Μετατροπή της ενέργειας του ηλιακού φωτός και των οργανισμών που το χρησιμοποιούν

Σήμερα θα μιλήσουμε για οργανισμούς που χρησιμοποιούν την ηλιακή ενέργεια στη ζωή τους. Για να γίνει αυτό, πρέπει να αγγίξουμε μια επιστήμη όπως η βιοενέργεια. Μελετά τρόπους μετατροπής της ενέργειας από ζωντανούς οργανισμούς και χρήσης της στη διαδικασία της ζωής. Η βιοενέργεια βασίζεται στη θερμοδυναμική. Αυτή η επιστήμη περιγράφει τους μηχανισμούς για τη μετατροπή διαφορετικών τύπων ενέργειας μεταξύ τους. Συμπεριλαμβανομένης της χρήσης και του μετασχηματισμού της ηλιακής ενέργειας από διάφορους οργανισμούς. Με τη βοήθεια της θερμοδυναμικής, είναι δυνατό να περιγραφεί πλήρως ο ενεργειακός μηχανισμός των διεργασιών που συμβαίνουν γύρω μας. Αλλά με τη βοήθεια της θερμοδυναμικής είναι αδύνατο να κατανοήσουμε τη φύση μιας συγκεκριμένης διαδικασίας. Σε αυτό το άρθρο θα προσπαθήσουμε να εξηγήσουμε τον μηχανισμό χρήσης της ηλιακής ενέργειας από ζωντανούς οργανισμούς.

Για να περιγράψουμε τον μετασχηματισμό της ενέργειας σε ζωντανούς οργανισμούς ή άλλα αντικείμενα στον πλανήτη μας, θα πρέπει να τα εξετάσουμε από την άποψη της θερμοδυναμικής. Δηλαδή ένα σύστημα που ανταλλάσσει ενέργεια με το περιβάλλον και τα αντικείμενα. Μπορούν να χωριστούν στα ακόλουθα συστήματα:

• Κλειστό;
• Απομονωμένος;
• Ανοιχτό.

Οι ζωντανοί οργανισμοί που συζητούνται σε αυτό το άρθρο είναι ανοιχτά συστήματα. Διεξάγουν μια συνεχή ανταλλαγή ενέργειας με το λειτουργικό σύστημα και τα γύρω αντικείμενα.Μαζί με το νερό, τον αέρα και την τροφή, εισέρχονται στο σώμα κάθε είδους χημικές ουσίες, οι οποίες διαφέρουν από αυτόν στη χημική σύσταση. Μόλις μπουν στο σώμα, υποβάλλονται σε βαθιά επεξεργασία. Περνούν από μια σειρά αλλαγών και γίνονται παρόμοια με τη χημική σύσταση του σώματος. Μετά από αυτό, γίνονται προσωρινά μέρος του σώματος.

Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, αυτές οι ουσίες καταστρέφονται και παρέχουν στον οργανισμό ενέργεια. Τα προϊόντα διάσπασής τους απομακρύνονται από το σώμα. Η θέση τους στο σώμα καλύπτεται από άλλα μόρια. Σε αυτή την περίπτωση, η ακεραιότητα της δομής του σώματος δεν παραβιάζεται. Μια τέτοια αφομοίωση και επεξεργασία της ενέργειας στο σώμα εξασφαλίζει την ανανέωση του σώματος. Ο ενεργειακός μεταβολισμός είναι απαραίτητος για την ύπαρξη όλων των ζωντανών οργανισμών. Όταν οι διαδικασίες μετατροπής ενέργειας στο σώμα σταματήσουν, πεθαίνει.

Το ηλιακό φως είναι η πηγή βιολογικής ενέργειας στη Γη. Η πυρηνική ενέργεια από τον Ήλιο παράγει ενέργεια ακτινοβολίας. Τα άτομα υδρογόνου στο αστέρι μας μετατρέπονται σε άτομα He ως αποτέλεσμα της αντίδρασης. Η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά την αντίδραση απελευθερώνεται με τη μορφή ακτινοβολίας γάμμα. Η ίδια η αντίδραση μοιάζει με αυτό:

4H ⇒ He4 + 2e + hv, όπου

v ─ μήκος κύματος ακτίνων γάμμα.

h ─ σταθερά Planck.

Στη συνέχεια, μετά την αλληλεπίδραση ακτινοβολίας γάμμα και ηλεκτρονίων, απελευθερώνεται ενέργεια με τη μορφή φωτονίων. Αυτή η φωτεινή ενέργεια εκπέμπεται από το ουράνιο σώμα.

Όταν η ηλιακή ενέργεια φτάνει στην επιφάνεια του πλανήτη μας, συλλαμβάνεται και μετατρέπεται από τα φυτά. Σε αυτά, η ενέργεια του ήλιου μετατρέπεται σε χημική ενέργεια, η οποία αποθηκεύεται με τη μορφή χημικών δεσμών.Αυτοί είναι οι δεσμοί που συνδέουν τα άτομα στα μόρια. Ένα παράδειγμα είναι η σύνθεση της γλυκόζης στα φυτά. Το πρώτο στάδιο αυτής της μετατροπής ενέργειας είναι η φωτοσύνθεση. Τα φυτά του παρέχουν χλωροφύλλη. Αυτή η χρωστική εξασφαλίζει τη μετατροπή της ακτινοβολούμενης ενέργειας σε χημική ενέργεια. Οι υδατάνθρακες συντίθενται από H 2 O και CO 2. Αυτό εξασφαλίζει την ανάπτυξη των φυτών και τη μεταφορά ενέργειας στο επόμενο στάδιο.

Το επόμενο στάδιο μεταφοράς ενέργειας συμβαίνει από τα φυτά στα ζώα ή στα βακτήρια. Σε αυτό το στάδιο, η ενέργεια των υδατανθράκων στα φυτά μετατρέπεται σε βιολογική ενέργεια. Αυτό συμβαίνει κατά την οξείδωση των φυτικών μορίων. Το ποσό της ενέργειας που λαμβάνεται αντιστοιχεί στο ποσό που δαπανήθηκε για τη σύνθεση. Μέρος αυτής της ενέργειας μετατρέπεται σε θερμότητα. Ως αποτέλεσμα, η ενέργεια αποθηκεύεται σε δεσμούς υψηλής ενέργειας τριφωσφορικής αδενοσίνης. Έτσι η ηλιακή ενέργεια, περνώντας από μια σειρά μετασχηματισμών, εμφανίζεται στους ζωντανούς οργανισμούς με διαφορετική μορφή.

Εδώ αξίζει να απαντήσετε στη συχνή ερώτηση: "Ποιο οργανίδιο χρησιμοποιεί την ενέργεια του ηλιακού φωτός;" Πρόκειται για χλωροπλάστες που εμπλέκονται στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Το χρησιμοποιούν για να συνθέσουν οργανικές ουσίες από ανόργανες ουσίες.

