TEÓRIA ABIOTICKEJ SYNTÉZY: HLAVNÉ CHARAKTERISTIKY - BIOLÓGIE - 2026

Abiotická Syntéza teória je postulát, že navrhuje, že život vznikol z neživých zlúčenín (abiotické = neživých). Naznačuje to, že život postupne vznikol syntézou organických molekúl. Z týchto organických molekúl vynikajú aminokyseliny, ktoré sú prekurzormi zložitejších štruktúr, ktoré vedú k vzniku živých buniek.

Vedci, ktorí navrhli túto teóriu, boli ruský vedec Alexander Oparin a britský biochemik John Haldane. Každý z týchto vedcov, ktorý skúmal sám, dospel k rovnakej hypotéze: že pôvod života na Zemi pochádza z organických a minerálnych zlúčenín (neživých látok), ktoré predtým existovali v primitívnej atmosfére.

John Haldane, jeden z propagátorov teórie abiotickej syntézy

Z čoho pozostáva?

Teória abiotickej syntézy ukazuje, že pôvod života na Zemi bol spôsobený zmesou anorganických a organických zlúčenín, ktoré boli v tom čase v atmosfére, ktorá bola naplnená vodíkom, metánom, vodnou parou, oxid uhličitý a amoniak.

Teória Oparina a Haldana

Oparin a Haldane si mysleli, že počiatočná Zem mala redukčnú atmosféru; to znamená, atmosféra s malým množstvom kyslíka, kde prítomné molekuly majú tendenciu darovať svoje elektróny.

Následne by sa atmosféra postupne menila za vzniku jednoduchých molekúl, ako je molekulárny vodík (H2), metán (CH4), oxid uhličitý (CO2), amoniak (NH3) a vodná para (H2O). Za týchto podmienok navrhli, aby:

- Jednoduché molekuly mohli reagovať, využívajúc energiu zo slnečných lúčov, elektrické výboje z búrok, teplo z jadra Zeme, okrem iných druhov energie, ktoré nakoniec ovplyvnili fyzikálno-chemické reakcie.

- Tým sa podporila tvorba koacervátov (systémov molekúl, z ktorých podľa Oparina vznikol život) a ktoré sa vznášali v oceánoch.

- V tomto „primitívnom bujóne“ by boli podmienky primerané, aby sa stavebné bloky mohli kombinovať v následných reakciách.

- Z týchto reakcií sa vytvorili väčšie a komplexnejšie molekuly (polyméry), ako sú proteíny a nukleové kyseliny, pravdepodobne uprednostňované prítomnosťou vody v bazénoch v blízkosti oceánu.

- Tieto polyméry sa mohli zostaviť do jednotiek alebo štruktúr, ktoré je možné udržiavať a replikovať. Oparin si myslel, že by to mohli byť „kolónie“ proteínov zoskupených tak, aby vykonávali metabolizmus, a Haldane naznačil, že makromolekuly sa uzavreli v membránach za vzniku bunkových štruktúr.

Úvahy o teórii

Podrobnosti o tomto modeli pravdepodobne nie sú úplne správne. Napríklad geológovia sa teraz domnievajú, že počiatočná atmosféra sa nezmenšovala, a nie je jasné, či sú rybníky na okraji oceánu pravdepodobne miestom prvého výskytu života.

Základná myšlienka „postupná a spontánna tvorba skupín jednoduchých molekúl, potom vytváranie zložitejších štruktúr a nakoniec získanie schopnosti sa replikovať“ však zostáva v jadre väčšiny hypotéz o pôvode skutočný život.

Experimenty podporujúce teóriu abiotickej syntézy

Miller a Urey experiment

V roku 1953 urobili Stanley Miller a Harold Urey experiment na otestovanie myšlienok Oparina a Haldana. Zistili, že organické molekuly sa môžu produkovať spontánne za redukčných podmienok podobných tým, ktoré boli opísané na začiatku Zeme.

Miller a Urey vybudovali uzavretý systém, ktorý obsahoval množstvo zohriatej vody a zmes plynov, o ktorých sa predpokladá, že sú bohaté na atmosféru ranej Zeme: metán (CH4), oxid uhličitý (CO2) a amoniak (NH3).

Aby simulovali blesky, ktoré mohli poskytnúť energiu potrebnú pre chemické reakcie, ktoré viedli k vzniku komplexnejších polymérov, Miller a Urey zaslali elektrické výboje cez elektródu v ich experimentálnom systéme.

Miller a Urey experiment

Po týždennom experimente Miller a Urey zistili, že sa vytvorili rôzne typy aminokyselín, cukrov, lipidov a ďalších organických molekúl.

Chýbali veľké, komplexné molekuly - ako DNA a bielkoviny. Miller-Ureyov experiment však ukázal, že aspoň niektoré zo stavebných blokov týchto molekúl sa môžu tvoriť spontánne z jednoduchých zlúčenín.

Experiment Juana Oró

Španielsky vedec Juan Oró pokračoval v hľadaní pôvodu života a využíval svoje biochemické znalosti na dosiahnutie syntézy ďalších organických molekúl dôležitých pre život za laboratórnych podmienok.

Oró napodobnil podmienky experimentu Miller a Urey, ktorý produkuje deriváty kyanidu vo veľkých množstvách.

