ABIOGENEESI: PÄÄTEORIAT - BIOLOGIA - 2026

Elämän alkuperä viittaa useita prosesseja ja vaiheita, jotka ovat peräisin ensimmäisestä elämän muotoja maan päällä, inertin monomeerinen alkaen lohkoja, jossa ajan kuluessa olivat pystyy on lisätä niiden monimutkaisuuden. Tämän teorian valossa elämä syntyi elottomista molekyyleistä sopivissa olosuhteissa.

On todennäköistä, että sen jälkeen kun abiogeneesi tuotti yksinkertaisia ​​elämäjärjestelmiä, biologinen evoluutio aiheutti kaikkien nykyisten monimutkaisten elämämuotojen syntymisen.

Lähde: pixabay.com

Jotkut tutkijat katsovat, että abiogeneesiprosessien on täytynyt tapahtua ainakin kerran maapallon historiassa, jotta saadaan aikaan hypoteettinen organismi LUCA tai viimeinen yleinen yleinen esi-isä (englanninkielisestä lyhenteestä viimeinen yleinen yhteinen esi-isä), noin 4 miljardia sitten vuosien ajan.

Ehdotetaan, että LUCA: lla on pitänyt olla DNA-molekyyliin perustuva geneettinen koodi, joka kolmen emäksensä kanssa, jotka on ryhmitelty kolmoisryhmiin, koodaa proteiinien muodostavat 20 aminohappotyyppiä. Elämän alkuperää ymmärtävät tutkijat tutkivat abiogeneesiprosesseja, jotka ovat johtaneet LUCA: n syntymiseen.

Vastausta tähän kysymykseen on kysytty laajasti, ja se on usein varjostettu salaperäisyyden ja epävarmuuden sumussa. Tästä syystä sadat biologit ovat ehdottaneet sarjaa teorioita, jotka vaihtelevat alkeiskeiton esiintymisestä ksenobiologiaan ja astrobiologiaan liittyviin selityksiin.

Mistä se koostuu?

Abiogeneesin teoria perustuu kemialliseen prosessiin, jonka avulla elämättömistä esiasteista syntyivät yksinkertaisimmat elämän muodot.

Oletetaan, että abiogeneesiprosessi tapahtui jatkuvasti, toisin kuin näkemys äkillisestä esiintymisestä onnekas tapahtumassa. Siksi tämä teoria olettaa jatkuvuuden elottoman aineen ja ensimmäisten elävien järjestelmien välillä.

Samoin ehdotetaan sarjaa monipuolisia skenaarioita, joissa epäorgaanisista molekyyleistä elämän alku voisi tapahtua. Nämä ympäristöt ovat yleensä äärimmäisiä ja eroavat nykyisistä olosuhteista maan päällä.

Nämä oletetut prebioottiset olosuhteet toistetaan usein laboratoriossa orgaanisten molekyylien yrittämiseksi tuottaa, kuten kuuluisassa Miller- ja Urey-kokeessa.

Elämän alkuperä: teoriat

Elämän alkuperä on ollut yksi tutkijoiden ja filosofien kiistanalaisimmista aiheista Aristoteleen ajoista lähtien. Tämän tärkeän ajattelijan mukaan hajoava aine voidaan muuttaa eläviksi eläimiksi luonnon spontaanin toiminnan ansiosta.

Abiogeneesi aristotelilaisen ajattelun valossa voidaan tiivistää hänen kuuluisaan lauseeseen omne vivum ex vivo, joka tarkoittaa "kaikki elämä tulee elämästä".

Myöhemmin melko suuri joukko malleja, teorioita ja spekulaatioita on yrittänyt selvittää olosuhteet ja prosessit, jotka johtivat elämän alkuperään.

Jäljempänä kuvataan merkittävimmät teoriat, sekä historiallisesta että tieteellisestä näkökulmasta, joilla on pyritty selittämään ensimmäisten elävien järjestelmien alkuperä:

Spontaanin sukupolven teoria

1700-luvun alussa postuloitiin, että elämättömät elementit voisivat syntyä elämänmuodoista. Ajan ajattelijat hyväksyivät laaja-alaisesti spontaanin sukupolven teorian, koska sillä oli katolisen kirkon tuki. Siten elävät olennot voivat itää sekä vanhempiensa että elottomien aineiden kautta.

