Abiogeneze: Definice, teorie, důkazy a příklady

Zatímco Charles Darwin Teorie evoluce je o tom, jak se druhy mění, aby se přizpůsobily svému prostředí, neřeší otázku, jak život původně začal. V jednom okamžiku, jistě, když byla planeta ještě horká a roztavená, na Zemi nebyl žádný život, i když víme, že se život vyvinul později.

Otázkou je, jak vznikly rané formy života na Zemi?

Existuje několik teorií o tom, jak vznikly základní stavební kameny živých organismů. Mechanismus toho, jak se neživá hmota stala samoreplikující se živé organismy a pak složité formy života nejsou plně pochopeny.

Má určité mezery, ale abiogeneze se zabývá zajímavými koncepty a začíná vysvětlením.

Abiogeneze je přirozený proces, kterým živé organismy vznikly z neživých organických molekul. Jednoduché prvky kombinované za vzniku sloučenin; sloučeniny se staly strukturovanějšími a obsahovaly různé látky. Nakonec byly vytvořeny a spojeny jednoduché organické sloučeniny za vzniku komplexních molekul, jako jsou aminokyseliny.

Aminokyseliny jsou stavebními kameny bílkovin, které tvoří základ organických procesů. Aminokyseliny se mohly spojit a vytvořit proteinové řetězce. Tyto proteiny se mohly samy replikovat a tvořit základ pro jednoduché formy života.

Takový proces nemohl dnes na Zemi proběhnout, protože již neexistují nezbytné podmínky. Vytvoření organických molekul předpokládá přítomnost teplého bujónu, který obsahuje látky potřebné k tomu, aby se tyto organické molekuly mohly objevit.

Prvky a jednoduché sloučeniny, jako je vodík, uhlík, fosfáty a cukry, musí být přítomny společně. An zdroj energie, jako jsou ultrafialové paprsky nebo výboje blesku pomohlo by jim to pouto. Podmínky, jako je tento, mohly existovat před 3,5 miliony let, kdy se předpokládá, že začal život na Zemi. Abiogeneze podrobně popisuje mechanismy, jak k tomu mohlo dojít.

Související obsah: Louis Pasteur: Biografie, vynálezy, experimenty a fakta

Abiogeneze i spontánní generace naznačují, že život může pocházejí z neživé hmoty, ale podrobnosti o těchto dvou jsou zcela odlišné. Zatímco abiogeneze je platná teorie, která nebyla vyvrácena, spontánní generace je zastaralá víra, která se ukázala jako nesprávná.

Tyto dvě teorie se liší třemi hlavními způsoby. Teorie abiogeneze uvádí, že:

1. Abiogeneze stane se zřídka. Stalo se to nejméně jednou asi před 3,5 miliardami let a od té doby k tomu pravděpodobně nedošlo.
2. Abiogeneze vede k nejvíce primitivní formy života možný. Mohou to být stejně jednoduché jako replikace molekul proteinu.
3. Vyšší organismy rozvíjet se z těchto primitivních forem života.

Teorie spontánního generování uvádí, že:

1. Spontánní generace se stává často, dokonce i v moderní době. Například pokaždé, když maso necháte hnít, vytváří mouchy.
2. Spontánní generace dává vzniknout složité organismy jako jsou mouchy, zvířata a dokonce i lidé.
3. Vyšší organismy jsou výsledkem spontánní generace a oni nevyvíjejte se z jiných forem života.

Vědci dříve věřili v spontánní generaci, ale dnes už ani široká veřejnost nevěří, že mouchy pocházejí ze shnilého masa nebo myši pocházejí z odpadků. Někteří vědci se také ptají, zda je abiogeneze platnou teorií, ale nebyli schopni navrhnout lepší alternativu.

Jak mohl vzniknout život, poprvé navrhl ruský vědec Alexander Oparin v roce 1924 a nezávisle znovu britský biolog J.B.S. Haldane v roce 1929. Oba předpokládali, že na počátku Země bylo prostředí bohaté na amoniak, oxid uhličitý, vodík a uhlík, stavební kameny organických molekul.

Ultrafialové paprsky a blesk poskytovaly energii pro chemické reakce, které by těmto molekulám umožnily spojit se.

