Abiogenees: määratlus, teooria, tõendid ja näited

Kuigi Charles Darwini oma Evolutsiooniteooria räägib sellest, kuidas liigid muutuvad oma keskkonnaga kohanemiseks, see ei käsitle küsimust, kuidas elu algselt algas. Ühel hetkel, kindlasti kui planeet oli veel kuum ja sula, ei olnud Maal elu, kuigi me teame, et elu arenes hiljem.

Küsimus on, kuidas tekkisid Maa varajased eluvormid?

On mitmeid teooriaid selle kohta, kuidas elusorganismide põhilised ehituskivid tekkisid. Mehhanism, kuidas elutu aine muutus isepaljunevad elusorganismid ja siis ei mõisteta keerukaid eluvorme täielikult.

Selles on mõned lüngad, kuid abiogenees tegeleb huvitavate mõistetega ja alustab selgitusest.

Abiogenees on loomulik protsess, mille käigus elusorganismid tekkisid eluta orgaanilistest molekulidest. Lihtsad elemendid kombineerituna ühendite moodustamiseks; ühendid muutusid struktureeritumaks ja hõlmasid erinevaid aineid. Lõpuks tekkisid lihtsad orgaanilised ühendid ja need ühendati selliste komplekssete molekulide saamiseks nagu aminohapped.

Aminohapped on orgaaniliste protsesside aluseks olevate valkude ehituskivid. Aminohapped oleksid võinud kombineeruda, moodustades valguahelad. Need valgud oleksid võinud muutuda isereplikatsiooniks ja olla aluseks lihtsatele eluvormidele.

Sellist protsessi ei saanud Maal täna toimuda, sest vajalikke tingimusi enam pole. Orgaaniliste molekulide loomine eeldab sooja puljongi olemasolu, mis sisaldab nende orgaaniliste molekulide ilmumiseks vajalikke aineid.

Elemendid ja lihtsad ühendid nagu vesinik, süsinik, fosfaadid ja suhkrud peavad kõik koos olema. An energiaallikas, näiteks ultraviolettkiired või välguheitmed aitaks neil siduda. Sellised tingimused võisid eksisteerida 3,5 miljonit aastat tagasi, kui arvatakse, et elu Maal on alanud. Abiogenees kirjeldab üksikasjalikult mehhanisme, kuidas see võis aset leida.

Seotud sisu: Louis Pasteur: elulugu, leiutised, katsed ja faktid

Nii abiogenees kui ka spontaanne põlvkond pakuvad, et elu võib pärinevad eluta ainest, kuid nende kahe detailid on täiesti erinevad. Kui abiogenees on kehtiv teooria, mida pole ümber lükatud, on spontaanne genereerimine aegunud uskumus, mis on osutunud valeks.

Need kaks teooriat erinevad kolmel peamisel viisil. Abiogeneesi teooria väidab, et:

1. Abiogenees juhtub harva. See juhtus vähemalt üks kord umbes 3,5 miljardit aastat tagasi ja tõenäoliselt pole seda hiljem juhtunud.
2. Abiogenees tekitab kõige rohkem ürgsed eluvormid võimalik. Need võivad olla sama lihtsad kui valgu molekulide replikatsioon.
3. Kõrgemad organismid arenema nendest ürgsetest eluvormidest.

Spontaanse põlvkonna teooria väidab, et:

1. Spontaanne põlvkond juhtub sageli, isegi tänapäeval. Näiteks iga kord, kui liha jäetakse mädanema, tekitab see kärbseid.
2. Spontaanne genereerimine tekitab keerukad organismid nagu kärbsed, loomad ja isegi inimesed.
3. Kõrgemad organismid on iseenesliku genereerimise tulemus ja nad ei arene teistest eluvormidest.

Teadlased uskusid varem spontaansesse põlvkonda, kuid tänapäeval ei usu isegi laiem avalikkus enam, et kärbsed tuleksid mädanenud lihast või hiired prügist. Mõned teadlased kahtlevad ka selles, kas abiogenees on kehtiv teooria, kuid nad pole suutnud paremat alternatiivi välja pakkuda.

Kuidas elu tekkida võis, pakkus 1924. aastal esmakordselt välja vene teadlane Alexander Oparin ja iseseisvalt taas Briti bioloog J.B.S. Haldane 1929. aastal. Mõlemad eeldasid, et Maa varajases keskkonnas oli rikas ammoniaak, süsinikdioksiid, vesinik ja süsinik, mis on orgaaniliste molekulide ehitusmaterjal.

Ultraviolettkiired ja välk andsid energiat keemilisteks reaktsioonideks, mis võimaldaksid neil molekulidel siduda.

Tüüpiline reaktsioonide ahel toimiks järgmiselt:

1. Prebiootiline atmosfäär ammoniaagi, süsinikdioksiidi ja veeauruga.
2. Välk toodab lihtsaid orgaanilisi ühendeid, mis lagunevad madalas vees.
3. Ühendid reageerivad edasi a prebiootiline puljong, moodustades aminohappeid.
4. Aminohapped seonduvad peptiidsidemetega ja moodustuvad polüpeptiidahela valgud.
5. Valgud ühenduvad keerukamateks molekulideks, mis suudavad paljuneda ja metaboliseerida lihtsad ained.
6. Moodustuvad komplekssed molekulid ja orgaanilised ühendid lipiidmembraanid enda ümber ja hakkavad käituma nagu elusrakud.

