ทฤษฎีการสังเคราะห์ทางชีวภาพ: มันคืออะไรและคำถามใดที่พยายามตอบ

สำหรับมนุษย์แล้ว การทำความเข้าใจเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิตเป็นหนึ่งในประเด็นที่ซับซ้อนและลึกลับที่สุดที่สามารถเสนอได้ เซลล์ซึ่งเป็นหน่วยพื้นฐานของสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นจากสารประกอบที่ไม่มีชีวิตได้อย่างไร? อะไรคือสาเหตุสำคัญที่นำไปสู่การปรากฏของสิ่งมีชีวิตจากองค์ประกอบที่ประกอบขึ้นเป็นพวกมัน?

แนวคิดง่ายๆ ของ "สิ่งไม่มีชีวิต" นั้นซับซ้อนมากที่จะเข้าใจ เพราะบนโลกที่มีสปีชีส์ประมาณกว่า 8.7 ล้านสปีชีส์ (ส่วนใหญ่ไม่มี ค้นพบ) ความจริงง่ายๆ ของการเกิดการขาดสารอินทรีย์ที่มีความรู้สึก ณ จุดหนึ่งในประวัติศาสตร์ของโลกคือความท้าทายอย่างไม่ต้องสงสัยแม้แต่กับมนุษย์ที่ดีที่สุด นักวิทยาศาสตร์.

ที่นี่เราจะสำรวจหัวข้อที่นอกเหนือไปจากความมีอยู่จริงของมนุษย์ เนื่องจากเราพยายามทำ อธิบายสมมติฐานและข้อสันนิษฐานที่ได้พยายามอธิบายการกำเนิดของชีวิตในตัวเรา ดาวเคราะห์. เป็นขอบเขตของ abiogenesis และทฤษฎีการสังเคราะห์ทางชีวภาพซึ่งเกี่ยวกับการอธิบายการมีอยู่ของการเป็นจากความว่างเปล่า

บทความที่เกี่ยวข้อง: "10 อันดับทฤษฎีกำเนิดชีวิต"

ทฤษฎีการสังเคราะห์ทางชีวภาพคืออะไร?

Abiogenesis หมายถึง กระบวนการตามธรรมชาติของการเกิดขึ้นของสิ่งมีชีวิตจากการไม่มีอยู่จริง นั่นคือ เกิดจากสสารเฉื่อย

instagram story viewer

, สารประกอบอินทรีย์อย่างง่าย. ชุมชนวิทยาศาสตร์คาดว่าต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิตมีอายุระหว่าง 4,410 ล้านปี เมื่อไอน้ำ น้ำเริ่มกลั่นตัวบนโลกอย่างสม่ำเสมอ และเมื่อ 3,770 ล้านปีก่อน ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่สัญญาณแรกของ ชีวิต.

ทฤษฎี "ดั้งเดิม" ของการกำเนิดชีวิตเกี่ยวข้องกับข้อบกพร่องด้านลอจิสติกส์ที่ผ่านไปไม่ได้ ซึ่งได้กล่าวถึงในบทความทบทวนทางวิทยาศาสตร์ ในหลายกรณี เพื่อให้เข้าใจถึงความซับซ้อนในการอธิบายกระบวนการนี้ เราได้นำเสนอบางส่วน:

ท่าทางเหล่านี้บดบังแนวคิดของ "ชีวิต" ไม่มีข้อสรุปที่ลดลงเกี่ยวกับการสังเคราะห์ตัวเองของรูปแบบสิ่งมีชีวิตในกาลอวกาศ
การผลิตสิ่งมีชีวิตกลุ่มแรกตั้งอยู่ในทะเลดึกดำบรรพ์ ซึ่งมีสภาพที่รุนแรงเกินกว่าที่สิ่งมีชีวิตชนิดใดจะเจริญเติบโตได้
พิสูจน์ได้ว่าโปรโตไบออน "ได้รับ" ชีวิตจากข้อเท็จจริงง่ายๆ ของการได้มาซึ่งโครงสร้างโมเลกุลที่ซับซ้อน
เพื่อให้บางสิ่งมีชีวิตได้ จำเป็นต้องมี DNA ซึ่งเป็นข้อเท็จจริงที่แทบจะนึกไม่ถึงในสภาพแวดล้อมที่มีสภาพอากาศรุนแรงเช่นเดียวกับทะเลดึกดำบรรพ์
อะไรเกิดก่อนกัน ไข่หรือไก่? นั่นคือ สิ่งมีชีวิตแรกเกิดซ้ำได้อย่างไรถ้าเราคิดว่าพวกมันไม่มี DNA หรือ RNA

