Abiogenese: hovedteorier

Abiogenese refererer til serien av prosesser og trinn som oppsto de første livsformene på jorden, utgående fra inerte monomerblokker, som over tid lyktes å øke kompleksiteten deres. I lys av denne teorien oppstod livet fra ikke-levende molekyler under de rette forhold.

Det er sannsynlig at etter abiogenese produsert enkle livssystemer, vil biologisk evolusjon fungere for å gi opphav til alle de komplekse livsformer som eksisterer i dag.

Noen forskere mener at abiogeneseprosessene burde ha skjedd minst en gang i jordens historie for å gi opphav til den hypotetiske organismen LUCA eller siste felles universumsforfader (av akronym på engelsk , siste universelle felles forfedre ), om lag 4 milliarder kroner av årene.

Det foreslås at LUCA skal ha en genetisk kode basert på DNA-molekylet, som med sine fire baser gruppert i tripler, kodifisert for de 20 typene aminosyrer som danner proteiner. Forskere som prøver å forstå livets opprinnelse, studerer prosesser av abiogenese som ga opphav til LUCA.

Svaret på dette spørsmålet har blitt utbredt og er ofte dekket i en tåke av mystikk og usikkerhet. Av denne grunn har hundrevis av biologer foreslått en rekke teorier som involverer fra fremveksten av en primordial suppe til forklaringer relatert til xenobiologi og astrobiologi.

Hva består det av?

Teorien om abiogenese er basert på en kjemisk prosess hvor enklere livsformer oppstår fra livløse forløpere.

Det antas at prosessen med abiogenese oppstod kontinuerlig, i motsetning til fremveksten, se brat i en flakshendelse. Således antar denne teorien eksistensen av et kontinuum mellom ikke-levende materie og de første levende systemene.

På samme måte foreslås en rekke varierte scenarier hvor begynnelsen av livet kan starte fra uorganiske molekyler. Vanligvis er disse omgivelsene ekstreme og forskjellige fra jordens nåværende forhold.

Disse antatte prebiotiske forholdene blir vanligvis reprodusert i laboratoriet for å forsøke å generere organiske molekyler, som det berømte Miller og Urey-eksperimentet.

Livets opprinnelse: teorier

Livets opprinnelse har vært et av de mest kontroversielle temaene av forskere og filosofer siden Aristoteles tid. Ifølge denne viktige tenkeren kan dekomponerende materiale bli forvandlet til dyr med livet takket være naturens spontane handling.

Abiogenesen i lys av aristotelisk tanke kan oppsummeres i hans berømte frase vivum ex vivo, som betyr "alt liv kommer fra livet".

Deretter har et ganske høyt antall modeller, teorier og spekulasjoner forsøkt å belyse forholdene og prosessene som førte til livets opprinnelse.

Nedenfor vil vi beskrive de mest fremragende teoriene, både fra historisk og vitenskapelig synspunkt, som har forsøkt å forklare opprinnelsen til de første levende systemene:

Teorien om spontan generasjon

I begynnelsen av 1700-tallet ble det postulert at livsformer kunne komme fra livløse elementer. Teorien om spontan generasjon ble allment akseptert av tidens tenkere som den hadde støtte fra den katolske kirke. Dermed kan levende vesener spire både deres foreldre og ikke-levende materie.

Blant de mest kjente eksemplene som brukes til å støtte denne teorien, er utseendet på ormer og andre insekter i nedbrytt kjøtt, frosker som dukket opp fra gjørme og mus som oppstod av skitne klær og svette.

Faktisk var det oppskrifter som lovet opprettelsen av levende dyr. For eksempel, for å skape mus fra ikke-levende materiale, måtte hvetekorn kombineres med skitne klær i et mørkt miljø og med overlevende dager vises levende gnagere.

Foresatte av denne blandingen hevdet at menneskelig svette i plagg og hvetefermentering var agenter som dirigerte dannelsen av livet.

Refutation av den spontane generasjonen

I det syttende århundre begynte å legge merke til mangler og hull i uttalelsene fra teorien om spontan generasjon. Det var ikke før 1668 at den italienske fysikeren Francesco Redi utviklet et tilstrekkelig eksperimentelt design for å avvise det.

