非生物的合成の理論：それが何であり、それが答えようとする質問

生命の起源を理解することは、人間にとって、提案できる最も複雑で神秘的な問題の 1 つです。 生物の基本単位である細胞は、どのようにして無生物化合物から生じたのでしょうか? 生物を構成する要素から生物が出現するようになった根本的な理由は何ですか?

「非生命」という単純な概念は、理解するのが非常に複雑です。なぜなら、推定 870 万を超える種が存在する惑星には 発見)、地球の歴史のある時点で感覚有機物が不足していると考えるという単純な事実は、間違いなく、最高の人間にとっても挑戦です. 科学者。

ここでは、人間の存在そのものを超えたトピックを探ります。 私たちの生命の起源を説明しようとしてきた仮説と仮定を解明する 星。 の範囲です 生物発生学と非生物合成理論、無から存在の存在を説明することについてです。

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非生物合成の理論とは何ですか?

バイオジェネシスとは、 不活性物質に基づく、生命の非存在からの自然発生過程、単純な有機化合物。 科学界は、生命の起源は 44 億 1000 万年前にさかのぼると推定しています。 地球上で定期的に水の量が凝縮し始め、37 億 7000 万年前に最初の兆候が現れた瞬間です。 人生。

生命の起源に関する「古典的な」理論には、いくつかの乗り越えられない物流上の欠点が含まれており、科学的なレビュー記事で取り上げられています。 複数のインスタンスで。 このプロセスを解明する際の複雑さを理解するために、いくつかを紹介します。

• これらの仮定は、まさに「生命」の概念をあいまいにします。 時空における生物の自己合成に関して、還元可能な結論はありません。
• 最初の生物の生産は原始の海に位置し、その条件はあらゆる種類の生物が繁栄するにはあまりにも攻撃的でした.
• それは、複雑な分子構造を獲得するという単純な事実によって、プロトバイオントが生命を「受け取った」ことを立証しています。
• 何かが生きているためには DNA が必要であり、原始の海のような気候的に厳しい環境ではほとんど考えられない事実です。
• 最初は卵とニワトリのどちらでしたか? つまり、最初の生物は DNA も RNA も持っていないと仮定した場合、どのように複製したのでしょうか?

このリストの 3 番目のポイントが特に注意を喚起するので、少し形而上学的に考える時が来ました。 最も単純な細胞型を生み出すのに必要なすべての物質を順序付けさえしなくても、私たちは生命を経験する構造を得ることができた.、「存在」がそのすべての部分の合計以上のものを構成しなければならない理由ですよね？

有機分子からの非生物的合成: ミラーの実験

今日、非生物的合成の理論は、ミラーの実験なしでは考えられませんでした。 シカゴ大学のスタンリー・ミラーとハロルド・クレイトン・ユーリー (生物学者および化学者) によって 1953 年に実施されました。 実験室環境で生命の起源を説明しようとすると、 これらの専門家は、閉回路で互いに接続された一連のガラス容器とチューブを必要としていました.

大まかに言えば、実験を次の概念に要約できます。水、メタン、アンモニア、二酸化炭素、窒素、 水素 (生命の起源の時点でおそらく存在していた化合物) と、これを非常に 60,000 ボルトの放電にさらしました。 高い。

これらの要素、システムに供給されるエネルギー、および相互接続されたガラス管から グルコースやいくつかのアミノ酸を含むさまざまな有機分子が得られました. これらの化合物は、細胞のタンパク質合成、すなわち細胞の成長と発生の基盤に不可欠です。

この信じられないほどの実験の後、手順のさまざまなバリエーションが実験室の設定で実行されました。 試行錯誤の結果、次のマイルストーンが達成されました。

• それらは、無機化合物から、タンパク質を構成する20個のアミノ酸のうち17個を形成することに成功しました.
• すべてのプリン塩基とピリミジン塩基は合成されており、細胞内で結合して DNA と RNA を形成するヌクレオチドの生成を可能にします。
• ある研究では、ピリミジン塩基からヌクレオチドを作成したと主張していますが、このプロセスを達成するのははるかに困難です.
• 11 個のクレブス サイクルの仲介者のうち 9 個が作成されました。

