Abiogenese: definition, teori, evidens og eksempler

Mens Charles Darwin er Evolutionsteori handler om, hvordan arter ændrer sig for at tilpasse sig deres miljø, det behandler ikke spørgsmålet om, hvordan livet oprindeligt begyndte. På et tidspunkt, bestemt da planeten stadig var varm og smeltet, var der intet liv på Jorden, selvom vi ved, at livet udviklede sig senere.

Spørgsmålet er, hvordan opstod de tidlige livsformer på jorden?

Der er flere teorier om, hvordan de grundlæggende byggesten i levende organismer blev til. Mekanismen for, hvordan ikke-levende sager blev selvreplikerende levende organismer og så forstås ikke komplekse livsformer fuldt ud.

Det har nogle huller, men abiogenese beskæftiger sig med interessante begreber og starter en forklaring.

Abiogenese er den naturlige proces, hvorved levende organismer opstod fra ikke-levende organiske molekyler. Enkle grundstoffer kombineret til dannelse af forbindelser; forbindelserne blev mere strukturerede og involverede forskellige stoffer. Til sidst blev enkle organiske forbindelser dannet og bundet til at producere komplekse molekyler såsom

Aminosyrer er byggestenene i proteinerne, der danner grundlaget for organiske processer. Aminosyrerne kunne have kombineret til dannelse af proteinkæder. Disse proteiner kunne være blevet selvreplikerende og dannet grundlaget for enkle livsformer.

En sådan proces kunne ikke finde sted på Jorden i dag, fordi de nødvendige betingelser ikke længere eksisterer. Oprettelsen af ​​organiske molekyler forudsætter tilstedeværelsen af ​​en varm bouillon, der indeholder de stoffer, der kræves for at disse organiske molekyler skal vises.

Elementer og enkle forbindelser såsom brint, kulstof, fosfater og sukker skal alle være til stede sammen. En energikilde, såsom ultraviolette stråler eller lynudladninger ville hjælpe dem med at binde sig. Forhold som dette kan have eksisteret for 3,5 millioner år siden, da livet på Jorden menes at være startet. Abiogenese beskriver mekanismerne for, hvordan det kunne have fundet sted.

Relateret indhold: Louis Pasteur: Biografi, opfindelser, eksperimenter og fakta

Både abiogenese og spontan generation foreslår, at livet kan stammer fra ikke-levende stof, men detaljerne i de to er helt forskellige. Mens abiogenese er en gyldig teori, der ikke er blevet afvist, er spontan generation en forældet tro, der har vist sig at være forkert.

De to teorier adskiller sig på tre store måder. Teorien om abiogenese siger, at:

1. Abiogenese sker sjældent. Det skete mindst en gang for ca. 3,5 milliarder år siden og er sandsynligvis ikke sket siden da.
2. Abiogenese giver anledning til det mest primitive livsformer muligt. Disse kan være så enkle som replikerende proteinmolekyler.
3. Højere organismer udvikle sig fra disse primitive livsformer.

Teorien om spontan generation siger, at:

1. Spontan generation sker ofte, selv i moderne tid. For eksempel, hver gang kød lades rådne, genererer det fluer.
2. Spontan generation giver anledning til komplekse organismer som fluer, dyr og endda mennesker.
3. Højere organismer er resultatet af spontan generation, og de ikke udvikle sig fra andre livsformer.

Tidligere troede forskere på spontan generation, men i dag tror ikke offentligheden ikke længere, at fluer kommer fra rådnet kød, eller mus kommer fra affald. Nogle forskere sætter også spørgsmålstegn ved, om abiogenese er en gyldig teori, men de har ikke været i stand til at foreslå et bedre alternativ.

Hvordan livet muligvis opstod blev først foreslået af den russiske videnskabsmand Alexander Oparin i 1924 og uafhængigt igen af ​​den britiske biolog J.B.S. Haldane i 1929. Begge antog, at den tidlige jord havde et miljø rig på ammoniak, kuldioxid, brint og kulstof, byggestenene til organiske molekyler.

Ultraviolette stråler og lyn tilvejebragte energien til kemiske reaktioner, der gjorde det muligt for disse molekyler at forbinde sig.

En typisk kæde af reaktioner vil forløbe som følger:

1. Prebiotisk atmosfære med ammoniak, kuldioxid og vanddamp.
2. Lyn producerer enkle organiske forbindelser, der falder i opløsning i lavt vand.
3. Forbindelserne reagerer yderligere i a præbiotisk bouillon, der danner aminosyrer.
4. Aminosyrerne binder sig til peptidbindinger til dannelse polypeptidkædeproteiner.
5. Proteinerne kombineres til mere komplekse molekyler, der kan replikere og metabolisere enkle stoffer.
6. Der dannes komplekse molekyler og organiske forbindelser lipidmembraner omkring sig selv og begynde at opføre sig som levende celler.

