ABIOGENEZĖ: PAGRINDINĖS TEORIJOS - BIOLOGIJA - 2025

Abiogenesis nurodo procesus ir veiksmus, kad kilo pirmuosius gyvybės formas žemėje skaičius, inertinės monomero pradedant blokų, su laiko tėkmė buvo suteikta , kad padidinti jų sudėtingumą. Atsižvelgiant į šią teoriją, gyvybė atsirado dėl negyvų molekulių tinkamomis sąlygomis.

Tikėtina, kad po abiogenezės sukurtos paprastos gyvybės sistemos, biologinė evoliucija sukėlė visas sudėtingas gyvybės formas, egzistuojančias šiandien.

Šaltinis: pixabay.com

Kai kurie tyrinėtojai mano, kad abiogenezės procesai turėjo įvykti bent kartą žemės istorijoje, kad atsirastų hipotetinis organizmas LUCA arba paskutinis visuotinis bendrasis protėvis (iš angliško sutrumpinimo, paskutinis universalus bendrasis protėvis), maždaug prieš 4 milijardus metų. metų.

Manoma, kad LUCA turėjo turėti genetinį kodą, pagrįstą DNR molekulėmis, kurios su keturiomis bazėmis, sugrupuotomis į tripletus, koduoja 20 rūšių aminorūgščių, kurios sudaro baltymus. Tyrėjai, bandantys suprasti gyvybės kilmę, tiria abiogenezės procesus, dėl kurių atsirado LUCA.

Atsakymas į šį klausimą buvo labai abejotinas ir dažnai slepiasi paslapties ir netikrumo migloje. Dėl šios priežasties šimtai biologų pasiūlė daugybę teorijų, kurios prasideda nuo pirmapradės sriubos atsiradimo iki paaiškinimų, susijusių su ksenobiologija ir astrobiologija.

Iš ko tai susideda?

Abiogenezės teorija remiasi cheminiu procesu, kurio metu iš negyvų pirmtakų atsirado paprasčiausios gyvybės formos.

Manoma, kad abiogenezės procesas vyko nenutrūkstamai, priešingai nei atrodo staiga atsirandant laimingam įvykiui. Taigi ši teorija daro prielaidą, kad egzistuoja kontinuumas tarp negyvosios materijos ir pirmųjų gyvųjų sistemų.

Taip pat siūloma daugybė įvairiausių scenarijų, kai gyvenimo pradžia gali įvykti iš neorganinių molekulių. Ši aplinka paprastai yra ekstremali ir skiriasi nuo dabartinių sąlygų žemėje.

Šios tariamos prebiotinės sąlygos dažnai atkuriamos laboratorijoje, kad būtų bandoma generuoti organines molekules, kaip kad garsusis Millerio ir Urey eksperimentas.

Gyvenimo kilmė: teorijos

Gyvenimo kilmė nuo Aristotelio laikų buvo viena prieštaringiausiai vertinamų temų mokslininkams ir filosofams. Anot šio svarbaus mąstytojo, suyrančios medžiagos spontaniškai veikdamos gamtą galėtų virsti gyvais gyvūnais.

Abiogenezę, atsižvelgiant į Aristotelio mintis, galima apibendrinti jo garsiąja fraze omne vivum ex vivo, kuri reiškia „visas gyvenimas prasideda iš gyvenimo“.

Vėliau gana daug modelių, teorijų ir spekuliacijų bandė išsiaiškinti sąlygas ir procesus, kurie lėmė gyvybės kilmę.

Toliau bus aprašytos iškiliausios teorijos, tiek istoriniu, tiek moksliniu požiūriu, kuriomis buvo siekiama paaiškinti pirmąsias gyvas sistemas.

Spontaniškos kartos teorija

XVII amžiaus pradžioje buvo postuluojama, kad gyvybės formos gali atsirasti iš negyvų elementų. Spontaniškos kartos teorija buvo plačiai priimama to meto mąstytojų, nes ji palaikė Katalikų bažnyčią. Taigi gyvos būtybės gali sudygti tiek iš savo tėvų, tiek iš negyvosios medžiagos.