I sine kontrollerte eksperimenter lagde Redi fint skiver i kjøttstykker innpakket i muslin i sterile beholdere. Disse krukkene var ordentlig dekket med gasbind, slik at ingenting kunne komme i kontakt med kjøttet. I tillegg talt eksperimentet med en annen serie flasker som ikke var dekket.

Med daggangstid ble det observert ormer bare i glassene som ble oppdaget, siden fluene kunne fritt komme inn og sette eggene inn. I tilfelle av dekkede krukker ble eggene plassert direkte på gazeen.

På samme måte utviklet forskeren Lazzaro Spallanzani en rekke eksperimenter for å avvise spontane generasjons lokaler. For dette utviklet han en serie kjøttpølse som han utsatt for langvarig kokende for å ødelegge enhver mikroorganisme som vil bo der.

Imidlertid hevdet fortalerne for den spontane generasjonen at mengden varme som buljongene ble utsatt for, var overdreven og ødela den "vitale kraften".

Bidrag fra Pasteur

Senere, i år 1864, satte den franske biologen og kjemikeren Louis Pasteur ut for å få slutt på postulatene av spontan generasjon.

For å imøtekomme dette målet, laget Pasteur glassbeholdere kjent som "svanehalser" fordi de var lange og buede på spissene, og dermed forhindret innføringen av noen mikroorganismer.

I disse beholderne kokte Pasteur en serie buljonger som forblir sterile. Når halsen på en av dem brøt ble den forurenset og mikroorganismer proliferert på kort tid.

Bevisene fra Pasteur var ubestridelige, og lyktes i å rive ned en teori som varede i mer enn 2500 år.

panspermia

På begynnelsen av 1900-tallet skrev den svenske kjemikeren Svante Arrhenius en bok med tittelen " The Creation of the Worlds ", der han foreslo at livet kom fra rommet gjennom sporer som var resistente mot ekstreme forhold.

Logisk var teorien om panspermi omringet av mye kontrovers, foruten det bidro det ikke egentlig til en forklaring på livets opprinnelse.

Kjemosyntetisk teori

Ved å undersøke Pasteurs eksperimenter er en av de indirekte konklusjonene av hans bevis at mikroorganismer bare utvikler seg fra andre, det vil si livet kan bare komme fra livet. Dette fenomenet ble kalt "biogenese".

Etter dette perspektivet skulle teorier om kjemisk evolusjon komme fram, ledet av den russiske Alexander Oparin og engelskmannen John DS Haldane.

Denne visjonen, også kalt den kjemosyntetiske teorien om Oparin-Haldane, foreslår at i et prebiotisk miljø hadde jorden en atmosfære som manglet oksygen og høy i vanndamp, metan, ammoniakk, karbondioksid og hydrogen, så det var svært redusert.

I dette miljøet var det forskjellige krefter som elektriske utladninger, solstråling og radioaktivitet. Disse kreftene handlet på uorganiske forbindelser, noe som resulterte i større molekyler, og skaper organiske molekyler kjent som prebiotiske forbindelser.

Miller og Urey-eksperimentet

I midten av 1950-tallet klarte forskere Stanley L. Miller og Harold C. Urey å skape et genialt system som simulerte de antatte forfedreforholdene i atmosfæren på jorden etter teorien om Oparin-Haldane.

Stanley og Urey viste at under disse "primitive" forholdene kan enkle uorganiske forbindelser oppstå komplekse organiske molekyler, uunnværlige for livet, blant annet aminosyrer, fettsyrer, urea, blant andre.

Polymerdannelse

Selv om de tidligere nevnte forsøkene antyder en troverdig måte hvor biomolekylene som er en del av de levende systemene, oppstår, foreslår de ikke noen forklaring på polymerisasjonsprosessen og øker kompleksiteten.

Det er flere modeller som prøver å belyse dette spørsmålet. Den første omfatter faste mineraloverflater, hvor det forhøyede overflatearealet og silikatene kan fungere som katalysatorer for karbonmolekylene.

I havdybder er hydrotermiske ventiler en passende kilde til katalysatorer, slik som jern og nikkel. Ifølge eksperimenter i laboratorier deltar disse metallene i polymerisasjonsreaksjonene.

