Abiogenezė: apibrėžimas, teorija, įrodymai ir pavyzdžiai

Nors Charleso Darwino Evoliucijos teorija kalba apie tai, kaip rūšys keičiasi prisitaikydamos prie savo aplinkos, nesprendžia gyvenimo pradžios klausimo. Vienu metu, žinoma, kai planeta vis dar buvo karšta ir ištirpusi, Žemėje nebuvo gyvybės, nors mes žinome, kad gyvenimas vystėsi vėliau.

Kyla klausimas: kaip atsirado ankstyvosios Žemės gyvybės formos?

Yra keletas teorijų, kaip atsirado pagrindiniai gyvųjų organizmų blokai. Mechanizmas, kaip tapo negyva materija save replikuojantys gyvi organizmai o tada sudėtingos gyvybės formos nėra iki galo suprantamos.

Turi tam tikrų spragų, bet abiogenezė nagrinėja įdomias sąvokas ir pradeda aiškinimą.

Abiogenezė yra natūralus procesas, kurio metu gyvi organizmai atsirado iš negyvų organinių molekulių. Paprasti elementai, sujungti į junginius; junginiai tapo labiau struktūrizuoti ir įtraukė skirtingas medžiagas. Galų gale, susidarė paprasti organiniai junginiai ir susieti, kad gautų sudėtingas molekules, tokias kaip amino rūgštys.

Aminorūgštys yra baltymų, sudarančių organinių procesų pagrindą, statybinės medžiagos. Amino rūgštys galėjo susijungti ir sudaryti baltymų grandines. Šie baltymai galėjo tapti savaime replikuojami ir sudaryti paprastų gyvybės formų pagrindą.

Toks procesas šiandien Žemėje negalėjo vykti, nes nebėra būtinų sąlygų. Organinių molekulių sukūrimas suponuoja šiltą sultinį, kuriame yra medžiagų, reikalingų toms organinėms molekulėms atsirasti.

Elementai ir paprasti junginiai, tokie kaip vandenilis, anglis, fosfatai ir cukrus, turi būti kartu. An energijos šaltinis, pavyzdžiui, ultravioletiniai spinduliai ar žaibo išleidimas padėtų jiems susirišti. Tokios sąlygos galėjo egzistuoti prieš 3,5 milijono metų, kai manoma, kad gyvybė Žemėje prasidėjo. Abiogenezė detalizuoja mechanizmus, kaip tai galėjo įvykti.

Susijęs turinys: Louis Pasteur: biografija, išradimai, eksperimentai ir faktai

Tiek abiogenezė, tiek savaiminė karta rodo, kad gyvenimas gali kilę iš negyvosios materijos, bet jųdviejų detalės yra visiškai skirtingos. Nors abiogenezė yra galiojanti teorija, kuri nebuvo paneigta, spontaniška karta yra pasenęs įsitikinimas, kuris pasirodė esąs neteisingas.

Abi teorijos skiriasi trimis pagrindiniais būdais. Abiogenezės teorija teigia, kad:

1. Abiogenezė pasitaiko retai. Tai įvyko bent kartą maždaug prieš 3,5 milijardo metų ir tikriausiai to nebuvo.
2. Daugiausia sukelia abigenezė primityvios gyvenimo formos įmanoma. Tai gali būti taip paprasta, kaip replikuoti baltymų molekules.
3. Aukštesni organizmai evoliucionuoti iš šių primityvių gyvybės formų.

Spontaniškos kartos teorija teigia, kad:

1. Spontani karta dažnai nutinka net ir šiais laikais. Pavyzdžiui, kiekvieną kartą, kai mėsa paliekama pūti, ji generuoja muses.
2. Spontani karta sukelia kompleksiniai organizmai tokios kaip musės, gyvūnai ir net žmonės.
3. Aukštesni organizmai yra savaiminio susidarymo rezultatas ir jie nesivysto iš kitų gyvybės formų.

Mokslininkai anksčiau tikėjo spontaniška karta, tačiau šiandien net plačioji visuomenė nebetiki, kad musės yra iš supuvusios mėsos, o pelės - iš šiukšlių. Kai kurie mokslininkai taip pat abejoja, ar abiogenezė yra pagrįsta teorija, tačiau jie negalėjo pasiūlyti geresnės alternatyvos.

Kaip galėjo atsirasti gyvenimas, 1924 m. Pirmą kartą pasiūlė rusų mokslininkas Aleksandras Oparinas, o vėl savarankiškai - britų biologas J.B.S. Haldanas 1929 m. Abi manė, kad ankstyvojoje Žemėje aplinka, kurioje yra daug amoniako, anglies dioksido, vandenilio ir anglies, yra organinių molekulių statybinė medžiaga.

Ultravioletiniai spinduliai ir žaibai suteikė energijos cheminėms reakcijoms, kurios leistų šioms molekulėms susieti.

Tipiška reakcijų grandinė vyktų taip:

1. Prebiotinė atmosfera su amoniaku, anglies dioksidu ir vandens garais.
2. Žaibas gamina paprastus organinius junginius, kurie patenka į tirpalą sekliame vandenyje.
3. Junginiai toliau reaguoja a prebiotinis sultinys, sudarant aminorūgštis.
4. Aminorūgštys jungiasi su peptidiniais ryšiais ir susidaro polipeptido grandinės baltymai.
5. Baltymai jungiasi į sudėtingesnes molekules, kurios gali daugintis ir metabolizuoti paprastos medžiagos.
6. Susidaro kompleksinės molekulės ir organiniai junginiai lipidų membranos aplink save ir pradeda elgtis kaip gyvos ląstelės.

