ABIOGENEZA: GLAVNE TEORIJE - BIOLOGIJA - 2026

Abiogeneza nanaša na število postopkov in korakov, ki izvirajo prve oblike življenja na zemlji, inertnem monomernih izhodnih blokov, pri čemer je potek časa so lahko za povečanje njihove kompleksnosti. V luči te teorije je življenje nastalo iz neživih molekul pod ustreznimi pogoji.

Verjetno je biološka evolucija po abiogenezi ustvarila preproste življenjske sisteme, da je sprožila vse zapletene življenjske oblike, ki obstajajo danes.

Vir: pixabay.com

Nekateri raziskovalci menijo, da so se morali vsaj enkrat v zgodovini Zemlje zgoditi procesi abiogeneze, da se je hipotetični organizem LUCA ali zadnji univerzalni prednik (iz angleščine kratica v angleščini, zadnji univerzalni skupni prednik) pred približno 4 milijardami let.

Predpostavlja se, da je LUCA moral imeti genetski zapis, ki temelji na molekuli DNK, ki je s svojimi štirimi bazami, združenimi v trojke, kodirala 20 vrst aminokislin, ki sestavljajo beljakovine. Raziskovalci, ki poskušajo razumeti izvor življenja, preučujejo procese abiogeneze, ki so povzročili LUCA.

Odgovor na to vprašanje je bil veliko dvomljiv in je pogosto zasut v meglici skrivnosti in negotovosti. Zaradi tega je na stotine biologov predlagalo vrsto teorij, ki segajo od nastanka primordialne juhe do razlag, povezanih s ksenobiologijo in astrobiologijo.

Iz česa je sestavljeno?

Teorija abiogeneze temelji na kemičnem postopku, s katerim so iz življenjskih predhodnikov izhajale najpreprostejše oblike življenja.

Domnevamo, da se je postopek abiogeneze dogajal nenehno, v nasprotju s pogledom na nastanek na srečen dogodek. Tako ta teorija predpostavlja obstoj kontinuuma med neživo snovjo in prvimi živimi sistemi.

Prav tako je predlagano vrsto raznovrstnih scenarijev, kjer se lahko zgodi začetek življenja anorganskih molekul. Ta okolja so na splošno ekstremna in se razlikujejo od trenutnih razmer na zemlji.

Te domnevne prebiotične razmere se pogosto reproducirajo v laboratoriju, da bi poskušali ustvariti organske molekule, kot sta znana eksperimenta Miller in Urey.

Izvor življenja: teorije

Izvor življenja je bila ena od najbolj spornih tem za znanstvenike in filozofe že od Aristotela. Po mnenju tega pomembnega misleca bi se razpadajoča snov lahko spremenila v žive živali zahvaljujoč spontanemu delovanju narave.

Abiogenezo v luči Aristotelove misli lahko povzamemo z njegovo znamenito besedno zvezo omne vivum ex vivo, ki pomeni "vse življenje izvira iz življenja."

V nadaljevanju je dokaj veliko število modelov, teorij in ugibanj poskušalo razjasniti razmere in procese, ki so privedli do nastanka življenja.

Spodaj bodo opisane najbolj izjemne teorije z zgodovinskega in znanstvenega vidika, ki so poskušale razložiti izvor prvih živih sistemov:

Teorija spontane generacije

V začetku 17. stoletja se je postavilo mnenje, da lahko življenjske oblike izhajajo iz življenjskih elementov. Teorijo spontane generacije so misleci tistega časa široko sprejeli, saj je imela podporo katoliške cerkve. Tako bi lahko živa bitja kalila tako od svojih staršev kot iz nežive materije.

Med najbolj znanimi primeri, ki se uporabljajo v podporo tej teoriji, so pojav črvov in drugih žuželk v razpadlem mesu, žabe, ki so se pojavile iz blata, in miši, ki so nastale iz umazanih oblačil in znoja.

V resnici so obstajali recepti, ki so obljubljali ustvarjanje živih živali. Na primer, da bi lahko ustvarili miši iz nežive snovi, je bilo treba pšenična zrna v temnem okolju kombinirati z umazanimi oblačili in čez dneve se pojavljajo živi glodalci.

Zagovorniki te mešanice so trdili, da sta človeški znoj na oblačilih in vrenje pšenice vodilni dejavnik nastanka življenja.

Zavračanje spontane generacije

V sedemnajstem stoletju so se v izjavah teorije spontane generacije začele opažati pomanjkljivosti in vrzeli. Šele leta 1668 je italijanski fizik Francesco Redi zasnoval primerno eksperimentalno zasnovo, da bi jo zavrnil.

