Abiogenese: definisjon, teori, bevis og eksempler

Mens Charles Darwin er Teori om evolusjon handler om hvordan arter forandrer seg for å tilpasse seg miljøet, det tar ikke opp spørsmålet om hvordan livet startet opprinnelig. På et tidspunkt, absolutt da planeten fortsatt var varm og smeltet, var det ikke noe liv på jorden, selv om vi vet at livet utviklet seg senere.

Spørsmålet er, hvordan oppstod tidlige livsformer på jorden?

Det er flere teorier om hvordan de grunnleggende byggesteinene til levende organismer ble til. Mekanismen for hvordan ikke-levende materie ble selvrepliserende levende organismer og så er ikke komplekse livsformer helt forstått.

Det har noen hull, men abiogenese tar for seg interessante konsepter og starter en forklaring.

Abiogenese er den naturlige prosessen der levende organismer oppsto fra organiske molekyler som ikke lever. Enkle elementer kombinert for å danne forbindelser; forbindelsene ble mer strukturerte og involverte forskjellige stoffer. Til slutt ble enkle organiske forbindelser dannet og knyttet til å produsere komplekse molekyler som f.eks aminosyrer.

Aminosyrer er byggesteinene til proteinene som danner grunnlaget for organiske prosesser. Aminosyrene kunne ha kombinert for å danne proteinkjeder. Disse proteinene kunne ha blitt selvrepliserende og dannet grunnlaget for enkle livsformer.

En slik prosess kunne ikke finne sted på jorden i dag fordi de nødvendige forholdene ikke lenger eksisterer. Opprettelsen av organiske molekyler forutsetter tilstedeværelsen av en varm buljong som inneholder stoffene som kreves for at de organiske molekylene skal vises.

Elementer og enkle forbindelser som hydrogen, karbon, fosfater og sukker må alle være tilstede sammen. An energikilde som ultrafiolette stråler eller lynutslipp ville hjelpe dem å binde seg. Forhold som dette kan ha eksistert for 3,5 millioner år siden da livet på jorden antas å ha startet. Abiogenesis beskriver mekanismene for hvordan det kan ha funnet sted.

Relatert innhold: Louis Pasteur: Biografi, oppfinnelser, eksperimenter og fakta

Både abiogenese og spontan generasjon foreslår at livet kan stammer fra ikke-levende materie, men detaljene til de to er helt forskjellige. Mens abiogenese er en gyldig teori som ikke er motbevist, er spontan generasjon en utdatert tro som har vist seg å være feil.

De to teoriene skiller seg ut på tre hovedmåter. Teorien om abiogenese sier at:

1. Abiogenese skjer sjelden. Det skjedde minst en gang for omtrent 3,5 milliarder år siden og har sannsynligvis ikke skjedd siden den gang.
2. Abiogenese gir mest primitive livsformer mulig. Disse kan være så enkle som replikerende proteinmolekyler.
3. Høyere organismer utvikle seg fra disse primitive livsformene.

Teorien om spontan generasjon sier at:

1. Spontan generasjon skjer ofte, selv i moderne tid. For eksempel, hver gang kjøtt lar seg råtne, genererer det fluer.
2. Spontan generasjon gir opphav til komplekse organismer som fluer, dyr og til og med mennesker.
3. Høyere organismer er resultatet av spontan generasjon, og de ikke utvikle deg fra andre livsformer.

Tidligere trodde forskere på spontan generasjon, men i dag tror ikke allmennheten lenger at fluer kommer fra råttent kjøtt eller mus kommer fra søppel. Noen forskere stiller også spørsmål ved om abiogenese er en gyldig teori, men de har ikke vært i stand til å foreslå et bedre alternativ.

Hvordan livet kan ha oppstått ble først foreslått av den russiske forskeren Alexander Oparin i 1924 og uavhengig igjen av den britiske biologen J.B.S. Haldane i 1929. Begge antok at den tidlige jorden hadde et miljø rikt på ammoniakk, karbondioksid, hydrogen og karbon, byggesteinene til organiske molekyler.

Ultrafiolette stråler og lyn ga energien til kjemiske reaksjoner som tillater at disse molekylene kobles sammen.

En typisk kjede av reaksjoner vil gå slik:

1. Prebiotisk atmosfære med ammoniakk, karbondioksid og vanndamp.
2. Lyn produserer enkle organiske forbindelser som faller i oppløsning på grunt vann.
3. Forbindelsene reagerer videre i a prebiotisk buljong, danner aminosyrer.
4. Aminosyrene kobles sammen med peptidbindinger for å danne seg proteiner av polypeptidkjede.
5. Proteinene kombineres til mer komplekse molekyler som kan replikere og metabolisere enkle stoffer.
6. Det dannes komplekse molekyler og organiske forbindelser lipidmembraner rundt seg selv og begynner å oppføre seg som levende celler.

