Abiogenesis: ความหมาย ทฤษฎี หลักฐาน และตัวอย่าง

ในขณะที่ ชาลส์ ดาร์วิน ทฤษฎีวิวัฒนาการ เป็นเรื่องเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของสายพันธุ์เพื่อปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อม ไม่ได้ตอบคำถามว่าชีวิตเริ่มต้นอย่างไร ณ จุดหนึ่ง แน่นอนว่าเมื่อดาวเคราะห์ยังร้อนและหลอมละลาย ไม่มีสิ่งมีชีวิตบนโลกนี้ แม้ว่าเราจะรู้ว่าชีวิตวิวัฒนาการมาในภายหลัง

คำถามคือ, รูปแบบชีวิตของโลกยุคแรกเกิดขึ้นได้อย่างไร?

มีหลายทฤษฎีเกี่ยวกับการสร้างพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต กลไกการเกิดสิ่งไม่มีชีวิต สิ่งมีชีวิตที่จำลองตัวเองได้ แล้วรูปแบบชีวิตที่ซับซ้อนก็ยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้

มันมีช่องว่างอยู่บ้าง แต่ กำเนิดใหม่ เกี่ยวข้องกับแนวคิดที่น่าสนใจและเริ่มต้นจากการอธิบาย

กำเนิดขึ้นใหม่ เป็นกระบวนการทางธรรมชาติที่สิ่งมีชีวิตเกิดจากโมเลกุลอินทรีย์ที่ไม่มีชีวิต องค์ประกอบอย่างง่ายรวมกันเป็นสารประกอบ สารประกอบมีโครงสร้างมากขึ้นและเกี่ยวข้องกับสารต่างๆ ในที่สุด สารประกอบอินทรีย์อย่างง่ายก็ถูกสร้างขึ้นและเชื่อมโยงเพื่อผลิตโมเลกุลที่ซับซ้อนเช่น such กรดอะมิโน.

กรดอะมิโนเป็นส่วนประกอบสำคัญของโปรตีนที่เป็นพื้นฐานของกระบวนการอินทรีย์ กรดอะมิโนสามารถรวมกันเป็นสายโปรตีนได้ โปรตีนเหล่านี้สามารถทำซ้ำได้เองและเป็นพื้นฐานสำหรับรูปแบบชีวิตที่เรียบง่าย

กระบวนการดังกล่าวไม่สามารถเกิดขึ้นได้บนโลกในปัจจุบันเนื่องจากไม่มีเงื่อนไขที่จำเป็นอีกต่อไป การสร้างโมเลกุลอินทรีย์สันนิษฐานว่ามีน้ำซุปอุ่นที่มีสารที่จำเป็นสำหรับโมเลกุลอินทรีย์ที่จะปรากฏ

ธาตุและสารประกอบอย่างง่าย เช่น ไฮโดรเจน คาร์บอน ฟอสเฟต และน้ำตาล ล้วนต้องมีอยู่ด้วยกัน อัน แหล่งพลังงานเช่นรังสีอัลตราไวโอเลตหรือการปล่อยฟ้าผ่า จะช่วยให้พวกเขาผูกพัน สภาพเช่นนี้อาจมีอยู่ 3.5 ล้านปีก่อนเมื่อคาดว่าชีวิตบนโลกได้เริ่มต้นขึ้น Abiogenesis ให้รายละเอียดกลไกของสิ่งที่เกิดขึ้น

เนื้อหาที่เกี่ยวข้อง: หลุยส์ ปาสเตอร์: ชีวประวัติ สิ่งประดิษฐ์ การทดลอง และข้อเท็จจริง

ทั้ง abiogenesis และ spontaneous generation เสนอว่าชีวิตสามารถทำได้ เกิดจากสิ่งไม่มีชีวิตแต่รายละเอียดของทั้งสองแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง แม้ว่า abiogenesis เป็นทฤษฎีที่ถูกต้องซึ่งยังไม่ได้รับการพิสูจน์ แต่การเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติเป็นความเชื่อที่ล้าสมัยซึ่งแสดงให้เห็นว่าไม่ถูกต้อง

