מקור החיים על פני כדור הארץ: תיאוריות עיקריות

ה מקור החיים על פני האדמה זה נושא שסקרן את האנושות במשך זמן רב. ה כדור הארץ הוא כ -4.6 מיליארד שנה, אולם גיל זה אינו עולה בקנה אחד עם הופעת החיים על פני כדור הארץ. בתחילה לכדור הארץ היו מאפיינים שמנעו את התפתחות החיים, כמו היעדר מים. עם התקררות כדור הארץ צצו צורות חיים פרימיטיביות.

העדויות הראשונות הידועות לחיים נמשכות כבר 3.5 מיליארד שנה ומגיעות מסטרומטוליטים מאובנים. סטרומטוליטים הם מבני סלע המיוצרים על ידי מיקרואורגניזמים היוצרים סרטים מיקרוביאליים הלוכדים בוץ.

קרא גם: מהם מאובנים?

אביוגנזה וביוגנזה

Stromatolites מיוצרים על ידי פעולה של מיקרואורגניזמים.

בעבר, ידע על הדרכים בהן יצורים חיים ההתרבות הייתה מסוכנת, מה שגרם להבנה לא נכונה של ההבנה של הופעת החיים. בתחילה האמינו כי יצורים חיים קמים מתוך חומר חסר חיים ובאופן ספונטני. חולצה לבנה וקמח, למשל, יכולים להיות אחראים להופעת חולדות. זֶה חזון, שהחיים נבעו מחומר דומם, היה ידוע בשם תורת האביוגנזה.

כמה חוקרים ביצעו מחקרים במטרה לבטל את הרעיון הזה, אחד מהם היה המדען הצרפתי לואיס פסטר. הוא היה אחראי להפלת האביוגנזה באופן סופי דרך א לְנַסוֹת עם צלוחיות זכוכית

. חוקר זה הכין מרק מזין והניח אותו בתוך הצנצנות הללו. מאוחר יותר הוא מתח וכופף את הצווארים באש, ובכך הרתיח את המרק המזין והפך אותו לסטרילי. החוקר המתין שהחומר יתקרר והשאיר את הניסוי שלו בטמפרטורת החדר.

לאחר מספר ימים הבחין פסטר כי המרק נמשך מבלי שאף אורגניזם התפתח. לאחר מכן הבין כי עיקול הצוואר מונע כניסת מיקרואורגניזמים. עם שבירת צוואר הבקבוק הבחין החוקר כי מיקרואורגניזמים מתפתחים במרק. לכן הוא יכול היה להסיק זאת החיים לא נבעו מחומר דומם, אבל מחיים אחרים שקיימים - תורת הביוגנזה.

המיקרואורגניזמים במרק התפתחו רק בגלל זיהום שהתרחש כאשר החומר בא במגע עם האוויר. למרות הפיכת הביוגנזה וחיזוק הביוגנזה, הניסוי של פסטר לא ענה על השאלה כיצד נוצרה צורת החיים הראשונה.

קרא עוד: ניסוי רדי - שיתף פעולה בהבנה כי יצור חי אינו יכול לנבוע מחומר חסר חיים

איך נוצרה צורת החיים הראשונה?

אחת התיאוריות המקובלות ביותר המסבירות כיום את מקור החיים על פני כדור הארץ היא זו שהוצעה בשנות העשרים על ידי הכימאי הרוסי. אופרין והמדען הבריטי הלדאן. באופן עצמאי, חוקרים אלה העלו את הַשׁעָרָה ש אַטמוֹספֵרָה פרימיטיבית אפשרה ליצור תרכובות אורגניות המבוססות על מולקולות פשוטות.

לכדור הארץ, במשך זמן רב, לא היו מאפיינים שאפשרו התפתחות חיים.

על פי השערה זו, האטמוספירה של כדור הארץ הקדום נוצרה על ידי גזים כגון מתאן, אמוניה, מימן ואדי מים. תחת פעולת סערות חשמל וקרינה אולטרה סגולה אינטנסיבית, מולקולות פשוטות עברו תגובות כימיות ויצרו מולקולות מורכבות יותר, כמו חומצות אמינו.

לאחר מכן החלו המולקולות לסדר את עצמן ולהשתלב זו בזו. לפי חלדאן, האוקיאנוסים הפרימיטיביים היו פתרון עשיר במולקולות אורגניות, מעין מרק פרימיטיבי, שבהם החיים צצו בהדרגה.

בשנת 1953 נבדקה השערת אופרין-הלדאן סטנלי מילר והרולד אורי. הם יצרו, במעבדה, את התנאים שאופרין והאלדאן האמינו שקיימים בכדור הארץ המוקדם. תוצאת הניסוי הייתה ייצור מולקולות אורגניות.

ראוי לציין, עם זאת, שכיום ידוע כי האווירה הפרימיטיבית לא הציגה את התנאים שהציעו אופרין והאלדאן. עם זאת, ניסויים דומים לאלו שביצעו מילר ואורי, תוך שימוש במאפיינים של אווירה שאנו מאמינים כיום כי כדור הארץ הפרימיטיבי היו מסוגלים לייצר מולקולות אורגני.

