Teorija abiotičke sinteze: što je to i na koja pitanja pokušava odgovoriti

Razumijevanje podrijetla života jedno je od najsloženijih i najmističnijih pitanja koja se mogu postaviti za čovjeka. Kako je stanica, osnovna jedinica živih bića, nastala iz neživih spojeva? Koji je temeljni razlog koji je doveo do pojave živih bića od elemenata koji ih čine?

Jednostavan koncept "neživota" iznimno je složen za razumjeti jer na planetu s više od 8,7 milijuna procijenjenih vrsta (većina njih bez otkriti), jednostavna činjenica zamišljanja nedostatka razumne organske tvari u nekom trenutku u povijesti Zemlje bez sumnje je izazov čak i za najbolje ljude. znanstvenici.

Ovdje ćemo istražiti temu koja nadilazi samo postojanje ljudskog bića, budući da to pokušavamo rasvijetliti hipoteze i pretpostavke koje su pokušale objasniti nastanak života u našem planeta. To je opseg abiogeneza i teorija abiotičke sinteze, gdje je riječ o objašnjenju postojanja bića iz ničega.

• Povezani članak: "10 najpopularnijih teorija o nastanku života"

Što je teorija abiotičke sinteze?

Abiogeneza se odnosi na

prirodni proces nastanka života iz njegovog nepostojanja, odnosno temeljen na inertnoj materiji, jednostavni organski spojevi. Znanstvena zajednica procjenjuje da podrijetlo života datira iz razdoblja starog između 4410 milijuna godina, kada je para vode počela se redovito kondenzirati na Zemlji, a prije 3.770 milijuna godina, trenuci u kojima su se pojavili prvi znakovi život.

“Klasična” teorija o podrijetlu života uključuje neke nepremostive logističke nedostatke, koji su obrađeni u znanstvenim preglednim člancima. u više slučajeva. Kako bismo razumjeli složenost pri pojašnjavanju ovog procesa, predstavljamo neke od njih:

• Ove postavke zamagljuju sam koncept "života". Nema svedivog zaključka o samosintezi živih oblika u prostor-vremenu.
• Proizvodnja prvih živih bića nalazi se u primitivnim morima, čiji su uvjeti bili previše agresivni da bi bilo koja vrsta života mogla napredovati.
• Utvrđuje da su protobionti "dobili" život jednostavnom činjenicom stjecanja složene molekularne strukture.
• Da bi nešto bilo živo, potreban je DNK, što je činjenica gotovo nezamisliva u okruženju koje je tako klimatski surovo poput primitivnih mora.
• Što je bilo prvo, jaje ili kokoš? Odnosno, kako su se prva živa bića replicirala ako pretpostavimo da nisu imala DNK ili RNK?

Vrijeme je da malo uđemo u metafiziku, jer nam treća točka na ovom popisu posebno privlači pozornost. Čak ni ne poredajući sve tvari potrebne za nastanak najjednostavnijeg tipa stanice, uspjeli smo dobiti strukturu koja doživljava život, razlog zbog kojeg "biće" mora sačinjavati nešto više od zbroja svih njegovih dijelova, zar ne?

Abiotička sinteza iz organskih molekula: Millerov eksperiment

Teorija abiotičke sinteze danas se ne bi mogla zamisliti bez Millerova eksperimenta koji je proveli su 1953. godine Stanley Miller i Harold Clayton Urey (biolog i kemičar) na Sveučilištu u Chicagu. Kako bismo pokušali objasniti podrijetlo života u laboratorijskom okruženju, tim je stručnjacima trebao niz staklenih posuda i cijevi spojenih u zatvoreni krug.

Općenito, eksperiment možemo sažeti u sljedeće pojmove: mješavina vode, metana, amonijaka, ugljičnog dioksida, dušika i vodik (spojevi koji su vjerojatno bili prisutni u vrijeme nastanka života) i to je bilo podvrgnuto električnim pražnjenjima od 60 000 volti na vrlo visok.

Iz tih elemenata, iz energije koja se dovodi u sustav i iz međusobno povezanih staklenih cijevi dobivene su razne organske molekule, uključujući glukozu i neke aminokiseline. Ovi spojevi su neophodni za sintezu proteina u stanicama, odnosno temelj su njihova rasta i razvoja.

Nakon ovog nevjerojatnog eksperimenta, različite varijante postupka provedene su u laboratorijskim uvjetima. Zahvaljujući pokušajima i pogreškama, postignute su sljedeće prekretnice:

• Uspjeli su formirati, od anorganskih spojeva, 17 od 20 aminokiselina koje čine proteine.
• Sintetizirane su sve purinske i pirimidinske baze koje omogućuju stvaranje nukleotida, koji se udružuju u DNA i RNA u stanici.
• Jedna studija tvrdi da je stvorila nukleotide iz pirimidinskih baza, iako je taj proces mnogo teže postići.
• Stvoreno je 9 od 11 posrednika Krebsovog ciklusa.

