Теорията на абиотичния синтез: какво е това и на какви въпроси се опитва да отговори

Разбирането на произхода на живота за човека е един от най-сложните и мистични въпроси, които могат да бъдат предложени. Как клетката, основната единица на живите същества, възниква от неживи съединения? Каква е основната причина, довела до появата на живи същества от елементите, които ги изграждат?

Простата концепция за „неживот“ е изключително сложна за разбиране, защото на планета с повече от 8,7 милиона приблизителни вида (повечето от тях без открийте), простият факт да си представите липсата на разумна органична материя в даден момент от историята на Земята без съмнение е предизвикателство дори за най-добрите хора. учени.

Тук ще изследваме тема, която надхвърля самото съществуване на човешкото същество, тъй като се опитваме да го направим изясни хипотезите и предположенията, които са се опитали да обяснят произхода на живота в нашата планета. Това е обхватът на абиогенезата и теорията за абиотичния синтез, където става дума за обяснение на съществуването на битието от нищото.

• Свързана статия: "Топ 10 теории за произхода на живота"

Каква е теорията за абиотичния синтез?

Абиогенезата се отнася до естествен процес на възникване на живота от неговото несъществуване, тоест въз основа на инертна материя, прости органични съединения. Научната общност изчислява, че произходът на живота датира от период между 4410 милиона години, когато парата вода започва да се кондензира редовно на Земята и преди 3770 милиона години, моменти, в които се появяват първите признаци на живот.

„Класическата“ теория за произхода на живота включва някои непреодолими логистични недостатъци, които са разгледани в научни статии. в множество случаи. За да разберем сложността при изясняване на този процес, представяме някои от тях:

• Тези постулации замъгляват самата концепция за „живот“. Няма редуцируемо заключение относно самосинтеза на живите форми в пространство-времето.
• Производството на първите живи същества се намира в примитивните морета, чиито условия са били твърде агресивни, за да процъфтява какъвто и да е вид живот.
• Той установява, че протобионтите са "получили" живот чрез простия факт на придобиване на сложна молекулярна структура.
• За да бъде нещо живо, е необходима ДНК, факт, който е почти немислим в климатично сурова среда като примитивните морета.
• Кое беше първото, яйцето или кокошката? Тоест, как са се репликирали първите живи същества, ако приемем, че не са имали ДНК или РНК?

Време е да влезем малко в метафизика, защото третата точка от този списък особено привлича вниманието ни. Дори не подреждайки всички вещества, необходими за пораждането на най-простия клетъчен тип от всички, успяхме да получим структура, която преживява живот, причина, поради която „битието“ трябва да съставлява нещо повече от сбора на всички негови части, нали?

Абиотичен синтез от органични молекули: експеримент на Милър

Теорията за абиотичния синтез днес не може да бъде замислена без експеримента на Милър, който беше извършено през 1953 г. от Стенли Милър и Харолд Клейтън Юри (биолог и химик) в Чикагския университет. За да се опита да обясни произхода на живота в лабораторна среда, тези експерти се нуждаеха от серия от стъклени контейнери и тръби, свързани заедно в затворена верига.

В общи линии можем да обобщим експеримента в следните понятия: смес от вода, метан, амоняк, въглероден диоксид, азот и водород (съединенията, които вероятно са присъствали по времето на възникването на живота) и това е подложено на електрически разряди от 60 000 волта при много висок.

От тези елементи, от енергията, подадена към системата и от свързаните помежду си стъклени тръби бяха получени различни органични молекули, включително глюкоза и някои аминокиселини. Тези съединения са от съществено значение за синтеза на протеини от клетките, т.е. основите на техния растеж и развитие.

След този невероятен експеримент в лабораторни условия са извършени различни варианти на процедурата. Благодарение на пробите и грешките са постигнати следните етапи:

• Те са успели да образуват от неорганични съединения 17 от 20-те аминокиселини, които изграждат протеините.
• Синтезирани са всички пуринови и пиримидинови бази, които позволяват създаването на нуклеотиди, които се свързват, за да образуват ДНК и РНК в клетката.
• Едно проучване твърди, че е създало нуклеотиди от пиримидинови бази, въпреки че този процес е много по-труден за постигане.
• Създадени са 9 от 11-те посредници на цикъла на Кребс.

