V březnu 2018 zemřel Stephen Hawking, fyzik a velký popularizátor vědy, než dokončil svou poslední knihu. Jeho rodina, kolegové a panství Stephena Hawkinga ji dokončili s pomocí vědcova archivu. Knihu „Stručné odpovědi na velké otázky“ vydalo nakladatelství Bombora a my zveřejňujeme úryvek, ve kterém Stephen Hawking pojednává o životě ve Vesmíru.
Před 13,8 miliardami let, kdy došlo k velkému třesku a zrodil se vesmír, uhlík neexistoval. Tehdy bylo tak horko, že veškerá hmota musela existovat ve formě částic, kterým říkáme protony a neutrony. Zpočátku byl stejný počet protonů a neutronů.
Jak se však vesmír rozpínal, ochladil se. Zhruba minutu po velkém třesku by teplota klesla asi na miliardu stupňů, což je stokrát více než teplota v nitru Slunce. Při této teplotě se neutrony začnou rozpadat a produkovat více protonů.
Kdyby se to stalo, veškerá hmota ve vesmíru by se nakonec ukázala jako složená z jednoduchého prvku – vodíku, jehož jádro obsahuje jediný proton. Některé neutrony se však srazily s protony, spojily se a vytvořily další jednoduchý prvek – helium, jehož jádro se skládá ze dvou protonů a dvou neutronů. Ale v mladém vesmíru nemohly vzniknout těžší prvky jako uhlík a kyslík.
Je těžké si představit, že by nějaká živá struktura mohla sestávat pouze z vodíku a helia. V každém případě byl mladý vesmír stále příliš horký na to, aby atomy vytvořily molekuly.
Vesmír se dále rozpínal a ochlazoval. Ale v některých oblastech byla hustota o něco vyšší než v jiných a v nich gravitační přitažlivost dodatečné hmoty zpomalila expanzi, dokud se proces úplně nezastavil. Kolaps hmoty začal vést ke vzniku hvězd a galaxií. Začalo to asi dvě miliardy let po velkém třesku.
Některé z prvních hvězd by byly hmotnější než naše Slunce a jejich teploty by byly vyšší, což umožnilo původnímu héliu a vodíku přeměnit se na těžší prvky, jako je uhlík, kyslík a železo. To se mohlo stát během několika stovek milionů let. V důsledku toho některé hvězdy explodovaly do supernov a do vesmíru rozptýlily těžké prvky, které se staly surovinou pro nové generace hvězd.
Jiné hvězdy jsou příliš daleko na to, abychom přímo viděli, zda mají planetární systémy. Existují však dva způsoby, jak detekovat přítomnost planet kolem hvězd. První je sledovat hvězdu a zjistit, zda tok světla, který z ní vychází, zůstává nezměněn. Pokud je planeta mezi hvězdou a pozorovatelem na Zemi, pak mírně zakrývá světlo hvězdy. Pokud se to děje pravidelně, znamená to, že planeta je na cirkumstelární oběžné dráze. Druhou metodou je přesné měření polohy hvězdy.
Pokud planeta obíhá kolem hvězdy, způsobí to mírné kolísání v poloze hvězdy. Pokud se oscilace vyskytují opakovaně a pravidelně, můžeme dojít k závěru, že hvězda má alespoň jednu planetu
Tyto metody byly poprvé použity asi před dvaceti lety. Dodnes díky nim bylo kolem vzdálených hvězd objeveno několik tisíc planet. Podle některých výpočtů má v průměru každá pátá hvězda planetu podobnou Zemi, která se nachází ve vzdálenosti od hvězdy, která je přijatelná pro existenci života, jak jej známe.
Naše sluneční soustava vznikla přibližně před 4,5 miliardami let, tedy těsně před devíti miliardami let po Velkém třesku, z plynu obsahujícího pozůstatky raných hvězd. Země byla vytvořena především z těžkých prvků, včetně uhlíku a kyslíku. Nějakým způsobem se jednotlivé atomy dokázaly spojit a vytvořit molekuly DNA. Toto je slavná dvojitá šroubovice objevená v 1950. letech XNUMX. století Francisem Crickem a Jamesem Watsonem v Cavendishově laboratoři na University of Cambridge.
Dvě vlákna šroubovice jsou spojena párem nukleotidů. Jsou známy čtyři nukleatidy: adenin, cytosin, guanin a thymin. Adenin v jednom řetězci se vždy váže na thymin v jiném a guanin se vždy váže na cytosin. Sekvence nukleotidů v jednom řetězci tedy určuje jedinečnou komplementární sekvenci v druhém řetězci. Dva řetězce se mohou oddálit, přičemž každý funguje jako šablona pro vytvoření následujících řetězců.
„K čertu se vším, vem to a udělej to! Porazte nemoc, studujte tajemství vesmíru, staňte se příkladem pro všechny.”
Molekuly DNA jsou schopny reprodukovat genetickou informaci zakódovanou v sekvenci nukleotidů. Části sekvence mohou být použity k výrobě proteinů a dalších chemických sloučenin, které mohou nést instrukce zakódované v sekvenci a sestavit suroviny pro DNA, aby se sama reprodukovala.