Til slutt er det i dammer i varme dammer, som ved fordampingsprosesser kan favorisere konsentrasjonen av monomerer, som fremmer dannelsen av mer komplekse molekyler. I denne antagelsen er hypotesen om "primordialsuppsatsen" basert.

Avstemme resultatene av Miller og Pasteur

Etter den rekkefølgen av ideen som ble diskutert i de foregående avsnittene har vi at Pasteurs eksperimenter viste at livet ikke stammer fra inerte materialer, mens bevisene for Miller og Urey indikerer at det forekommer, men på molekylært nivå.

For å forene begge resultatene er det nødvendig å huske på at sammensetningen av jordens atmosfære i dag er helt annerledes enn den prebiotiske atmosfæren.

Oksygen til stede i den nåværende atmosfæren vil fungere som en "destroyer" av molekylene i formasjonen. Vi må også vurdere at energikilder som formodentlig fremmer dannelsen av organiske molekyler, ikke lenger er tilstede med frekvensen og intensiteten i det prebiotiske miljøet.

Alle former for liv som er tilstede på jorden, består av et sett av store strukturelle blokker og biomolekyler, kalt proteiner, nukleinsyrer og lipider. Med dem kan du "bygge" grunnlaget for dagens liv: celler.

I cellen er livet vedvaret, og på dette prinsippet baserer Pasteur seg selv på å bekrefte at ethvert levende vesen må komme fra en annen tileksisterende.

RNA verden

Autokatalysens rolle under abiogenese er avgjørende, og derfor er en av de mest kjente hypotesene om livets opprinnelse RNA-verdenens verden, som postulerer en start fra enkle kjedemolekyler med kapasitet til selvreplikasjon.

Dette begrepet RNA antyder at de første biokatalysatorene ikke var molekyler av protein-natur, men RNA-molekyler - eller en polymer som ligner denne - med evnen til å utføre katalyse.

Denne antagelsen er basert på egenskapen til RNA for syntetisering av korte fragmenter ved hjelp av en temperering som styrer prosessen, i tillegg til å fremme dannelsen av peptider, estere og glykosidbindinger.

Ifølge denne teorien var forfedral RNA assosiert med noen kofaktorer som metaller, pyrimidiner og aminosyrer. Med forløpet og økningen av kompleksiteten i metabolismen oppstår muligheten til å syntetisere polypeptider.

I løpet av evolusjonen ble RNA erstattet av et mer kjemisk stabilt molekyl: DNA.

Nåværende oppfatninger av livets opprinnelse

Det er for tiden mistenkt at livet stammer fra et ekstremt scenario: havområder nær vulkansk skorstene hvor temperaturer kan nå 250 ° C og atmosfæretrykk overstiger 300 atmosfærer.

Denne mistanke oppstår på grunn av mangfoldet av livsformer som finnes i disse fiendtlige områdene, og dette prinsippet er kjent som "hot world theory".

Disse miljøene har blitt kolonisert av archaebacteria, organismer som er i stand til å vokse, utvikle og reprodusere i ekstreme miljøer, sannsynligvis svært lik prebiotiske forhold (inkludert lave oksygenkonsentrasjoner og høye nivåer av CO ₂ ).

Den termiske stabiliteten til disse miljøene, beskyttelsen de gir mot plutselige forandringer og konstant flyt av gasser er noen av de positive egenskapene som gjør sjøsenger og vulkansk skorstene egnet miljøer for livets opprinnelse.

Betingelser biogenese og abiogenese

I 1974 publiserte den kjente forskeren Carl Sagan en artikkel som klargjør bruken av termer biogenese og abiogenese. Ifølge Sagan har begge begrepene blitt misbrukt i artikler relatert til forklaringer på opprinnelsen til de første levende formene.

Blant disse feilene benyttes begrepet biogenese som sin egen antonym. Det vil si at biogenese brukes til å beskrive livets opprinnelse fra andre levende former, mens abiogenese refererer til livets opprinnelse fra ikke-levende materie.

På denne måten anses en moderne biokjemisk rute som biogen, og en prebiologisk metabolisk vei er abiogen. Derfor er det nødvendig å være spesielt oppmerksom på bruken av begge vilkårene.