Použitím tohto produktu (kyselina kyanovodíková), plus amoniaku a vody, bol tento výskumný pracovník schopný syntetizovať molekuly adenínu, jednu zo 4 dusíkatých báz DNA a jednu zo zložiek ATP, základnú molekulu, ktorá poskytuje energiu väčšine živých bytostí ,

Keď bolo toto zistenie uverejnené v roku 1963, malo to nielen vedecký, ale aj populárny dopad, pretože preukázalo možnosť spontánneho objavenia sa nukleotidov na ranej Zemi bez akéhokoľvek vonkajšieho vplyvu.

Podarilo sa mu tiež syntetizovať a vytvoriť v laboratóriu prostredie podobné tomu, ktoré existovalo na primitívnej Zemi, ďalšie organické zlúčeniny, hlavne lipidy, ktoré sú súčasťou bunkových membrán, niektoré proteíny a aktívne enzýmy dôležité v metabolizme.

Experiment v Sydney Fox

V roku 1972 uskutočnil Sydney Fox a jeho spolupracovníci experiment, ktorý im umožnil vytvárať štruktúry s membránovými a osmotickými vlastnosťami; to je podobné živým bunkám, ktoré nazývajú proteinoidné mikrosféry.

Použitím suchej zmesi aminokyselín ich zohriali na mierne teploty; tak dosiahli tvorbu polymérov. Keď sa tieto polyméry rozpustili v soľnom roztoku, vytvorili malé kvapôčky veľkosti bakteriálnej bunky schopnej uskutočňovať určité chemické reakcie.

Tieto mikrosféruly mali priepustnú dvojitú obálku, podobnú súčasným bunkovým membránam, čo im umožnilo hydratovať a dehydratovať v závislosti od zmien prostredia, v ktorom sa nachádzali.

Všetky tieto pozorovania získané štúdiom mikrosférúl ukázali predstavu o type procesov, ktoré mohli vzniknúť z prvých buniek.

Experiment Alfonso Herrera

Iní vedci uskutočnili svoje vlastné experimenty, aby sa pokúsili replikovať molekulárne štruktúry, ktoré viedli k vzniku prvých buniek. Alfonso Herrera, mexickému vedcovi, sa podarilo umelo vygenerovať štruktúry, ktoré nazýval sulfobios a colpoids.

Herrera použil zmesi látok, ako je sulfokyanid amónny, tiosanát amónny a formaldehyd, s ktorými bol schopný syntetizovať malé štruktúry s vysokou molekulovou hmotnosťou. Tieto štruktúry bohaté na síru boli organizované podobným spôsobom ako živé bunky, preto ich nazýval sulfobia.

Podobne zmiešal olivový olej a benzín s malými množstvami hydroxidu sodného za vzniku ďalších typov mikroštruktúr, ktoré boli usporiadané podobným spôsobom ako protozoi; tieto mikroguľôčky nazval kolpoidy.

Referencie

1. Carranza, G. (2007). Biológia I. Redakčný prah, Mexiko.
2. Flores, R., Herrera, L. & Hernández, V. (2004). Biológia 1 (1. vydanie). Redakčný progres.
3. Fox, SW (1957). Chemický problém spontánnej generácie. Journal of Chemical Education, 34 (10), 472 - 479.
4. Fox, SW, a Harada, K. (1958). Tepelná kopolymerizácia aminokyselín na produkt pripomínajúci proteín. Science, 128, 1214.
5. Gama, A. (2004). Biológia: Biogenéza a mikroorganizmy (2. vydanie). Pearson Education.
6. Gama, A. (2007). Biológia I: Konštruktivistický prístup (3. vydanie). Pearson Education.
7. Gordon-Smith, C. (2003). Hypotéza Oparin-Haldane. Pôvod života: Pamiatky dvadsiateho storočia. Obnovené z: simsoup.info
8. Herrera, A. (1942). Nová teória pôvodu a povahy života. Science, 96: 14.
9. Ledesma-Mateos, I., & Cleaves, HJ (2016). Alfonso Luis Herrera a začiatky evolúcie a štúdií o pôvode života v Mexiku. Journal of Molecular Evolution, 83 (5-6), 193–203.
10. McCollom, T. (2013). Miller-Urey a ďalšie: Čo sa dozvedelo o prebiotických reakciách organických syntéz za posledných 60 rokov? Ročný prehľad vied o Zemi a planéte, 41, 207 - 229.
11. Miller, S. (1953) Produkcia aminokyselín v možných primitívnych podmienkach Zeme. Science 117: 528 - 529
12. Miller, SL (1955). Produkcia niektorých organických zlúčenín za možných primitívnych podmienok na Zemi. Časopis Americkej chemickej spoločnosti.
13. Miller, SL, Urey, HC, a Oró, J. (1976). Pôvod organických zlúčenín na primitívnej Zemi av meteoritoch. Journal of Molecular Evolution, 9 (1), 59–72.
14. Oñate, L. (2010). Biológia 1, Zväzok 1. Editori výučby cengage.
15. Parker, ET, Cleaves, HJ, Callahan, MP, Dworkin, JP, Glavin, DP, Lazcano, A., & Bada, JL (2011). Prebiotická syntéza metionínu a iných organických zlúčenín obsahujúcich síru na primitívnej Zemi: Súčasné prehodnotenie založené na nepublikovanom experimente Stanley Miller z roku 1958. Pôvody života a vývoj biosfér, 41 (3), 201–212.