Mens teorien præsenterede konsistente og troværdige koncepter, viste det sig, at nogle af trinnene var vanskelige at udføre under laboratorieforhold, der forsøgte at simulere dem på den tidlige jord.

Relateret indhold: Elementer af nukleinsyrer

I de tidlige 1950'ere besluttede den amerikanske kandidatstuderende Stanley Miller og hans kandidatrådgiver Harold Urey at teste Oparin-Haldane-abiogenese-teorien ved at genskabe et tidligt miljø på jorden. De blandede de enkle forbindelser og grundstoffer fra teorien i luft og udledte gnister gennem blandingen.

Da de analyserede de resulterende kemiske reaktionsprodukter, kunne de detektere aminosyrer dannet under simuleringen. Dette bevis for, at den første del af teorien var korrekt, understøttede senere eksperimenter, der forsøgte at skabe replikerende molekyler fra aminosyrerne. Disse eksperimenter lykkedes ikke.

Efterfølgende forskning viste, at den præbiotiske atmosfære på den tidlige jord sandsynligvis havde mere ilt og færre andre nøglesubstanser end den prøve, der blev brugt i Miller-Urey-eksperimentet. Dette førte til spørgsmålstegn ved, om konklusionerne stadig var gyldige.

Siden da har nogle eksperimenter med en korrigeret atmosfære sammensætning også fundet organiske molekyler såsom aminosyrer, hvilket understøtter de oprindelige konklusioner.

Relateret indhold: Natural Selection: Definition, Darwins teori, eksempler og fakta

Selv når det er fastslået, at betingelserne for dannelsen af ​​enkle organiske forbindelser var til stede den præbiotisk jordhar stien til levende celler været i tvist. Der er tre mulige måder, som relativt enkle forbindelser såsom aminosyrer i sidste ende kan blive selvbærende liv på:

1. Replikering først: De organiske molekyler bliver mere og mere komplekse, indtil de inkluderer DNA-segmenter, der kan replikere sig selv. De selvreplikerende molekyler udvikler celleopførsel og metabolisme.
2. Metabolisme først: De organiske molekyler udvikler evnen til at opretholde sig selv ved at integrere og ændre stoffer fra deres omgivelser. De bliver protoceller og udvikler evnen til at replikere.
3. RNA-verden: De organiske molekyler bliver forstadier til RNA-segmenter, der kan producere DNA-molekylekopier. De udvikler stofskifte og cellelignende adfærd på samme tid.

Trinene fra aminosyrer var et alvorligt problem, og ingen af ​​de forskellige teoretiske veje er fra maj 2019 blevet simuleret med succes.

Der er ingen tvivl om, at en simulering af den tidlige jordatmosfære kan producere relativt komplekse molekyler, der er byggestenene til de organiske molekyler, der findes i levende celler. Der er dog flere problemer med at komme fra de komplekse molekyler til faktiske livsformer. Disse inkluderer:

• Der er ingen detaljeret teoretisk vej at gå fra komplekse organiske molekyler til en livsform.
• Der er ingen vellykkede eksperimenter, der understøtter dannelsen af ​​molekyler, der er mere komplekse end aminosyrer.
• Der er ingen mekanisme for RNA-byggesten til at udvikle sig til purin / pyrimidin-baser af fuldt RNA.
• Der er ingen konsensus om, hvordan de replikerende / metaboliserende molekyler bliver livsformer.

Hvis abiogenese ikke finder sted på den måde, som teorien beskriver, alternative ideer skal overvejes.

Da fremskridt med abiogenese tilsyneladende er blokeret, er alternative teorier for livets oprindelse blevet foreslået. Livet kan stamme på en måde, der ligner abiogenese teorien, men i geotermiske ventilationskanaler under havet eller inden for Jordskorpe, og det kan være sket flere gange forskellige steder. Ingen af ​​disse teorier har mere hård datastøtte end klassisk abiogenese.

I en anden teori, der helt opgiver abiogenese, har forskere foreslået, at komplekse organiske forbindelser eller komplette livsformer som vira muligvis er blevet leveret til Jorden af meteoritter eller kometer. Tidlig jord (primitiv jord) blev udsat for kraftig bombardement i Hadean-tiden (ca. 4 til 4,6 milliarder år siden), da livet muligvis er startet.

Uden flere hårde data er den eneste konklusion, at præcis hvordan liv på jorden stammer fra er stadig et mysterium.