Η συνεχής ροή ενέργειας είναι η ουσία όλων των ζωντανών όντων. Κινείται συνεχώς μεταξύ κυττάρων και οργανισμών. Σε κυτταρικό επίπεδο, υπάρχουν αποτελεσματικοί μηχανισμοί για τη μετατροπή της ενέργειας. Υπάρχουν 2 κύριες δομές όπου λαμβάνει χώρα η μετατροπή ενέργειας:

• Χλωροπλάστες;
• Μιτοχόνδρια.

Οι άνθρωποι, όπως και άλλοι ζωντανοί οργανισμοί στον πλανήτη, αναπληρώνουν τα ενεργειακά τους αποθέματα από τα τρόφιμα. Επιπλέον, μέρος των προϊόντων που καταναλώνονται είναι φυτικής προέλευσης (μήλα, πατάτες, αγγούρια, ντομάτες) και μέρος των ζώων (κρέας, ψάρι και άλλα θαλασσινά). Τα ζώα που τρώμε παίρνουν επίσης την ενέργειά τους από τα φυτά. Επομένως, όλη η ενέργεια που λαμβάνει το σώμα μας μετατρέπεται από τα φυτά. Και για αυτούς εμφανίζεται ως αποτέλεσμα της μετατροπής της ηλιακής ενέργειας.

Ανάλογα με τον τύπο της παραγωγής ενέργειας, όλοι οι οργανισμοί μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες:

• Φωτότροφα. Αντλήστε ενέργεια από το φως του ήλιου.
• Χημειοτροφικά. Λαμβάνουν ενέργεια κατά τη διάρκεια μιας αντίδρασης οξειδοαναγωγής.

Δηλαδή, η ηλιακή ενέργεια χρησιμοποιείται από τα φυτά και τα ζώα λαμβάνουν ενέργεια που βρίσκεται σε οργανικά μόρια όταν τρώνε φυτά.

Πώς μετατρέπεται η ενέργεια στους ζωντανούς οργανισμούς;

Υπάρχουν 3 κύριοι τύποι ενέργειας που μετατρέπονται από τους οργανισμούς:

• Μετατροπή ενέργειας ακτινοβολίας. Αυτός ο τύπος ενέργειας μεταφέρει το φως του ήλιου. Στα φυτά, η ενέργεια ακτινοβολίας δεσμεύεται από τη χρωστική ουσία χλωροφύλλη. Ως αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης, μετατρέπεται σε χημική ενέργεια. Αυτό, με τη σειρά του, χρησιμοποιείται στη διαδικασία της σύνθεσης οξυγόνου και άλλων αντιδράσεων. Το ηλιακό φως μεταφέρει κινητική ενέργεια και στα φυτά μετατρέπεται σε δυναμική ενέργεια. Το προκύπτον απόθεμα ενέργειας αποθηκεύεται σε θρεπτικά συστατικά.Για παράδειγμα, στους υδατάνθρακες.
• Μετατροπή χημικής ενέργειας. Από υδατάνθρακες και άλλα μόρια μετατρέπεται σε ενέργεια φωσφορικών δεσμών υψηλής ενέργειας. Αυτοί οι μετασχηματισμοί λαμβάνουν χώρα στα μιτοχόνδρια.
• Μετατροπή της ενέργειας φωσφορικών δεσμών υψηλής ενέργειας. Καταναλώνεται από τα κύτταρα ενός ζωντανού οργανισμού για την εκτέλεση διαφορετικών τύπων εργασιών (μηχανική, ηλεκτρική, οσμωτική κ.λπ.).

Κατά τη διάρκεια αυτών των μετασχηματισμών, μέρος του ενεργειακού αποθέματος χάνεται και διαχέεται με τη μορφή θερμότητας.

Η χρήση της αποθηκευμένης ενέργειας από τους οργανισμούς

Κατά τη διαδικασία του μεταβολισμού, το σώμα λαμβάνει ένα απόθεμα ενέργειας που δαπανάται για την εκτέλεση βιολογικών εργασιών. Αυτό μπορεί να είναι ελαφριά, μηχανική, ηλεκτρική, χημική εργασία. Και το σώμα ξοδεύει ένα πολύ μεγάλο μέρος της ενέργειάς του με τη μορφή θερμότητας.

Οι κύριοι τύποι ενέργειας στο σώμα περιγράφονται συνοπτικά παρακάτω:

• Μηχανικός. Χαρακτηρίζει την κίνηση των μακροσωμάτων, καθώς και το μηχανικό έργο της κίνησής τους. Μπορεί να χωριστεί σε κινητική και δυναμική. Το πρώτο καθορίζεται από την ταχύτητα κίνησης των μακροσωμάτων και το δεύτερο από τη θέση τους σε σχέση μεταξύ τους.
• Χημική ουσία. Καθορίζεται από την αλληλεπίδραση των ατόμων σε ένα μόριο. Είναι η ενέργεια των ηλεκτρονίων που κινούνται στις τροχιές των μορίων και των ατόμων.
• Ηλεκτρικός. Είναι η αλληλεπίδραση των φορτισμένων σωματιδίων που τα κάνει να κινούνται σε ένα ηλεκτρικό πεδίο.
• Ωσμωτικός. Καταναλώνεται όταν κινείται σε αντίθεση με την κλίση συγκέντρωσης των μορίων της ουσίας.
• Ρυθμιστική ενέργεια.
• Θερμικός. Καθορίζεται από τη χαοτική κίνηση των ατόμων και των μορίων. Το κύριο χαρακτηριστικό αυτής της κίνησης είναι η θερμοκρασία. Αυτό το είδος ενέργειας είναι το πιο υποτιμημένο από όλα τα παραπάνω.

Η σχέση μεταξύ θερμοκρασίας και κινητικής ενέργειας ενός ατόμου μπορεί να περιγραφεί από τον ακόλουθο τύπο:

E h = 3/2rT, όπου

r ─ Σταθερά Boltzmann (1,380*10 -16 erg/deg).

Για όσους δεν ενδιαφέρονται για τα ζώα, αλλά ψάχνουν πού να αγοράσουν ένα φθηνότερο πρωτοχρονιάτικο δώρο, ένας κωδικός προσφοράς της Groupon θα είναι σίγουρα χρήσιμος.

Ορισμένοι οργανισμοί, σε σύγκριση με άλλους, έχουν μια σειρά από αναμφισβήτητα πλεονεκτήματα, για παράδειγμα, την ικανότητα να αντέχουν σε εξαιρετικά υψηλές ή χαμηλές θερμοκρασίες. Υπάρχουν πολλά τέτοια ανθεκτικά ζωντανά πλάσματα στον κόσμο. Στο παρακάτω άρθρο θα γνωρίσετε τα πιο εκπληκτικά από αυτά. Αυτοί, χωρίς υπερβολές, μπορούν να επιβιώσουν ακόμη και σε ακραίες συνθήκες.

1. Αράχνες που πηδούν Ιμαλαΐων

Οι χήνες με κεφάλι ράβδου είναι γνωστό ότι είναι από τα πιο ψηλά που πετούν στον κόσμο. Είναι σε θέση να πετάξουν σε υψόμετρο άνω των 6 χιλιάδων μέτρων πάνω από το έδαφος.

