Kehidupan di Bumi muncul lebih dari 3,5 miliar tahun yang lalu - sulit untuk menentukan momen dengan lebih tepat, hanya karena tidak mudah untuk menarik garis antara "hampir hidup" dan "benar-benar hidup". Namun, kita dapat mengatakan dengan pasti bahwa momen ajaib ini berlangsung selama jutaan tahun. Tetap saja, itu adalah keajaiban yang nyata.
Untuk menghargai mukjizat ini pada nilainya yang sebenarnya, seseorang harus mengenal sejumlah teori modern yang menjelaskan berbagai pilihan dan tahapan kelahiran kehidupan. Dari sekumpulan senyawa organik sederhana yang cepat tapi tak bernyawa hingga protoorganisme yang telah mengenal kematian dan memasuki ras variabilitas biologis yang tak ada habisnya. Lagipula, bukankah kedua istilah ini - mutabilitas dan kematian - menimbulkan keseluruhan kehidupan?..
1. Panspermia
Hipotesis tentang membawa kehidupan ke Bumi dari benda kosmik lain memiliki banyak pembela yang berwibawa. Posisi ini dipegang oleh ilmuwan besar Jerman Hermann Helmholtz dan ahli kimia Swedia Svante Arrhenius, pemikir Rusia Vladimir Vernadsky, dan fisikawan bangsawan Inggris Kelvin. Namun, sains adalah dunia fakta, dan setelah penemuan radiasi kosmik dan efek destruktifnya pada semua makhluk hidup, panspermia sepertinya mati.
Namun, semakin dalam ilmuwan terjun ke dalam masalah ini, semakin banyak nuansa yang muncul. Jadi, sekarang - termasuk melakukan banyak percobaan pada pesawat ruang angkasa - kita lebih serius menanggapi kemampuan organisme hidup untuk mentolerir radiasi dan dingin, kekurangan air dan "kesenangan" lainnya berada di luar angkasa. Penemuan semua jenis senyawa organik di asteroid dan komet, di gugus gas dan debu yang jauh, serta awan protoplanet sangat banyak dan tidak diragukan lagi. Tetapi klaim tentang penemuan di dalamnya tentang jejak sesuatu yang secara mencurigakan menyerupai mikroba tetap tidak terbukti.
Sangat mudah untuk melihat bahwa dengan segala daya tariknya, teori panspermia hanya memindahkan pertanyaan tentang asal mula kehidupan ke tempat lain dan waktu lain. Apa pun yang membawa organisme pertama ke Bumi - entah meteorit acak atau rencana licik alien yang sangat berkembang, mereka harus lahir di suatu tempat dan entah bagaimana caranya. Janganlah di sini dan lebih jauh di masa lalu - tetapi kehidupan harus tumbuh dari materi tak bernyawa. Pertanyaan "Bagaimana?" sisa.
Video promosi:
1. Tidak Ilmiah: Generasi spontan
Asal usul materi hidup yang berkembang pesat dari benda mati - seperti kemunculan larva lalat dalam daging yang membusuk - dapat dikaitkan dengan Aristoteles, yang menggeneralisasi pemikiran banyak pendahulu dan membentuk doktrin holistik tentang generasi spontan. Seperti elemen lain dari filosofi Aristoteles, generasi spontan adalah doktrin dominan di Eropa abad pertengahan dan mendapat dukungan sampai percobaan Louis Pasteur, yang secara meyakinkan menunjukkan bahwa bahkan larva lalat membutuhkan induk lalat untuk muncul. Jangan bingung antara generasi spontan dengan teori modern tentang asal mula abiogenik kehidupan: perbedaan di antara keduanya sangat mendasar.
2. Kaldu primer
Konsep ini terkait erat dengan eksperimen klasik yang berhasil memperoleh status tahun 1950-an oleh Stanley Miller dan Harold Urey. Di laboratorium, para ilmuwan membuat model kondisi yang mungkin ada di dekat permukaan bumi muda - campuran metana, karbon monoksida dan hidrogen molekuler, banyak pelepasan listrik, sinar ultraviolet - dan segera lebih dari 10% karbon dari metana diubah menjadi bentuk berbagai molekul organik. Lebih dari 20 asam amino, gula, lipid, dan prekursor asam nukleat diperoleh dalam percobaan Miller-Urey.
