Почему абиогенез произошел только один раз?

Однако, возможно, это никогда больше не повторится, поскольку все формы жизни на Земле сегодня похожи на молекулярном уровне (ДНК), что предполагает общее происхождение.

Важное различие, которое следует здесь сделать, заключается в том, что вся существующая жизнь на Земле имеет общее происхождение.

Вполне возможно, что абиогенез происходил много раз, но какие бы организмы ни возникали в результате, они рано вымерли или не сохранились в летописи окаменелостей.

Сразу после первого спонтанного абиогенеза условия окружающей среды на Земле резко изменились, сделав повторение невозможным.

Неа. Красные полосы и последующие методы датирования предполагают, что для того, чтобы произошли изменения, потребовалось очень много времени.

Первые возникшие организмы поглотили все последующие организмы...

Возможно, но у нас есть надежные данные, свидетельствующие о том, что первыми функциональными организмами были автотрофы. То есть они сами готовили себе пищу из того, чему подвергались, и отношения хищник/жертва еще не играли важной роли.

Теория общего происхождения на самом деле ложна, несмотря на сходство между организмами, и абиогенез действительно происходил несколько раз одним и тем же образом.

Теория общего происхождения — как вы ее определили — почти наверняка верна. ДНК — константа, как и РНК, митохондрии и т. д.

Это, однако, не означает, что абиогенез не мог происходить более одного раза. Как я сказал выше, Теория общего происхождения применима к существующим (живым) видам, не обязательно ко всем когда-либо существовавшим организмам. Виды постоянно вымирают.

В конце концов, спонтанного абиогенеза никогда не было на Земле, потому что условия никогда не позволяли этого; вместо этого на Землю прибыл протоорганизм с планеты, для которой существуют условия ( панспермия ).

Это просто отодвигает вопрос об абиогенезе немного назад. Почему тогда он развился в другом мире, а не на Земле? Как он выжил в космосе? Почему она так хорошо подходила для земной среды, если планеты земного типа (относительно) редки?

Стандартная теория геологической истории неверна (т. е. Земля находилась в «плодородном» состоянии гораздо дольше, чем принято считать, до возможного зарождения жизни, из-за какого-то неизвестного механизма, из-за которого радиометрическое датирование дает неверные результаты).

Оценки и выводы были получены не только на основе радиометрического датирования. У нас есть записи окаменелостей, геологические записи, охватывающие континенты, и даже записи ледяных кернов с полюсов, которые подтверждают радиометрическое датирование и зарекомендовали себя как независимые доказательства.

Ничто из этого мне не кажется вероятным, но еще менее вероятным я считаю идею о том, что жизнь возникла спонтанно почти сразу же (в течение нескольких сотен миллионов лет, возможно, даже быстрее) после затвердевания земной коры и никогда больше после этого.

Почему?

Какие теории существуют на этот счет в настоящее время? Приветствуются как случайные домыслы, так и ссылки на соответствующие публикации.

Этот SE не место для случайных спекуляций. У меня нет под рукой публикаций, поэтому я могу вернуться и отредактировать свой ответ, когда у меня будет стимул.

Наиболее распространенная теория состоит в том, что вся существующая жизнь, за немногими возможными исключениями, произошла от одного организма, существовавшего миллиарды лет назад. Этот организм мог возникнуть, а мог и не быть единственным. Если это была одна из многих вариаций прародителей, нам еще предстоит найти прародителей в ископаемых или биологических записях. Учитывая чрезвычайно большой промежуток времени между настоящим моментом и началом жизни, мы не ожидаем, что существуют записи окаменелостей всех организмов, которые существовали примерно 3 млрд лет назад, поэтому лучшее, что мы можем сделать, это размышлять о том, что могло существовать, чтобы объяснить то, что мы увидеть сегодня.

Однако это могло никогда не повториться, поскольку все формы жизни на Земле сегодня похожи на молекулярном уровне.

На самом деле сходство находится на химическом уровне, где хиральность аминокислот всех известных живых существ является «левосторонней» (см. http://en.wikipedia.org/wiki/Hypothetical_types_of_biochemistry#Alternative-chirality_biomolecules ). Поскольку нет никакого преимущества в том, чтобы иметь левые белки по сравнению с правыми, мы ожидаем, что химия в организме спонтанно выберет один или другой случайным образом. Таким образом, с вероятностью 99% жизнь не возникала более 7 раз: (1/2)^7 < 0,01.

Или все потомки правосторонней белковой жизни могли бы вымереть, но это маловероятно, если нет внутренней разницы в эффективности.

Первые возникшие организмы поглотили любые последующие организмы, появившиеся на свет. Это было предложено Александром Опариным, но мне очень трудно поверить, так как это должно было произойти повсюду на Земле.

