ABIOGENÉZA: HLAVNÉ TEÓRIE - BIOLÓGIE - 2024

Abiogeneze sa vzťahuje k počtu procesov a krokov, ktoré vznikli prvé formy života na Zemi, inertným monomérnych štartové bloky, sa v priebehu času boli schopné sa zvýšiť ich zložitosť. Vo svetle tejto teórie život vznikol z neživých molekúl za vhodných podmienok.

Je pravdepodobné, že po abiogenéze vytvorenej jednoduché systémy života, biologická evolúcia pôsobila tak, že dala vznik všetkým komplexným formám života, ktoré dnes existujú.

Zdroj: pixabay.com

Niektorí vedci sa domnievajú, že abiogenéza sa musela vyskytnúť aspoň v histórii Zeme, aby vznikol hypotetický organizmus LUCA alebo posledný univerzálny spoločný predok (z skratky v angličtine, posledný univerzálny spoločný predok), približne pred 4 miliardami rokov. rokov.

Navrhuje sa, že LUCA musí mať genetický kód založený na molekule DNA, ktorá svojimi štyrmi bázami zoskupenými do trojíc kóduje 20 typov aminokyselín, ktoré tvoria proteíny. Vedci, ktorí sa snažia pochopiť pôvod života, študujú procesy abiogenézy, ktoré viedli k vzniku LUCA.

Odpoveď na túto otázku bola často spochybňovaná a často je zahalená záhadou a neistotou. Z tohto dôvodu stovky biológov navrhli sériu teórií, ktoré siahajú od vzniku pravekej polievky po vysvetlenia týkajúce sa xenobiológie a astrobiológie.

Z čoho pozostáva?

Teória abiogenézy je založená na chemickom procese, ktorým sa najjednoduchšie formy života objavili z neživých prekurzorov.

Predpokladá sa, že abiogenézny proces prebiehal nepretržite, na rozdiel od názoru na náhly vznik šťastnej udalosti. Táto teória teda predpokladá existenciu kontinua medzi neživou hmotou a prvými živými systémami.

Podobne sa navrhuje rad rôznych scenárov, v ktorých by začiatok anorganických molekúl mohol nastať na začiatku života. Tieto prostredia sú vo všeobecnosti extrémne a líšia sa od súčasných podmienok na Zemi.

Tieto predpokladané prebiotické podmienky sa v laboratóriu často rozmnožujú, aby sa pokúsili vytvoriť organické molekuly, ako napríklad slávny Millerov a Ureyov experiment.

Pôvod života: teórie

Pôvod života bol jednou z najkontroverznejších tém pre vedcov a filozofov od čias Aristotela. Podľa tohto dôležitého mysliteľa sa rozkladajúca látka mohla vďaka spontánnemu pôsobeniu prírody transformovať na živé zvieratá.

Abiogenézu vo svetle aristotelovského myslenia možno zhrnúť do jeho slávnej vety omne vivum ex vivo, čo znamená „všetok život vychádza zo života“.

Následne sa veľké množstvo modelov, teórií a špekulácií pokúsilo objasniť podmienky a procesy, ktoré viedli k vzniku života.

Najvýznamnejšie teórie z historického aj vedeckého hľadiska, ktoré sa snažili vysvetliť pôvod prvých živých systémov, budú opísané nižšie:

Teória spontánnej generácie

Začiatkom 17. storočia sa predpokladalo, že formy života sa môžu objaviť z neživých prvkov. Teória spontánnej generácie bola mysliteľmi tej doby všeobecne akceptovaná, pretože mala podporu katolíckej cirkvi. Živé bytosti by tak mohli klíčiť tak od svojich rodičov, ako aj od neživých látok.

Medzi najslávnejšie príklady používané na podporu tejto teórie patrí výskyt červov a iného hmyzu pri rozpadajúcom sa mäse, žabách, ktoré sa objavili z bahna, a myší, ktoré sa objavili zo špinavého oblečenia a potu.

V skutočnosti existujú recepty, ktoré sľubujú vznik živých zvierat. Napríklad, aby sa myši vytvorili z neživých látok, museli sa obilné zrná kombinovať so špinavým oblečením v tmavom prostredí a počas dní sa objavovali živé hlodavce.

Navrhovatelia tejto zmesi tvrdili, že ľudský pot na odevoch a fermentácia pšenice sú smerodajnými činiteľmi tvorby života.

Vyvrátenie spontánnej generácie

V sedemnástom storočí sa začali objavovať nedostatky a medzery vo výrokoch teórie spontánnej generácie. Až v roku 1668 navrhol taliansky fyzik Francesco Redi vhodný experimentálny návrh na jeho zamietnutie.

V kontrolovaných experimentoch umiestnila Redi jemne krájané kúsky mäsa zabalené do mušelínu v sterilných nádobách. Tieto poháre boli riadne pokryté gázou, takže nič nemohlo prísť do styku s mäsom. Experiment tiež obsahoval ďalšiu sadu pohárov, ktoré neboli obmedzené.