Γνωρίζετε πού βρίσκεται η υψηλότερη κατοικημένη περιοχή στη Γη; Στο Περού. Πρόκειται για την πόλη La Rinconada, που βρίσκεται στις Άνδεις κοντά στα σύνορα με τη Βολιβία σε υψόμετρο περίπου 5100 μέτρων πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας.

Εν τω μεταξύ, το ρεκόρ για τα υψηλότερα ζωντανά πλάσματα στον πλανήτη Γη πηγαίνει στις αράχνες των Ιμαλαΐων που πηδούν Euophrys omnisuperstes («στέκονται πάνω από όλα»), οι οποίες ζουν σε γωνίες και σχισμές στις πλαγιές του Έβερεστ. Οι ορειβάτες τα βρήκαν ακόμη και σε υψόμετρο 6.700 μέτρων. Αυτές οι μικροσκοπικές αράχνες τρέφονται με έντομα που εκτοξεύονται στις βουνοκορφές από τους δυνατούς ανέμους. Είναι τα μόνα ζωντανά πλάσματα που ζουν μόνιμα σε τόσο μεγάλο ύψος, χωρίς φυσικά να υπολογίζουμε ορισμένα είδη πτηνών. Είναι επίσης γνωστό ότι οι αράχνες των Ιμαλαΐων που πηδούν είναι σε θέση να επιβιώσουν ακόμη και σε συνθήκες έλλειψης οξυγόνου.

2. Giant Kangaroo Jumper

Όταν μας ζητείται να ονομάσουμε ένα ζώο που μπορεί να επιβιώσει χωρίς να πιει νερό για μεγάλα χρονικά διαστήματα, το πρώτο πράγμα που μας έρχεται στο μυαλό είναι η καμήλα. Ωστόσο, στην έρημο χωρίς νερό μπορεί να επιβιώσει όχι περισσότερο από 15 ημέρες. Και όχι, οι καμήλες δεν αποθηκεύουν αποθέματα νερού στις καμπούρες τους, όπως λανθασμένα πιστεύουν πολλοί άνθρωποι. Εν τω μεταξύ, υπάρχουν ακόμα ζώα στη Γη που ζουν στην έρημο και μπορούν να ζουν χωρίς ούτε μια σταγόνα νερό σε όλη τους τη ζωή!

Οι γιγάντιες χοάνες καγκουρό είναι συγγενείς των κάστορων. Η διάρκεια ζωής τους κυμαίνεται από τρία έως πέντε χρόνια. Οι γιγάντιες άλτες καγκουρό λαμβάνουν νερό μαζί με την τροφή τους και τρέφονται κυρίως με σπόρους.

Οι γιγάντιες άλτες καγκουρό, όπως σημειώνουν οι επιστήμονες, δεν ιδρώνουν καθόλου, επομένως δεν χάνουν, αλλά, αντίθετα, συσσωρεύουν νερό στο σώμα. Μπορείτε να τα βρείτε στην Κοιλάδα του Θανάτου (Καλιφόρνια). Οι γιγάντιες χοάνες καγκουρό κινδυνεύουν αυτή τη στιγμή.

3. Σκουλήκια που είναι ανθεκτικά στις υψηλές θερμοκρασίες

Δεδομένου ότι το νερό μεταφέρει θερμότητα από το ανθρώπινο σώμα περίπου 25 φορές πιο αποτελεσματικά από τον αέρα, μια θερμοκρασία 50 βαθμών Κελσίου στα βάθη της θάλασσας θα είναι πολύ πιο επικίνδυνη από ό,τι στην ξηρά. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα βακτήρια ευδοκιμούν κάτω από το νερό, και όχι οι πολυκύτταροι οργανισμοί που δεν μπορούν να αντέξουν τις πολύ υψηλές θερμοκρασίες. Υπάρχουν όμως και εξαιρέσεις...

Τα θαλάσσια annelids των βαθέων υδάτων Paralvinella sulfincola, τα οποία ζουν κοντά σε υδροθερμικές οπές στον πυθμένα του Ειρηνικού Ωκεανού, είναι ίσως τα πιο θερμόφιλα ζωντανά πλάσματα στον πλανήτη. Τα αποτελέσματα ενός πειράματος που διεξήχθη από επιστήμονες με τη θέρμανση ενός ενυδρείου έδειξαν ότι αυτά τα σκουλήκια προτιμούν να εγκαθίστανται εκεί όπου η θερμοκρασία φτάνει τους 45-55 βαθμούς Κελσίου.

4. Καρχαρίας Γροιλανδίας

Οι καρχαρίες της Γροιλανδίας είναι από τα μεγαλύτερα ζωντανά πλάσματα στον πλανήτη Γη, αλλά οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν σχεδόν τίποτα γι 'αυτούς. Κολυμπούν πολύ αργά, στο ίδιο επίπεδο με έναν απλό ερασιτέχνη κολυμβητή. Ωστόσο, είναι σχεδόν αδύνατο να δεις καρχαρίες της Γροιλανδίας στα νερά των ωκεανών, αφού συνήθως ζουν σε βάθος 1200 μέτρων.

Οι καρχαρίες της Γροιλανδίας θεωρούνται επίσης τα πιο κρύα πλάσματα στον κόσμο. Προτιμούν να ζουν σε μέρη που η θερμοκρασία φτάνει τους 1-12 βαθμούς Κελσίου.

Οι καρχαρίες της Γροιλανδίας ζουν σε κρύα νερά, πράγμα που σημαίνει ότι πρέπει να εξοικονομούν ενέργεια. αυτό εξηγεί το γεγονός ότι κολυμπούν πολύ αργά - με ταχύτητα όχι μεγαλύτερη από δύο χιλιόμετρα την ώρα. Οι καρχαρίες της Γροιλανδίας ονομάζονται επίσης «κοιμισμένοι καρχαρίες». Δεν είναι επιλεκτικοί στο φαγητό: τρώνε ό,τι πιάσουν.

Σύμφωνα με ορισμένους επιστήμονες, το προσδόκιμο ζωής των καρχαριών της Γροιλανδίας μπορεί να φτάσει τα 200 χρόνια, αλλά αυτό δεν έχει ακόμη αποδειχθεί.

5. Τα σκουλήκια του διαβόλου

Για αρκετές δεκαετίες, οι επιστήμονες πίστευαν ότι μόνο μονοκύτταροι οργανισμοί μπορούσαν να επιβιώσουν σε πολύ μεγάλα βάθη. Θεωρήθηκε ότι οι πολυκύτταρες μορφές ζωής δεν μπορούσαν να ζήσουν εκεί λόγω έλλειψης οξυγόνου, πίεσης και υψηλών θερμοκρασιών. Ωστόσο, μόλις πρόσφατα, οι ερευνητές ανακάλυψαν μικροσκοπικά σκουλήκια σε βάθος αρκετών χιλιάδων μέτρων από την επιφάνεια της γης.

