Βασικές θεωρίες της Αβιογένεσης

Το αβιογένεση Αναφέρεται στη σειρά διαδικασιών και σταδίων που προκάλεσαν τις πρώτες μορφές ζωής στη γη, ξεκινώντας από τα αδρανή μπλοκ μονομερούς, τα οποία με την πάροδο του χρόνου κατόρθωσαν να αυξήσουν την πολυπλοκότητά τους. Υπό το φως αυτής της θεωρίας, η ζωή προέκυψε από τα μη ζώντα μόρια, υπό τις κατάλληλες συνθήκες.

Είναι πιθανό ότι μετά την αβιογένεση να παράγονται απλά συστήματα ζωής, η βιολογική εξέλιξη θα δράσει για να δημιουργήσει όλες τις σύνθετες μορφές ζωής που υπάρχουν σήμερα..

Μερικοί ερευνητές πιστεύουν ότι οι διαδικασίες της αβιογένεσης θα έπρεπε να έχουν συμβεί τουλάχιστον μία φορά στην ιστορία της γης για να δημιουργήσουν τον υποθετικό οργανισμό LUCA ή τον τελευταίο καθολικό κοινό πρόγονο (των συντομογραφιών στα αγγλικά, τον τελευταίο καθολικό κοινό πρόγονο), περίπου 4 δισεκατομμύρια χρόνια πριν.

Προτείνεται ότι το LUCA θα πρέπει να έχει γενετικό κώδικα βασισμένο στο μόριο ϋΝΑ, το οποίο με τις τέσσερις βάσεις του ομαδοποιούνται σε τριπλέτες, κωδικοποιημένες για τους 20 τύπους αμινοξέων που σχηματίζουν πρωτεΐνες. Οι ερευνητές που προσπαθούν να κατανοήσουν την προέλευση της ζωής μελετούν τις διαδικασίες της αβιογένεσης που προκάλεσαν το LUCA.

Η απάντηση σε αυτή την ερώτηση έχει αμφισβητηθεί ευρέως και συχνά καλύπτεται από ένα μυστήριο μυστηρίου και αβεβαιότητας. Για το λόγο αυτό, εκατοντάδες βιολόγοι πρότειναν μια σειρά θεωριών που συνεπάγονται από την εμφάνιση μιας αρχέγονης σούπας σε εξηγήσεις που σχετίζονται με την ξενοβιολογία και την αστροβιολογία.

Ευρετήριο

• 1 Από τι συνίσταται;?
• 2 Η προέλευση της ζωής: θεωρίες
  • 2.1 Θεωρία αυθόρμητης παραγωγής
  • 2.2 Παραίτηση της αυθόρμητης γενιάς
  • 2.3 Εισφορές του Pasteur
  • 2.4 Πανσπερμία    
  • 2.5 Χημοσυνθετική θεωρία
  • 2.6 Πείραμα Miller και Urey
  • 2.7 Ο σχηματισμός πολυμερών
  • 2.8 Συμφωνία των αποτελεσμάτων των Miller και Pasteur
  • 2.9 Κόσμος RNA
• 3 Τρέχουσες αντιλήψεις για την προέλευση της ζωής
• 4 Ο όρος βιογένεση και αβιογένεση
• 5 Αναφορές

Από τι συνίσταται;?

Η θεωρία της αβιογένεσης βασίζεται σε μια χημική διαδικασία με την οποία απλές μορφές ζωής προέκυψαν από άψυχους πρόδρομους.

Υποτίθεται ότι η διαδικασία της αβιογένεσης εμφανίστηκε συνεχώς, σε αντίθεση με την εμφάνιση εμφάνισης απότομα σε ένα γεγονός τύχης. Έτσι, αυτή η θεωρία προϋποθέτει την ύπαρξη μιας συνέχειας μεταξύ της μη ζωντανής ύλης και των πρώτων ζωντανών συστημάτων.

Ομοίως, προτείνεται μια σειρά ποικίλων σεναρίων όπου η αρχή της ζωής μπορεί να ξεκινήσει από ανόργανα μόρια. Γενικά, αυτά τα περιβάλλοντα είναι ακραία και διαφορετικά από τις τρέχουσες συνθήκες της γης.

Αυτές οι εικαζόμενες πρεβιοτικές καταστάσεις αναπαράγονται συχνά στο εργαστήριο για να προσπαθήσουν να παράγουν οργανικά μόρια, όπως το περίφημο πείραμα Miller και Urey.

