Plik abiogeneza odnosi się do szeregu procesów i etapów, które zapoczątkowały pierwsze formy życia na Ziemi, począwszy od obojętnych bloków monomerycznych, które z upływem czasu zwiększały swoją złożoność. W świetle tej teorii życie powstało z nieożywionych cząsteczek w odpowiednich warunkach..
Jest prawdopodobne, że po stworzeniu przez abiogenezę prostych systemów życia, biologiczna ewolucja doprowadziła do powstania wszystkich złożonych form życia, które istnieją obecnie..
Niektórzy badacze uważają, że procesy abiogenezy musiały wystąpić przynajmniej raz w historii Ziemi, aby dać początek hipotetycznemu organizmowi LUCA lub ostatnim powszechnemu wspólnemu przodkowi (od akronimu w języku angielskim, ostatni powszechny wspólny przodek), około 4 miliardy lat temu.
Sugeruje się, że LUCA musiał posiadać kod genetyczny oparty na cząsteczce DNA, która ze swoimi czterema zasadami pogrupowanymi w tryplety koduje 20 typów aminokwasów tworzących białka. Naukowcy próbujący zrozumieć pochodzenie życia badają procesy abiogenezy, które dały początek LUCA.
Odpowiedź na to pytanie była szeroko kwestionowana i często spowita mgłą tajemnicy i niepewności. Z tego powodu setki biologów zaproponowało szereg teorii, od pojawienia się pierwotnej zupy po wyjaśnienia związane z ksenobiologią i astrobiologią..
Indeks artykułów
Teoria abiogenezy opiera się na procesie chemicznym, w wyniku którego z martwych prekursorów wyłoniły się najprostsze formy życia.
Zakłada się, że proces abiogenezy zachodził w sposób ciągły, w przeciwieństwie do poglądu na nagłe pojawienie się w szczęśliwym przypadku. Zatem teoria ta zakłada istnienie kontinuum między materią nieożywioną a pierwszymi żywymi systemami..
Podobnie sugeruje się serię różnych scenariuszy, w których początek życia może nastąpić z cząsteczek nieorganicznych. Ogólnie środowiska te są ekstremalne i różnią się od obecnych warunków na Ziemi..
Te domniemane warunki prebiotyczne są zwykle odtwarzane w laboratorium w celu próby wytworzenia cząsteczek organicznych, takich jak słynny eksperyment Millera i Urey'a..
Pochodzenie życia było jednym z najbardziej kontrowersyjnych tematów dla naukowców i filozofów od czasów Arystotelesa. Według tego ważnego myśliciela rozkładająca się materia mogła zostać przekształcona w żywe zwierzęta dzięki spontanicznemu działaniu przyrody..
Abiogenezę w świetle myśli Arystotelesa można podsumować 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.
Najwybitniejsze teorie, zarówno z historycznego, jak i naukowego punktu widzenia, które starały się wyjaśnić pochodzenie pierwszych żywych systemów, zostaną opisane poniżej:
Na początku XVII wieku postulowano, że formy życia mogą wyłonić się z martwych elementów. Teoria spontanicznego generowania była szeroko akceptowana przez myślicieli tamtych czasów, ponieważ miała poparcie Kościoła katolickiego. W ten sposób żywe istoty mogą kiełkować zarówno od swoich rodziców, jak iz materii nieożywionej.
Do najbardziej znanych przykładów wykorzystanych na poparcie tej teorii należą robaki i inne owady w rozłożonym mięsie, żaby, które pojawiły się z błota i myszy, które wyłoniły się z brudnych ubrań i potu..
W rzeczywistości istniały przepisy obiecujące stworzenie żywych zwierząt. Na przykład, aby stworzyć myszy z materii nieożywionej, ziarna pszenicy musiały być łączone z brudną odzieżą w ciemnym otoczeniu, a żywe gryzonie pojawiały się w ciągu dni..
Zwolennicy tej mieszanki argumentowali, że ludzki pot na ubraniu i fermentacja pszenicy były czynnikami kierującymi formowaniem się życia..
W XVII wieku zaczęto dostrzegać wady i luki w stwierdzeniach teorii spontanicznego pokolenia. Dopiero w 1668 roku włoski fizyk Francesco Redi opracował odpowiedni projekt eksperymentalny, aby go odrzucić..
