Abiogeneesin tärkeimmät teoriat



 elämän alkuperä Se viittaa prosessien ja vaiheiden sarjaan, jotka ovat alkaneet maapallon ensimmäisestä elämänmuodosta alkaen inertteistä monomeerilohkoista, jotka ajan myötä pystyivät lisäämään niiden monimutkaisuutta. Tämän teorian valossa elämä syntyi ei-elävistä molekyyleistä sopivissa olosuhteissa.

On todennäköistä, että kun abiogeneesi on tuottanut yksinkertaisia ​​elämää, biologinen evoluutio toimii kaikkien nykyisten monimutkaisten elämänmuotojen aikaansaamiseksi..

Jotkut tutkijat uskovat, että abiogeneesin prosessien olisi pitänyt tapahtua ainakin kerran maan historiassa, jotta saataisiin aikaan hypoteettinen organismi LUCA tai viimeinen yleinen yleinen esi-isä (lyhenteistä englanniksi), viimeinen yleinen esi-isä), noin 4 miljardia vuotta sitten.

On ehdotettu, että LUCA: lla olisi oltava DNA-molekyyliin perustuva geneettinen koodi, joka neljän emäksen kanssa ryhmitellään kolmoihin, kodifioituna 20 tyyppiselle aminohapolle, jotka muodostavat proteiineja. Tutkijat, jotka yrittävät ymmärtää elämän alkuperää, tutkivat abiogeneesin prosesseja, jotka aiheuttivat LUCA: n.

Vastaus tähän kysymykseen on laajalti kyseenalaistettu, ja se on usein peitetty mysteerin ja epävarmuuden sumulla. Tästä syystä satoja biologeja on ehdottanut sarjaa teorioita, jotka sisältävät alkuperälevyn syntymisestä xenobiologiaan ja astrobiologiaan liittyviä selityksiä.

indeksi

  • 1 Mitä se koostuu??
  • 2 Elämän alkuperä: teoriat
    • 2.1 Spontaanin sukupolven teoria
    • 2.2 Spontaanin sukupolven kumoaminen
    • 2.3 Pasteurin osuudet
    • 2.4 Panspermia    
    • 2.5 Kemosynteettinen teoria
    • 2.6 Millerin ja Ureyn kokeilu
    • 2.7 Polymeerien muodostuminen
    • 2.8 Millerin ja Pasteurin tulosten sovittaminen yhteen
    • 2.9 RNA-maailma
  • 3 Nykyiset käsitykset elämän alkuperästä
  • 4 Termit biogeneesi ja abiogeneesi
  • 5 Viitteet

Mitä se koostuu??

Abiogeneesin teoria perustuu kemialliseen prosessiin, jossa elävistä esiasteista syntyi yksinkertaisempia elämänmuotoja.

Oletetaan, että abiogeneesin prosessi tapahtui jatkuvasti, toisin kuin syntymänäkymä äkillisesti onnea tapahtumassa. Näin ollen tämä teoria olettaa, että ei-elävän aineen ja ensimmäisten elävien järjestelmien välillä on jatkuvuus.

Samoin ehdotetaan useita erilaisia ​​skenaarioita, joissa elämän alku voisi alkaa epäorgaanisista molekyyleistä. Yleensä nämä ympäristöt ovat äärimmäisiä ja erilaisia ​​kuin maan nykyiset olosuhteet.

Nämä väitetyt prebioottiset olosuhteet toistetaan usein laboratoriossa, jotta voidaan yrittää tuottaa orgaanisia molekyylejä, kuten kuuluisa Miller- ja Urey-kokeilu.

Elämän alkuperä: teoriat

Elämän alkuperä on ollut tutkijoiden ja filosofien yksi kiistanalaisimmista aiheista Aristoteleen ajasta lähtien. Tämän tärkeän ajattelijan mukaan hajoava aine voisi muuttua eläimiksi elämässä luonnon spontaanin toiminnan ansiosta.

Abiogeneesiä Aristotelian ajatuksen valossa voidaan tiivistää hänen kuuluisassa lauseessaan omne vivum ex vivo, mikä tarkoittaa, että "kaikki elämä tulee elämästä".

Seuraavaksi melko suuri määrä malleja, teorioita ja spekulaatioita ovat yrittäneet selvittää elämän alkuperään johtaneet olosuhteet ja prosessit.