Ehkki teooria esitas järjepidevaid ja usaldusväärseid kontseptsioone, osutus mõningaid samme raskesti teostatavateks laboritingimustes, mis püüdsid simuleerida Maa alguses olevaid.

Seotud sisu: Nukleiinhapete elemendid

1950. aastate alguses otsustas Ameerika kraadiõppur Stanley Miller ja tema nõustaja Harold Urey katsetada Oparini-Haldane'i abiogeneesi teooriat, luues varase Maa keskkonna. Nad segasid teoorias olevaid lihtsaid ühendeid ja elemente õhus ning eraldasid segu kaudu sädemeid.

Saadud keemilise reaktsiooni saaduste analüüsimisel suutsid nad seda tuvastada simulatsiooni käigus tekkinud aminohapped. Need tõendid selle kohta, et teooria esimene osa oli õige, toetasid hilisemaid katseid, mis püüdsid aminohapetest luua replitseeruvaid molekule. Need katsed olid ebaõnnestunud.

Järgnevad uuringud näitasid, et Maa varajase prebiootilises atmosfääris oli arvatavasti rohkem hapnikku ja vähem muid põhiaineid kui Miller-Urey katses kasutatud proovis. See tõi küsimuse alla, kas järeldused ikka kehtivad.

Sellest ajast alates on mõned korrigeeritud atmosfäärikoostist kasutades tehtud katsed leidnud ka orgaanilisi molekule, näiteks aminohappeid, toetades seeläbi algseid järeldusi.

Seotud sisu: Loomulik valik: määratlus, Darwini teooria, näited ja faktid

Isegi kui on kindlaks tehtud, et lihtsate orgaaniliste ühendite tekkimise tingimused olid olemas prebiootiline Maa, on tee elusrakkudeni vaieldud. Võimalik, et suhteliselt lihtsad ühendid, näiteks aminohapped, võivad lõpuks muutuda isemajandavaks eluviisiks kolmel viisil:

1. Esmalt replikatsioon: Orgaanilised molekulid muutuvad üha keerukamaks, kuni need hõlmavad DNA-segmente, mis suudavad end korrata. Ise paljunevad molekulid arendavad rakkude käitumist ja ainevahetust.
2. Ainevahetus kõigepealt: Orgaanilised molekulid arendavad võimet end ülal pidada, integreerides ja muutes ümbritsevast ainet. Need muutuvad proto-rakkudeks ja arendavad paljunemisvõimet.
3. RNA maailm: Orgaanilistest molekulidest saavad RNA eelkäijad, mis võivad toota DNA molekulide koopiaid. Nad arendavad samaaegselt ainevahetust ja rakulaadset käitumist.

Sammud aminohapped kohta olid tõsine probleem ja ühtegi erinevat teoreetilist rada pole 2019. aasta mai seisuga edukalt simuleeritud.

Pole kahtlust, et a Maa varase atmosfääri simulatsioon võib toota suhteliselt keerukaid molekule, mis on elusrakkudes leiduvate orgaaniliste molekulide ehituskivid. Kuid keerukatest molekulidest tegelike eluvormideni jõudmisel on mitu probleemi. Need sisaldavad:

• Puudub üksikasjalik teoreetiline tee keerulistest orgaanilistest molekulidest eluvormiks.
• Aminohapetest keerukamate molekulide moodustumist toetavaid edukaid katseid pole.
• Puudub mehhanism, et RNA ehitusplokid saaksid areneda täieliku RNA puriini / pürimidiini alusteks.
• Selles, kuidas replitseeruvatest / metaboliseerivatest molekulidest saavad eluvormid, pole üksmeelt.

Kui abiogenees ei toimu nii, nagu teooria kirjeldab, tuleb kaaluda alternatiivseid ideid.

Kuna abiogeneesi areng on näiliselt blokeeritud, on välja pakutud alternatiivsed teooriad elu tekkeks. Elu võis tekkida sarnaselt abiogeneesi teooriale, kuid aastal geotermilised ventilatsiooniavad mere all või Maakoorja see võis juhtuda mitu korda erinevates kohtades. Ühelgi neist teooriatest pole enam tugevat andmete tuge kui klassikalisel abiogeneesil.

Teises teoorias, mis loobub täielikult abiogeneesist, on teadlased välja pakkunud, et keerukaid orgaanilisi ühendeid või terviklikke eluvorme, näiteks viiruseid, võib Maale viia meteoriidid või komeedid. Varajast Maad (ürgmaad) pommitati Hadeani ajal (umbes 4–4,6 miljardit aastat tagasi), kui elu võis alata.

Ilma täpsemate andmeteta on ainus järeldus, et täpselt kuidas elu Maal päritolu on endiselt mõistatus.