Variasi modern dari eksperimen klasik ini menggunakan penyiapan yang jauh lebih canggih yang lebih cocok dengan kondisi Bumi awal. Mereka mensimulasikan dampak gunung berapi dengan emisi hidrogen sulfida dan sulfur dioksida, keberadaan nitrogen, dll. Dengan cara ini, para ilmuwan berhasil mendapatkan bahan organik dalam jumlah besar dan beragam - bahan penyusun potensial kehidupan. Masalah utama dari eksperimen ini tetap pada rasematnya: isomer molekul yang aktif secara optik (seperti asam amino) terbentuk dalam campuran dalam jumlah yang sama, sementara semua kehidupan yang kita kenal (dengan beberapa pengecualian dan aneh) hanya mencakup isomer-L.
Namun, kami akan kembali ke masalah ini nanti. Juga harus ditambahkan di sini bahwa baru-baru ini - pada tahun 2015 - profesor Cambridge John Sutherland dan timnya menunjukkan kemungkinan pembentukan semua "molekul dasar kehidupan", komponen DNA, RNA, dan protein dari satu set komponen awal yang sangat sederhana. Karakter utama campuran ini adalah hidrogen sianida dan hidrogen sulfida, yang tidak jarang ditemukan di luar angkasa. Bagi mereka tetap menambahkan beberapa mineral dan logam yang ada dalam jumlah yang cukup di Bumi, seperti garam fosfat, tembaga dan besi. Para ilmuwan telah membangun skema reaksi terperinci yang dapat dengan baik menciptakan "sup purba" yang kaya sehingga polimer muncul di dalamnya dan evolusi kimiawi yang lengkap ikut berperan.
Hipotesis asal mula kehidupan abiogenik dari "kaldu organik", yang diuji dengan eksperimen Miller dan Urey, dikemukakan pada tahun 1924 oleh ahli biokimia Soviet Alexander Oparin. Dan meskipun di "tahun-tahun kelam" dari masa kejayaan Lysenkoisme, ilmuwan tersebut memihak lawan genetika ilmiah, pahala yang dia berikan sangat besar. Sebagai pengakuan atas peran seorang akademisi, namanya menyandang penghargaan utama yang diberikan oleh International Scientific Society for the Study of the Origin of Life (ISSOL) - Medali Oparin. Hadiah ini diberikan setiap enam tahun, dan pada waktu yang berbeda telah diberikan kepada Stanley Miller dan peneliti kromosom yang hebat, peraih Nobel Jack Shostak. Sebagai pengakuan atas kontribusi besar Harold Urey, ISSOL menghadiahkan Medali Urey di antara Medali Oparin (juga setiap enam tahun). Hasilnya adalah penghargaan evolusi yang unik dan nyata - dengan nama yang dapat diubah.
3. Evolusi kimiawi
Teori ini mencoba menjelaskan transformasi zat organik yang relatif sederhana menjadi sistem kimia yang agak kompleks, prekursor kehidupan itu sendiri, di bawah pengaruh faktor eksternal, mekanisme pemilihan dan pengaturan sendiri. Konsep dasar dari pendekatan ini adalah "chauvinisme air-karbon", yang menampilkan dua komponen ini (air dan karbon - NS) sebagai sesuatu yang mutlak diperlukan dan kunci untuk kemunculan dan perkembangan kehidupan, baik di Bumi atau di suatu tempat di luar. Dan masalah utamanya adalah kondisi di mana "chauvinisme air-karbon" dapat berkembang menjadi kompleks kimiawi yang sangat canggih yang mampu, pertama-tama, mereplikasi diri.
Menurut salah satu hipotesis, organisasi utama molekul dapat terjadi di mikropori mineral lempung, yang memainkan peran struktural. Ahli kimia Skotlandia Alexander Graham Cairns-Smith mengemukakan gagasan ini beberapa tahun yang lalu. Biomolekul kompleks dapat mengendap dan berpolimerisasi di permukaan dalamnya, seperti pada matriks: Ilmuwan Israel telah menunjukkan bahwa kondisi seperti itu memungkinkan untuk menumbuhkan rantai protein yang cukup panjang. Di sini, jumlah garam logam yang dibutuhkan dapat terakumulasi, yang memainkan peran penting sebagai katalis untuk reaksi kimia. Dinding tanah liat bisa berfungsi sebagai membran sel, membagi ruang "dalam", tempat terjadinya reaksi kimia yang semakin kompleks, dan memisahkannya dari kekacauan luar.
