkel atmosfære og produsere mange biologiske molekyler," sier John Sutherland fra Laboratory of Molecular Biology i Cambridge, Storbritannia.
Livet var mer komplisert enn noen hadde trodd
Detaljene viste seg å være feil, siden senere studier viste at den tidlige jordens atmosfære hadde en annen blanding av gasser. Men det er nesten ved siden av poenget.
"Det var massivt ikonisk, stimulerte publikums fantasi og fortsetter å bli sitert mye," sier Sutherland.
I kjølvannet av Millers eksperiment begynte andre forskere å finne måter å lage enkle biologiske molekyler fra bunnen av. En løsning på mysteriet om livets opprinnelse virket nær.
Men så ble det klart at livet var mer komplisert enn noen hadde trodd. Levende celler, viste det seg, var ikke bare poser med kjemikalier: de var intrikate små maskiner. Plutselig begynte å lage en fra bunnen av å se ut som en mye større utfordring enn forskerne hadde forventet.
Kapittel 2. Den store polarisasjonen
På begynnelsen av 1950-tallet hadde forskere beveget seg bort fra den mangeårige antagelsen om at livet var en gave fra gudene. De hadde i stedet begynt å utforske muligheten for at liv dannet seg spontant og naturlig på den tidlige Earth & ndash, og takket være Stanley Millers ikoniske eksperiment hadde de til og med praktisk støtte for ideen.
Mens Miller prøvde å lage livets ting fra bunnen av, fant andre forskere ut av hvilke gener som var laget av.
På dette tidspunktet var mange biologiske molekyler kjent. Disse inkluderte sukker, fett, proteiner og ndash og nukleinsyrer som "deoksyribonukleinsyre", eller DNA for kort.
Deres var en av de største vitenskapelige funnene på 1900 -tallet
I dag tar vi det for gitt at DNA bærer genene våre, men dette kom faktisk som et sjokk for biologene på 1950 -tallet. Proteiner er mer komplekse, så forskere trodde de var genene.
Den ideen ble motbevist i 1952 av Alfred Hershey og Martha Chase fra Carnegie Institution of Washington. De studerte enkle virus som bare inneholder DNA og protein, og som må infisere bakterier for å formere seg. De fant ut at det var det virale DNA som kom inn i bakteriene: proteinene holdt seg utenfor. Tydeligvis var DNA det genetiske materialet.
Hershey og Chases funn utløste et hektisk løp for å finne ut strukturen til DNA, og dermed hvordan det fungerte. Året etter ble problemet sprukket av Francis Crick og James Watson ved University of Cambridge, UK & ndash med mye under-anerkjent hjelp fra sin kollega Rosalind Franklin.
Deres var en av de største vitenskapelige funnene på 1900 -tallet. Det omformet også søket etter livets opprinnelse ved å avsløre den utrolige forviklingen som er skjult inne i levende celler.
Crick og Watson innså at DNA er en dobbel helix, som en stige som har blitt vridd til en spiral. De to "polene" på stigen er hver bygget av molekyler som kalles nukleotider.
Genene dine kommer til slutt fra en forfedre bakterie
Denne strukturen forklarte hvordan celler kopierer deres DNA. Med andre ord avslørte det hvordan foreldre lager kopier av genene sine og gir dem videre til barna sine.
Nøkkelpunktet er at dobbelspiralen kan "pakkes ut". Dette avslører den genetiske koden & ndash som består av sekvenser av de genetiske basene A, T, C og G & ndash som normalt er låst inne i DNA -stigen og rsquos "trinn". Hver streng brukes deretter som en mal for å gjenskape en kopi av den andre.
Ved å bruke denne mekanismen har gener blitt overført fra foreldre til barn siden begynnelsen av livet. Genene dine kommer til slutt fra en forfedre bakterie og ndash, og ved hvert trinn ble de kopiert ved hjelp av mekanismen Crick og Watson oppdaget.
Utforsk strukturen til DNA i denne videoen:
Crick og Watson redegjorde for funnene sine i et papir fra 1953 Natur. I løpet av de neste årene kjørte biokjemikere for å finne ut nøyaktig hvilken informasjon DNA bærer, og hvordan den informasjonen brukes i levende celler. Livets innerste hemmeligheter ble avslørt for første gang.
Plutselig så Oparin og Haldanes ideer naivt enkle ut
Det viste seg at DNA bare har én jobb. DNA -en din forteller cellene dine hvordan de lager proteiner: molekyler som utfører en rekke viktige oppgaver. Uten proteiner kunne du ikke fordøye maten, hjertet ditt stoppet og du kunne ikke puste.
Men prosessen med å bruke DNA for å lage proteiner viste seg å være svimlende intrikat. Det var et stort problem for alle som prøvde å forklare livets opprinnelse, fordi det er vanskelig å forestille seg hvordan noe så komplekst noen gang kunne ha kommet i gang.
Hvert protein er i hovedsak en lang kjede av aminosyrer, knyttet sammen i en bestemt rekkefølge. Sekvensen til aminosyrene bestemmer den tredimensjonale formen til proteinet, og dermed hva det gjør.
Denne informasjonen er kodet i sekvensen av DNA -basene. Så når en celle trenger å lage et bestemt protein, leser den det relevante genet i DNA for å få sekvensen av aminosyrer.
Det viste seg at DNA bare har én jobb
Men det er en vri. DNA er verdifullt, så cellene foretrekker å holde det samlet trygt. Av denne grunn kopierer de informasjonen fra DNA til korte molekyler av et annet stoff som kalles RNA (ribonukleinsyre). Hvis DNA er en bibliotekbok, er RNA et papirskrap med en nøkkelpassasje som er krøllet på det. RNA ligner på DNA, bortsett fra at det bare har en tråd.
Til slutt foregår prosessen med å konvertere informasjonen ved at RNA -streng til et protein finner sted i et enormt forseggjort molekyl kalt et "ribosom".
Denne prosessen pågår i hver levende celle, selv de enkleste bakteriene. Det er like viktig for livet som å spise og puste. Enhver forklaring på livets opprinnelse må vise hvordan dette komplekse treenighets- og ndash -DNA, RNA og ribosomprotein og ndash ble til og begynte å fungere.
Plutselig så Oparin og Haldanes ideer naivt enkle ut, mens Millers eksperiment, som bare produserte noen få av aminosyrene som ble brukt til å bygge proteiner, så amatøraktig ut. Langt fra å ta oss det meste av veien til å skape liv, var hans seminal studie tydeligvis bare det første trinnet på en lang vei.
Ideen om at livet begynte med RNA ville vise seg å være enormt innflytelsesrik
"DNA gjør at RNA lager protein, alt i denne lipidinnkapslede posen med kjemikalier," sier John Sutherland. "Du ser på det, og det er bare" wow, det er for komplisert ". Hvordan skal vi finne organisk kjemi som vil gjøre alt dette på en gang?"
Den første personen som virkelig tok tak i dette var en britisk kjemiker ved navn Leslie Orgel. Han var en av de første som så Crick og Watsons modell av DNA, og skulle senere hjelpe Nasa med deres Viking -program, som sendte robotlandere til Mars.
Orgel satte seg for å forenkle problemet. Han skrev i 1968 og støttet av Crick, og foreslo at det første livet ikke hadde proteiner eller DNA. I stedet ble den nesten utelukkende laget av RNA. For at dette skal fungere må disse ur -RNA -molekylene ha vært spesielt allsidige. For det første må de ha vært i stand til å bygge kopier av seg selv, antagelig ved å bruke den samme baseparringsmekanismen som DNA.
Ideen om at livet begynte med RNA ville vise seg å være enormt innflytelsesrik. Men det utløste også en vitenskapelig torvkrig som har vart til i dag.
Ved å antyde at livet begynte med RNA og lite annet, foreslo Orgel at et avgjørende aspekt ved livet og dets evne til å reprodusere seg selv og ndash dukket opp før alle de andre. På en måte antydet han ikke bare hvordan livet først ble satt sammen: han sa noe om hva livet er.
Forskere som studerte livets opprinnelse delte seg i leirer
Mange biologer er enige i Orgels idé om "replikasjon først". I Darwins evolusjonsteori er evnen til å skape avkom helt sentral: den eneste måten en organisme kan "vinne" på er å etterlate mange barn.
Men det er andre funksjoner i livet som virker like viktige. Det mest åpenbare er metabolisme: evnen til å hente ut energi fra omgivelsene og bruke den til å holde deg i live. For mange biologer må metabolisme ha vært det opprinnelige definerende trekket i livet, med replikasjon som dukker opp senere.
Så fra 1960 -tallet og fremover delte forskere som studerte livets opprinnelse seg i leirer.
"Den grunnleggende polarisasjonen var metabolisme-først kontra genetikk-først," sier Sutherland.
Vitenskapelige møter om livets opprinnelse har ofte vært vanskelige saker
I mellomtiden hevdet en tredje gruppe at det første som dukket opp var en beholder for nøkkelmolekylene, for å hindre at de flyter av. "Kompartmentalisering må ha kommet først, for det er ingen vits å gjøre stoffskiftet med mindre du er kompartementalisert," sier Sutherland. Med andre ord, det måtte være en celle og ndash slik Oparin og Haldane hadde understreket noen tiår tidligere & ndash kanskje innelukket av en membran av enkle fettstoffer og lipider.
Alle tre ideene skaffet seg tilhenger og har overlevd til i dag. Forskere har lidenskapelig engasjert seg for kjæledyrideene sine, noen ganger blindt.
Som et resultat har vitenskapelige møter om livets opprinnelse ofte vært kriminelle saker, og journalister som dekker emnet blir jevnlig fortalt av en forsker i en leir at ideene som kommer fra de andre leirene er dumme eller verre.
Takket være Orgel fikk ideen om at livet begynte med RNA og genetikk en tidlig start. Så kom 1980 -tallet, og en oppsiktsvekkende oppdagelse som så ut til å bekrefte det ganske mye.
Kapittel 3. Søk etter den første replikatoren
Etter 1960 -tallet delte forskerne på jakt etter å forstå livets opprinnelse seg i tre grupper. Noen var overbevist om at livet begynte med dannelsen av primitive versjoner av biologiske celler. Andre trodde det viktigste trinnet var et metabolsk system, og andre fokuserte på viktigheten av genetikk og replikasjon. Denne siste gruppen begynte å prøve å finne ut hvordan den første replikatoren kan ha sett ut og fokusert på ideen om at den var laget av RNA.
Allerede på 1960 -tallet hadde forskere grunn til å tro at RNA var kilden til alt liv.