V priebehu dní boli červy pozorované iba v nádobách, ktoré boli odkryté, pretože muchy mohli voľne vchádzať a ukladať vajcia. V prípade zakrytých pohárov boli vajcia umiestnené priamo na gázu.

Podobne výskumník Lazzaro Spallanzani vyvinul sériu experimentov na odmietnutie priestorov spontánnej generácie. Aby to urobil, urobil sériu bujónov, ktoré podrobil dlhodobému varu, aby zničil všetky mikroorganizmy, ktoré tam budú žiť.

Zástancovia spontánnej generácie však tvrdili, že množstvo tepla, ktorému boli vývary vystavené, bolo neprimerané a zničilo „životnú silu“.

Pasteurove príspevky

Neskôr, v roku 1864, sa francúzsky biológ a chemik Louis Pasteur rozhodol ukončiť postuláty spontánnej generácie.

Na dosiahnutie tohto cieľa spoločnosť Pasteur vyrábala sklenené nádoby známe ako „husacie fľaše“, pretože boli dlhé a zakrivené na špičkách, čím bránili vstupu akýchkoľvek mikroorganizmov.

V týchto nádobách varil Pasteur rad vývarov, ktoré zostali sterilné. Keď sa zlomil krk jedného z nich, stal sa kontaminovaným a v krátkom čase sa množili mikroorganizmy.

Dôkazy poskytnuté Pasteurom boli nevyvrátiteľné a dokázali zvrátiť teóriu, ktorá trvala viac ako 2 500 rokov.

panspermie

Začiatkom 20. rokov švédsky chemik Svante Arrhenius napísal knihu s názvom „Stvorenie svetov“, v ktorej navrhol, aby život prišiel z vesmíru cez spóry odolné extrémnym podmienkam.

Logicky bola teória panspermie obklopená mnohými kontroverziami, okrem toho, že v skutočnosti neposkytovala vysvetlenie pôvodu života.

Chemosyntetická teória

Pri skúmaní Pasteurových experimentov je jedným z nepriamych záverov jeho dôkazov, že mikroorganizmy sa vyvíjajú iba od ostatných, to znamená, že život môže pochádzať iba zo života. Tento jav sa nazýval „biogenéza“.

Po tejto perspektíve by sa objavili teórie chemickej evolúcie pod vedením ruského Alexandra Oparina a Angličana Johna DS Haldana.

Tento pohľad, tiež nazývaný chemosyntetická teória Oparin - Haldane, naznačuje, že v prebiotickom prostredí mala Zem atmosféru zbavenú kyslíka a vysokú vodnú paru, metán, amoniak, oxid uhličitý a vodík, vďaka čomu bola vysoko redukčná.

V tomto prostredí boli rôzne sily, ako napríklad elektrické výboje, slnečné žiarenie a rádioaktivita. Tieto sily pôsobili na anorganické zlúčeniny, čím vznikli väčšie molekuly a vytvorili organické molekuly známe ako prebiotické zlúčeniny.

Miller a Urey experiment

V polovici 50. rokov sa vedcom Stanley L. Miller a Harold C. Urey podarilo vytvoriť geniálny systém, ktorý simuloval predpokladané starodávne podmienky atmosféry na Zemi podľa teórie Oparin - Haldane.

Stanley a Urey zistili, že za týchto „primitívnych“ podmienok môžu jednoduché anorganické zlúčeniny viesť k vzniku zložitých organických molekúl, nevyhnutných pre život, ako sú napríklad aminokyseliny, mastné kyseliny, močovina.

Tvorba polyméru

Aj keď vyššie uvedené experimenty naznačujú prijateľný spôsob, ktorým vznikajú biomolekuly, ktoré sú súčasťou živých systémov, nenavrhujú žiadne vysvetlenie polymerizačného procesu a zvýšenú komplexnosť.

Existuje niekoľko modelov, ktoré sa snažia objasniť túto otázku. Prvý zahrnuje pevné minerálne povrchy, kde vysoká plocha povrchu a kremičitany by mohli pôsobiť ako katalyzátory pre molekuly uhlíka.

Hlboko v oceáne sú hydrotermálne prieduchy vhodným zdrojom katalyzátorov, napríklad železa a niklu. Podľa laboratórnych experimentov sa tieto kovy zúčastňujú polymerizačných reakcií.

Nakoniec sú v zákopoch oceánu horúce bazény, ktoré by v dôsledku procesov odparovania mohli uprednostňovať koncentráciu monomérov a uprednostňovať tvorbu komplexnejších molekúl. Hypotéza „pravekej polievky“ je založená na tomto predpoklade.

Zosúladenie výsledkov podľa Millera a Pasteura

Podľa poradia myšlienok diskutovaných v predchádzajúcich častiach sme zistili, že Pasteurove experimenty zistili, že život nevzniká z inertných materiálov, zatiaľ čo dôkazy od Millera a Ureyho naznačujú, že áno, ale na molekulárnej úrovni.