ทฤษฎีทั้งสองมีความแตกต่างกันในสามวิธีหลัก ทฤษฎีการเกิด abiogenesis ระบุว่า:

1. กำเนิดขึ้นใหม่ เกิดขึ้นน้อยมาก มันเกิดขึ้นอย่างน้อยหนึ่งครั้งเมื่อประมาณ 3.5 พันล้านปีก่อนและอาจไม่เกิดขึ้นตั้งแต่นั้นมา
2. Abiogenesis ก่อให้เกิดมากที่สุด รูปแบบดั้งเดิมของชีวิต เป็นไปได้ สิ่งเหล่านี้อาจง่ายพอๆ กับการจำลองโมเลกุลของโปรตีน
3. สิ่งมีชีวิตที่สูงขึ้น วิวัฒนาการ จากรูปแบบชีวิตดึกดำบรรพ์เหล่านี้

ทฤษฎีการสร้างโดยธรรมชาติกล่าวว่า:

1. รุ่นที่เกิดขึ้นเอง เกิดขึ้นบ่อยครั้งแม้ในยุคปัจจุบัน ตัวอย่างเช่น ทุกครั้งที่ปล่อยให้เนื้อเน่า มันจะสร้างแมลงวัน
2. การเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติก่อให้เกิด สิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อน เช่น แมลงวัน สัตว์ หรือแม้แต่มนุษย์
3. สิ่งมีชีวิตที่สูงขึ้นเป็นผลมาจากการเกิดขึ้นเองและพวกมัน อย่าวิวัฒนาการ จากรูปแบบชีวิตอื่นๆ

นักวิทยาศาสตร์เคยเชื่อในเรื่องที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ แต่ทุกวันนี้แม้แต่คนทั่วไปก็ไม่เชื่อว่าแมลงวันมาจากเนื้อเน่าหรือหนูมาจากขยะอีกต่อไป นักวิทยาศาสตร์บางคนยังตั้งคำถามว่า abiogenesis เป็นทฤษฎีที่ถูกต้องหรือไม่ แต่พวกเขาไม่สามารถเสนอทางเลือกอื่นที่ดีกว่าได้

กำเนิดชีวิตเกิดขึ้นได้อย่างไร โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย Alexander Oparin เสนอครั้งแรกในปี 1924 และเป็นอิสระอีกครั้งโดยนักชีววิทยาชาวอังกฤษ J.B.S. ฮัลเดนในปี ค.ศ. 1929 ทั้งสองสันนิษฐานว่าโลกยุคแรกมีสภาพแวดล้อมที่อุดมไปด้วยแอมโมเนีย คาร์บอนไดออกไซด์ ไฮโดรเจน และคาร์บอน ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของโมเลกุลอินทรีย์

รังสีอัลตราไวโอเลตและฟ้าผ่าให้พลังงานสำหรับปฏิกิริยาเคมีซึ่งจะทำให้โมเลกุลเหล่านี้เชื่อมโยงกัน

ปฏิกิริยาลูกโซ่ทั่วไปจะดำเนินการดังนี้:

1. บรรยากาศพรีไบโอติก ด้วยแอมโมเนีย คาร์บอนไดออกไซด์ และไอน้ำ
2. สายฟ้า ผลิตสารประกอบอินทรีย์อย่างง่ายที่ตกลงไปในสารละลายในน้ำตื้น
3. สารประกอบทำปฏิกิริยาเพิ่มเติมใน a น้ำซุปพรีไบโอติกทำให้เกิดกรดอะมิโน
4. กรดอะมิโนเชื่อมโยงกับพันธะเปปไทด์เพื่อสร้าง โปรตีนสายโซ่โพลีเปปไทด์.
5. โปรตีนรวมกันเป็นโมเลกุลที่ซับซ้อนมากขึ้นซึ่งสามารถ ทำซ้ำและเผาผลาญ สารง่าย ๆ
6. โมเลกุลที่ซับซ้อนและสารประกอบอินทรีย์ก่อตัวขึ้น เยื่อหุ้มไขมัน รอบตัวและเริ่มทำตัวเหมือน เซลล์ที่มีชีวิต.