Redi je v svojih nadzorovanih poskusih v sterilne posode postavila drobno narezane koščke mesa, zavita v muslin. Te kozarce so bile pravilno pokrite z gazo, tako da nič ni moglo priti v stik z mesom. V poskusu je bil prikazan še en komplet kozarcev, ki niso bili zaprti.

Čez dneve so črve opazili le v odkritih kozarcih, saj so muhe lahko prosto vstopale in odlagale jajčeca. Pri pokritih kozarcih so bila jajca postavljena neposredno na gazo.

Podobno je raziskovalec Lazzaro Spallanzani razvil vrsto eksperimentov, s katerimi je zavrgel prostore spontane generacije. Da bi to naredil, je naredil vrsto brozge, ki jo je podvrgel dolgotrajnemu vretju, da bi uničil vse mikroorganizme, ki bodo tam živeli.

Vendar so zagovorniki spontane generacije trdili, da je bila količina toplote, ki so ji bile izpostavljene juhe, prekomerna in uničila "življenjsko silo".

Pasterjevi prispevki

Pozneje, leta 1864, se je francoski biolog in kemik Louis Pasteur odločil prenehati postulate spontane generacije.

Da bi dosegel ta cilj, je Pasteur izdeloval steklene posode, znane kot "bučke", saj so bile na konicah dolge in ukrivljene, kar preprečuje vstop mikroorganizmov.

V teh posodah je Pasteur skuhal vrsto bučk, ki so ostale sterilne. Ko se je vrat enega od njih zlomil, je postal onesnažen in mikroorganizmi so se v kratkem času razmnožili.

Dokazi, ki jih je predložil Pasteur, so bili neizpodbitni, saj so uspeli prevrniti teorijo, ki je trajala več kot 2500 let.

Panspermija

V zgodnjih devetdesetih letih je švedski kemik Svante Arrhenius napisal knjigo z naslovom "Stvaritev svetov", v kateri je predlagal, da življenje prihaja iz vesolja s sporami, odpornimi na ekstremne razmere.

Logično je, da je bila teorija panspermije obkrožena z veliko polemiko, poleg tega pa res ni dala razlage o izvoru življenja.

Kemosintetska teorija

Pri preučevanju Pasterjevih poskusov je eden izmed posrednih zaključkov njegovih dokazov, da se mikroorganizmi razvijajo le iz drugih, torej da lahko življenje prihaja samo iz življenja. Ta pojav so poimenovali "biogeneza".

Po tej perspektivi bi se pojavile teorije kemijske evolucije, ki sta jih vodila Rus Aleksander Oparin in Anglež John DS Haldane.

To stališče, imenovano tudi teorija o hemosintetiki Oparin - Haldane, predlaga, da je imela zemlja v prebiotičnem ozračju brez kisika in veliko vodne pare, metana, amoniaka, ogljikovega dioksida in vodika, zaradi česar je zelo reduktivna.

V tem okolju so bile različne sile, kot so električni razelektritve, sončno sevanje in radioaktivnost. Te sile so delovale na anorganskih spojinah, pri čemer nastajajo večje molekule in so tvorile organske molekule, znane kot prebiotične spojine.

Miller in Urey eksperimentirata

Sredi petdesetih let sta raziskovalcem Stanleyu L. Millerju in Haroldu C. Ureyju uspelo ustvariti domiseln sistem, ki je simuliral domnevne starodavne pogoje ozračja na zemlji z upoštevanjem teorije Oparin - Haldane.

Stanley in Urey sta ugotovila, da lahko v teh "primitivnih" pogojih preproste anorganske spojine ustvarijo zapletene organske molekule, ključne za življenje, kot so aminokisline, maščobne kisline, sečnina.

Tvorba polimerov

Čeprav zgoraj omenjeni poskusi kažejo na verodostojen način nastanka biomolekul, ki so del živih sistemov, ne predlagajo nobene razlage procesa polimerizacije in večje zapletenosti.

Obstaja več modelov, ki poskušajo razjasniti to vprašanje. Prva vključuje trdne mineralne površine, kjer bi lahko velika površina in silikati delovali kot katalizatorji za molekule ogljika.

Globoko v oceanu so hidrotermalni zračniki primeren vir katalizatorjev, kot sta železo in nikelj. Po laboratorijskih poskusih te kovine sodelujejo v reakcijah polimerizacije.

Nazadnje se v oceanskih jarkih nahajajo vroči bazeni, ki bi zaradi izhlapevanja lahko ugodili koncentraciji monomerov, kar bi pripomoglo k nastanku bolj zapletenih molekul. Na tej domnevi temelji hipoteza o "prvotni juhi".

Usklajevanje rezultatov Millerja in Pasterja

Po vrstnem redu zamisli, ki smo jo obravnavali v prejšnjih razdelkih, imamo, da so Pasterjevi poskusi ugotovili, da življenje ne izhaja iz inertnih materialov, medtem ko dokazi Millerja in Ureyja kažejo, da to drži, vendar na molekularni ravni.

