Αβιογένεση: Ορισμός, Θεωρία, Στοιχεία & Παραδείγματα

Ενώ ο Charles Darwin's Θεωρία της Εξέλιξης είναι το πώς αλλάζουν τα είδη για να προσαρμοστούν στο περιβάλλον τους, δεν εξετάζει το ζήτημα του πώς ξεκίνησε αρχικά η ζωή. Σε ένα σημείο, σίγουρα όταν ο πλανήτης ήταν ακόμα ζεστός και λιωμένος, δεν υπήρχε ζωή στη Γη, αν και γνωρίζουμε ότι η ζωή εξελίχθηκε αργότερα.

Η ερώτηση είναι, πώς δημιουργήθηκαν οι πρώιμες μορφές ζωής στη Γη?

Υπάρχουν πολλές θεωρίες για το πώς δημιουργήθηκαν τα βασικά δομικά στοιχεία των ζωντανών οργανισμών. Ο μηχανισμός του πώς έγινε η μη ζωντανή ύλη αυτοαντιγραφόμενοι ζωντανοί οργανισμοί και τότε οι σύνθετες μορφές ζωής δεν είναι πλήρως κατανοητές.

Έχει κάποια κενά, αλλά αβιογένεσις ασχολείται με ενδιαφέρουσες έννοιες και ξεκινά μια εξήγηση.

Αβιογένεσις είναι η φυσική διαδικασία με την οποία οι ζωντανοί οργανισμοί προέκυψαν από οργανικά μόρια που δεν ζουν. Απλά στοιχεία συνδυασμένα για να σχηματίσουν ενώσεις. οι ενώσεις έγιναν πιο δομημένες και αφορούσαν διαφορετικές ουσίες. Τελικά, απλές οργανικές ενώσεις σχηματίστηκαν και συνδέθηκαν για την παραγωγή πολύπλοκων μορίων όπως αμινοξέα.

Τα αμινοξέα είναι τα δομικά στοιχεία των πρωτεϊνών που αποτελούν τη βάση των οργανικών διεργασιών. Τα αμινοξέα θα μπορούσαν να συνδυαστούν για να σχηματίσουν πρωτεϊνικές αλυσίδες. Αυτές οι πρωτεΐνες θα μπορούσαν να έχουν αυτοδιπλασιαστεί και να αποτελέσουν τη βάση για απλές μορφές ζωής.

Μια τέτοια διαδικασία δεν μπορούσε να πραγματοποιηθεί στη Γη σήμερα, επειδή δεν υπάρχουν πλέον οι απαραίτητες συνθήκες. Η δημιουργία οργανικών μορίων προϋποθέτει την παρουσία ενός θερμού ζωμού που περιέχει τις ουσίες που απαιτούνται για την εμφάνιση αυτών των οργανικών μορίων.

Στοιχεία και απλές ενώσεις όπως υδρογόνο, άνθρακας, φωσφορικά και σάκχαρα πρέπει να υπάρχουν μαζί. Ενα πηγή ενέργειας, όπως υπεριώδεις ακτίνες ή εκκενώσεις κεραυνού θα τους βοηθούσε να δεσμευτούν. Καταστάσεις όπως αυτό μπορεί να υπήρχαν πριν από 3,5 εκατομμύρια χρόνια όταν η ζωή στη Γη θεωρείται ότι ξεκίνησε. Η αβιογένεση περιγράφει λεπτομερώς τους μηχανισμούς για το πώς θα μπορούσε να έχει συμβεί.

Σχετικό περιεχόμενο: Louis Pasteur: Βιογραφία, Εφευρέσεις, Πειράματα & Γεγονότα

Τόσο η αβιογένεση όσο και η αυθόρμητη γενιά προτείνουν ότι η ζωή μπορεί προέρχονται από μη ζώντες ύλες, αλλά οι λεπτομέρειες των δύο είναι εντελώς διαφορετικές. Ενώ η αβιογένεση είναι μια έγκυρη θεωρία που δεν έχει αποδειχθεί, η αυθόρμητη δημιουργία είναι μια ξεπερασμένη πεποίθηση που έχει αποδειχθεί ότι είναι λανθασμένη.

Οι δύο θεωρίες διαφέρουν με τρεις βασικούς τρόπους. Η θεωρία της αβιογένεσης δηλώνει ότι:

1. Αβιογένεσις συμβαίνει σπάνια. Συνέβη τουλάχιστον μία φορά πριν περίπου 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια και πιθανώς δεν έχει συμβεί έκτοτε.
2. Η αβιογένεση δημιουργεί τα περισσότερα πρωτόγονες μορφές ζωής δυνατόν. Αυτά μπορεί να είναι τόσο απλά όσο η αναπαραγωγή μορίων πρωτεΐνης.
3. Ανώτεροι οργανισμοί αναπτύσσω από αυτές τις πρωτόγονες μορφές ζωής.

