Abiogeneza: definicija, teorija, dokazi i primjeri

Dok Charlesa Darwina Teorija evolucije govori o tome kako se vrste mijenjaju kako bi se prilagodile svom okolišu, ne bavi se pitanjem kako je život izvorno započeo. U jednom trenutku, zasigurno dok je planet još bio vruć i rastopljen, na Zemlji nije bilo života, iako znamo da je život evoluirao kasnije.

Pitanje je, kako su nastali rani zemaljski oblici života?

Postoji nekoliko teorija o tome kako su nastali osnovni gradivni elementi živih organizama. Mehanizam kako je postala neživa materija samoreplicirajući se živi organizmi i tada složeni oblici života nisu u potpunosti razumljivi.

Ima nekih praznina, ali abiogeneza bavi se zanimljivim konceptima i započinje s objašnjenjem.

Abiogeneza je prirodni proces kojim su živi organizmi nastali iz neživih organskih molekula. Jednostavni elementi kombinirani u spojeve; spojevi su postali strukturiraniji i uključivali su različite tvari. Na kraju su nastali i povezani jednostavni organski spojevi koji su stvorili složene molekule poput aminokiseline.

Aminokiseline su gradivni blokovi proteina koji čine osnovu organskih procesa. Aminokiseline su se mogle kombinirati da tvore proteinske lance. Ti su se proteini mogli samodomnožavati i činiti osnovu za jednostavne oblike života.

Takav se proces danas ne bi mogao dogoditi na Zemlji jer više ne postoje potrebni uvjeti. Stvaranje organskih molekula pretpostavlja prisutnost tople juhe koja sadrži tvari potrebne za pojavu tih organskih molekula.

Elementi i jednostavni spojevi poput vodika, ugljika, fosfata i šećera moraju biti prisutni zajedno. An izvor energije kao što su ultraljubičaste zrake ili pražnjenje groma pomoglo bi im da se vežu. Uvjeti poput ovog mogli su postojati prije 3,5 milijuna godina kada se smatra da je život na Zemlji započeo. Abiogeneza detaljno opisuje mehanizme kako se to moglo dogoditi.

Povezani sadržaj: Louis Pasteur: Biografija, izumi, eksperimenti i činjenice

I abiogeneza i spontana generacija sugeriraju da život može potječu iz nežive tvari, ali detalji o dvoje potpuno su različiti. Iako je abiogeneza valjana teorija koja nije opovrgnuta, spontano generiranje zastarjelo je uvjerenje koje se pokazalo netočnim.

Dvije se teorije razlikuju na tri glavna načina. Teorija abiogeneze kaže da:

1. Abiogeneza događa se rijetko. To se dogodilo barem jednom prije oko 3,5 milijarde godina i vjerojatno se od tada nije dogodilo.
2. Abiogeneza daje najviše primitivni oblici života moguće. Oni mogu biti jednostavni poput repliciranja molekula proteina.
3. Viši organizmi evoluirati iz tih primitivnih oblika života.

Teorija spontane generacije kaže da:

1. Spontano generiranje događa se često, čak i u moderno doba. Na primjer, svaki put kada meso ostane trunuti, ono stvara muhe.
2. Spontano generiranje rađa složeni organizmi kao što su muhe, životinje, pa čak i ljudi.
3. Viši organizmi rezultat su spontanog stvaranja i oni ne evoluirajte iz drugih oblika života.

Znanstvenici su nekad vjerovali u spontano generiranje, ali danas čak ni šira javnost više ne vjeruje da muhe dolaze iz pokvarenog mesa, a miševi iz smeća. Neki se znanstvenici također pitaju je li abiogeneza valjana teorija, ali nisu uspjeli predložiti bolju alternativu.

Kako je život mogao nastati prvi je put predložio ruski znanstvenik Alexander Oparin 1924. godine, a neovisno ponovno britanski biolog J.B.S. Haldane 1929. godine. Oboje su pretpostavili da je rana Zemlja imala okruženje bogato amonijakom, ugljičnim dioksidom, vodikom i ugljikom, gradivnim elementima organskih molekula.

Ultraljubičaste zrake i munje pružale su energiju za kemijske reakcije koje bi omogućile povezivanje ovih molekula.

Tipični lanac reakcija odvijao bi se na sljedeći način:

1. Prebiotska atmosfera s amonijakom, ugljičnim dioksidom i vodenom parom.
2. Munja proizvodi jednostavne organske spojeve koji padaju u otopinu u plitkoj vodi.
3. Spojevi dalje reagiraju u a prebiotička juha, tvoreći aminokiseline.
4. Aminokiseline se povezuju s peptidnim vezama da bi nastale proteini polipeptidnog lanca.
5. Proteini se kombiniraju u složenije molekule koje mogu replicirati i metabolizirati jednostavne tvari.
6. Stvaraju se složene molekule i organski spojevi membrane lipida oko sebe i počnu se ponašati kao žive stanice.