Spesielt kan RNA gjøre noe som DNA ikke kan. Det er et enkeltstrenget molekyl, så i motsetning til stivt, dobbeltstrenget DNA kan det brette seg inn i en rekke forskjellige former.
Du kan ikke leve uten enzymer
RNAs origami-lignende folding lignet ganske på hvordan proteiner oppfører seg. Proteiner er også i utgangspunktet lange tråder og ndash laget av aminosyrer i stedet for nukleotider og ndash, og dette lar dem konstruere forseggjorte strukturer.
Dette er nøkkelen til proteinenes mest fantastiske evne. Noen av dem kan fremskynde, eller "katalysere", kjemiske reaksjoner. Disse proteinene er kjent som enzymer.
Mange enzymer finnes i tarmen din, hvor de bryter opp de komplekse molekylene fra maten din til enkle som sukker som cellene dine kan bruke. Du kan ikke leve uten enzymer.
Leslie Orgel og Francis Crick hadde en mistanke. Hvis RNA kunne brette seg som et protein, kan det kanskje danne enzymer. Hvis det var sant, kunne RNA vært det opprinnelige & ndash og svært allsidige og levende molekylet, lagret informasjon som DNA gjør nå og katalyserer reaksjoner som noen proteiner gjør.
Det var en god idé, men det ville ikke være bevis på over et tiår.
Thomas Cech er født og oppvokst i Iowa. Som barn ble han fascinert av steiner og mineraler. Da han var på ungdomsskolen, besøkte han det lokale universitetet og banket på geologers dører og ba om å få se modeller av mineralstrukturer.
Men til slutt endte han opp med å bli biokjemiker, med fokus på RNA.
Nå så forestillingen om at livet begynte med RNA lovende ut
På begynnelsen av 1980-tallet studerte Cech og hans kolleger ved University of Colorado Boulder en encellet organisme kalt Tetrahymena thermophila. En del av mobilapparatet inkluderer tråder av RNA. Cech fant ut at en bestemt del av RNA noen ganger løsnet fra resten, som om noe hadde klippet den ut med saks.
Da teamet fjernet alle enzymer og andre molekyler som kan virke som en molekylsaks, fortsatte RNA å gjøre det. De hadde oppdaget det første RNA -enzymet: et kort stykke RNA som klarte å kutte seg ut av den større tråden den var en del av.
Cech publiserte resultatene i 1982. Året etter fant en annen gruppe et andre RNA -enzym & ndash eller "ribozym", som det ble kalt.
Å finne to RNA -enzymer raskt etter hverandre antydet at det var mange flere der ute. Nå så forestillingen om at livet begynte med RNA lovende ut.
Finn ut mer om RNA i denne videoen:
Det ville være Walter Gilbert fra Harvard University i Cambridge, Massachusetts som ga ideen et navn. En fysiker som hadde blitt fascinert av molekylærbiologi, Gilbert ville også være en av de tidlige talsmennene for sekvensering av det menneskelige genomet.
RNA World er en elegant måte å lage komplekse liv fra bunnen av
Skriver inn Natur i 1986 foreslo Gilbert at livet begynte i "RNA World".
Det første evolusjonstrinnet, argumenterte Gilbert, besto av "RNA -molekyler som utfører de katalytiske aktivitetene som er nødvendige for å samle seg fra en nukleotidsuppe". Ved å klippe og lime inn forskjellige biter av RNA sammen, kan RNA -molekylene lage stadig flere nyttige sekvenser. Til slutt fant de en måte å lage proteiner og proteinenzymer på, noe som viste seg å være så nyttig at de i stor grad erstattet RNA -versjonene og ga liv til slik vi kjenner det i dag.
RNA World er en elegant måte å lage komplekse liv fra bunnen av. I stedet for å måtte stole på den samtidige dannelsen av dusinvis av biologiske molekyler fra ur-suppen, kan ett Jack-of-all-trades-molekyl gjøre jobben for dem alle.
I 2000 ble RNA World -hypotesen gitt et dramatisk stykke bevis.
Thomas Steitz hadde brukt 30 år på å studere strukturene til molekylene i levende celler. På 1990 -tallet tok han på seg sin største utfordring: å finne ut strukturen til ribosomet.
Det faktum at denne essensielle maskinen var basert på RNA gjorde RNA -verden enda mer sannsynlig
Hver levende celle har et ribosom. Dette enorme molekylet leser instruksjoner fra RNA og kobler sammen aminosyrer for å lage proteiner. Ribosomene i cellene dine bygde det meste av kroppen din.
Det var kjent at ribosomet inneholdt RNA. Men i 2000 produserte Steitz team et detaljert bilde av ribosomets struktur, som viste at RNA var den katalytiske kjernen i ribosomet.
Dette var kritisk, fordi ribosomet er så grunnleggende for livet, og så gammelt. Det faktum at denne essensielle maskinen var basert på RNA gjorde RNA -verden enda mer sannsynlig.
RNA World -tilhengere var i ekstase over funnet, og i 2009 ville Steitz motta en andel av en Nobelpris. Men siden har tvilen sneket seg inn igjen.
Helt fra starten var det to problemer med RNA World -ideen. Kan RNA virkelig utføre alle livets funksjoner av seg selv? Og kunne den ha dannet seg på den tidlige jorden?
De satte seg for å lage et selvreplikerende RNA for seg selv
Det er 30 år siden Gilbert satte ut boden for RNA -verdenen, og vi har fremdeles ikke harde bevis for at RNA kan gjøre alt det teorien krever av det. Det er et praktisk lite molekyl, men det er kanskje ikke praktisk nok.
En oppgave skilte seg ut. Hvis livet begynte med et RNA-molekyl, må det RNA ha vært i stand til å lage kopier av seg selv: det burde vært selvreplikerende.
Men ingen kjent RNA kan replikere seg selv. Heller ikke DNA. Det tar en bataljon av enzymer og andre molekyler for å bygge en kopi av et stykke RNA eller DNA.
Så på slutten av 1980 -tallet startet noen få biologer en ganske kviksotisk søken. De satte seg for å lage et selvreplikerende RNA for seg selv.
Jack Szostak fra Harvard Medical School var en av de første som engasjerte seg. Som barn var han så fascinert av kjemi at han hadde et laboratorium i kjelleren. Med en fantastisk respekt for sin egen sikkerhet, satte han en gang i gang en eksplosjon som innebygde et glassrør i taket.
De hadde vist at RNA -enzymer kan være virkelig kraftige
På begynnelsen av 1980 -tallet hjalp Szostak med å vise hvordan genene våre beskytter seg mot aldringsprosessen. Denne tidlige forskningen ville til slutt gi ham en andel av en Nobelpris.
Men han ble snart fascinert av Cechs RNA -enzymer. "Jeg syntes at arbeidet bare var veldig kult," sier han. "I prinsippet kan det være en mulighet for RNA å katalysere sin egen replikasjon."
I 1988 fant Cech et RNA -enzym som kunne bygge et kort RNA -molekyl som var omtrent 10 nukleotider langt. Szostak satte seg for å forbedre oppdagelsen ved å utvikle nye RNA -enzymer i laboratoriet. Teamet hans opprettet en samling tilfeldige sekvenser og testet dem for å se hvilke som viste katalytisk aktivitet. De tok deretter disse sekvensene, justerte dem og testet igjen.
Etter 10 runder med dette hadde Szostak produsert et RNA -enzym som fikk en reaksjon til å gå syv millioner ganger raskere enn den naturligvis ville gjort. De hadde vist at RNA -enzymer kan være virkelig kraftige. Men enzymet deres kunne ikke kopiere seg selv, ikke engang i nærheten. Szostak hadde truffet en vegg.
Det neste store fremskrittet kom i 2001 fra Szostaks tidligere student David Bartel, fra Massachusetts Institute of Technology i Cambridge. Bartel laget et RNA -enzym kalt R18 som kan tilføre nye nukleotider til en RNA -streng, basert på en eksisterende mal. Med andre ord var det ikke bare å legge til tilfeldige nukleotider: det kopierte en sekvens riktig.
Dette var fremdeles ikke en selvreplikator, men det kantet mot det. R18 besto av en streng på 189 nukleotider, og den kunne pålitelig legge til 11 nukleotider til en streng: 6% av sin egen lengde. Håpet var at noen få tilpasninger ville gjøre det mulig å gjøre en streng 189 nukleotider lange og ndash like lange som seg selv.
RNA ser ikke ut til å klare jobben med å starte livet
Det beste forsøket kom i 2011 fra Philipp Holliger fra Laboratory of Molecular Biology i Cambridge, Storbritannia. Teamet hans opprettet en modifisert R18 kalt tC19Z, som kopierer sekvenser opptil 95 nukleotider lange. Det er 48% av sin egen lengde: mer enn R18, men ikke de nødvendige 100%.
En alternativ tilnærming har blitt fremmet av Gerald Joyce og Tracey Lincoln fra Scripps Research Institute i La Jolla, California. I 2009 opprettet de et RNA -enzym som replikerer seg indirekte.
Enzymet deres kobler sammen to korte stykker RNA for å lage et andre enzym. Dette kombinerer deretter ytterligere to RNA -stykker for å gjenskape det originale enzymet.
Denne enkle syklusen kan fortsette på ubestemt tid, gitt råvarene. Men enzymene fungerte bare hvis de fikk de riktige RNA -strengene, som Joyce og Lincoln måtte lage.
For de mange forskerne som er skeptiske til RNA-verdenen, er mangelen på et selvreplikerende RNA et fatalt problem med ideen. RNA ser ikke ut til å klare jobben med å starte livet.
Kanskje det var en annen type molekyl på den tidlige jorden
Saken har også blitt svekket av at kjemikere ikke har laget RNA fra bunnen av. Det ser ut som et enkelt molekyl sammenlignet med DNA, men RNA har vist seg å være enormt vanskelig å lage.
Problemet er sukkeret og basen som utgjør hvert nukleotid. Det er mulig å lage dem hver for seg, men de to nekter hardnakket å knytte sammen.
Dette problemet var allerede klart på begynnelsen av 1990 -tallet. Det etterlot mange biologer en gnagende mistanke om at RNA World -hypotesen, selv om den var pen, ikke kunne være helt riktig.
I stedet var det kanskje en annen type molekyl på den tidlige jorden: noe enklere enn RNA, som virkelig kunne sette seg sammen fra ur-suppen og begynne å replikere seg selv. Dette kan ha kommet først, og deretter ført til RNA, DNA og resten.
I 1991 kom Peter Nielsen ved Universitetet i København i Danmark med en kandidat til urreplikatoren.