W swoich kontrolowanych eksperymentach Redi umieszczała drobno pokrojone kawałki mięsa zawinięte w muślin w sterylnych pojemnikach. Te słoiki były odpowiednio przykryte gazą, aby nic nie mogło wejść w kontakt z mięsem. Ponadto eksperyment obejmował kolejną serię słoików, które nie były zakorkowane..
W ciągu dni robaki obserwowano tylko w słoikach, które były odkryte, ponieważ muchy mogły swobodnie wchodzić i składać jaja. W przypadku słoików zakrytych jaja układano bezpośrednio na gazie.
Podobnie badacz Lazzaro Spallanzani opracował serię eksperymentów, aby odrzucić przesłanki spontanicznego generowania. Aby to zrobić, zrobił serię bulionów, które poddał przedłużonemu gotowaniu, aby zniszczyć wszelkie mikroorganizmy, które będą tam zamieszkiwać..
Jednak zwolennicy spontanicznego wytwarzania twierdzili, że ilość ciepła, na jakie narażone były wina, była nadmierna i niszczyła „siłę życiową”.
Później, w 1864 roku, francuski biolog i chemik Louis Pasteur postanowił położyć kres postulatom spontanicznego rodzenia się..
Aby osiągnąć ten cel, Pasteur wyprodukował szklane pojemniki znane jako „kolby na gęsiej szyjce”, ponieważ były długie i zakrzywione na końcach, zapobiegając w ten sposób przedostawaniu się jakichkolwiek mikroorganizmów..
W tych pojemnikach Pasteur ugotował serię bulionów, które pozostały sterylne. Kiedy jeden z nich został złamany, został on zanieczyszczony i mikroorganizmy rozmnażały się w krótkim czasie.
Dowody dostarczone przez Pasteura były niepodważalne i zdołały obalić teorię, która przetrwała ponad 2500 lat..
Na początku XX wieku szwedzki chemik Svante Arrhenius napisał książkę zatytułowaną „Tworzenie światów„W którym zasugerował, że życie przybywa z kosmosu za pomocą zarodników odpornych na ekstremalne warunki.
Logicznie rzecz biorąc, teoria panspermii była otoczona wieloma kontrowersjami, poza tym, że tak naprawdę nie wyjaśniała pochodzenia życia.
Badając eksperymenty Pasteura, jednym z pośrednich wniosków płynących z jego dowodów jest to, że mikroorganizmy rozwijają się tylko z innych, to znaczy życie może pochodzić tylko z życia. Zjawisko to nazwano „biogenezą”.
Zgodnie z tą perspektywą wyłoniłyby się teorie ewolucji chemicznej, kierowane przez Rosjanina Aleksandra Oparina i Anglika Johna D. S. Haldane'a.
Pogląd ten, zwany także teorią chemosyntezy Oparina-Haldana, sugeruje, że w środowisku prebiotycznym Ziemia miała atmosferę pozbawioną tlenu i bogatą w parę wodną, metan, amoniak, dwutlenek węgla i wodór, a więc była wysoce redukcyjna..
W tym środowisku występowały różne siły, takie jak wyładowania elektryczne, promieniowanie słoneczne i radioaktywność. Siły te działały na związki nieorganiczne, powodując powstanie większych cząsteczek, tworząc cząsteczki organiczne znane jako związki prebiotyczne..
W połowie lat pięćdziesiątych XX wieku badaczom Stanleyowi L. Millerowi i Haroldowi C. Ureyowi udało się stworzyć genialny system symulujący domniemane starożytne warunki panujące na Ziemi zgodnie z teorią Oparina-Haldane'a..
Stanley i Urey odkryli, że w tych „prymitywnych” warunkach z prostych związków nieorganicznych mogą powstać złożone, niezbędne do życia cząsteczki organiczne, takie jak między innymi aminokwasy, kwasy tłuszczowe, mocznik..
Chociaż wyżej wymienione eksperymenty sugerują prawdopodobny sposób, w jaki powstały biocząsteczki, które są częścią żywych systemów, nie sugerują one żadnego wyjaśnienia procesu polimeryzacji i zwiększonej złożoności..
Istnieje kilka modeli, które próbują wyjaśnić to pytanie. Pierwsza obejmuje stałe powierzchnie mineralne, na których duża powierzchnia i krzemiany mogą działać jako katalizatory dla cząsteczek węgla..
Głęboko w oceanie kominy hydrotermalne są odpowiednim źródłem katalizatorów, takich jak żelazo i nikiel. Zgodnie z eksperymentami laboratoryjnymi metale te biorą udział w reakcjach polimeryzacji.
