Abiogeneza: opredelitev, teorija, dokazi in primeri

Medtem ko Charles Darwin Teorija evolucije govori o tem, kako se vrste spreminjajo, da se prilagodijo svojemu okolju, ne obravnava vprašanja, kako se je življenje prvotno začelo. V nekem trenutku, zagotovo, ko je bil planet še vedno vroč in stopljen, na Zemlji ni bilo življenja, čeprav vemo, da se je življenje razvilo pozneje.

Vprašanje je, kako so nastale zgodnje zemeljske oblike življenja?

Obstaja več teorij o tem, kako so nastali osnovni gradniki živih organizmov. Mehanizem, kako je postala neživa snov samorazmnoževalni živi organizmi in potem kompleksne oblike življenja niso popolnoma razumljene.

Ima nekaj vrzeli, vendar abiogeneza ukvarja se z zanimivimi koncepti in začne s pojasnilom.

Abiogeneza je naravni postopek, po katerem so živi organizmi nastali iz neživih organskih molekul. Preprosti elementi v kombinaciji, da tvorijo spojine; spojine so postale bolj strukturirane in so vključevale različne snovi. Sčasoma so nastale in povezane preproste organske spojine, ki tvorijo kompleksne molekule, kot so amino kisline.

Aminokisline so gradniki beljakovin, ki so osnova organskih procesov. Aminokisline bi se lahko združile v beljakovinske verige. Te beljakovine bi se lahko same razmnoževale in predstavljale osnovo za preproste oblike življenja.

Takšnega procesa danes na Zemlji ne bi bilo mogoče izvesti, ker potrebni pogoji ne obstajajo več. Ustvarjanje organskih molekul predpostavlja prisotnost tople juhe, ki vsebuje snovi, potrebne za pojav teh organskih molekul.

Elementi in enostavne spojine, kot so vodik, ogljik, fosfati in sladkorji, morajo biti prisotni skupaj. An vir energije, kot so ultravijolični žarki ali razelektritve bi jim pomagal, da se vežejo. Takšni pogoji so morda obstajali pred 3,5 milijoni let, ko naj bi se začelo življenje na Zemlji. Abiogeneza podrobno opisuje mehanizme, kako se je to lahko zgodilo.

Sorodna vsebina: Louis Pasteur: biografija, izumi, eksperimenti in dejstva

Tako abiogeneza kot spontana generacija kažeta, da življenje lahko izvirajo iz nežive snovi, vendar so podrobnosti obeh povsem drugačne. Čeprav je abiogeneza veljavna teorija, ki ni bila ovržena, je spontano generiranje zastarelo prepričanje, ki se je izkazalo za napačno.

Teoriji se razlikujeta na tri glavne načine. Teorija abiogeneze navaja, da:

1. Abiogeneza se zgodi redko. Zgodilo se je vsaj enkrat pred približno 3,5 milijardami let in se od takrat verjetno še ni.
2. Abiogeneza povzroča največ primitivne oblike življenja mogoče. Te so lahko tako preproste kot kopiranje beljakovinskih molekul.
3. Višji organizmi razvijati iz teh primitivnih oblik življenja.

Teorija spontane generacije navaja, da:

1. Spontana generacija se dogaja pogosto, tudi v sodobnem času. Na primer, vsakič, ko meso pusti gniti, ustvari muhe.
2. Spontana generacija povzroča kompleksnih organizmov kot so muhe, živali in celo ljudje.
3. Višji organizmi so rezultat spontane generacije in tudi oni ne razvijajte se iz drugih oblik življenja.

Znanstveniki so nekoč verjeli v spontano generiranje, danes pa tudi širša javnost ne verjame več, da muhe prihajajo iz pokvarjenega mesa ali miši iz smeti. Nekateri znanstveniki se tudi sprašujejo, ali je abiogeneza veljavna teorija, vendar boljše alternative niso mogli predlagati.

Kako je lahko nastalo življenje, je prvi predlagal ruski znanstvenik Aleksander Oparin leta 1924, neodvisno pa spet britanski biolog J.B.S. Haldane leta 1929. Oba sta domnevala, da je imela zgodnja Zemlja okolje, bogato z amoniakom, ogljikovim dioksidom, vodikom in ogljikom, gradniki organskih molekul.

Ultravijolični žarki in strele so zagotavljali energijo za kemične reakcije, ki bi omogočale povezavo teh molekul.

Tipična veriga reakcij bi potekala na naslednji način:

1. Prebiotično vzdušje z amoniakom, ogljikovim dioksidom in vodno paro.
2. Strela proizvaja preproste organske spojine, ki padejo v raztopino v plitvi vodi.
3. Spojine nadalje reagirajo v a prebiotična juha, ki tvori aminokisline.
4. Aminokisline se tvorijo s peptidnimi vezmi beljakovine polipeptidne verige.
5. Beljakovine se kombinirajo v bolj zapletene molekule, ki jih lahko ponoviti in presnoviti preproste snovi.
6. Nastajajo kompleksne molekule in organske spojine lipidne membrane okoli sebe in se začnejo obnašati kot žive celice.

