Abiogenese: definitie, theorie, bewijs en voorbeelden

Terwijl Charles Darwin's Evolutietheorie gaat over hoe soorten veranderen om zich aan te passen aan hun omgeving, het gaat niet in op de vraag hoe het leven oorspronkelijk begon. Op een gegeven moment, zeker toen de planeet nog heet en gesmolten was, was er geen leven op aarde, hoewel we weten dat het leven later is geëvolueerd.

De vraag is, hoe zijn vroege levensvormen op aarde ontstaan??

Er zijn verschillende theorieën over hoe de basisbouwstenen van levende organismen zijn ontstaan. Het mechanisme van hoe niet-levende materie werd zelfreplicerende levende organismen en dan wordt complexe levensvormen niet volledig begrepen.

Er zitten wat hiaten in, maar abiogenesis gaat in op interessante concepten en gaat aan de slag met uitleg.

Abiogenesis is het natuurlijke proces waarbij levende organismen zijn ontstaan ​​uit niet-levende organische moleculen. Eenvoudige elementen gecombineerd om verbindingen te vormen; de verbindingen werden meer gestructureerd en omvatten verschillende stoffen. Uiteindelijk werden eenvoudige organische verbindingen gevormd en gekoppeld om complexe moleculen te produceren zoals

Aminozuren zijn de bouwstenen van de eiwitten die aan de basis liggen van organische processen. De aminozuren zouden kunnen zijn gecombineerd om eiwitketens te vormen. Deze eiwitten zouden zichzelf kunnen vermenigvuldigen en de basis kunnen vormen voor eenvoudige levensvormen.

Zo'n proces kon vandaag op aarde niet plaatsvinden omdat de noodzakelijke voorwaarden niet meer bestaan. De creatie van organische moleculen veronderstelt de aanwezigheid van een warme bouillon die de stoffen bevat die nodig zijn om die organische moleculen te laten verschijnen.

Elementen en eenvoudige verbindingen zoals waterstof, koolstof, fosfaten en suikers moeten allemaal samen aanwezig zijn. Een energiebron zoals ultraviolette stralen of bliksemontladingen zou hen helpen te binden. Dergelijke omstandigheden kunnen 3,5 miljoen jaar geleden hebben bestaan, toen het leven op aarde verondersteld werd te zijn begonnen. Abiogenesis beschrijft de mechanismen van hoe dat zou kunnen hebben plaatsgevonden.

Gerelateerde inhoud: Louis Pasteur: biografie, uitvindingen, experimenten en feiten

Zowel abiogenese als spontane generatie stellen voor dat het leven kan ontstaan ​​uit niet-levende materie, maar de details van de twee zijn totaal verschillend. Hoewel abiogenese een geldige theorie is die niet is weerlegd, is spontane generatie een achterhaalde overtuiging waarvan is aangetoond dat deze onjuist is.

De twee theorieën verschillen op drie belangrijke manieren. De theorie van abiogenese stelt dat:

1. Abiogenesis gebeurt zelden. Het gebeurde minstens één keer ongeveer 3,5 miljard jaar geleden en is sindsdien waarschijnlijk niet meer voorgekomen.
2. Abiogenese geeft aanleiding tot de meeste primitieve levensvormen mogelijk. Deze kunnen zo simpel zijn als het repliceren van eiwitmoleculen.
3. Hogere organismen evolueren van deze primitieve levensvormen.

De theorie van spontane generatie stelt dat:

1. Spontane generatie gebeurt vaak, zelfs in de moderne tijd. Elke keer dat vlees bijvoorbeeld wordt achtergelaten om te rotten, genereert het vliegen.
2. Spontane generatie geeft aanleiding tot complexe organismen zoals vliegen, dieren en zelfs mensen.
3. Hogere organismen zijn het resultaat van spontane generatie, en zij niet evolueren van andere levensvormen.

Vroeger geloofden wetenschappers in spontane generatie, maar tegenwoordig gelooft zelfs het grote publiek niet meer dat vliegen van rot vlees komen of muizen van afval. Sommige wetenschappers betwijfelen ook of abiogenese een geldige theorie is, maar ze hebben geen beter alternatief kunnen voorstellen.

Hoe het leven zou kunnen zijn ontstaan, werd voor het eerst voorgesteld door de Russische wetenschapper Alexander Oparin in 1924 en opnieuw onafhankelijk door de Britse bioloog J.B.S. Haldane in 1929. Beiden gingen ervan uit dat de vroege aarde een omgeving had die rijk was aan ammoniak, kooldioxide, waterstof en koolstof, de bouwstenen van organische moleculen.

Ultraviolette stralen en bliksem leverden de energie voor chemische reacties waardoor deze moleculen zich konden verbinden.

Een typische keten van reacties zou als volgt verlopen:

1. Prebiotische atmosfeer met ammoniak, kooldioxide en waterdamp.
2. Bliksem produceert eenvoudige organische verbindingen die in ondiep water in oplossing vallen.
3. De verbindingen reageren verder in a prebiotische bouillon, vormen aminozuren.
4. De aminozuren verbinden zich met peptidebindingen om te vormen polypeptideketen eiwitten polypeptide.
5. De eiwitten combineren tot meer complexe moleculen die kunnen repliceren en metaboliseren eenvoudige stoffen.
6. Complexe moleculen en organische verbindingen vormen lipide membranen om zich heen en beginnen te doen alsof levende cellen.