ในขณะที่ทฤษฎีนำเสนอแนวคิดที่สอดคล้องกันและน่าเชื่อถือ ขั้นตอนบางอย่างพิสูจน์ได้ยากภายใต้สภาวะของห้องปฏิบัติการที่พยายามจำลองขั้นตอนเหล่านั้นในยุคแรกเริ่มของโลก

เนื้อหาที่เกี่ยวข้อง: องค์ประกอบของกรดนิวคลีอิก

ในช่วงต้นทศวรรษ 1950 นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาชาวอเมริกัน สแตนลีย์ มิลเลอร์ และที่ปรึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของเขา ฮาโรลด์ อูเรย์ ตัดสินใจทดสอบทฤษฎีกำเนิดของโอปาริน-ฮัลเดนด้วยการสร้างสภาพแวดล้อมของโลกในยุคแรกขึ้นใหม่ พวกเขาผสมสารประกอบและองค์ประกอบอย่างง่ายจากทฤษฎีในอากาศและปล่อยประกายไฟผ่านส่วนผสม

เมื่อวิเคราะห์ผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้น พวกเขาสามารถตรวจจับได้ กรดอะมิโนที่สร้างขึ้นระหว่างการจำลอง. หลักฐานนี้แสดงว่าส่วนแรกของทฤษฎีได้รับการสนับสนุนอย่างถูกต้องในการทดลองในภายหลังซึ่งพยายามสร้างโมเลกุลจำลองจากกรดอะมิโน การทดลองเหล่านี้ไม่ประสบความสำเร็จ

การวิจัยในภายหลังพบว่าบรรยากาศพรีไบโอติกของโลกยุคแรกอาจมีออกซิเจนมากกว่าและมีสารสำคัญอื่น ๆ น้อยกว่าตัวอย่างที่ใช้ในการทดลอง Miller-Urey สิ่งนี้นำไปสู่การตั้งคำถามว่าข้อสรุปนั้นยังคงถูกต้องหรือไม่

ตั้งแต่นั้นมา การทดลองบางอย่างโดยใช้องค์ประกอบบรรยากาศที่ถูกแก้ไขยังพบโมเลกุลอินทรีย์ เช่น กรดอะมิโน ซึ่งสนับสนุนข้อสรุปดั้งเดิม

เนื้อหาที่เกี่ยวข้อง: การคัดเลือกโดยธรรมชาติ: ความหมาย ทฤษฎีของดาร์วิน ตัวอย่างและข้อเท็จจริง

แม้ว่าจะมีการกำหนดเงื่อนไขสำหรับการสร้างสารประกอบอินทรีย์อย่างง่ายอยู่บน were พรีไบโอติกเอิร์ธ, เส้นทางสู่เซลล์ที่มีชีวิตมีความขัดแย้ง. มีสามวิธีที่เป็นไปได้ที่สารประกอบที่ค่อนข้างง่ายเช่นกรดอะมิโนในที่สุดจะกลายเป็นชีวิตที่ดำรงอยู่ได้ด้วยตนเอง:

1. การจำลองแบบก่อน: โมเลกุลอินทรีย์มีความซับซ้อนมากขึ้นเรื่อย ๆ จนกว่าจะรวมส่วนดีเอ็นเอที่สามารถทำซ้ำได้ โมเลกุลที่จำลองตัวเองจะพัฒนาพฤติกรรมของเซลล์และเมแทบอลิซึม
2. เมแทบอลิซึมก่อน: โมเลกุลอินทรีย์พัฒนาความสามารถในการดำรงตัวเองโดยการรวมและเปลี่ยนสารจากสภาพแวดล้อม พวกมันกลายเป็นโปรโตเซลล์และพัฒนาความสามารถในการทำซ้ำ
3. อาร์เอ็นเอโลก: โมเลกุลอินทรีย์กลายเป็นสารตั้งต้นของกลุ่มอาร์เอ็นเอที่สามารถสร้างสำเนาของโมเลกุลดีเอ็นเอ พวกเขาพัฒนาการเผาผลาญและพฤติกรรมเหมือนเซลล์ในเวลาเดียวกัน

ขั้นตอนจาก กรดอะมิโน เป็นปัญหาร้ายแรง และไม่มีเส้นทางทฤษฎีที่แตกต่างกัน ณ เดือนพฤษภาคม 2019 ที่จำลองได้สำเร็จ

ไม่ต้องสงสัยเลยว่า a การจำลองบรรยากาศของโลกยุคแรก สามารถผลิตโมเลกุลที่ค่อนข้างซับซ้อนซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของโมเลกุลอินทรีย์ที่พบในเซลล์ที่มีชีวิต อย่างไรก็ตาม มีปัญหาหลายประการในการเปลี่ยนจากโมเลกุลที่ซับซ้อนไปสู่รูปแบบชีวิตจริง ซึ่งรวมถึง:

• ไม่มีเส้นทางทางทฤษฎีที่มีรายละเอียดในการเปลี่ยนจากโมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อนไปสู่รูปแบบชีวิต
• ไม่มีการทดลองใดที่ประสบความสำเร็จที่สนับสนุนการก่อตัวของโมเลกุลที่ซับซ้อนกว่ากรดอะมิโน
• ไม่มีกลไกในการสร้างบล็อคอาร์เอ็นเอเพื่อพัฒนาเป็นเบสพิวรีน/ไพริมิดีนของอาร์เอ็นเอแบบเต็ม
• ไม่มีความเห็นเป็นเอกฉันท์ว่าโมเลกุลที่จำลองแบบ/เมแทบอลิซึมกลายเป็นรูปแบบชีวิตได้อย่างไร

ถ้า abiogenesis ไม่เกิดขึ้นในวิธีที่ทฤษฎีอธิบาย ความคิดทางเลือกต้องได้รับการพิจารณา.

ด้วยความก้าวหน้าของการเกิด abiogenesis ที่ดูเหมือนจะขัดขวาง จึงได้มีการเสนอทฤษฎีทางเลือกสำหรับการกำเนิดชีวิต ชีวิตอาจมีต้นกำเนิดในลักษณะที่คล้ายกับทฤษฎีกำเนิดขึ้นเองแต่ใน ช่องระบายความร้อนใต้พิภพ ใต้ทะเลหรือภายใน เปลือกโลกและอาจเกิดขึ้นหลายครั้งในที่ต่างๆ ไม่มีทฤษฎีใดที่สนับสนุนข้อมูลที่ยากกว่าการสร้าง abiogenesis แบบคลาสสิก

ในอีกทฤษฎีหนึ่งที่ละทิ้งการสร้าง abiogenesis ไปโดยสิ้นเชิง นักวิทยาศาสตร์ได้เสนอว่าสารประกอบอินทรีย์ที่ซับซ้อนหรือรูปแบบชีวิตที่สมบูรณ์ เช่น ไวรัส อาจถูกส่งไปยังโลกโดย อุกกาบาตหรือดาวหาง. Early Earth (โลกดึกดำบรรพ์) ถูกทิ้งระเบิดอย่างหนักในช่วงเวลา Hadean (ประมาณ 4 ถึง 4.6 พันล้านปีก่อน) เมื่อชีวิตอาจเริ่มต้นขึ้น

หากไม่มีข้อมูลที่ยากขึ้น ข้อสรุปเดียวก็คือว่าเป็นอย่างไร ชีวิตบนโลก กำเนิดยังคงเป็นปริศนา