Tunnetuimpia esimerkkejä tämän teorian tukemiseksi ovat matojen ja muiden hyönteisten esiintyminen hajoavassa lihassa, mudalta ilmestyneet sammakot ja likaisista vaatteista ja hikeestä syntyneet hiiret.

Itse asiassa oli reseptejä, jotka lupasivat elävien eläinten luomisen. Esimerkiksi hiirien luomiseksi elottomasta aineesta vehnän jyvät oli yhdistettävä likaisiin vaatteisiin pimeässä ympäristössä ja eläviä jyrsijöitä ilmaantuu päivien aikana.

Tämän seoksen kannattajat väittivät, että ihmisten hiki vaatteissa ja vehnän käyminen olivat elämänmuodostuksen johtavia aineita.

Spontaanin sukupolven kumottaminen

Seitsemännentoista vuosisadan aikana spontaanin sukupolven teorian lausunnoissa havaittiin puutteita ja aukkoja. Vasta vuonna 1668 italialainen fyysikko Francesco Redi suunnitteli sopivan kokeellisen suunnitelman hylätä se.

Kontrolloiduissa kokeissaan Redi asetti hienoksi leikatut lihapalat, jotka oli kääritty musliiniin, steriileihin astioihin. Nämä purkit peitettiin kunnolla sideharsolla, joten mikään ei voinut joutua kosketuksiin lihan kanssa. Kokeilu sisälsi myös toisen sarjan purkkeja, joita ei peitetty.

Päivien aikana matoja havaittiin vain peittämättömistä purkeista, koska kärpäset voivat tulla vapaasti ja munia munia. Peitettyjen purkkien tapauksessa munat laitettiin suoraan sideharsoon.

Samoin tutkija Lazzaro Spallanzani kehitti sarjan kokeita spontaanin sukupolven hylkäämiseksi. Tätä varten hän teki sarjan liemeitä, jotka hänelle annettiin jatkettua keittämistä tuhotakseen kaikki siellä asuvat mikro-organismit.

Spontaanin muodostumisen puolustajat väittivät kuitenkin, että lämpömäärä, jolle liemeet altistettiin, oli liiallinen ja tuhosi "elämän voiman".

Pasteurin kommentit

Myöhemmin, vuonna 1864, ranskalainen biologi ja kemisti Louis Pasteur päätti lopettaa spontaanin sukupolven postulaatit.

Tämän tavoitteen saavuttamiseksi Pasteur valmisti "gooseneck-pulloiksi" kutsuttuja lasisäiliöitä, koska ne olivat pitkiä ja kaarevia kärjissä, estäen siten mikro-organismien pääsyn.

Näissä astioissa Pasteur keitti sarjan liemeitä, jotka pysyivät steriileinä. Kun yhden niistä kaula murtui, se saastuttui ja mikro-organismit lisääntyivät nopeasti.

Pasteurin toimittamat todisteet olivat kiistattomia, ja ne pystyivät kumota yli 2500 vuotta kestäneen teorian.

panspermia

Ruotsalainen kemisti Svante Arrhenius kirjoitti 1900-luvun alussa kirjan "Maailmien luominen", jossa hän ehdotti, että elämä tuli avaruudesta itiöiden kautta, jotka kestävät ääriolosuhteita.

Loogisesti, panspermian teoriaa ympäröi paljon kiistoja, sen lisäksi, että se ei oikeastaan ​​selittänyt elämän alkuperää.

Kemosynteettinen teoria

Tutkiessaan Pasteurin kokeita, yksi hänen todisteidensa epäsuorista johtopäätöksistä on, että mikro-organismit kehittyvät vain muista, ts. Elämä voi tulla vain elämästä. Tätä ilmiötä kutsuttiin "biogeneesiksi".

Tämän näkökulman seurauksena syntyisi kemiallisen evoluution teorioita, joita johtaisi venäläinen Alexander Oparin ja englantilainen John DS Haldane.