Здесь вы упускаете важный момент:

• Это не обязательно их поедание или даже превосходство над ними, как только они возникнут, речь идет об отсечении ног от окружающей среды — поедании первобытного бульона из любой рыхлой сложной органической материи. Места, где было бы доступно минимальное количество материалов для механизмов самовоспроизведения (поскольку происхождение жизни на основе кристаллов было отвергнуто в 60-х годах), были бы очень редки, и только в очень специфических частях Земли...
• Две из текущих теорий для этого места были в термальных источниках на морском дне или на пляжах с радиоактивным песком. Как только жизнь однажды возникнет в одной из этих ниш, она прочно закрепится именно в этих местах, вытеснив те места изначальных «идеальных условий», которые в первую очередь привели к зарождению жизни.

В конечном счете, мы, вероятно, сможем лучше ответить на этот вопрос, взглянув на другие планеты, чем раскопав какие-либо удовлетворительные доказательства, которые можно было бы найти нетронутыми 3 миллиарда лет назад.

Некоторые люди думают, что абиогенез действительно происходил не раз и что результаты этих событий до сих пор с нами. Пол Дэвис, например, является сторонником того, что он называет «теневой биосферой» (вот ссылка на популярную статью о его взглядах: http://www.theguardian.com/science/2013/apr/14/shadow- биосфера-инопланетная-жизнь-на-земле ).

Я видел, как он говорил об этом, и хотя у него почти нет доказательств этой идеи, это интригующая мысль. Его аргумент в основном состоит в том, что мы не находим организмы в теневой биосфере, потому что просто ищем не в том месте и не в том направлении; все наши методы открытия ориентированы на нашу конкретную жизнь, основанную на РНК/ДНК.

Обратите внимание, что на самом деле это не ставит общего происхождения в основу, это просто означает, что существует более одного общего происхождения для каждого «типа» жизни.

Кроме того, нет необходимости, чтобы ранние организмы поглощали друг друга, чтобы существовало несколько первоисточников, которые впоследствии вымерли. Наш бренд жизни мог просто превзойти конкурентов.

По сути, это можно интерпретировать двумя способами:

1. Почему вначале развивался только один тип жизни , а не сосуществовали несколько типов?
2. Почему никакие другие формы жизни не возникли намного позже той, о которой мы знаем (т. е. когда уже существовали относительно «современные» клетки?

Я думаю, что ответ на 1) «на самом деле мы не знаем, не было ли это ». Вполне возможно, что во времена «мира РНК» и раньше многие самовоспроизводящиеся молекулярные машины развивались совершенно независимо друг от друга и сосуществовали во многом подобно отдельным видам сегодня. Однако, как только появились целые клетки, любые самовоспроизводящиеся молекулы «свободного агента», которые не объединили свои усилия с другими для создания клеток (или не эволюционировали, чтобы использовать клетки, как вирусы), скорее всего, остались в пыли.

Что касается ответа на 2), аналогично последнему комментарию выше, когда знакомый тип жизни был на прочной основе, он, вероятно, съел бы или уморил голодом любую конкурирующую форму жизни, прежде чем смог бы начать какое-либо начало. Необработанная новая самовоспроизводящаяся молекула никогда не сможет перерасти высокоразвитую клетку, содержащую в себе множество уже высокоразвитых самовоспроизводящихся молекул.

В ОП упоминается такая возможность: «Абиогенез происходил не раз, но до сегодняшнего дня дожили только потомки одного случая».

Это кажется жизнеспособной гипотезой. Предположим, что около 4 миллиардов лет назад жизнь действительно зародилась в нескольких местах на Земле. Большинство теорий ссылаются на очень небольшие локализованные среды, где очень сложная органическая химия может привести к жизни через промежуточный сценарий РНК-мира. Возникновение жизни не могло быть глобальным явлением, оно должно было произойти в какой-то крохотной поре в скале, возможно, в среде горячего источника. Тогда трудно понять, почему то, что происходит в одном месте на Земле, исключает то же самое, происходящее на другой стороне Земли.

Итак, если мы предположим, что жизнь зародилась здесь, на Земле, то, учитывая, что она зародилась так быстро после того, как условия окружающей среды позволили ей это сделать, а не спустя миллиарды лет, следует, что она должна была зародиться во многих разных местах на Земле.

Таким образом, тот факт, что вся жизнь, существующая сегодня, происходит от одного общего предка, предполагает, что все другие формы жизни вымерли. Но это не обязательно должно было произойти вскоре после зарождения жизни. Как указано в ответе Винавара , Пол Дэвис предположил, что альтернативные формы жизни могут существовать даже сегодня и избежали обнаружения, потому что мы не искали их, используя правильные методы. Хотя это довольно невероятная гипотеза, возможность того, что множественные формы жизни существовали, скажем, 2,8 миллиарда лет назад, гораздо менее невероятная гипотеза, и ее, безусловно, не следует сразу же отвергать.

