תיאוריות עיקריות של Abiogenesis



ה abiogenesis הוא מתייחס לסדרת התהליכים והצעדים שמקורם בצורות החיים הראשונות על פני כדור הארץ, החל מגושי מונומרים אינרטיים, שבמשך הזמן הצליחו להגדיל את המורכבות שלהם. לאור תיאוריה זו, החיים נבעו ממולקולות שאינן חיות, בתנאים המתאימים.

סביר להניח כי לאחר abiogenesis הפיק מערכות חיים פשוטים, האבולוציה הביולוגית יפעל כדי להצמיח את כל צורות החיים המורכבות הקיימות כיום..

כמה חוקרים מאמינים כי התהליכים של abiogenesis צריך להתרחש לפחות פעם אחת בהיסטוריה של כדור הארץ כדי להוליד את האורגניזם ההיפותטי LUCA או האחרון המשותף אוניברסלי (של קיצורים באנגלית, האחרון המשותף האוניברסלי), לפני כ -4 מיליארד שנה.

הוא הציע כי LUCA צריך קוד גנטי מבוסס על מולקולת הדנ"א, אשר עם ארבעת הבסיסים שלה מקובצים בשלוש, מקודדים עבור 20 סוגים של חומצות אמינו היוצרות חלבונים. החוקרים מנסים להבין את מקור החיים ללמוד את התהליכים של abiogenesis שהוליד LUCA.

התשובה לשאלה זו נחקרה באופן נרחב, והיא מכוסה לעתים קרובות בערפל של מסתורין וחוסר ודאות. מסיבה זו, מאות ביולוגים הציעו סדרה של תיאוריות הכרוכות בהופעת מרק ראשוני להסברים הקשורים לקסנוביולוגיה ולאסטרוביולוגיה.

אינדקס

  • 1 מה זה מורכב??
  • 2 מקור החיים: תיאוריות
    • 2.1 תורת היצירה הספונטנית
    • 2.2 הפרכה של הדור הספונטני
    • 2.3 תרומות מפסטר
    • 2.4 Panspermia    
    • 2.5 תיאוריה כימוסינתטית
    • 2.6 מילר ואורי ניסוי
    • 2.7 היווצרות פולימרים
    • 2.8 התאמת תוצאות מילר ופסטר
    • 2.9 RNA העולם
  • 3 תפיסות עכשוויות של מוצא החיים
  • 4 תנאים ביוגנזה ו abiogenesis
  • 5 הפניות

מה זה מורכב??

התיאוריה של abiogenesis מבוססת על תהליך כימי שבאמצעותו צמחו צורות חיים פשוטות מבשר חסר חיים.

ההנחה היא כי תהליך abiogenesis התרחש ברציפות, בניגוד לתצוגה הופעתה פתאומית במקרה מזל. לפיכך, תיאוריה זו מניחה את קיומו של רצף בין חומר שאינו חי לבין מערכות החיים הראשונות.

כמו כן, סדרה של תרחישים מגוונים מוצעים היכן תחילת החיים יכול להתחיל ממולקולות אי-אורגניות. בדרך כלל סביבות אלה הן קיצוניות ושונה מהתנאים הנוכחיים של כדור הארץ.

התנאים הפרה-ביוטיים לכאורה הללו משוכפלים לעתים קרובות במעבדה כדי לנסות לייצר מולקולות אורגניות, כגון הניסוי המפורסם של מילר ואורי.

מקור החיים: תיאוריות

מקור החיים היה אחד הנושאים השנויים במחלוקת של מדענים ופילוסופים מאז ימי אריסטו. לפי הוגה דעות חשוב זה, ניתן להפוך את החומר המפרק לבעלי חיים עם תודות לפעילות הספונטנית של הטבע.

את האביוגנזה לאור המחשבה האריסטוטלית אפשר לסכם במשפט המפורסם שלו אומן vivo vivo לשעבר, שפירושו "כל החיים נובעים מהחיים".

לאחר מכן, מספר גדול למדי של מודלים, תיאוריות ספקולציות ניסו להבהיר את התנאים והתהליכים שהובילו למקור החיים.

