Teoria syntezy abiotycznej: czym jest i na jakie pytania próbuje odpowiedzieć

Zrozumienie pochodzenia życia jest dla człowieka jednym z najbardziej złożonych i mistycznych zagadnień, jakie można zaproponować. W jaki sposób komórka, podstawowa jednostka organizmów żywych, powstała ze związków nieożywionych? Jaki jest podstawowy powód, który doprowadził do pojawienia się żywych istot z elementów, które je tworzą?

Proste pojęcie „nieożywionego” jest niezwykle skomplikowane do zrozumienia, ponieważ na planecie, na której szacuje się, że istnieje ponad 8,7 miliona gatunków (większość z nich bez odkryć), prosty fakt poczęcia braku odczuwającej materii organicznej w pewnym momencie historii Ziemi jest bez wątpienia wyzwaniem nawet dla najlepszych ludzi. naukowcy.

Tutaj zgłębimy temat, który wykracza poza samo istnienie człowieka, ponieważ staramy się wyjaśnić hipotezy i założenia, które próbowały wyjaśnić pochodzenie życia w naszym planeta. Jest to zakres abiogeneza i teoria syntezy abiotycznej, gdzie chodzi o wyjaśnienie istnienia bytu z niczego.

• Powiązany artykuł: „10 najlepszych teorii pochodzenia życia”

Czym jest teoria syntezy abiotycznej?

Abiogeneza odnosi się do naturalny proces powstawania życia z jego nieistnienia, czyli oparty na materii obojętnej, proste związki organiczne. Społeczność naukowa szacuje, że początek życia datuje się na okres między 4410 milionami lat, kiedy para wody zaczęło regularnie skraplać się na Ziemi, a 3770 milionów lat temu pojawiły się pierwsze oznaki życie.

„Klasyczna” teoria pochodzenia życia wiąże się z pewnymi niemożliwymi do pokonania wadami logistycznymi, które zostały omówione w naukowych artykułach przeglądowych. w wielu przypadkach. Aby zrozumieć złożoność wyjaśniania tego procesu, przedstawiamy niektóre z nich:

• Te postulaty zaciemniają samo pojęcie „życia”. Nie ma redukowalnej konkluzji dotyczącej samosyntezy żywych form w czasoprzestrzeni.
• Produkcja pierwszych żywych istot znajduje się w prymitywnych morzach, których warunki były zbyt agresywne, aby mógł się rozwijać jakikolwiek rodzaj życia.
• Ustala, że ​​protobionty „otrzymały” życie przez prosty fakt uzyskania złożonej struktury molekularnej.
• Aby coś mogło żyć, potrzebne jest DNA, co jest prawie nie do pomyślenia w środowisku tak surowym klimatycznie jak prymitywne morza.
• Co było pierwsze: jajko czy kura? To znaczy, jak rozmnażały się pierwsze żywe istoty, jeśli założymy, że nie miały DNA ani RNA?

Czas na odrobinę metafizyki, ponieważ trzeci punkt na tej liście szczególnie zwraca naszą uwagę. Nawet nie zamawiając wszystkich substancji potrzebnych do powstania najprostszego typu komórek, udało nam się uzyskać strukturę, która doświadcza życia, powód, dla którego „byt” musi stanowić coś więcej niż sumę wszystkich jego części, prawda?

Synteza abiotyczna z cząsteczek organicznych: eksperyment Millera

Teorii syntezy abiotycznej nie można dziś wymyślić bez eksperymentu Millera, który był przeprowadzone w 1953 roku przez Stanleya Millera i Harolda Claytona Ureya (biologa i chemika) na Uniwersytecie w Chicago. Aby spróbować wyjaśnić pochodzenie życia w środowisku laboratoryjnym, ci eksperci potrzebowali szeregu szklanych pojemników i rurek połączonych ze sobą w obiegu zamkniętym.

Ogólnie rzecz biorąc, możemy podsumować eksperyment następującymi pojęciami: mieszanina wody, metanu, amoniaku, dwutlenku węgla, azotu i wodór (związki prawdopodobnie obecne w czasie powstania życia) i został poddany wyładowaniom elektrycznym o napięciu 60 000 woltów przy bardzo wysoki.

Z tych elementów, z energii dostarczanej do systemu oraz z połączonych ze sobą szklanych rurek otrzymano różne cząsteczki organiczne, w tym glukozę i niektóre aminokwasy. Związki te są niezbędne do syntezy białek przez komórki, czyli podstawy ich wzrostu i rozwoju.

Po tym niesamowitym eksperymencie przeprowadzono różne warianty procedury w warunkach laboratoryjnych. Dzięki próbom i próbom błędów osiągnięto następujące kamienie milowe:

• Udało im się stworzyć ze związków nieorganicznych 17 z 20 aminokwasów tworzących białka.
• Zsyntetyzowano wszystkie zasady purynowe i pirymidynowe, które umożliwiają tworzenie nukleotydów, które łączą się, tworząc DNA i RNA w komórce.
• Jedno z badań twierdzi, że stworzyło nukleotydy z zasad pirymidynowych, chociaż proces ten jest znacznie trudniejszy do osiągnięcia.
• Utworzono 9 z 11 pośredników cyklu Krebsa.

