Η θεωρία της αβιοτικής σύνθεσης: τι είναι και σε ποια ερωτήματα προσπαθεί να απαντήσει

Η κατανόηση της προέλευσης της ζωής είναι, για τον άνθρωπο, ένα από τα πιο περίπλοκα και μυστικιστικά ζητήματα που μπορεί να προταθεί. Πώς προέκυψε το κύτταρο, η βασική μονάδα των ζωντανών όντων, από μη ζωντανές ενώσεις; Ποιος είναι ο βαθύς λόγος που οδήγησε στην εμφάνιση έμβιων όντων από τα στοιχεία που τα αποτελούν;

Η απλή έννοια της «μη-ζωής» είναι εξαιρετικά περίπλοκη στην κατανόηση, επειδή, σε έναν πλανήτη με περισσότερα από 8,7 εκατομμύρια εκτιμώμενα είδη (τα περισσότερα από αυτά χωρίς ανακαλύψτε), το απλό γεγονός της σύλληψης της έλλειψης ευαίσθητης οργανικής ύλης σε κάποιο σημείο της ιστορίας της Γης είναι, χωρίς αμφιβολία, μια πρόκληση ακόμη και για τους καλύτερους ανθρώπους. Επιστήμονες.

Εδώ θα εξερευνήσουμε ένα θέμα που ξεπερνά την ίδια την ύπαρξη του ανθρώπου, αφού το προσπαθούμε διασαφηνίσει τις υποθέσεις και τις υποθέσεις που προσπάθησαν να εξηγήσουν την προέλευση της ζωής στο δικό μας πλανήτης. Είναι το πεδίο εφαρμογής του αβιογένεση και τη θεωρία της αβιοτικής σύνθεσης, όπου πρόκειται για την εξήγηση της ύπαρξης του όντος από το τίποτα.

• Σχετικό άρθρο: «Οι 10 κορυφαίες θεωρίες για την προέλευση της ζωής»

Ποια είναι η θεωρία της αβιοτικής σύνθεσης;

Η αβιογένεση αναφέρεται στο φυσική διαδικασία ανάδυσης της ζωής από την ανυπαρξία της, δηλαδή με βάση την αδρανή ύλη, απλές οργανικές ενώσεις. Η επιστημονική κοινότητα εκτιμά ότι η προέλευση της ζωής χρονολογείται από μια περίοδο μεταξύ 4.410 εκατομμυρίων ετών, όταν ο ατμός του νερού άρχισε να συμπυκνώνεται τακτικά στη Γη, και πριν από 3.770 εκατομμύρια χρόνια, στιγμές κατά τις οποίες τα πρώτα σημάδια ΖΩΗ.

Η «κλασική» θεωρία της προέλευσης της ζωής περιλαμβάνει ορισμένα ανυπέρβλητα υλικοτεχνικά μειονεκτήματα, τα οποία έχουν καλυφθεί σε άρθρα επιστημονικής επιθεώρησης. σε πολλαπλές περιπτώσεις. Για να κατανοήσουμε την πολυπλοκότητα κατά την αποσαφήνιση αυτής της διαδικασίας, παρουσιάζουμε μερικά από αυτά:

• Αυτές οι αξιώσεις συσκοτίζουν την ίδια την έννοια της «ζωής». Δεν υπάρχει αναγώγιμο συμπέρασμα σχετικά με την αυτοσύνθεση των ζωντανών μορφών στον χωροχρόνο.
• Η παραγωγή των πρώτων ζωντανών όντων βρίσκεται στις πρωτόγονες θάλασσες, των οποίων οι συνθήκες ήταν πολύ επιθετικές για να ευδοκιμήσει κάθε είδος ζωής.
• Διαπιστώνει ότι τα πρωτόβια «έλαβαν» ζωή με το απλό γεγονός της απόκτησης μιας πολύπλοκης μοριακής δομής.
• Για να είναι κάτι ζωντανό απαιτείται DNA, γεγονός σχεδόν ασύλληπτο σε ένα περιβάλλον τόσο σκληρό από κλιματική άποψη όσο οι πρωτόγονες θάλασσες.
• Ποιο ήταν το πρώτο, το αυγό ή το κοτόπουλο; Δηλαδή πώς αντιγράφτηκαν τα πρώτα έμβια όντα αν υποθέσουμε ότι δεν είχαν DNA ή RNA;