להלן נתאר את התיאוריות הבולטות ביותר, הן מבחינה היסטורית והן מבחינה מדעית, שביקשו להסביר את מקורן של מערכות החיים הראשונות:

תורת היצירה הספונטנית

בתחילת המאה ה -17, הונח כי צורות חיים יכולות לצאת ממרכיבים חסרי חיים. תורת היצירה הספונטאנית התקבלה מקובלת על ידי הוגי הזמן, כפי שקיבלה את תמיכתה של הכנסייה הקתולית. כך, יצורים חיים יכולים לנבוט גם את הוריהם וגם את החומר שאינו חי.

בין הדוגמאות המפורסמות ביותר בשימוש לתמוך בתיאוריה זו היא הופעת תולעים וחרקים אחרים בשר נרקב, צפרדעים ועכברים הופיע בוצה הנובע בגדים מלוכלכים וזיעה.

למעשה, היו מתכונים שהבטיחו את היצירה של בעלי חיים. לדוגמה, כדי להיות מסוגלים ליצור עכברים מחומר שאינו חי, היינו צריכים לשלב גרגרי חיטה עם בגדים מלוכלכים בסביבה חשוכה עם חלוף ימים מכרסמים חיים מופיעים.

חסידי תערובת זו טענו כי זיעה אנושית בבגדים ותסיסה של חיטה היו סוכנים שהכוונו את היווצרות החיים.

הפרכה של הדור הספונטני

במאה השבע עשרה החלה להבחין בפגמים ובפערים בהצהרות התיאוריה של יצירה ספונטנית. זה לא היה עד 1668 כי הפיזיקאי האיטלקי פרנצ'סקו Redi המציא עיצוב ניסיוני מספיק כדי לדחות את זה.

בניסוייו המבוקר, הניח רדי חתיכות בשר פרוסות דק עטופות במלין במכלים סטריליים. צנצנות אלה היו מכוסות היטב בגזה, ולכן שום דבר לא יכול לבוא במגע עם הבשר. בנוסף, הניסוי סיפר עם סדרה נוספת של בקבוקים שלא כוסו.

עם חלוף הימים נצפו תולעים רק בצנצנות שנתגלו, שכן הזבובים יכלו להיכנס ולהפקיד את הביצים בחופשיות. במקרה של צנצנות כתומות, הביצים הונחו ישירות על הגזה.

באותו אופן, החוקר לזרו ספלנזאני פיתח סדרה של ניסויים כדי לדחות את הנחות הייצור הספונטני. לשם כך הוא פירט שורה של מרקים שהגיש לרתיחה ממושכת להשמדת כל מיקרואורגניזם שיחיה שם.

עם זאת, חסידי הדור הספונטני טענו כי כמות החום שאליו נחשפו המרקים הייתה מוגזמת והרסה את "הכוח החיוני".

תרומות מפסטר

מאוחר יותר, בשנת 1864, הביולוג והכימאי הצרפתי לואי פסטר יצאו לשים קץ לתנוחות של יצירה ספונטנית.

כדי להשיג מטרה זו, פסטר עשה מיכלי זכוכית המכונה "צוואר הברבורים", כפי שהיו ארוכים ומעוקלים על הקצות, ובכך למנוע את הכניסה של כל מיקרואורגניזם..

במיכלים אלה פסטר מבושל סדרה של מרקים שנותרו סטרילי. כאשר הצוואר של אחד מהם נשבר, הוא הפך מזוהם המיקרואורגניזמים התפשטה בתוך זמן קצר.

הראיות שסופקו על ידי פסטר היו בלתי ניתנות לערעור, שהצליחו לקרוע תיאוריה שנמשכה יותר מ -2,500 שנה.

Panspermia    

בתחילת המאה ה -20, כימאי השוודי סוונטה ארניוס כתב ספר בשם "בריאת העולמות"שבו הוא הציע שהחיים באים מהחלל דרך נבגים העמידים בפני תנאים קיצוניים.

באופן הגיוני, את התיאוריה של panspermia היה מוקף הרבה מחלוקת, מלבד זה לא ממש לספק הסבר על מקור החיים.

