אביוגנזה: הגדרה, תיאוריה, ראיות ודוגמאות

ואילו של צ'רלס דרווין תורת האבולוציה הוא על האופן שבו מינים משתנים כדי להסתגל לסביבתם, זה לא מתייחס לשאלה איך החיים התחילו במקור. בשלב מסוים, בוודאי כשכוכב הלכת היה עדיין חם ומותך, לא היו חיים על פני כדור הארץ, אם כי אנו יודעים שהחיים התפתחו מאוחר יותר.

השאלה היא, איך מקורן של צורות חיים מוקדמות של כדור הארץ?

ישנן מספר תיאוריות כיצד אבן הבסיס הבסיסית של אורגניזמים חיים נוצרו. המנגנון של איך חומר שאינו חי הפך אורגניזמים חיים המשכפלים את עצמם ואז צורות חיים מורכבות אינן מובנות במלואן.

יש בו כמה פערים, אבל אביוגנזה עוסק במושגים מעניינים ומתחיל בהסבר.

אביוגנזה הוא התהליך הטבעי שבו אורגניזמים חיים נוצרו ממולקולות אורגניות שאינן חיים. יסודות פשוטים המשולבים ליצירת תרכובות; התרכובות הפכו מובנות יותר וכללו חומרים שונים. בסופו של דבר נוצרו תרכובות אורגניות פשוטות וקושרו לייצור מולקולות מורכבות כגון חומצות אמינו.

חומצות אמינו הן אבני הבניין של החלבונים המהווים בסיס לתהליכים אורגניים. חומצות האמינו היו יכולות להצטרף ליצירת שרשראות חלבון. חלבונים אלה יכלו להפוך לשכפול עצמי ולהוות בסיס לצורות חיים פשוטות.

תהליך כזה לא יכול היה להתקיים על כדור הארץ כיום מכיוון שהתנאים הדרושים כבר אינם קיימים. יצירת מולקולות אורגניות מניחה נוכחות של מרק חם המכיל את החומרים הדרושים להופעת אותן מולקולות אורגניות.

אלמנטים ותרכובות פשוטות כמו מימן, פחמן, פוספטים וסוכרים צריכים להיות נוכחים יחד. An מקור אנרגיה כגון קרניים אולטרה סגולות או פריקות ברקים יעזור להם להתחבר. ייתכן שתנאים כאלה היו קיימים לפני 3.5 מיליון שנה כאשר חושבים שהחיים על כדור הארץ התחילו. אביוגנזה מפרטת את המנגנונים כיצד זה יכול היה להתרחש.

תוכן קשור: לואי פסטר: ביוגרפיה, המצאות, ניסויים ועובדות

גם אביוגנזה וגם דור ספונטני מציעים שהחיים יוכלו מקורם בחומר שאינו חי, אך הפרטים של השניים שונים לחלוטין. בעוד שאביוגנזה היא תיאוריה תקפה שלא הוכחה, הדור הספונטני הוא אמונה מיושנת שהוכחה כשגויה.

שתי התיאוריות נבדלות בשלוש דרכים עיקריות. תורת האביוגנזה קובעת כי:

1. אביוגנזה קורה לעיתים רחוקות. זה קרה לפחות פעם אחת לפני כ -3.5 מיליארד שנה וכנראה שלא התרחש מאז.
2. אביוגנזה מולידה הכי הרבה צורות חיים פרימיטיביות אפשרי. אלה עשויים להיות פשוטים כמו מולקולות חלבון משכפלות.
3. אורגניזמים גבוהים יותר לְהִתְפַּתֵחַ מצורות החיים הפרימיטיביות הללו.

תורת הדור הספונטני קובעת כי:

1. דור ספונטני קורה לעיתים קרובות, גם בעת החדשה. לדוגמא, בכל פעם שנשאר לבשר להירקב, הוא יוצר זבובים.
2. דור ספונטני מוליד אורגניזמים מורכבים כמו זבובים, בעלי חיים ואפילו בני אדם.
3. אורגניזמים גבוהים יותר הם תוצאה של דור ספונטני, והם אל תתפתח מצורות חיים אחרות.

מדענים נהגו להאמין בדור ספונטני, אך כיום אפילו הציבור הרחב כבר לא מאמין שזבובים מגיעים מבשר רקוב או שעכברים מגיעים מאשפה. יש מדענים שמטילים ספק גם באביוגנזה היא תיאוריה תקפה, אך הם לא הצליחו להציע חלופה טובה יותר.

כיצד מקורם של החיים הוצע לראשונה על ידי המדען הרוסי אלכסנדר אופרין בשנת 1924 ושוב באופן עצמאי על ידי הביולוג הבריטי ג'יי.בי.אס. הלדאן בשנת 1929. שניהם הניחו שלכדור הארץ הקדום יש סביבה עשירה באמוניה, פחמן דו חמצני, מימן ופחמן, אבני הבניין של מולקולות אורגניות.

קרניים אולטרה סגולות וברקים סיפקו את האנרגיה לתגובות כימיות שיאפשרו למולקולות הללו להתחבר.

שרשרת תגובות אופיינית תימשך כדלקמן:

1. אווירה פרה-ביוטית עם אמוניה, פחמן דו חמצני ואדי מים.
2. בָּרָק מייצר תרכובות אורגניות פשוטות שנופלות לתמיסה במים רדודים.
3. התרכובות מגיבות הלאה ב מרק פרה-ביוטי, ויוצרים חומצות אמינו.
4. חומצות האמינו מתחברות ליצירת קשרים פפטידיים חלבוני שרשרת פוליפפטיד.
5. החלבונים משתלבים למולקולות מורכבות יותר שיכולות לשכפל ולבצע חילוף חומרים חומרים פשוטים.
6. נוצרות מולקולות מורכבות ותרכובות אורגניות ממברנות ליפידים סביב עצמם ולהתחיל להתנהג כמו תאים חיים.