Jak jsem řekl, nevíme, jak molekuly DNA vznikly. Protože šance na vznik molekul DNA v důsledku náhodných kombinací jsou extrémně malé, mnozí se přiklánějí k předpokladu, že život na Zemi se objevil odněkud zvenčí, například díky troskám, které se dostaly z Marsu v době, kdy byly planety ještě v nestabilním stavu. stavu, nebo že létají v galaxiích semen života. Je však nepravděpodobné, že by DNA mohla přežít dlouhá období vystavení kosmickému záření.
Pokud je vznik života na konkrétní planetě velmi, velmi nepravděpodobný, ale přesto možný, bude to trvat velmi dlouho. A ještě by mělo být dost času na následnou evoluci inteligentních tvorů, jako jste vy a já, než Slunce nabobtná a pohltí Zemi.
Časové okno, ve kterém se to může stát, je určeno životností Slunce, která je asi deset miliard let. Během této doby by inteligentní forma života měla potenciálně zvládnout cestování vesmírem, aby se mohla přesunout k jiné hvězdě. Pokud se ale útěk ukáže jako nemožný, život na Zemi bude odsouzen k záhubě.
Fosilní pozůstatky naznačují, že některé formy života se na Zemi objevily přibližně před 3,5 miliardami let. Stalo se to pouhých 500 milionů let poté, co se Země ustálila a dostatečně vychladla, aby se mohl vytvořit život. Vesmír měl ale na vznik života asi sedm miliard let, takže mělo být dost času na to, aby se objevili tvorové jako my, kteří by mohli přemýšlet o původu života.
Pokud je pravděpodobnost vzniku života na konkrétní planetě extrémně nízká, proč se tak stalo na Zemi v přibližně 1/14 dostupného časového okna?
Časný vznik života na Zemi naznačuje, že za vhodných podmínek existuje velká šance na spontánní vznik života. Je možné, že zpočátku existovaly jednodušší formy organizace, ze kterých se tvořila DNA. Vznikající DNA byla tak úspěšná, že dokázala zcela vytlačit dříve existující formy. Nevíme, jaké byly tyto formy, ale RNA se zdá být jednou z možností.
RNA je podobná DNA, ale mnohem jednodušší a bez dvoušroubovicové struktury. Krátké úseky RNA se mohou samy replikovat, jako DNA, a postupně se skládat do DNA. Nejsme schopni v laboratoři vytvořit nukleotidy, natož RNA, z neživého materiálu (ZRNA i DNA jsou nyní syntetizovány v laboratořích – Cca. trans.). Ale po 500 milionů let, kdy oceány pokrývaly téměř celý povrch planety, je možné, že RNA vznikla náhodou.
“Houstone, máme problémy!” Otestujte si, jak dobře znáte jednoduchá fakta o vesmíru
Jak se DNA sama reprodukuje, nelze vyloučit možnost náhodných chyb, z nichž mnohé byly škodlivé a vedly ke smrti druhů. Některé se ukázaly být neutrální a neměly žádný vliv na fungování genů. A jednotlivé chyby se ukázaly být přínosné pro přežití druhů – a zapadly do série darwinovského přírodního výběru.
Zpočátku probíhal proces biologické evoluce velmi pomalu. Trvalo 2,5 miliardy let, než se z prvních buněk vyvinuly mnohobuněčné organismy. Během příští miliardy let se některé z nich vyvinuly v ryby a některé ryby se zase vyvinuly v savce.
Od té doby se tempo evoluce neustále zvyšuje. Evoluce prvních savců před námi trvala pouhých 100 milionů let. Faktem je, že první savci již měli své vlastní verze životně důležitých orgánů, které máme my. V důsledku toho vývoj raných savců k člověku vyžadoval pouze jemné doladění.
Ale evoluce lidské rasy dosáhla kritické fáze, srovnatelné co do důležitosti s vývojem DNA. Hovoříme o tvoření řeči, zejména psané řeči. Poté byl přenos informací z generace na generaci možný nejen geneticky, prostřednictvím DNA, ale také jinými způsoby.
Více než 10 000 let zaznamenané historie existuje jen málo rozeznatelných změn v lidské DNA v důsledku biologické evoluce. Ale množství znalostí předávaných z generace na generaci neúměrně rostlo. Píšu knihy, abych vám řekl, co jsem se během své dlouhé vědecké kariéry naučil o vesmíru, a při tom přenáším znalosti ze svého mozku na papír, abyste si je mohli přečíst.
Co je to “prvotní vývar”? Jak se mohl na Zemi objevit život? A proč se mouchy spontánně nevytvářejí ve shnilém mase? O tom všem v novém čísle Mášy Osetrové.
Ahoj všichni, jsem Máša Osetrová a dnes vám povím o tom, jak se na Zemi mohl objevit život.
Až do 17. století našeho letopočtu bylo o původu života vše jednoduché: věřilo se, že živé organismy neustále spontánně vznikají z neživé hmoty: mouchy z hnijícího masa, myši ze špinavých hadrů a tak dále.