Na zmierenie oboch výsledkov je potrebné mať na pamäti, že zloženie zemskej atmosféry je dnes úplne odlišné od prebiotickej atmosféry.

Kyslík prítomný v súčasnej atmosfére by fungoval ako „ničiteľ“ molekúl vo formácii. Malo by sa tiež vziať do úvahy, že zdroje energie, ktoré údajne viedli k tvorbe organických molekúl, už nie sú prítomné s frekvenciou a intenzitou prebiotického prostredia.

Všetky formy života na Zemi sa skladajú zo súboru štrukturálnych blokov a veľkých biomolekúl, ktoré sa nazývajú proteíny, nukleové kyseliny a lipidy. S nimi môžete „vyzbrojiť“ základ súčasného života: bunky.

V bunkovom živote je zachovaný a na tomto princípe je Pasteur založený na tvrdení, že každá živá bytosť musí pochádzať z inej už existujúcej bytosti.

RNA svet

Úloha autokatalýzy počas abiogenézy je rozhodujúca, a preto jednou z najznámejších hypotéz o pôvode života je svet RNA, ktorý predpokladá začiatok z jednoreťazcových molekúl so schopnosťou samoreplikovania.

Táto predstava o RNA naznačuje, že prvé biokatalyzátory neboli molekuly proteínovej povahy, ale skôr molekuly RNA - alebo podobný polymér - so schopnosťou katalyzovať.

Tento predpoklad je založený na vlastnosti RNA syntetizovať krátke fragmenty pomocou žíhania, ktoré riadi proces, okrem podpory tvorby peptidov, esterov a glykozidických väzieb.

Podľa tejto teórie bola pôvodná RNA spojená s niektorými kofaktormi, ako sú kovy, pyrimidíny a aminokyseliny. S postupujúcou a zvyšujúcou sa zložitosťou metabolizmu vzniká schopnosť syntetizovať polypeptidy.

V priebehu vývoja bola RNA nahradená chemicky stabilnejšou molekulou: DNA.

Súčasné predstavy o pôvode života

V súčasnosti existuje podozrenie, že život vznikol v extrémnom scenári: oceánske oblasti v blízkosti sopečných prieduchov, kde teploty môžu dosiahnuť 250 ° C a atmosférický tlak presahuje 300 atmosfér.

Toto podozrenie vyplýva z rozmanitosti foriem života nachádzajúcich sa v týchto nepriateľských regiónoch a tento princíp sa nazýva „teória horúceho sveta“.

Táto prostredie boli kolonizované archaebakterie, organizmy schopné rast, vývoj a reprodukciu v extrémnych prostrediach, pravdepodobne veľmi podobné prebiotických podmienok (vrátane nízkych koncentráciách kyslíka a vysokej CO ₂ úrovne ).

Tepelná stabilita týchto prostredí, ochrana pred náhlymi zmenami a konštantný tok plynov sú niektoré z pozitívnych atribútov, vďaka ktorým sú morské dno a sopečné prieduchy vhodným prostredím pre pôvod života.

Termíny biogenézy a abiogenézy

V roku 1974 publikoval renomovaný vedecký pracovník Carl Sagan článok objasňujúci použitie termínov biogenéza a abiogenéza. Podľa Sagana boli oba pojmy nesprávne použité v článkoch týkajúcich sa vysvetlenia pôvodu prvých živých foriem.

Medzi tieto chyby patrí použitie biogenézy ako vlastného antonymu. To znamená, že biogenéza sa používa na opis pôvodu života od iných živých foriem, zatiaľ čo abiogenéza odkazuje na pôvod života z neživých látok.

V tomto zmysle je súčasná biochemická cesta považovaná za biogénnu a prebiologická metabolická cesta je abiogénna. Preto je potrebné venovať osobitnú pozornosť použitiu oboch výrazov.

Referencie

1. Bergman, J. (2000). Prečo abiogenéza je nemožná. Creation Research Society Quarterly, 36 (4).
2. Pross, A., & Pascal, R. (2013). Pôvod života: to, čo vieme, čo vieme a čo nikdy nebudeme vedieť. Open Biology, 3 (3), 120190.
3. Sadava, D., a Purves, WH (2009). Život: veda o biológii. Panamerican Medical Ed.
4. Sagan, C. (1974). Výrazy „biogenéza“ a „abiogenéza“. Pôvody života a evolúcia biosfér, 5 (3), 529–529.
5. Schmidt, M. (2010). Xenobiológia: nová forma života ako dokonalý nástroj biologickej bezpečnosti. Bioessays, 32 (4), 322–331.
6. Serafino, L. (2016). Abiogenéza ako teoretická výzva: Niektoré úvahy. Časopis teoretickej biológie, 402, 18–20.