Główne teorie abiogenezy



The abiogeneza Odnosi się do serii procesów i kroków, które zapoczątkowały pierwsze formy życia na ziemi, począwszy od obojętnych bloków monomeru, które z czasem zdołały zwiększyć ich złożoność. W świetle tej teorii życie powstało z nieożywionych cząsteczek, w odpowiednich warunkach.

Jest prawdopodobne, że po abiogenezie powstały proste systemy życia, ewolucja biologiczna będzie działać, aby dać początek wszystkim złożonym formom życia, które istnieją dzisiaj..

Niektórzy badacze uważają, że procesy abiogenezy powinny nastąpić przynajmniej raz w historii Ziemi, aby stworzyć hipotetyczny organizm LUCA lub ostatni powszechny przodek (skrótów w języku angielskim, ostatni powszechny wspólny przodek), około 4 miliardów lat temu.

Sugeruje się, że LUCA powinien mieć kod genetyczny oparty na cząsteczce DNA, która z czterema zasadami zgrupowanymi w triplety, skodyfikowana dla 20 rodzajów aminokwasów, które tworzą białka. Naukowcy próbujący zrozumieć pochodzenie życia badają procesy abiogenezy, które doprowadziły do ​​powstania LUCA.

Odpowiedź na to pytanie została szeroko zakwestionowana i często kryje się w niej mgła tajemnicy i niepewności. Z tego powodu setki biologów zaproponowało szereg teorii, które wiążą się z pojawieniem się pierwotnej zupy do wyjaśnień związanych z ksenobiologią i astrobiologią.

Indeks

  • 1 Z czego się składa??
  • 2 Pochodzenie życia: teorie
    • 2.1 Teoria spontanicznego generowania
    • 2.2 Odrzucenie spontanicznego pokolenia
    • 2.3 Wkłady Pasteura
    • 2.4 Panspermia    
    • 2.5 Teoria chemosyntezy
    • 2.6 Eksperyment Millera i Ureya
    • 2.7 Tworzenie polimeru
    • 2.8 Pogodzenie wyników Millera i Pasteura
    • 2.9 Świat RNA
  • 3 Aktualne koncepcje pochodzenia życia
  • 4 Terminy biogenezy i abiogenezy
  • 5 referencji

Z czego to się składa??

Teoria abiogenezy opiera się na procesie chemicznym, dzięki któremu prostsze formy życia wyłoniły się z martwych prekursorów.

Przyjmuje się, że proces abiogenezy zachodził w sposób ciągły, w przeciwieństwie do widoku pojawienia się nagle w przypadku szczęścia. Zatem teoria ta zakłada istnienie kontinuum między materią nieożywioną a pierwszymi żywymi systemami.

Podobnie sugeruje się serię różnych scenariuszy, w których początek życia może rozpocząć się od cząsteczek nieorganicznych. Ogólnie te środowiska są ekstremalne i różnią się od aktualnych warunków na ziemi.

Te rzekome warunki prebiotyczne są często reprodukowane w laboratorium, aby próbować generować cząsteczki organiczne, takie jak słynny eksperyment Millera i Ureya.

Pochodzenie życia: teorie

Pochodzenie życia było jednym z najbardziej kontrowersyjnych tematów naukowców i filozofów od czasów Arystotelesa. Według tego ważnego myśliciela, rozkładająca się materia może zostać przekształcona w zwierzęta dzięki życiu dzięki spontanicznemu działaniu natury.

Abiogeneza w świetle myśli arystotelesowskiej może być podsumowana w jego słynnym zdaniu omne vivum ex vivo, co oznacza „całe życie pochodzi z życia”.

Następnie dość duża liczba modeli, teorii i spekulacji próbowała wyjaśnić warunki i procesy, które doprowadziły do ​​powstania życia.

