Abiogenéza: definícia, teória, dôkazy a príklady

Zatiaľ čo Charles Darwin Teória evolúcie je o tom, ako sa druhy menia, aby sa prispôsobili svojmu prostrediu, nerieši otázku, ako sa život začal pôvodne. V jednom okamihu, určite, keď bola planéta ešte horúca a roztavená, na Zemi neexistoval žiadny život, aj keď vieme, že život sa vyvinul neskôr.

Otázka je, ako vznikli rané formy života na Zemi?

Existuje niekoľko teórií o tom, ako vznikli základné stavebné kamene živých organizmov. Mechanizmus toho, ako sa stala neživá hmota samoreplikujúce sa živé organizmy a potom zložité formy života nie sú úplne pochopené.

Má určité medzery, ale abiogenéza sa zaoberá zaujímavými pojmami a začína vysvetlením.

Abiogenéza je prirodzený proces, pri ktorom živé organizmy vznikli z neživých organických molekúl. Jednoduché prvky kombinované za vzniku zlúčenín; zlúčeniny sa stali štruktúrovanejšími a obsahovali rôzne látky. Nakoniec sa vytvorili jednoduché organické zlúčeniny, ktoré sa spojili a vytvorili zložité molekuly, ako napr aminokyseliny.

Aminokyseliny sú stavebnou jednotkou bielkovín, ktoré tvoria základ organických procesov. Aminokyseliny sa mohli spojiť a vytvoriť tak proteínové reťazce. Tieto proteíny sa mohli stať samoreprodukujúcimi sa a tvoriť základ pre jednoduché formy života.

Takýto proces nemohol dnes na Zemi prebehnúť, pretože už neexistujú potrebné podmienky. Tvorba organických molekúl predpokladá prítomnosť teplého bujónu, ktorý obsahuje látky potrebné na vznik týchto organických molekúl.

Prvky a jednoduché zlúčeniny ako vodík, uhlík, fosfáty a cukry musia byť prítomné spolu. An zdroj energie, ako sú ultrafialové lúče alebo bleskové výboje by im pomohol spojiť sa. Takéto podmienky mohli existovať pred 3,5 miliónmi rokov, keď sa predpokladá, že začal život na Zemi. Abiogenéza podrobne popisuje mechanizmy, ako k tomu mohlo dôjsť.

Súvisiaci obsah: Louis Pasteur: Biografia, vynálezy, experimenty a fakty

Abiogenéza aj spontánne generovanie naznačujú, že život môže pochádzajú z neživej hmoty, ale podrobnosti o týchto dvoch sú úplne odlišné. Zatiaľ čo abiogenéza je platná teória, ktorá nebola vyvrátená, spontánne generovanie je zastaraná viera, ktorá sa ukázala ako nesprávna.

Tieto dve teórie sa líšia tromi hlavnými spôsobmi. Teória abiogenézy tvrdí, že:

1. Abiogenéza stáva sa zriedka. Stalo sa to najmenej raz pred asi 3,5 miliardami rokov a odvtedy sa to pravdepodobne nestalo.
2. Abiogenéza vedie k najväčšiemu množstvu primitívne formy života možné. Môžu byť také jednoduché ako replikujúce sa proteínové molekuly.
3. Vyššie organizmy vyvíjať sa z týchto primitívnych foriem života.

Teória spontánneho generovania tvrdí, že:

1. Spontánne generovanie sa stáva často, dokonca aj v modernej dobe. Napríklad vždy, keď mäso necháte hniť, vytvára sa muchy.
2. Spontánne generovanie vedie k zložité organizmy ako sú muchy, zvieratá a dokonca aj ľudia.
3. Vyššie organizmy sú výsledkom spontánneho generovania a oni nevyvíjajte sa z iných foriem života.

Vedci kedysi verili v spontánne generovanie, ale dnes už ani široká verejnosť neverí, že muchy pochádzajú zo zhnitého mäsa alebo myši pochádzajú z odpadkov. Niektorí vedci si tiež kladú otázku, či je abiogenéza platnou teóriou, ale nedokázali navrhnúť lepšiu alternatívu.

Ako mohol život vzniknúť, prvýkrát navrhol ruský vedec Alexander Oparin v roku 1924 a nezávisle opäť britský biológ J.B.S. Haldane v roku 1929. Obaja predpokladali, že na začiatku Zeme bolo prostredie bohaté na amoniak, oxid uhličitý, vodík a uhlík, ktoré sú stavebnými kameňmi organických molekúl.

Ultrafialové lúče a blesky poskytli energiu pre chemické reakcie, ktoré by umožnili prepojenie týchto molekúl.

Typický reťazec reakcií by prebiehal nasledovne:

1. Prebiotická atmosféra s amoniakom, oxidom uhličitým a vodnou parou.
2. Blesk vyrába jednoduché organické zlúčeniny, ktoré spadajú do roztoku v plytkej vode.
3. Zlúčeniny ďalej reagujú v a prebiotický vývar, tvoriaci aminokyseliny.
4. Aminokyseliny sa spájajú s peptidovými väzbami a vytvárajú sa proteíny polypeptidového reťazca.
5. Proteíny sa spájajú do zložitejších molekúl, ktoré to dokážu replikovať a metabolizovať jednoduché látky.
6. Tvoria sa zložité molekuly a organické zlúčeniny lipidové membrány okolo seba a začnú sa správať ako živé bunky.

