Abioģenēze: definīcija, teorija, pierādījumi un piemēri

Kamēr Čārlza Darvina Evolūcijas teorija ir par to, kā sugas mainās, lai pielāgotos savai videi, tas neatrisina jautājumu par to, kā dzīve sākās sākotnēji. Vienā brīdī, protams, kad planēta vēl bija karsta un izkususi, uz Zemes nebija dzīvības, lai gan mēs zinām, ka dzīve attīstījās vēlāk.

Jautājums ir kā radās agrīnās Zemes dzīvības formas?

Pastāv vairākas teorijas par to, kā radās dzīvo organismu pamatelementi. Mehānisms, kā kļuva nedzīva matērija sevi replikējošie dzīvie organismi un tad sarežģītās dzīves formas nav pilnībā izprotamas.

Tam ir dažas nepilnības, bet abiogenēze nodarbojas ar interesantiem jēdzieniem un sāk skaidrojumu.

Abioģenēze ir dabisks process, kurā dzīvie organismi radās no nedzīvām organiskām molekulām. Vienkārši elementi apvienoti, veidojot savienojumus; savienojumi kļuva strukturētāki un iesaistīja dažādas vielas. Galu galā tika izveidoti un savienoti vienkārši organiski savienojumi, lai iegūtu tādas sarežģītas molekulas kā aminoskābes.

Aminoskābes ir olbaltumvielu celtniecības bloki, kas veido organisko procesu pamatu. Aminoskābes varēja apvienoties, veidojot olbaltumvielu ķēdes. Šīs olbaltumvielas varēja kļūt par pašu replikāciju un veidot pamatu vienkāršām dzīves formām.

Šāds process šodien nevarētu notikt uz Zemes, jo vairs nepastāv nepieciešamie apstākļi. Organisko molekulu radīšana paredz silta buljona klātbūtni, kas satur vielas, kas nepieciešamas šo organisko molekulu parādīšanai.

Elementiem un vienkāršiem savienojumiem, piemēram, ūdeņradim, ogleklim, fosfātiem un cukuriem, jābūt kopā. An enerģijas avots, piemēram, ultravioletie stari vai zibens izlādes palīdzētu viņiem sasaistīties. Šādi apstākļi, iespējams, pastāvēja pirms 3,5 miljoniem gadu, kad tiek uzskatīts, ka ir sākusies dzīvība uz Zemes. Abiogenezē ir sīki aprakstīti mehānismi, kā tas varētu notikt.

Saistīts saturs: Luiss Pastērs: biogrāfija, izgudrojumi, eksperimenti un fakti

Gan abiogenēze, gan spontāna paaudze liecina, ka dzīve var rodas no nedzīvas vielas, bet abu detaļas ir pilnīgi atšķirīgas. Lai gan abiogenēze ir pamatota teorija, kas nav noraidīta, spontāna paaudze ir novecojusi pārliecība, kas ir izrādījusies nepareiza.

Abas teorijas atšķiras trīs galvenajos veidos. Abiogenēzes teorija apgalvo, ka:

1. Abioģenēze notiek reti. Tas notika vismaz vienu reizi apmēram pirms 3,5 miljardiem gadu un, iespējams, kopš tā laika nav noticis.
2. Abiogenezē rodas visvairāk primitīvas dzīves formas iespējams. Tās var būt tikpat vienkāršas kā proteīna molekulu atkārtošana.
3. Augstāki organismi attīstīties no šīm primitīvajām dzīvības formām.

Spontānas paaudzes teorija apgalvo, ka:

1. Spontāna paaudze notiek bieži, pat mūsdienās. Piemēram, katru reizi, kad gaļu atstāj puvi, tā rada mušas.
2. Spontāna paaudze rada sarežģīti organismi piemēram, mušas, dzīvnieki un pat cilvēki.
3. Augstāki organismi ir spontānas paaudzes rezultāts, un tie neattīsties no citām dzīvības formām.

Kādreiz zinātnieki ticēja spontānai paaudzei, taču mūsdienās pat sabiedrība vairs neuzskata, ka mušas nāk no sapuvušas gaļas vai peles no atkritumiem. Daži zinātnieki arī apšauba, vai abiogenēze ir pamatota teorija, taču viņi nav spējuši piedāvāt labāku alternatīvu.

Kā dzīve varētu būt radusies, pirmo reizi 1924. gadā ierosināja krievu zinātnieks Aleksandrs Oparins un patstāvīgi atkal britu biologs J.B.S. Haldane 1929. gadā. Abi pieņēma, ka agrīnā Zemes vide ir bagāta ar amonjaku, oglekļa dioksīdu, ūdeņradi un oglekli, kas ir organisko molekulu celtniecības bloki.

Ultravioletie stari un zibens nodrošināja enerģiju ķīmiskām reakcijām, kas ļautu šīm molekulām saistīties.

Tipiska reakciju ķēde noritētu šādi:

1. Prebiotiska atmosfēra ar amonjaku, oglekļa dioksīdu un ūdens tvaikiem.
2. Zibens ražo vienkāršus organiskos savienojumus, kas nonāk šķīdumā seklā ūdenī.
3. Savienojumi tālāk reaģē a prebiotiskais buljons, veidojot aminoskābes.
4. Aminoskābes veido saiti ar peptīdu saitēm polipeptīdu ķēdes proteīni.
5. Olbaltumvielas apvienojas sarežģītākās molekulās, kuras var atkārtot un metabolizēt vienkāršas vielas.
6. Veidojas sarežģītas molekulas un organiski savienojumi lipīdu membrānas ap sevi un sāk rīkoties kā dzīvās šūnas.

