4. A ŠTA JE SA ŽIVOTOM NA ZEMLJI?
4.5. Poreklo života na Zemlji – hipoteza Oparina i Haldejna
|
Postoji mnoštvo ideja, teorija i hipoteza. Teško ih je dokazati ili opovrgnuti. Neke od njih smo spomenuli u ranijim poglavnjima: hipoteza Oparina i Haldejna, geohemijski model (život je počeo u okolini vrućih geotermalnih izvora), teoriju da je život dospeo na Zemlju iz svemira. Nastanak života još je uvek misterija i naučnicima još uvek nije uspelo za rukom da nađu odgovor na to pitanje. Rešenje ovog problema nije na vidiku, možda će proći godine i godine dok ga ne budemo rešili. U daljem tekstu opisaćemo hipotezu Oparin-Haldejna. Ova hipoteza (negde se koristi i naziv teorija) je bar za sada najprihvaćenija. Ona je poznata i pod imenom „hemijska teorija“. |
 (1892—1964) Wikimedia Commons (Public Domain) |
 (1894—1980) Wikimedia Commons (CC BY 4.0 DEED) |
Dvojica naučnika, britanski biolog Haldejn i ruski biohemičar Oparin su, nezavisno jedan od drugog, 1924. godine izneli hipotezu: Život se kroz više faza iz neorganske materije postepeno pojavio u atmosferi u kojoj nije bilo kiseonika. |
|
Hemijskim reakcijama koje su se dešavale u prvobitnoj atmosferi uz učešće dovoljno energije su se u redukujućoj atmosferi (bez kiseonika) sintetisali esencijalni gradivni elementi života, mali organski molekuli (npr. aminokiseline). Ovi molekuli su se vremenom akumulirali u „toploj razblaženoj supi“ (prebiotička supa). Tokom niza hemijskih reakcija molekuli su počeli da grade druge kompleksne molekule. Vremenom su uspeli da oforme zaštitnu barijeru oko drugih molekula i tada se pojavila se prva ćelija! Pojavio se život. Hipoteza Oparin-Haldejn je poznata pod imenima: „hemijska teorija“ ili „teorija abiogeneze“. U početku ova hipoteza nije bila prihvaćena, pošto nije postojao efikasan način za njenu proveru. Prošlo je skoro trideset godina (1953. godine) da bi ova hipoteza bila i eksperimentalno proverena. Eksperiment su uradili Miler (Miller) i Jurij. Pokazali su kako su se organski molekuli mogli spontano formirati od neorganskih, pod uslovima sličnim onim koje slede iz hipoteze Oparin-Haldejn. Ako želite da saznate nešto malo više o ovom eksperimentu, pogledajte sledeće poglavlje (4.6). |
|
Šta je to redukujuća atmosfera? To je atmosfera u kojoj nema slobodnog kiseonika (O2). |
|
Zašto je za formiranje organskih molekula bitno da u atmosferi nema slobodnog kiseonika? |
||||||||||
|
Danas ne možemo da zamislimo život na Zemlji bez kiseonika. Čim postoji slobodan kiseonik, on uništava organska jedinjenja (kiseonik oksiduje organska jedinjenja). Zbog toga je bitno da u atmosferi nema slobodnog kiseonika, kako bi u njoj mogli opstati organski molekuli koji su nastali. Kiseonik u atmosferi počinje se značajnije akumulirati tek nakon pojave fotosinteze, a tada je već postojao život na Zemlji. Ako u zatvorenoj boci imate metan, tada električna varnica u boci može da proizvede neke organske molekule. Međutim, ako se u istoj boci nađe samo mala količina kiseonika, dolazi do eksplozije. |
|
Kako je prema ovoj hipotezi došlo do pojave prve ćelije ? |
|
 |
Hipoteza sugeriše da je pojava života iz neorganske materije tekla postepenim prelazom od jednostavnih ka složenim molekulima kroz više faza: Sinteza malih organskih molekula iz neorganskih molekula uz pomoć energije (Sunce, atmosferska električna pražnjenja,…). Povezivanje malih organskih molekula u makromolekule. Grupisanje makromolekula u protoćelije sa membranom, koje održavaju drugačije hemijske procese od okoline. Formiranje prve ćelije — protoćelije. |
|
Da li su u ranoj razvojnoj fazi Zemlje postojali uslovi za pojavu života? |
|
|
|
Kada Zemlja nije bila ni previše vruća, ni previše suva, hemijskim reakcijama su se mogli razviti biomolekuli. Na ranoj Zemlji je bilo dovoljno uslova za pojavu biomolekula neophodnih za nastanak života: Na Zemlji je bilo vode (praokeani). Postojala je atmosfera, iako drugačija od današnje. U atmosferi nije bilo ni slobodnog kiseonika, niti ozona, pa samim tim ni ozonskog omotača. Ako ga je i bilo, postojao je u obliku metalnih oksida. Opasno UV zračenje stizalo je na površinu Zemlje. Bili su tu i mali neorganski molekuli. Postojali su i izvori energije potrebni za nastanak organskih molekula: Sunce (ultraljubičasto zračenje), atmosferska električna pražnjenja, erupcije vulkana i visoke temperature su obezbeđivali potrebnu energiju za sintezu organskih molekula. |
 |