Zatiaľ čo teória predstavovala konzistentné a dôveryhodné koncepty, ukázalo sa, že niektoré kroky je ťažké uskutočniť v laboratórnych podmienkach, ktoré sa pokúšali simulovať kroky na rannej Zemi.

Súvisiaci obsah: Prvky nukleových kyselín

Na začiatku 50. rokov sa americký postgraduálny študent Stanley Miller a jeho postgraduálny poradca Harold Urey rozhodli otestovať teóriu abiogenézy Oparin-Haldane pomocou obnovenia prostredia ranej Zeme. Zmiešali jednoduché zlúčeniny a prvky z teórie vo vzduchu a prostredníctvom zmesi vylučovali iskry.

Keď analyzovali výsledné produkty chemickej reakcie, boli schopní ich zistiť aminokyseliny vytvorené počas simulácie. Tento dôkaz, že prvá časť teórie bola správna, podporil neskoršie experimenty, ktoré sa pokúšali vytvoriť replikačné molekuly z aminokyselín. Tieto experimenty boli neúspešné.

Následný výskum zistil, že prebiotická atmosféra ranej Zeme mala pravdepodobne viac kyslíka a menej ďalších kľúčových látok ako vzorka použitá v experimente Miller-Urey. To viedlo k otázke, či sú závery stále platné.

Od tej doby niektoré experimenty využívajúce zloženie korigovanej atmosféry našli aj organické molekuly, ako sú aminokyseliny, čo podporuje pôvodné závery.

Súvisiaci obsah: Prírodný výber: definícia, Darwinova teória, príklady a fakty

Aj keď sa zistí, že podmienky pre generovanie jednoduchých organických zlúčenín boli prítomné dňa prebiotická Zem, bola vedená cesta k živým bunkám. Existujú tri možné spôsoby, ako by sa relatívne jednoduché zlúčeniny, ako sú aminokyseliny, mohli nakoniec stať sebestačným životom:

1. Najskôr replikácia: Organické molekuly sa stávajú čoraz zložitejšími, až kým neobsahujú segmenty DNA, ktoré sa môžu replikovať. Samoreplikujúce sa molekuly rozvíjajú chovanie a metabolizmus buniek.
2. Najskôr metabolizmus: Organické molekuly rozvíjajú schopnosť udržiavať sa integráciou a zmenou látok z ich okolia. Stávajú sa proto-bunkami a rozvíjajú schopnosť replikácie.
3. Svet RNA: Organické molekuly sa stávajú prekurzorovými segmentmi RNA, ktoré môžu vytvárať kópie molekúl DNA. Rozvíjajú súčasne metabolizmus a chovanie podobné bunkám.

Kroky od aminokyseliny boli vážnym problémom a žiadna z rôznych teoretických dráh nebola od mája 2019 úspešne simulovaná.

Niet pochýb o tom, že a simulácia atmosféry ranej Zeme môže produkovať pomerne zložité molekuly, ktoré sú stavebnými kameňmi organických molekúl nachádzajúcich sa v živých bunkách. Existuje však niekoľko problémov s prechodom od komplexných molekúl k skutočným formám života. Tie obsahujú:

• Neexistuje podrobná teoretická cesta, ktorá by viedla od zložitých organických molekúl k životnej forme.
• Neexistujú žiadne úspešné experimenty podporujúce tvorbu molekúl zložitejších ako aminokyseliny.
• Neexistuje žiadny mechanizmus na to, aby sa stavebné bloky RNA vyvinuli do purínových / pyrimidínových báz plnej RNA.
• Neexistuje konsenzus o tom, ako sa replikačné / metabolizujúce molekuly stávajú formami života.

Ak abiogenéza neprebieha tak, ako to popisuje teória, musia sa zvážiť alternatívne nápady.

Pretože pokrok v abiogenéze je zdanlivo blokovaný, boli navrhnuté alternatívne teórie pôvodu života. Život mohol vzniknúť podobným spôsobom ako teória abiogenézy, ale v roku geotermálne prieduchy pod morom alebo v rámci zemská kôra, a mohlo sa to stať niekoľkokrát na rôznych miestach. Žiadna z týchto teórií nemá väčšiu podporu tvrdých dát ako klasická abiogenéza.

V ďalšej teórii, ktorá sa úplne vzdáva abiogenézy, vedci tvrdia, že zložité organické zlúčeniny alebo úplné formy života, ako sú vírusy, mohlo na Zem dopraviť meteority alebo kométy. Ranná Zem (primitívna Zem) bola vystavená silnému bombardovaniu počas hadejského času (asi pred 4 až 4,6 miliardami rokov), keď mohol začať život.

Bez podrobnejších údajov sa dá vyvodiť jediný záver, že presne ako život na Zemi vznikol, je stále záhadou.