Det var egentlig en sterkt modifisert versjon av DNA. Nielsen holdt basene på samme måte som de holdt seg til A, T, C og G som finnes i DNA og ndash, men laget ryggraden av molekyler kalt polyamider i stedet for sukker som finnes i DNA. Han kalte det nye molekylet polyamidnukleinsyre, eller PNA. Forvirrende nok har den siden blitt kjent som peptidnukleinsyre.
PNA, i motsetning til RNA, kan lett ha dannet seg på den tidlige jorden
PNA har aldri blitt funnet i naturen. Men det oppfører seg mye som DNA. En streng av PNA kan til og med ta plassen til en av strengene i et DNA -molekyl, med de komplementære basene som pares opp som normalt. Dessuten kan PNA spole opp til en dobbel helix, akkurat som DNA.
Stanley Miller var fascinert. Dypt skeptisk til RNA -verden mistenkte han at PNA var en mer sannsynlig kandidat for det første genetiske materialet.
I 2000 kom han med noen harde bevis. Da var han 70 år gammel, og hadde nettopp lidd den første i en serie med ødeleggende slag som til slutt ville la ham være begrenset til et sykehjem, men han var ikke helt ferdig.Han gjentok sitt klassiske eksperiment, som vi diskuterte i kapittel én, denne gangen ved å bruke metan, nitrogen, ammoniakk og vann og ndash og skaffet polyamid -ryggraden i PNA.
Dette antydet at PNA, i motsetning til RNA, lett kunne ha dannet seg på den tidlige jorden.
Andre kjemikere har kommet med sine egne alternative nukleinsyrer.
Hver av disse alternative nukleinsyrene har sine støttespillere: vanligvis personen som laget den
I 2000 laget Albert Eschenmoser treose -nukleinsyre (TNA). Dette er i utgangspunktet DNA, men med et annet sukker i ryggraden. Tråder av TNA kan pares opp for å danne en dobbel helix, og informasjon kan kopieres frem og tilbake mellom RNA og TNA.
Dessuten kan TNA brette seg opp i komplekse former, og til og med binde seg til et protein. Dette antyder at TNA kan fungere som et enzym, akkurat som RNA.
Hver av disse alternative nukleinsyrene har sine støttespillere: vanligvis personen som laget den. Men det er ingen spor av dem i naturen, så hvis det første livet brukte dem, må det på et tidspunkt ha forlatt dem helt til fordel for RNA og DNA. Dette kan være sant, men det er ingen bevis.
Alt dette betydde at på midten av 2000-tallet var støttespillere for RNA World i et problem.
RNA World, ryddig som den var, kunne ikke være hele sannheten
På den ene siden eksisterte RNA -enzymer, og de inkluderte en av de viktigste delene av biologisk maskineri, ribosomet. Det var bra.
Men det var ikke funnet noe selvreplikerende RNA, og ingen kunne finne ut hvordan RNA dannet seg i ur-suppen. De alternative nukleinsyrene kan løse det siste problemet, men det var ingen bevis på at de noen gang eksisterte i naturen. Det var mindre bra.
Den åpenbare konklusjonen var at RNA World, ryddig som den var, ikke kunne være hele sannheten.
I mellomtiden hadde en rivaliserende teori stadig samlet damp siden 1980 -tallet. Tilhengerne hevder at livet ikke begynte med RNA, eller DNA, eller noe annet genetisk stoff. I stedet begynte det som en mekanisme for å utnytte energi.
Kapittel 4. Kraft fra protoner
Vi så i kapittel to hvordan forskere delte seg inn i tre tankeskoler om hvordan livet begynte. En gruppe var overbevist om at livet begynte med et molekyl av RNA, men de slet med å finne ut hvordan RNA eller lignende molekyler kunne ha dannet seg spontant på den tidlige jorden og deretter laget kopier av seg selv. Innsatsen deres var spennende i begynnelsen, men til slutt frustrerende. Selv om denne forskningen utviklet seg, var det imidlertid andre forskere fra livets opprinnelse som følte seg sikre på at livet begynte på en helt annen måte.
RNA World -teorien er avhengig av en enkel idé: det viktigste en levende organisme kan gjøre er å reprodusere seg selv. Mange biologer er enige i dette. Fra bakterier til blåhvaler, alle levende ting streber etter å få avkom.
W & aumlchtersh & aumluser foreslo at de første organismer var "drastisk forskjellige fra alt vi kjenner"
Mange forskere fra livets opprinnelse tror imidlertid ikke at reproduksjon er virkelig grunnleggende. Før en organisme kan reprodusere, sier de, må den være selvbærende. Den må holde seg i live. Tross alt kan du ikke få barn hvis du dør først.
Vi holder oss i live ved å spise mat, mens grønne planter gjør det ved å trekke ut energi fra sollys. Du tror kanskje ikke at en person som ulver ned en saftig biff ligner mye på et løvtreet eik, men når du får det til, tar begge inn energi.
Denne prosessen kalles metabolisme. Først må du hente energi fra energirike kjemikalier som sukker. Da må du bruke den energien til å bygge nyttige ting som celler.
Denne prosessen med å utnytte energi er så helt avgjørende, mange forskere mener det må ha vært det første livet noensinne har gjort.
Hvordan kan disse stoffene som bare har metabolisme ha sett ut? Et av de mest innflytelsesrike forslagene ble fremmet på slutten av 1980 -tallet av G & uumlnter W & aumlchtersh & aumluser. Han var ikke en heltidsforsker, men heller en patentadvokat med bakgrunn i kjemi.
W & aumlchtersh & aumluser foreslo at de første organismer var "drastisk forskjellige fra alt vi kjenner". De var ikke laget av celler. De hadde ikke enzymer, DNA eller RNA.
Alle de andre tingene som utgjør moderne organismer og ndash som DNA, celler og hjerner og ndash kom senere
I stedet forestilte W & aumlchtersh & aumluser seg en strøm av varmt vann som strømmet ut av en vulkan. Vannet var rikt på vulkanske gasser som ammoniakk, og inneholdt spor av mineraler fra vulkanens hjerte.
Der vannet rant over steinene, begynte kjemiske reaksjoner å finne sted. Spesielt hjalp metaller fra vannet enkle organiske forbindelser til å smelte sammen til større.
Vendepunktet var opprettelsen av den første metabolske syklusen. Dette er en prosess der ett kjemikalie omdannes til en rekke andre kjemikalier, til slutt blir det opprinnelige kjemikaliet gjenskapt. I prosessen tar hele systemet inn energi, som kan brukes til å starte syklusen på nytt og begynne å gjøre andre ting.
Metabolske sykluser virker kanskje ikke livaktige, men de er grunnleggende for livet
Alle de andre tingene som utgjør moderne organismer og ndash som DNA, celler og hjerner og ndash kom senere, bygget på baksiden av disse kjemiske syklusene.
Disse metabolske syklusene høres ikke mye ut som liv. W & aumlchtersh & aumluser kalte oppfinnelsene hans "forløperorganismer" og skrev at de "knapt kan kalles levende".
Men metabolske sykluser som de W & aumlchtersh & aumluser som er beskrevet, er kjernen i alle levende ting. Cellene dine er i hovedsak mikroskopiske kjemiske behandlingsanlegg, som hele tiden gjør en kjemikalie til en annen. Metabolske sykluser virker kanskje ikke livaktige, men de er grunnleggende for livet.
I løpet av 1980- og 1990 -årene utarbeidet W & aumlchtersh & aumluser teorien sin i detalj. Han skisserte hvilke mineraler som ble laget for de beste overflatene og hvilke kjemiske sykluser som kan finne sted. Hans ideer begynte å tiltrekke seg støttespillere.
Men alt var fortsatt teoretisk. W & aumlchtersh & aumluser trengte en virkelig oppdagelse som støttet ideene hans. Heldigvis hadde den allerede blitt laget og ndash et tiår tidligere.
I 1977 tok et team ledet av Jack Corliss fra Oregon State University en nedsenkbare 2,5 kilometer ned i det østlige Stillehavet. De undersøkte Gal & aacutepagos hotspot, hvor høye fjellrygger stiger opp fra havbunnen. Åsene, de visste, var vulkansk aktive.
Hver ventilasjon var en slags urdispenser
Corliss fant at åsene var fullpakket med, i hovedsak, varme kilder. Varmt, kjemikalikt vann vannet opp under havbunnen og pumpet ut gjennom hull i steinene.
Utrolig nok var disse "hydrotermiske ventilene" tett befolket av merkelige dyr. Det var enorme muslinger, limpets, blåskjell og tubeworms. Vannet var også tykt av bakterier. Alle disse organismer levde på energien fra de hydrotermiske ventilasjonsåpningene.
Oppdagelsen av hydrotermiske ventiler gjorde Corliss navn. Det fikk ham også til å tenke. I 1981 foreslo han at lignende ventiler eksisterte på jorden for fire milliarder år siden, og at de var stedet for livets opprinnelse. Han ville bruke mye av resten av karrieren på å jobbe med denne ideen.
Corliss foreslo at hydrotermiske ventiler kunne lage cocktailer av kjemikalier. Hver ventil, sa han, var en slags urdispenser.
Nøkkelforbindelser som sukker "ville overleve og hellip i noen sekunder"
Etter hvert som varmt vann strømmet opp gjennom steinene, forårsaket varmen og trykket at enkle organiske forbindelser smeltet sammen til mer komplekse slike som aminosyrer, nukleotider og sukker. Nærmere grensen til havet, der vannet ikke var like varmt, begynte de å koble seg til kjeder og danne karbohydrater, proteiner og nukleotider som DNA. Da vannet nærmet seg havet og avkjølte seg ytterligere, samlet disse molekylene seg i enkle celler.
Det var pent, og fanget folks oppmerksomhet. Men Stanley Miller, hvis eksperiment vi har diskutert i første kapittel, var ikke overbevist. Han skrev i 1988 og hevdet at ventilasjonsåpningene var for varme.
Selv om ekstrem varme ville utløse dannelsen av kjemikalier som aminosyrer, antydet Millers eksperimenter at det også ville ødelegge dem. Viktige forbindelser som sukker "ville overleve og hellip i sekunder i det meste". Dessuten er det lite sannsynlig at disse enkle molekylene vil koble seg opp i kjeder, fordi vannet rundt ville bryte kjedene nesten umiddelbart.
På dette tidspunktet gikk geologen Mike Russell inn i kampen. Han trodde at ventilasjonsteorien tross alt kunne få det til å fungere. Dessuten virket det for ham at ventilasjonsåpningene var det ideelle hjemmet for W & aumlchtersh & aumlusers forløperorganismer. Denne inspirasjonen ville få ham til å lage en av de mest aksepterte teoriene om livets opprinnelse.