Tarp garsiausių pavyzdžių, naudojamų šiai teorijai pagrįsti, yra kirminų ir kitų vabzdžių atsiradimas nykstančioje mėsoje, varlių, atsiradusių iš purvo, pelių, atsiradusių iš nešvarių drabužių ir prakaito.

Tiesą sakant, buvo receptai, kurie žadėjo sukurti gyvus gyvūnus. Pavyzdžiui, norint sukurti peles iš negyvosios medžiagos, kviečių grūdai turėjo būti derinami su nešvariais drabužiais tamsioje aplinkoje, o per dienas atsiranda gyvų graužikų.

Šio mišinio šalininkai teigė, kad žmogaus prakaitas ant drabužių ir kviečių fermentacija buvo pagrindiniai gyvybės formavimosi veiksniai.

Spontaniškos kartos paneigimas

XVII amžiuje spontaniškos kartos teorijos teiginiuose pradėta pastebėti trūkumų ir spragų. Tik 1668 m. Italų fizikas Francesco Redi sugalvojo tinkamą eksperimentinį planą jį atmesti.

Savo kontroliuojamuose eksperimentuose Redi į sterilius indus sudėjo susmulkintus mėsos gabaliukus, suvyniotus į musliną. Šie stiklainiai buvo tinkamai uždengti marle, todėl nieko negalėjo liestis su mėsa. Taip pat eksperimente buvo pateiktas dar vienas stiklainių, kurie nebuvo uždengti dangteliu, rinkinys.

Dienomis kirmėlės buvo stebimos tik atidengtuose stiklainiuose, nes musės galėjo laisvai patekti ir dėti kiaušinius. Uždengtų stiklainių atveju kiaušiniai buvo dedami tiesiai ant marlės.

Panašiai tyrėjas Lazzaro Spallanzani sukūrė eksperimentų seriją, norėdamas atmesti spontaniškos kartos prielaidas. Norėdami tai padaryti, jis paruošė daugybę sultinių, kuriuos ilgai virino, kad sunaikintų visus mikroorganizmus, kurie ten gyvens.

Tačiau spontaniškos kartos šalininkai teigė, kad sultiniai buvo veikiami per daug šilumos ir sunaikino „gyvybės jėgą“.

Pasteuro indėlis

Vėliau, 1864 m., Prancūzų biologas ir chemikas Luisas Pasteuras nusprendė nutraukti spontaniškos kartos postulatus.

Siekdamas šio tikslo, „Pasteur“ gamino stiklo tarą, vadinamą „žąsies kolba“, nes jos buvo ilgos ir išlenktos antgaliais, taip užkertant kelią patekti į bet kokius mikroorganizmus.

Šiose talpyklose „Pasteur“ virė daugybę sultinių, kurie liko sterilūs. Kai vieno iš jų kaklas buvo sulaužytas, jis buvo užterštas ir per trumpą laiką mikroorganizmai išplito.

„Pasteur“ pateikti įrodymai buvo neginčijami, jiems pavyko panaikinti daugiau nei 2500 metų trukusią teoriją.

Panspermija

1900-ųjų pradžioje švedų chemikas Svante Arrhenius parašė knygą „Pasaulių sukūrimas“, kurioje jis pasiūlė, kad gyvenimas atėjo iš kosmoso per sporas, atsparias ekstremalioms sąlygoms.

Logiškai mąstant, panspermijos teorija buvo apsupta daug ginčų, be to, kad ji iš tikrųjų nepateikė gyvenimo kilmės paaiškinimo.

Chemosintetinė teorija

Nagrinėjant Pasteuro eksperimentus, viena iš netiesioginių jo įrodymų išvadų yra ta, kad mikroorganizmai vystosi tik iš kitų, tai yra, gyvenimas gali kilti tik iš gyvenimo. Šis reiškinys buvo vadinamas „biogeneze“.