Hoewel de theorie consistente en geloofwaardige concepten presenteerde, bleken sommige stappen moeilijk uit te voeren onder laboratoriumomstandigheden die die op de vroege aarde probeerden te simuleren.

Gerelateerde inhoud: Elementen van nucleïnezuren

In het begin van de jaren vijftig besloten de Amerikaanse afgestudeerde student Stanley Miller en zijn afgestudeerde adviseur Harold Urey om de Oparin-Haldane-abiogenese-theorie te testen door een vroege aardse omgeving te recreëren. Ze vermengden de eenvoudige verbindingen en elementen uit de theorie in lucht en wierpen vonken door het mengsel.

Toen ze de resulterende chemische reactieproducten analyseerden, konden ze detecteren: aminozuren gemaakt tijdens de simulatie. Dit bewijs dat het eerste deel van de theorie correct was, ondersteunde latere experimenten die probeerden replicerende moleculen van de aminozuren te maken. Deze experimenten waren niet succesvol.

Daaropvolgend onderzoek wees uit dat de prebiotische atmosfeer van de vroege aarde waarschijnlijk meer zuurstof en minder andere belangrijke stoffen bevatte dan het monster dat in het Miller-Urey-experiment werd gebruikt. Dit leidde tot de vraag of de conclusies nog geldig waren.

Sindsdien hebben sommige experimenten met een gecorrigeerde atmosfeersamenstelling ook organische moleculen zoals aminozuren gevonden, waardoor de oorspronkelijke conclusies worden ondersteund.

Gerelateerde inhoud: Natuurlijke selectie: definitie, theorie van Darwin, voorbeelden en feiten

Zelfs wanneer is vastgesteld dat de voorwaarden voor het genereren van eenvoudige organische verbindingen aanwezig waren op prebiotische aarde, is het pad naar levende cellen in het geding geweest. Er zijn drie mogelijke manieren waarop relatief eenvoudige verbindingen zoals aminozuren uiteindelijk zelfvoorzienend leven kunnen worden:

1. Replicatie eerst: De organische moleculen worden steeds complexer totdat ze DNA-segmenten bevatten die zichzelf kunnen repliceren. De zelfreplicerende moleculen ontwikkelen celgedrag en metabolisme.
2. Metabolisme eerst: De organische moleculen ontwikkelen het vermogen om zichzelf in stand te houden door stoffen uit hun omgeving te integreren en te veranderen. Ze worden protocellen en ontwikkelen het vermogen om te repliceren.
3. RNA-wereld: De organische moleculen worden voorloper-RNA-segmenten die kopieën van DNA-moleculen kunnen produceren. Ze ontwikkelen tegelijkertijd stofwisseling en celachtig gedrag.

De stappen van aminozuren op waren een serieus probleem, en geen van de verschillende theoretische paden is, vanaf mei 2019, met succes gesimuleerd.

Het lijdt geen twijfel dat een simulatie van de vroege aardatmosfeer kan relatief complexe moleculen produceren die de bouwstenen zijn van de organische moleculen die in levende cellen worden aangetroffen. Er zijn echter verschillende problemen om van de complexe moleculen naar werkelijke levensvormen te komen. Waaronder:

• Er is geen gedetailleerd theoretisch pad om van complexe organische moleculen naar een levensvorm te gaan.
• Er zijn geen succesvolle experimenten die de vorming van moleculen ondersteunen die complexer zijn dan aminozuren.
• Er is geen mechanisme voor RNA-bouwstenen om zich te ontwikkelen tot de purine/pyrimidinebasen van volledig RNA.
• Er is geen consensus over hoe de replicerende/metaboliserende moleculen levensvormen worden.

Als abiogenese niet plaatsvindt op de manier die de theorie beschrijft, alternatieve ideeën moeten worden overwogen.

Met de vooruitgang op het gebied van abiogenese schijnbaar geblokkeerd, zijn alternatieve theorieën voor de oorsprong van het leven voorgesteld. Het leven zou kunnen zijn ontstaan ​​op een manier die vergelijkbaar is met de abiogenese-theorie, maar in geothermische ventilatieopeningen onder de zee of in de aardkorst, en het kan meerdere keren op verschillende plaatsen zijn gebeurd. Geen van deze theorieën heeft meer harde gegevensondersteuning dan klassieke abiogenese.

In een andere theorie die abiogenese helemaal verlaat, hebben wetenschappers voorgesteld dat complexe organische verbindingen of complete levensvormen zoals virussen op aarde kunnen zijn afgeleverd door meteorieten of kometen. De vroege aarde (primitieve aarde) werd tijdens de Hadean-tijd (ongeveer 4 tot 4,6 miljard jaar geleden) zwaar gebombardeerd, toen het leven misschien begon.

Zonder meer harde gegevens is de enige conclusie dat precies hoe leven op aarde ontstaan ​​is nog steeds een raadsel.