Οι νηματώδεις Halicephalobus mephisto, που πήραν το όνομά τους από έναν δαίμονα από τη γερμανική λαογραφία, ανακαλύφθηκαν από τους Gaetan Borgoni και Tallis Onstott το 2011 σε δείγματα νερού που ελήφθησαν σε βάθος 3,5 χιλιομέτρων σε μια σπηλιά στη Νότια Αφρική. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι παρουσιάζουν υψηλή αντοχή σε διάφορες ακραίες συνθήκες, όπως εκείνα τα στρογγυλά σκουλήκια που επέζησαν από την καταστροφή του διαστημικού λεωφορείου Columbia που συνέβη την 1η Φεβρουαρίου 2003. Η ανακάλυψη των σκουληκιών του διαβόλου θα μπορούσε να βοηθήσει στην επέκταση της αναζήτησης ζωής στον Άρη και σε οποιονδήποτε άλλο πλανήτη στον Γαλαξία μας.

6. Βάτραχοι

Οι επιστήμονες παρατήρησαν ότι ορισμένα είδη βατράχων κυριολεκτικά παγώνουν με την έναρξη του χειμώνα και, ξεπαγώνοντας την άνοιξη, επιστρέφουν σε πλήρη ζωή. Υπάρχουν πέντε είδη τέτοιων βατράχων στη Βόρεια Αμερική, με το πιο συνηθισμένο να είναι ο Rana sylvatica ή ο ξύλινος βάτραχος.

Οι ξύλινοι βάτραχοι δεν ξέρουν πώς να τρυπώνουν στο έδαφος, οπότε με την έναρξη του κρύου καιρού απλώς κρύβονται κάτω από πεσμένα φύλλα και παγώνουν, όπως όλα γύρω τους. Μέσα στο σώμα, ενεργοποιείται ο φυσικός αμυντικός μηχανισμός «αντιψυκτικού» τους και, όπως ένας υπολογιστής, μπαίνουν σε «κατάσταση ύπνου». Τα αποθέματα γλυκόζης στο συκώτι τους επιτρέπουν σε μεγάλο βαθμό να επιβιώσουν τον χειμώνα. Αλλά το πιο εκπληκτικό είναι ότι οι Wood Frogs επιδεικνύουν την εκπληκτική τους ικανότητα τόσο στην άγρια ​​φύση όσο και σε εργαστηριακές συνθήκες.

7. Βακτήρια βαθέων υδάτων

Όλοι γνωρίζουμε ότι το βαθύτερο σημείο του Παγκόσμιου Ωκεανού είναι η Τάφρος των Μαριανών, η οποία βρίσκεται σε βάθος μεγαλύτερο από 11 χιλιάδες μέτρα. Στον πυθμένα του, η πίεση του νερού φτάνει τα 108,6 MPa, που είναι περίπου 1072 φορές μεγαλύτερη από την κανονική ατμοσφαιρική πίεση στο επίπεδο του Παγκόσμιου Ωκεανού. Πριν από μερικά χρόνια, επιστήμονες χρησιμοποιώντας κάμερες υψηλής ανάλυσης τοποθετημένες σε γυάλινες σφαίρες ανακάλυψαν γιγάντιες αμοιβάδες στην Τάφρο των Μαριανών. Σύμφωνα με τον Τζέιμς Κάμερον, ο οποίος ηγήθηκε της αποστολής, εκεί ευδοκιμούν και άλλες μορφές ζωής.

Έχοντας μελετήσει δείγματα νερού από τον πυθμένα της τάφρου των Μαριανών, οι επιστήμονες ανακάλυψαν έναν τεράστιο αριθμό βακτηρίων σε αυτό, τα οποία, παραδόξως, πολλαπλασιάστηκαν ενεργά, παρά το μεγάλο βάθος και την ακραία πίεση.

8. Bdelloidea

Τα Rotifers Bdelloidea είναι μικρά ασπόνδυλα ζώα που βρίσκονται συνήθως σε γλυκό νερό.

Οι εκπρόσωποι των rotifers Bdelloidea στερούνται αρσενικών πληθυσμών αντιπροσωπεύονται μόνο από παρθενογενετικά θηλυκά. Οι Bdelloidea αναπαράγονται ασεξουαλικά, κάτι που οι επιστήμονες πιστεύουν ότι επηρεάζει αρνητικά το DNA τους. Ποιος είναι ο καλύτερος τρόπος για να ξεπεραστούν αυτές οι βλαβερές συνέπειες; Απάντηση: φάτε το DNA άλλων μορφών ζωής. Χάρη σε αυτή την προσέγγιση, η Bdelloidea έχει αναπτύξει μια εκπληκτική ικανότητα να αντέχει την ακραία αφυδάτωση. Επιπλέον, μπορούν να επιβιώσουν ακόμη και μετά τη λήψη μιας δόσης ακτινοβολίας που είναι θανατηφόρα για τους περισσότερους ζωντανούς οργανισμούς.

Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η ικανότητα της Bdelloidea να επιδιορθώνει το DNA τους δόθηκε αρχικά για να επιβιώσουν σε υψηλές θερμοκρασίες.

9. Κατσαρίδες

Υπάρχει ένας δημοφιλής μύθος ότι μετά από έναν πυρηνικό πόλεμο, μόνο οι κατσαρίδες θα παραμείνουν ζωντανές στη Γη. Αυτά τα έντομα μπορούν να μείνουν για εβδομάδες χωρίς τροφή ή νερό, αλλά ακόμα πιο εκπληκτικό είναι το γεγονός ότι μπορούν να ζήσουν πολλές μέρες αφού χάσουν το κεφάλι τους. Οι κατσαρίδες εμφανίστηκαν στη Γη πριν από 300 εκατομμύρια χρόνια, ακόμη και νωρίτερα από τους δεινόσαυρους.

Οι οικοδεσπότες του "MythBusters" σε ένα από τα προγράμματα αποφάσισαν να δοκιμάσουν τις κατσαρίδες για επιβίωση κατά τη διάρκεια πολλών πειραμάτων. Πρώτον, εξέθεσαν έναν ορισμένο αριθμό εντόμων σε 1.000 rads ακτινοβολίας, μια δόση ικανή να σκοτώσει έναν υγιή άνθρωπο μέσα σε λίγα λεπτά. Σχεδόν οι μισοί από αυτούς κατάφεραν να επιβιώσουν. Μετά τους MythBusters αύξησαν την ισχύ ακτινοβολίας σε 10 χιλιάδες rad (όπως κατά τον ατομικό βομβαρδισμό της Χιροσίμα). Αυτή τη φορά, μόνο το 10 τοις εκατό των κατσαρίδων επέζησε. Όταν η ισχύς της ακτινοβολίας έφτασε τα 100 χιλιάδες rads, ούτε μια κατσαρίδα, δυστυχώς, δεν κατάφερε να επιβιώσει.

10. Tardigrades

Τα μικροσκοπικά υδρόβια ασπόνδυλα ζώα, τα αργά, είναι ίσως τα πιο ανθεκτικά έμβια όντα στον πλανήτη Γη. Αυτά τα, σε κάποιο βαθμό, χαριτωμένα πλάσματα είναι σε θέση να επιβιώσουν σε όλα: κρύο, ζέστη, υψηλή πίεση και ακόμη και ισχυρή ακτινοβολία. Τα Tardigrades μπορούν να επιβιώσουν σε ακραίες συνθήκες μπαίνοντας σε μια κατάσταση αφυδάτωσης που μπορεί να διαρκέσει για δεκαετίες! Επιστρέφουν στην πλήρη ύπαρξη αμέσως αφού βρεθούν στο νερό.