これらすべての進歩にもかかわらず、 無機物から有機物の形成を説明することは謎のままです. 例えば、生命が誕生したときのメタンとアンモニアの濃度は、 大気は高くなかったので、私たちがあなたに公開した実験は少し失われています 力。 さらに、有機分子の起源を説明することは、有機分子の出現を理解するための第一歩です。 しかし、これまで見てきたように、分子の結合には何か「特別な」ものを必要とします。 人生。

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生命の起源仮説

生命の起源への応答仮説については、次の疑問を解決する必要があります。

• 生命を定義する必須分子、つまりアミノ酸とヌクレオチドがどのように作られたか (前述の実験で部分的な答えが得られます)。
• これらの化合物がどのように結合して巨大分子、つまり DNA、RNA、およびタンパク質を生成したか (説明のはるかに難しいプロセス)。
• これらの高分子はどのようにして自己再生できたのですか (回答なし)。
• これらの高分子が、環境、つまり細胞から分離された自律的な形でどのように区切られたか。

おそらく、ミラーの実験とその変種は、最初の 2 つの疑問をある程度カバーしています。 それでも、残りの未知数を説明するのは大変な作業です。 2016 年、Nature 誌に掲載された研究では、この問題に関してさらに一歩前進することができました。 相変化に起因する複雑な混合物中の分子の分離によって形成される小さな「アクティブな液滴」の物理学を研究しました. 言い換えれば、それらは周囲の液体の内外で化学成分をリサイクルする化学的に活性な液滴でした。

この研究の興味深い点は、これらの液滴が細胞のサイズに成長する傾向があり、ある程度は同様のプロセスで分割されることを実践者が発見したことです。 これは、「プレバイオティクス プロトセル」の明確なモデルを想定している可能性があります。つまり、 それ自体は生きていないという事実にもかかわらず、化学プロセスが発生する区画化された実体の存在. もちろんわかりにくいところは動いていますが、大まかな考え方としては、 次へ: 質問に答えようとする科学的進歩が行われています 仮定します。

その他の仮説

地球の生物発生学、またはそれと同じ、非生物合成（有機物からの生命の創造）の理論 地球上の生命を説明する仮説はこれだけではありません. これのわかりやすい例は、 パンスペルミア、外因性体、つまり隕石を介して地球に最初の微生物が到着したことを説明しようとする、まったく異なる流れです。

以来、この主題に関して多くの発見がなされてきました。 一部の細菌コロニーは、宇宙条件に対する耐性を示しています、惑星の軌道からの離脱とその後の入り口。 それでも、3 段階での生存を同時に確認することはできず、ここでも実験室の条件を扱っています。

パンスペルミアなどの仮説は、生命がどのように地球にやってきたのかを説明しようとするが、その実際の起源を説明しようとしないため、それ自体にも問題があります。 このため、有機分子の会合が生命を生み出したという事実は、今日に至るまで真の未知のままです。

まとめ

私たちが見ることができたように、ミラーの実験以来、非生物的合成の理論に関して大きな進歩がありました。 ヌクレオチドまでのすべてのアミノ酸、彼らは細胞が自分自身を入れるために無機物から必要な要素を「すべて」作成することにほぼ成功しました 行進。

残念ながら、これらの分子がどのように会合して細胞を生じさせたのかという疑問が残ります。 以前に説明され、ジャーナル Nature に掲載されたような研究は、この質問に答えようとしています。 実体と同様の方法で環境と反応する有機分子で構成される非生物「原細胞」の研究 携帯電話。 もちろん、道のりは長く、生命の起源の問題は依然として有効です。

参考文献:

• Abiogenes、地球上の生命の起源、Nasif Nahle Sabag、Omegalfa Library。
• Menez, B., Pisapia, C., Andreani, M., Jamme, F., Vanbellingen, Q. P.、ブルネル、A.、... & Réfrégiers, M. (2018). 海洋リソスフェアのくぼみにおけるアミノ酸の非生物的合成。 自然、564（7734）、59-63。
• Zwicker, D.、Seyboldt, R.、Weber, C. A.、ハイマン、A. A. & Julicher, F. (2017). アクティブな液滴の成長と分裂は、プロトセルのモデルを提供します。 自然物理学、13(4)、408-413。