Теорія абіотичного синтезу: що це таке і на які питання вона намагається відповісти

Розуміння походження життя є для людини одним із найскладніших і наймістичніших питань, які тільки можна запропонувати. Як із сполук неживої природи виникла клітина — основна одиниця живого? Яка основна причина, що призвела до появи живих істот з елементів, що їх утворюють?

Просте поняття «нежиття» є надзвичайно складним для розуміння, оскільки на планеті з понад 8,7 мільйонами видів (більшість із них без відкриття), простий факт уявлення про відсутність розумної органічної матерії в певний момент історії Землі, без сумніву, є викликом навіть для найкращих людей. вчені.

Тут ми досліджуватимемо тему, яка виходить за межі самого існування людини, оскільки ми намагаємося це зробити з’ясувати гіпотези та припущення, які намагалися пояснити походження життя в нашій країні планета. Це сфера застосування абіогенез і теорія абіотичного синтезу, де йдеться про пояснення існування буття з нічого.

• Пов'язана стаття: «10 найкращих теорій походження життя»

Що таке теорія абіотичного синтезу?

Абіогенез відноситься до

природний процес виникнення життя з його неіснування, тобто заснований на косній матерії, прості органічні сполуки. Наукове співтовариство вважає, що зародження життя датується періодом між 4410 мільйонами років, коли пара води почали регулярно конденсуватися на Землі, і 3770 мільйонів років тому, моменти, коли з’явилися перші ознаки життя.

«Класична» теорія походження життя містить деякі непереборні логістичні недоліки, про які йдеться в наукових оглядових статтях. у кількох випадках. Щоб зрозуміти всю складність з’ясування цього процесу, наведемо деякі з них:

• Ці постуляції затьмарюють саме поняття «життя». Немає зведеного висновку щодо самосинтезу живих форм у просторі-часі.
• Виробництво перших живих істот відбувається в первісних морях, умови яких були надто агресивними для процвітання будь-якого типу життя.
• Він встановлює, що протобіонти «отримали» життя через простий факт придбання складної молекулярної структури.
• Щоб щось було живим, необхідна ДНК, факт, який майже неможливо уявити в такому кліматично суворому середовищі, як первісні моря.
• Що було першим: яйце чи курка? Тобто як реплікувалися перші живі істоти, якщо припустити, що вони не мали ні ДНК, ні РНК?

Настав час трохи метафізично поміркувати, адже третій пункт цього списку особливо привертає нашу увагу. Навіть не впорядкувавши всі речовини, необхідні для виникнення найпростішого типу клітин, нам вдалося отримати структуру, яка живе, причина, з якої «істота» має становити щось більше, ніж сума всіх його частин, чи не так?

Абіотичний синтез з органічних молекул: експеримент Міллера

Теорію абіотичного синтезу сьогодні неможливо було б уявити без експерименту Міллера, який був проведено в 1953 році Стенлі Міллером і Гарольдом Клейтоном Урі (біологом і хіміком) в Чиказькому університеті. Щоб спробувати пояснити походження життя в лабораторних умовах, цим експертам потрібна була серія скляних контейнерів і трубок, з’єднаних разом у замкнутий контур.

У загальних рисах ми можемо підсумувати експеримент такими поняттями: суміш води, метану, аміаку, вуглекислого газу, азоту та водень (сполуки, які, ймовірно, були присутні під час зародження життя), і це було піддано електричним розрядам 60 000 вольт при дуже високий.

Від цих елементів, від енергії, що подається в систему, і від сполучених між собою скляних трубок були отримані різні органічні молекули, в тому числі глюкоза і деякі амінокислоти. Ці сполуки необхідні для синтезу білка клітинами, тобто є основою їх росту і розвитку.

Після цього неймовірного експерименту в лабораторних умовах були проведені різні варіанти процедури. Завдяки методам проб і помилок було досягнуто таких віх:

• Їм вдалося утворити з неорганічних сполук 17 із 20 амінокислот, що входять до складу білків.
• Було синтезовано всі пуринові та піримідинові основи, які дозволяють створювати нуклеотиди, які асоціюються для утворення ДНК та РНК у клітині.
• Одне дослідження стверджує, що створило нуклеотиди з піримідинових основ, хоча цей процес набагато складніше досягти.
• Було створено 9 з 11 посередників циклу Кребса.