Если предположить, что Пол Дэвис ошибается в отношении различных типов жизни, которые все еще существуют сегодня, тогда возникает вопрос, почему они в конечном итоге вымерли. В конце концов, формы жизни конкурируют в основном со своими ближайшими родственниками, жизнь сегодня очень разнообразна, и чем больше неродственных живых организмов, тем меньше они конкурируют за ресурсы.

Ответом могут быть массовые вымирания, особенно вызванные живыми организмами. Возьмем, к примеру, великое событие оксигенации . Кислород — довольно простое химическое соединение, которое вполне могло быть токсичным для большинства форм жизни, которые эволюционировали в условиях гипоксии. Так что вполне возможно, что до великого события насыщения кислородом существовало несколько слабо взаимодействующих параллельных биосфер. Одна из этих биосфер начала производить большое количество кислорода, уничтожая все остальные биосферы, едва избежав гибели самой себя.

Ничто из этого мне не кажется вероятным, но еще менее вероятным я считаю идею о том, что жизнь возникла спонтанно почти сразу же (в течение нескольких сотен миллионов лет, возможно, даже быстрее) после затвердевания земной коры и никогда больше после этого.

Думаю, именно так и произошло, и это даже не удивительно.

Все ответы здесь предполагают априори, что скорость абиогенеза высока (поскольку мы видели, что жизнь здесь зародилась рано). Однако это не согласуется с двумя фактами:

1. Мы больше не наблюдали абиогенеза ни здесь, ни где-либо еще во Вселенной. Конечно, было бы трудно наблюдать это, если бы получившаяся жизнь не развивалась до определенной степени, но если вы не находите фей, то должны серьезно рассмотреть, по крайней мере, возможность того, что фей нет (или они чрезвычайно редки). ).
2. Мы пытались воспроизвести абиогенез в лаборатории, но пока безуспешно. Вряд ли мы будем в ближайшее время. Так что это не может быть так просто .

Наблюдения, сделанные ОП, также можно объяснить в контексте очень низкой скорости абиогенеза, ссылаясь на предвзятость выживания и антропный принцип. Здесь не нужно предполагать сильно колеблющуюся скорость абиогенеза или экстремальных событий вымирания (аргумент все еще работает даже с этими предположениями, но в них нет необходимости).

Обратите внимание, что мы действительно находимся в сладкой точке, где мы развили разум и начали думать о расширении за пределы нашей планеты, когда осталось относительно короткое время (несколько сотен миллионов лет; согласно [ 2 ], вся жизнь может быть уничтожена в течение миллиард лет, и условия для разумной жизни исчезнут раньше; см. также [ 3 ]). Так что, если бы весь процесс начался на несколько сотен миллионов лет позже (не такой уж большой срок по сравнению с общим сроком пригодности планеты для жизни), никто бы не задавал такие вопросы.

По сути, этот аргумент ссылается на предвзятость выживания и антропный принцип [ 1 ]. Идея состоит в том, что абиогенез действительно очень редок, но если он не произойдет достаточно быстро, разумная жизнь не получит шанса на развитие. У нас есть один образец, в котором разумная жизнь действительно развилась (или, по крайней мере, достаточно разумная, чтобы задавать такие вопросы), и мы проводим наблюдения на этом единственном образце. Таким образом, мы должны исходить из того факта, что интеллект действительно развился в этой выборке . Когда мы это делаем, вероятность «раннего» развития жизни становится намного выше (в то время как она была бы близка к равномерной на временной шкале планеты, «плодородной» для жизни, без обусловливания и низкой скорости абиогенеза). Вопрос просто не принимает во внимание эту обусловленность.

Следует отметить еще одну вещь: интеллекту потребовалось около 4 миллиардов лет с момента абиогенеза, чтобы развиться здесь. На самом деле будет некоторое случайное распределение «времени до разведки». Получили ли мы типичную выборку из этого распределения «время до получения информации» или мы вытащили короткую соломинку? Учитывая тот факт, что разум развился здесь до того, как его уничтожило расширяющееся Солнце, можно предположить, что мы вытащили более короткую соломинку. Типичная временная шкала из «Абиогенез -> Интеллект», вероятно, длиннее, чем мы видели здесь.

Этот аргумент также обращается к парадоксу Ферми в качестве бонуса. И это рисует оптимистичный взгляд на будущее, поскольку « большим фильтром » становится жизнь, начинающаяся достаточно скоро, чтобы разум развивался и, следовательно, был бы позади нас.

Использованная литература:

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Anthropic_principle

[2] https://theconversation.com/a-billion-years-from-now-a-lack-of-oxygen-will-wipe-out-life-on-earth-156241

[3] https://image.gsfc.nasa.gov/poetry/venus/q79.html