Основні теорії абіогенезу



The абіогенез Це відноситься до ряду процесів і кроків, що виникли першими формами життя на Землі, починаючи з інертних мономерних блоків, які з часом вдалося збільшити їх складність. У світлі цієї теорії життя виникла з неживих молекул, за відповідних умов.

Цілком імовірно, що після того, як абіогенез створив прості життєві системи, біологічна еволюція призведе до виникнення всіх складних форм життя, які існують сьогодні..

Деякі дослідники вважають, що процеси абіогенезу повинні були відбуватися хоча б один раз в історії Землі, щоб дати початок гіпотетичному організму LUCA або останньому універсальному спільному предку (скорочень англійською мовою), останній універсальний спільний предок), близько 4 мільярдів років тому.

Передбачається, що LUCA повинна мати генетичний код на основі молекули ДНК, яка з чотирма базами групується в триплети, кодифікованих для 20 типів амінокислот, які утворюють білки. Дослідники, які намагаються зрозуміти походження життя, вивчають процеси абіогенезу, що породили LUCA.

Відповідь на це запитання широко ставиться під сумнів і часто висвітлюється в тумані таємниці і невизначеності. З цієї причини сотні біологів запропонували ряд теорій, які включають від виникнення первинного супу до пояснень, пов'язаних з ксенобіологією та астробіологією..

Індекс

  • 1 З чого він складається??
  • 2 Походження життя: теорії
    • 2.1 Теорія самозародження
    • 2.2 Спростування спонтанного покоління
    • 2.3 Внески Пастера
    • 2.4 Панспермія    
    • 2.5. Хемосинтетична теорія
    • 2.6 Експеримент Міллера і Урі
    • 2.7 Утворення полімерів
    • 2.8 Узгодження результатів Міллера та Пастера
    • 2.9 Світ РНК
  • 3 Сучасні уявлення про походження життя
  • 4 Умови біогенезу і абіогенезу
  • 5 Посилання

З чого вона складається??

Теорія абіогенезу ґрунтується на хімічному процесі, за допомогою якого виникають більш прості форми життя з неживих попередників.

Передбачається, що процес абіогенезу відбувався безперервно, на відміну від виникнення погляду раптово в події удачі. Таким чином, ця теорія передбачає існування континууму між неживою речовиною і першими живими системами.

Також пропонується ряд різноманітних сценаріїв, де початок життя може починатися з неорганічних молекул. Взагалі ці середовища є надзвичайними і відрізняються від сучасних умов земної кулі.

Ці передбачувані пребіотичні умови часто відтворюються в лабораторії, щоб спробувати створити органічні молекули, такі як знаменитий експеримент Міллера і Урі..

Походження життя: теорії

Походження життя було однією з найбільш суперечливих тем вчених і філософів з часів Аристотеля. Відповідно до цього важливого мислителя, розкладаюча матерія може бути перетворена на тварин з життям завдяки спонтанним діям природи.

Абіогенез у світлі аристотелевської думки може бути узагальнений у його знаменитій фразі omne vivum ex vivo, що означає "все життя приходить з життя".

Далі досить велика кількість моделей, теорій і спекуляцій намагалися з'ясувати умови і процеси, що призвели до виникнення життя \ t.

Нижче ми опишемо найбільш видатні теорії, як з історичної, так і з наукової точки зору, які намагалися пояснити походження перших живих систем:

Теорія самозародження

На початку 17-го століття постулювалося, що форми життя можуть виникнути з неживих елементів. Теорія спонтанного покоління була широко прийнята мислителями того часу, оскільки мала підтримку католицької церкви. Таким чином, живі істоти могли проростати як своїх батьків, так і неживу речовину.

Серед найбільш відомих прикладів, що використовуються для підтримки цієї теорії, є поява черв'яків та інших комах у розкладеному м'ясі, жаби, що з'явилися з грязі та мишей, що виникли з брудного одягу та поту..

Фактично існували рецепти, які обіцяли створення живих тварин. Наприклад, щоб мати можливість створювати мишей з неживого матеріалу, ми повинні були об'єднати зерна пшениці з брудним одягом в темному середовищі і з настанням днів з'являються живі гризуни..

Прихильники цієї суміші стверджували, що людський піт в одязі і ферментація пшениці були агентами, які спрямовували формування життя.