Незважаючи на всі ці досягнення, пояснення утворення органічної речовини з неорганічної залишається загадкою. Наприклад, існує теорія, що під час зародження життя концентрація метану та аміаку в атмосфера була невисокою, тому експеримент, який ми вам виставили, трохи програє сила. Крім того, пояснення походження органічних молекул є першим кроком до розуміння виникнення життя, але, як ми бачили, асоціація молекул вимагає чогось «особливого», щоб бути задуманим як життя.

• Вас може зацікавити: «Теорія біологічної еволюції: що це таке і що вона пояснює»

Гіпотеза походження життя

Щоб відповісти на гіпотезу про походження життя, вона повинна вирішити такі сумніви:

• Як були створені найважливіші молекули, що визначають життя, тобто амінокислоти та нуклеотиди (описаний раніше експеримент може дати часткову відповідь).
• Як ці сполуки були пов’язані з утворенням макромолекул, тобто ДНК, РНК і білків (набагато складніший процес пояснення).
• Як ці макромолекули змогли самовідтворюватися (немає відповіді).
• Як ці макромолекули були розмежовані в автономні форми, відокремлені від середовища, тобто клітини.

Можливо, експеримент Міллера та його варіанти певною мірою покривають перші два питання. Незважаючи на це, пояснити решту невідомих є складним завданням. У 2016 році в дослідженні журналу Nature вдалося зробити ще один крок у цьому питанні: вивчав фізику малих «активних крапель», утворених сегрегацією молекул у складних сумішах, що є результатом фазових змін. Іншими словами, це були хімічно активні краплі, які переробляли хімічні компоненти в навколишню рідину та з неї.

Що захоплює в цьому дослідженні, так це те, що практики виявили, що ці краплі мали тенденцію зростати до розміру клітини та, певною мірою, розділятися за допомогою подібних процесів. Це може припустити чітку модель для «пребіотичної протоклітини», тобто існування відокремлених утворень, у яких відбуваються хімічні процеси, незважаючи на те, що вони самі по собі не живі. Звичайно, ми рухаємось у важкозрозумілих сферах, але загальна ідея така далі: досягаються наукові досягнення, які намагаються відповісти на запитання постулати.

Інші гіпотези

Абіогенез на Землі або, що те саме, теорія абіотичного синтезу (створення життя з органічної речовини) Це не єдина гіпотеза, яка пояснює життя на нашій планеті. Яскравим прикладом цього є панспермія, зовсім інша течія, яка намагається пояснити прибуття перших мікроорганізмів на Землю через екзогенні тіла, тобто метеорити.

Відтоді на цю тему було зроблено багато відкриттів деякі бактеріальні колонії показали стійкість до космічних умов, вихід з орбіти планети і наступний вихід. Незважаючи на це, неможливо було перевірити виживання на 3 стадіях одночасно, і знову ми маємо справу з лабораторними умовами.

Такі гіпотези, як панспермія, також створюють проблему самі по собі, оскільки вони намагаються пояснити, як життя виникло на землі, але не його фактичне походження. З цієї причини той факт, що асоціація органічних молекул породила життя, залишається досі невідомим.

Резюме

Як ми бачили, після експерименту Міллера було досягнуто величезних успіхів у теорії абіотичного синтезу: від синтезу майже всі амінокислоти аж до нуклеотиду, їм майже вдалося створити «всі» необхідні елементи з неорганічної матерії, щоб клітина помістила себе в березень.

На жаль, залишається відкритим питання: як ці молекули об’єдналися, щоб дати початок клітині? Дослідження, подібні до раніше описаного та опублікованого в журналі Nature, намагаються відповісти на це питання через дослідження неживих «протоклітин», що складаються з органічних молекул, які реагують з навколишнім середовищем подібно до сутності мобільний телефон. Звичайно, попереду ще довгий шлях і питання про походження життя залишається актуальним.

Бібліографічні посилання:

• Абіогенез, Походження життя на Землі, Насіф Нале Сабаг, Бібліотека Omegalfa.
• Менез Б., Пісапіа К., Андреані М., Джамме Ф., Ванбеллінген К. П., Брюнель, А.,... & Réfrégiers, M. (2018). Абіотичний синтез амінокислот в заглибленнях океанічної літосфери. Природа, 564 (7734), 59-63.
• Цвікер Д., Сейбольдт Р., Вебер К. А., Хайман, А. А. та Юліхер Ф. (2017). Ріст і поділ активних крапель є моделлю для протоклітин. Фізика природи, 13 (4), 408-413.