Lai gan teorija izklāstīja konsekventus un ticamus jēdzienus, dažus no darbiem izrādījās grūti veikt laboratorijas apstākļos, kas mēģināja simulēt tos, kas bija uz Zemes sākuma.

Saistīts saturs: Nukleīnskābju elementi

50. gadu sākumā amerikāņu maģistrants Stenlijs Millers un viņa absolvents padomnieks Harolds Ūrejs nolēma pārbaudīt Oparina-Haldāna abiogenēzes teoriju, atjaunojot agrīno Zemes vidi. Viņi gaisā sajauca vienkāršos savienojumus un teorijas elementus un caur maisījumu izdalīja dzirksteles.

Analizējot iegūtos ķīmiskās reakcijas produktus, viņi spēja to noteikt simulācijas laikā radušās aminoskābes. Šie pierādījumi, ka teorijas pirmā daļa bija pareiza, apstiprināja vēlākus eksperimentus, kuru laikā no aminoskābēm mēģināja izveidot atkārtojošās molekulas. Šie eksperimenti bija neveiksmīgi.

Turpmākie pētījumi atklāja, ka agrīnā Zemes prebiotiskajā atmosfērā, iespējams, bija vairāk skābekļa un mazāk citu galveno vielu nekā Millera-Ūrija eksperimentā izmantotajā paraugā. Tas izraisīja jautājumu, vai secinājumi joprojām ir pamatoti.

Kopš tā laika dažos eksperimentos, izmantojot koriģētu atmosfēras sastāvu, ir atrastas arī organiskas molekulas, piemēram, aminoskābes, tādējādi atbalstot sākotnējos secinājumus.

Saistīts saturs: Dabiskā atlase: definīcija, Darvina teorija, piemēri un fakti

Pat tad, kad tiek konstatēts, ka pastāv apstākļi vienkāršu organisko savienojumu veidošanai prebiotiskā Zeme, ceļš uz dzīvām šūnām ir bijis strīdīgs. Ir trīs iespējamie veidi, kā salīdzinoši vienkārši savienojumi, piemēram, aminoskābes, galu galā var kļūt par dzīvi uzturošu dzīvi:

1. Vispirms replikācija: Organiskās molekulas kļūst arvien sarežģītākas, līdz tās ietver DNS segmentus, kas var atkārtoties paši. Pašu replikējošās molekulas attīsta šūnu uzvedību un metabolismu.
2. Vispirms metabolisms: Organiskās molekulas attīsta spēju sevi uzturēt, integrējot un mainot vielas no apkārtējās vides. Viņi kļūst par proto-šūnām un attīsta spēju atkārtoties.
3. RNS pasaule: Organiskās molekulas kļūst par RNS prekursoru segmentiem, kas var radīt DNS molekulu kopijas. Viņi vienlaikus attīsta vielmaiņu un šūnām līdzīgu uzvedību.

Soļi no aminoskābes bija nopietna problēma, un no 2019. gada maija neviens no dažādiem teorētiskajiem ceļiem nav veiksmīgi simulēts.

Nav šaubu, ka a agrīnas Zemes atmosfēras simulācija var radīt salīdzinoši sarežģītas molekulas, kas ir dzīvajās šūnās atrodamo organisko molekulu pamatelementi. Tomēr ir vairākas problēmas, pārejot no sarežģītām molekulām uz faktiskajām dzīvības formām. Tie ietver:

• Nav detalizēta teorētiskā ceļa, lai pārietu no sarežģītām organiskām molekulām uz dzīvības formu.
• Nav veiksmīgu eksperimentu, kas atbalstītu sarežģītāku molekulu veidošanos nekā aminoskābes.
• Nav mehānisma, kas ļautu RNS veidot blokus pilnīgas RNS purīna / pirimidīna bāzēm.
• Nav vienprātības par to, kā replikējošās / metabolizējošās molekulas kļūst par dzīvības formām.

Ja abiogenēze nenotiek tā, kā aprakstīts teorijā, jāapsver alternatīvas idejas.

Šķietami bloķējot progresu abiogenēzes jomā, tiek piedāvātas alternatīvas teorijas par dzīves izcelsmi. Iespējams, ka dzīve ir radusies līdzīgi kā abiogenēzes teorijai, bet gan ģeotermālās atveres zem jūras vai Zemes garoza, un tas, iespējams, ir noticis vairākas reizes dažādās vietās. Nevienai no šīm teorijām nav vairāk cieta datu atbalsta nekā klasiskajai abiogenēzei.

Citā teorijā, kas vispār atsakās no abiogenēzes, zinātnieki ir ierosinājuši, ka uz Zemi, iespējams, ir piegādājuši sarežģītus organiskos savienojumus vai pilnīgas dzīvības formas, piemēram, vīrusus. meteorīti vai komētas. Agrīnā Zeme (primitīvā Zeme) tika pakļauta spēcīgai bombardēšanai Hadeanas laikā (apmēram pirms 4 līdz 4,6 miljardiem gadu), kad, iespējams, sākās dzīvība.

Bez vairāk pamatotu datu vienīgais secinājums ir tāds, kā tieši dzīve uz Zemes izcelsme joprojām ir noslēpums.