Как появилась жизнь на Земле: научные гипотезы и результаты экспериментов

1.

БИОЛОГИЯ
Как появилась жизнь
на Земле
Научные гипотезы и результаты экспериментов

2.

ГЛАВНЫЙ ВОПРОС
Что пытается объяснить наука?
Абиогенез
Переход от неживой химии
к первым живым системам.
Для клеточной жизни нужны:
Наследственность
Обмен веществ и энергии
Оболочка, удерживающая вещества
Эволюция объясняет изменение
уже воспроизводящихся систем.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ
Современные цианобактерии
под микроскопом
Источники: [5, 8, 12]
02

3.

СЛЕДЫ В ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ЛЕТОПИСИ
Жизнь появилась очень рано
≈ 4,54 млрд лет
≈ 3,5 млрд лет
Возраст Земли
Надёжные следы древней жизни
Ранняя Земля: художественная реконструкция
Современные строматолиты в Шарк-Бей
Самые ранние следы жизни не указывают точную дату её возникновения.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ
Источники: [1, 2]
03

4.

ЧТО ПОКАЗАЛИ ОПЫТЫ ПАСТЕРА
Самозарождение не подтвердилось
Идея прошлого
Микроорганизмы якобы возникают
сами собой в питательном бульоне.
Что показал опыт
После кипячения бульон оставался
чистым, если в него не попадали микробы.
Граница вывода
Опыт не проверял медленную химическую
эволюцию на древней Земле.
Колба с изогнутым горлышком.
Wellcome Collection
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ
Источник: [3]
04

5.

ХИМИЧЕСКАЯ ЭВОЛЮЦИЯ · ОПАРИН И ХОЛДЕЙН
Органика возникает и без жизни
Идея
Простые вещества постепенно
образуют более сложную органику.
Опыт Миллера — Юри, 1953
Вода, смесь газов и электрические
разряды дали аминокислоты.
Что это доказывает
Современная установка по мотивам
опыта Миллера — Юри, музей NEMO
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ
Органика возникает без организмов.
Живых клеток в опыте не получили.
Источник: [4]
05

6.

ГИПОТЕЗА «МИРА РНК»
РНК могла выполнять две задачи
Хранить информацию
Последовательность звеньев РНК
может передавать наследственные данные.
Ускорять реакции
Некоторые РНК работают как катализаторы.
Такие молекулы называют рибозимами.
Экспериментальная опора
В лаборатории РНК-катализаторы
копируют другие РНК и поддерживают их отбор.
Пространственная модель РНК
Как первая такая система возникла сама?
Это пока открытый вопрос.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ
Источник: [5]
06

7.

ГИДРОТЕРМЫ · «СНАЧАЛА ОБМЕН ВЕЩЕСТВ» · ЖЕЛЕЗО-СЕРНЫЙ МИР
Источники давали энергию реакциям
Возможная среда
Водород, минералы и разница
в составе воды источника и океана.
Поддержка в опытах
Из CO₂ и H₂ на минералах получают
некоторые органические соединения.
Что ещё нужно объяснить
Как сеть реакций получила
наследственность и оболочку?
Современное гидротермальное поле Lost City
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ
Источник: [6]
07

8.

НАЗЕМНЫЕ ВОДОЁМЫ И ГОРЯЧИЕ ИСТОЧНИКИ
Высыхание помогало сборке молекул
Идея
Вода испаряется — вещества
сближаются и концентрируются.
Проверка
В опытах с нагреванием и высыханием
получают РНК-подобные полимеры.
Открытый вопрос
Какие природные условия позволяли
полимерам накапливаться и сохраняться?
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ
Современный горячий источник
в Йеллоустоне
Источник: [7]
08

9.

ПРОТОКЛЕТКИ И ЛИПИДНЫЕ ОБОЛОЧКИ
Липиды создают границу клетки
Самосборка
Некоторые простые липиды в воде
собираются в замкнутые пузырьки.
Что удаётся в опытах
Модельные оболочки могут расти,
делиться и удерживать вещества.
Пока это модель
Один пузырёк ещё не клетка:
нужны наследственность и обмен веществ.
Лабораторные липидные пузырьки
с внутренними отделениями
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ
Источник: [8]
09

10.

ГЛИНЫ И МИНЕРАЛЬНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ
Минералы ускоряют часть реакций
Идея
Поверхность минерала удерживает
молекулы рядом и помогает им реагировать.
Экспериментальная опора
На монтмориллоните из активированных
нуклеотидов получают цепочки РНК.
Граница результата
В опытах используют подготовленные
реагенты. Их природное происхождение важно.
Монтмориллонит —
один из глинистых минералов
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ
Источник: [9]
10

11.

