Абіогенез: визначення, теорія, докази та приклади

Поки у Чарльза Дарвіна Теорія еволюції йдеться про те, як види змінюються, щоб адаптуватися до навколишнього середовища, це не стосується питання про те, як спочатку почалося життя. У якийсь момент, звичайно, коли планета була ще гарячою та розплавленою, на Землі не було життя, хоча ми знаємо, що життя еволюціонувало пізніше.

Питання в тому, як виникли ранні форми життя на Землі?

Існує кілька теорій про те, як виникли основні будівельні блоки живих організмів. Механізм того, як стала нежива матерія самовідтворюються живі організми і тоді складні форми життя до кінця не вивчені.

Є деякі прогалини, але абіогенез має справу з цікавими поняттями і починає пояснення.

Абіогенез є природним процесом, в результаті якого живі організми виникли з неживих органічних молекул. Прості елементи, об’єднані в утворення сполук; сполуки стали більш структурованими і включали різні речовини. Зрештою, утворювались прості органічні сполуки, які зв’язувались, утворюючи складні молекули, такі як амінокислоти.

Амінокислоти - це будівельні блоки білків, які складають основу органічних процесів. Амінокислоти могли об’єднатися, утворюючи білкові ланцюги. Ці білки могли стати самовідтворювальними та стати основою для простих форм життя.

Сьогодні такий процес не міг би відбутися на Землі, оскільки необхідні умови вже не існують. Створення органічних молекул передбачає наявність теплого бульйону, що містить речовини, необхідні для появи цих органічних молекул.

Елементи та прості сполуки, такі як водень, вуглець, фосфати та цукри, повинні бути присутніми разом. Ан джерело енергії, наприклад ультрафіолетові промені або розряди блискавки допомогло б їм зв’язати. Такі умови могли існувати 3,5 мільйона років тому, коли вважається, що життя на Землі почалося. Абіогенез детально описує механізми того, як це могло статися.

Пов’язаний вміст: Луї Пастер: біографія, винаходи, експерименти та факти

Як абіогенез, так і спонтанне породження свідчать про те, що життя може походять з неживої речовини, але деталі цих двох абсолютно різні. Хоча абіогенез є вагомою теорією, яка не була спростована, спонтанне породження є застарілим переконанням, яке, як виявилося, було неправильним.

Ці дві теорії відрізняються трьома основними способами. Теорія абіогенезу стверджує, що:

1. Абіогенез трапляється рідко. Це сталося принаймні один раз близько 3,5 мільярда років тому, і, мабуть, не відбувалося з тих пір.
2. Абіогенез породжує найбільше примітивні форми життя можливо. Вони можуть бути такими простими, як реплікація білкових молекул.
3. Вищі організми еволюціонувати від цих примітивних форм життя.

Теорія спонтанного породження стверджує, що:

1. Спонтанне породження трапляється часто навіть у сучасні часи. Наприклад, кожного разу, коли м’ясо залишається гнити, воно генерує мух.
2. Спонтанне породження породжує складні організми такі як мухи, тварини і навіть люди.
3. Вищі організми - це результат спонтанного породження, і вони не еволюціонувати від інших форм життя.

Раніше вчені вірили в спонтанне покоління, але сьогодні навіть широка громадськість більше не вірить, що мухи походять від гнилого м’яса, а миші - від сміття. Деякі вчені також сумніваються, чи є абіогенез обґрунтованою теорією, але вони не змогли запропонувати кращої альтернативи.

Як могло зародитися життя, вперше запропонував російський вчений Олександр Опарін в 1924 році і незалежно знову британський біолог Дж. Халдейн у 1929 році. Обидва припускали, що рання Земля мала середовище, багате на аміак, вуглекислий газ, водень та вуглець - будівельні блоки органічних молекул.

Ультрафіолетові промені та блискавки забезпечували енергію для хімічних реакцій, які дозволяли б цим молекулам зв’язуватися.

Типовий ланцюг реакцій буде проходити наступним чином:

1. Пребіотична атмосфера з аміаком, вуглекислим газом та водяною парою.
2. Блискавка утворює прості органічні сполуки, які потрапляють у розчин на мілководді.
3. Сполуки реагують далі в a пребіотичний відвар, утворюючи амінокислоти.
4. Амінокислоти зв’язуються з пептидними зв’язками і утворюються білки поліпептидного ланцюга.
5. Білки поєднуються в більш складні молекули, які можуть тиражувати і метаболізувати прості речовини.
6. Утворюються складні молекули та органічні сполуки мембрани ліпідів навколо себе і починають діяти як живі клітини.