Wreszcie w rowach oceanicznych znajdują się gorące stawy, które w wyniku procesów parowania mogą sprzyjać koncentracji monomerów, sprzyjając tworzeniu się bardziej złożonych cząsteczek. Hipoteza „pierwotnej zupy” opiera się na tym założeniu..
Zgodnie z kolejnością pomysłów omówionych w poprzednich rozdziałach, mamy, że eksperymenty Pasteura potwierdziły, że życie nie powstaje z materiałów obojętnych, podczas gdy dowody Millera i Urey wskazują, że tak, ale na poziomie molekularnym.
Aby pogodzić oba wyniki, należy pamiętać, że dzisiejszy skład atmosfery ziemskiej jest zupełnie inny od atmosfery prebiotycznej..
Tlen obecny w obecnej atmosferze działałby jako „niszczyciel” tworzących się cząsteczek. Należy również wziąć pod uwagę, że źródła energii, które rzekomo napędzały powstawanie cząsteczek organicznych, nie są już obecne z częstotliwością i intensywnością środowiska prebiotycznego..
Wszystkie formy życia obecne na Ziemi składają się z zestawu bloków strukturalnych i dużych biocząsteczek, zwanych białkami, kwasami nukleinowymi i lipidami. Za ich pomocą możesz „uzbroić” podstawę obecnego życia: komórki.
W komórce życie jest uwiecznione i na tej zasadzie Pasteur opiera się na stwierdzeniu, że każda żywa istota musi pochodzić z innego, istniejącego wcześniej.
Rola autokatalizy podczas abiogenezy jest kluczowa, dlatego jedną z najsłynniejszych hipotez dotyczących pochodzenia życia jest świat RNA, który postuluje start od cząsteczek jednołańcuchowych o zdolności do samoreplikacji..
To pojęcie RNA sugeruje, że pierwsze biokatalizatory nie były cząsteczkami o charakterze białkowym, ale raczej cząsteczkami RNA - lub podobnym do niego polimerem - ze zdolnością do katalizowania..
Założenie to opiera się na zdolności RNA do syntetyzowania krótkich fragmentów za pomocą wyżarzania, które kieruje procesem, oprócz promowania tworzenia peptydów, estrów i wiązań glikozydowych..
Zgodnie z tą teorią rodowe RNA było związane z niektórymi kofaktorami, takimi jak metale, pirymidyny i aminokwasy. Wraz z postępem i rosnącą złożonością metabolizmu powstaje zdolność do syntezy polipeptydów..
W toku ewolucji RNA zostało zastąpione bardziej stabilną chemicznie cząsteczką: DNA..
Obecnie podejrzewa się, że życie powstało w skrajnym scenariuszu: obszary oceaniczne w pobliżu otworów wulkanicznych, gdzie temperatura może osiągnąć 250 ° C, a ciśnienie atmosferyczne przekracza 300 atmosfer.
Podejrzenie to wynika z różnorodności form życia występujących w tych wrogich regionach, a zasada ta jest znana jako „teoria gorącego świata”.
Środowiska te zostały skolonizowane przez archebakterie, organizmy zdolne do wzrostu, rozwoju i rozmnażania się w ekstremalnych środowiskach, prawdopodobnie bardzo podobnych do warunków prebiotycznych (w tym niskie stężenia tlenu i wysokie poziomy CO.dwa).
Stabilność termiczna tych środowisk, ochrona, jaką zapewniają one przed nagłymi zmianami i stały przepływ gazów to tylko niektóre z pozytywnych cech, które sprawiają, że dno morskie i wulkaniczne otwory wentylacyjne są odpowiednimi środowiskami do powstania życia..
W 1974 roku znany badacz Carl Sagan opublikował artykuł wyjaśniający zastosowanie terminów biogeneza i abiogeneza. Według Sagana oba terminy zostały błędnie użyte w artykułach dotyczących wyjaśnienia pochodzenia pierwszych form żywych..
Wśród tych błędów jest używanie terminu biogeneza jako własnego antonimu. Oznacza to, że biogeneza jest używana do opisu pochodzenia życia, począwszy od innych form żywych, podczas gdy abiogeneza odnosi się do pochodzenia życia z materii nieożywionej..
W tym sensie współczesny szlak biochemiczny jest uważany za biogenny, a prebiologiczny szlak metaboliczny jest abiogenny. Dlatego należy zwrócić szczególną uwagę na użycie obu terminów..
Jeszcze bez komentarzy