Staleté pátrání po skutečném mechanismu vzniku života odstartoval Ital Francesco Redi, který pochyboval, že všechno může být tak jednoduché. V sérii experimentů umístil kousky masa do sklenic, z nichž některé nechal otevřené a některé zakryl tenkým mušelínem.
Ukázalo se, že červi se množí pouze v nezakrytých džbánech, do kterých mohou létat mouchy a klást vajíčka. Bylo tedy prokázáno, že spontánní tvorba červů ve shnilém mase je mýtus.
Pak vědci objevili mikroorganismy a všichni věřili, že tito drobní tvorové mohou ve vhodném prostředí zcela jistě spontánně vzniknout. Úkolu vyvrátit tento mýtus se ujal italský vědec Lazzaro Spallanzani. Vývar převařil a uzavřel do skleněných baněk, načež v uzavřené nádobě měsíce a roky nekynul, ale po otevření se rychle zkazil.
Kritici Spallanzaniho experimentů namítali, že v takových podmínkách není dostatečný tlak vzduchu pro vznik života. Louis Pasteur vzal tuto okolnost v úvahu a vylepšil pokusy svého italského kolegy: místo zapečetěných baněk používal otevřené nádoby s dlouhým zakřiveným hrdlem ve tvaru S.
Otočky ve skleněné trubici bránily pronikání mikroorganismů do vývaru a ten se nekazil ani přes proudění vzduchu. Bylo tedy prokázáno, že i mikroorganismy se mohou množit pouze z již existujících mikroorganismů. To vyvolalo pro vědce novou otázku: kde na Zemi vznikl život?
Jedním z nejjednodušších vysvětlení je teorie panspermie, podle níž život na Zemi nevznikl, ale byl na naši planetu přivezen z vesmíru. Nevysvětluje však, jak tento život vznikl, a v extrémních výkladech naznačuje, že život je integrální vlastností hmoty a existuje od počátku vesmíru.
V knize „Původ života: Od mlhoviny k buňce“ hovoří biolog z Moskevské státní univerzity Michail Nikitin o tom, jak naše a jiné planety fungují, odkud by se život mohl vzít a jak vlastně funguje. Podrobně zkoumá teorie, které v současnosti existují, poukazuje na jejich silné a slabé stránky.
Na počátku 20. století se rozšířila teorie abiogeneze – vzniku života z neživé hmoty, kterou zformulovali John Haldane a Alexandr Ivanovič Oparin. Naznačovali, že život mohl vzniknout z takzvané primordiální polévky – starověkého oceánu, ve kterém se v prostředí bez kyslíku pod vlivem blesků, slunečního ultrafialového záření a sopečných erupcí syntetizovaly složité organické molekuly.
Experimenty potvrdily, že za takových podmínek je skutečně možné získat nejjednodušší aminokyseliny, cukry a nukleotidy – stavební kameny bílkovin, sacharidů a DNA.
Teorie abiogeneze má však řadu nevýhod. Jeden z nich souvisí s problémem tzv. „neredukovatelné složitosti“. Vzhledem k tomu, že nejmenší známou jednotkou života, která je schopna sebereprodukce, je bakteriální buňka a evoluce a přírodní výběr jsou jediným způsobem, jak z jednoduchého systému získat složitý systém, trvá jeho vytvoření obrovské množství času. Mnohonásobek věku Vesmíru.
Astrofyzik Fred Hoyle uvádí tuto analogii: náhodné spontánní vygenerování života je stejně pravděpodobné jako náhodné sestavení Boeingu 747, když hurikán projde skládkou odpadu.
Jedno z možných řešení tohoto problému je formulováno v teorii „světa RNA“. Vznikla poté, co vědci koncem 1970. let objevili katalytické vlastnosti RNA. Dlouhou dobu se věřilo, že RNA je pouze prostředníkem pro přenos genetické informace z DNA do ribozomu, místa syntézy proteinů.
V rámci teorie „světa RNA“ byly prvními živými systémy schopnými samoreprodukce ribozymy – RNA schopné katalyzovat syntézu RNA na základě jiného vlákna RNA (a ne DNA, jak se to děje ve většině moderních buněk). Jste svým vlastním nosičem a svým vlastním katalyzátorem.
Následně by ribozymy mohly přenést funkce ukládání genetické informace na DNA a katalytické funkce na proteiny. Dodnes bylo získáno mnoho různých ribozymů, ale u žádného z nich nebyla dosud prokázána schopnost vytvářet vlastní kopie z monomerů. Teorii „světa RNA“ tedy nelze považovat za zcela prokázanou.
Mezi další slabiny teorie abiogeneze patří nadbytek vody v primordiálním bujónu, nedostatek fosforu v něm a skutečnost, že organické molekuly v živých buňkách se skládají výhradně z jednoho typu optických izomerů, zatímco směs „pravotočivých“ “ a „levotočivý“ se tvoří v roztoku » molekuly. Přečtěte si více o tom, jaké teorie mohou tyto nedostatky vyplnit, v knize Michaila Nikitina.
To je vše, přečtěte si chytré knihy, přečtěte si portál Attic a podívejte se na další video, ve kterém vám povím o Vikingech.
Marie Osetrová