Хоча теорія представляла послідовні та достовірні концепції, деякі кроки виявилося важко здійснити в лабораторних умовах, які намагалися імітувати ті, що були на ранній Землі.

Пов’язаний вміст: Елементи нуклеїнових кислот

На початку 1950-х американський аспірант Стенлі Міллер та його радник Гарольд Урі вирішили перевірити теорію абіогенезу Опаріна-Халдена, відтворивши раннє земне середовище. Вони змішували прості сполуки та елементи теорії у повітрі та скидали іскри через суміш.

Проаналізувавши отримані продукти хімічної реакції, вони змогли їх виявити амінокислоти, створені під час моделювання. Ці докази того, що перша частина теорії була правильною, підтвердили пізніші експерименти, які намагалися створити реплікуючі молекули з амінокислот. Ці експерименти були невдалими.

Подальші дослідження показали, що в пребіотичній атмосфері ранньої Землі, ймовірно, було більше кисню і менше інших ключових речовин, ніж зразок, використаний в експерименті Міллера-Юрі. Це призвело до сумніву, чи висновки все ще справедливі.

З тих пір деякі експерименти з використанням виправленого складу атмосфери також виявили органічні молекули, такі як амінокислоти, що підтверджує вихідні висновки.

Пов’язаний вміст: Природний відбір: визначення, теорія Дарвіна, приклади та факти

Навіть коли встановлено, що умови для утворення простих органічних сполук були наявні на пребіотик Землі, шлях до живих клітин був суперечливим. Є три можливі способи відносно простих сполук, таких як амінокислоти, з часом можуть стати життєзабезпечувальними:

1. Реплікація спочатку: Органічні молекули стають дедалі складнішими, поки вони не включають сегменти ДНК, які можуть самовідтворюватися. Саморепродуктивні молекули розвивають поведінку клітин і метаболізм.
2. Спочатку метаболізм: Органічні молекули розвивають здатність підтримувати себе, інтегруючи та змінюючи речовини з навколишнього середовища. Вони стають протоклітинами і розвивають здатність до реплікації.
3. Світ РНК: Органічні молекули стають сегментами РНК-попередниками, які можуть продукувати копії молекул ДНК. Вони одночасно розвивають метаболізм і клітинну поведінку.

Кроки від амінокислоти були серйозною проблемою, і станом на травень 2019 року жоден з різних теоретичних шляхів не був успішно змодельований.

Немає сумнівів, що а моделювання атмосфери ранньої Землі може виробляти порівняно складні молекули, які є будівельними елементами органічних молекул, що містяться в живих клітинах. Однак існує кілька проблем із переходом від складних молекул до реальних форм життя. До них належать:

• Не існує детального теоретичного шляху від складних органічних молекул до форми життя.
• Немає успішних експериментів, що підтверджують утворення молекул, складніших за амінокислоти.
• Немає механізму розвитку будівельних блоків РНК у пуринові / піримідинові основи повної РНК.
• Немає єдиної думки щодо того, як реплікативні / метаболізуючі молекули стають життєвими формами.

Якщо абіогенез відбувається не так, як описує теорія, слід розглянути альтернативні ідеї.

З прогресом абіогенезу, здавалося б, заблокованим, були запропоновані альтернативні теорії походження життя. Життя могло виникнути подібним чином до теорії абіогенезу, але в Росії геотермальні вентиляційні отвори під морем або в межах Земна кора, і це могло траплятися кілька разів у різних місцях. Жодна з цих теорій не має більш твердої підтримки даних, ніж класичний абіогенез.

В іншій теорії, яка взагалі відмовляється від абіогенезу, вчені припускають, що складні органічні сполуки або цілі форми життя, такі як віруси, могли бути доставлені на Землю метеорити або комети. Рання Земля (примітивна Земля) зазнала сильних бомбардувань під час хадеанського часу (приблизно 4 - 4,6 мільярда років тому), коли, можливо, почалося життя.

Без більш точних даних єдиний висновок полягає в тому, що саме так життя на Землі зароджується досі загадка.