ถึงเวลาที่จะเลื่อนลอยเล็กน้อยเพราะประเด็นที่สามในรายการนี้เรียกร้องความสนใจของเราเป็นพิเศษ ไม่แม้แต่จะสั่งสสารทั้งหมดที่จำเป็นเพื่อก่อให้เกิดเซลล์ชนิดที่ง่ายที่สุดในบรรดาเซลล์ทั้งหมด เราจัดการเพื่อให้ได้โครงสร้างที่สัมผัสชีวิตได้เหตุผลที่ "เป็น" ต้องประกอบด้วยบางสิ่งบางอย่างมากกว่าผลรวมของส่วนทั้งหมด จริงไหม?

การสังเคราะห์ไบโอติกจากโมเลกุลอินทรีย์: การทดลองของมิลเลอร์

ทฤษฎีการสังเคราะห์ทางชีวภาพไม่สามารถเกิดขึ้นได้ในปัจจุบันหากปราศจากการทดลองของมิลเลอร์ ดำเนินการในปี 1953 โดย Stanley Miller และ Harold Clayton Urey (นักชีววิทยาและนักเคมี) ที่มหาวิทยาลัยชิคาโก เพื่อพยายามอธิบายต้นกำเนิดของชีวิตในสภาพแวดล้อมของห้องปฏิบัติการ ผู้เชี่ยวชาญเหล่านี้ต้องการชุดภาชนะแก้วและท่อที่เชื่อมต่อกันในวงจรปิด.

โดยทั่วไป เราสามารถสรุปการทดลองในแนวคิดต่อไปนี้: ส่วนผสมของน้ำ มีเทน แอมโมเนีย คาร์บอนไดออกไซด์ ไนโตรเจน และ ไฮโดรเจน (สารประกอบที่อาจมีอยู่ ณ เวลาที่กำเนิดชีวิต) และสิ่งนี้ถูกปล่อยไฟฟ้า 60,000 โวลต์ที่ทุกๆ สูง.

จากองค์ประกอบเหล่านี้ จากพลังงานที่จ่ายให้กับระบบและจากหลอดแก้วที่เชื่อมต่อถึงกัน ได้โมเลกุลอินทรีย์หลายชนิด ได้แก่ กลูโคสและกรดอะมิโนบางชนิด. สารประกอบเหล่านี้จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์โปรตีนโดยเซลล์ นั่นคือ ฐานของการเจริญเติบโตและการพัฒนาของพวกมัน

หลังจากการทดลองที่เหลือเชื่อนี้ ขั้นตอนต่างๆ ได้ถูกนำไปใช้ในห้องปฏิบัติการ จากการลองผิดลองถูกทำให้บรรลุเป้าหมายสำคัญต่อไปนี้:

พวกมันสามารถสร้างจากสารประกอบอนินทรีย์ 17 จาก 20 กรดอะมิโนที่ประกอบเป็นโปรตีน
เบส purine และ pyrimidine ทั้งหมดได้รับการสังเคราะห์ซึ่งทำให้เกิดการสร้างนิวคลีโอไทด์ซึ่งเชื่อมโยงกับการสร้าง DNA และ RNA ในเซลล์
การศึกษาชิ้นหนึ่งอ้างว่าได้สร้างนิวคลีโอไทด์จากเบสไพริมิดีน แม้ว่ากระบวนการนี้จะยากกว่ามากก็ตาม
9 ใน 11 ตัวกลางของวงจร Krebs ได้ถูกสร้างขึ้น