Seuraavassa kuvataan kaikkein merkittävimmät teoriat sekä historiallisesta että tieteellisestä näkökulmasta, jotka ovat pyrkineet selittämään ensimmäisten elävien järjestelmien alkuperää:

Spontaanin sukupolven teoria

1700-luvun alussa oletettiin, että elottomat muodot voivat syntyä elottomista elementeistä. Ajan ajattelijat hyväksyivät laajalti spontaanin sukupolven teorian, koska sillä oli katolisen kirkon tuki. Niinpä elävät olennot voisivat itää sekä vanhempiaan että ei-eläviä aineita.

Tunnetuimpia esimerkkejä tämän teorian tukemisesta ovat matojen ja muiden hyönteisten esiintyminen hajotetussa lihassa, sammakoista ja hiiristä ilmestyneistä sammakoista, jotka syntyivät likaisista vaatteista ja hiki..

Itse asiassa oli olemassa reseptejä, jotka lupasivat elävien eläinten luomista. Esimerkiksi, jotta voisimme luoda hiiriä elävältä materiaalilta, meidän oli yhdistettävä vehnänjyvät likaisilla vaatteilla pimeässä ympäristössä, ja päivien kulkiessa elävät jyrsijät näkyvät.

Tämän seoksen kannattajat väittivät, että ihmisen hiki vaatteissa ja vehnän käyminen olivat tekijöitä, jotka ohjaivat elämän muodostumista.

Spontaanin sukupolven kumoaminen

1700-luvulla alkoi havaita puutteita ja aukkoja spontaanin sukupolven teorian lausunnoissa. Vasta 1668 saakka italialainen fyysikko Francesco Redi suunnitteli riittävän kokeellisen suunnitelman sen hylkäämiseksi.

Kontrolloiduissa kokeissaan Redi sijoitti hienoksi viipaloidut lihakappaleet, jotka oli kääritty musliiniin steriileihin astioihin. Nämä purkit peitettiin asianmukaisesti sideharsolla, joten mikään ei voinut joutua kosketuksiin lihan kanssa. Lisäksi kokeilu kertoi toisen sarjan pulloja, joita ei käsitelty.

Päivien ohi matoja havaittiin vain löydetyissä purkkeissa, koska kärpäset voisivat vapaasti päästä ja tallettaa munat. Päällystettyjen purkkien tapauksessa munat sijoitettiin suoraan sideharsoon.

Samoin tutkija Lazzaro Spallanzani kehitti useita kokeita, joilla hylättiin spontaanin sukupolven tilat. Tätä varten hän kehitti joukon liemiä, jotka hän esitti pitkään keittämään tuhoakseen kaikki siellä elävät mikro-organismit.

Spontaanin sukupolven kannattajat väittivät kuitenkin, että lämpö, ​​johon liemet olivat alttiina, oli liiallinen ja tuhosi "elinvoiman"..

Pasteurin osuudet

Myöhemmin vuonna 1864 ranskalainen biologi ja kemisti Louis Pasteur päättivät lopettaa spontaanin sukupolven postulaatit.

Tämän tavoitteen saavuttamiseksi Pasteur teki lasisäiliöitä, joita kutsutaan "joutsenkaulaksi", koska ne olivat pitkiä ja kaarevia kärjissä, jolloin mikään mikro-organismi ei päässyt sisään..

Näissä säiliöissä Pasteur keitti joukon liemiä, jotka pysyivät steriileinä. Kun yhden kaulan kaula rikkoutui, se saastui ja mikro-organismit lisääntyivät lyhyessä ajassa.

Pasteurin toimittamat todisteet olivat kiistämättömiä, ja ne onnistuivat lopettamaan yli 2500 vuotta kestäneen teorian.

panspermia    

1900-luvun alussa ruotsalainen kemisti Svante Arrhenius kirjoitti kirjan, jonka otsikko oli "Maailman luominen"Missä hän ehdotti, että elämä tuli avaruudesta ääriolosuhteisiin kestävillä itiöillä.

Loogisesti panspermian teoriaa ympäröi paljon kiistelyä, ja lisäksi se ei oikeastaan ​​antanut selitystä elämän alkuperälle.

