Abiogenesis: pagrindinės teorijos

Abiogenesis - tai procesų ir žingsnių serija, kurios atsirado dėl pirmųjų gyvybės formų žemėje, pradedant nuo inertinių monomerų blokų, kurie laikui bėgant sugebėjo padidinti jų sudėtingumą. Atsižvelgiant į šią teoriją, gyvenimas kilo iš negyvų molekulių, atitinkamomis sąlygomis.

Tikėtina, kad po abiogenesio atsiradus paprastoms gyvybės sistemoms, biologinė evoliucija veiks, kad sukurtų visas sudėtingas gyvenimo formas, kurios egzistuoja šiandien.

Kai kurie mokslininkai mano, kad abiogenezės procesai turėjo įvykti bent kartą žemės istorijoje, kad būtų sukurtas hipotetinis organizmas LUCA arba paskutinis bendras visuotinis protėvis (akronimas anglų kalba , paskutinis universalus protėvis ), apie 4 mlrd. metų.

Siūloma, kad LUCA turėtų turėti genetinį kodą, pagrįstą DNR molekule, kuri su keturiomis bazėmis suskirstyta į tripletus, koduota 20 tipų aminorūgščių, kurios sudaro baltymus. Mokslininkai, bandantys suprasti gyvenimo kilmę, tiria abiogenesio procesus, dėl kurių atsirado LUCA.

Atsakymas į šį klausimą buvo plačiai apklaustas ir dažnai aptinkamas paslapties ir netikrumo rūko. Dėl šios priežasties šimtai biologų pasiūlė keletą teorijų, kurios nuo pradinės sriubos atsiradimo siejasi su paaiškinimais, susijusiais su ksenobiologija ir astrobiologija.

Ką ji sudaro?

Abiogenezės teorija pagrįsta cheminiu procesu, kurio metu iš negyvų pirmtakų atsirado paprastesnės gyvybės formos.

Daroma prielaida, kad abiogenezės procesas vyko nepertraukiamai, priešingai nei staiga atsiradusio žvilgsnio regėjimui. Taigi, ši teorija daro prielaidą, kad egzistuoja tęstinumas tarp negyvų medžiagų ir pirmųjų gyvų sistemų.

Taip pat siūlomi įvairūs scenarijai, kai gyvenimo pradžia gali prasidėti nuo neorganinių molekulių. Paprastai ši aplinka yra ypatinga ir skiriasi nuo dabartinių žemės sąlygų.

Šios numanomos prebiotinės ligos paprastai yra atkuriamos laboratorijoje, siekiant bandyti sukurti organines molekules, tokias kaip garsus Miller ir Urey eksperimentas.

Gyvybės kilmė: teorijos

Nuo Aristotelio laikų gyvenimo kilmė buvo viena iš labiausiai prieštaringų mokslininkų ir filosofų temų. Pasak šio svarbaus mąstytojo, spontaniško gamtos veiksmo dėka skilimo medžiaga gali būti transformuota į gyvūnus.

Aristotelio mąstymo šviesoje abiogenesis gali būti apibendrintas jo garsiojoje frazėje omne vivum ex vivo, o tai reiškia, kad „visas gyvenimas ateina iš gyvenimo“.

Be to, gana daug modelių, teorijų ir spekuliacijų bandė išsiaiškinti sąlygas ir procesus, dėl kurių kilo gyvybė.

Toliau aprašysime pačias svarbiausias istorinės ir mokslinės pusės teorijas, kuriomis siekiama paaiškinti pirmųjų gyvų sistemų kilmę:

Spontaninės kartos teorija

XVII a. Pradžioje buvo teigiama, kad gyvybės formos gali atsirasti iš negyvų elementų. Spontaniškos kartos teoriją plačiai pripažino to laiko mąstytojai, kaip ir Katalikų Bažnyčios parama. Taigi gyvos būtybės gali sudygti tiek savo tėvus, tiek negyvąsias medžiagas.

Tarp labiausiai žinomų pavyzdžių, kuriais remiamasi šiomis teorijomis, yra kirminų ir kitų vabzdžių atsiradimas skiltyje, varlės, atsiradusios iš purvo ir pelių, atsiradusių iš purvinų drabužių ir prakaito.

Iš tiesų buvo receptų, kurie pažadėjo gyvų gyvūnų kūrimą. Pavyzdžiui, norint sukurti peles iš negyvų medžiagų, kviečių grūdai turėjo būti derinami su nešvariais drabužiais tamsioje aplinkoje ir, praėjus dienoms, atsiranda gyvi graužikai.

Šio mišinio gynėjai teigė, kad žmogaus prakaitas drabužiuose ir kviečių fermentacija buvo veiksniai, nukreipti į gyvenimo formavimą.

Spontaniškos kartos atmetimas

XVII amžiuje spontaniškos kartos teorijos pareiškimuose pastebėta trūkumų ir spragų. Tik 1668 m. Italų fizikas Francesco Redi sukūrė tinkamą eksperimentinį projektą, kad jį būtų galima atmesti.