Υλικό που ετοίμασε η Rosemarina

P.S. Με λένε Αλέξανδρο. Αυτό είναι το προσωπικό μου, ανεξάρτητο έργο. Χαίρομαι πολύ αν σας άρεσε το άρθρο. Θέλετε να βοηθήσετε τον ιστότοπο; Απλώς δείτε την παρακάτω διαφήμιση για αυτό που αναζητούσατε πρόσφατα.

Ιστότοπος πνευματικών δικαιωμάτων © - Αυτή η είδηση ​​ανήκει στον ιστότοπο και αποτελεί πνευματική ιδιοκτησία του ιστολογίου, προστατεύεται από τη νομοθεσία περί πνευματικών δικαιωμάτων και δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί οπουδήποτε χωρίς ενεργό σύνδεσμο προς την πηγή. Διαβάστε περισσότερα - "σχετικά με το Συγγραφέας"

Είναι αυτό που ψάχνατε; Ίσως αυτό είναι κάτι που δεν μπορούσατε να βρείτε για τόσο καιρό;

Οι ζωντανοί οργανισμοί δεν αποτελούν εξαίρεση με την έννοια ότι η ανταλλαγή ενέργειας τους υπακούει σε όλους τους συνηθισμένους φυσικούς νόμους. Οι διαδικασίες ανάπτυξης και διατήρησης της ζωής απαιτούν ενεργειακή δαπάνη, η οποία πρέπει με κάποιο τρόπο να αντισταθμιστεί. Οι ζωντανοί οργανισμοί απορροφούν ενέργεια από το περιβάλλον με τέτοια μορφή που μπορεί να χρησιμοποιηθεί στις συγκεκριμένες συνθήκες της ύπαρξής τους σε δεδομένες θερμοκρασίες και πιέσεις. Στη συνέχεια επιστρέφουν ισοδύναμη ποσότητα ενέργειας στο περιβάλλον, αλλά με διαφορετική, λιγότερο προσβάσιμη μορφή. Η χρήσιμη μορφή ενέργειας που απαιτείται από ένα ζωντανό κύτταρο ονομάζεται ελεύθερη ενέργεια. μπορεί να οριστεί απλώς ως ενέργεια ικανή να κάνει εργασία σε σταθερή θερμοκρασία και πίεση.

Ρύζι. 1-3. Οι ζωντανοί οργανισμοί εκτελούν διάφορα είδη εργασιών λόγω της ελεύθερης ενέργειας του περιβάλλοντος που απορροφούν. Επιστρέφουν ισοδύναμη ποσότητα ενέργειας στο περιβάλλον με τη μορφή θερμότητας και άλλων μορφών ακατάλληλης ενέργειας χαοτικής κίνησης. Ο βαθμός μιας τέτοιας «απόσβεσης» (διασποράς) ενέργειας μπορεί να χαρακτηριστεί από εντροπία.

Ο λιγότερο χρήσιμος τύπος ενέργειας που επιστρέφει το κύτταρο στο περιβάλλον απελευθερώνεται κυρίως με τη μορφή θερμότητας, η οποία διαχέεται στο περιβάλλον και μετατρέπεται σε ενέργεια τυχαίας κίνησης. Έτσι, μπορούμε να διατυπώσουμε μια άλλη αρχή της μοριακής λογικής των ζωντανών όντων:

Οι ζωντανοί οργανισμοί δημιουργούν και διατηρούν πολύπλοκα, τακτοποιημένα και σκόπιμα στοιχεία της δομής τους λόγω της ελεύθερης ενέργειας του περιβάλλοντος. Στη συνέχεια επιστρέφουν αυτή την ενέργεια στο περιβάλλον με μια μορφή λιγότερο κατάλληλη για αυτούς.

Αν και οι ζωντανοί οργανισμοί είναι ικανοί να μετατρέπουν ενέργεια, διαφέρουν θεμελιωδώς από τις συνηθισμένες τεχνητές μηχανές. Τα συστήματα μετατροπής ενέργειας στα ζωντανά κύτταρα είναι εξ ολοκλήρου κατασκευασμένα από σχετικά εύθραυστα και ασταθή οργανικά μόρια που δεν μπορούν να αντέξουν τις υψηλές θερμοκρασίες, το ισχυρό ηλεκτρικό ρεύμα ή τη δράση ισχυρών οξέων και βάσεων. Όλα τα μέρη ενός ζωντανού κυττάρου έχουν περίπου την ίδια θερμοκρασία, δεν υπάρχουν σημαντικές διαφορές πίεσης στα κύτταρα. Από αυτό μπορούμε να συμπεράνουμε ότι τα κύτταρα δεν μπορούν να χρησιμοποιήσουν τη θερμότητα ως πηγή ενέργειας, αφού η θερμότητα μπορεί να λειτουργήσει μόνο όταν μετακινείται από ένα θερμότερο σώμα σε ένα ψυχρότερο. Τα κύτταρα δεν μοιάζουν καθόλου με τους θερμικούς και ηλεκτρικούς κινητήρες, τους τύπους κινητήρων που γνωρίζουμε περισσότερο.

Τα ζωντανά κύτταρα είναι χημικές μηχανές που λειτουργούν σε σταθερή θερμοκρασία.

Αυτή είναι μια άλλη αρχή της μοριακής λογικής της ζωντανής κατάστασης. Τα κύτταρα χρησιμοποιούν χημική ενέργεια για να εκτελέσουν χημική εργασία κατά την ανάπτυξή τους και τη βιοσύνθεση των κυτταρικών συστατικών, καθώς και την οσμωτική εργασία που είναι απαραίτητη για τη μεταφορά θρεπτικών ουσιών στο κύτταρο και τη μηχανική εργασία της συσταλτικής και κινητήριας συσκευής.

Ρύζι. 1-4. Το ηλιακό φως είναι η αρχική πηγή όλων των μορφών βιολογικής ενέργειας.

Για όλους τους ζωντανούς οργανισμούς στη βιόσφαιρα, η πηγή ενέργειας είναι τελικά η ηλιακή ακτινοβολία, η οποία προκύπτει ως αποτέλεσμα της αντίδρασης πυρηνικής σύντηξης - η σύντηξη πυρήνων υδρογόνου για να σχηματίσει πυρήνες ηλίου, που ρέει στον Ήλιο σε ασυνήθιστα υψηλή θερμοκρασία. Τα φωτοσυνθετικά φυτικά κύτταρα συλλαμβάνουν ενέργεια από την ηλιακή ακτινοβολία και τη χρησιμοποιούν για να μετατρέψουν το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό σε μια ποικιλία φυτικών προϊόντων πλούσια σε ενέργεια, όπως το άμυλο και η κυτταρίνη. Ταυτόχρονα, απελευθερώνουν μοριακό οξυγόνο στην ατμόσφαιρα. Άλλοι οργανισμοί που δεν είναι ικανοί για φωτοσύνθεση αποκτούν την ενέργεια που χρειάζονται οξειδώνοντας φυτικές τροφές πλούσιες σε ενέργεια με ατμοσφαιρικό οξυγόνο. Το προκύπτον διοξείδιο του άνθρακα και άλλα προϊόντα οξείδωσης επιστρέφουν στο περιβάλλον και εμπλέκονται και πάλι από τα φυτά στον κύκλο των ουσιών. Αυτό μας δίνει τη βάση να διατυπώσουμε δύο ακόμη αρχές της μοριακής λογικής της ζωντανής κατάστασης.