Koji su molekuli, od kojih se mogao formirati život, postojali u primitivnoj atmosferi? Osnovni molekuli za koje se smatra da se mogao formirati život su: azot (N2), metan (CH4), vodena para (H2O) ugljen-dioksid (CO2), ugljen monoksid (CO) amonijak (NH3) i vodonik-sulfid (H2S). |
|
Koji je prvi korak ka pojavi života na Zemlji? |
||||||||||
|
Prvi korak prema životu bio je nastanak prvih organskih molekula od jednostavnih neorganskih molekula dodavanjem dovoljne količine energije (atmosferska električna pražnjenja, ultraljubičasto zračenje). |
|
Gde su sintetizovani prvi organski molekuli? Nastali organski molekuli, sintentizovani u ranoj atmosferi Zemlje, padali su sa kišom u prvobitan okean (praokean) bogat rastvorenim mineralima. Prvi organski molekuli su se vremenom akumulirali. Stvoreno je okruženje za formiranje novih organskih molekula i jedinjenja. Oparin je okean sa organskim molekulima nazvao „prebiotička supa“* („topla razređena supa“). Ali još uvek nema života! *Prebiotička supa poznata je i pod imenom primordijalna supa. |
|
Koji su bili prvi organski molekuli koji su se sintentizovali? |
||||||||||
 Wikimedia Commons (Public DAomain) |
|
|||||||||
|
Koji su bili sledeći koraci na putu ka pojavi života? |
||
|
U „organskoj supi“ (prebiotička supa*) su se odvijale dodatne reakcije. Ovi jednostavni organski molekuli se povezuju u još složenije organske molekule, makromolekule — polimere. Toplota Sunca se koristi kao energija za ove reakcije. |
 Junto/Wikmedia Commons (CC0 1.0 DEED) |
Polimer je napravljen od mnoštva monomera (kao što se voz sastoji od mnogo vagona). Može ih biti i nekoliko stotina hiljada, ili čak milion monomera u jednom polimeru. Oni su nanizani zajedno i formiraju duge lance, a ponekad i ne samo lance, već i komplikovane strukture. |
 Prilagođeno od General Chemistry (CC BY-NC-SA 3.0) |
Kako se monomeri povezuju među sobom? Monomeri se povezuju procesom polimerizacije i tako nastaju makromolekuli različitih veličina i oblika. |
 |
Polimerizacija je slična izgradnji velike zgrade od iste vrste cigala. Zamislite sada da su monomeri cigle. Šta bi tada bio polimer? Bio bi zid od cigala raspoređenih u slojevima ili u ponovljenom obrascu. Sigurno vam je poznato da se cigle mogu povezati na razne načine kako bi se time stvorile raznovrsne strukture. Tako se i monomeri među sobom mogu povezivati na različite načine, stvarajući raznovrsne polimerne strukture. |
|
Stigli smo do makromolekula, a gde je ćelija? |
||||||||||
|
Povezivanjem polimera nastale su supermolekularne strukture, a spajanjem različitih supermolekularnih struktura formiraju se organele. |
|
Šta je bio ključni korak u nastajanju prvih ćelija? |
|
Bilo je to formiranje prvog omotača (membrane) oko organela. To je dovelo do stvaranja prvog organizma, to jest primitivne ćelije (protoćelije). Unutar membrane, u zatvorenom sistemu, odvijaju se biohemijske reakcije. Protoćelija je bila prelazni oblik i imala je veoma jednostavnu strukturu. |
|
Formiranje prvih ćelija – protoćelija: |
 William Crochot/Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0 DED) |
Zašto je značajna membrana ćelije? Ona pre svega čini granicu između ćelije i njene okoline te predstavlja „kuću“ i zaštitu za organele. Membrana takođe omogućava odvijanje svih životnih procesa. Odgovorna je i za transport molekula i jona u ćeliju i izvan nje. Ali to nije sve! Ćelijska membrana prima signale od drugih ćelija ili od okruženja i prenosi poruke orgnelama unutar ćelije. |
|
Nastala je prva ćelija, pojavio se život na Zemlji! |
||||||||||
|
Put nastanka života se nastavlja: biološka evolucija. |
|
Od hemije do biologije… Život na Zemlji se razvijao u dve glavne faze: Hemijska evolucija: postepeno nastajanje složenijih molekula od jednostavnih. To je dovelo i do formiranja prve protoćelije. Da bi se pojavila prva protoćelija, bilo je potrebno da prođe otprilike jedna milijarda godina. Biološka evolucija: sledi nakon hemijske evolucije. Od jednostavne ćelije (prokariote) nastaju višećelijski organizmi. Biološka evolucija traje od nastanka prvih prokariotskih ćelija (pre oko 3.7 milijardi godina). |
 |
|
Saznajte više o hemijskoj evoluciji: |
|
Jos malo o poreklu i evoluciji života: |
|
Film Fantazija je remek-delo Volta Diznija iz 1940. godine. To je priča o evoluciji od stvaranja Zemlje do pojave jednoćelijskih organizama, pa sve do izumiranja dinosaura, koje otvara put razvoja sisarima. Sve to je propraćeno muzikom iz baleta Posvećenje proleća Igora Stravinskog. |