Kontroliuojamuose eksperimentuose „Redi“ į sterilius indus įdėjo smulkiai supjaustytas mėsos gabalus, supakuotus į musliną. Šie stiklainiai buvo tinkamai padengti marle, todėl niekas negalėjo susilieti su mėsa. Be to, eksperimentas skaičiuojamas su kita butelių serija, kuri nebuvo padengta.

Praėjus dienoms, kirminai buvo stebimi tik tuose stiklainiuose, kurie buvo atrasti, nes musės gali laisvai patekti į kiaušinius. Dengtų stiklainių atveju kiaušiniai buvo dedami tiesiai ant marlės.

Taip pat mokslininkas Lazzaro Spallanzani sukūrė eksperimentų seriją, kad būtų atmestos spontaniškos kartos patalpos. Dėl to jis parengė eilę sultinių, kuriuos jis ilgai verdavo, kad sunaikintų bet kokį ten gyvenantį mikroorganizmą.

Tačiau spontaniškos kartos šalininkai teigė, kad šilumos kiekis, į kurį pateko sultiniai, buvo per didelis ir sunaikino „gyvybinę jėgą“.

Pasteuro įnašai

Vėliau, 1864 m., Prancūzų biologas ir chemikas Louis Pasteur nusprendė nutraukti spontaniškos kartos postulatus.

Norint pasiekti šį tikslą, Pasteur pagamino stiklo indus, vadinamus „gulbių kaklais“, nes jie buvo ilgi ir išlenkti ant galų, taip užkertant kelią bet kokio mikroorganizmo patekimui.

Šiose talpyklose „Pasteur“ virtė sultinius, kurie liko sterilūs. Kai vienos iš jų kaklas sudužo, jis užterštas, o mikroorganizmai per trumpą laiką daugėjo.

Pasteur pateikiami įrodymai buvo neginčijami, nes jiems pavyko nugriauti daugiau nei 2500 metų trunkančią teoriją.

Panspermija

1900-ųjų pradžioje Švedijos chemikas Svante Arrhenius parašė knygą „ Pasaulių kūrimas “, kuriame jis teigė, kad gyvenimas iš kosmoso prasidėjo sporomis, atspariomis ekstremalioms sąlygoms.

Logiškai sakant, panspermijos teorija buvo apsupta daug prieštaravimų, be to, ji iš tikrųjų neprisidėjo prie gyvenimo kilmės paaiškinimo.

Chemosintezės teorija

Nagrinėjant Pasteur eksperimentus, viena iš netiesioginių jo įrodymų yra ta, kad mikroorganizmai vystosi tik iš kitų, ty gyvenimas gali būti tik iš gyvenimo. Šis reiškinys buvo vadinamas „biogeneze“.

Po šios perspektyvos atsiras cheminės evoliucijos teorijos, kurias vedė Rusijos Aleksandras Oparinas ir anglų John John Haldane.

Ši vizija, taip pat vadinama Oparin-Haldane chemosintetine teorija, siūlo, kad prebiotinėje aplinkoje žemė turėjo deguonies neturinčią atmosferą ir didelį vandens garų, metano, amoniako, anglies dioksido ir vandenilio kiekį, todėl ji buvo labai mažesnė.

Šioje aplinkoje buvo skirtingų jėgų, tokių kaip elektros išleidimas, saulės spinduliavimas ir radioaktyvumas. Šios jėgos veikė neorganinius junginius, skatindamos didesnes molekules, sukurdamos organines molekules, žinomas kaip prebiotiniai junginiai.

„Miller“ ir „Urey“ eksperimentas

1950-ųjų viduryje mokslininkai Stanley L. Miller ir Harold C. Urey sugebėjo sukurti išradingą sistemą, kuri imitavo tariamas žemėje esančios atmosferos sąlygas po Oparin-Haldane teorijos.

Stanley ir Urey įrodė, kad šiomis „primityviomis“ sąlygomis paprastieji neorganiniai junginiai gali kilti iš sudėtingų organinių molekulių, būtinų gyvybei, pavyzdžiui, amino rūgštys, riebalų rūgštys, karbamidas.

Polimerų susidarymas

Nors anksčiau minėti eksperimentai rodo, kad yra tikėtinas būdas, kaip atsirado biomolekulės, kurios yra gyvųjų sistemų dalis, jos nepateikia jokio polimerizacijos proceso paaiškinimo ir sudėtingumo padidėjimo.

Yra keletas modelių, kurie bando išsiaiškinti šį klausimą. Pirmasis susijęs su kietais mineraliniais paviršiais, kur padidėjęs paviršiaus plotas ir silikatai gali veikti kaip anglies molekulių katalizatoriai.

