Teorija abiotske sinteze: kaj je in na katera vprašanja poskuša odgovoriti

Razumevanje izvora življenja je za človeka eno najbolj kompleksnih in mističnih vprašanj, kar jih je mogoče predlagati. Kako je celica, osnovna enota živih bitij, nastala iz neživih spojin? Kaj je osnovni razlog, ki je pripeljal do pojava živih bitij iz elementov, ki jih sestavljajo?

Preprost koncept "neživljenja" je izredno zapleten za razumevanje, saj na planetu z več kot 8,7 milijona ocenjenimi vrstami (večina brez odkriti), je preprosto dejstvo, da je na neki točki v zgodovini Zemlje pojmovanje pomanjkanja čuteče organske snovi nedvomno izziv tudi za najboljše ljudi. znanstveniki.

Tukaj bomo raziskovali temo, ki presega sam obstoj človeškega bitja, saj to poskušamo pojasniti hipoteze in predpostavke, ki so poskušale razložiti nastanek življenja v našem planet. To je področje uporabe abiogeneza in teorija abiotske sinteze, kjer gre za razlago obstoja biti iz nič.

• Sorodni članek: "10 najboljših teorij o nastanku življenja"

Kakšna je teorija abiotske sinteze?

Abiogeneza se nanaša na naravni proces nastanka življenja iz njegovega neobstoja, to je, ki temelji na inertni materiji

, enostavne organske spojine. Znanstvena skupnost ocenjuje, da izvor življenja sega v obdobje med 4410 milijoni let, ko je para vode se je začela redno kondenzirati na Zemlji in pred 3770 milijoni let so bili trenutki, ko so se pojavili prvi znaki življenje.

»Klasična« teorija o nastanku življenja vključuje nekaj nepremostljivih logističnih pomanjkljivosti, ki so bile obravnavane v znanstvenih preglednih člankih. v več primerih. Da bi razumeli zapletenost pri razjasnitvi tega procesa, predstavljamo nekatere izmed njih:

• Te postulacije zakrivajo sam koncept »življenja«. O samosintezi živih oblik v prostoru-času ni mogoče sklepati.
• Proizvodnja prvih živih bitij se nahaja v primitivnih morjih, katerih razmere so bile preveč agresivne, da bi kakršna koli vrsta življenja uspevala.
• Ugotavlja, da so protobionti "prejeli" življenje s preprostim dejstvom, da so pridobili kompleksno molekularno strukturo.
• Da je nekaj živo, je potrebna DNK, dejstvo, ki je skoraj nepredstavljivo v podnebno tako surovem okolju, kot so primitivna morja.
• Kaj je bilo prvo, jajce ali kokoš? Se pravi, kako so se prva živa bitja razmnoževala, če predpostavljamo, da niso imela DNK ali RNK?

Čas je, da postanemo malo metafizični, saj tretja točka na tem seznamu še posebej pritegne našo pozornost. Niti z razvrščanjem vseh snovi, potrebnih za nastanek najpreprostejše celične vrste od vseh, nam je uspelo pridobiti strukturo, ki doživlja življenje, razlog, zaradi katerega mora "bitje" predstavljati nekaj več kot vsota vseh njegovih delov, kajne?

Abiotska sinteza iz organskih molekul: Millerjev poskus

Teorije abiotske sinteze danes ne bi bilo mogoče zamisliti brez Millerjevega eksperimenta, ki je bil sta leta 1953 izvedla Stanley Miller in Harold Clayton Urey (biolog in kemik) na Univerzi v Chicagu. Da bi poskusili razložiti izvor življenja v laboratorijskem okolju, ti strokovnjaki so potrebovali niz steklenih posod in cevi, povezanih v zaprt krog.

Na splošno lahko poskus povzamemo v naslednje koncepte: mešanica vode, metana, amoniaka, ogljikovega dioksida, dušika in vodik (spojine, ki so bile verjetno prisotne v času nastanka življenja) in je bil izpostavljen električnim razelektritvam 60.000 voltov pri zelo visok.

Iz teh elementov, iz energije, ki se dovaja sistemu, in iz med seboj povezanih steklenih cevi pridobljene so bile različne organske molekule, vključno z glukozo in nekaterimi aminokislinami. Te spojine so bistvene za sintezo beljakovin v celicah, torej so osnova njihove rasti in razvoja.

Po tem neverjetnem poskusu so v laboratorijskih okoljih izvedli različne različice postopka. Zahvaljujoč poskusom in napakam so bili doseženi naslednji mejniki:

• Iz anorganskih spojin jim je uspelo oblikovati 17 od 20 aminokislin, ki sestavljajo beljakovine.
• Sintetizirane so bile vse purinske in pirimidinske baze, ki omogočajo tvorbo nukleotidov, ki se povezujejo v DNA in RNA v celici.
• Ena študija trdi, da je ustvarila nukleotide iz pirimidinskih baz, čeprav je ta postopek veliko težje doseči.
• Ustvarjenih je bilo 9 od 11 posrednikov Krebsovega cikla.