Ήρθε η ώρα να γίνουμε λίγο μεταφυσικοί, γιατί το τρίτο σημείο αυτής της λίστας τραβάει ιδιαίτερα την προσοχή μας. Χωρίς καν να παραγγείλουμε όλες τις ουσίες που απαιτούνται για να δημιουργήσουμε τον απλούστερο τύπο κυττάρου, καταφέραμε να αποκτήσουμε μια δομή που βιώνει τη ζωή, λόγος για τον οποίο το «ον» πρέπει να αποτελεί κάτι περισσότερο από το άθροισμα όλων των μερών του, σωστά;

Αβιοτική σύνθεση από οργανικά μόρια: πείραμα Miller

Η θεωρία της αβιοτικής σύνθεσης δεν θα μπορούσε να συλληφθεί σήμερα χωρίς το πείραμα του Μίλερ, το οποίο ήταν πραγματοποιήθηκε το 1953 από τους Stanley Miller και Harold Clayton Urey (βιολόγος και χημικός) στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο. Να προσπαθήσουμε να εξηγήσουμε την προέλευση της ζωής σε ένα εργαστηριακό περιβάλλον, Αυτοί οι ειδικοί χρειάζονταν μια σειρά από γυάλινα δοχεία και σωλήνες συνδεδεμένους μεταξύ τους σε ένα κλειστό κύκλωμα.

Σε γενικές γραμμές, μπορούμε να συνοψίσουμε το πείραμα στις ακόλουθες έννοιες: μείγμα νερού, μεθανίου, αμμωνίας, διοξειδίου του άνθρακα, αζώτου και υδρογόνο (οι ενώσεις που πιθανώς υπήρχαν κατά τη στιγμή της προέλευσης της ζωής) και αυτό υποβλήθηκε σε ηλεκτρικές εκκενώσεις 60.000 βολτ σε πολύ ψηλός.

Από αυτά τα στοιχεία, από την ενέργεια που παρέχεται στο σύστημα και από τους διασυνδεδεμένους γυάλινους σωλήνες ελήφθησαν διάφορα οργανικά μόρια, συμπεριλαμβανομένης της γλυκόζης και ορισμένων αμινοξέων. Αυτές οι ενώσεις είναι απαραίτητες για την πρωτεϊνοσύνθεση από τα κύτταρα, δηλαδή τις βάσεις της ανάπτυξης και της ανάπτυξής τους.

Μετά από αυτό το απίστευτο πείραμα, διάφορες παραλλαγές της διαδικασίας έχουν πραγματοποιηθεί σε εργαστηριακά περιβάλλοντα. Χάρη στις δοκιμές δοκιμών και σφαλμάτων, έχουν επιτευχθεί τα ακόλουθα ορόσημα:

• Κατάφεραν να σχηματίσουν, από ανόργανες ενώσεις, 17 από τα 20 αμινοξέα που συνθέτουν τις πρωτεΐνες.
• Όλες οι βάσεις πουρίνης και πυριμιδίνης έχουν συντεθεί που επιτρέπουν τη δημιουργία νουκλεοτιδίων, τα οποία συνδέονται για να σχηματίσουν DNA και RNA στο κύτταρο.
• Μια μελέτη ισχυρίζεται ότι δημιούργησε νουκλεοτίδια από βάσεις πυριμιδίνης, αν και αυτή η διαδικασία είναι πολύ πιο δύσκολο να επιτευχθεί.
• Έχουν δημιουργηθεί 9 από τους 11 μεσάζοντες του κύκλου Krebs.