Vandenyno gelmėse hidroterminės angos yra tinkamas katalizatorių, pvz., Geležies ir nikelio, šaltinis. Remiantis eksperimentais laboratorijose, šie metalai dalyvauja polimerizacijos reakcijose.

Galiausiai, vandenynų duobėse yra karštų tvenkinių, kurie garinimo procesais gali paskatinti monomerų koncentraciją, skatinant sudėtingesnių molekulių susidarymą. Šiuo prielaida pagrįsta „pirmapradės sriuba“.

„Miller“ ir „Pasteur“ rezultatų suderinimas

Vadovaudamiesi ankstesniuose skyriuose aptartos idėjos tvarka, Pasteur'o eksperimentai parodė, kad gyvenimas nėra kilęs iš inertinių medžiagų, o Millerio ir Urey'o įrodymai rodo, kad tai vyksta, bet molekuliniu lygiu.

Siekiant suderinti abu rezultatus, reikia nepamiršti, kad Žemės atmosferos sudėtis šiandien visiškai skiriasi nuo prebiotinės atmosferos.

Dabartinėje atmosferoje esantis deguonis veiktų kaip formuojančių molekulių „naikintuvas“. Taip pat turime atsižvelgti į tai, kad energijos šaltiniai, kurie tariamai skatino organinių molekulių susidarymą, nebeturi su prebiotinės aplinkos dažnumu ir intensyvumu.

Visi Žemėje esantys gyvenimo būdai susideda iš didelių struktūrinių blokų ir biomolekulių, vadinamųjų baltymų, nukleino rūgščių ir lipidų. Su jais galite „kurti“ dabartinio gyvenimo pagrindą: ląsteles.

Ląstelėje gyvenimas yra nuolatinis, ir šiuo principu Pasteur pats tvirtina, kad kiekviena gyva būtybė turi būti kilusi iš kito.

RNR pasaulis

Autokatalizės vaidmuo abiogenezės metu yra labai svarbus, todėl viena iš garsiausių hipotezių apie gyvenimo kilmę yra RNR pasaulio pasaulis, kuris postuluoja pradžią nuo paprastų grandinių molekulių, turinčių savarankišką replikaciją.

Ši RNR sąvoka leidžia manyti, kad pirmieji biokatalizatoriai nebuvo baltymų prigimties molekulės, bet RNR molekulės - arba panašus į šį polimerą - su katalizatoriumi.

Ši prielaida grindžiama trumpų fragmentų sintezės RNR savybėmis, panaudojant grūdinimą, kuris nukreipia procesą, be to, skatina peptidų, esterių ir glikozidinių ryšių susidarymą.

Pagal šią teoriją, protėvių RNR buvo susieta su kai kuriais kofaktoriais, tokiais kaip metalai, pirimidinai ir aminorūgštys. Iš anksto ir didėjant metabolizmo sudėtingumui atsiranda gebėjimas susintetinti polipeptidus.

Evoliucijos metu RNR buvo pakeista chemiškai stabiliomis molekulėmis: DNR.

Dabartinės gyvenimo kilmės sampratos

Šiuo metu įtariama, kad gyvenimas atsirado dėl ekstremalių scenarijų: vandenyno zonos netoli vulkaninių kaminų, kur temperatūra gali siekti 250 ° C, o atmosferos slėgis viršija 300 atmosferų.

Šis įtarimas kyla dėl šių priešiškų regionų randamų gyvybės formų įvairovės ir šis principas vadinamas „karšto pasaulio teorija“.

Šią aplinką kolonizavo arabakterijos, organizmai, galintys augti, vystytis ir atgaminti ekstremaliose aplinkose, tikriausiai labai panašūs į prebiotines sąlygas (įskaitant mažą deguonies koncentraciją ir didelį CO _{2 kiekį} ).

Šių aplinkos šiluminis stabilumas, apsauga nuo staigių pokyčių ir pastovus dujų srautas yra kai kurie teigiami požymiai, dėl kurių jūros dugnas ir vulkaniniai dūmtraukiai yra tinkama aplinka gyvenimo kilmei.

Terminai biogenezė ir abiogenesis

1974 m. Žinomas mokslininkas Carl Sagan paskelbė straipsnį, kuriame paaiškinama, kaip vartojami terminai biogenezė ir abiogenesis. Pasak Sagano, abu terminai buvo piktnaudžiauja straipsniuose, susijusiuose su pirmųjų gyvų formų kilmės paaiškinimais.

Tarp šių klaidų yra vartoti terminą „biogenezė“ kaip savo antonimą. Tai reiškia, kad biogenezė apibūdinama gyvybės kilme iš kitų gyvų formų, o abiogenesis - gyvybės kilmę iš negyvų medžiagų.

Šiuo požiūriu laikoma, kad šiuolaikinis biocheminis kelias yra biogeninis, o prebiologinis metabolinis kelias yra abiogeninis. Todėl būtina atkreipti ypatingą dėmesį į abiejų terminų naudojimą.