แม้จะมีความก้าวหน้าทั้งหมดนี้ การอธิบายการก่อตัวของสารอินทรีย์จากอนินทรีย์ยังคงเป็นปริศนา. ตัวอย่างเช่น มีทฤษฎีว่า ณ เวลาที่กำเนิดชีวิต ความเข้มข้นของมีเทนและแอมโมเนียใน บรรยากาศไม่สูงนัก ซึ่งเป็นสาเหตุที่การทดลองที่เราได้สัมผัสกับคุณสูญเสียไปเล็กน้อย บังคับ. นอกจากนี้ การอธิบายที่มาของโมเลกุลอินทรีย์ยังเป็นขั้นตอนแรกในการทำความเข้าใจการเกิดขึ้นของ สิ่งมีชีวิต แต่อย่างที่เราได้เห็น การรวมตัวกันของโมเลกุลจำเป็นต้องมีบางสิ่งที่ "พิเศษ" จึงจะเข้าใจได้ ชีวิต.

คุณอาจสนใจ: "ทฤษฎีวิวัฒนาการทางชีววิทยา: มันคืออะไรและอธิบายอะไร"

ที่มาของสมมุติฐานชีวิต

สำหรับการตั้งสมมุติฐานในการกำเนิดชีวิตจะต้องแก้ข้อสงสัยดังต่อไปนี้

โมเลกุลสำคัญที่นิยามชีวิต ซึ่งก็คือกรดอะมิโนและนิวคลีโอไทด์นั้นถูกสร้างขึ้นมาได้อย่างไร (การทดลองที่อธิบายก่อนหน้านี้สามารถให้คำตอบบางส่วนได้)
สารประกอบเหล่านี้เกี่ยวข้องกันอย่างไรเพื่อก่อให้เกิดโมเลกุลขนาดใหญ่ นั่นคือ DNA, RNA และโปรตีน (กระบวนการอธิบายที่ยากกว่ามาก)
โมเลกุลขนาดใหญ่เหล่านี้สามารถทำซ้ำตัวเองได้อย่างไร (ไม่มีคำตอบ)
วิธีที่โมเลกุลขนาดใหญ่เหล่านี้ถูกคั่นด้วยรูปแบบอิสระที่แยกออกจากสิ่งแวดล้อม ซึ่งก็คือเซลล์

บางทีการทดลองของมิลเลอร์และตัวแปรของมันอาจครอบคลุมคำถามสองข้อแรกในระดับหนึ่ง ถึงอย่างนั้น การอธิบายสิ่งที่ไม่รู้ที่เหลือก็เป็นงานที่น่าหวาดหวั่น ในปี 2559 การศึกษาในวารสาร Nature ได้ก้าวไปอีกขั้นเกี่ยวกับปัญหานี้: ศึกษาฟิสิกส์ของ "แอกทีฟหยด" ขนาดเล็กที่เกิดจากการแยกตัวของโมเลกุลในสารผสมเชิงซ้อนซึ่งเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงเฟส. กล่าวอีกนัยหนึ่ง พวกมันเป็นหยดที่ออกฤทธิ์ทางเคมีซึ่งรีไซเคิลส่วนประกอบทางเคมีเข้าและออกจากของเหลวโดยรอบ

สิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับการศึกษานี้คือ ผู้ปฏิบัติงานพบว่าหยดเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะเติบโตจนมีขนาดเท่ากับเซลล์ และในระดับหนึ่ง จะถูกแบ่งด้วยกระบวนการที่คล้ายคลึงกัน นี่อาจเป็นแบบจำลองที่ชัดเจนสำหรับ "พรีไบโอติกโปรโตเซลล์" นั่นคือ การมีอยู่ของหน่วยงานที่แยกส่วนซึ่งกระบวนการทางเคมีเกิดขึ้นแม้ว่าพวกเขาจะไม่มีชีวิตอยู่ก็ตาม. แน่นอน เรากำลังเคลื่อนไหวในพื้นที่ที่เข้าใจยาก แต่แนวคิดทั่วไปคือ ถัดไป: มีความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ที่พยายามตอบคำถาม สมมุติฐาน