Tämä näkemys, jota kutsutaan myös Oparin-Haldane -kemosynteettiseksi teoriaksi, ehdottaa, että prebioottisessa ympäristössä maapallolla oli ilma, jossa ei ollut happea ja runsaasti vesihöyryä, metaania, ammoniakkia, hiilidioksidia ja vetyä, mikä tekee siitä erittäin pelkistävän.

Tässä ympäristössä oli erilaisia ​​voimia, kuten sähköpurkaukset, auringon säteily ja radioaktiivisuus. Nämä voimat vaikuttivat epäorgaanisiin yhdisteisiin, jolloin syntyi suurempia molekyylejä, jolloin muodostui orgaanisia molekyylejä, jotka tunnetaan prebioottisina yhdisteinä.

Miller ja Urey kokeilevat

1950-luvun puolivälissä tutkijat Stanley L. Miller ja Harold C. Urey onnistuivat luomaan nerokkaan järjestelmän, joka simuloi maan ilmakehän oletettuja muinaisolosuhteita Oparin - Haldanen teorian mukaisesti.

Stanley ja Urey havaitsivat, että näissä "primitiivisissä" olosuhteissa yksinkertaiset epäorgaaniset yhdisteet voivat aiheuttaa monimutkaisia ​​orgaanisia molekyylejä, välttämättömiä elämälle, kuten aminohappoja, rasvahappoja, ureaa.

Polymeerin muodostuminen

Vaikka edellä mainitut kokeet viittaavat uskottavaan tapaan, jolla eläviin järjestelmiin kuuluvat biomolekyylit ovat peräisin, ne eivät ehdota mitään selitystä polymerointiprosessille ja lisääntyneelle monimutkaisuudelle.

On olemassa useita malleja, jotka yrittävät selvittää tätä kysymystä. Ensimmäinen liittyy kiinteisiin mineraalipintoihin, joissa suuri pinta-ala ja silikaatit voivat toimia katalysaattoreina hiilimolekyyleille.

Syvän meren hydrotermiset tuuletusaukot ovat sopiva katalyyttien lähde, kuten rauta ja nikkeli. Laboratoriokokeiden mukaan nämä metallit osallistuvat polymerointireaktioihin.

Lopuksi, valtamerten kaivoksissa on kuumia uima-altaita, jotka haihtumisprosessien vuoksi voisivat edistää monomeerien konsentraatiota suosimalla monimutkaisempien molekyylien muodostumista. "Alkeiskeitto" -hypoteesi perustuu tähän oletukseen.

Miller- ja Pasteur-tulosten täsmäytys

Edellisissä kappaleissa käsitellyn ideajärjestyksen mukaisesti Pasteurin kokeissa havaittiin, että elämä ei johdu inertteistä materiaaleista, kun taas Millerin ja Ureyn todisteet osoittavat, että se tapahtuu, mutta molekyylitasolla.

Molempien tulosten sovittamiseksi on muistettava, että maapallon ilmakehän koostumus on tänään täysin erilainen kuin prebioottinen ilmapiiri.

Nykyisessä ilmakehässä oleva happi toimisi muodostuvien molekyylien "tuhoajana". On myös otettava huomioon, että energialähteitä, joiden väitettiin johtavan orgaanisten molekyylien muodostumiseen, ei enää ole prebioottisen ympäristön taajuuden ja intensiteetin kanssa.

Kaikki maan päällä olevat elämänmuodot koostuvat joukosta rakenneosia ja suuria biomolekyylejä, joita kutsutaan proteiineiksi, nukleiinihapoiksi ja lipideiksi. Niiden kanssa voit "armioida" nykyisen elämän perustan: solut.

Solun elämä jatkuu, ja tällä periaatteella Pasteur perustuu vakuuttamaan, että jokaisen elävän olennon on oltava peräisin toisesta olemassa olevasta.

RNA-maailma

Autokatalyysin rooli abiogeneesin aikana on ratkaisevan tärkeä, tästä syystä yksi kuuluisimmista elämän alkuperää koskevista hypoteeseista on RNA-maailma, joka postuloi aloittamista yksiketjuisista molekyyleistä, joilla on kyky itsestään replikoitua.