Za uskladitev obeh rezultatov je treba upoštevati, da je danes sestava zemeljske atmosfere popolnoma drugačna od prebiotične atmosfere.

Kisik, prisoten v trenutni atmosferi, bi deloval kot "uničevalec" molekul v nastajanju. Upoštevati je treba tudi, da viri energije, ki naj bi spodbudili nastajanje organskih molekul, niso več prisotni s frekvenco in intenzivnostjo prebiotičnega okolja.

Vse oblike življenja na zemlji so sestavljene iz niza strukturnih blokov in velikih biomolekul, imenovanih beljakovine, nukleinske kisline in lipidi. Z njimi lahko "oborožite" osnovo trenutnega življenja: celice.

V celici se življenje ohranja in na tem načelu Pasteur temelji na trditvi, da mora vsako živo bitje izvirati iz drugega, že obstoječega.

RNA svet

Vloga avtokatalize med abiogenezo je ključnega pomena, zato je ena najbolj znanih hipotez o nastanku življenja tista iz sveta RNK, ki postavlja pred začetkom enoverižnih molekul, ki so sposobne samo-razmnoževanja.

Ta pojem RNA kaže, da prvi biokatalizatorji niso bile molekule beljakovinske narave, ampak so molekule RNA - ali polimer, podoben njemu - s sposobnostjo katalizacije.

Ta domneva temelji na lastnosti RNA, da sintetizira kratke fragmente z uporabo žarjenja, ki usmerja postopek, poleg tega, da spodbuja nastajanje peptidov, estrov in glikozidnih vezi.

Po tej teoriji je bila predna RNA povezana z nekaterimi kofaktorji, kot so kovine, pirimidini in aminokisline. Z napredovanjem in vse večjo zapletenostjo metabolizma se pojavi sposobnost sinteze polipeptidov.

Tekom evolucije je RNA nadomestila bolj kemično stabilna molekula: DNA.

Trenutne predstave o nastanku življenja

Trenutno obstaja sum, da je življenje nastalo po skrajnem scenariju: oceanska območja v bližini vulkanskih zračnikov, kjer temperature lahko dosežejo 250 ° C in atmosferski tlak presega 300 atmosfer.

Ta sum izhaja iz raznolikosti življenjskih oblik, ki jih najdemo v teh sovražnih regijah, in to načelo je znano kot "teorija vročega sveta".

Ta okolja so kolonizirali arhebakterije, organizmi, ki lahko rastejo, se razvijajo in razmnožujejo v ekstremnih okoljih, verjetno zelo podobni prebiotičnim razmeram (vključno z nizkimi koncentracijami kisika in visokimi nivoji CO ₂ ).

Toplotna stabilnost teh okolij, zaščita, ki jo zagotavljajo pred nenadnimi spremembami in stalen pretok plinov, so nekateri pozitivni atributi, zaradi katerih so morsko dno in vulkanski zračniki primerno okolje za nastanek življenja.

Pogoji biogeneze in abiogeneze

Leta 1974 je priznani raziskovalec Carl Sagan objavil članek, v katerem je pojasnil uporabo izrazov biogeneza in abiogeneza. Po besedah ​​Sagana sta bila v člankih, povezanih z razlagami izvora prvih živih oblik, napačno uporabljena oba izraza.

Med temi napakami je uporaba izraza biogeneza kot lastnega antonima. To pomeni, da se biogeneza uporablja za opis izvora življenja, ki izhaja iz drugih živih oblik, medtem ko se abiogeneza nanaša na izvor življenja iz nežive snovi.

V tem smislu se sodobna biokemična pot šteje za biogeno, prebiološka metabolična pot pa abiogena. Zato je treba posebno pozornost posvetiti uporabi obeh izrazov.

Reference

1. Bergman, J. (2000). Zakaj je abiogeneza nemogoča. Creation Research Society Quarterly, 36 (4).
2. Pross, A., & Pascal, R. (2013). Izvor življenja: kaj vemo, kaj znamo in česa nikoli ne bomo vedeli. Odprta biologija, 3 (3), 120190.
3. Sadava, D., & Purves, WH (2009). Življenje: veda o biologiji. Panamerican Medical Ed.
4. Sagan, C. (1974). O pojmih "biogeneza" in "abiogeneza". Izvori življenja in razvoja biosfer, 5 (3), 529–529.
5. Schmidt, M. (2010). Ksenobiologija: nova oblika življenja kot vrhunsko orodje za biološko varnost. Bioessays, 32 (4), 322–331.
6. Serafino, L. (2016). Abiogeneza kot teoretični izziv: nekateri razmisleki. Izlet teoretične biologije, 402, 18–20.