Abiogeneza: definicja, teoria, dowody i przykłady

Podczas gdy Karola Darwina Teoria ewolucji jest o tym, jak gatunki zmieniają się, aby dostosować się do swojego środowiska, nie odnosi się do pytania o to, jak pierwotnie powstało życie. W pewnym momencie, z pewnością gdy planeta była jeszcze gorąca i roztopiona, na Ziemi nie było życia, chociaż wiemy, że życie wyewoluowało później.

Pytanie brzmi, jak powstały wczesne formy życia na Ziemi??

Istnieje kilka teorii na temat powstania podstawowych elementów budulcowych organizmów żywych. Mechanizm powstawania materii nieożywionej samoreplikujące się żywe organizmy a następnie złożone formy życia nie są w pełni zrozumiałe.

Ma pewne luki, ale abiogeneza zajmuje się ciekawymi pojęciami i zaczyna od wyjaśnienia.

Abiogeneza to naturalny proces, w którym żywe organizmy powstały z nieożywionych cząsteczek organicznych. Proste elementy połączone w związki; związki stały się bardziej ustrukturyzowane i obejmowały różne substancje. W końcu powstały proste związki organiczne, które zostały połączone w celu wytworzenia złożonych cząsteczek, takich jak aminokwasy.

Aminokwasy są budulcem białek, które stanowią podstawę procesów organicznych. Aminokwasy mogły się połączyć, tworząc łańcuchy białkowe. Białka te mogły ulec samoreplikacji i stanowić podstawę prostych form życia.

Taki proces nie mógł mieć miejsca na Ziemi dzisiaj, ponieważ nie istnieją już niezbędne warunki. Tworzenie cząsteczek organicznych zakłada obecność ciepłego bulionu, który zawiera substancje potrzebne do pojawienia się tych cząsteczek organicznych.

Pierwiastki i proste związki, takie jak wodór, węgiel, fosforany i cukry muszą być obecne razem. Na źródło energii, takie jak promienie ultrafioletowe lub wyładowania atmosferyczne pomogłoby im związać się. Takie warunki mogły istnieć 3,5 miliona lat temu, kiedy uważa się, że życie na Ziemi się zaczęło. Abiogeneza szczegółowo opisuje mechanizmy, w jaki sposób mogło do tego dojść.

Powiązana zawartość: Louis Pasteur: biografia, wynalazki, eksperymenty i fakty

Zarówno abiogeneza, jak i spontaniczne wytwarzanie sugerują, że życie może: pochodzą z materii nieożywionej, ale szczegóły są zupełnie inne. Podczas gdy abiogeneza jest ważną teorią, która nie została obalona, ​​spontaniczne generowanie jest przestarzałym przekonaniem, które okazało się błędne.

Te dwie teorie różnią się na trzy główne sposoby. Teoria abiogenezy stwierdza, że:

1. Abiogeneza zdarza się rzadko. Zdarzyło się to przynajmniej raz około 3,5 miliarda lat temu i prawdopodobnie nie miało miejsca od tego czasu.
2. Abiogeneza daje początek najbardziej prymitywne formy życia możliwy. Mogą być tak proste, jak replikowanie cząsteczek białka.
3. Wyższe organizmy ewoluować z tych prymitywnych form życia.

Teoria generowania spontanicznego stwierdza, że:

1. Spontaniczne pokolenie zdarza się często, nawet w dzisiejszych czasach. Na przykład za każdym razem, gdy mięso gnije, wytwarza muchy.
2. Spontaniczne pokolenie daje początek złożone organizmy takich jak muchy, zwierzęta, a nawet ludzie.
3. Organizmy wyższe są wynikiem spontanicznej generacji i nie ewoluuj z innych form życia.

Naukowcy wierzyli w spontaniczne pokolenie, ale dziś nawet opinia publiczna nie wierzy już, że muchy pochodzą ze zgniłego mięsa, a myszy ze śmieci. Niektórzy naukowcy kwestionują również, czy abiogeneza jest słuszną teorią, ale nie byli w stanie zaproponować lepszej alternatywy.

Jak mogło powstać życie, po raz pierwszy zaproponował rosyjski naukowiec Alexander Oparin w 1924 roku i ponownie niezależnie przez brytyjskiego biologa J.B.S. Haldane w 1929 roku. Obaj zakładali, że wczesna Ziemia miała środowisko bogate w amoniak, dwutlenek węgla, wodór i węgiel, elementy budulcowe cząsteczek organicznych.

Promienie ultrafioletowe i błyskawice dostarczyły energii do reakcji chemicznych, które umożliwiły połączenie tych cząsteczek.

Typowy łańcuch reakcji przebiegałby następująco:

1. Atmosfera prebiotyczna z amoniakiem, dwutlenkiem węgla i parą wodną.
2. Błyskawica wytwarza proste związki organiczne, które w płytkiej wodzie rozpadają się.
3. Związki reagują dalej w a bulion prebiotyczny, tworząc aminokwasy.
4. Aminokwasy łączą się wiązaniami peptydowymi, tworząc białka łańcucha polipeptydowego.
5. Białka łączą się w bardziej złożone cząsteczki, które mogą: replikować i metabolizować proste substancje.
6. Tworzą się złożone cząsteczki i związki organiczne błony lipidowe wokół siebie i zacznij zachowywać się jak żywe komórki.