Tämä RNA-käsite viittaa siihen, että ensimmäiset biokatalyytit eivät olleet proteiiniluonteisia molekyylejä, vaan pikemminkin RNA-molekyylejä - tai sitä vastaavaa polymeeriä -, joilla oli kyky katalysoitua.

Tämä oletus perustuu RNA: n ominaisuuteen syntetisoida lyhyitä fragmentteja käyttämällä hehkutusta, joka ohjaa prosessia, sen lisäksi, että edistetään peptidien, estereiden ja glykosidisten sidosten muodostumista.

Tämän teorian mukaan esi-RNA liittyi joihinkin kofaktoreihin, kuten metalleihin, pyrimidiiniin ja aminohappoihin. Metabolian etenemisen ja lisääntyneen monimutkaisuuden myötä syntyy kyky syntetisoida polypeptidejä.

Evolutionation aikana RNA korvattiin kemiallisesti stabiilimmalla molekyylillä: DNA.

Nykyiset käsitykset elämän alkuperästä

Tällä hetkellä epäillään, että elämä sai alkunsa äärimmäisestä skenaariosta: vulkaanisten tuuletusaukkojen lähellä sijaitsevilla merialueilla, joiden lämpötila voi nousta 250 ° C: seen ja ilmanpaine ylittää 300 ilmakehän.

Tämä epäily johtuu näillä vihamielisillä alueilla esiintyvistä elämänmuodoista, ja tämä periaate tunnetaan nimellä "kuuma maailman teoria".

Arkebakteerit ovat siirtäneet nämä ympäristöt eliöt, jotka kykenevät kasvamaan, kehittymään ja lisääntymään äärimmäisissä ympäristöissä, luultavasti hyvin samankaltaisia ​​prebioottisissa olosuhteissa (mukaan lukien alhaiset happipitoisuudet ja korkeat CO ₂ -pitoisuudet).

Näiden ympäristöjen lämpöstabiilisuus, niiden tarjoama suoja äkillisiltä muutoksilta ja jatkuva kaasuvirtaus ovat joitain positiivisista ominaisuuksista, jotka tekevät merenpohjasta ja tulivuoren tuuletusaukoista sopivia ympäristöjä elämän alkuperälle.

Biogeneesi ja abiogeneesi

Tunnettu tutkija Carl Sagan julkaisi vuonna 1974 artikkelin, jossa selvennettiin termien biogeneesi ja abiogeneesi käyttöä. Saganin mukaan molempia käsitteitä on käytetty virheellisesti artikkeleissa, jotka liittyvät ensimmäisten elävien muotojen alkuperän selityksiin.

Näiden virheiden joukossa on termin biogenesis käyttäminen omaa nimityntään. Toisin sanoen biogeneesiä käytetään kuvaamaan elämän alkuperää muista elävistä muodoista, kun taas abiogeneesillä tarkoitetaan elämän alkuperää muusta elämättömästä aineesta.

Tässä mielessä nykyaikaista biokemiallista reittiä pidetään biogeenisenä ja prebiologinen metabolinen reitti on abiogeeninen. Siksi on tarpeen kiinnittää erityistä huomiota molempien ilmaisujen käyttöön.

Viitteet

1. Bergman, J. (2000). Miksi abiogeneesi on mahdotonta. Creation Research Society Quarterly, 36 (4).
2. Pross, A., ja Pascal, R. (2013). Elämän alkuperä: mitä tiedämme, mitä voimme tietää ja mitä emme koskaan tiedä. Open Biology, 3 (3), 120190.
3. Sadava, D., & Purves, WH (2009). Elämä: biologian tiede. Panamerican Medical Ed.
4. Sagan, C. (1974). Termeillä 'biogeneesi' ja 'abiogeneesi'. Elämän alkuperä ja biosfäärien evoluutio, 5 (3), 529–529.
5. Schmidt, M. (2010). Ksenobiologia: uusi elämän muoto lopullisena bioturvallisuuden välineenä. Bioessays, 32 (4), 322–331.
6. Serafino, L. (2016). Abiogeneesi teoreettisena haasteena: Jotkut pohdinnat. Teoreettisen biologian päiväkirja, 402, 18–20.