Medtem ko je teorija predstavljala dosledne in verodostojne koncepte, se je izkazalo, da je nekatere korake težko izvesti v laboratorijskih pogojih, ki so poskušali simulirati tiste na zgodnji Zemlji.

Sorodna vsebina: Elementi nukleinskih kislin

V zgodnjih petdesetih letih sta se ameriška podiplomska študentka Stanley Miller in njegov podiplomski svetovalec Harold Urey odločila, da preizkusita teorijo abargeneze Oparin-Haldane z poustvarjanjem zgodnjega zemeljskega okolja. Preproste spojine in elemente teorije so zmešali v zraku in skozi mešanico odvajali iskre.

Ko so analizirali nastale produkte kemijske reakcije, so jih lahko zaznali aminokisline, ustvarjene med simulacijo. Ta dokaz, da je bil prvi del teorije pravilen, je podpiral kasnejše eksperimente, ki so poskušali iz aminokislin ustvariti replikacijske molekule. Ti poskusi so bili neuspešni.

Kasnejše raziskave so pokazale, da je prebiotično ozračje zgodnje Zemlje verjetno imelo več kisika in manj drugih ključnih snovi kot vzorec, uporabljen v poskusu Miller-Urey. To je privedlo do vprašanja, ali so sklepi še vedno veljavni.

Od takrat so nekateri poskusi s popravljeno sestavo atmosfere našli tudi organske molekule, kot so aminokisline, kar podpira prvotne zaključke.

Povezana vsebina: Naravni izbor: opredelitev, Darwinova teorija, primeri in dejstva

Tudi ko se ugotovi, da so bili pogoji za tvorjenje enostavnih organskih spojin prisotni prebiotik Zemlja, pot do živih celic je bila sporna. Obstajajo trije možni načini, kako sorazmerno preproste spojine, kot so aminokisline, sčasoma postanejo samozadostno življenje:

1. Najprej replikacija: Organske molekule postajajo vedno bolj zapletene, dokler ne vključujejo segmentov DNA, ki se lahko replicirajo. Samoreproduktivne molekule razvijajo vedenje celic in presnovo.
2. Najprej presnova: Organske molekule razvijejo sposobnost, da se vzdržujejo z vključevanjem in spreminjanjem snovi iz okolice. Postanejo proto-celice in razvijejo sposobnost razmnoževanja.
3. RNA svet: Organske molekule postanejo predhodni segmenti RNA, ki lahko ustvarijo kopije molekul DNA. Hkrati razvijejo metabolizem in celično podobno vedenje.

Koraki od amino kisline so bili resen problem in od maja 2019 nobena od različnih teoretičnih poti ni bila uspešno simulirana.

Ni dvoma, da a simulacija zgodnje zemeljske atmosfere lahko tvorijo razmeroma zapletene molekule, ki so gradniki organskih molekul v živih celicah. Obstaja pa več težav pri prehodu iz kompleksnih molekul v dejanske oblike življenja. Tej vključujejo:

• Podrobne teoretične poti, ki bi prešla od zapletenih organskih molekul do življenjske oblike, ni.
• Ni uspešnih poskusov, ki bi podpirali tvorjenje molekul, ki so bolj zapletene kot aminokisline.
• Ni mehanizma, da bi se gradniki RNA razvili v purinske / pirimidinske baze polne RNA.
• Ni soglasja o tem, kako molekule, ki se razmnožujejo / presnavljajo, postanejo življenjske oblike.

Če abiogeneza ne poteka tako, kot teorija opisuje, upoštevati je treba alternativne ideje.

Ker je bil napredek na področju abiogeneze na videz blokiran, so bile predlagane alternativne teorije o izvoru življenja. Življenje je lahko nastalo na podoben način kot teorija abiogeneze, vendar leta geotermalne odprtine pod morjem ali znotraj Zemljina skorja, in morda se je že večkrat zgodilo na različnih krajih. Nobena od teh teorij nima trdnejših podatkovnih podpor kot klasična abiogeneza.

V drugi teoriji, ki v celoti opusti abiogenezo, so znanstveniki predlagali, da bi lahko zapletene organske spojine ali popolne življenjske oblike, kot so virusi, na Zemljo dostavili meteoriti ali kometi. Zgodnja Zemlja (primitivna Zemlja) je bila močno napadena v času Hadea (pred približno 4 do 4,6 milijardami let), ko se je življenje morda začelo.

Brez trdnejših podatkov je edini zaključek, da točno tako življenje na Zemlji še vedno skrivnost.