קרא עוד: מערכת כדור הארץ - שילוב של אלמנטים הדרושים להרכב החיים

האם צורות חיים מוקדמות היו אוטוטרופיות או הטרוטרופיות?

בהתבסס על ההבנה כיצד הופיעו היצורים החיים הראשונים על הפלנטה שלנו, עלתה שאלה נוספת: איך אורגניזמים פרימיטיביים השיגו את מזונם? יש לנו שתי השערות לענות על שאלה זו: האוטוטרופי וההטרוטרופי. על פי ההשערה אוטוטרופי, היצורים החיים הראשונים הצליחו לייצר מזון משלהם בתהליכים כימיים שונים.

ככל הנראה, אורגניזמים אלה היו יצורים כימוסינתזה שהשתמשו באנרגיה מחמצון של תרכובות אורגניות לייצור החומר האורגני שלהם. ההשערה הטרוטרופיבתורו קובע כי היצורים החיים הראשונים לא היו מסוגלים לייצר מזון משלהם וניזונים ממולקולות אורגניות פשוטות שהיו זמינות בסביבה.

שתי ההשערות קיבלו ביקורת. בעוד שמגיני ההשערה האוטוטרופית טוענים כי לאורגניזמים הראשונים לא היה חומר אורגני בכמות הדרושה להם התפתחות, תומכי ההשערה ההטרוטרופית טוענים כי ביצורים החיים הראשונים לא היה את המנגנון הדרוש לייצורם מזון.

השערות אחרות למקור החיים

השערות אחרות מנסות להסביר את מקור החיים על הפלנטה שלנו. בין העיקריים, אנו יכולים להזכיר את הבריאתנות ואת פנספרמיה. לפי בריאתנות, כל היצורים החיים נוצרו על ידי אלוהים, כפי שמדווח במקרא. בהשערה של פנספרמיה, בתורם, החיים על פני כדור הארץ היו נובעים מחומר גלם המגיע מהחלל.

מקור תרגילי החיים

שאלה 1 (UFPB) לגבי הארץ הפרימיטיבית נכון לומר: א) המים הוגבלו לקרחונים ולאוקיאנוסים קפואים. ב) פרוטוזואה היו היצורים החיים הראשונים שהופיעו. ג) באטמוספירה היו ריכוזים גבוהים של חמצן, חנקן, מימן ופחמן במצב גזי. ד) הפרשות החשמל החזקות והכמות הגדולה של הקרינה האולטרה סגולה היו בסיסיות ליצירת המולקולות האורגניות הראשונות. ה) אורגניזמים כימוליתואוטוטרופיים ייצרו את מזונם ממולקולות פחמן.

תשובה:אות ד ' סופות חשמל וקרינה אולטרה סגולה חזקה היו חשובות להתרחשות תגובות כימיות ולהיווצרות מולקולות אורגניות.

שאלה 2 (יוניסנטרו) ישנם דיונים רבים על מקור החיים על כדור הארץ. מחקרים בנושא מראים את חשיבות ההתקדמות הטכנולוגית והמחקר לשיפור ההשערות לגבי מקור החיים. עם זאת, לאחר מספר מאות שנים של מחקרים, למרות התקדמות ניכרת, עדיין ישנן שאלות רבות שלא נענו. על התיאוריות העיקריות של מקור החיים ניתן לומר: א) הלדאן ואופרין הודו כי מולקולות אנאורגניות, המצויות באטמוספירה הפרימיטיבית, היו משולבות, מקורן במולקולות אורגניות פשוטות, שלימים ירכשו את היכולת לשכפול עצמי חילוף חומרים. ב) תורת האביוגנזה אושרה על ידי המחקר שביצע פסטר, ובו נמצאו מיקרואורגניזמים בבקבוקונים עם "צוואר הברבורים", לאחר תהליך הרתיחה. ג) ההתקדמות הטכנולוגית והמחקרים הנוכחיים אפשרו להגדיר את גילוי החיים כאל התפתחות של רכיבים אנאורגניים שמקורם בכדור הארץ עצמו. ד) על פי פנספרמיה, היצורים החיים הראשונים היו מגיעים מהקוסמוס והיו רב תאיים ואוטוטרופים. ה) המחקרים שבוצעו הצליחו להוכיח את ההשערה האוטוטרופית, מכיוון שלא היו מספיק חומרים מזינים בכדור הארץ הפרימיטיבי בכדי לספק יצורים חיים.

תשובה: אות א. אחת ההשערות המקובלות ביותר להסברת מקור החיים היא ההצעה של הלדאן ואופרין. היא מודה שמולקולות אנאורגניות עברו סדרה של תגובות כימיות שהובילו להיווצרות מולקולות אורגניות. מאוחר יותר, מולקולות אלו עברו שינויים ורכשו את יכולת החלוקה והחילוף החומרים.