Permukaan mineral kristalin dapat berfungsi sebagai "matriks" untuk pertumbuhan molekul polimer: struktur spasial kisi kristal mereka hanya mampu memilih isomer optik dari satu jenis - misalnya, asam L-amino - memecahkan masalah yang telah kita bicarakan di atas. Energi untuk "metabolisme" primer dapat disediakan oleh reaksi anorganik, seperti reduksi pirit mineral (FeS2) dengan hidrogen (menjadi besi sulfida dan hidrogen sulfida). Dalam hal ini, baik petir maupun radiasi ultraviolet tidak diperlukan untuk munculnya biomolekul kompleks, seperti dalam eksperimen Miller-Urey. Ini berarti bahwa kita dapat menyingkirkan aspek berbahaya dari tindakan mereka.
Bumi muda tidak terlindungi dari komponen radiasi matahari yang berbahaya - dan bahkan mematikan. Bahkan organisme modern yang teruji secara evolusioner tidak akan mampu menahan radiasi ultraviolet yang keras ini - terlepas dari fakta bahwa Matahari sendiri jauh lebih muda dan tidak memberikan cukup panas ke planet ini. Dari sini muncul hipotesis bahwa di era ketika keajaiban asal mula kehidupan terjadi, seluruh bumi bisa tertutup lapisan es yang tebal - ratusan meter; dan itu yang terbaik. Bersembunyi di bawah lapisan es ini, kehidupan bisa terasa sangat aman dari radiasi ultraviolet dan dari seringnya serangan meteorik yang mengancam akan menghancurkannya sejak awal. Lingkungan yang relatif dingin juga dapat menstabilkan struktur makromolekul pertama.
4. Perokok hitam
Sungguh, radiasi ultraviolet pada Bumi muda, yang atmosfernya belum mengandung oksigen dan tidak memiliki lapisan ozon yang menakjubkan, seharusnya mematikan bagi kehidupan yang baru lahir. Dari sini tumbuh asumsi bahwa nenek moyang yang rapuh dari organisme hidup terpaksa ada di suatu tempat, bersembunyi dari aliran yang terus menerus mensterilkan segala sesuatu dan sinar semua orang. Misalnya, jauh di bawah air - tentu saja, di mana terdapat cukup mineral, pencampuran, panas, dan energi untuk reaksi kimia. Dan tempat-tempat seperti itu ditemukan.
Menjelang akhir abad kedua puluh, menjadi jelas bahwa dasar laut sama sekali tidak bisa menjadi surga bagi monster abad pertengahan: kondisi di sini terlalu keras, suhu rendah, tidak ada radiasi, dan bahan organik langka hanya mampu mengendap dari permukaan. Faktanya, ini adalah semi-gurun yang luas - dengan beberapa pengecualian penting: di sana, jauh di bawah air, dekat saluran keluar mata air panas bumi, kehidupan benar-benar berjalan lancar. Air hitam jenuh dengan sulfida bersifat panas, aktif bercampur dan mengandung banyak mineral.
Perokok laut hitam sangat kaya dan memiliki ekosistem yang khas: bakteri yang memakannya menggunakan reaksi besi-belerang, yang telah kita bahas. Mereka adalah dasar dari kehidupan yang berkembang sempurna, termasuk sejumlah cacing dan udang yang unik. Mungkin mereka adalah dasar dari asal mula kehidupan di planet ini: setidaknya secara teoritis, sistem seperti itu membawa semua yang diperlukan untuk ini.
2. Tidak Ilmiah: Roh, dewa, leluhur
Mitos kosmologis apa pun tentang asal mula dunia selalu dimahkotai dengan mitos antropogonik - tentang asal usul manusia. Dan dalam fantasi ini orang hanya bisa iri dengan imajinasi penulis kuno: pada pertanyaan tentang apa, bagaimana dan mengapa kosmos muncul, di mana dan bagaimana kehidupan - dan orang - muncul, versinya terdengar sangat berbeda dan hampir selalu indah. Tumbuhan, ikan, dan hewan ditangkap dari dasar laut oleh gagak besar, orang merangkak keluar dari tubuh leluhur Pangu karena cacing, yang dibentuk dari tanah liat dan abu, lahir dari perkawinan dewa dan monster. Semua ini mengherankan puitis, tetapi tentu saja tidak ada hubungannya dengan sains.
5. Dunia RNA
Sesuai dengan prinsip-prinsip materialisme dialektik, hidup adalah "persatuan dan perjuangan" dari dua prinsip: perubahan dan warisan informasi di satu sisi, dan biokimiawi, fungsi struktural di sisi lain. Yang satu tidak mungkin tanpa yang lain - dan pertanyaan tentang di mana kehidupan dimulai, dengan informasi dan asam nukleat atau dengan fungsi dan protein, tetap menjadi salah satu yang paling sulit. Dan salah satu solusi yang diketahui untuk masalah paradoks ini adalah hipotesis tentang "dunia RNA", yang muncul pada akhir 1960-an dan akhirnya terbentuk pada akhir 1980-an.