Žvelgiant iš šios perspektyvos, atsirastų cheminės evoliucijos teorijos, vadovaujamos ruso Aleksandro Oparino ir anglo Johno DS Haldane'o.

Šis požiūris, dar vadinamas Oparin-Haldane chemosintezės teorija, rodo, kad prebiotinėje aplinkoje žemėje buvo atmosfera, kurioje trūko deguonies ir daug vandens garų, metano, amoniako, anglies dioksido ir vandenilio, todėl ji buvo labai redukuojanti.

Šioje aplinkoje veikė skirtingos jėgos, tokios kaip elektros iškrova, saulės radiacija ir radioaktyvumas. Šios jėgos veikė neorganinius junginius, sukurdamos didesnes molekules, sukurdamos organines molekules, žinomas kaip prebiotiniai junginiai.

Milleris ir Urey eksperimentas

5-ojo dešimtmečio viduryje tyrėjams Stanley L. Milleriui ir Haroldui C. Urey pavyko sukurti išradingą sistemą, imituojančią tariamas senovės atmosferos sąlygas žemėje pagal Oparino - Haldano teoriją.

Stanley ir Urey nustatė, kad tokiomis „primityviomis“ sąlygomis paprasti neorganiniai junginiai gali sukelti sudėtingas organines molekules, būtinas gyvenimui, tokias kaip amino rūgštys, riebiosios rūgštys, karbamidas, be kita ko.

Polimero formavimas

Nors minėti eksperimentai rodo įtikimą biomolekulių, kurios yra gyvųjų sistemų dalis, atsiradimo būdą, tačiau jie nepasiūlo jokio paaiškinimo dėl polimerizacijos proceso ir padidėjusio sudėtingumo.

Yra keli modeliai, kurie bando išsiaiškinti šį klausimą. Pirmasis apima kietus mineralinius paviršius, kur didelis paviršiaus plotas ir silikatai galėtų veikti kaip anglies molekulių katalizatoriai.

Giliai vandenyne esančios hidroterminės angos yra tinkamas katalizatorių, tokių kaip geležis ir nikelis, šaltinis. Remiantis laboratoriniais eksperimentais, šie metalai dalyvauja polimerizacijos reakcijose.

Galiausiai vandenyno tranšėjose yra karšti baseinai, kurie dėl garinimo procesų gali skatinti monomerų koncentraciją, sudarydami palankesnes sąlygas sudėtingesnių molekulių susidarymui. „Pirminės sriubos“ hipotezė pagrįsta šia prielaida.

„Miller“ ir „Pasteur“ rezultatų suderinimas

Laikydamiesi ankstesniuose skyriuose aptartos idėjos tvarkos, mes pastebėjome, kad Pasteur eksperimentai nustatė, kad gyvenimas neatsiranda iš inertinių medžiagų, o Millerio ir Urey parodymai rodo, kad taip yra, bet molekuliniu lygmeniu.

Norint suderinti abu rezultatus, reikia turėti omenyje, kad žemės atmosferos sudėtis šiandien visiškai skiriasi nuo prebiotinės atmosferos.

Deguonis, esantis dabartinėje atmosferoje, veiktų kaip formuojamų molekulių „naikintojas“. Taip pat reikia atsižvelgti į tai, kad energijos šaltiniai, kurie tariamai paskatino organinių molekulių susidarymą, nebėra tokie, kokie yra prebiotinės aplinkos dažnis ir intensyvumas.

Visos gyvybės formos žemėje yra sudarytos iš didelių statybinių blokų ir biomolekulių, vadinamų baltymais, nukleorūgštimis ir lipidais, rinkinio. Su jais galite "ginkluoti" dabartinio gyvenimo pagrindą: ląsteles.

Ląstelėje įamžinamas gyvenimas, ir šiuo principu Pasteuras remiasi tvirtindamas, kad kiekviena gyva būtybė turi būti iš kitos egzistuojančios būtybės.