Οι ενεργειακές ανάγκες όλων των ζωντανών οργανισμών ικανοποιούνται άμεσα ή έμμεσα από την ηλιακή ενέργεια.

Ολόκληρος ο φυτικός και ζωικός κόσμος (γενικά όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί) εξαρτώνται ο ένας από τον άλλον, αφού η ενέργεια και η ύλη ανταλλάσσονται συνεχώς μεταξύ τους μέσω του εξωτερικού περιβάλλοντος.

Ο Corliss πρότεινε ότι οι υδροθερμικοί αεραγωγοί θα μπορούσαν να δημιουργήσουν κοκτέιλ χημικών. Κάθε πηγή, είπε, ήταν ένα είδος ατμοποιητή του αρχέγονου ζωμού.

Καθώς το ζεστό νερό έρεε μέσα από τους βράχους, η θερμότητα και η πίεση προκάλεσαν τη σύντηξη απλών οργανικών ενώσεων σε πιο σύνθετες, όπως αμινοξέα, νουκλεοτίδια και σάκχαρα. Πιο κοντά στα σύνορα με τον ωκεανό, όπου το νερό δεν ήταν τόσο ζεστό, άρχισαν να συνδέονται σε αλυσίδες - σχηματίζοντας υδατάνθρακες, πρωτεΐνες και νουκλεοτίδια όπως το DNA. Στη συνέχεια, όταν το νερό πλησίασε τον ωκεανό και ψύχθηκε ακόμη περισσότερο, αυτά τα μόρια συγκεντρώθηκαν σε απλά κύτταρα.

Ήταν ενδιαφέρον, η θεωρία τράβηξε την προσοχή των ανθρώπων. Αλλά ο Stanley Miller, του οποίου το πείραμα συζητήσαμε στο πρώτο μέρος, δεν το πίστευε. Το 1988, έγραψε ότι οι αεραγωγοί βαθέων υδάτων ήταν πολύ ζεστοί.

Αν και η υπερβολική θερμότητα μπορεί να δημιουργήσει χημικές ουσίες όπως τα αμινοξέα, τα πειράματα του Miller έδειξαν ότι μπορεί επίσης να τα καταστρέψει. Βασικές ενώσεις όπως τα σάκχαρα «θα μπορούσαν να επιβιώσουν για μερικά δευτερόλεπτα, όχι περισσότερο». Επιπλέον, αυτά τα απλά μόρια θα ήταν απίθανο να σχηματίσουν αλυσίδες, αφού το περιβάλλον νερό θα τα σπάσει αμέσως.

Σε αυτό το σημείο, ο γεωλόγος Μάικ Ράσελ συμμετείχε στη μάχη. Πίστευε ότι η θεωρία των υδροθερμικών αεραγωγών μπορεί να είναι αρκετά σωστή. Επιπλέον, του φαινόταν ότι αυτές οι πηγές θα ήταν ένα ιδανικό σπίτι για τους πρόδρομους του οργανισμού Wachtershauser. Αυτή η έμπνευση τον οδήγησε στη δημιουργία μιας από τις πιο ευρέως αποδεκτές θεωρίες για την προέλευση της ζωής.

Γεωλόγος Μάικλ Ράσελ

Η καριέρα του Russell περιλάμβανε πολλά ενδιαφέροντα πράγματα - έφτιαξε ασπιρίνη αναζητώντας πολύτιμα ορυκτά - και σε ένα αξιοσημείωτο περιστατικό τη δεκαετία του 1960, συντόνισε την αντίδραση σε μια πιθανή ηφαιστειακή έκρηξη παρά την έλλειψη προετοιμασίας. Αλλά τον ενδιέφερε περισσότερο πώς άλλαξε η επιφάνεια της Γης στο πέρασμα των αιώνων. Αυτή η γεωλογική προοπτική επέτρεψε να διαμορφωθούν οι ιδέες του για την προέλευση της ζωής.

Στη δεκαετία του 1980, ανακάλυψε απολιθώματα ενός λιγότερο βίαιου τύπου υδροθερμικού αεραγωγού στον οποίο οι θερμοκρασίες δεν ξεπερνούσαν τους 150 βαθμούς Κελσίου. Αυτές οι ήπιες θερμοκρασίες, είπε, μπορεί να επέτρεψαν στα μόρια της ζωής να ζήσουν περισσότερο από όσο πίστευε ο Μίλερ.

Επιπλέον, τα απολιθώματα αυτών των «ψαγμένων» αεραγωγών περιείχαν κάτι περίεργο: τον ορυκτό πυρίτη, που αποτελείται από σίδηρο και θείο, που σχηματίζεται σε σωλήνες με διάμετρο 1 mm. Ενώ εργαζόταν στο εργαστήριο, ο Russell ανακάλυψε ότι ο πυρίτης θα μπορούσε επίσης να σχηματίσει σφαιρικά σταγονίδια. Και πρότεινε ότι τα πρώτα πολύπλοκα οργανικά μόρια θα μπορούσαν να είχαν σχηματιστεί μέσα σε αυτές τις απλές δομές πυρίτη.

Σιδηροπυρίτης

Εκείνη την εποχή, ο Wachtershauser άρχισε να δημοσιεύει τις ιδέες του, οι οποίες περιελάμβαναν ένα ρεύμα ζεστού, χημικά εμπλουτισμένου νερού που ρέει μέσα από ορυκτά. Πρότεινε μάλιστα ότι σε αυτή τη διαδικασία εμπλέκεται και ο πυρίτης.

Ο Ράσελ έβαλε δύο και δύο μαζί. Πρότεινε ότι οι υδροθερμικές οπές στη βαθιά θάλασσα, αρκετά κρύες ώστε να επιτρέπουν το σχηματισμό δομών πυρίτη, φιλοξενούσαν πρόδρομους οργανισμούς Wachtershauser. Αν ο Russell είχε δίκιο, η ζωή ξεκίνησε στον βυθό της θάλασσας - και ο μεταβολισμός ήταν πρώτος.

Ο Ράσελ τα συγκέντρωσε όλα σε μια εργασία που δημοσιεύτηκε το 1993, 40 χρόνια μετά το κλασικό πείραμα του Μίλερ. Δεν προκάλεσε την ίδια φρενίτιδα στα μέσα ενημέρωσης, αλλά ήταν ίσως πιο σημαντικό. Ο Russell συνδύασε δύο φαινομενικά ξεχωριστές ιδέες - τους μεταβολικούς κύκλους Wachtershauser και τους υδροθερμικούς αεραγωγούς Corliss - σε κάτι πραγματικά συναρπαστικό.