Kemosynteettinen teoria

Tutkiessaan Pasteurin kokeita yksi hänen epäsuorista päätelmistään on, että mikro-organismit kehittyvät vain muista, eli elämä voi tulla vain elämästä. Tätä ilmiötä kutsuttiin "biogeneesiksi".

Tämän näkökulman jälkeen syntyisi kemiallisen kehityksen teorioita, joita johtavat venäläiset Alexander Oparin ja englantilainen John D. S. Haldane.

Tämä visio, jota kutsutaan myös Oparin-Haldanen kemosynteettiseksi teoriaksi, ehdottaa, että prebioottisessa ympäristössä maapallolla oli happea puuttuva ilmakehä ja suuri vesihöyry, metaani, ammoniakki, hiilidioksidi ja vety.. 

Tässä ympäristössä oli erilaisia ​​voimia, kuten sähköpäästöjä, aurinkosäteilyä ja radioaktiivisuutta. Nämä voimat vaikuttivat epäorgaanisiin yhdisteisiin, jotka aiheuttivat suurempia molekyylejä ja luovat prebioottisina yhdisteinä tunnettuja orgaanisia molekyylejä.

Millerin ja Ureyn kokeilu

1950-luvun puolivälissä tutkijat Stanley L. Miller ja Harold C. Urey onnistuivat luomaan nerokkaan järjestelmän, joka simuloi maapallon ilmakehän oletettuja esi-olosuhteita Oparin-Haldanen teorian jälkeen.

Stanley ja Urey osoittivat, että näissä "primitiivisissä" olosuhteissa yksinkertaiset epäorgaaniset yhdisteet voivat saada aikaan monimutkaisia ​​orgaanisia molekyylejä, jotka ovat välttämättömiä elämälle, kuten aminohapot, rasvahapot, urea..

Polymeerien muodostuminen

Vaikka edellä mainitut kokeet viittaavat uskottavaan tapaan, jolla eläviin järjestelmiin kuuluvat biomolekyylit ovat alkaneet, ne eivät esitä mitään selitystä polymerointiprosessille ja monimutkaisuuden lisääntymiselle.

On olemassa useita malleja, jotka yrittävät selvittää tätä kysymystä. Ensimmäinen koskee kiinteitä mineraalipintoja, joissa kohonnut pinta-ala ja silikaatit voivat toimia hiilimolekyylien katalyytteinä.

Meren syvyydessä hydrotermiset tuuletusaukot ovat sopiva katalyyttien, kuten raudan ja nikkelin lähde. Laboratoriokokeiden mukaan nämä metallit osallistuvat polymerointireaktioihin.

Lopuksi, valtamerien kuoppissa on kuumia lampia, jotka haihdutusprosesseilla voisivat suosia monomeerien pitoisuutta ja edistää monimutkaisempien molekyylien muodostumista. Tässä olettamuksessa oletetaan, että "primordial-keitto" on hypoteesi.

Millerin ja Pasteurin tulosten sovittaminen yhteen

Edellisissä kohdissa käsitellyn ideajärjestyksen mukaan meillä on, että Pasteurin kokeilut osoittivat, että elämä ei synny inertteistä materiaaleista, kun taas Millerin ja Ureyn todisteet osoittavat, että jos se tapahtuu, mutta molekyylitasolla.

Jotta molemmat tulokset voitaisiin sovittaa yhteen, on syytä muistaa, että maapallon ilmapiirin koostumus on nyt täysin erilainen kuin prebioottinen ilmapiiri.

Nykyisessä ilmakehässä oleva happi toimisi muodostuvien molekyylien "tuhoajana". On myös otettava huomioon, että energialähteet, jotka oletettavasti edistivät orgaanisten molekyylien muodostumista, eivät ole enää läsnä prebioottisen ympäristön taajuudella ja intensiteetillä..

Kaikki maan päällä olevat elämänmuodot koostuvat joukosta suuria rakenteellisia lohkoja ja biomolekyylejä, joita kutsutaan proteiineiksi, nukleiinihappoiksi ja lipideiksi. Niiden avulla voit "rakentaa" nykyisen elämän perustan: solut.

Solussa elämä on pysyvä, ja tällä periaatteella Pasteur perustaa itsensä vahvistamaan, että jokaisen elävän olennon on oltava peräisin toisesta olemassa olevasta..