Η θεωρία της αυθόρμητης γενιάς δηλώνει ότι:

1. Αυθόρμητη παραγωγή συμβαίνει συχνά, ακόμη και στη σύγχρονη εποχή. Για παράδειγμα, κάθε φορά που αφήνεται το κρέας να σαπίζει, παράγει μύγες.
2. Η αυθόρμητη παραγωγή δημιουργεί σύνθετοι οργανισμοί όπως μύγες, ζώα και ακόμη και άνθρωποι.
3. Οι υψηλότεροι οργανισμοί είναι το αποτέλεσμα της αυθόρμητης παραγωγής, και αυτοί μην εξελίσσεσαι από άλλες μορφές ζωής.

Οι επιστήμονες συνήθιζαν να πιστεύουν στην αυθόρμητη παραγωγή, αλλά σήμερα ακόμη και το ευρύ κοινό δεν πιστεύει πλέον ότι οι μύγες προέρχονται από σάπιο κρέας ή ποντίκια προέρχονται από σκουπίδια. Ορισμένοι επιστήμονες αμφισβητούν επίσης εάν η αβιογένεση είναι μια έγκυρη θεωρία, αλλά δεν μπόρεσαν να προτείνουν μια καλύτερη εναλλακτική λύση.

Πώς μπορεί να δημιουργήθηκε η ζωή προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Ρώσο επιστήμονα Alexander Oparin το 1924 και ανεξάρτητα ξανά από τον Βρετανό βιολόγο J.B.S. Haldane το 1929. Και οι δύο υπέθεσαν ότι η πρώιμη Γη είχε ένα περιβάλλον πλούσιο σε αμμωνία, διοξείδιο του άνθρακα, υδρογόνο και άνθρακα, τα δομικά στοιχεία των οργανικών μορίων.

Οι υπεριώδεις ακτίνες και οι αστραπές παρείχαν την ενέργεια για χημικές αντιδράσεις που θα επέτρεπαν σε αυτά τα μόρια να συνδεθούν.

Μια τυπική αλυσίδα αντιδράσεων θα προχωρούσε ως εξής:

1. Πρεβιοτική ατμόσφαιρα με αμμωνία, διοξείδιο του άνθρακα και υδρατμούς.
2. Αστραπή παράγει απλές οργανικές ενώσεις που διαλύονται σε ρηχά νερά.
3. Οι ενώσεις αντιδρούν περαιτέρω στο α πρεβιοτικός ζωμόςσχηματίζοντας αμινοξέα.
4. Τα αμινοξέα συνδέονται με πεπτιδικούς δεσμούς για να σχηματιστούν πρωτεΐνες αλυσίδας πολυπεπτιδίων.
5. Οι πρωτεΐνες συνδυάζονται σε πιο πολύπλοκα μόρια που μπορούν αναπαραγωγή και μεταβολισμό απλές ουσίες.
6. Σχηματίζονται σύνθετα μόρια και οργανικές ενώσεις μεμβράνες λιπιδίων γύρω τους και αρχίζουν να ενεργούν σαν ζωντανά κύτταρα.

Ενώ η θεωρία παρουσίαζε συνεπείς και αξιόπιστες έννοιες, ορισμένα από τα βήματα αποδείχθηκαν δύσκολο να πραγματοποιηθούν υπό εργαστηριακές συνθήκες που προσπάθησαν να προσομοιώσουν εκείνα στην πρώιμη Γη.

Σχετικό περιεχόμενο: Στοιχεία νουκλεϊκών οξέων

Στις αρχές της δεκαετίας του 1950, ο Αμερικανός μεταπτυχιακός φοιτητής Stanley Miller και ο απόφοιτος σύμβουλός του Harold Urey αποφάσισαν να δοκιμάσουν τη θεωρία της αβιογένεσης Oparin-Haldane δημιουργώντας ένα πρώιμο περιβάλλον της Γης. Συνδύασαν τις απλές ενώσεις και στοιχεία από τη θεωρία στον αέρα και εκτόξευσαν σπινθήρες μέσω του μίγματος.

Όταν ανέλυσαν τα προκύπτοντα προϊόντα χημικής αντίδρασης, ήταν σε θέση να ανιχνεύσουν αμινοξέα που δημιουργήθηκαν κατά την προσομοίωση. Αυτό αποδεικνύει ότι το πρώτο μέρος της θεωρίας υποστηρίχθηκε σωστά αργότερα πειράματα που προσπάθησαν να δημιουργήσουν αντιγραφόμενα μόρια από τα αμινοξέα. Αυτά τα πειράματα ήταν ανεπιτυχή.

Μεταγενέστερη έρευνα διαπίστωσε ότι η πρεβιοτική ατμόσφαιρα της πρώιμης Γης πιθανότατα είχε περισσότερο οξυγόνο και λιγότερες άλλες βασικές ουσίες από το δείγμα που χρησιμοποιήθηκε στο πείραμα Miller-Urey. Αυτό οδήγησε σε αμφισβήτηση εάν τα συμπεράσματα εξακολουθούν να ισχύουν.