Nors teorija pateikė nuoseklias ir patikimas koncepcijas, kai kuriuos veiksmus pasirodė sunku atlikti laboratorinėmis sąlygomis, bandant imituoti ankstyvosios Žemės.

Susijęs turinys: Nukleorūgščių elementai

1950-ųjų pradžioje amerikietis studentas Stanley Milleris ir jo patarėjas absolventas Haroldas Urey nusprendė išbandyti Oparin-Haldane abiogenezės teoriją atkurdami ankstyvąją Žemės aplinką. Jie maišė paprastus junginius ir teorijos elementus ore ir išleido kibirkštis.

Išanalizavę gautus cheminės reakcijos produktus, jie galėjo aptikti amino rūgščių, sukurtų modeliavimo metu. Šie įrodymai, kad pirmoji teorijos dalis buvo teisinga, patvirtino vėlesnius eksperimentus, kurie bandė iš aminorūgščių sukurti replikuojančias molekules. Šie eksperimentai buvo nesėkmingi.

Vėlesni tyrimai parodė, kad prebiotinė ankstyvosios Žemės atmosfera tikriausiai turėjo daugiau deguonies ir mažiau kitų pagrindinių medžiagų nei mėginys, naudojamas Milerio-Urey eksperimente. Tai sukėlė klausimą, ar išvados vis dar pagrįstos.

Nuo to laiko kai kurie eksperimentai, naudojant koreguotą atmosferos kompoziciją, taip pat rado organines molekules, tokias kaip aminorūgštys, taip patvirtindamos pirmines išvadas.

Susijęs turinys: Natūralus pasirinkimas: apibrėžimas, Darvino teorija, pavyzdžiai ir faktai

Net ir nustačius, kad buvo paprastų organinių junginių susidarymo sąlygos prebiotinė Žemė, kelias į gyvas ląsteles buvo ginčytinas. Yra trys galimi būdai, kaip palyginti paprasti junginiai, tokie kaip aminorūgštys, ilgainiui gali tapti savarankišku gyvenimu:

1. Pirmiausia replikacija: Organinės molekulės tampa vis sudėtingesnės, kol jos apima DNR segmentus, kurie gali pakartoti save. Save replikuojančios molekulės vysto ląstelių elgesį ir metabolizmą.
2. Pirmiausia metabolizmas: Organinės molekulės ugdo gebėjimą išlaikyti save, integruodamos ir keisdamos medžiagas iš savo aplinkos. Jie tampa proto-ląstelėmis ir sukuria gebėjimą daugintis.
3. RNR pasaulis: Organinės molekulės tampa pirmtakiniais RNR segmentais, galinčiais sukurti DNR molekulių kopijas. Jie tuo pačiu metu vysto medžiagų apykaitą ir į ląsteles panašų elgesį.

Žingsniai nuo amino rūgštys buvo rimta problema ir nuo 2019 m. gegužės mėn. nė vienas iš skirtingų teorinių būdų nebuvo sėkmingai imituotas.

Neabejotina, kad a ankstyvosios Žemės atmosferos modeliavimas gali gaminti palyginti sudėtingas molekules, kurios yra organinių molekulių, esančių gyvose ląstelėse, statybiniai elementai. Tačiau yra keletas problemų, susijusių su kompleksinių molekulių patekimu į tikrąsias gyvybės formas. Jie apima:

• Nėra išsamaus teorinio kelio pereiti nuo sudėtingų organinių molekulių iki gyvybės formos.
• Nėra sėkmingų eksperimentų, palaikančių sudėtingesnių molekulių nei aminorūgštys formavimąsi.
• Nėra mechanizmo, kaip RNR blokai galėtų išsivystyti į visos RNR purino / pirimidino bazes.
• Nėra vieningos nuomonės, kaip replikuojančios / metabolizuojančios molekulės tampa gyvybės formomis.

Jei abiogenezė nevyksta taip, kaip aprašoma teorijoje, reikia apsvarstyti alternatyvias idėjas.

Panašu, kad pažengus abiogenezės progresui, buvo pasiūlytos alternatyvios gyvybės atsiradimo teorijos. Gyvenimas galėjo atsirasti panašiai kaip abiogenezės teorija, bet geoterminės angos po jūra arba Žemės pluta, ir tai galėjo atsitikti kelis kartus skirtingose ​​vietose. Nė viena iš šių teorijų neturi tvirtesnio duomenų palaikymo nei klasikinė abiogenezė.

Kitoje teorijoje, kuri visiškai atsisako abiogenezės, mokslininkai pasiūlė, kad sudėtingi organiniai junginiai arba visiškos gyvybės formos, tokios kaip virusai, į Žemę galėjo būti meteoritai ar kometos. Ankstyvoji Žemė (pirmykštė Žemė) buvo smarkiai bombarduojama Hadeano laiku (maždaug prieš 4–4,6 mlrd. Metų), kai gyvybė galėjo prasidėti.

Neturint daugiau patikimų duomenų, vienintelė išvada yra būtent taip gyvybės Žemėje kilęs, vis dar yra paslaptis.