Παρά όλες αυτές τις προόδους, Η εξήγηση του σχηματισμού οργανικής ύλης από ανόργανη παραμένει ένα παζλ. Για παράδειγμα, θεωρείται ότι, τη στιγμή της προέλευσης της ζωής, η συγκέντρωση μεθανίου και αμμωνίας σε η ατμόσφαιρα δεν ήταν υψηλή, γι' αυτό και το πείραμα που σας εκθέσαμε χάνει λίγο δύναμη. Επιπλέον, η εξήγηση της προέλευσης των οργανικών μορίων είναι το πρώτο βήμα για την κατανόηση της εμφάνισης του ζωή, αλλά όπως είδαμε, μια συσχέτιση μορίων απαιτεί κάτι «ειδικό» για να συλληφθεί ως ΖΩΗ.

• Μπορεί να σας ενδιαφέρει: «Η θεωρία της βιολογικής εξέλιξης: τι είναι και τι εξηγεί»

Υπόθεση για την προέλευση της ζωής

Για μια υπόθεση απάντησης στην προέλευση της ζωής, πρέπει να λύσει τις ακόλουθες αμφιβολίες:

• Πώς δημιουργήθηκαν τα βασικά μόρια που ορίζουν τη ζωή, δηλαδή τα αμινοξέα και τα νουκλεοτίδια (το πείραμα που περιγράφηκε προηγουμένως μπορεί να δώσει μια μερική απάντηση).
• Πώς συσχετίστηκαν αυτές οι ενώσεις για να δημιουργήσουν μακρομόρια, δηλαδή DNA, RNA και πρωτεΐνες (πολύ πιο δύσκολη διαδικασία εξήγησης).
• Πώς μπόρεσαν αυτά τα μακρομόρια να αυτοαναπαραχθούν (καμία απάντηση).
• Πώς αυτά τα μακρομόρια οριοθετήθηκαν σε αυτόνομες μορφές χωρισμένες από το περιβάλλον, δηλαδή το κύτταρο.

Ίσως το πείραμα του Μίλερ και οι παραλλαγές του να καλύπτουν, σε κάποιο βαθμό, τα δύο πρώτα ερωτήματα. Ακόμα κι έτσι, η εξήγηση των υπολοίπων αγνώστων είναι ένα δύσκολο έργο. Το 2016, μια μελέτη στο περιοδικό Nature κατάφερε να πάει ένα βήμα παραπέρα σε σχέση με αυτό το θέμα: μελέτησε τη φυσική των μικρών «ενεργών σταγονιδίων», που σχηματίζονται από τον διαχωρισμό μορίων σε πολύπλοκα μείγματα που προκύπτουν από αλλαγές φάσης. Με άλλα λόγια, ήταν χημικά ενεργά σταγονίδια που ανακύκλωσαν χημικά συστατικά μέσα και έξω από το περιβάλλον υγρό.

Αυτό που είναι συναρπαστικό σε αυτή τη μελέτη είναι ότι οι ασκούμενοι διαπίστωσαν ότι αυτά τα σταγονίδια έτειναν να μεγαλώνουν στο μέγεθος ενός κυττάρου και, σε κάποιο βαθμό, να διαιρούνται με παρόμοιες διαδικασίες. Αυτό θα μπορούσε να υποθέσει ένα σαφές μοντέλο για το «πρεβιοτικό πρωτοκύτταρο», δηλαδή την ύπαρξη διαμερισματοποιημένων οντοτήτων στις οποίες συμβαίνουν χημικές διεργασίες παρά το γεγονός ότι δεν ήταν ζωντανές αυτές καθαυτές. Φυσικά, κινούμαστε σε τομείς που είναι δύσκολο να κατανοηθούν, αλλά η γενική ιδέα είναι η επόμενο: σημειώνονται επιστημονικές πρόοδοι που προσπαθούν να απαντήσουν στα ερωτήματα αξιώματα.