Poniżej opiszemy najbardziej wybitne teorie, zarówno z historycznego, jak i naukowego punktu widzenia, które próbowały wyjaśnić pochodzenie pierwszych żywych systemów:

Teoria spontanicznego generowania

Na początku XVII wieku postulowano, że formy życia mogą wyłonić się z martwych elementów. Teoria spontanicznego pokolenia była powszechnie akceptowana przez ówczesnych myślicieli, ponieważ miała poparcie Kościoła katolickiego. Zatem żywe istoty mogłyby kiełkować zarówno swoich rodziców, jak i materię nieożywioną.

Wśród najbardziej znanych przykładów wykorzystywanych do poparcia tej teorii jest pojawienie się robaków i innych owadów w rozłożonym ciele, żab, które pojawiły się z błota i myszy, które wyłoniły się z brudnych ubrań i potu..

W rzeczywistości były przepisy, które obiecywały tworzenie żywych zwierząt. Na przykład, aby móc tworzyć myszy z nieożywionego materiału, musieliśmy łączyć ziarna pszenicy z brudnymi ubraniami w ciemnym otoczeniu iz upływem dni pojawiają się żywe gryzonie.

Zwolennicy tej mieszaniny argumentowali, że ludzki pot w szatach i fermentacja pszenicy były środkami, które kierowały formowaniem życia.

Odrzucenie spontanicznego pokolenia

W XVII wieku zaczęto dostrzegać wady i luki w stwierdzeniach teorii spontanicznego generowania. Dopiero w 1668 roku włoski fizyk Francesco Redi opracował odpowiedni projekt eksperymentalny, aby go odrzucić.

W swoich kontrolowanych eksperymentach Redi umieścił drobno pokrojone kawałki mięsa owinięte w muślinie w sterylnych pojemnikach. Słoiki były odpowiednio pokryte gazą, więc nic nie mogło wejść w kontakt z mięsem. Ponadto eksperyment opowiadał o innej serii butelek, które nie były pokryte.

Z upływem dni robaki obserwowano tylko w odkrytych słoikach, ponieważ muchy mogły swobodnie wchodzić i składać jaja. W przypadku słoików z zamknięciem jaja umieszczano bezpośrednio na gazie.

W ten sam sposób badacz Lazzaro Spallanzani opracował serię eksperymentów w celu odrzucenia przesłanek spontanicznego generowania. W tym celu opracował ser rosołów, które poddał długotrwałemu warzeniu, aby zniszczyć każdy mikroorganizm, który tam zamieszka.

Zwolennicy spontanicznego pokolenia twierdzili jednak, że ilość ciepła, na które wystawiono buliony, była nadmierna i zniszczyła „siłę życiową”.

Składki od Pasteura

Później, w 1864 roku francuski biolog i chemik Louis Pasteur postanowił położyć kres postulatom spontanicznego generowania.

Aby spełnić ten cel, Pasteur wykonał szklane pojemniki zwane „szyjkami łabędzi”, ponieważ były długie i zakrzywione na końcach, uniemożliwiając w ten sposób wejście jakiegokolwiek mikroorganizmu..

W tych pojemnikach Pasteur gotował ser rosołów, które pozostały sterylne. Gdy szyja jednego z nich pękła, uległa skażeniu, a mikroorganizmy rozprzestrzeniły się w krótkim czasie.

Dowody dostarczone przez Pasteura były niepodważalne, z powodzeniem niszcząc teorię, która przetrwała ponad 2500 lat.

Panspermia    

Na początku XX wieku szwedzki chemik Svante Arrhenius napisał książkę zatytułowaną „Tworzenie światów„W którym sugerował, że życie pochodzi z kosmosu przez zarodniki odporne na ekstremalne warunki.

Logicznie rzecz biorąc, teoria panspermii była otoczona przez wiele kontrowersji, poza tym, że tak naprawdę nie wyjaśniła pochodzenia życia.

Teoria chemosyntezy

Badając eksperymenty Pasteura, jednym z pośrednich wniosków z jego dowodów jest to, że mikroorganizmy rozwijają się tylko od innych, to znaczy życie może pochodzić tylko z życia. Zjawisko to nazwano „biogenezą”.