Hvis Russell hadde rett, begynte livet på bunnen av havet
Russell hadde brukt sitt tidlige liv på å lage aspirin på forskjellige måter og speidet etter verdifulle mineraler og dash i en bemerkelsesverdig hendelse på 1960 -tallet og koordinerte responsen på et mulig vulkanutbrudd, til tross for at han ikke hadde trent. Men hans virkelige interesse var hvordan jordoverflaten har endret seg over tidene. Dette geologiske perspektivet har formet ideene hans om livets opprinnelse.
På 1980 -tallet fant han fossile bevis på en mindre ekstrem type hydrotermisk ventilasjon, der temperaturen var under 150C. Disse mildere temperaturene, hevdet han, ville tillate livsmolekylene å overleve langt lenger enn Miller hadde antatt de ville.
Dessuten holdt de fossile restene av disse kjøligere ventilasjonene noe merkelig. Et mineral kalt pyritt, som er laget av jern og svovel, hadde dannet seg til rør med en diameter på omtrent 1 mm.
I laboratoriet hans fant Russell ut at pyritten også kunne danne sfæriske klatter. Han foreslo at de første komplekse organiske molekylene dannet inne i disse enkle pyrittstrukturene.
Rundt denne tiden hadde W & aumlchtersh & aumluser begynt å publisere ideene sine, som var avhengig av en strøm av varmt kjemikalierikt vann som rant over et mineral. Han hadde til og med foreslått at pyritt var involvert.
Ideen hans stolte på arbeidet til et av moderne vitenskaps glemte genier
Så Russell satte to og to sammen. Han foreslo at hydrotermiske ventiler i dyphavet, lunken nok til at pyrittkonstruksjonene kunne danne, var vertskap for W & aumlchtersh & aumlusers forløperorganismer. Hvis Russell hadde rett, begynte livet på bunnen av sjøen, og stoffskiftet dukket opp først.
Russell bestemte alt dette i et papir publisert i 1993, 40 år etter Millers klassiske eksperiment. Det fikk ikke den samme glade mediedekningen, men det var uten tvil viktigere. Russell hadde kombinert to tilsynelatende separate ideer & ndash W & aumlchtersh & aumlusers metabolske sykluser og Corliss hydrotermiske ventiler og ndash til noe virkelig overbevisende.
Bare for å gjøre det enda mer imponerende, ga Russell også en forklaring på hvordan de første organismene skaffet seg energien. Med andre ord fant han ut hvordan stoffskiftet deres kunne ha fungert. Ideen hans stolte på arbeidet til et av moderne vitenskaps glemte genier.
På 1960 -tallet ble biokjemikeren Peter Mitchell syk og ble tvunget til å trekke seg fra University of Edinburgh. I stedet opprettet han et privat laboratorium i en avsidesliggende herregård i Cornwall. Isolert fra det vitenskapelige samfunnet, ble arbeidet hans delvis finansiert av en flokk med melkekyr. Mange biokjemikere, inkludert i utgangspunktet Leslie Orgel, hvis arbeid med RNA vi diskuterte i kapittel to, syntes at ideene hans var helt latterlige.
Vi vet nå at prosessen Mitchell identifiserte brukes av alle levende ting på jorden
Mindre enn to tiår senere oppnådde Mitchell den ultimate seieren: Nobelprisen i kjemi i 1978. Han har aldri vært et kjent navn, men ideene hans er i hver biologibok.
Mitchell brukte sin karriere på å finne ut hva organismer gjør med energien de får fra mat. Faktisk spurte han hvordan vi alle holder oss i live fra øyeblikk til øyeblikk.
Han visste at alle celler lagrer energien sin i det samme molekylet: adenosintrifosfat (ATP). Den avgjørende biten er en kjede av tre fosfater, forankret til adenosinet. Tilsetning av det tredje fosfatet tar mye energi, som deretter låses inne i ATP.
Når en celle trenger energi og si, hvis en muskel trenger å trekke seg sammen, bryter den det tredje fosfatet av en ATP. Dette gjør det til adenosindifosfat (ADP) og frigjør lagret energi.
Han har aldri vært et kjent navn
Mitchell ønsket å vite hvordan cellene laget ATP i utgangspunktet. Hvordan konsentrerte de nok energi til en ADP, slik at det tredje fosfatet ville feste seg?
Mitchell visste at enzymet som lager ATP sitter på en membran. Så han antydet at cellen pumpet ladede partikler kalt protoner over membranen, slik at det var mange protoner på den ene siden og knapt noen på den andre.
Protonene ville deretter prøve å flyte tilbake over membranen for å balansere antall protoner på hver side og ndash, men det eneste stedet de kunne komme gjennom var enzymet. Strømmen av protoner som passerte ga enzymet energien den trengte for å lage ATP.
Se hvordan celler utnytter energi i denne videoen:
Mitchell la først opp denne ideen i 1961. Han brukte de neste 15 årene på å forsvare den for alle som kom, til bevisene ble ubestridelige. Vi vet nå at prosessen Mitchell identifiserte brukes av alle levende ting på jorden. Det skjer inne i cellene dine akkurat nå. Som DNA, er det grunnleggende for livet slik vi kjenner det.
Nøkkelpunktet som Russell plukket opp er Mitchells protongradient: å ha mange protoner på den ene siden av en membran, og få på den andre. Alle celler trenger en protongradient for å lagre energi.
Moderne celler skaper gradientene ved å pumpe protoner over en membran, men dette innebærer komplekse molekylære maskiner som ikke bare kan ha oppstått. Så Russell tok enda et logisk sprang: livet må ha dannet seg et sted med en naturlig protongradient.
Et sted som en hydrotermisk ventil. Men det må være en bestemt type ventilasjon. Da Jorden var ung var havet surt, og surt vann har mange protoner som flyter rundt inne i det. For å lage en protongradient må vannet fra ventilen ha lite protoner: det må ha vært alkalisk.
Ventilasjonene til Corliss ville ikke gjøre det. Ikke bare var de for varme, de var sure. Men i 2000 oppdaget Deborah Kelley ved University of Washington de første alkaliske ventilene.
Kelley måtte kjempe bare for å bli forsker i utgangspunktet. Faren døde da hun avsluttet videregående, og hun ble tvunget til å jobbe mange timer for å forsørge seg selv gjennom college.
Han ble overbevist om at ventiler som de i Lost City var der livet begynte
Men hun lyktes, og ble fascinert både av undersjøiske vulkaner og de brennende varme hydrotermiske ventilasjonsåpningene. Disse tvillingkjærlighetene førte henne til slutt til midten av Atlanterhavet. Der blir jordskorpen trukket fra hverandre og en fjellrygge stiger opp fra havbunnen.
På denne ryggen fant Kelley et felt med hydrotermiske ventiler som hun kalte "Lost City". De er ikke som de Corliss fant. Vannet som strømmer fra dem er bare 40-75C, og mildt alkalisk. Karbonatmineraler fra dette vannet har klumpet seg sammen i bratte, hvite "skorsteiner" som stiger opp fra havbunnen som orgelrør. Utseendet deres er skummelt og spøkelsesaktig, men dette er misvisende: de er hjemsted for tette lokalsamfunn av mikroorganismer som trives på utløpsvannet.
Disse alkaliske ventilasjonsåpningene passet perfekt til Russells ideer. Han ble overbevist om at ventiler som de i Lost City var der livet begynte.
Men han hadde et problem. Som geolog visste han ikke nok om biologiske celler for å gjøre teorien hans virkelig overbevisende.
Så Russell slo seg sammen med biolog William Martin, en flittig amerikaner som har tilbrakt mesteparten av sin karriere i Tyskland. I 2003 la paret frem en forbedret versjon av Russells tidligere ideer. Det er uten tvil den mest innholdsrike historien om hvordan livet begynte.
Denne historien blir nå sett på som en av de ledende hypotesene for livets opprinnelse
Takket være Kelley visste de nå at steinene i alkaliske ventilasjonsåpninger var porøse: de var fylt med små hull fylt med vann. Disse små lommene, antydet de, fungerte som "celler". Hver lomme inneholdt viktige kjemikalier, inkludert mineraler som pyritt. Kombinert med den naturlige protongradienten fra ventilen, var de det ideelle stedet for metabolisme å begynne.
Når livet hadde utnyttet den kjemiske energien til utløpsvannet, sier Russell og Martin, begynte det å lage molekyler som RNA. Etter hvert skapte den sin egen membran og ble en ekte celle og rømte fra den porøse steinen til det åpne vannet.
Denne historien blir nå sett på som en av de ledende hypotesene for livets opprinnelse.
Den fant kraftig støtte i juli 2016, da Martin publiserte en studie som rekonstruerte noen av funksjonene til den "siste universelle felles stamfaren" (LUCA). Dette er organismen som levde for milliarder av år siden og som alt eksisterende liv stammer fra.
RNA World -tilhengere sier at ventilteorien har to problemer
Vi vil sannsynligvis aldri finne direkte fossile bevis på LUCA, men vi kan fortsatt gjøre en utdannet gjetning om hvordan det kan ha sett ut og oppført seg ved å se på mikroorganismer som overlever i dag. Dette er hva Martin gjorde.
Han undersøkte DNA fra 1 930 moderne mikroorganismer, og identifiserte 355 gener som nesten alle hadde. Dette er uten tvil et bevis på at disse 355 genene har gått i arv, fra generasjon til generasjon, siden de 1 930 mikrober delte en felles stamfar og omtrent på den tiden da LUCA levde.
De 355 genene inkluderte noen for å utnytte en protongradient, men ikke gener for å generere one & ndash nøyaktig slik Russell og Martins teorier ville forutsi. Dessuten ser det ut til at LUCA har blitt tilpasset tilstedeværelsen av kjemikalier som metan, noe som tyder på at det bodde i et vulkansk aktivt miljø og som en ventil.
Til tross for dette sier RNA World -tilhengere at ventilteorien har to problemer. Den ene kan potensielt fikses: den andre kan være dødelig.
Det første problemet er at det ikke er noen eksperimentelle bevis for prosessene Russell og Martin beskriver. De har en trinnvis historie, men ingen av trinnene har blitt sett på et laboratorium.
"Folk som tror replikering var først, de gir kontinuerlig nye eksperimentelle data," sier livets opprinnelsesekspert Armen Mulkidjanian. "Folk som favoriserer metabolisme-først gjør det ikke."
Kjemien til alle disse molekylene er uforenlig med vann
Det kan endre seg, takket være Martins kollega Nick Lane fra University College London. Han har bygget en "origin of life reactor", som vil simulere forholdene inne i en alkalisk ventil. Han håper å observere metabolske sykluser, og kanskje til og med molekyler som RNA. Men det er tidlige dager.
