Hlavné teórie abiogenézy



 abiogeneze Vzťahuje sa na sériu procesov a krokov, ktoré vznikli na prvých formách života na Zemi, počínajúc inertnými monomérnymi blokmi, ktoré sa časom podarilo zvýšiť ich zložitosť. Vo svetle tejto teórie vznikol život z neživých molekúl za vhodných podmienok.

Je pravdepodobné, že po abiogenéze vzniknú jednoduché životné systémy, biologická evolúcia bude pôsobiť tak, aby viedla k vzniku všetkých zložitých foriem života, ktoré existujú dnes..

Niektorí výskumníci sa domnievajú, že procesy abiogenézy sa mali objaviť aspoň raz v dejinách Zeme, aby vznikol hypotetický organizmus LUCA alebo posledný všeobecný spoločný predok (skratiek v angličtine)., posledný univerzálny spoločný predok), asi pred 4 miliardami rokov.

Predpokladá sa, že LUCA by mala mať genetický kód založený na molekule DNA, ktorá so svojimi štyrmi bázami zoskupenými v trojiciach, kodifikovaná pre 20 typov aminokyselín, ktoré tvoria proteíny. Výskumníci sa snažia pochopiť pôvod života študovať procesy abiogenézy, ktorá viedla k LUCA.

Odpoveď na túto otázku bola široko spochybnená a je často zakrytá hmlou tajomstva a neistoty. Z tohto dôvodu stovky biológov navrhli sériu teórií, ktoré zahŕňajú od vzniku prvotnej polievky po vysvetlenia týkajúce sa xenobiológie a astrobiológie..

index

  • 1 Z čoho sa skladá??
  • 2 Pôvod života: teórie
    • 2.1 Teória spontánnej generácie
    • 2.2 Odmietnutie spontánnej generácie
    • 2.3 Príspevky z Pasteuru
    • 2.4 Panspermia    
    • 2.5 Chemosyntetická teória
    • 2.6 Experiment Miller a Urey
    • 2.7 Tvorba polyméru
    • 2.8 Zosúladenie výsledkov Millera a Pasteura
    • 2.9 Svet RNA
  • 3 Súčasné koncepcie vzniku života
  • 4 Pojmy biogenéza a abiogenéza
  • 5 Referencie

Z čoho sa skladá??

Teória abiogenézy je založená na chemickom procese, ktorým sa z životných prekurzorov objavili jednoduchšie formy života.

Predpokladá sa, že proces abiogenézy sa vyskytoval nepretržite, na rozdiel od náhleho vzhľadu vzhľadu v prípade šťastia. Táto teória teda predpokladá existenciu kontinua medzi neživou hmotou a prvými živými systémami.

Podobne sa navrhuje rad rôznych scenárov, kde by začiatok života mohol začať z anorganických molekúl. Vo všeobecnosti sú tieto prostredia extrémne a odlišné od súčasných podmienok na Zemi.

Tieto údajné prebiotické stavy sa často reprodukujú v laboratóriu, aby sa pokúsili vytvoriť organické molekuly, ako napríklad slávny experiment Miller a Urey.

Pôvod života: teórie

Pôvod života bol jedným z najkontroverznejších tém vedcov a filozofov od čias Aristotela. Podľa tohto významného mysliteľa by sa rozkladajúca hmota mohla transformovať na zvieratá so životom vďaka spontánnemu pôsobeniu prírody.

Abiogenéza vo svetle Aristotelovho myslenia sa dá zhrnúť do jeho slávnej frázy omne vivum ex vivo, čo znamená "celý život pochádza zo života".

Ďalej sa pomerne veľký počet modelov, teórií a špekulácií snažil objasniť podmienky a procesy, ktoré viedli k vzniku života..

Nižšie popíšeme najvýznamnejšie teórie z historického a vedeckého hľadiska, ktoré sa snažili vysvetliť pôvod prvých živých systémov:

Teória spontánnej generácie

Na začiatku 17. storočia sa predpokladalo, že životné formy sa môžu objaviť z neživých prvkov. Teória spontánnej generácie bola široko akceptovaná mysliteľmi tej doby, keď mala podporu katolíckej cirkvi. Živé bytosti tak mohli klíčiť svojich rodičov aj neživú hmotu.

Medzi najznámejšie príklady používané na podporu tejto teórie je výskyt červov a iného hmyzu v rozloženom tele, žaby, ktoré sa objavili z bahna a myší, ktoré sa vynorili zo špinavého oblečenia a potu..

V skutočnosti tu boli recepty, ktoré sľúbili vytvorenie živých zvierat. Napríklad, aby sme boli schopní vytvoriť myši z neživého materiálu, museli sme kombinovať zrná pšenice so špinavým oblečením v tmavom prostredí a pri prechode dní sa objavili živé hlodavce..

Zástancovia tejto zmesi tvrdili, že ľudské potenie v odevoch a fermentácia pšenice boli činiteľmi, ktoré usmerňovali tvorbu života..