Po tej perspektywie pojawią się teorie ewolucji chemicznej prowadzone przez rosyjskiego Aleksandra Oparina i Anglika Johna D. S. Haldane'a.

Ta wizja, zwana również teorią chemosyntetyczną Oparin-Haldane, proponuje, że w środowisku prebiotycznym Ziemia ma atmosferę pozbawioną tlenu i wysoką zawartość pary wodnej, metanu, amoniaku, dwutlenku węgla i wodoru, więc jest bardzo redukująca. 

W tym środowisku występowały różne siły, takie jak wyładowania elektryczne, promieniowanie słoneczne i radioaktywność. Siły te oddziaływały na związki nieorganiczne, dając początek większym cząsteczkom, tworząc cząsteczki organiczne znane jako związki prebiotyczne.

Eksperyment Millera i Ureya

W połowie lat pięćdziesiątych naukowcom Stanleyowi L. Millerowi i Haroldowi C. Ureyowi udało się stworzyć genialny system, który symulował rzekome warunki rodowe atmosfery na Ziemi zgodnie z teorią Oparin-Haldane.

Stanley i Urey udowodnili, że w tych „prymitywnych” warunkach proste związki nieorganiczne mogą tworzyć złożone cząsteczki organiczne, niezbędne do życia, takie jak między innymi aminokwasy, kwasy tłuszczowe, mocznik..

Tworzenie polimeru

Chociaż wspomniane wcześniej eksperymenty sugerują wiarygodny sposób, w jaki powstały biocząsteczki będące częścią żywych systemów, nie sugerują one żadnego wyjaśnienia procesu polimeryzacji i zwiększenia złożoności.

Istnieje kilka modeli, które próbują wyjaśnić to pytanie. Pierwsza obejmuje stałe powierzchnie mineralne, gdzie podwyższona powierzchnia i krzemiany mogą działać jako katalizatory dla cząsteczek węgla.

W głębi oceanu kominy hydrotermalne są odpowiednim źródłem katalizatorów, takich jak żelazo i nikiel. Zgodnie z eksperymentami w laboratoriach metale te uczestniczą w reakcjach polimeryzacji.

Wreszcie, w jamach oceanów znajdują się gorące stawy, które dzięki procesom parowania mogą sprzyjać koncentracji monomerów, sprzyjając tworzeniu bardziej złożonych cząsteczek. W tym założeniu opiera się hipoteza „pierwotnej zupy”.

Uzgadnianie wyników Millera i Pasteura

Zgodnie z kolejnością idei omówioną w poprzednich sekcjach, mamy do czynienia z eksperymentami Pasteura, które udowodniły, że życie nie powstaje z materiałów obojętnych, podczas gdy dowody Millera i Ureya wskazują, że jeśli występuje, to na poziomie molekularnym.

Aby móc pogodzić oba wyniki, należy pamiętać, że skład dzisiejszej atmosfery ziemskiej jest całkowicie odmienny od atmosfery prebiotycznej.

Tlen obecny w obecnej atmosferze działałby jako „niszczyciel” cząsteczek w procesie formowania. Należy również wziąć pod uwagę, że źródła energii, które rzekomo promowały tworzenie molekuł organicznych, nie są już obecne z częstotliwością i intensywnością środowiska prebiotycznego.

Wszystkie formy życia obecne na Ziemi składają się z zestawu dużych bloków strukturalnych i biocząsteczek, zwanych białkami, kwasami nukleinowymi i lipidami. Dzięki nim możesz „zbudować” podstawę obecnego życia: komórki.

W komórce życie jest utrwalane i na tej zasadzie Pasteur opiera się na twierdzeniu, że każda żywa istota musi pochodzić z innej istniejącej wcześniej.