Det andre problemet er ventilasjonsåpningenes plassering i dyphavet. Som Miller påpekte i 1988, kan ikke langkjedede molekyler som RNA og proteiner dannes i vann uten enzymer som hjelper dem.
For mange forskere er dette et nedslagsargument. "Hvis du har en bakgrunn i kjemi, kan du ikke kjøpe ideen om dype havventiler, fordi du vet at kjemi til alle disse molekylene er uforenlig med vann," sier Mulkidjanian.
Uansett er Russell og hans allierte fortsatt bullish.
Men i det siste tiåret har en tredje tilnærming kommet til syne, styrket av en rekke ekstraordinære eksperimenter. Dette lover noe som verken RNA World eller de hydrotermiske ventilene har klart så langt: en måte å lage en hel celle fra bunnen av.
Kapittel 5. Hvordan lage en celle
På begynnelsen av 2000 -tallet var det to ledende ideer om hvordan livet kunne ha begynt. Tilhengere av "RNA World" var overbevist om at livet begynte med et selvrepliserende molekyl. I mellomtiden hadde forskere i "metabolisme-første" -leiren utviklet en detaljert fortelling om hvordan livet kunne ha begynt i hydrotermiske ventiler i dyphavet. Imidlertid var en tredje idé i ferd med å komme til syne.
Alle levende ting på jorden er laget av celler. Hver celle er i utgangspunktet en squishy ball, med en tøff yttervegg eller "membran".
Poenget med en celle er å holde alt det vesentlige i livet sammen. Hvis den ytre veggen blir revet opp, tarmes tarmene ut og cellen dør, og akkurat som en person som har blitt demontert generelt ikke har lenge å leve.
I varmen og stormen på den tidlige jorda må noen få råvarer ha samlet seg til råceller
Ytterveggen i cellen er så viktig, noen forskere fra livets opprinnelse hevder at det må ha vært det første som dukket opp. De tror at den "genetiske første" innsatsen som er diskutert i kapittel tre og ideene om "metabolisme først" som ble diskutert i kapittel fire, er misforstått. Deres alternative & ndash "compartmentalisation-first" & ndash har sin mester i Pier Luigi Luisi ved Roma Tre University i Roma, Italia.
Luisis resonnement er enkelt og vanskelig å argumentere med. Hvordan kan du muligens sette opp et fungerende stoffskifte eller et selvreplikerende RNA, som hver er avhengig av å ha mange kjemikalier på ett sted, med mindre du først har en beholder for å beholde alle molekylene i?
Hvis du godtar dette, er det bare en måte livet kunne ha begynt på. På en eller annen måte, i varmen og stormen på den tidlige jorden, må noen få råvarer ha samlet seg til råceller, eller "protoceller". Utfordringen er å få dette til i et laboratorium: å lage en enkel levende celle.
Luisi kan spore ideene sine helt tilbake til Alexander Oparin og begynnelsen på opprinnelsen til livets vitenskap i USSR og ndash som ble diskutert i kapittel ett. Oparin fremhevet det faktum at visse kjemikalier dannes til klatter kalt coacervates, som kan holde andre stoffer i kjernene. Han foreslo at disse coacervatene var de første protocellene.
Utfordringen var å lage protokollene av akkurat de riktige tingene
Enhver fet eller fet substans vil danne klatter eller filmer i vann. Disse kjemikaliene er samlet kjent som lipider, og ideen om at de dannet det første livet har blitt kalt "Lipid World".
Men det er ikke nok å bare danne klatter. Klattene må være stabile, de må kunne dele seg for å danne "datter" klatter, og de trenger i det minste litt kontroll over hva som beveger seg inn og ut av dem og ikke alle de utførlige proteiner som moderne celler bruker for å oppnå disse tingene .
Utfordringen var å lage protokollene av akkurat de riktige tingene. Til tross for å ha prøvd mange stoffer gjennom tiårene, har Luisi aldri laget noe naturtro nok til å være overbevisende.
Så i 1994 kom Luisi med et vågalt forslag. Han foreslo at de første protokollene må ha inneholdt RNA. Dessuten må dette RNA ha vært i stand til å replikere inne i protocellen.
Vi ville møtes på opprinnelsesmøter og komme inn på disse lange argumentene
Det var et stort spørsmål, og det betydde å forlate den rene delingen av den første delingen. Men Luisi hadde gode grunner.
En celle med en yttervegg, men ingen gener inne i den, kunne ikke gjøre noe særlig. Den kan kanskje dele seg i datterceller, men den kunne ikke videreformidle informasjon om seg selv til sine avkom. Den kunne bare begynne å utvikle seg og bli mer kompleks hvis den inneholdt noen gener.
Denne ideen vil snart få en avgjørende støttespiller i Jack Szostak, hvis arbeid med RNA World -hypotesen vi utforsket i kapittel tre. Mens Luisi var medlem av den første delingsleiren, støttet Szostak genetikk først, så i mange år hadde de ikke sett øye til øye.
"Vi ville møtes på opprinnelsesmøter og komme inn på disse lange argumentene om hva som var viktigere og som kom først," husker Szostak. "Etter hvert innså vi at celler har begge deler. Vi kom til enighet om at for livets opprinnelse var det kritisk å ha både romdeling og et genetisk system."
Szostak og to kolleger kunngjorde en stor suksess
I 2001 argumenterte Szostak og Luisi for sin mer enhetlige tilnærming. Skriver inn Natur, hevdet de at det burde være mulig å lage enkle levende celler fra bunnen av, ved å være replikerende RNA -er i en enkel, fet klatt.
Det var en dramatisk idé, og Szostak bestemte seg snart for å sette pengene sine der munnen hans var. Med den begrunnelsen at "vi ikke kan legge ut den teorien uten at noe støtter den", bestemte han seg for å begynne å eksperimentere med protoceller.
To år senere kunngjorde Szostak og to kolleger en stor suksess.
De hadde eksperimentert med vesikler: sfæriske klatter, med to lag med fettsyrer på utsiden og en sentral kjerne av væske.
Montmorillonitt, og leirer som det, kan være viktig for livets opprinnelse
For å finne en måte å fremskynde opprettelsen av vesiklene, la de til små partikler av en slags leire kalt montmorillonitt.
Dette gjorde at vesiklene dannes 100 ganger raskere. Overflaten på leiren fungerte som en katalysator, akkurat som et enzym ville gjort.
Dessuten kan vesiklene absorbere både montmorillonittpartikler og RNA -tråder fra leireoverflaten. Disse protokollene inneholdt nå gener og en katalysator, alt fra ett enkelt oppsett.
Beslutningen om å legge til montmorillonitt ble ikke gjort på et innfall. Flere tiår med arbeid hadde antydet at montmorillonitt, og leirer som det, kan være viktig for livets opprinnelse.
Montmorillonitt er en vanlig leire. I dag brukes den til alle slags ting, inkludert å lage kattesand. Den dannes når vulkansk aske brytes ned av været. Siden den tidlige jorden hadde mange vulkaner, virker det sannsynlig at montmorillonitt var rikelig.
Dette hadde fått Ferris til å spekulere i at denne vanlige leiren var stedet for livets opprinnelse. Szostak tok den ideen og løp med den, ved å bruke montmorillonitt for å hjelpe til med å bygge protokollene hans.
Hvis protocellene kunne vokse, kan de kanskje også dele seg
Ett år senere fant Szostaks team at protokollene deres kunne vokse av seg selv.
Ettersom stadig flere RNA -molekyler ble pakket inn i en protocell, kom ytterveggen under stadig større spenning. Det var som om protocellen hadde full mage og kan bli pop.
For å kompensere tok protocellen opp flere fettsyrer og innlemmet dem i veggen, slik at den kunne svelle til en større størrelse og frigjøre spenningen.
Avgjørende er at det tok fettsyrene fra andre protokeller som inneholdt mindre RNA, og fikk dem til å krympe. Dette betydde at protocellene konkurrerte, og de med mer RNA vant.
Dette antydet noe enda mer imponerende. Hvis protocellene kunne vokse, kan de kanskje også dele seg. Kan Szostaks protokeller reprodusere seg selv?
Szostaks første eksperimenter hadde vist en måte å få protoceller til å dele seg. Ved å klemme dem gjennom små hull strakte de dem ut i rør, som deretter brøt inn i "datter" -protokeller.
Protokollene vokste og endret form og forlenget til lange taulignende tråder
Dette var greit, fordi det ikke var noen mobilmaskineri involvert: bare påføring av trykk. Men det var ikke en god løsning, fordi protocellene mistet noe av innholdet i prosessen. Det antydet også at de første cellene bare kunne dele seg hvis de ble presset gjennom små hull.
Det er mange måter å få vesikler til å dele seg: for eksempel å legge til en sterk vannstrøm som skaper en skjærkraft. Trikset var å få protokollene til å dele seg uten å tømme tarmene.
I 2009 fant Szostak og hans student Ting Zhu en løsning. De laget litt mer komplekse protoceller, med flere konsentriske yttervegger litt som lagene av en løk. Til tross for deres kompleksitet var disse protokollene fremdeles enkle å lage.
Etter hvert som Zhu matet dem med stadig flere fettsyrer, vokste protocellene og endret form og forlenget til lange taulignende tråder. Når en protocell var lang nok, var en mild skjærkraft nok til å få den til å knuse i dusinvis av små datterprotokeller.
Hver datterprotocelle inneholdt RNA fra den overordnede protocellen, og knapt noe av RNA gikk tapt. Dessuten kan protocellene utføre syklusen gjentatte ganger, med datterprotoceller som vokser og deretter deler seg.
I senere eksperimenter har Zhu og Szostak funnet enda flere måter å overtale protocellene til å dele seg. Dette aspektet av problemet ser i hvert fall ut til å være løst.
Imidlertid gjorde protokollene fremdeles ikke nok. Luisi hadde ønsket at protokollene skulle være vert for replikerende RNA, men så langt satt RNA ganske enkelt i dem og gjorde ingenting.
Det var verdifulle ledetråder begravet i de støvete papirene
For å virkelig vise at protokollene hans kunne ha vært det første livet på jorden, trengte Szostak å overtale RNA inne i dem til å replikere seg selv.
Det kom ikke til å bli enkelt, for til tross for flere tiår med forsøk & ndash som er beskrevet i kapittel tre, hadde ingen klart å lage et RNA som kunne replikere seg selv. Det var nettopp dette problemet som hadde stammet Szostak i hans tidlige arbeid med RNA -verdenen, og som ingen andre hadde klart å løse.
Så han gikk tilbake og leste arbeidet til Leslie Orgel på nytt, som hadde brukt så lang tid på RNA World-hypotesen. Det var verdifulle ledetråder begravet i de støvete papirene.
