Teória abiotickej syntézy: čo to je a na aké otázky sa snaží odpovedať

Pochopenie pôvodu života je pre ľudskú bytosť jednou z najzložitejších a najzáhadnejších otázok, ktoré možno navrhnúť. Ako bunka, základná jednotka živých vecí, vznikla z neživých zlúčenín? Aký je základný dôvod, ktorý viedol k objaveniu sa živých bytostí z prvkov, ktoré ich tvoria?

Jednoduchý koncept „neživota“ je nesmierne zložitý na pochopenie, pretože na planéte s viac ako 8,7 miliónmi odhadovaných druhov (väčšina z nich bez objav), jednoduchý fakt, že v určitom bode histórie Zeme existuje nedostatok vnímajúcej organickej hmoty, je nepochybne výzvou aj pre tých najlepších ľudí. vedci.

Tu budeme skúmať tému, ktorá presahuje samotnú existenciu ľudskej bytosti, keďže sa o to snažíme objasniť hypotézy a predpoklady, ktoré sa snažili vysvetliť vznik života v našom planéta. Ide o rozsah abiogenéza a teória abiotickej syntézy, kde ide o vysvetlenie existencie bytia z ničoho.

• Súvisiaci článok: "Top 10 teórií pôvodu života"

Aká je teória abiotickej syntézy?

Abiogenéza sa týka prirodzený proces vzniku života z jeho neexistencie, teda na základe inertnej hmoty

, jednoduché organické zlúčeniny. Vedecká komunita odhaduje, že vznik života sa datuje od obdobia starého 4 410 miliónov rokov, keď para Na Zemi sa začalo pravidelne zrážať množstvo vody a pred 3 770 miliónmi rokov sa začali objavovať prvé príznaky života.

„Klasická“ teória pôvodu života zahŕňa niektoré neprekonateľné logistické nevýhody, ktoré boli zahrnuté vo vedeckých prehľadových článkoch. vo viacerých prípadoch. Aby sme pochopili zložitosť pri objasňovaní tohto procesu, uvádzame niektoré z nich:

• Tieto postulácie zakrývajú samotný pojem „život“. Neexistuje žiadny redukovateľný záver týkajúci sa samosyntézy živých foriem v časopriestore.
• Produkcia prvých živých bytostí sa nachádza v primitívnych moriach, ktorých podmienky boli príliš agresívne na to, aby prekvital akýkoľvek druh života.
• Stanovuje, že protobionti „dostali“ život jednoduchým faktom, že získali komplexnú molekulárnu štruktúru.
• Na to, aby bolo niečo živé, je potrebná DNA, čo je v tak klimaticky drsnom prostredí, akým sú primitívne moria, takmer nepredstaviteľné.
• Čo bolo prvé: vajce alebo kura? To znamená, ako sa replikovali prvé živé bytosti, ak predpokladáme, že nemali DNA alebo RNA?

Je čas trochu metafyzicky, pretože tretí bod v tomto zozname obzvlášť upriamuje našu pozornosť. Ani objednaním všetkých látok potrebných na vznik najjednoduchšieho bunkového typu sa nám nepodarilo získať štruktúru, ktorá prežíva život., dôvod, pre ktorý „bytie“ musí tvoriť niečo viac ako súčet všetkých jeho častí, však?

Abiotická syntéza z organických molekúl: Millerov experiment

Teória abiotickej syntézy sa dnes nedala vymyslieť bez Millerovho experimentu, ktorý bol uskutočnili v roku 1953 Stanley Miller a Harold Clayton Urey (biológ a chemik) na University of Chicago. Pokúsiť sa vysvetliť pôvod života v laboratórnom prostredí, títo odborníci potrebovali sériu sklenených nádob a skúmaviek spojených dohromady v uzavretom okruhu.

Vo všeobecných líniách môžeme experiment zhrnúť do nasledujúcich pojmov: zmes vody, metánu, amoniaku, oxidu uhličitého, dusíka a vodík (zlúčeniny možno prítomné v čase vzniku života) a tento bol vystavený elektrickým výbojom 60 000 voltov pri veľmi vysoký.

Z týchto prvkov, z energie dodávanej do systému a zo vzájomne prepojených sklenených trubíc boli získané rôzne organické molekuly, vrátane glukózy a niektorých aminokyselín. Tieto zlúčeniny sú nevyhnutné pre syntézu proteínov bunkami, teda základom ich rastu a vývoja.

Po tomto neuveriteľnom experimente sa v laboratórnych podmienkach uskutočnili rôzne varianty postupu. Vďaka pokusom a omylom boli dosiahnuté tieto míľniky:

• Podarilo sa im vytvoriť z anorganických zlúčenín 17 z 20 aminokyselín, ktoré tvoria proteíny.
• Všetky purínové a pyrimidínové bázy boli syntetizované, čo umožňuje tvorbu nukleotidov, ktoré sa spájajú za vzniku DNA a RNA v bunke.
• Jedna štúdia tvrdí, že vytvorila nukleotidy z pyrimidínových báz, hoci tento proces je oveľa ťažšie dosiahnuť.
• Bolo vytvorených 9 z 11 sprostredkovateľov Krebsovho cyklu.