Спростування спонтанного покоління

У сімнадцятому столітті стали помічати недоліки і прогалини у висловлюваннях теорії спонтанного покоління. Тільки до 1668 року італійський фізик Франческо Реді розробив адекватну експериментальну конструкцію, щоб відхилити її.

У контрольованих експериментах Реді поміщали дрібно нарізані шматки м'яса, загорнуті в муслін у стерильні контейнери. Ці банки були належним чином покриті марлею, так що нічого не могло вступати в контакт з м'ясом. Крім того, в експерименті розповіли з ще однією серією пляшок, які не були покриті.

З днями черв'яки спостерігалися лише в розкритих баночках, оскільки мухи могли вільно входити і відкладати яйця. У випадку закритих банок яйця поміщали безпосередньо на марлю.

Так само дослідник Лазаро Спалланцані розробив серію експериментів, щоб відкинути приміщення спонтанного покоління. Для цього він розробив серію бульйонів, які він піддав тривалому кипінню, щоб знищити будь-який мікроорганізм, який буде там жити..

Однак прихильники спонтанного покоління стверджували, що кількість тепла, до якого були піддані бульйони, було надмірним і знищило "життєву силу".

Внески Пастера

Пізніше, у 1864 році, французький біолог і хімік Луї Пастер вирішив покласти край постулатам самозародження.

Для досягнення цієї мети Пастер виготовив скляні контейнери, відомі як "лебідні шиї", оскільки вони були довгими і вигнутими на кінчиках, що перешкоджало введенню будь-якого мікроорганізму..

У цих контейнерах Пастер закипав ряд бульйонів, які залишилися стерильними. Коли шийка одного з них зламалася, вона стала забруднена, і мікроорганізми проліферували за короткий час.

Докази, надані Пастером, були незаперечними, що вдалося зірвати теорію, яка тривала понад 2500 років.

Панспермія    

На початку 1900-х років шведський хімік Сванте Арреніус написав книгу "Створення світівУ якому він припустив, що життя прийшло з космосу через спори, стійкі до екстремальних умов.

Логічно, що теорія панспермії була оточена великими суперечками, крім того, що вона насправді не давала пояснення походження життя \ t.

Хемосинтетична теорія

Досліджуючи експерименти Пастера, одним з непрямих висновків його доказів є те, що мікроорганізми розвиваються лише від інших, тобто життя може виходити тільки з життя. Це явище отримало назву "біогенез".

З цієї точки зору виникнуть теорії хімічної еволюції, очолювані російським Олександром Опаріним і англійцем Джоном Д.С..

Це бачення, яке також називається хемосинтетичною теорією Опаріна-Халдейна, припускає, що в пребіотичному середовищі Земля володіла атмосферою, що не володіє киснем, і має високий вміст водяної пари, метану, аміаку, вуглекислого газу та водню, тому він сильно знижував. 

У цьому середовищі існували різні сили, такі як електричні розряди, сонячна радіація і радіоактивність. Ці сили діяли на неорганічні сполуки, породжуючи великі молекули, створюючи органічні молекули, відомі як пребіотичні сполуки.

Експеримент Міллера і Юрі

У середині 1950-х років дослідники Стенлі Л. Міллер і Гарольд К. Юрі зуміли створити геніальну систему, яка змоделювала передбачувані предкові умови атмосфери на землі згідно з теорією Опарін-Халдейн..

Стенлі і Урі довели, що за таких «примітивних» умов прості неорганічні сполуки можуть походити з складних органічних молекул, незамінних для життя, таких як амінокислоти, жирні кислоти, сечовина..

Утворення полімерів

Хоча згадані раніше експерименти свідчать про вірогідний спосіб виникнення біомолекул, що входять до складу живих систем, вони не пропонують жодного пояснення процесу полімеризації і збільшення складності.

Є кілька моделей, які намагаються висвітлити це питання. Перша включає тверді мінеральні поверхні, де підвищена площа поверхні і силікати можуть виступати в якості каталізаторів для молекул вуглецю.

У глибинах океану гідротермальні вентиляційні отвори є відповідним джерелом каталізаторів, таких як залізо і нікель. За даними експериментів в лабораторіях, ці метали беруть участь у реакціях полімеризації.

Нарешті, в ямах океанів є гарячі ставки, які шляхом випаровування можуть сприяти концентрації мономерів, сприяючи утворенню більш складних молекул. У цьому припущенні заснована гіпотеза «первинного супу».