תיאוריה כימוסינתטית

בבדיקת ניסויים של פסטר, אחת המסקנות העקיפות של עדותו היא כי מיקרואורגניזמים רק לפתח מאחרים, כלומר, החיים יכולים לבוא רק מהחיים. תופעה זו נקראה "ביוגנזה".

בעקבות פרספקטיבה זו, תיאוריות של אבולוציה כימית היה לצאת, בהנהגת הרוסי אלכסנדר Oparin ואת האנגלי ג 'ון ד Haldane.

גם תפיסה זו נקראת התאוריה chemosynthetic Oparin-הולדיין, היא מציעה כי כדור הארץ סביבה prebiotic דיבוק אווירה חסר חמצן גבוהה אדי מים, מתאן, אמוניה, פחמן דו חמצני ומימן, כך שזה היה צמצום מאוד. 

בסביבה זו היו כוחות שונים כגון הפרשות חשמליות, קרינה סולארית ורדיואקטיביות. כוחות אלו פעלו על תרכובות אנאורגניות, שהולידו מולקולות גדולות יותר, ויוצרות מולקולות אורגניות הנקראות תרכובות פרביוטיות.

ניסוי מילר ואורי

באמצע שנות ה -50, חוקרים סטנלי ל 'מילר והרולד ג יורי הצליחו ליצור מערכת מתוחכמת כי מדומה התנאים האבות לכאורה של האטמוספרה על פני כדור הארץ בעקבות התיאוריה של Oparin-והאלדיין.

סטנלי יורי נמצאו כי תחת "פרימיטיביים" אלה תנאים, תרכובות אנאורגניות יכולות לגרום פשוטות, חיוני לחיים, כגון חומצות אמינו, חומצות שומן, מולקולות אורגניות מורכבות אוריאה, וכו '.

היווצרות פולימרים

למרות ניסויים שהוזכרו לעיל מציעים דרך מתקבלת על הדעת שבו biomolecules כי הם חלק ממערכות החיים שמקורם, הם לא מציעים שום הסבר של תהליך פילמור להגדיל המורכבות.

ישנם מספר מודלים המנסים להבהיר שאלה זו. הראשון כרוך משטחים מינרליים מוצקים, שבו השטח מוגבה השטח ואת silicates יכול לשמש זרזים עבור מולקולות פחמן.

במעמקי האוקיינוס, פתחי הידרותרמיות הם מקור מתאים של זרזים, כגון ברזל וניקל. על פי ניסויים במעבדות, מתכות אלה להשתתף בתגובות פילמור.

לבסוף, בבורות האוקיינוסים יש בריכות חמות, אשר על ידי תהליכי אידוי יכול לטובת הריכוז של מונומרים, לקדם את היווצרותם של מולקולות מורכבות יותר. בהנחה זו מבוססת ההשערה של "המרק הראשוני".

פיוס התוצאות של מילר ופסטר

בעקבות סדר הרעיון שנדון בקטעים הקודמים, מצאנו כי הניסויים של פסטר הוכיחו שהחיים אינם נובעים מחומרים אינרטיים, ואילו הראיות של מילר ואורי מציינות כי אם זה קורה, אבל ברמה המולקולרית.

כדי ליישב את שתי התוצאות יש לזכור כי ההרכב של האטמוספירה של כדור הארץ כיום שונה לחלוטין מהאווירה הפרה-ביוטית.

נוכחות החמצן באווירה הנוכחית תפעל כ"משחתת "של המולקולות במבנה. כמו כן יש לשקול כי מקורות האנרגיה שלכאורה קידמו את היווצרותם של מולקולות אורגניות אינם קיימים עוד בתדירות ובעוצמה של הסביבה הפרה-ביוטית.

כל צורות החיים על כדור הארץ מורכבות ממערכת של בלוקים מבניים גדולים וביומולקולות, הקרויים חלבונים, חומצות גרעין ושומנים. עם אותם אתה יכול "לבנות" את הבסיס של החיים הנוכחיים: התאים.

בתא, החיים מונצחים, ועל פי עיקרון זה פסטר מבסס את עצמו כדי לאשר כי כל יצור חי חייב לבוא מאחד קיים מראש.