Kljub vsem tem napredkom, razlaga nastanka organske snovi iz anorganske ostaja uganka. Teoretizira se na primer, da je bila v času nastanka življenja koncentracija metana in amoniaka v vzdušje ni bilo visoko, zato eksperiment, ki smo vam ga izpostavili, nekoliko izgubi sila. Poleg tega je razlaga izvora organskih molekul prvi korak k razumevanju nastanka molekul življenje, toda kot smo videli, povezava molekul zahteva nekaj "posebnega", da bi jo pojmovali kot življenje.

• Morda vas zanima: "Teorija biološke evolucije: kaj je in kaj razlaga"

Hipoteza o izvoru življenja

Za odgovor na hipotezo o izvoru življenja mora razrešiti naslednje dvome:

• Kako so bile ustvarjene esencialne molekule, ki opredeljujejo življenje, torej aminokisline in nukleotidi (prej opisan poskus lahko da delni odgovor).
• Kako so bile te spojine povezane z nastankom makromolekul, to je DNK, RNK in proteinov (veliko težji postopek razlage).
• Kako so se te makromolekule lahko samoreproducirale (ni odgovora).
• Kako so bile te makromolekule razmejene v avtonomne oblike, ločene od okolja, torej celice.

Morda Millerjev poskus in njegove različice do neke mere pokrivajo prvi dve vprašanji. Kljub temu je razlaga preostalih neznank zastrašujoča naloga. Leta 2016 je študija v reviji Nature uspela iti še korak dlje v zvezi s tem vprašanjem: preučeval fiziko majhnih "aktivnih kapljic", ki nastanejo z ločevanjem molekul v kompleksnih mešanicah, ki so posledica faznih sprememb. Z drugimi besedami, bile so kemično aktivne kapljice, ki so reciklirale kemične komponente v okoliško tekočino in iz nje.

Zanimivo pri tej študiji je, da so zdravniki ugotovili, da so te kapljice ponavadi zrasle do velikosti celice in se do neke mere razdelile s podobnimi procesi. To bi lahko predpostavljalo jasen model za "prebiotične protocelice", tj. obstoj razdeljenih entitet, v katerih se kemični procesi odvijajo kljub dejstvu, da same po sebi niso bile žive. Seveda se gibljemo na področjih, ki jih je težko razumeti, a splošna ideja je naslednji: dosežen je znanstveni napredek, ki poskuša odgovoriti na vprašanja postulatov.

Druge hipoteze

Abiogeneza na Zemlji ali kar je isto, teorija abiotske sinteze (nastanek življenja iz organskih snovi) To nista edini hipotezi, ki pojasnjujeta življenje na našem planetu. Jasen primer tega je panspermija, povsem drugačna struja, ki poskuša razložiti prihod prvih mikroorganizmov na Zemljo preko eksogenih teles, torej meteoritov.

Od takrat je bilo v zvezi s to temo narejenih veliko odkritij nekatere bakterijske kolonije so pokazale odpornost na vesoljske pogoje, odhod iz orbite planeta in poznejši vstop. Kljub temu ni bilo mogoče hkrati preveriti preživetja v treh stadijih in ponovno imamo opravka z laboratorijskimi pogoji.

Težavo predstavljajo tudi hipoteze, kot je panspermija, saj skušajo pojasniti, kako je življenje nastalo na zemlji, ne pa tudi njegovega dejanskega izvora. Zaradi tega je dejstvo, da je povezava organskih molekul povzročila nastanek življenja, še danes prava neznanka.

Povzetek

Kot smo lahko videli, je bil od Millerjevega eksperimenta narejen ogromen napredek v smislu teorije abiotske sinteze: od sinteze skoraj vse aminokisline do nukleotida, jim je skoraj uspelo ustvariti "vse" potrebne elemente iz anorganske snovi, v katere se celica vstavi. marec.

Na žalost ostaja vprašanje: kako so se te molekule povezale, da so povzročile nastanek celice? Na to vprašanje poskušajo odgovoriti raziskave, kot je prej opisana in objavljena v reviji Nature študija neživih "proto celic", sestavljenih iz organskih molekul, ki reagirajo z okoljem na podoben način kot entiteta mobitel. Seveda je pred nami še dolga pot in vprašanje izvora življenja ostaja aktualno.

Bibliografske reference:

• Abiogeneza, Izvor življenja na Zemlji, Nasif Nahle Sabag, Knjižnica Omegalfa.
• Menez, B., Pisapia, C., Andreani, M., Jamme, F., Vanbellingen, Q. P., Brunelle, A.,... & Réfrégiers, M. (2018). Abiotska sinteza aminokislin v vdolbinah oceanske litosfere. Narava, 564(7734), 59-63.
• Zwicker, D., Seyboldt, R., Weber, C. A., Hyman, A. A. in Julicher, F. (2017). Rast in delitev aktivnih kapljic zagotavlja model za protocelice. Fizika narave, 13 (4), 408-413.