RNA-maailma

Autokatalyysin rooli abiogeneesin aikana on ratkaisevan tärkeää, joten yksi tunnetuimmista elämän alkuperän hypoteeseista on RNA-maailman, joka postuloi alkua yksinkertaisista ketjumolekyyleistä, joilla on oma replikoitumiskyky..

Tämä RNA: n käsite viittaa siihen, että ensimmäiset biokatalyytit eivät olleet proteiinimolekyylejä, vaan RNA-molekyylit - tai tämän kaltainen polymeeri - kyvyllä suorittaa katalyysi.

Tämä oletus perustuu RNA: n omaisuuteen syntetisoida lyhyitä fragmentteja käyttäen karkaisua, joka ohjaa prosessia, peptidien, estereiden ja glykosidisidosten muodostumisen edistämisen lisäksi.

Tämän teorian mukaan esi-isäinen RNA liittyi joihinkin kofaktoreihin, kuten metalleihin, pyrimidiineihin ja aminohappoihin. Metabolian monimutkaisuuden etenemisen ja lisääntymisen myötä syntyy kyky syntetisoida polypeptidejä.

Evoluution aikana RNA korvattiin kemiallisesti stabiililla molekyylillä: DNA: lla.

Nykyiset käsitykset elämän alkuperästä

Tällä hetkellä epäillään, että elämä on syntynyt äärimmäisessä tilanteessa: valtamerialueet lähellä tulivuoren savupiippuja, joissa lämpötila voi nousta 250 ° C: een ja ilmanpaine ylittää 300 ilmakehää.

Tämä epäilys johtuu näissä vihamielisissä alueilla esiintyvien elämänmuotojen monimuotoisuudesta ja tämä periaate tunnetaan "kuumailmateoriana"..

Nämä ympäristöt ovat kolonisoineet arkkibakteerit, organismit, jotka pystyvät kasvamaan, kehittymään ja lisääntymään äärimmäisissä ympäristöissä, luultavasti hyvin samanlaisia ​​kuin prebioottiset olosuhteet (mukaan lukien alhaiset happipitoisuudet ja korkeat CO-tasot).2).

Näiden ympäristöjen lämpöstabiilisuus, niiden suojaaminen äkillisiltä muutoksilta ja jatkuva kaasuvirtaus ovat joitakin positiivisia ominaisuuksia, jotka tekevät merenpohjan ja tulivuoren savupiiput sopiviksi ympäristöiksi elämän alkuperälle.

Termit biogeneesi ja abiogeneesi

Vuonna 1974 tunnettu tutkija Carl Sagan julkaisi artikkelin, jossa selvennetään termien biogeneesi ja abiogeneesi käyttö. Saganin mukaan molempia termejä on käytetty väärin artikkeleissa, jotka liittyvät ensimmäisten elävien muotojen alkuperän selityksiin.

Näiden virheiden joukossa käytetään termiä biogeneesi omana antonymina. Toisin sanoen biogeneesiä käytetään kuvaamaan elämän alkuperää muista elävistä muodoista, kun taas abiogeneesi viittaa elävän aineen alkuperään ei-elävästä aineesta.

Tässä mielessä nykyaikainen biokemiallinen reitti katsotaan biogeeniseksi ja prebiologinen metabolinen reitti on abiogeeninen. Siksi on tarpeen kiinnittää erityistä huomiota molempien termien käyttöön.

viittaukset

  1. Bergman, J. (2000). Miksi abiogeneesi on mahdotonta. Creation Research Society neljännesvuosittain, 36(4).
  2. Pross, A., & Pascal, R. (2013). Elämän alkuperä: mitä tiedämme, mitä tiedämme ja mitä emme koskaan tiedä. Avoin biologia, 3(3), 120190.
  3. Sadava, D., & Purves, W. H. (2009). Elämä: biologian tiede. Ed. Panamericana Medical.
  4. Sagan, C. (1974). Termeillä "biogeneesi" ja "abiogenesis". Biosfäärien elämän ja evoluution alkuperät, 5(3), 529-529.
  5. Schmidt, M. (2010). Xenobiologia: uusi elämänmuoto lopullisena bioturvallisuustyökaluna. Bioessays, 32(4), 322-331.
  6. Serafino, L. (2016). Abiogeneesi teoreettisena haasteena: Jotkut heijastukset. Jourteoreettisen biologian, 402, 18-20.