Orgel hadde brukt mye på 1970- og 1980 -tallet på å studere hvordan RNA -tråder blir kopiert.
Dette kunne ha vært hvordan det første livet laget kopier av genene
I hovedsak er det enkelt. Ta en enkelt streng av RNA og et basseng med løse nukleotider. Deretter bruker du disse nukleotidene til å sette sammen en andre streng av RNA som er komplementær til den første.
For eksempel vil en streng av RNA som leser "CGC" produsere en komplementær streng som leser "GCG". Hvis du gjør dette to ganger, får du en kopi av den opprinnelige "CGC", bare i en rundkjøring.
Orgel fant ut at under visse omstendigheter kunne RNA -tråder kopiere på denne måten uten hjelp fra enzymer. Dette kunne ha vært hvordan det første livet laget kopier av genene.
I 1987 kunne Orgel ta en RNA -streng 14 nukleotider lang og lage komplementære tråder som også var 14 nukleotider lange. Han klarte ikke noe lenger, men det var nok til å intrigere Szostak. Hans student Katarzyna Adamala prøvde å få denne reaksjonen til å gå i protokollene.
De har bygget protoceller som holder på genene mens de tar inn nyttige molekyler utenfra
De fant at reaksjonen trengte magnesium for å fungere, noe som var et problem fordi magnesium ødela protocellene. Men det var en enkel løsning: sitrat, som er nesten identisk med sitronsyren i sitroner og appelsiner, og som finnes i alle levende celler uansett.
I en studie som ble publisert i 2013, la de til sitrat og fant at det låste seg fast på magnesiumet og beskyttet protokollene samtidig som malen kunne kopieres.
Med andre ord, de hadde oppnådd det Luisi hadde foreslått i 1994. "Vi begynte å gjøre RNA -replikasjonskjemi inne i disse fettsyrevesiklene," sier Szostak.
På litt over et tiår med forskning har Szostaks team oppnådd noe bemerkelsesverdig.
De har bygget protoceller som holder på genene mens de tar inn nyttige molekyler utenfra. Protocellene kan vokse og dele seg, og til og med konkurrere med hverandre. RNA kan replikere inne i dem. Uansett er de oppsiktsvekkende livaktige.
Szostaks tilnærming gikk imot 40 års arbeid med livets opprinnelse
De er også motstandsdyktige. I 2008 fant Szostaks team at protocellene kunne overleve å bli oppvarmet til 100C, en temperatur som ville utslette de fleste moderne celler. Dette styrket saken om at protocellene lignet på det første livet, som må ha tålt brennende varme fra konstante meteorpåvirkninger.
"Szostak gjør et godt arbeid," sier Armen Mulkidjanian.
Likevel gikk Szostaks tilnærming i strid med 40 års arbeid med livets opprinnelse. I stedet for å fokusere på "replication-first" eller "compartmentalisation-first", fant han måter å få begge til å skje stort sett samtidig.
Det ville inspirere til en ny enhetlig tilnærming til livets opprinnelse, som prøver å starte alle livets funksjoner på en gang. Denne "alt-først" ideen har allerede samlet et vell av bevis, og kan potensielt løse alle problemene med de eksisterende ideene.
Kapittel 6. Den store samlingen
Gjennom andre halvdel av 1900-tallet har forskere fra livets opprinnelse jobbet i stammer. Hver gruppe favoriserte sin egen fortelling og for det meste rubbede konkurrerende hypoteser. Denne tilnærmingen har absolutt vært vellykket, noe de tidligere kapitlene viser, men hver lovende idé om livets opprinnelse har til slutt kommet opp mot et stort problem. Så noen få forskere prøver nå en mer enhetlig tilnærming.
Denne ideen fikk sitt første store løft for noen år siden fra et resultat som på sin side syntes å støtte den tradisjonelle, replikasjons-første RNA-verdenen.
Alle livets nøkkelkomponenter kunne dannes på en gang
I 2009 hadde tilhengere av RNA World et stort problem. De kunne ikke lage nukleotider, byggesteinene til RNA, på en måte som sannsynligvis kunne ha skjedd på den tidlige jorden. Dette, som vi lærte i kapittel tre, fikk folk til å mistenke at det første livet ikke var basert på RNA i det hele tatt.
John Sutherland hadde tenkt på dette problemet siden 1980 -tallet. "Jeg tenkte, hvis du kunne demonstrere at RNA kunne montere seg selv, ville det være en kul ting å gjøre," sier han.
Heldigvis for Sutherland hadde han sikret seg en jobb ved Laboratory of Molecular Biology (LMB) i Cambridge, Storbritannia. De fleste forskningsinstitusjoner tvinger sine ansatte til stadig å slette nye funn, men det gjør ikke LMB. Så Sutherland kunne tenke på hvorfor det var så vanskelig å lage et RNA -nukleotid, og å bruke mange år på å utvikle en alternativ tilnærming.
Løsningen hans ville få ham til å foreslå en radikal ny idé om livets opprinnelse, nemlig at alle nøkkelkomponentene i livet kunne dannes på en gang.
"Det var visse viktige aspekter ved RNA -kjemi som ikke fungerte," sier Sutherland. Hvert RNA -nukleotid er laget av et sukker, en base og et fosfat. Men det hadde vist seg umulig å overtale sukkeret og basen til å bli med. Molekylene var rett og slett feil form.
Han mener RNA var sterkt involvert, men det var ikke alt-og-ende-alt
Så Sutherland begynte å prøve helt forskjellige stoffer. Til slutt kom teamet hans på fem enkle molekyler, inkludert et annet sukker og cyanamid, som som navnet antyder er relatert til cyanid. Teamet satte disse kjemikaliene gjennom en rekke reaksjoner som til slutt produserte to av de fire RNA -nukleotidene, uten noen gang å lage frittstående sukker eller baser.
Det var en slam-dunk suksess, og det gjorde Sutherlands navn.
Mange observatører tolket funnene som ytterligere bevis for RNA -verdenen. Men Sutherland selv ser det ikke slik i det hele tatt.
Den "klassiske" RNA World -hypotesen sier at i de første organismene var RNA ansvarlig for alle livets funksjoner. Men Sutherland sier at det er "håpløst optimistisk". Han mener RNA var sterkt involvert, men det var ikke alt-og-ende-alt.
Molekylene var rett og slett feil form
I stedet henter han inspirasjon fra det siste arbeidet til Jack Szostak, som & ndash som omtalt i kapittel fem og ndash kombinerer den "replikasjon-første" RNA-verdenen med Pier Luigi Luisis "compartmentalisation-first" ideer.
Men Sutherland går lenger. Hans tilnærming er "alt-først". Han har som mål å få en hel celle til å samle seg selv, fra bunnen av.
Hans første ledetråd var en merkelig detalj om nukleotidsyntesen, som først virket tilfeldig.
Det siste trinnet i Sutherlands prosess var å feste et fosfat på nukleotidet. Men han fant ut at det var best å inkludere fosfatet i blandingen helt fra starten, fordi det akselererte de tidligere reaksjonene.
På overflaten, inkludert fosfatet før det var strengt nødvendig, var en rotete ting å gjøre, men Sutherland fant ut at dette rotet var en god ting.
Få blandingen akkurat komplisert nok, og alle livets komponenter kan dannes på en gang
Dette fikk ham til å tenke på hvor rotete blandingene hans skulle være. På den tidlige jorden må det ha vært dusinvis eller hundrevis av kjemikalier som alle flyter rundt sammen. Det høres ut som en oppskrift på slam, men kanskje var det et optimalt nivå av rot.
Blandingene Stanley Miller laget tilbake på 1950 -tallet, som vi så på i kapittel én, var langt mer rotete enn Sutherlands. De inneholdt biologiske molekyler, men Sutherland sier at de "var i spormengder og de ble ledsaget av et stort antall andre forbindelser, som ikke er biologiske".
For Sutherland betydde dette at Millers oppsett ikke var bra nok. Det var for rotete, så de gode kjemikaliene gikk seg vill i blandingen.
Så Sutherland har bestemt seg for å finne en "Goldilocks chemistry": en som ikke er så rotete at den blir ubrukelig, men heller ikke så enkel at den er begrenset i hva den kan gjøre. Få blandingen akkurat komplisert nok, og alle livets komponenter kan dannes på en gang, og deretter komme sammen.
Med andre ord, for fire milliarder år siden var det en dam på jorden. Den satt der i årevis til blandingen av kjemikalier var helt riktig. Så, kanskje i løpet av minutter, ble den første cellen til.
Dette kan høres usannsynlig ut, som påstandene fra middelalderske alkymister. Men Sutherlands bevis er økende. Siden 2009 har han vist at den samme kjemi som gjorde hans to RNA -nukleotider også kan lage mange av livets andre molekyler.
Hele vår tilnærming til livets opprinnelse de siste 40 årene har vært feil
Det åpenbare neste trinnet var å lage flere RNA -nukleotider. Han har ennå ikke klart dette, men i 2010 laget han nært beslektede molekyler som potensielt kan transformere til nukleotidene.
På samme måte laget han i 2013 forløperne til aminosyrer. Denne gangen trengte han å tilsette kobbercyanid for å få reaksjonene til å gå.
Cyanidrelaterte kjemikalier viste seg å være et vanlig tema, og i 2015 tok Sutherland dem enda lenger. Han viste at den samme gryten med kjemikalier også kunne produsere forløperne til lipider, molekylene som utgjør cellevegger. Reaksjonene ble alle drevet av ultrafiolett lys, involvert svovel, og stolte på kobber for å øke hastigheten.
"Alle byggesteinene [kommer ut] av en felles kjerne av kjemiske reaksjoner," sier Szostak.
Eksperimentene var for rene
Hvis Sutherland har rett, har hele vår tilnærming til livets opprinnelse de siste 40 årene vært feil. Helt siden cellens rene kompleksitet ble tydelig, har forskere jobbet med antagelsen om at de første cellene må ha blitt konstruert gradvis, ett stykke om gangen.
Etter Leslie Orgels forslag om at RNA kom først, har forskere "prøvd å få en ting før en annen ting, og deretter få den til å finne den andre", sier Sutherland. Men han tror den beste måten er å lage alt på en gang.
"Det vi har gjort er å utfordre ideen om at det er for komplisert å gjøre alt på en gang," sier Sutherland. "Du kan absolutt lage byggesteinene for alle systemene samtidig."
Szostak mistenker nå at de fleste forsøk på å lage livsmolekyler og å sette dem sammen til levende celler, har mislyktes av samme grunn: eksperimentene var for rene.