RNA - makromolekul, dalam menyimpan dan mentransmisikan informasi tidak seefisien DNA, dan dalam menjalankan fungsi enzimatis - tidak mengesankan seperti protein. Tetapi molekul RNA mampu melakukan keduanya, dan sampai sekarang mereka berfungsi sebagai penghubung transmisi dalam pertukaran informasi sel, dan mengkatalisasi sejumlah reaksi di dalamnya. Protein tidak dapat bereplikasi tanpa informasi DNA, dan DNA tidak mampu melakukan hal ini tanpa "keterampilan" protein. RNA, di sisi lain, bisa sepenuhnya otonom: ia mampu mengkatalisasi "reproduksinya" sendiri - dan ini sudah cukup sebagai permulaan.
Studi dalam kerangka hipotesis dunia RNA telah menunjukkan bahwa makromolekul ini mampu melakukan evolusi kimiawi sepenuhnya. Ambil contoh, contoh ilustrasi yang ditunjukkan oleh ahli biofisika California yang dipimpin oleh Lesley Orgel: jika etidium bromida ditambahkan ke larutan RNA yang mampu mereplikasi diri, yang berfungsi sebagai racun untuk sistem ini, menghalangi sintesis RNA, kemudian sedikit demi sedikit, dengan perubahan generasi makromolekul, dalam campuran RNA tampaknya resisten bahkan terhadap konsentrasi toksin yang sangat tinggi. Sesuatu seperti ini, berkembang, molekul RNA pertama dapat menemukan cara untuk mensintesis alat-protein pertama, dan kemudian - dalam kombinasi dengan mereka - "menemukan" untuk diri mereka sendiri heliks ganda DNA, pembawa ideal informasi herediter.
3. Tidak Ilmiah: Kekekalan
Tidak lebih ilmiah daripada cerita tentang nenek moyang pertama dapat disebut pandangan yang menyandang nama lantang Theory of a Stationary State. Menurut para pendukungnya, tidak ada kehidupan yang muncul sama sekali - sama seperti Bumi belum lahir, begitu pula kosmos tidak muncul: mereka selalu, selalu dan akan tetap ada. Semua ini tidak lebih dibenarkan daripada cacing Pangu: untuk menganggap serius "teori" seperti itu, orang harus melupakan tentang penemuan-penemuan paleontologi, geologi, dan astronomi yang tak terhitung jumlahnya. Dan pada kenyataannya, untuk meninggalkan seluruh gedung megah ilmu pengetahuan modern - tetapi kemudian, mungkin, ada baiknya menyerahkan semua yang menjadi hak penghuninya, termasuk komputer dan perawatan gigi tanpa rasa sakit.
6. sel proto
Namun, replikasi sederhana tidak cukup untuk "kehidupan normal": kehidupan apa pun, pertama-tama, merupakan area lingkungan yang terisolasi secara spasial yang memisahkan proses metabolisme, memfasilitasi jalannya beberapa reaksi dan memungkinkan untuk tidak termasuk yang lain. Dengan kata lain, kehidupan adalah sel yang dibatasi oleh membran semipermeabel yang tersusun dari lipid. Dan "sel proto" seharusnya sudah muncul pada tahap paling awal dari keberadaan kehidupan di Bumi - hipotesis pertama tentang asal usulnya diungkapkan oleh Alexander Oparin, yang sangat kita kenal. Menurutnya, tetesan lipid hidrofobik yang menyerupai tetesan kuning minyak yang mengapung di air bisa berfungsi sebagai "protomembran".
Secara umum, ide ilmuwan diterima oleh sains modern, dan Jack Shostak, yang menerima Medali Oparin untuk karyanya, juga terlibat dalam topik ini. Bersama dengan Katarzyna Adamala, ia berhasil menciptakan semacam model "sel proto", analog membran yang tidak terdiri dari lipid modern, tetapi bahkan molekul organik yang lebih sederhana, asam lemak, yang dapat terakumulasi dengan baik di tempat asal protoorganisme pertama. Shostak dan Adamala bahkan berhasil "menghidupkan kembali" struktur mereka dengan menambahkan ion magnesium (menstimulasi kerja RNA polimerase) dan asam sitrat (menstabilkan struktur membran lemak) ke medium.