Mens teorien presenterte konsistente og troverdige konsepter, viste det seg at noen av trinnene var vanskelige å gjennomføre under laboratorieforhold som prøvde å simulere dem på tidlig jord.

Relatert innhold: Elementer av nukleinsyrer

Tidlig på 1950-tallet bestemte den amerikanske kandidatstudenten Stanley Miller og hans kandidatrådgiver Harold Urey seg for å teste Oparin-Haldane-abiogeneseteorien ved å gjenskape et tidlig jordmiljø. De blandet de enkle forbindelsene og elementene fra teorien i luft og sluppet ut gnister gjennom blandingen.

Da de analyserte de resulterende kjemiske reaksjonsproduktene, var de i stand til å oppdage aminosyrer opprettet under simuleringen. Dette beviset på at den første delen av teorien var korrekt, støttet senere eksperimenter som prøvde å lage replikerende molekyler fra aminosyrene. Disse eksperimentene lyktes ikke.

Senere forskning fant at den prebiotiske atmosfæren på den tidlige jorden sannsynligvis hadde mer oksygen og færre andre viktige stoffer enn prøven som ble brukt i Miller-Urey-eksperimentet. Dette førte til spørsmålstegn ved om konklusjonene fremdeles var gyldige.

Siden den gang har noen eksperimenter med en korrigert atmosfæresammensetning også funnet organiske molekyler som aminosyrer, og støtter dermed de opprinnelige konklusjonene.

Relatert innhold: Natural Selection: Definisjon, Darwins teori, eksempler og fakta

Selv når det er fastslått at forholdene for generering av enkle organiske forbindelser var til stede den prebiotisk jord, har veien til levende celler vært omstridt. Det er tre mulige måter relativt enkle forbindelser som aminosyrer til slutt kan bli selvbærende liv på:

1. Replikering først: De organiske molekylene blir mer og mer komplekse til de inkluderer DNA-segmenter som kan replikere seg selv. De selvrepliserende molekylene utvikler celleadferd og metabolisme.
2. Metabolisme først: De organiske molekylene utvikler evnen til å opprettholde seg selv ved å integrere og endre stoffer fra omgivelsene. De blir protoceller og utvikler evnen til å replikere seg.
3. RNA-verden: De organiske molekylene blir forløper-RNA-segmenter som kan produsere DNA-molekylkopier. De utvikler samtidig stoffskifte og cellelignende oppførsel.

Trinnene fra aminosyrer var et alvorlig problem, og ingen av de forskjellige teoretiske banene har per mai 2019 blitt simulert.

Det er ingen tvil om at en simulering av den tidlige jordatmosfæren kan produsere relativt komplekse molekyler som er byggesteinene til de organiske molekylene som finnes i levende celler. Det er imidlertid flere problemer med å komme fra komplekse molekyler til faktiske livsformer. Disse inkluderer:

• Det er ingen detaljert teoretisk vei å gå fra komplekse organiske molekyler til en livsform.
• Det er ingen vellykkede eksperimenter som støtter dannelsen av molekyler som er mer komplekse enn aminosyrer.
• Det er ingen mekanisme for at RNA-byggesteiner kan utvikle seg til purin / pyrimidinbaser av full RNA.
• Det er ingen enighet om hvordan replikerende / metaboliserende molekyler blir livsformer.

Hvis abiogenese ikke finner sted slik teorien beskriver, alternative ideer må vurderes.

Med fremgang i abiogenese tilsynelatende blokkert, er alternative teorier for livets opprinnelse blitt foreslått. Livet kan ha oppstått på en måte som ligner abiogeneseteorien, men i geotermiske ventilasjoner under sjøen eller i jordskorpen, og det kan ha skjedd flere ganger forskjellige steder. Ingen av disse teoriene har mer hard datastøtte enn klassisk abiogenese.

I en annen teori som forlater abiogenese helt, har forskere foreslått at komplekse organiske forbindelser eller komplette livsformer som virus kan ha blitt levert til jorden av meteoritter eller kometer. Tidlig jord (primitiv jord) ble utsatt for tung bombardement i løpet av Hadean-tiden (for rundt 4 til 4,6 milliarder år siden) da livet kan ha startet.

Uten mer harde data er den eneste konklusjonen at nøyaktig hvordan livet på jorden opprinnelse er fortsatt et mysterium.