Въпреки всички тези постижения, обясняването на образуването на органична материя от неорганична остава пъзел. Например теоретизира се, че по време на възникването на живота концентрацията на метан и амоняк в атмосферата не беше висока, поради което експериментът, който ви представихме, губи малко сила. В допълнение, обясняването на произхода на органичните молекули е първата стъпка към разбирането на появата на живот, но както видяхме, асоциацията на молекули изисква нещо "специално", за да бъде възприето като живот.

• Може да се интересувате от: „Теорията на биологичната еволюция: какво представлява и какво обяснява“

Хипотеза за произхода на живота

За отговор на хипотезата за произхода на живота, тя трябва да разреши следните съмнения:

• Как са създадени основните молекули, които определят живота, тоест аминокиселините и нуклеотидите (описаният по-рано експеримент може да даде частичен отговор).
• Как тези съединения са били свързани, за да доведат до макромолекули, тоест ДНК, РНК и протеини (много по-труден процес на обяснение).
• Как са успели тези макромолекули да се самовъзпроизвеждат (няма отговор).
• Как тези макромолекули са разделени в автономни форми, отделени от околната среда, тоест клетката.

Може би експериментът на Милър и неговите варианти покриват до известна степен първите два въпроса. Въпреки това, обяснението на останалите неизвестни е трудна задача. През 2016 г. проучване в списание Nature успя да отиде една крачка напред във връзка с този проблем: изучава физиката на малките "активни капчици", образувани от сегрегацията на молекули в сложни смеси в резултат на фазови промени. С други думи, те бяха химически активни капчици, които рециклираха химически компоненти в и извън околната течност.

Очарователното в това проучване е, че практикуващите откриха, че тези капчици са склонни да растат до размера на клетка и до известна степен да се разделят от подобни процеси. Това може да предполага ясен модел за "пребиотичната протоклетка", т.е. съществуването на разделени единици, в които протичат химически процеси, въпреки факта, че те не са живи сами по себе си. Разбира се, ние се движим в области, които са трудни за разбиране, но общата идея е следващ: правят се научни постижения, които се опитват да отговорят на въпросите постулати.

Други хипотези

Абиогенезата на Земята или, което е същото, теорията за абиотичния синтез (създаване на живот от органична материя) Те не са единствените хипотези, смятани за обяснение на живота на нашата планета. Яркият пример за това е панспермия, съвсем различно течение, което се опитва да обясни пристигането на първите микроорганизми на Земята чрез екзогенни тела, тоест метеорити.

Оттогава са направени много открития по тази тема някои бактериални колонии са показали устойчивост на космически условия, излизането от орбита на планета и последващото влизане. Въпреки това не беше възможно да се провери оцеляването в 3-те етапа едновременно и отново имаме работа с лабораторни условия.

Хипотези като панспермията също представляват проблем сами по себе си, тъй като се опитват да обяснят как животът се е появил на земята, но не и действителния му произход. Поради тази причина фактът, че асоциацията на органични молекули е дала началото на живота, остава и до днес наистина неизвестен.

Резюме

Както успяхме да видим, след експеримента на Милър е постигнат огромен напредък по отношение на теорията за абиотичния синтез: от синтеза на почти всички аминокиселини до нуклеотида, те почти са успели да създадат "всички" необходими елементи от неорганична материя, за да може клетката да се постави в Март.

За съжаление остава открит въпросът: как тези молекули са се свързали, за да дадат началото на клетката? Изследвания като описаното по-рано и публикувано в списанието Nature се опитват да отговорят на този въпрос чрез изследване на неживи "прото-клетки", съставени от органични молекули, които реагират с околната среда по начин, подобен на дадено същество мобилен телефон. Разбира се, има дълъг път и въпросът за произхода на живота остава валиден.

Библиографски справки:

• Абиогенеза, Произходът на живота на Земята, Насиф Нале Сабаг, Библиотека Омегалфа.
• Менез, Б., Пизапия, С., Андреани, М., Джаме, Ф., Ванбелинген, К. П., Брунел, А.,... & Réfrégiers, M. (2018). Абиотичен синтез на аминокиселини в нишите на океанската литосфера. Природа, 564 (7734), 59-63.
• Zwicker, D., Seyboldt, R., Weber, C. А., Хайман, А. А. и Юлихер, Ф. (2017). Растежът и разделянето на активните капчици осигурява модел за протоклетки. Природна физика, 13 (4), 408-413.