Chociaż teoria przedstawiała spójne i wiarygodne koncepcje, niektóre kroki okazały się trudne do wykonania w warunkach laboratoryjnych, które próbowały symulować te na wczesnej Ziemi.

Powiązana zawartość: Elementy kwasów nukleinowych

We wczesnych latach pięćdziesiątych amerykański doktorant Stanley Miller i jego doradca Harold Urey postanowili przetestować teorię abiogenezy Oparina-Haldane'a, odtwarzając środowisko wczesnej Ziemi. Mieszali proste związki i pierwiastki z teorii w powietrzu i wyrzucali iskry przez mieszaninę.

Kiedy przeanalizowali powstałe produkty reakcji chemicznych, byli w stanie wykryć aminokwasy powstałe podczas symulacji. Ten dowód na to, że pierwsza część teorii była poprawna, potwierdził późniejsze eksperymenty, w których próbowano stworzyć replikujące się cząsteczki z aminokwasów. Eksperymenty te zakończyły się niepowodzeniem.

Późniejsze badania wykazały, że prebiotyczna atmosfera wczesnej Ziemi prawdopodobnie zawierała więcej tlenu i mniej innych kluczowych substancji niż próbka użyta w eksperymencie Millera-Ureya. Doprowadziło to do zakwestionowania, czy wnioski są nadal aktualne.

Od tego czasu w niektórych eksperymentach z wykorzystaniem skorygowanego składu atmosfery znaleziono również cząsteczki organiczne, takie jak aminokwasy, co potwierdza pierwotne wnioski.

Powiązana zawartość: Dobór naturalny: definicja, teoria Darwina, przykłady i fakty

Nawet jeśli zostanie ustalone, że warunki do powstania prostych związków organicznych były obecne na prebiotyczna Ziemia, droga do żywych komórek była przedmiotem sporu. Istnieją trzy możliwe sposoby, w jakie stosunkowo proste związki, takie jak aminokwasy, mogą ostatecznie stać się samowystarczalnym życiem:

1. Najpierw replikacja: Cząsteczki organiczne stają się coraz bardziej złożone, aż zawierają segmenty DNA, które mogą się replikować. Samoreplikujące się molekuły rozwijają zachowanie i metabolizm komórek.
2. Najpierw metabolizm: Cząsteczki organiczne rozwijają zdolność do utrzymania się poprzez integrację i zmianę substancji z otoczenia. Stają się protokomórkami i rozwijają zdolność do replikacji.
3. Świat RNA: Cząsteczki organiczne stają się prekursorowymi segmentami RNA, które mogą wytwarzać kopie cząsteczek DNA. Jednocześnie rozwijają metabolizm i zachowanie podobne do komórek.

Kroki od aminokwasy były poważnym problemem i do maja 2019 r. żadna z różnych ścieżek teoretycznych nie została pomyślnie zasymulowana.

Nie ma wątpliwości, że a symulacja wczesnej atmosfery Ziemi może wytwarzać stosunkowo złożone cząsteczki, które są budulcem cząsteczek organicznych znajdujących się w żywych komórkach. Istnieje jednak kilka problemów z przejściem od złożonych cząsteczek do rzeczywistych form życia. Obejmują one:

• Nie ma szczegółowej teoretycznej ścieżki przejścia od złożonych cząsteczek organicznych do formy życia.
• Nie ma udanych eksperymentów wspierających powstawanie cząsteczek bardziej złożonych niż aminokwasy.
• Nie ma mechanizmu rozwoju bloków budulcowych RNA w zasady purynowo-pirymidynowe pełnego RNA.
• Nie ma zgody co do tego, w jaki sposób cząsteczki replikujące/metabolizujące stają się formami życia.

Jeśli abiogeneza nie przebiega w sposób opisany przez teorię, należy rozważyć alternatywne pomysły.

Ponieważ postęp w abiogenezie wydaje się być zablokowany, zaproponowano alternatywne teorie dotyczące pochodzenia życia. Życie mogło powstać w sposób podobny do teorii abiogenezy, ale w kominy geotermalne pod morzem lub w skorupa Ziemskai mogło się to zdarzyć kilka razy w różnych miejscach. Żadna z tych teorii nie ma bardziej twardych danych niż klasyczna abiogeneza.

W innej teorii, która całkowicie porzuca abiogenezę, naukowcy zaproponowali, że złożone związki organiczne lub kompletne formy życia, takie jak wirusy, mogły zostać dostarczone na Ziemię przez meteoryty lub komety. Wczesna Ziemia (prymitywna Ziemia) została poddana ciężkiemu bombardowaniu w czasie Hadeanu (około 4 do 4,6 miliarda lat temu), kiedy życie mogło się rozpocząć.

Bez bardziej twardych danych jedyny wniosek jest taki, że dokładnie jak życie na Ziemi pochodzenie jest nadal tajemnicą.