Η προέλευση της ζωής: θεωρίες

Η προέλευση της ζωής ήταν ένα από τα πιο αμφιλεγόμενα θέματα από επιστήμονες και φιλόσοφοι από την εποχή του Αριστοτέλη. Σύμφωνα με αυτό το σημαντικό στοχαστή, η αποσύνθεση της ύλης θα μπορούσε να μετατραπεί σε ζώα με ζωή χάρη στην αυθόρμητη δράση της φύσης.

Η αβιογένεση υπό το φως της Αριστοτελικής σκέψης μπορεί να συνοψιστεί στη διάσημη φράση του omne vivum ex νίνο, που σημαίνει "όλη η ζωή προέρχεται από τη ζωή".

Στη συνέχεια, ένας αρκετά μεγάλος αριθμός μοντέλων, θεωριών και εικασιών προσπάθησε να αποσαφηνίσει τις συνθήκες και τις διαδικασίες που οδήγησαν στην προέλευση της ζωής.

Παρακάτω θα περιγράψουμε τις πιο σημαντικές θεωρίες, τόσο από ιστορική όσο και από επιστημονική άποψη, που επεδίωξαν να εξηγήσουν την προέλευση των πρώτων ζωντανών συστημάτων:

Θεωρία της αυθόρμητης γενιάς

Στις αρχές του 17ου αιώνα, θεωρήθηκε ότι οι μορφές ζωής θα μπορούσαν να προκύψουν από άψυχα στοιχεία. Η θεωρία της αυθόρμητης γενιάς έγινε ευρέως αποδεκτή από τους στοχαστές της εποχής καθώς είχε την υποστήριξη της Καθολικής Εκκλησίας. Έτσι, τα ζωντανά όντα θα μπορούσαν να βλάψουν τόσο τους γονείς τους όσο και την μη ζωντανή ύλη.

Ανάμεσα στα πιο γνωστά παραδείγματα που χρησιμοποιούνται για την υποστήριξη αυτής της θεωρίας είναι η εμφάνιση σκουλήκια και άλλα έντομα σε σήψη κρέας, βατράχια και ποντίκια φάνηκε λάσπης που προκύπτει από τα βρώμικα ρούχα και τον ιδρώτα.

Στην πραγματικότητα, υπήρχαν συνταγές που υποσχέθηκαν τη δημιουργία ζώντων ζώων. Για παράδειγμα, για να μπορέσουμε να δημιουργήσουμε ποντίκια από μη ζωντανό υλικό, έπρεπε να συνδυάσουμε κόκκους σιταριού με βρώμικα ρούχα σε ένα σκοτεινό περιβάλλον και με το πέρασμα των ημερών να εμφανίζονται ζωντανά τρωκτικά.

Οι υπέρμαχοι αυτού του μείγματος ισχυρίστηκαν ότι ο ανθρώπινος ιδρώτας στα ενδύματα και η ζύμωση του σιταριού ήταν οι παράγοντες που κατευθύνουν το σχηματισμό της ζωής.

Αντικατάσταση της αυθόρμητης γενιάς

Τον δέκατο έβδομο αιώνα άρχισε να παρατηρεί ατέλειες και κενά στις δηλώσεις της θεωρίας της αυθόρμητης γενιάς. Μόνο το 1668 ο Ιταλός φυσικός Francesco Redi σχεδίασε ένα κατάλληλο πειραματικό σχέδιο για να το απορρίψει.

Στα ελεγχόμενα πειράματά του, η Redi έβαλε τεμαχισμένα κομμάτια κρέατος σε μουσελίνη σε αποστειρωμένα δοχεία. Αυτά τα βάζα ήταν σωστά καλυμμένα με γάζα, οπότε τίποτα δεν μπορούσε να έρθει σε επαφή με το κρέας. Επιπλέον, το πείραμα είπε με μια άλλη σειρά φιαλών που δεν καλύπτονταν.

Με τα πέρασμα των ημερών, τα σκουλήκια παρατηρήθηκαν μόνο στα βάζα που ανακαλύφθηκαν, αφού οι μύγες μπορούσαν ελεύθερα να εισέλθουν και να αποθέσουν τα αυγά. Στην περίπτωση των βάζων με πώματα, τα αυγά τοποθετήθηκαν απευθείας στη γάζα.

Με τον ίδιο τρόπο, ο ερευνητής Lazzaro Spallanzani ανέπτυξε μια σειρά πειραμάτων για να απορρίψει τις εγκαταστάσεις της αυθόρμητης γενιάς. Για αυτό, επεξεργάστηκε μια σειρά από ζωμούς που υπέβαλε σε παρατεταμένο βρασμό για να καταστρέψει κάθε μικροοργανισμό που θα ζήσει εκεί.