התיאוריה אמנם הציגה מושגים עקביים ואמינים, אך חלק מהצעדים התבררו כקשים לביצוע בתנאי מעבדה שניסו לדמות את אלה על כדור הארץ המוקדם.

תוכן קשור: אלמנטים של חומצות גרעין

בתחילת שנות החמישים החליטו הסטודנטים האמריקאים לתארים מתקדמים סטנלי מילר ויועצו הבוגר הרולד אורי לבדוק את תיאוריית האביוגנזה של אופרין הלדאן על ידי שחזור של סביבת כדור הארץ מוקדמת. הם ערבבו באוויר את התרכובות והאלמנטים הפשוטים מהתיאוריה ופרצו ניצוצות דרך התערובת.

כאשר הם ניתחו את מוצרי התגובה הכימית שהתקבלו, הם הצליחו לזהות חומצות אמינו שנוצרו במהלך הסימולציה. עדות זו לכך שהחלק הראשון של התיאוריה הייתה נכונה תמכה בניסויים מאוחרים יותר שניסו ליצור מולקולות משכפלות מחומצות האמינו. ניסויים אלה לא צלחו.

מחקר שנערך לאחר מכן מצא כי באטמוספרה הפרה-ביוטית של כדור הארץ הקדום יש כנראה יותר חמצן ופחות חומרים מרכזיים אחרים מאשר המדגם ששימש בניסוי מילר-אורי. זה הביא לשאלה האם המסקנות עדיין תקפות.

מאז, כמה ניסויים המשתמשים בהרכב אטמוספרה מתוקן מצאו גם מולקולות אורגניות כגון חומצות אמינו, ובכך תומכות במסקנות המקוריות.

תוכן קשור: הברירה הטבעית: הגדרה, התיאוריה של דרווין, דוגמאות ועובדות

גם כאשר נקבע שהתנאים לייצור תרכובות אורגניות פשוטות היו קיימים כדור הארץ הפרה-ביוטי, הדרך לתאים חיים הייתה שנויה במחלוקת. ישנן שלוש דרכים אפשריות של תרכובות פשוטות יחסית, כגון חומצות אמינו, בסופו של דבר להפוך לחיים המקיימים את עצמם:

1. שכפול ראשון: המולקולות האורגניות הופכות מורכבות יותר ויותר עד שהן כוללות קטעי DNA שיכולים לשכפל את עצמם. המולקולות המשכפלות את עצמן מפתחות התנהגות וחילוף חומרים של תאים.
2. מטבוליזם ראשון: המולקולות האורגניות מפתחות יכולת לקיים את עצמן על ידי שילוב ושינוי חומרים מסביבתם. הם הופכים לתאי פרוטו ומפתחים יכולת שכפול.
3. עולם ה- RNA: המולקולות האורגניות הופכות למקטעי RNA קודמים שיכולים לייצר עותקי מולקולת DNA. הם מפתחים מטבוליזם והתנהגות דמוית תאים בו זמנית.

השלבים מ חומצות אמינו היו בעיה רצינית, ואף אחד מהמסלולים התיאורטיים השונים, נכון למאי 2019, לא הוחל בהצלחה.

אין ספק כי א סימולציה של האטמוספירה הקדומה של כדור הארץ יכולים לייצר מולקולות מורכבות יחסית שהן אבני הבניין של המולקולות האורגניות הנמצאות בתאים חיים. ישנן, עם זאת, כמה בעיות מעבר מהמולקולות המורכבות לצורות חיים ממשיות. אלו כוללים:

• אין דרך תיאורטית מפורטת לעבור ממולקולות אורגניות מורכבות לצורת חיים.
• אין ניסויים מוצלחים התומכים ביצירת מולקולות מורכבות יותר מחומצות אמינו.
• אין מנגנון להתפתחות אבני בניין של RNA לבסיסי הפורין / פירימידין של ה- RNA המלא.
• אין הסכמה כיצד המולקולות המשכפלות / המטבוליזציה הופכות לצורות חיים.

אם אביוגנזה לא מתרחשת באופן שבו מתארת ​​התיאוריה, יש לקחת בחשבון רעיונות אלטרנטיביים.

ככל שנראה כי ההתקדמות באביוגנזה חסומה, הוצעו תיאוריות חלופיות למקור החיים. החיים אולי מקורם באופן הדומה לתיאוריית האביוגנזה אך ב פתחי אוורור גיאותרמיים מתחת לים או בתוך קרום כדור הארץ, וייתכן שזה קרה כמה פעמים במקומות שונים. לאף אחת מהתיאוריות הללו אין תמיכה בנתונים קשים יותר מאשר אביוגנזה קלאסית.

בתיאוריה אחרת שזונחת לחלוטין את האבוג'נזה, מדענים הציעו כי תרכובות אורגניות מורכבות או צורות חיים מלאות כגון וירוסים אולי הועברו לכדור הארץ על ידי מטאוריטים או שביטים. כדור הארץ הקדום (כדור הארץ הפרימיטיבי) היה נתון להפצצות כבדות בתקופת הדאן (לפני כ -4 עד 4.6 מיליארד שנה), כאשר ייתכן שהחיים התחילו.

ללא נתונים קשים יותר, המסקנה היחידה היא שכך בדיוק החיים על פני כדור הארץ שמקורו הוא עדיין בגדר תעלומה.