Ο Russell έδωσε μάλιστα μια εξήγηση για το πώς οι πρώτοι οργανισμοί έλαβαν την ενέργειά τους. Δηλαδή, κατάλαβε πώς μπορεί να λειτουργήσει ο μεταβολισμός τους. Η ιδέα του βασίστηκε στο έργο μιας από τις ξεχασμένες ιδιοφυΐες της σύγχρονης επιστήμης.

Peter Mitchell, νομπελίστας

Στη δεκαετία του 1960, ο βιοχημικός Peter Mitchell αρρώστησε και αναγκάστηκε να παραιτηθεί από το Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου. Αντίθετα, δημιούργησε ένα ιδιωτικό εργαστήριο σε ένα απομακρυσμένο κτήμα στην Κορνουάλη. Απομονωμένος από την επιστημονική κοινότητα, χρηματοδότησε το έργο του από ένα κοπάδι αγελάδων γαλακτοπαραγωγής. Πολλοί βιοχημικοί, συμπεριλαμβανομένου του Leslie Orgel, του οποίου το έργο για το RNA συζητήσαμε στο Μέρος 2, θεώρησαν ότι οι ιδέες του Mitchell ήταν εντελώς γελοίες.

Αρκετές δεκαετίες αργότερα, μια απόλυτη νίκη περίμενε τον Μίτσελ: στη χημεία το 1978. Δεν έγινε διάσημος, αλλά οι ιδέες του υπάρχουν σε κάθε βιβλίο βιολογίας σήμερα. Ο Μίτσελ πέρασε την καριέρα του ανακαλύπτοντας τι κάνουν οι οργανισμοί με την ενέργεια που παίρνουν από τα τρόφιμα. Ουσιαστικά αναρωτιόταν πώς καταφέρνουμε όλοι να μένουμε ζωντανοί κάθε δευτερόλεπτο.

Ήξερε ότι όλα τα κύτταρα αποθηκεύουν την ενέργειά τους σε ένα μόριο: την τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP). Μια αλυσίδα τριών φωσφορικών ενώνεται με την αδενοσίνη. Η προσθήκη ενός τρίτου φωσφορικού άλατος απαιτεί πολλή ενέργεια, η οποία στη συνέχεια κλειδώνεται στο ATP.

Όταν ένα κύτταρο χρειάζεται ενέργεια - για παράδειγμα, όταν ένας μυς συσπάται - διασπά το τρίτο φωσφορικό άλας σε ATP. Αυτό μετατρέπει το ATP σε φωσφορικό αδενοζίτη (ADP) και απελευθερώνει την αποθηκευμένη ενέργεια. Ο Μίτσελ ήθελε να μάθει πώς ένα κύτταρο παράγει το ATP αρχικά. Πώς αποθηκεύει αρκετή ενέργεια στο ADP για να συνδέσει το τρίτο φωσφορικό;

Ο Μίτσελ γνώριζε ότι το ένζυμο που παράγει το ATP βρίσκεται στη μεμβράνη. Επομένως, υπέθεσε ότι το κύτταρο αντλεί φορτισμένα σωματίδια (πρωτόνια) μέσω της μεμβράνης, έτσι πολλά πρωτόνια βρίσκονται στη μία πλευρά, αλλά όχι στην άλλη.

Στη συνέχεια, τα πρωτόνια προσπαθούν να διαρρεύσουν πίσω μέσω της μεμβράνης για να εξισορροπήσουν τον αριθμό των πρωτονίων σε κάθε πλευρά - αλλά το μόνο μέρος που μπορούν να περάσουν είναι το ένζυμο. Έτσι, η ροή των πρωτονίων που ρέουν παρείχε στο ένζυμο την ενέργεια που απαιτείται για τη δημιουργία του ATP.

Ο Μίτσελ περιέγραψε για πρώτη φορά την ιδέα του το 1961. Πέρασε τα επόμενα 15 χρόνια υπερασπιζόμενος την από όλες τις πλευρές μέχρι που τα στοιχεία έγιναν αδιάψευστα. Τώρα γνωρίζουμε ότι η διαδικασία Μίτσελ χρησιμοποιείται από κάθε ζωντανό ον στη Γη. Συμβαίνει στα κελιά σας αυτή τη στιγμή. Όπως το DNA, βρίσκεται κάτω από τη ζωή όπως την ξέρουμε.

Ο Ράσελ δανείστηκε από τον Μίτσελ την ιδέα της βαθμίδας πρωτονίων: την παρουσία μεγάλου αριθμού πρωτονίων στη μία πλευρά της μεμβράνης και λίγων στην άλλη. Όλα τα κύτταρα απαιτούν μια κλίση πρωτονίων για την αποθήκευση ενέργειας.

Τα σύγχρονα κύτταρα δημιουργούν βαθμίδες αντλώντας πρωτόνια στις μεμβράνες, αλλά αυτό απαιτεί έναν πολύπλοκο μοριακό μηχανισμό που απλά δεν θα μπορούσε να εμφανιστεί από μόνος του. Ο Ράσελ λοιπόν έκανε ένα άλλο λογικό βήμα: η ζωή πρέπει να σχηματίστηκε κάπου με μια φυσική κλίση πρωτονίων.

Για παράδειγμα, κάπου κοντά σε υδροθερμικές πηγές. Αλλά πρέπει να είναι ένας ειδικός τύπος πηγής. Όταν η Γη ήταν νέα, οι θάλασσες ήταν όξινες και το όξινο νερό έχει πολλά πρωτόνια. Για να δημιουργηθεί μια κλίση πρωτονίων, το νερό της πηγής πρέπει να είναι χαμηλό σε πρωτόνια: πρέπει να είναι αλκαλικό.

Οι πηγές του Corliss ήταν ακατάλληλες. Όχι μόνο ήταν πολύ καυτές, αλλά ήταν και ξινές. Αλλά το 2000, η ​​Deborah Kelly του Πανεπιστημίου της Ουάσιγκτον ανακάλυψε τα πρώτα αλκαλικά ελατήρια.

Η Kelly έπρεπε να δουλέψει σκληρά για να γίνει επιστήμονας. Ο πατέρας της πέθανε ενώ εκείνη τελείωνε το λύκειο και αναγκάστηκε να εργαστεί για να παραμείνει στο κολέγιο. Όμως κατάφερε και επέλεξε τα υποβρύχια ηφαίστεια και τις καυτές υδροθερμικές πηγές ως θέμα ενδιαφέροντός της. Αυτό το ζευγάρι την έφερε στο κέντρο του Ατλαντικού Ωκεανού. Σε αυτό το σημείο, ο φλοιός της γης ράγισε και μια κορυφογραμμή από βουνά υψώθηκε από τον βυθό.

Σε αυτή την κορυφογραμμή, η Kelly ανακάλυψε ένα υδροθερμικό πεδίο αερισμού που το ονόμασε «Χαμένη Πόλη». Δεν ήταν σαν αυτά που ανακάλυψε ο Corliss. Το νερό έτρεχε έξω από αυτά σε θερμοκρασία 40-75 βαθμών Κελσίου και ήταν ελαφρώς αλκαλικό. Τα ανθρακικά ορυκτά από αυτό το νερό συγκεντρώθηκαν σε απότομους λευκούς «κολώνες καπνού» που υψώνονταν από τον πυθμένα της θάλασσας σαν σωλήνες οργάνων. Φαίνονται ανατριχιαστικά και απόκοσμα, αλλά δεν είναι: φιλοξενούν πολλούς μικροοργανισμούς.