ЛЕДОВАЯ СРЕДА КАК ВОЗМОЖНАЯ «ЛАБОРАТОРИЯ»
Холод тоже мог помогать
Жидкость внутри льда
При замерзании часть растворённых
веществ концентрируется в микроканалах.
Что показали опыты
В таких условиях РНК-катализатор
работает, а РНК лучше сохраняется.
Что остаётся гипотезой
Первая жизнь могла использовать лёд,
но её ледовое происхождение не доказано.
Современный морской лёд. Фото NASA.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ
Источник: [10]
11

12.

КОСМИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА И ГИПОТЕЗА ПАНСПЕРМИИ
Космос мог доставить часть органики
Подтверждено
В образцах Бенну найдены
аминокислоты и основания
ДНК и РНК.
Панспермия
Астероид Бенну
Доставленный на Землю
материал
Перенос готовой жизни
из космоса остаётся
неподтверждённой
гипотезой.
Органические молекулы в космосе — ещё не доказательство
существования там жизни.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ
Источник: [11]
12

13.

КАК СОПОСТАВИТЬ ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ
Гипотезы отвечают на разные вопросы
Направление
Главный вопрос
Экспериментальная опора
Химическая эволюция
Откуда взялась органика?
Синтез молекул без организмов
Мир РНК
Как передавать информацию?
Катализ и копирование РНК
Обмен веществ
Откуда энергия для реакций?
Реакции на минералах без ферментов
Протоклетки
Как удержать вещества вместе?
Самосборка, рост и деление оболочек
Минералы, тепло, лёд
Где могли идти эти процессы?
Модели отдельных стадий
Космическая органика
Могли ли вещества прийти извне?
Органика в образцах астероидов
Эти идеи могут дополнять друг друга. Успешный опыт проверяет конкретный шаг.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ
Источники: [4–12]
13

14.

СОВМЕСТНЫЕ СЦЕНАРИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ
Главная задача — соединить процессы
Наследственность + оболочка + реакции
Для живой системы они должны
работать вместе и поддерживать друг друга.
Есть общие химические пути
В опытах получают предшественники РНК,
аминокислот и липидов из связанных реакций.
Продукты циклов высыхания:
атомно-силовая микроскопия
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ
Но полный переход от простых веществ
к автономной клетке ещё не воспроизведён.
Источники: [7, 12]
14

15.

ВОПРОСЫ, КОТОРЫЕ ПРОДОЛЖАЮТ ПРОВЕРЯТЬ
Что пока остаётся неизвестным?
01
Где возникли первые системы?
02
Как началось устойчивое
копирование?
03
Как совместились разные
условия?
04
Когда химический отбор стал
эволюцией?
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ
Исследователи «мира РНК», Salk Institute:
Д. Хорнинг, Дж. Джойс, Н. Папаставру
Источники: [5, 6, 8, 12]
15

16.

ИСТОЧНИКИ ДАННЫХ
Научные источники · 1
01
USGS — оценка возраста Земли
Geologic Time: Age of the Earth · pubs.usgs.gov/gip/geotime/age.html
02
Djokic и др., 2017 — древние следы жизни
Nature Communications · doi: 10.1038/ncomms15263
03
Institut Pasteur — опыты против самозарождения
История Института Пастера · pasteur.fr
04
Miller, 1953 — получение аминокислот
Science · doi: 10.1126/science.117.3046.528
05
Papastavrou, Horning, Joyce, 2024 — РНК и отбор
PNAS · doi: 10.1073/pnas.2321592121
06
Preiner и др., 2020 — геохимические реакции
Nature Ecology & Evolution · doi: 10.1038/s41559-020-1125-6
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ
16

17.

ИСТОЧНИКИ ДАННЫХ
Научные источники · 2
07
Hassenkam, Deamer, 2022 — циклы высыхания
Scientific Reports · doi: 10.1038/s41598-022-14238-2
08
Zhu, Szostak, 2009 — модельные мембраны
Journal of the American Chemical Society · doi: 10.1021/ja900919c
09
Ferris и др., 1996 — реакции на минералах
Nature · doi: 10.1038/381059a0
10
Attwater и др., 2010 — РНК во льду
Nature Communications · doi: 10.1038/ncomms1076
11
Glavin и др., 2025 — органические вещества Бенну
Nature Astronomy · doi: 10.1038/s41550-024-02472-9
12
Patel и др., 2015 — общие пути синтеза
Nature Chemistry · doi: 10.1038/nchem.2202
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ
17

18.

ЧТО МОЖНО СКАЗАТЬ УВЕРЕННО
Мы знаем шаги, но не весь путь
Органические молекулы
образуются без организмов.
Самосборка, катализ и копирование
доступны некоторым простым
системам.
Точный путь к первой жизни
остаётся открытой научной
задачей.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ
Земля, снимок экипажа «Аполлона-17»
Источники: [4–12]
18