Jeg har virkelig kommet tilbake til ideen om at den første polymeren var noe ganske nær RNA
Forskerne brukte den håndfull kjemikalier de var interessert i, og utelot alle de andre som sannsynligvis var tilstede på den tidlige jorden. Men Sutherlands arbeid viser at ved å tilsette noen flere kjemikalier til blandingen, kan det skapes mer komplekse fenomener.
Szostak opplevde dette selv i 2005, da han prøvde å få protokollene sine til å være vert for et RNA -enzym. Enzymet trengte magnesium, som ødela protocellmembranene.
Løsningen var overraskende. I stedet for å lage vesiklene av en ren fettsyre, laget de dem av en blanding av to. Disse nye, urene vesiklene kunne takle magnesium og ndash, og det betydde at de kunne være vert for fungerende RNA -enzymer.
Dessuten sier Szostak at de første genene også kan ha omfavnet rot.
Moderne organismer bruker rent DNA for å bære genene sine, men rent DNA eksisterte sannsynligvis ikke i begynnelsen. Det ville ha vært en blanding av RNA -nukleotider og DNA -nukleotider.
I 2012 viste Szostak at en slik blanding kunne samles til "mosaikk" -molekyler som så ut og oppførte seg omtrent som rent RNA. Disse forvirrede RNA/DNA -kjedene kan til og med brette seg pent opp.
Det er ett problem som verken Sutherland eller Szostak har funnet en løsning på
Dette antydet at det ikke spilte noen rolle om de første organismer ikke kunne lage rent RNA, eller rent DNA. "Jeg har virkelig kommet tilbake til ideen om at den første polymeren var noe ganske nær RNA, en mer rotete versjon av RNA," sier Szostak.
Det kan til og med være plass til alternativene til RNA som er tilberedt i laboratorier, som TNA og PNA vi møtte i kapittel tre. Vi vet ikke om noen av dem noen gang eksisterte på jorden, men hvis de gjorde det kan de første organismer godt ha brukt dem sammen med RNA.
Dette var ikke en RNA-verden: det var en "Hodge-Podge World".
Leksjonen fra disse studiene er at det kanskje ikke var så vanskelig å lage den første cellen som den en gang virket. Ja, celler er intrikate maskiner. Men det viser seg at de fremdeles fungerer, om enn ikke fullt så godt, når de blir kastet sammen med slapdash fra det som er tilgjengelig.
Slike klumpete celler kan virke usannsynlig å overleve på den tidlige jorden. Men de ville ikke hatt mye konkurranse, og det var ingen truende rovdyr, så på mange måter kan livet ha vært lettere da enn det er nå.
Det er ett problem som verken Sutherland eller Szostak har funnet en løsning på, og det er et stort. Den første organismen må ha hatt en eller annen form for metabolisme. Helt fra starten måtte livet skaffe energi, ellers ville det ha dødd.
Livet kan ha vært lettere da enn det er nå
På det punktet, om ikke annet, er Sutherland enig med Mike Russell, Bill Martin og de andre tilhengerne av Chapter Fours metabolisme-første teorier. "Mens RNA -gutta kjempet med stoffskiftet, hadde begge sider et poeng," sier Sutherland.
"Opprinnelsen til metabolisme må være der inne på en eller annen måte," sier Szostak. "Kilden til kjemisk energi kommer til å være det store spørsmålet."
Selv om Martin og Russell tar feil om livet som begynner i dype havåpninger, er mange elementer i deres teori nesten helt sikkert riktige. Den ene er metallenes betydning for livets fødsel.
I naturen har mange enzymer et metallatom i kjernen. Dette er ofte den "aktive" delen av enzymet, med resten av molekylet i hovedsak en støttestruktur. Det første livet kan ikke ha hatt disse komplekse enzymene, så i stedet brukte det sannsynligvis "nakne" metaller som katalysatorer.
Livet kan ikke ha begynt i dyphavet
G & uumlnter W & aumlchtersh & aumluser gjorde dette poenget da han antydet at livet dannet seg på jernpyritt. På samme måte understreker Russell at vannet i hydrotermiske ventilasjonsåpninger er rikt på metaller, som kan fungere som katalysatorer og ndash, og Martins studie av LUCA fant mange jernbaserte enzymer.
I lys av dette er det talende at mange av Sutherlands kjemiske reaksjoner er avhengige av kobber (og forresten svovelet som W & aumlchtersh & aumluser også la vekt på), og at RNA i Szostaks protokeller trenger magnesium.
Det kan ennå være at hydrotermiske ventiler vil vise seg å være avgjørende. "Hvis du ser på moderne metabolisme, er det alle disse virkelig suggestive tingene som jern-svovelklynger," sier Szostak. Det passer ideen om at livet begynte i eller rundt en ventil, der vannet er rikt på jern og svovel.
Når det er sagt, hvis Sutherland og Szostak er på rett vei, er et aspekt av ventilasjonsteorien definitivt feil: livet kan ikke ha begynt i dyphavet.
"Kjemien vi har avdekket er så avhengig av UV [ultrafiolett lys]," sier Sutherland. Den eneste kilden til ultrafiolett stråling er solen, så reaksjonene hans kan bare finne sted på solfylte steder. "Det utelukker et scenario med dype havventiler."
Kanskje begynte livet på land, i en vulkansk dam
Szostak er enig i at dyphavet ikke var livets barnehage. "Det verste er at det er isolert fra atmosfærisk kjemi, som er kilden til høyenergi-utgangsmaterialer som cyanid."
Men disse problemene utelukker ikke hydrotermiske ventiler helt. Kanskje var ventilene ganske enkelt på grunt vann, der sollys og cyanid kunne nå dem.
Armen Mulkidjanian har foreslått et alternativ. Kanskje begynte livet på land, i en vulkansk dam.
Mulkidjanian så på den kjemiske sammensetningen av celler: nærmere bestemt hvilke kjemikalier de slipper inn og hvilke de holder utenfor. Det viser seg at alle celler, uavhengig av hvilken organisme de tilhører, inneholder mye fosfat, kalium og andre metaller, men neppe noe natrium.
Mitt favorittscenario for øyeblikket ville være en slags grunne innsjøer eller dammer på overflaten
I dag oppnår celler dette ved å pumpe ting inn og ut, men de første cellene kan ikke ha gjort det fordi de ikke ville ha hatt nødvendig maskineri. Så Mulkidjanian foreslo at de første cellene dannet et sted som hadde omtrent den samme blandingen av kjemikalier som moderne celler.
Det eliminerer umiddelbart havet. Celler inneholder langt høyere nivåer av kalium og fosfat enn havet noen gang har, og langt mindre natrium.
I stedet peker den på de geotermiske dammer som finnes nær aktive vulkaner. Disse tjernene har nøyaktig cocktailen av metaller som finnes i celler.
Szostak er en fan. "Jeg tror favorittscenariet mitt for øyeblikket ville være en slags grunne innsjøer eller dammer på overflaten, i et geotermisk aktivt område," sier han. "Du har hydrotermiske ventiler, men ikke som dypvannsventilene, mer som den typen ventiler vi har i vulkanske områder som Yellowstone."
Jorden ble dunket av meteoritter gjennom hele den første halv milliarden år av eksistensen
Sutherlands kjemi kan godt fungere på et slikt sted. Kildene har de riktige kjemikaliene, vannivået svinger slik at noen steder tørker ut til tider, og det er rikelig med ultrafiolett stråling fra solen.
Dessuten sier Szostak at damene ville være egnet for protokollene hans.
"Protocellene kan være relativt kule mesteparten av tiden, noe som er bra for RNA -kopiering og andre typer enkel metabolisme," sier Szostak. "Men nå og da blir de oppvarmet kort, og det hjelper trådene i RNA til å skille fra hverandre klare til neste replikasjonsrunde." Det vil også være strømmer, drevet av varmtvannsstrømmer, som kan hjelpe protocellene til å dele seg.
Med utgangspunkt i mange av de samme argumentasjonslinjene har Sutherland fremmet et tredje alternativ: en meteorittpåvirkningsone.
Jorden ble banket av meteoritter gjennom hele den første halv milliarden år av eksistens og har blitt rammet av og til siden. En anstendig størrelse vil skape et oppsett som er ganske likt Mulkidjanians dammer.
For det første er meteoritter stort sett laget av metall. Slagsonene har en tendens til å være rike på nyttige metaller som jern, så vel som svovel. Og avgjørende smelter meteorittpåvirkninger av jordskorpen, noe som fører til geotermisk aktivitet og varmt vann.
Hvis det viser seg at et av scenariene mangler en sentral kjemikalie, eller inneholder noe som ødelegger protoceller, vil det bli utelukket
Sutherland ser for seg små elver og bekker som sildrer ned bakkene til et nedslagskrater, og lekker ut cyanidbaserte kjemikalier fra steinene mens ultrafiolett stråling strømmer ned ovenfra. Hver strøm ville ha en litt annen blanding av kjemikalier, så forskjellige reaksjoner ville skje og en hel rekke organiske kjemikalier ville bli produsert.
Til slutt ville bekkene renne inn i en vulkansk dam på bunnen av krateret. Det kunne ha vært i en dam som dette at alle brikkene kom sammen og de første protocellene dannet.
"Det er et veldig spesifikt scenario," sier Sutherland. Men han valgte det på grunnlag av de kjemiske reaksjonene han har funnet. "Det er det eneste vi kan tenke på som er forenlig med kjemi."
Szostak er ikke sikker uansett, men han er enig i at Sutherlands idé fortjener nøye oppmerksomhet. "Jeg synes konsekvensscenariet er fint. Jeg tror ideen om vulkanske systemer også kan fungere. Det er noen argumenter til fordel for hver."
Foreløpig ser den debatten ut til å buldrer videre. Men det vil ikke bli bestemt på et innfall. Avgjørelsen vil bli drevet av kjemi og protocellene. Hvis det viser seg at et av scenariene mangler en sentral kjemikalie, eller inneholder noe som ødelegger protoceller, vil det bli utelukket.
Dette betyr at vi for første gang i historien har begynnelsen på en omfattende forklaring på hvordan livet begynte.
"Ting ser mye mer oppnåelig ut," sier Sutherland.
Det beste vi noen gang kan gjøre er å lage en historie som er i samsvar med alle bevisene
Så langt tilbyr "alt-på-en gang" -tilnærmingen til Szostak og Sutherland bare en sketchy fortelling. Men de trinnene som er utarbeidet, støttes av flere tiår med eksperimenter.