Iako je teorija predstavljala dosljedne i vjerodostojne koncepte, pokazalo se da je neke korake teško izvesti u laboratorijskim uvjetima koji su pokušali simulirati one na ranoj Zemlji.

Povezani sadržaj: Elementi nukleinskih kiselina

Početkom pedesetih godina prošlog stoljeća američki student postdiplomskog studija Stanley Miller i njegov diplomirani savjetnik Harold Urey odlučili su testirati teoriju abargeneze Oparin-Haldane stvaranjem ranog zemaljskog okoliša. Pomiješali su jednostavne spojeve i elemente iz teorije u zraku i kroz smjesu ispuštali iskre.

Kad su analizirali nastale proizvode kemijske reakcije, uspjeli su ih otkriti aminokiseline stvorene tijekom simulacije. Ovaj dokaz da je prvi dio teorije bio točan podržao je kasnije eksperimente koji su pokušali stvoriti replicirajuće molekule od aminokiselina. Ti su eksperimenti bili neuspješni.

Naknadna istraživanja otkrila su da je prebiotička atmosfera rane Zemlje vjerojatno imala više kisika i manje drugih ključnih tvari od uzorka korištenog u eksperimentu Miller-Urey. To je dovelo do pitanja jesu li zaključci i dalje valjani.

Od tada su neki eksperimenti koji koriste korigirani sastav atmosfere pronašli i organske molekule poput aminokiselina, podržavajući tako izvorne zaključke.

Povezani sadržaj: Prirodni odabir: definicija, Darwinova teorija, primjeri i činjenice

Čak i kad se utvrdi da su postojali uvjeti za stvaranje jednostavnih organskih spojeva prebiotik Zemlja, put do živih stanica bio je sporan. Tri su moguća načina na koji relativno jednostavni spojevi poput aminokiselina mogu s vremenom postati samoodrživi život:

1. Prvo replikacija: Organske molekule postaju sve složenije dok ne uključuju segmente DNA koji se mogu replicirati. Molekule koje se repliciraju razvijaju ponašanje stanica i metabolizam.
2. Prvo metabolizam: Organske molekule razvijaju sposobnost održavanja integrirajući i mijenjajući tvari iz svoje okoline. Oni postaju proto-stanice i razvijaju sposobnost replikacije.
3. RNA svijet: Organske molekule postaju prekursorski segmenti RNA koji mogu stvoriti kopije molekula DNA. Istodobno razvijaju metabolizam i ponašanje nalik stanicama.

Koraci od aminokiseline bili ozbiljan problem, a niti jedan od različitih teorijskih putova od svibnja 2019. nije uspješno simuliran.

Nema sumnje da a simulacija rane Zemljine atmosfere mogu stvoriti relativno složene molekule koje su gradivni elementi organskih molekula koje se nalaze u živim stanicama. Postoji, međutim, nekoliko problema kako doći od složenih molekula do stvarnih oblika života. To uključuje:

• Ne postoji detaljan teoretski put koji bi prešao od složenih organskih molekula do oblika života.
• Ne postoje uspješni eksperimenti koji podržavaju stvaranje molekula složenijih od aminokiselina.
• Ne postoji mehanizam za razvijanje blokova RNA u purinske / pirimidinske baze pune RNA.
• Ne postoji konsenzus o tome kako molekule koje se repliciraju / metaboliziraju postaju oblici života.

Ako se abiogeneza ne odvija na način kako teorija opisuje, moraju se razmotriti alternativne ideje.

Kako se napredak u abiogenezi naizgled blokirao, predložene su alternativne teorije o podrijetlu života. Život je mogao nastati na način sličan teoriji abiogeneze, ali u geotermalni otvori pod morem ili unutar Zemljina kora, a moglo se dogoditi nekoliko puta na različitim mjestima. Nijedna od ovih teorija nema teže podrške za podatke od klasične abiogeneze.

U drugoj teoriji koja potpuno napušta abiogenezu, znanstvenici su predložili da su složeni organski spojevi ili cjeloviti oblici života, poput virusa, mogli biti isporučeni na Zemlju meteorita ili kometa. Rana Zemlja (primitivna Zemlja) bila je izložena jakom bombardiranju tijekom hadejskog vremena (prije otprilike 4 do 4,6 milijardi godina) kada je život možda započeo.

Bez tvrđih podataka, jedini zaključak je upravo kako život na Zemlji nastao je još uvijek misterij.