Ωστόσο, οι υποστηρικτές της αυθόρμητης γενιάς ισχυρίστηκαν ότι η ποσότητα θερμότητας στην οποία εκτέθηκαν οι ζωμοί ήταν υπερβολική και κατέστρεψε τη "ζωτική δύναμη".

Συνεισφορές από τον Pasteur

Αργότερα, το έτος 1864 ο γάλλος βιολόγος και χημικός Louis Pasteur θέλησε να θέσει τέρμα στα αξιώματα της αυθόρμητης γενιάς.

Για την επίτευξη του στόχου αυτού, Pasteur παράγονται γυάλινα δοχεία είναι γνωστή ως «goosenecks φιάλες», όπως ήταν μακρύ, κυρτό στα άκρα, εμποδίζοντας έτσι την είσοδο οποιουδήποτε μικροοργανισμού.

Σε αυτά τα δοχεία ο Pasteur βράζει μια σειρά από ζωμούς που παρέμειναν αποστειρωμένα. Όταν ο λαιμός ενός από αυτούς έσπασε, μολύνθηκε και οι μικροοργανισμοί πολλαπλασιάστηκαν σε σύντομο χρονικό διάστημα.

Τα αποδεικτικά στοιχεία που παρείχε ο Pasteur ήταν αδιαμφισβήτητα, καταφέρνοντας να καταργήσουν μια θεωρία που διήρκεσε περισσότερο από 2.500 χρόνια.

Πανσπερμία    

Στις αρχές της δεκαετίας του 1900, ο Σουηδός χημικός Svante Arrhenius έγραψε ένα βιβλίο με τίτλο "Η δημιουργία των κόσμων"Στην οποία πρότεινε ότι η ζωή προέρχεται από το διάστημα μέσω σπόρων ανθεκτικών σε ακραίες συνθήκες.

Λογικά, η θεωρία της πανσπερμίας περιβάλλεται από πολλή διαμάχη, εκτός από το ότι δεν παρείχε πραγματικά μια εξήγηση για την προέλευση της ζωής.

Χημοσυνθετική θεωρία

Κατά την εξέταση των πειραμάτων του Παστέρ, ένα από τα έμμεσα συμπεράσματα των αποδείξεών του είναι ότι οι μικροοργανισμοί αναπτύσσονται μόνο από τους άλλους, δηλαδή ότι η ζωή μπορεί να προέλθει μόνο από τη ζωή. Αυτό το φαινόμενο ονομάστηκε "βιογένεση".

Μετά από αυτή την προοπτική, θα προκύψουν θεωρίες χημικής εξέλιξης, με επικεφαλής τον Ρώσο Αλέξανδρο Οπαρίν και τον Άγγλο John D. S. Haldane.

Αυτή η άποψη ονομάζεται επίσης chemosynthetic θεωρία Oparin-Haldane, προτείνει ότι ένα προβιοτικό περιβάλλον γη κατείχε μια ατμόσφαιρα λείπει σε οξυγόνο και πλούσια σε υδρατμούς, μεθάνιο, αμμωνία, διοξείδιο του άνθρακα και υδρογόνο και, γι 'αυτό ήταν πολύ αναγωγικό. 

Σε αυτό το περιβάλλον υπήρχαν διάφορες δυνάμεις όπως οι ηλεκτρικές εκκενώσεις, η ηλιακή ακτινοβολία και η ραδιενέργεια. Αυτές οι δυνάμεις έδρασαν σε ανόργανες ενώσεις, δημιουργώντας μεγαλύτερα μόρια, δημιουργώντας οργανικά μόρια γνωστά ως πρεβιοτικές ενώσεις.

Το πείραμα του Miller και του Urey

Στα μέσα της δεκαετίας του '50, οι ερευνητές Stanley L. Miller και Harold C. Urey ήταν σε θέση να δημιουργήσει ένα ευφυές σύστημα που προσομοιώνεται τις υποτιθέμενες προγόνων τους όρους της ατμόσφαιρας στη γη μετά από τη θεωρία της Oparin-Haldane.

Stanley και Urey διαπίστωσε ότι υπό αυτές τις «πρωτόγονες» συνθήκες, οι ανόργανες ενώσεις μπορούν να προκαλέσουν απλό, απαραίτητο για τη ζωή, όπως αμινοξέα, λιπαρά οξέα, ουρία σύνθετα οργανικά μόρια, κτλ.