Ideen bygger også på alle tilnærminger til livets opprinnelse. Den prøver å utnytte alle deres gode poeng, samtidig som de løser alle problemene deres. For eksempel prøver det ikke så mye å motbevise Russells ideer om hydrotermiske ventilasjonsåpninger, men heller å inkorporere de beste elementene.
Vi kan ikke med sikkerhet vite hva som skjedde for fire milliarder år siden. "Selv om du har laget en reaktor og dukker opp E coli på den andre siden og hellip kan du fremdeles ikke bevise at vi oppsto på den måten, sier Martin.
Det beste vi noensinne kan gjøre er å lage en historie som er i samsvar med alle bevisene: med eksperimenter i kjemi, med det vi vet om den tidlige jorden, og med hva biologien avslører om de eldste livsformene. Endelig, etter et århundre med voldsom innsats, kommer den historien til syne.
Det betyr at vi nærmer oss en av de store skillene i menneskets historie: skillet mellom de som kjenner historien om livets begynnelse, og de som aldri kunne.
Noen av menneskene som lever i dag vil bli de første i historien som ærlig kan si at de vet hvor de kom fra
Hver eneste person som døde før Darwin publiserte Artenes opprinnelse i 1859 var uvitende om menneskehetens opprinnelse, fordi de ikke visste noe om evolusjon. Men alle som lever nå, med unntak av isolerte grupper, kan vite sannheten om vårt slektskap med andre dyr.
På samme måte har alle født etter at Yuri Gagarin gikk i bane rundt jorden i 1961, bodd i et samfunn som kan reise til andre verdener. Selv om vi aldri går selv, er romfart en realitet.
Disse faktaene endrer vårt verdensbilde på subtile måter. Uten tvil gjør de oss klokere. Evolusjon lærer oss å verdsette alt annet levende, for de er våre fettere. Romreiser lar oss se vår verden på avstand og avsløre hvor unik og skjør den er.
Noen av menneskene som lever i dag vil bli de første i historien som ærlig kan si at de vet hvor de kom fra. De vil vite hvordan deres ultimate stamfar var og hvor den bodde.
Denne kunnskapen vil forandre oss. På et rent vitenskapelig nivå vil det fortelle oss om hvor sannsynlig livet er å danne seg i universet, og hvor vi skal se etter det. Og det vil fortelle oss noe om livets essensielle natur. Men utover det kan vi ennå ikke vite hvilken visdom livets opprinnelse vil avsløre.
Bli med over fem millioner BBC Earth -fans ved å like oss på Facebook, eller følg oss på Twitter og Instagram.
Meteoritt gir bevis på primitivt liv på tidlig Mars
Det NASA-finansierte teamet fant de første organiske molekylene som antas å være av Mars-opprinnelse, flere mineraltrekk som er karakteristiske for biologisk aktivitet og mulige mikroskopiske fossiler av primitive, bakterielignende organismer inne i en gammel Mars-stein som falt til jorden som en meteoritt. Denne mengden indirekte bevis på tidligere liv vil bli rapportert i 16. august -utgaven av tidsskriftet Science, og presenterer undersøkelsen for det vitenskapelige samfunnet for videre studier.
Den toårige undersøkelsen ble ledet av JSC-planetforskere Dr. David McKay, Dr. Everett Gibson og Kathie Thomas-Keprta fra Lockheed-Martin, med det store samarbeidet fra et Stanford-team ledet av professor i kjemi Dr. Richard Zare, samt seks andre NASA- og universitetsforskningspartnere.
"Det er ikke noe funn som får oss til å tro at dette er bevis på tidligere liv på Mars. Det er snarere en kombinasjon av mange ting vi har funnet," sa McKay. "De inkluderer Stanfords påvisning av et tilsynelatende unikt mønster av organiske molekyler, karbonforbindelser som er grunnlaget for livet. Vi fant også flere uvanlige mineralfaser som er kjente produkter av primitive mikroskopiske organismer på jorden. Strukturer som kan være mikroskopiske fossiler ser ut til å støtte Alt dette. Forholdet mellom alle disse tingene når det gjelder plassering - innenfor noen få hundre tusendeler av en tomme av hverandre - er det mest overbevisende beviset. "
"Det er veldig vanskelig å bevise at livet eksisterte for 3,6 milliarder år siden på jorden, enn si på Mars," sa Zare. "Den eksisterende bevisstandarden, som vi tror vi har oppfylt, inkluderer å ha en nøyaktig datert prøve som inneholder innfødte mikrofossiler, mineralogiske trekk som er karakteristiske for livet og bevis på kompleks organisk kjemi."
"I to år har vi brukt state-of-the-art teknologi for å utføre disse analysene, og vi tror vi har funnet ganske rimelige bevis på tidligere liv på Mars," la Gibson til. "Vi hevder ikke at vi har bevisst bevis for det. Vi legger dette beviset ut til det vitenskapelige samfunnet for andre etterforskere for å verifisere, forsterke, angripe - motbevise hvis de kan - som en del av den vitenskapelige prosessen. Så, innen et år eller to, håper vi å løse spørsmålet på en eller annen måte. "
"Det vi har funnet å være den mest fornuftige tolkningen, er av så radikal karakter at det bare vil bli akseptert eller avvist etter at andre grupper enten bekrefter funnene våre eller vender dem," la McKay til.
Den vulkanske bergarten i meteoritten på 4,2 pund, potetstørrelse, er datert til omtrent 4,5 milliarder år, perioden da planeten Mars dannet seg. Det antas at berget har sin opprinnelse under Mars -overflaten og har blitt omfattende brudd av støt da meteoritter bombarderte planetene i det tidlige indre solsystemet. For mellom 3,6 milliarder og 4 milliarder år siden, en tid da det generelt antas at planeten var varmere og våtere, antas det at vann har trengt gjennom brudd i undergrunnen, muligens dannet et underjordisk vannsystem.
Siden vannet var mettet med karbondioksid fra Mars -atmosfæren, ble karbonatmineraler avsatt i bruddene. Lagets funn indikerer at levende organismer også kan ha hjulpet til med dannelsen av karbonatet, og noen rester av de mikroskopiske organismer kan ha blitt fossilisert, på en måte som ligner på dannelsen av fossiler i kalkstein på jorden. Så, for 16 millioner år siden, rammet en enorm komet eller asteroide Mars og kastet ut et stykke stein fra undergrunnen med nok kraft til å unnslippe planeten. I millioner av år fløt biten av stein gjennom verdensrommet. Den møtte jordens atmosfære for 13 000 år siden og falt i Antarktis som en meteoritt.
Det er i de små karbonatklossene at forskerne fant en rekke funksjoner som kan tolkes som antydninger av tidligere liv. Stanford -forskere fant lett påviselige mengder organiske molekyler kalt polysykliske aromatiske hydrokarboner (PAH) konsentrert i nærheten av karbonatet. Forskere ved JSC fant mineralforbindelser som vanligvis er forbundet med mikroskopiske organismer og mulige mikroskopiske fossile strukturer.
Den største av de mulige fossilene er mindre enn 1/100 diameteren på et menneskehår, og de fleste er omtrent 1/1000 diameteren på et menneskehår-liten nok til at det ville ta omtrent tusen lagt ende til ende å spenne prikken på slutten av denne setningen. Noen er eggformede mens andre er rørformede. I utseende og størrelse ligner strukturene påfallende på mikroskopiske fossiler av de minste bakteriene som finnes på jorden.
Meteoritten, kalt ALH84001, ble funnet i 1984 i Allan Hills isfelt, Antarktis, ved en årlig ekspedisjon av National Science Foundation's Antarctic Meteorite Program. Den ble bevart for studier i JSCs meteorittbehandlingslaboratorium, og dens mulige opprinnelse på Mars ble ikke gjenkjent før i 1993. Det er en av bare 12 meteoritter som er identifisert så langt som samsvarer med den unike martiske kjemi målt av Viking -romfartøyet som landet på Mars i 1976. ALH84001 er den eldste av de 12 mars -meteorittene, mer enn tre ganger så gammel som alle andre.
Mange av teamets funn ble gjort mulig bare på grunn av de siste teknologiske fremskrittene innen høyoppløselig skanningelektronmikroskopi og lasermassespektrometri. For bare noen få år siden var mange av funksjonene de rapporterer uoppdagelige. Selv om tidligere studier av denne meteoritten og andre av mars opprinnelse ikke klarte å oppdage bevis på tidligere liv, ble de vanligvis utført med lavere forstørrelsesnivåer, uten fordel av teknologien som ble brukt i denne forskningen. Den nylige oppdagelsen av ekstremt små bakterier på jorden, kalt nanobakterier, fikk teamet til å utføre dette arbeidet i en mye finere skala enn tidligere innsats.
De ni forfatterne av Science-rapporten inkluderer McKay, Gibson og Thomas-Keprta fra JSC Christopher Romanek, tidligere postdoktor ved National Research Council ved JSC, som nå er stabsforsker ved Savannah River Ecology Laboratory ved University of Georgia Hojatollah Vali , postdoktor ved Nasjonalt forskningsråd ved JSC og stabsforsker ved McGill University, Montreal, Quebec, Canada og Zare, doktorgradsstudenter Simon J. Clemett og Claude R.Maechling og post-doktorand Xavier Chillier ved Stanford University Department of Chemistry.
Forskerteamet inkluderer et bredt spekter av ekspertise, inkludert mikrobiologi, mineralogi, analytiske teknikker, geokjemi og organisk kjemi, og analysen krysset alle disse fagområdene. Ytterligere detaljer om funnene som presenteres i Science -artikkelen inkluderer:
- Forskere ved Stanford University brukte et dobbelt lasermassespektrometer - det mest følsomme instrumentet i sin type i verden - for å se etter tilstedeværelsen av den vanlige familien av organiske molekyler kalt PAH. Når mikroorganismer dør, nedbrytes de komplekse organiske molekylene som de inneholder ofte til PAH. PAH er ofte forbundet med gamle sedimentære bergarter, kull og petroleum på jorden og kan være vanlige luftforurensninger. Ikke bare fant forskerne PAH i lett påviselige mengder i ALH84001, men de fant at disse molekylene var konsentrert i nærheten av karbonatkulene. Dette funnet virker i samsvar med påstanden om at de er et resultat av fossiliseringsprosessen. I tillegg er den unike sammensetningen av meteorittens PAH -er i samsvar med det forskerne forventer av fossilisering av veldig primitive mikroorganismer. På jorden forekommer PAH praktisk talt alltid i tusenvis av former, men i meteoritten domineres de av bare omtrent et halvt dusin forskjellige forbindelser. Enkelheten til denne blandingen, kombinert med mangel på lette PAH-er som naftalen, skiller seg også vesentlig fra PAH-er som tidligere er målt i meteoritter som ikke er mars.