Typický řetězec reakcí by probíhal takto:

1. Prebiotická atmosféra s amoniakem, oxidem uhličitým a vodní párou.
2. Blesk vyrábí jednoduché organické sloučeniny, které spadají do roztoku v mělké vodě.
3. Sloučeniny dále reagují v a prebiotický vývar, tvořící aminokyseliny.
4. Aminokyseliny se spojují s peptidovými vazbami a tvoří se proteiny polypeptidového řetězce.
5. Proteiny se spojí do složitějších molekul, které mohou replikovat a metabolizovat jednoduché látky.
6. Vznikají složité molekuly a organické sloučeniny lipidové membrány kolem sebe a začnou se chovat jako živé buňky.

Zatímco teorie představovala konzistentní a důvěryhodné koncepty, ukázalo se, že některé kroky je obtížné provést v laboratorních podmínkách, které se pokoušely simulovat ty na rané Zemi.

Související obsah: Prvky nukleových kyselin

Na počátku padesátých let se americký postgraduální student Stanley Miller a jeho postgraduální poradce Harold Urey rozhodli otestovat teorii abiogeneze Oparin-Haldane obnovením raného prostředí Země. Smíchali jednoduché sloučeniny a prvky z teorie ve vzduchu a vypouštěli jiskry směsí.

Když analyzovali výsledné produkty chemické reakce, byli schopni detekovat aminokyseliny vytvořené během simulace. Tento důkaz, že první část teorie byla správná, podpořil pozdější experimenty, které se pokusily vytvořit replikační molekuly z aminokyselin. Tyto experimenty byly neúspěšné.

Následný výzkum zjistil, že prebiotická atmosféra rané Země měla pravděpodobně více kyslíku a méně dalších klíčových látek než vzorek použitý v experimentu Miller-Urey. To vedlo k otázce, zda jsou závěry stále platné.

Od té doby některé experimenty využívající složení korigované atmosféry také nalezly organické molekuly, jako jsou aminokyseliny, což podporuje původní závěry.

Související obsah: Přirozený výběr: Definice, Darwinova teorie, příklady a fakta

I když je prokázáno, že byly splněny podmínky pro generování jednoduchých organických sloučenin prebiotická Země, cesta k živým buňkám byla sporná. Existují tři možné způsoby, jak by se relativně jednoduché sloučeniny, jako jsou aminokyseliny, mohly nakonec stát soběstačným životem:

1. Nejprve replikace: Organické molekuly jsou stále složitější, dokud neobsahují segmenty DNA, které se mohou replikovat. Samoreplikující se molekuly rozvíjejí chování a metabolismus buněk.
2. Metabolismus první: Organické molekuly rozvíjejí schopnost udržovat se integrací a změnou látek ze svého okolí. Stávají se proto-buňkami a rozvíjejí schopnost replikace.
3. Svět RNA: Organické molekuly se stávají prekurzorovými segmenty RNA, které mohou vytvářet kopie molekul DNA. Rozvíjejí metabolismus a chování podobné buňkám současně.

Kroky od aminokyseliny byly vážným problémem a žádná z různých teoretických cest nebyla od května 2019 úspěšně simulována.

Není pochyb o tom, že a simulace atmosféry rané Země může produkovat poměrně složité molekuly, které jsou stavebními kameny organických molekul nalezených v živých buňkách. Existuje však několik problémů, jak se dostat od komplexních molekul ke skutečným formám života. Tyto zahrnují:

• Od složitých organických molekul k životní formě neexistuje žádná podrobná teoretická cesta.
• Neexistují žádné úspěšné experimenty podporující tvorbu molekul komplexnějších než aminokyseliny.
• Neexistuje žádný mechanismus, aby se stavební bloky RNA vyvinuly do purinových / pyrimidinových bází plné RNA.
• Neexistuje shoda v tom, jak se replikační / metabolizující molekuly stávají formami života.

Pokud abiogeneze neprobíhá způsobem, který popisuje teorie, je třeba zvážit alternativní nápady.

Vzhledem k tomu, že pokrok v abiogenezi je zdánlivě zablokován, byly navrženy alternativní teorie původu života. Život mohl vzniknout způsobem podobným teorii abiogeneze, ale v geotermální průduchy pod mořem nebo uvnitř zemská kůraa mohlo se to stát několikrát na různých místech. Žádná z těchto teorií nemá větší podporu tvrdých dat než klasická abiogeneze.

V jiné teorii, která abiogenezi úplně opouští, vědci navrhli, aby na Zemi mohly být dodávány komplexní organické sloučeniny nebo úplné formy života, jako jsou viry meteority nebo komety. Časná Země (primitivní Země) byla vystavena těžkému bombardování během hadeanského času (asi před 4 až 4,6 miliardami let), kdy mohl začít život.

Bez dalších tvrdých dat je jediným závěrem, že přesně jak život na Zemi vznikl je stále záhadou.