Akibatnya, mereka berakhir dengan sistem yang benar-benar sederhana, tetapi agak hidup; bagaimanapun, itu adalah sel proto normal yang berisi lingkungan yang dilindungi membran untuk reproduksi RNA. Mulai saat ini Anda dapat menutup bab terakhir dari prasejarah kehidupan - dan memulai bab pertama dari sejarahnya. Namun, ini adalah topik yang sama sekali berbeda, jadi kita hanya akan membicarakan satu, tetapi konsep yang sangat penting terkait dengan langkah pertama evolusi kehidupan dan kemunculan berbagai macam organisme.
4. Tidak Ilmiah: Kembalinya Kekal
Representasi "korporat" dari filsafat India, dalam filsafat Barat yang dikaitkan dengan karya Immanuel Kant, Friedrich Nietzsche, dan Mircea Eliade. Gambaran puitis tentang pengembaraan abadi setiap jiwa yang hidup melalui serangkaian dunia dan penghuninya yang tak terbatas, transformasinya menjadi serangga yang tidak penting, kemudian menjadi penyair yang ditinggikan, atau bahkan menjadi makhluk yang tidak kita kenal, iblis atau dewa. Terlepas dari kekurangan ide reinkarnasi, Nietzsche sangat dekat dengan ide ini: keabadian itu abadi, yang berarti bahwa peristiwa apa pun di dalamnya dapat - dan harus diulangi lagi. Dan setiap makhluk tak henti-hentinya berputar di korsel pengembalian universal ini, sehingga hanya kepalanya yang berputar, dan masalah asal mula utama menghilang di suatu tempat dalam kaleidoskop pengulangan yang tak terhitung jumlahnya.
7. Endosimbiosis
Lihatlah diri Anda di cermin, tatap matanya: makhluk yang Anda tatap adalah hibrida kompleks yang telah muncul pada zaman dahulu kala. Pada akhir abad ke-19, naturalis Jerman-Inggris Andreas Schimper memperhatikan bahwa kloroplas, organel sel tumbuhan yang bertanggung jawab untuk fotosintesis, mereplikasi secara terpisah dari sel itu sendiri. Segera muncul hipotesis bahwa kloroplas adalah simbion, sel bakteri fotosintetik, yang pernah ditelan oleh inang - dan dibiarkan hidup di sini selamanya.
Tentu saja, kita tidak memiliki kloroplas, jika tidak kita dapat memakan sinar matahari, seperti yang disarankan oleh beberapa sekte agama palsu. Namun, pada 1920-an, hipotesis endosimbiosis diperluas hingga mencakup mitokondria, organel yang mengonsumsi oksigen dan memasok energi ke semua sel kita. Sampai saat ini, hipotesis ini telah memperoleh status sebagai teori yang terbukti berulang kali dan lengkap - cukup untuk mengatakan bahwa mitokondria dan plastida memiliki genomnya sendiri, mekanisme pembelahan sel, dan sistem sintesis proteinnya sendiri.
Di alam, endosimbion lain juga telah ditemukan yang tidak memiliki evolusi persendian selama miliaran tahun dan berada pada tingkat integrasi yang kurang dalam di dalam sel. Misalnya, beberapa amuba tidak memiliki mitokondria sendiri, tetapi ada bakteri yang masuk dan menjalankan perannya. Ada hipotesis tentang asal usul endosimbiosis dari organel lain - termasuk flagela dan silia, dan bahkan inti sel: menurut beberapa peneliti, kita semua eukariota adalah hasil fusi yang belum pernah terjadi sebelumnya antara bakteri dan archaea. Versi-versi ini belum menemukan konfirmasi yang tegas, tetapi satu hal yang jelas: begitu muncul, kehidupan mulai menyerap tetangganya - dan berinteraksi dengan mereka, melahirkan kehidupan baru.
5. Tidak Ilmiah: Kreasionisme
Konsep kreasionisme muncul pada abad ke-19, ketika kata ini mulai disebut sebagai pendukung berbagai versi penampakan dunia dan kehidupan, yang dikemukakan oleh para penulis Taurat, Alkitab, dan kitab suci agama monoteistik lainnya. Namun, pada dasarnya, para kreasionis tidak menawarkan sesuatu yang baru dibandingkan dengan buku-buku ini, berulang kali mencoba menyangkal temuan sains yang teliti dan teliti - dan pada kenyataannya, berulang kali, kehilangan posisi demi posisi. Sayangnya, gagasan para pseudosains-kreasionis modern jauh lebih mudah dipahami: dibutuhkan banyak upaya untuk memahami teori-teori sains yang sebenarnya.
Sergey Vasiliev