Unatoč svim tim naprecima, objašnjavanje nastanka organske tvari iz anorganske ostaje zagonetka. Na primjer, teoretizira se da je u vrijeme nastanka života koncentracija metana i amonijaka u atmosfera nije bila visoka, čime eksperiment koji smo vam izložili malo gubi sila. Osim toga, objašnjenje podrijetla organskih molekula prvi je korak u razumijevanju nastanka molekula život, ali kao što smo vidjeli, povezanost molekula zahtijeva nešto "posebno" da bi se mogla zamisliti kao život.

• Možda će vas zanimati: "Teorija biološke evolucije: što je to i što objašnjava"

Hipoteza o poreklu života

Za odgovor na hipotezu o podrijetlu života, ona mora riješiti sljedeće dvojbe:

• Kako su nastale esencijalne molekule koje definiraju život, odnosno aminokiseline i nukleotidi (prethodno opisani eksperiment može dati djelomičan odgovor).
• Kako su ti spojevi povezani da bi doveli do nastanka makromolekula, to jest DNK, RNK i proteina (mnogo teži proces objašnjenja).
• Kako su se te makromolekule mogle same reproducirati (bez odgovora).
• Kako su te makromolekule razgraničene u autonomne oblike odvojene od okoline, odnosno stanice.

Možda Millerov eksperiment i njegove varijante donekle pokrivaju prva dva pitanja. Unatoč tome, objašnjavanje ostalih nepoznanica je zastrašujući zadatak. Godine 2016. studija u časopisu Nature uspjela je otići korak dalje u vezi s ovim pitanjem: proučavao fiziku malih "aktivnih kapljica", nastalih segregacijom molekula u složenim smjesama koje su rezultat faznih promjena. Drugim riječima, bile su to kemijski aktivne kapljice koje su reciklirale kemijske komponente ui iz okolne tekućine.

Ono što je fascinantno u ovoj studiji je to što su praktičari otkrili da su te kapljice imale tendenciju rasti do veličine stanice i, u određenoj mjeri, podijeljene sličnim procesima. To bi moglo pretpostaviti jasan model za "prebiotičku protostanicu", tj. postojanje kompartmentaliziranih entiteta u kojima se kemijski procesi odvijaju unatoč činjenici da sami po sebi nisu bili živi. Naravno, krećemo se u područjima koja su teško razumljiva, ali opća ideja je sljedeće: postignut je znanstveni napredak koji pokušava odgovoriti na pitanja postulate.

Ostale hipoteze

Abiogeneza na Zemlji, ili što je isto, teorija abiotičke sinteze (stvaranje života iz organske tvari) To nisu jedine hipoteze za koje se smatra da objašnjavaju život na našem planetu. Jasan primjer za to je panspermija, sasvim druga struja koja pokušava objasniti dolazak prvih mikroorganizama na Zemlju preko egzogenih tijela, odnosno meteorita.

Od tada su napravljena mnoga otkrića u vezi s ovom temom neke su bakterijske kolonije pokazale otpornost na svemirske uvjete, odlazak iz orbite planeta i kasniji ulazak. Unatoč tome, nije bilo moguće provjeriti preživljenje u 3 stadija u isto vrijeme i, opet, imamo posla s laboratorijskim uvjetima.

Hipoteze kao što je panspermija također predstavljaju problem same po sebi jer pokušavaju objasniti kako je život nastao na zemlji, ali ne i njegovo stvarno podrijetlo. Iz tog razloga, činjenica da je udruženje organskih molekula dovelo do života ostaje, do danas, prava nepoznanica.

Sažetak

Kao što smo mogli vidjeti, od Millerova eksperimenta napravljen je ogroman napredak u smislu teorije abiotičke sinteze: od sinteze gotovo sve aminokiseline do nukleotida, gotovo su uspjeli stvoriti "sve" potrebne elemente iz anorganske tvari u koje će se stanica staviti Ožujak.

Nažalost, ostaje otvoreno pitanje: kako su se te molekule udružile da bi nastale stanice? Istraživanja poput onog prethodno opisanog i objavljenog u časopisu Nature pokušavaju odgovoriti na ovo pitanje, kroz proučavanje neživih "proto-stanica" sastavljenih od organskih molekula koje reagiraju s okolinom na sličan način kao entitet mobitel. Naravno, predstoji još dug put i pitanje podrijetla života ostaje na snazi.

Bibliografske reference:

• Abiogeneza, Porijeklo života na Zemlji, Nasif Nahle Sabag, Omegalfa biblioteka.
• Menez, B., Pisapia, C., Andreani, M., Jamme, F., Vanbellingen, Q. P., Brunelle, A.,... & Réfrégiers, M. (2018). Abiotička sinteza aminokiselina u recesijama oceanske litosfere. Priroda, 564(7734), 59-63.
• Zwicker, D., Seyboldt, R., Weber, C. A., Hyman, A. A. i Julicher, F. (2017). Rast i dioba aktivnih kapljica daje model za protostanice. Fizika prirode, 13(4), 408-413.