RNR pasaulis

Autokatalizės vaidmuo abiogenezės metu yra nepaprastai svarbus, todėl viena garsiausių hipotezių apie gyvybės kilmę yra RNR pasaulis, kuris postuluoja pradžią nuo vienos grandinės molekulių, galinčių savarankiškai daugintis.

Ši RNR samprata leidžia manyti, kad pirmieji biokatalizatoriai nebuvo baltyminio pobūdžio molekulės, o veikiau RNR molekulės - arba panašus į ją polimeras -, galintys katalizuoti.

Ši prielaida grindžiama RNR savybe sintetinti trumpus fragmentus, naudojant procesą palaikančią savybę, be to, kad skatina peptidų, esterių ir glikozidinių ryšių susidarymą.

Pagal šią teoriją protėvių RNR buvo siejama su kai kuriais kofaktoriais, tokiais kaip metalai, pirimidinai ir amino rūgštys. Tobulėjant ir didėjant metabolizmui, atsiranda galimybė sintetinti polipeptidus.

Evoliucijos metu RNR buvo pakeista labiau chemiškai stabilia molekule: DNR.

Dabartinės gyvenimo kilmės sampratos

Šiuo metu įtariama, kad gyvybė atsirado ekstremaliu scenarijumi: vandenynų zonose prie vulkaninių angų, kuriose temperatūra gali siekti 250 ° C, o atmosferos slėgis viršija 300 atmosferų.

Šis įtarimas kyla dėl gyvybės formų įvairovės šiuose priešiškuose regionuose ir šis principas žinomas kaip „karšto pasaulio teorija“.

Šią aplinką kolonizavo archebakterijos - organizmai, galintys augti, vystytis ir daugintis ekstremalioje aplinkoje, turbūt labai panašiose į prebiotines sąlygas (tarp jų maža deguonies koncentracija ir aukštas CO ₂ lygis ).

Šiluminis šių aplinkų stabilumas, apsauga nuo staigių pokyčių ir nuolatinis dujų srautas yra keletas teigiamų požymių, dėl kurių jūros dugnas ir vulkaninės angos yra tinkamos aplinkos gyvybei kilti.

Biogenezės ir abiogenezės terminai

1974 m. Žymus tyrinėtojas Carlas Saganas paskelbė straipsnį, paaiškinantį terminų biogenezė ir abiogenezė vartojimą. Anot Sagano, abu terminai buvo klaidingai naudojami straipsniuose, susijusiuose su pirmųjų gyvųjų formų kilmės paaiškinimu.

Tarp šių klaidų yra terminas biogenezė kaip antonimas. T. y., Biogenezė naudojama apibūdinti gyvybės kilmę, pradedant nuo kitų gyvų formų, o abiogenezė - gyvybės kilmę iš negyvosios medžiagos.

Šia prasme šiuolaikinis biocheminis kelias laikomas biogeniniu, o prebiologinis metabolizmo kelias yra abiogeninis. Todėl būtina atkreipti ypatingą dėmesį į abiejų terminų vartojimą.

Nuorodos

1. Bergmanas, J. (2000). Kodėl abiogenezė neįmanoma. Kūrybos tyrimų draugijos ketvirtis, 36 (4).
2. Pross, A., ir Pascal, R. (2013). Gyvenimo kilmė: ką mes žinome, ką galime žinoti ir ko niekada nesužinosime. Atvira biologija, 3 (3), 120190.
3. Sadava, D., & Purves, WH (2009). Gyvenimas: biologijos mokslas. Panamerican Medical Ed.
4. Sagan, C. (1974). Sąvokomis „biogenezė“ ir „abiogenezė“. Gyvenimo ištakos ir biosferų evoliucija, 5 (3), 529–529.
5. Schmidt, M. (2010). Ksenobiologija: nauja gyvybės forma, kaip svarbiausia biologinio saugumo priemonė. Bioesijos, 32 (4), 322–331.
6. Serafino, L. (2016). Abiogenezė kaip teorinis iššūkis: keletas apmąstymų. Teorinės biologijos žurnalas, 402, 18–20.