Pomimo tych wszystkich postępów, wyjaśnienie powstawania materii organicznej z materii nieorganicznej pozostaje zagadką. Na przykład istnieje teoria, że ​​w momencie powstania życia stężenie metanu i amoniaku w atmosfera nie była wysoka, dlatego też eksperyment, który Wam wystawialiśmy trochę traci siła. Ponadto wyjaśnienie pochodzenia cząsteczek organicznych jest pierwszym krokiem do zrozumienia powstania życie, ale jak widzieliśmy, połączenie cząsteczek wymaga czegoś „specjalnego”, aby mogło być pomyślane życie.

• Możesz być zainteresowany: „Teoria ewolucji biologicznej: czym jest i co wyjaśnia”

Hipoteza pochodzenia życia

Aby hipoteza odpowiedzi na pochodzenie życia musiała rozwiązać następujące wątpliwości:

• Jak powstały podstawowe cząsteczki, które definiują życie, czyli aminokwasy i nukleotydy (opisany wcześniej eksperyment może dać częściową odpowiedź).
• Jak te związki zostały połączone, dając początek makrocząsteczkom, czyli DNA, RNA i białkom (znacznie trudniejszy proces wyjaśnienia).
• W jaki sposób te makrocząsteczki były zdolne do samoreprodukcji (brak odpowiedzi).
• Jak te makrocząsteczki zostały rozgraniczone w autonomiczne formy oddzielone od środowiska, czyli komórki.

Być może eksperyment Millera i jego warianty pokrywają się w pewnym stopniu z dwoma pierwszymi pytaniami. Mimo to wyjaśnienie pozostałych niewiadomych jest zniechęcającym zadaniem. W 2016 r. w artykule opublikowanym w czasopiśmie Nature udało się pójść o krok dalej w tej kwestii: studiował fizykę małych „aktywnych kropelek”, powstałych w wyniku segregacji cząsteczek w złożonych mieszaninach w wyniku przemian fazowych. Innymi słowy, były to chemicznie aktywne kropelki, które zawracały składniki chemiczne do iz otaczającej cieczy.

Fascynujące w tym badaniu jest to, że praktycy odkryli, że kropelki te miały tendencję do wzrostu do rozmiarów komórki i do pewnego stopnia dzielone w podobny sposób. Mogłoby to sugerować wyraźny model „protokomórki prebiotycznej”, to znaczy istnienie podzielonych na przedziały bytów, w których zachodzą procesy chemiczne, mimo że nie były one żywe same w sobie. Oczywiście poruszamy się w obszarach trudnych do zrozumienia, ale ogólna idea jest taka dalej: czynione są postępy naukowe, które próbują odpowiedzieć na pytania postulaty.

Inne hipotezy

Abiogeneza na Ziemi, czyli co to jest to samo, teoria syntezy abiotycznej (powstawania życia z materii organicznej) Nie są to jedyne rozważane hipotezy wyjaśniające życie na naszej planecie. Wyraźnym tego przykładem jest tzw panspermia, zupełnie inny nurt, który próbuje wyjaśnić przybycie pierwszych mikroorganizmów na Ziemię poprzez ciała egzogenne, czyli meteoryty.

Od tego czasu dokonano wielu odkryć na ten temat niektóre kolonie bakteryjne wykazały odporność na warunki kosmiczne, odejście z orbity planety i późniejsze wejście. Mimo to nie udało się zweryfikować przeżycia w 3 etapach jednocześnie i znowu mamy do czynienia z warunkami laboratoryjnymi.

Hipotezy takie jak panspermia również stanowią problem same w sobie, ponieważ próbują wyjaśnić, w jaki sposób życie pojawiło się na Ziemi, ale nie wyjaśniają jego faktycznego pochodzenia. Z tego powodu fakt, że związek cząsteczek organicznych dał początek życiu, pozostaje do dziś prawdziwą niewiadomą.

Streszczenie

Jak mogliśmy zobaczyć, od czasu eksperymentu Millera dokonał się ogromny postęp w teorii syntezy abiotycznej: od syntezy prawie wszystkie aminokwasy aż do nukleotydu, udało im się prawie stworzyć „wszystkie” niezbędne elementy z materii nieorganicznej, aby komórka mogła się Marsz.

Niestety pozostaje pytanie: w jaki sposób te cząsteczki łączą się, dając początek komórce? Badania, takie jak te opisane wcześniej i opublikowane w czasopiśmie Nature, próbują odpowiedzieć na to pytanie poprzez badanie nieożywionych „protokomórek” złożonych z cząsteczek organicznych, które reagują ze środowiskiem w sposób podobny do istoty komórka. Oczywiście przed nami długa droga, a pytanie o pochodzenie życia pozostaje aktualne.

Odniesienia bibliograficzne:

• Abiogeneza, Pochodzenie życia na Ziemi, Nasif Nahle Sabag, Biblioteka Omegalfa.
• Menez, B., Pisapia, C., Andreani, M., Jamme, F., Vanbellingen, Q. P., Brunelle, A.,... & Refrégiers, M. (2018). Abiotyczna synteza aminokwasów w zakamarkach litosfery oceanicznej. Natura, 564 (7734), 59-63.
• Zwicker D., Seyboldt R., Weber C. A., Hyman, A. A., & Julicher, F. (2017). Wzrost i podział aktywnych kropelek stanowi model dla protokomórek. Fizyka przyrody, 13(4), 408-413.