Έκτοτε, ορισμένα πειράματα με τη χρήση μιας διορθωμένης σύνθεσης ατμόσφαιρας έχουν επίσης βρει οργανικά μόρια όπως αμινοξέα, υποστηρίζοντας έτσι τα αρχικά συμπεράσματα.

Σχετικό περιεχόμενο: Φυσική Επιλογή: Ορισμός, Θεωρία του Δαρβίνου, Παραδείγματα & Γεγονότα

Ακόμη και όταν αποδειχθεί ότι υπήρχαν οι συνθήκες για την παραγωγή απλών οργανικών ενώσεων πρεβιοτική Γη, η πορεία προς τα ζωντανά κύτταρα έχει αμφισβητηθεί. Υπάρχουν τρεις πιθανοί τρόποι, οι σχετικά απλές ενώσεις όπως τα αμινοξέα θα μπορούσαν τελικά να γίνουν αυτοσυντηρούμενες ζωές:

1. Πρώτη αναπαραγωγή: Τα οργανικά μόρια γίνονται όλο και πιο πολύπλοκα έως ότου περιλαμβάνουν τμήματα DNA που μπορούν να αναπαραχθούν. Τα αυτοδιπλασιάζοντα μόρια αναπτύσσουν κυτταρική συμπεριφορά και μεταβολισμό.
2. Ο μεταβολισμός πρώτα: Τα οργανικά μόρια αναπτύσσουν την ικανότητα συντήρησης με την ενσωμάτωση και την αλλαγή ουσιών από το περιβάλλον τους. Γίνονται πρωτο-κύτταρα και αναπτύσσουν την ικανότητα αναπαραγωγής.
3. Κόσμος RNA: Τα οργανικά μόρια γίνονται πρόδρομα τμήματα RNA που μπορούν να παράγουν αντίγραφα μορίων DNA. Αναπτύσσουν ταυτόχρονα μεταβολισμό και συμπεριφορά που μοιάζει με κύτταρα.

Τα βήματα από αμινοξέα ήταν ένα σοβαρό πρόβλημα και κανένα από τα διαφορετικά θεωρητικά μονοπάτια δεν έχει προσομοιωθεί με επιτυχία από τον Μάιο του 2019.

Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι α προσομοίωση της πρώιμης Γης ατμόσφαιρας μπορεί να παράγει συγκριτικά πολύπλοκα μόρια που είναι τα δομικά στοιχεία των οργανικών μορίων που βρίσκονται στα ζωντανά κύτταρα. Υπάρχουν, ωστόσο, πολλά προβλήματα από τη μετάβαση από τα σύνθετα μόρια σε πραγματικές μορφές ζωής. Αυτά περιλαμβάνουν:

• Δεν υπάρχει λεπτομερής θεωρητική πορεία για μετάβαση από σύνθετα οργανικά μόρια σε μια μορφή ζωής.
• Δεν υπάρχουν επιτυχημένα πειράματα που να υποστηρίζουν τον σχηματισμό μορίων πιο σύνθετων από τα αμινοξέα.
• Δεν υπάρχει μηχανισμός για να αναπτυχθούν δομικά στοιχεία RNA στις βάσεις πουρίνης / πυριμιδίνης πλήρους RNA.
• Δεν υπάρχει συναίνεση για το πώς τα μόρια αναπαραγωγής / μεταβολισμού γίνονται μορφές ζωής.

Εάν η αβιογένεση δεν λαμβάνει χώρα με τον τρόπο που περιγράφει η θεωρία, εναλλακτικές ιδέες πρέπει να εξεταστούν.

Με την πρόοδο στην αβιογένεση να φαίνεται φραγμένη, έχουν προταθεί εναλλακτικές θεωρίες για την προέλευση της ζωής. Η ζωή μπορεί να προήλθε με τρόπο παρόμοιο με τη θεωρία της αβιογένεσης, αλλά το γεωθερμικοί εξαεριστήρες κάτω από τη θάλασσα ή εντός της φλοιός της γης, και μπορεί να έχει συμβεί αρκετές φορές σε διαφορετικά μέρη. Καμία από αυτές τις θεωρίες δεν έχει περισσότερη υποστήριξη σκληρών δεδομένων από την κλασική αβιογένεση.

Σε μια άλλη θεωρία που εγκαταλείπει εντελώς την αβιογένεση, οι επιστήμονες έχουν προτείνει ότι πολύπλοκες οργανικές ενώσεις ή πλήρεις μορφές ζωής όπως ιοί μπορεί να έχουν παραδοθεί στη Γη από μετεωρίτες ή κομήτες. Η πρώιμη Γη (πρωτόγονη Γη) υπέστη σοβαρό βομβαρδισμό κατά τη διάρκεια του Χαντάν (περίπου 4 έως 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια πριν) όταν η ζωή μπορεί να έχει ξεκινήσει.

Χωρίς περισσότερα σκληρά δεδομένα, το μόνο συμπέρασμα είναι ότι ακριβώς ζωή στη Γη προέρχεται είναι ένα μυστήριο.