Ο σχηματισμός πολυμερούς

Αν και τα προηγουμένως αναφερθέντα πειράματα υποδηλώνουν έναν εύλογο τρόπο με τον οποίο προέκυψαν τα βιομόρια που είναι μέρος των ζωντανών συστημάτων, δεν προτείνουν καμία εξήγηση της διαδικασίας πολυμερισμού και αύξηση της πολυπλοκότητας.

Υπάρχουν διάφορα μοντέλα που προσπαθούν να διαλευκάνουν αυτήν την ερώτηση. Το πρώτο περιλαμβάνει στερεές ορυκτές επιφάνειες, όπου η αυξημένη επιφάνεια και τα πυριτικά άλατα μπορούν να λειτουργήσουν ως καταλύτες για τα μόρια του άνθρακα.

Στα βάθη των ωκεανών, οι υδροθερμικοί αεραγωγοί αποτελούν κατάλληλη πηγή καταλυτών, όπως ο σίδηρος και το νικέλιο. Σύμφωνα με πειράματα σε εργαστήρια, αυτά τα μέταλλα συμμετέχουν στις αντιδράσεις πολυμερισμού.

Τέλος, στις κοιλότητες των ωκεανών υπάρχουν θερμές λίμνες, οι οποίες με διαδικασίες εξάτμισης θα μπορούσαν να ευνοήσουν τη συγκέντρωση μονομερών, προωθώντας το σχηματισμό πιο σύνθετων μορίων. Στην υπόθεση αυτή βασίζεται η υπόθεση της "πρωταρχικής σούπας".

Συμφιλίωση των αποτελεσμάτων των Miller και Pasteur

Μετά τη σειρά της ιδέας που συζητήθηκαν στις προηγούμενες ενότητες πειράματα Παστέρ απέδειξε ότι η ζωή δεν προέρχεται από αδρανή υλικά, ενώ οι Miller και Urey στοιχεία που δείχνουν ότι αν αυτό συμβεί, αλλά σε μοριακό επίπεδο.

Για να μπορέσουμε να συμβιβάσουμε και τα δύο αποτελέσματα, πρέπει να έχουμε κατά νου ότι η σύνθεση της γήινης ατμόσφαιρας σήμερα είναι εντελώς διαφορετική από την πρεβιοτική ατμόσφαιρα.

Το οξυγόνο που υπάρχει στην τρέχουσα ατμόσφαιρα θα λειτουργούσε ως "καταστροφέας" των μορίων στο σχηματισμό. Είναι επίσης απαραίτητο να θεωρηθεί ότι οι πηγές ενέργειας που υποτίθεται ότι προήγαγαν το σχηματισμό οργανικών μορίων δεν υπάρχουν πλέον με τη συχνότητα και την ένταση του πρεβιοτικού περιβάλλοντος.

Όλες οι μορφές ζωής που υπάρχουν στη Γη αποτελούνται από ένα σύνολο μεγάλων δομικών στοιχείων και βιομορίων, που ονομάζονται πρωτεΐνες, νουκλεϊκά οξέα και λιπίδια. Με αυτά μπορείτε να "χτίσετε" τη βάση της τρέχουσας ζωής: τα κελιά.

Στο κελί, η ζωή διαιωνίζεται και πάνω σε αυτή την αρχή ο Παστέρ βασίζεται στον εαυτό του για να επιβεβαιώσει ότι κάθε ζωντανό ον πρέπει να προέρχεται από άλλο προϋπάρχον.

RNA κόσμο

Ο ρόλος της αυτοκατάλυση κατά τη διάρκεια αβιογένεσις είναι ζωτικής σημασίας, ως εκ τούτου, ένα από τα πιο γνωστά για την προέλευση της υπόθεσης ζωή είναι ο κόσμος του RNA, το οποίο προϋποθέτει ξεκινώντας από μονόκλωνα μόρια με την ικανότητα της αυτο-αναπαραγωγής.

Αυτή η έννοια του RNA υποδηλώνει ότι οι πρώτοι βιοκαταλύτες δεν ήταν μόρια πρωτεϊνικής φύσης αλλά μόρια RNA - ή ένα πολυμερές παρόμοιο με αυτό - με την ικανότητα να καταλύουν.

Αυτή η παραδοχή βασίζεται στην ιδιότητα του RNA να συνθέσει σύντομα θραύσματα χρησιμοποιώντας ένα σκλήρυνσης που κατευθύνει τη διαδικασία, εκτός από την προώθηση του σχηματισμού πεπτιδίων, εστέρων και γλυκοσιδικών δεσμών.

Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, το προγονικό RNA συσχετίστηκε με ορισμένους συμπαράγοντες όπως μέταλλα, πυριμιδίνες και αμινοξέα. Με την πρόοδο και την αύξηση της πολυπλοκότητας του μεταβολισμού, δημιουργείται η ικανότητα σύνθεσης πολυπεπτιδίων.

Κατά τη διάρκεια της εξέλιξης, το RNA αντικαταστάθηκε από ένα πιο χημικά σταθερό μόριο: το DNA.

Τρέχουσες αντιλήψεις για την προέλευση της ζωής

Σήμερα υπάρχει υποψία ότι η ζωή προήλθε από ένα ακραίο σενάριο: ωκεάνιες περιοχές κοντά σε ηφαιστειακές καμινάδες όπου οι θερμοκρασίες μπορούν να φθάσουν τους 250 ° C και η ατμοσφαιρική πίεση υπερβαίνει τις 300 ατμόσφαιρες.

Αυτή η υποψία προκύπτει λόγω της ποικιλίας των μορφών ζωής που βρίσκονται σε αυτές τις εχθρικές περιοχές και αυτή η αρχή είναι γνωστή ως "θεωρία του καυτού κόσμου".

Αυτά τα περιβάλλοντα έχουν αποικιστεί από αρχαιοβακτήρια οργανισμούς σε θέση να αναπτυχθούν, αναπτύσσονται και αναπαράγονται σε ακραία περιβάλλοντα, πιθανώς πολύ παρόμοια πρεβιοτική συνθήκες (συμπεριλαμβανομένων των χαμηλού οξυγόνου και υψηλή CO₂).

Η θερμική σταθερότητα αυτών των περιβαλλόντων, παρέχει προστασία από απότομες μεταβολές και τη συνεχή ροή των αερίων είναι μερικά από τα θετικά χαρακτηριστικά που κάνουν το βυθό της θάλασσας και ηφαιστειακές διεξόδους ως κατάλληλο περιβάλλον για την προέλευση της ζωής.

Ο όρος βιογένεση και αβιογένεση

Το 1974, ο γνωστός ερευνητής Carl Sagan δημοσίευσε ένα άρθρο που διευκρινίζει τη χρήση των όρων βιογένεση και αβιογένεση. Σύμφωνα με τον Sagan, και οι δύο όροι έχουν καταστρατηγηθεί σε άρθρα που σχετίζονται με εξηγήσεις σχετικά με την προέλευση των πρώτων ζωντανών μορφών.

Μεταξύ αυτών των σφαλμάτων χρησιμοποιείται ο όρος βιογένεση ως το δικό του αντώνυμο. Δηλαδή, η βιογένεση χρησιμοποιείται για να περιγράψει την προέλευση της ζωής από άλλες ζωντανές μορφές, ενώ η αβιογένεση αναφέρεται στην προέλευση της ζωής από τη μη ζωντανή ύλη.

Υπό αυτή την έννοια, μια σύγχρονη βιοχημική οδός θεωρείται βιογενής και μια προ βιολογική μεταβολική οδός είναι αβιογόνος. Επομένως, είναι απαραίτητο να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στη χρήση και των δύο όρων.

Αναφορές

1. Bergman, J. (2000). Γιατί η αβιογένεση είναι αδύνατη. Δημιουργική Ερευνητική Κοινωνία Τριμηνιαία, 36(4).
2. Pross, Α. & Pascal, R. (2013). Η καταγωγή της ζωής: αυτό που γνωρίζουμε, τι γνωρίζουμε και τι δεν θα γνωρίσουμε ποτέ. Ανοιχτή Βιολογία, 3(3), 120190.
3. Sadava, D., & Purves, W. Η. (2009). Ζωή: η επιστήμη της βιολογίας. Ed. Panamericana Medical.
4. Sagan, C. (1974). Με τους όρους "βιογένεση" και "αβιογένεση". Προέλευση της ζωής και εξέλιξη των βιοσφαιρών, 5(3), 529-529.
5. Schmidt, Μ. (2010). Ξενοβιολογία: μια νέα μορφή ζωής ως το απόλυτο εργαλείο βιοασφάλειας. Bioessays, 32(4), 322-331.
6. Serafino, L. (2016). Αβιογένεση ως θεωρητική πρόκληση: Κάποιες σκέψεις. Jourτης θεωρητικής βιολογίας, 402, 18-20.