Узгодження результатів Міллера і Пастера

Слідуючи порядку ідеї, що обговорювалося в попередніх розділах, у нас є те, що експерименти Пастера довели, що життя не виникає з інертних матеріалів, тоді як свідчення Міллера і Юрі вказують на те, що якщо воно відбувається, але на молекулярному рівні.

Щоб примирити обидва результати, необхідно мати на увазі, що склад земної атмосфери сьогодні абсолютно відрізняється від пребіотичної атмосфери.

Кисень, присутній в поточній атмосфері, буде діяти як "руйнівник" молекул у формуванні. Необхідно також враховувати, що джерела енергії, які нібито сприяли утворенню органічних молекул, більше не присутні з частотою і інтенсивністю пребіотичного середовища..

Всі форми життя, присутні на Землі, складаються з набору великих структурних блоків і біомолекул, званих білками, нуклеїновими кислотами і ліпідами. З ними можна «побудувати» основу поточного життя: клітини.

У клітині продовжується життя, і на цьому принципі Пастер підкреслює, що кожна жива істота повинна походити з іншого.

Світ РНК

Важлива роль автокаталізу при абіогенезі, тому однією з найвідоміших гіпотез про походження життя є світ РНК, який постулює початок від простих ланцюгових молекул з здатністю до самовідтворення.

Це уявлення про РНК свідчить про те, що першими біокаталізаторами були не молекули білкової природи, а молекули РНК - або полімер, подібний до цього - з здатністю виконувати каталіз..

Це припущення засноване на властивості РНК синтезувати короткі фрагменти з використанням відпустки, що направляє процес, крім сприяння утворенню пептидів, складних ефірів і глікозидних зв'язків..

Згідно з цією теорією, родова РНК була пов'язана з деякими кофакторами, такими як метали, піримідини та амінокислоти. З прогресуванням і збільшенням складності в метаболізмі виникає здатність синтезувати поліпептиди.

В ході еволюції РНК була замінена більш хімічно стабільною молекулою: ДНК.

Сучасні уявлення про походження життя

В даний час підозрюється, що життя виникла в екстремальному сценарії: океанічні райони біля вулканічних труб, де температура може досягати 250 ° C, а атмосферний тиск перевищує 300 атмосфер.

Ця підозра виникає через різноманіття форм життя в цих ворожих регіонах, і цей принцип відомий як "гаряча теорія світу".

Ці середовища колонізувалися архебактеріями, організмами, здатними вирощувати, розвиватися і відтворюватися в екстремальних умовах, ймовірно, дуже схожі на пребіотичні умови (включаючи низькі концентрації кисню і високий рівень СО).2).

Термічна стабільність цих середовищ, захист від раптових змін і постійний потік газів є одними з позитивних ознак, які роблять морське дно і вулканічні димарі придатними середовищами для виникнення життя.

Умови біогенезу і абіогенезу

У 1974 році відомий дослідник Карл Саган опублікував статтю, що уточнює використання термінів біогенез і абіогенез. За словами Сагана, обидва терміни були неправильно використані в статтях, пов'язаних з поясненнями походження перших живих форм.

Серед цих помилок використовується термін біогенез як власний антонім. Тобто біогенез використовується для опису походження життя інших живих форм, тоді як абіогенез відноситься до походження життя з неживої речовини.

У цьому сенсі сучасний біохімічний шлях вважається біогенним, а пребіологічний метаболічний шлях є абіогенним. Тому необхідно звернути особливу увагу на використання обох термінів.

Список літератури

  1. Bergman, J. (2000). Чому абіогенез неможливий. Квартальне дослідження суспільства, 36(4).
  2. Pross, A., & Pascal, R. (2013). Походження життя: що ми знаємо, що знаємо і чого не дізнаємося. Відкрита біологія, 3(3), 120190.
  3. Sadava, D., & Purves, W.H. (2009). Життя: наука біології. Ed. Panamericana Medical.
  4. Саган, C. (1974). На термінах "біогенез" і "абіогенез". Витоки життя і еволюції біосфер, 5(3), 529-529.
  5. Шмідт, М. (2010). Ксенобіологія: нова форма життя як кінцевий інструмент біобезпеки. Біособи, 32(4), 322-331.
  6. Serafino, L. (2016). Абіогенез як теоретичний виклик: деякі роздуми. Jourтеоретичної біології, 402, 18-20.