Αυτοί οι αλκαλικοί αεραγωγοί ταιριάζουν απόλυτα στις ιδέες του Russell. Πίστευε ακράδαντα ότι η ζωή εμφανιζόταν σε τέτοιες «χαμένες πόλεις». Υπήρχε όμως ένα πρόβλημα. Ως γεωλόγος, δεν γνώριζε αρκετά για τα βιολογικά κύτταρα για να παρουσιάσει πειστικά τη θεωρία του.

Στήλη καπνού από ένα "μαύρο δωμάτιο καπνιστών"

Έτσι ο Russell συνεργάστηκε με τον βιολόγο William Martin. Το 2003 παρουσίασαν μια βελτιωμένη εκδοχή των προηγούμενων ιδεών του Russell. Και αυτή είναι ίσως η καλύτερη θεωρία για την εμφάνιση της ζωής αυτή τη στιγμή.

Χάρη στην Kelly, ήξεραν τώρα ότι τα πετρώματα των αλκαλικών πηγών ήταν πορώδη: ήταν διάσπαρτα με μικροσκοπικές τρύπες γεμάτες με νερό. Αυτές οι μικροσκοπικές τσέπες, θεωρούσαν, λειτουργούσαν ως «κλουβιά». Κάθε θήκη περιείχε βασικές χημικές ουσίες, συμπεριλαμβανομένου του πυρίτη. Σε συνδυασμό με τη φυσική κλίση πρωτονίων από τις πηγές, ήταν ένα ιδανικό μέρος για να ξεκινήσει ο μεταβολισμός.

Μόλις η ζωή έμαθε να εκμεταλλεύεται την ενέργεια των νερών της πηγής, λένε οι Russell και Martin, άρχισε να δημιουργεί μόρια όπως το RNA. Τελικά, δημιούργησε μια μεμβράνη για τον εαυτό της και έγινε ένα πραγματικό κύτταρο, δραπετεύοντας από τον πορώδες βράχο σε ανοιχτό νερό.

Μια τέτοια πλοκή θεωρείται επί του παρόντος ως μια από τις κύριες υποθέσεις για την προέλευση της ζωής.

Τα κύτταρα διαφεύγουν από μια υδροθερμική οπή

Τον Ιούλιο του 2016, έλαβε μια ώθηση όταν ο Μάρτιν δημοσίευσε μια μελέτη ανακατασκευάζοντας ορισμένες από τις λεπτομέρειες του "" (LUCA). Αυτός είναι ένας οργανισμός που έζησε πριν από δισεκατομμύρια χρόνια και από τον οποίο προήλθε όλη η υπάρχουσα ζωή.

Είναι απίθανο να βρούμε ποτέ άμεσες απολιθώσεις για την ύπαρξη αυτού του οργανισμού, αλλά παρ' όλα αυτά μπορούμε να κάνουμε μορφωμένες εικασίες για το πώς έμοιαζε και τι έκανε μελετώντας τους μικροοργανισμούς της εποχής μας. Αυτό έκανε ο Μάρτιν.

Εξέτασε το DNA 1.930 σύγχρονων μικροοργανισμών και αναγνώρισε 355 γονίδια που μοιράζονταν σχεδόν όλοι. Αυτό υποδηλώνει έντονα ότι αυτά τα 355 γονίδια μεταβιβάστηκαν, μέσω γενεών και γενεών, από έναν κοινό πρόγονο - περίπου την εποχή που έζησε ο τελευταίος παγκόσμιος κοινός πρόγονος.

Αυτά τα 355 γονίδια περιλαμβάνουν μερικά για τη χρήση της βαθμίδας πρωτονίων, αλλά όχι για τη δημιουργία της, όπως προβλέπεται από τις θεωρίες των Russell και Martin. Επιπλέον, το LUCA φαίνεται να έχει προσαρμοστεί στην παρουσία χημικών ουσιών όπως το μεθάνιο, υποδηλώνοντας ότι κατοικούσε σε ένα ηφαιστειακά ενεργό περιβάλλον, όπως ένα αεραγωγό.

Οι υποστηρικτές της υπόθεσης του κόσμου του RNA επισημαίνουν δύο προβλήματα με αυτή τη θεωρία. Κάποιος μπορεί να διορθωθεί. το άλλο μπορεί να αποβεί μοιραίο.

Υδροθερμικοί αεραγωγοί

Το πρώτο πρόβλημα είναι ότι δεν υπάρχουν πειραματικά στοιχεία για τις διαδικασίες που περιγράφονται από τους Russell και Martin. Έχουν ένα ιστορικό βήμα προς βήμα, αλλά κανένα από αυτά τα βήματα δεν έχει παρατηρηθεί στο εργαστήριο.

«Οι άνθρωποι που πιστεύουν ότι όλα ξεκίνησαν με την αναπαραγωγή βρίσκουν συνεχώς νέα πειραματικά δεδομένα», λέει ο Armen Mulkijanyan. «Οι άνθρωποι που είναι υπέρ του μεταβολισμού δεν το κάνουν αυτό».

Αλλά αυτό μπορεί να αλλάξει, χάρη στον συνάδελφο του Martin, Nick Lane, στο University College του Λονδίνου. Κατασκεύασε έναν «αντιδραστήρα προέλευσης ζωής» που προσομοιώνει τις συνθήκες μέσα σε ένα αλκαλικό ελατήριο. Ελπίζει να δει μεταβολικούς κύκλους και ίσως ακόμη και μόρια όπως το RNA. Αλλά είναι ακόμα νωρίς.

Το δεύτερο πρόβλημα είναι η θέση των πηγών στα βάθη της θάλασσας. Όπως σημείωσε ο Miller το 1988, μόρια μακράς αλυσίδας όπως το RNA και οι πρωτεΐνες δεν μπορούν να σχηματιστούν στο νερό χωρίς βοηθητικά ένζυμα.

Για πολλούς επιστήμονες αυτό είναι ένα μοιραίο επιχείρημα. «Αν είστε καλοί στη χημεία, δεν θα σας πουλήσουν με την ιδέα των πηγών βαθιάς θάλασσας επειδή γνωρίζετε ότι η χημεία όλων αυτών των μορίων είναι ασύμβατη με το νερό», λέει ο Mulkijanian.

Ωστόσο, ο Ράσελ και οι σύμμαχοί του παραμένουν αισιόδοξοι.

Μόλις την τελευταία δεκαετία ήρθε στο προσκήνιο μια τρίτη προσέγγιση, υποστηριζόμενη από μια σειρά από ασυνήθιστα πειράματα. Υπόσχεται κάτι που ούτε ο κόσμος του RNA ούτε οι υδροθερμικοί αεραγωγοί μπόρεσαν να επιτύχουν: έναν τρόπο να δημιουργηθεί ένα ολόκληρο κύτταρο από την αρχή. Περισσότερα για αυτό στο επόμενο μέρος.