Napriek všetkým týmto pokrokom, vysvetlenie vzniku organickej hmoty z anorganickej zostáva hádankou. Napríklad sa teoretizuje, že v čase vzniku života sa koncentrácia metánu a amoniaku v atmosféra nebola vysoká, čo je dôvod, prečo experiment, ktorý sme vám predstavili, trochu stráca sila. Okrem toho je vysvetlenie pôvodu organických molekúl prvým krokom k pochopeniu vzniku život, ale ako sme videli, asociácia molekúl si vyžaduje niečo „špeciálne“, aby sme ju mohli chápať ako života.

• Mohlo by vás zaujímať: "Teória biologickej evolúcie: čo to je a čo vysvetľuje"

Hypotéza pôvodu života

Aby bola hypotéza odpovede na pôvod života, musí vyriešiť nasledujúce pochybnosti:

• Ako boli vytvorené esenciálne molekuly, ktoré definujú život, teda aminokyseliny a nukleotidy (experiment opísaný vyššie môže dať čiastočnú odpoveď).
• Ako boli tieto zlúčeniny spojené, aby vznikli makromolekuly, to znamená DNA, RNA a proteíny (oveľa zložitejší proces vysvetlenia).
• Ako sa tieto makromolekuly dokázali samy reprodukovať (žiadna odpoveď).
• Ako boli tieto makromolekuly ohraničené v autonómnych formách oddelených od prostredia, teda bunky.

Možno, že Millerov experiment a jeho varianty pokrývajú do určitej miery prvé dve otázky. Aj tak je vysvetľovanie zvyšku neznámeho náročná úloha. V roku 2016 sa v štúdii v časopise Nature podarilo ísť v súvislosti s týmto problémom ešte o krok ďalej: študoval fyziku malých "aktívnych kvapôčok", vytvorených segregáciou molekúl v zložitých zmesiach vyplývajúcich z fázových zmien. Inými slovami, boli to chemicky aktívne kvapôčky, ktoré recyklovali chemické zložky do a von z okolitej kvapaliny.

Na tejto štúdii je fascinujúce, že praktizujúci zistili, že tieto kvapôčky mali tendenciu rásť do veľkosti bunky a do určitej miery boli rozdelené podobnými procesmi. To by mohlo predpokladať jasný model pre „prebiotickú protobunku“, tj. existenciu kompartmentalizovaných entít, v ktorých prebiehajú chemické procesy napriek skutočnosti, že neboli ako také živé. Samozrejme, pohybujeme sa v oblastiach, ktoré je ťažké pochopiť, ale všeobecná myšlienka je ďalej: vedecké pokroky sa uskutočňujú, ktoré sa snažia odpovedať na otázky postuláty.

Iné hypotézy

Abiogenéza na Zemi, alebo čo je to isté, teória abiotickej syntézy (vytvorenie života z organickej hmoty) Nie sú to jediné hypotézy, ktoré sa považujú za vysvetlenie života na našej planéte. Jasným príkladom toho je panspermia, úplne iný prúd, ktorý sa snaží vysvetliť príchod prvých mikroorganizmov na Zem cez exogénne telesá, teda meteority.

Od r sa na túto tému urobilo veľa objavov niektoré bakteriálne kolónie preukázali odolnosť voči vesmírnym podmienkam, odchod z obežnej dráhy planéty a následný vstup. Napriek tomu sa nepodarilo overiť prežívanie v 3 štádiách súčasne a opäť tu máme do činenia s laboratórnymi podmienkami.

Hypotézy, ako je panspermia, tiež predstavujú problém samy osebe, pretože sa snažia vysvetliť, ako život prišiel na Zem, ale nie jeho skutočný pôvod. Z tohto dôvodu zostáva fakt, že spojenie organických molekúl dal vzniknúť životu, dodnes skutočnou neznámou.

Zhrnutie

Ako sme mohli vidieť, od Millerovho experimentu sa v teórii abiotickej syntézy dosiahol obrovský pokrok: od syntézy takmer všetky aminokyseliny až po nukleotid, takmer dokázali z anorganickej hmoty vytvoriť „všetky“ potrebné prvky, do ktorých sa bunka vloží. marca.

Bohužiaľ, otázkou zostáva: ako sa tieto molekuly spojili, aby vznikla bunka? Výskum, ako je ten, ktorý bol predtým opísaný a publikovaný v časopise Nature, sa snaží odpovedať na túto otázku prostredníctvom štúdium neživých „protobuniek“ zložených z organických molekúl, ktoré reagujú s prostredím podobným spôsobom ako entita mobilný telefón. Samozrejme, je pred nami ešte dlhá cesta a otázka pôvodu života zostáva platná.

Bibliografické odkazy:

• Abiogenéza, Pôvod života na Zemi, Nasif Nahle Sabag, Knižnica Omegalfa.
• Menez, B., Pisapia, C., Andreani, M., Jamme, F., Vanbellingen, Q. P., Brunelle, A.,... & Réfrégiers, M. (2018). Abiotická syntéza aminokyselín vo výklenkoch oceánskej litosféry. Nature, 564 (7734), 59-63.
• Zwicker, D., Seyboldt, R., Weber, C. A., Hyman, A. A. a Julicher, F. (2017). Rast a delenie aktívnych kvapiek poskytuje model pre protobunky. Nature Physics, 13(4), 408-413.