สมมติฐานอื่น ๆ

Abiogenesis on Earth หรืออะไรก็เหมือนกัน ทฤษฎี abiotic synthesis (การสร้างชีวิตจากอินทรียวัตถุ) ไม่ใช่สมมติฐานเดียวที่พิจารณาเพื่ออธิบายชีวิตบนโลกของเรา. ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดเจนคือ สเปิร์มซึ่งเป็นกระแสที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงที่พยายามอธิบายการมาถึงของจุลินทรีย์กลุ่มแรกบนโลกผ่านร่างกายภายนอกนั่นคืออุกกาบาต

มีการค้นพบมากมายเกี่ยวกับเรื่องนี้ตั้งแต่นั้นมา แบคทีเรียบางกลุ่มได้แสดงความต้านทานต่อสภาพพื้นที่การออกจากวงโคจรของดาวเคราะห์และทางเข้าที่ตามมา ถึงอย่างนั้นก็ยังไม่สามารถยืนยันการอยู่รอดใน 3 ขั้นตอนพร้อมกันได้ และอีกครั้งที่เรากำลังเผชิญกับสภาวะในห้องปฏิบัติการ

สมมติฐานเช่นแพนสเปอร์เมียยังก่อให้เกิดปัญหาในตัวเอง เนื่องจากพวกเขาพยายามอธิบายว่าชีวิตเกิดขึ้นมาบนโลกได้อย่างไร แต่ไม่ใช่ต้นกำเนิดที่แท้จริง ด้วยเหตุผลนี้ ความจริงที่ว่าการรวมตัวกันของโมเลกุลอินทรีย์ทำให้เกิดชีวิตยังคงเป็นเรื่องจริงที่ไม่ทราบแน่ชัดจนถึงทุกวันนี้

สรุป

ดังที่เราเห็นได้ตั้งแต่การทดลองของมิลเลอร์มีความก้าวหน้าอย่างมากในแง่ของทฤษฎีการสังเคราะห์ทางชีวภาพ: จากการสังเคราะห์ของเกือบ กรดอะมิโนทั้งหมดจนถึงนิวคลีโอไทด์ พวกมันเกือบจะสร้างองค์ประกอบที่จำเป็นจากสารอนินทรีย์ได้ "ทั้งหมด" เพื่อให้เซลล์ใส่ตัวเองเข้าไป มีนาคม.

น่าเสียดายที่คำถามยังคงอยู่: โมเลกุลเหล่านี้เชื่อมโยงกันอย่างไรเพื่อก่อให้เกิดเซลล์ งานวิจัยเช่นที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้และตีพิมพ์ในวารสาร Nature พยายามตอบคำถามนี้ผ่าน การศึกษา "เซลล์โปรโตเซลล์" ที่ไม่มีชีวิตซึ่งประกอบด้วยโมเลกุลอินทรีย์ที่ทำปฏิกิริยากับสิ่งแวดล้อมในลักษณะที่คล้ายกับเอนทิตี โทรศัพท์มือถือ. แน่นอนว่ายังมีหนทางอีกยาวไกลและคำถามเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิตยังคงใช้ได้

การอ้างอิงบรรณานุกรม:

Abiogenesis, กำเนิดชีวิตบนโลก, Nasif Nahle Sabag, Omegalfa Library
Menez, B., Pisapia, C., Andreani, M., Jamme, F., Vanbellingen, Q. พี, บรูเนล, เอ,... & Réfrégiers, M. (2018). การสังเคราะห์กรดอะมิโนแบบไม่ใช้ออกซิเจนในส่วนลึกของธรณีภาคในมหาสมุทร ธรรมชาติ, 564(7734), 59-63.
Zwicker, D., Seyboldt, R., Weber, C. อ., ไฮแมน, อ. เอ, & จูลิเชอร์, เอฟ. (2017). การเติบโตและการแบ่งตัวของหยดที่ออกฤทธิ์เป็นแบบจำลองสำหรับโปรโตเซลล์ ฟิสิกส์ธรรมชาติ 13(4), 408-413.