Refutácia spontánnej generácie

V sedemnástom storočí sa začali objavovať nedostatky a medzery vo vyjadreniach teórie spontánnej generácie. Až v roku 1668 vymyslel taliansky fyzik Francesco Redi primeraný experimentálny návrh, aby ho odmietol.

V kontrolovaných experimentoch Redi umiestnila jemne krájané kúsky mäsa zabalené do mušelínu v sterilných nádobách. Tieto nádoby boli riadne zakryté gázou, takže s mäsom nemohlo prísť do styku. Okrem toho experiment povedal s ďalšou sérií fliaš, ktoré neboli zakryté.

S uplynutými dňami boli červy pozorované len v nádobách, ktoré boli objavené, pretože muchy mohli voľne vstupovať a ukladať vajcia. V prípade uzáverov sa vajíčka umiestnili priamo na gázu.

Podobne výskumník Lazzaro Spallanzani vyvinul sériu experimentov na odmietnutie priestorov spontánnej generácie. Za týmto účelom vypracoval sériu vývarov, ktoré podrobil dlhodobému varu, aby zničil akýkoľvek mikroorganizmus, ktorý tam bude žiť.

Zástancovia spontánnej generácie však tvrdili, že množstvo tepla, ktorému boli vývary vystavené, bolo nadmerné a zničilo "životnú silu"..

Príspevky z Pasteuru

Neskôr, v roku 1864 sa francúzsky biológ a chemik Louis Pasteur rozhodol ukončiť postuláty spontánnej generácie.

Na splnenie tohto cieľa, Pasteur vyrobil sklenené nádoby známe ako "labutia krky", pretože boli dlhé a zakrivené v špičkách, čím sa zabránilo vstupu akéhokoľvek mikroorganizmu..

V týchto nádobách Pasteur uvaril sériu bujónov, ktoré zostali sterilné. Keď sa zlomil jeden z nich, znečistil sa a mikroorganizmy sa v krátkom čase množili.

Dôkazy, ktoré poskytol Pasteur, boli nezvratné a podarilo sa mu strhnúť teóriu, ktorá trvala viac ako 2500 rokov..

panspermie    

Začiatkom 20. storočia napísal švédsky chemik Svante Arrhenius knihu s názvom "Vytvorenie svetov„V ktorom navrhol, že život prišiel z vesmíru cez spory odolné voči extrémnym podmienkam.

Logicky, teória panspermie bola obklopená mnohými kontroverziami, okrem toho, že skutočne neposkytovala vysvetlenie pôvodu života..

Chemosyntetická teória

Pri skúmaní Pasteurových experimentov je jedným z nepriamych záverov jeho dôkazov, že mikroorganizmy sa vyvíjajú len od iných, to znamená, že život môže pochádzať len zo života. Tento jav sa nazýval "biogenéza".

Po tejto perspektíve by sa objavili teórie chemického vývoja, ktoré by viedli ruský Alexander Oparin a Angličan John D. S. Haldane.

Táto vízia, nazývaná aj chemosyntetická teória Oparin-Haldane, navrhuje, aby v prebiotickom prostredí mala Zem atmosféru bez kyslíka a vysokú vodnú paru, metán, amoniak, oxid uhličitý a vodík.. 

V tomto prostredí boli rôzne sily, ako sú elektrické výboje, slnečné žiarenie a rádioaktivita. Tieto sily pôsobili na anorganické zlúčeniny, čo viedlo k vzniku väčších molekúl, čím sa vytvorili organické molekuly známe ako prebiotické zlúčeniny.

Miller a Urey experiment

V polovici päťdesiatych rokov sa výskumníkom Stanley L. Millerovi a Haroldovi C. Ureyovi podarilo vytvoriť dômyselný systém, ktorý simuloval predpokladané predkovské podmienky atmosféry na Zemi podľa teórie Oparin-Haldane.

Stanley a Urey dokázali, že za týchto "primitívnych" podmienok môžu jednoduché anorganické zlúčeniny vytvárať komplexné organické molekuly, ktoré sú nevyhnutné pre život, ako sú napríklad aminokyseliny, mastné kyseliny, močovina..

Tvorba polyméru

Hoci vyššie uvedené experimenty naznačujú hodnoverný spôsob, ktorým vznikli biomolekuly, ktoré sú súčasťou živých systémov, nenavrhujú žiadne vysvetlenie procesu polymerizácie a zvyšovania komplexnosti..

Existuje niekoľko modelov, ktoré sa snažia objasniť túto otázku. Prvý sa týka pevných minerálnych povrchov, kde zvýšená povrchová plocha a silikáty môžu pôsobiť ako katalyzátory pre molekuly uhlíka.

V hĺbkach oceánov sú hydrotermálne prieduchy vhodným zdrojom katalyzátorov, ako je železo a nikel. Podľa experimentov v laboratóriách sa tieto kovy podieľajú na polymerizačných reakciách.

Nakoniec, v jamách oceánov sa nachádzajú horúce rybníky, ktoré by pri odparovacích procesoch mohli uprednostňovať koncentráciu monomérov, čím by sa podporila tvorba zložitejších molekúl. V tomto predpoklade je založená hypotéza "prvotnej polievky".