RNA העולם

תפקידו של autocatalysis במהלך abiogenesis הוא חיוני, ולכן אחת ההשערות המפורסמות ביותר על מקור החיים היא של העולם RNA, אשר postulates התחלה ממולקולות שרשרת פשוטה עם יכולת של שכפול עצמי.

זה הרעיון של RNA עולה כי biocatalysts הראשון לא היו מולקולות של אופי חלבון אבל מולקולות RNA - או פולימר דומה לזה - עם היכולת לבצע קטליזה.

הנחה זו מבוססת על המאפיין של RNA כדי לסנתז שברים קצרים באמצעות הרפיה שמכוונת את התהליך, בנוסף לקידום היווצרות של פפטידים, אסטרים וקשרים גליקוזידים.

לפי תיאוריה זו, RNA אבות היה קשור עם כמה cofactors כגון מתכות, pyrimidines וחומצות אמינו. עם התקדמות ועלייה של המורכבות של חילוף החומרים, את היכולת לסנתז פוליפפטידים מתעוררת.

במהלך האבולוציה הוחלף הרנ"א במולקולה יציבה יותר מבחינה כימית: הדנ"א.

תפיסות עכשוויות של מוצא החיים

כיום יש חשד שהחיים נוצרו בתרחיש קיצוני: אזורים אוקיאניים ליד ארובות וולקניות, שבהן הטמפרטורות יכולות להגיע ל -250 מעלות צלזיוס וללחץ אטמוספרי, עולה על 300 אטמוספרות.

חשד זה מתעורר בשל מגוון צורות החיים שנמצאו באזורים עוינים אלה ועיקרון זה מכונה "תורת העולם החם".

סביבות אלו מושפעות על ידי ארכאבקטריציה, אורגניזמים המסוגלים לגדול, לפתח ולשכפל בסביבות קיצוניות, קרוב לוודאי דומות מאוד לתנאים פרה-ביוטיים (כולל ריכוזי חמצן נמוכים ורמות גבוהות של CO).2).

יציבות תרמית של סביבות אלה, ההגנה שהם מספקים מפני שינויים פתאומיים ואת זרימה מתמדת של גזים הם כמה תכונות חיוביות שהופכות את ארובות קרקעית הים וגעש מתאים סביבות עבור מקור החיים.

ביוגנזה של תנאי ו abiogenesis

ב -1974 פרסם החוקר הנודע קרל סאגן מאמר המבהיר את השימוש בביוגנזה וביוגינזה. לדברי סאגאן, שני המונחים נוצלו לרעה במאמרים הקשורים להסברים על מקורם של צורות החיים הראשונות.

בין טעויות אלה הוא משתמש בביוגנזה המונח כמו אנטוניו שלו. כלומר, ביוגנזה משמשת לתיאור מקור החיים מצורות חיים אחרות, בעוד שאביוגנזה מתייחסת למקור החיים מחומר שאינו חי.

במובן זה, נתיב ביוכימי עכשווי נחשב ביוגני ומסלול מטבולי פרביולוגי הוא אביוגני. לכן, יש להקדיש תשומת לב מיוחדת לשימוש בשני המונחים.

הפניות

  1. ברגמן, י. (2000). למה abiogenesis הוא בלתי אפשרי. יצירת מחקר רבעון החברה, 36(4).
  2. Pross, A., & Pascal, R. (2013). מקור החיים: מה שאנחנו יודעים, מה שאנחנו יודעים ומה לא נדע לעולם. ביולוגיה פתוחה, 3(3), 120190.
  3. Sadava, D., & Purves, W. H. (2009). החיים: מדע הביולוגיה. אד פנמריקנה מדיקל.
  4. Sagan, C. (1974). על המונחים 'ביוגנזה' ו 'abiogenesis'. מקורות החיים והאבולוציה של הביוספרה, 5(3), 529-529.
  5. Schmidt, M. (2010). Xenobiology: צורה חדשה של החיים ככלי biosafety האולטימטיבי. ביו, 32(4), 322-331.
  6. Serafino, L. (2016). Abiogenesis כאתגר תיאורטי: כמה השתקפויות. ג'ורנל בביולוגיה תיאורטית, 402, 18-20.