Άλλες υποθέσεις

Αβιογένεση στη Γη, ή το ίδιο, η θεωρία της αβιοτικής σύνθεσης (δημιουργία ζωής από οργανική ύλη) Δεν είναι οι μόνες υποθέσεις που θεωρούνται ότι εξηγούν τη ζωή στον πλανήτη μας. Το ξεκάθαρο παράδειγμα αυτού είναι το πανσπερμία, ένα εντελώς διαφορετικό ρεύμα που προσπαθεί να εξηγήσει την άφιξη των πρώτων μικροοργανισμών στη Γη μέσω εξωγενών σωμάτων, δηλαδή μετεωριτών.

Πολλές ανακαλύψεις έχουν γίνει σχετικά με αυτό το θέμα, έκτοτε ορισμένες βακτηριακές αποικίες έχουν δείξει αντοχή στις διαστημικές συνθήκες, η αναχώρηση από την τροχιά ενός πλανήτη και η επακόλουθη είσοδος. Ακόμα κι έτσι, δεν κατέστη δυνατή η ταυτόχρονη επαλήθευση της επιβίωσης στα 3 στάδια και, για άλλη μια φορά, έχουμε να κάνουμε με εργαστηριακές συνθήκες.

Υποθέσεις όπως η πανσπερμία αποτελούν επίσης πρόβλημα από μόνες τους, καθώς προσπαθούν να εξηγήσουν πώς ήρθε η ζωή στη γη, αλλά όχι η πραγματική προέλευσή της. Για το λόγο αυτό, το γεγονός ότι ένας συνδυασμός οργανικών μορίων οδήγησε στη ζωή παραμένει, μέχρι σήμερα, ένα πραγματικό άγνωστο.

Περίληψη

Όπως καταφέραμε να δούμε, από το πείραμα του Miller έχουν γίνει τεράστιες πρόοδοι όσον αφορά τη θεωρία της αβιοτικής σύνθεσης: από τη σύνθεση σχεδόν όλα τα αμινοξέα μέχρι το νουκλεοτίδιο, έχουν σχεδόν καταφέρει να δημιουργήσουν "όλα" τα απαραίτητα στοιχεία από ανόργανη ύλη για να τοποθετηθεί ένα κύτταρο Μάρτιος.

Δυστυχώς, το ερώτημα παραμένει: πώς αυτά τα μόρια συσχετίστηκαν για να δημιουργήσουν το κύτταρο; Έρευνες όπως αυτή που περιγράφηκε προηγουμένως και δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature προσπαθούν να απαντήσουν σε αυτό το ερώτημα, μέσω του μελέτη μη ζωντανών «πρωτοκυττάρων» που αποτελούνται από οργανικά μόρια που αντιδρούν με το περιβάλλον με παρόμοιο τρόπο με μια οντότητα κινητό τηλέφωνο. Φυσικά, υπάρχει πολύς δρόμος μπροστά μας και το ζήτημα της προέλευσης της ζωής παραμένει σε ισχύ.

Βιβλιογραφικές αναφορές:

• Abiogenesis, The origin of life on Earth, Nasif Nahle Sabag, Omegalfa Library.
• Menez, B., Pisapia, C., Andreani, M., Jamme, F., Vanbellingen, Q. P., Brunelle, A.,... & Réfrégiers, M. (2018). Αβιοτική σύνθεση αμινοξέων στις εσοχές της ωκεάνιας λιθόσφαιρας. Nature, 564(7734), 59-63.
• Zwicker, D., Seyboldt, R., Weber, C. Α., Χάιμαν, Α. A., & Julicher, F. (2017). Η ανάπτυξη και η διαίρεση των ενεργών σταγονιδίων παρέχει ένα μοντέλο για τα πρωτοκύτταρα. Nature Physics, 13(4), 408-413.