Świat RNA

Rola autokatalizy podczas abiogenezy jest kluczowa, dlatego jedną z najbardziej znanych hipotez o pochodzeniu życia jest hipoteza świata RNA, która postuluje początek od cząsteczek prostego łańcucha o zdolności do samoreplikacji.

To pojęcie RNA sugeruje, że pierwsze biokatalizatory nie były cząsteczkami o charakterze białkowym, ale cząsteczki RNA - lub polimer podobny do tego - z możliwością przeprowadzania katalizy.

To założenie opiera się na właściwości RNA do syntezy krótkich fragmentów przy użyciu temperowania, które kieruje procesem, oprócz promowania tworzenia peptydów, estrów i wiązań glikozydowych.

Zgodnie z tą teorią pierwotny RNA był związany z niektórymi kofaktorami, takimi jak metale, pirymidyny i aminokwasy. Wraz z postępem i wzrostem złożoności metabolizmu powstaje zdolność do syntezy polipeptydów.

W trakcie ewolucji RNA zastąpiono bardziej stabilną chemicznie cząsteczką: DNA.

Aktualne koncepcje pochodzenia życia

Obecnie podejrzewa się, że życie zrodziło się w skrajnym scenariuszu: obszary oceaniczne w pobliżu kominów wulkanicznych, w których temperatura może osiągnąć 250 ° C, a ciśnienie atmosferyczne przekracza 300 atmosfer.

To podejrzenie powstaje z powodu różnorodności form życia występujących w tych wrogich regionach i ta zasada jest znana jako „gorąca teoria świata”.

Środowiska te zostały skolonizowane przez archaebakterie, organizmy zdolne do wzrostu, rozwoju i reprodukcji w ekstremalnych środowiskach, prawdopodobnie bardzo podobne do warunków prebiotycznych (w tym niskie stężenia tlenu i wysokie poziomy CO).2).

Stabilność termiczna tych środowisk, ochrona przed nagłymi zmianami i stały przepływ gazów to tylko niektóre z pozytywnych cech, które sprawiają, że dno morskie i kominy wulkaniczne są odpowiednim środowiskiem dla powstania życia.

Terminy biogenezy i abiogenezy

W 1974 roku znany badacz Carl Sagan opublikował artykuł wyjaśniający zastosowanie terminów biogeneza i abiogeneza. Według Sagana oba terminy zostały niewłaściwie wykorzystane w artykułach dotyczących wyjaśnień pochodzenia pierwszych żywych form.

Wśród tych błędów używa się terminu biogeneza jako własnego antonimu. Oznacza to, że biogeneza jest używana do opisu pochodzenia życia z innych żywych form, podczas gdy abiogeneza odnosi się do pochodzenia życia z materii nieożywionej.

W tym sensie współczesna droga biochemiczna jest uważana za biogenną, a prebiologiczny szlak metaboliczny jest abiogenny. Dlatego konieczne jest zwrócenie szczególnej uwagi na wykorzystanie obu terminów.

Referencje

  1. Bergman, J. (2000). Dlaczego abiogeneza jest niemożliwa. Kwartalnik Towarzystwa Badań nad Stworzeniem, 36(4).
  2. Pross, A., i Pascal, R. (2013). Pochodzenie życia: co wiemy, co wiemy i czego nigdy się nie dowiemy. Otwarta biologia, 3(3), 120190.
  3. Sadava, D. i Purves, W. H. (2009). Życie: nauka biologii. Ed. Panamericana Medical.
  4. Sagan, C. (1974). Pojęć „biogeneza” i „abiogeneza”. Początki życia i ewolucja biosfer, 5(3), 529-529.
  5. Schmidt, M. (2010). Ksenobiologia: nowa forma życia jako najlepsze narzędzie bezpieczeństwa biologicznego. Biotechnologia, 32(4), 322-331.
  6. Serafino, L. (2016). Abiogeneza jako wyzwanie teoretyczne: niektóre odbicia. Journal biologii teoretycznej, 402, 18-20.