Zosúladenie výsledkov Millera a Pasteura

Podľa poradia myšlienky diskutovanej v predchádzajúcich častiach máme Pasteurove experimenty, ktoré dokázali, že život nevzniká z inertných materiálov, zatiaľ čo dôkazy Millera a Ureyho naznačujú, že ak sa vyskytne, ale na molekulárnej úrovni.

Aby sme mohli zladiť oba výsledky, je potrebné mať na pamäti, že zloženie zemskej atmosféry je dnes úplne odlišné od prebiotickej atmosféry..

Kyslík prítomný v súčasnej atmosfére by fungoval ako "ničiteľ" molekúl vo formácii. Je tiež potrebné zvážiť, že zdroje energie, ktoré údajne podporovali tvorbu organických molekúl, už nie sú prítomné s frekvenciou a intenzitou prebiotického prostredia..

Všetky formy života prítomné na Zemi sa skladajú zo súboru veľkých štruktúrnych blokov a biomolekúl, nazývaných proteíny, nukleové kyseliny a lipidy. S nimi môžete "stavať" základ súčasného života: bunky.

V bunke je život zachovaný a na tomto princípe sa Pasteur zakladá na tvrdení, že každá živá bytosť musí pochádzať z inej existujúcej bytosti..

RNA svet

Úloha autokatalýzy počas abiogenézy je kľúčová, preto jedna z najznámejších hypotéz o pôvode života je RNA sveta, ktorý postuluje začiatok z jednoduchých reťazcových molekúl so schopnosťou samo-replikácie..

Tento pojem RNA naznačuje, že prvé biokatalyzátory neboli molekuly proteínovej povahy, ale molekuly RNA - alebo polymér podobný tomuto - so schopnosťou vykonávať katalýzu.

Tento predpoklad je založený na vlastnostiach RNA syntetizovať krátke fragmenty použitím temperovania, ktoré riadi proces, okrem podpory tvorby peptidov, esterov a glykozidových väzieb..

Podľa tejto teórie bola predková RNA asociovaná s niektorými kofaktormi, ako sú kovy, pyrimidíny a aminokyseliny. S pokrokom a zvýšením komplexnosti metabolizmu vzniká schopnosť syntetizovať polypeptidy.

V priebehu evolúcie bola RNA nahradená chemicky stabilnejšou molekulou: DNA.

Súčasné koncepcie vzniku života

V súčasnosti existuje podozrenie, že život vznikol v extrémnom scenári: oceánske oblasti v blízkosti sopečných komínov, kde teploty môžu dosiahnuť 250 ° C a atmosférický tlak presahuje 300 atmosfér..

Toto podozrenie vzniká z dôvodu rôznorodosti foriem života nachádzajúcich sa v týchto nepriateľských oblastiach a tento princíp je známy ako "teória horúceho sveta"..

Tieto prostredia boli kolonizované archaebaktériami, organizmami, ktoré sú schopné rásť, vyvíjať sa a rozmnožovať sa v extrémnych prostrediach, pravdepodobne veľmi podobné podmienkam prebiotík (vrátane nízkych koncentrácií kyslíka a vysokých hladín CO).2).

Tepelná stabilita týchto prostredí, ochrana, ktorú poskytujú proti náhlym zmenám a konštantný tok plynov, sú niektoré z pozitívnych vlastností, ktoré robia z morského dna a vulkanických komínov vhodné prostredie pre vznik života..

Pojmy biogenéza a abiogenéza

V roku 1974 publikoval renomovaný výskumník Carl Sagan článok objasňujúci použitie pojmov biogenéza a abiogenéza. Podľa Sagana boli oba pojmy zneužité v článkoch týkajúcich sa vysvetlení pôvodu prvých živých foriem.

Medzi tieto chyby sa používa pojem biogenéza ako vlastný antonym. To znamená, že biogenéza sa používa na opis pôvodu života z iných živých foriem, zatiaľ čo abiogenéza odkazuje na pôvod života z neživej hmoty..

V tomto zmysle je súčasná biochemická cesta považovaná za biogénnu a prebiologická metabolická dráha je abiogénna. Preto je potrebné venovať osobitnú pozornosť použitiu oboch pojmov.

referencie

  1. Bergman, J. (2000). Prečo je abiogenéza nemožná. Štvrťročná výskumná spoločnosť, 36(4).
  2. Pross, A., & Pascal, R. (2013). Pôvod života: čo vieme, čo vieme a čo nikdy nepoznáme. Otvorená biológia, 3(3), 120190.
  3. Sadava, D., & Purves, W. H. (2009). Život: veda o biológii. Panamericana Medical.
  4. Sagan, C. (1974). Pojmy „biogenéza“ a „abiogenéza“. Pôvody života a evolúcia biosfér, 5(3), 529-529.
  5. Schmidt, M. (2010). Xenobiológia: nová forma života ako konečný nástroj biologickej bezpečnosti. Bioessays, 32(4), 322-331.
  6. Serafino, L. (2016). Abiogenéza ako teoretická výzva: Niektoré úvahy. jourteoretickej biológie, 402, 18-20.