HIDROTERMALNA HIPOTEZA: KAJ JE, OZADJE IN KRITIKA - BIOLOGIJA - 2024

Namen hidrotermalne hipoteze je razložiti primitivne pogoje, v katerih so na planetu Zemlja izvirale prve oblike življenja, in kot glavno središče predlagati vroče vire v globinah oceanov.

Nahaja se vrsta virov termalne vode s temperaturami, ki dosežejo 350 ° C, kjer prebiva vrsta tipičnih živalskih vrst teh pogojev, kot so školjke, črvi, raki, pasme in nekatere iglokožce (morske zvezde in njihovi sorodniki).

Ti dokazi kažejo, da so bila globoka oceanska okolja verjetno primerna za nastanek življenja, najzgodnejše oblike življenja pa so bili hemoavtrotrofni mikroorganizmi.

Poleg tega je vrela voda dom za vrsto hemosintetskih bakterij, ki črpajo svojo energijo iz žveplovih snovi, ki jih v tovrstnem okolju ima veliko.

Kemosintetske bakterije imajo v ekosistemih funkcijo proizvajalcev, ki so osnova prehranjevalne verige, analogno vlogi rastlin v značilnih ekosistemih.

Ideje, povezane s hidrotermalno hipotezo, so se začele pojavljati v začetku leta 1977, ko je raziskovalec Corliss neposredno opazoval hidrotermalne sisteme, ki se nahajajo na otokih Galapagos.

Ozadje in alternativne teorije

Raziskovalci so že več desetletij predlagali na desetine teorij, ki si prizadevajo razložiti izvor življenja in ugodno okolje, v katerem bi se moralo razvijati. Kako je nastalo življenje, je bilo eno najstarejših in najbolj spornih znanstvenih vprašanj.

Nekateri avtorji podpirajo primarni izvor metabolizma, medtem ko njihovi nasprotniki podpirajo genetski izvor.

Panspermija

Sredi 1900-ih je priznani znanstvenik Arrhenius predlagal teorijo panspermije ali kozmološko teorijo. Ta ideja sproža nastanek življenja zahvaljujoč prihodu prostorskih mikroorganizmov s planeta, kjer je prej obstajalo življenje.

Logično, da kozmološka teorija ne daje idej, ki bi rešile težavo, saj ne razlaga, kako je na omenjenem hipotetičnem planetu nastalo nezemeljsko življenje.

Poleg tega ni zelo verjetno, da so mikroskopske entitete, ki so kolonizirale prebiotična okolja, preživele pogoje vesolja, dokler niso dosegle planeta Zemlje.

Abiotični modeli

Abiotični modeli predlagajo, da življenje izvira razen "mikrostrukture" kot prehodne oblike med organskimi molekulami in oblikami zgodnjega življenja. Med glavnimi zagovorniki te teorije so Oparín, Sydney W. Fox in Alfonso F. Herrera.

Kot kažeta Oparin in Haldane, so koacervati predhodniki življenja probiontov, omejeni s plazemsko membrano, ki omogoča interakcijo z njihovim okoljem. Po mnenju avtorjev so nastale pred molekulami, ki prenašajo genetske informacije: DNK ali RNK.

S svoje strani sta Stanley Miller in Harold Urey uspela zgraditi domiseln sistem, ki je oponašal "primitivno vzdušje življenja". Komponente, ki so prisotne v hipotetični atmosferi, zelo drugačne od sedanje, so bile sposobne sintetizirati organske molekule, ki so nujno potrebne za življenje (na primer aminokisline), ko so nanjo vnašali toploto in napetost.

Fox je uspel pridobiti mikrokroglice, podobne bakterijam, ki so aminokisline podvrgle vročinskemu viru.

Na enak način so tudi drugi raziskovalci dosegli sintezo organskih molekul z uporabo anorganskih molekul kot surovine, s čimer so pojasnili izvor življenja iz abiotskega okolja.

RNA svet

Drug položaj nastanka življenja postavlja kot glavni dogodek pojav molekul, ki vsebujejo genetske informacije. Različni avtorji zagovarjajo izvor življenja iz RNA in trdijo, da je ta molekula hkrati služila kot predloga in katalizator.

Največji dokaz je obstoj ribosomov, molekul RNA, ki so sposobne katalizirati reakcije in hkrati shranjevati informacije v svojem nukleotidnem zaporedju.

Iz česa je sestavljeno?

Hidrotermalna hipoteza predlaga ta ekstremna vodna okolja kot pravi kraj za sintezo organskih spojin, ki so privedle do nastanka živih organizmov na Zemlji.

Avtorji te teorije temeljijo na arhejskih fosilih, sodobnih podvodnih hidrotermalnih prezračevalnih sistemih ter na teoretičnih in eksperimentalnih opazovanjih.

Za hidrotermalne sisteme so značilni močni tokovi energije, visoko reducirajoče okolje in obilne mineralne gline, ki so idealne površine za katalitične reakcije. Poleg tega, da ima visoko koncentracijo CH ₄ , NH ₃ , H ₂ in različnih kovin.

Hipoteza je sestavljen iz zaporedno pretvorbo CH ₄ , NH ₃ , H ₂ v aminokislin, te v proteinov in nato v bolj zapletenih polimerov, dokler ne doseže strukturirane presnovo in živi organizmi.

S preučitvijo fosilov v predkambrijskih kamninah smo v podmorskih hidrotermalnih sklopih našli strukture, podobne celicam, ki so bile stare od približno 3,5 do 3,8 milijarde let.

V nasprotju s prejšnjimi hipotezami hidrotermalna hipoteza kot model "prvinske juhe" predlaga toploto kot vir energije in ne UV-žarkov in električnih izpustov. Poleg tega ta model predlaga obstoj okoljskih gradientov glede na temperaturo, pH in koncentracijo kemikalij.

Kritike teorije

Čeprav ima hidrotermalna hipoteza več veljavnih argumentov, ni splošno sprejeta. Ena od kritik o nastanku življenja v vročem studencu je neskladnost in pomanjkanje informacij v zvezi z geološkimi modeli predbiotične dobe.

Prav tako bi se molekule, ki so bistvene za razvoj življenja - kot so nukleinske kisline, beljakovine in membrane - zaradi visokih temperatur hidrotermalnega okolja soočale s takojšnjim uničenjem.

Vendar je verjetno tudi, da so bile prve življenjske oblike termostabilne, podobno kot termofilni organizmi, ki danes naseljujejo ekstremna okolja.

Po drugi strani pa se pojavlja še en problem, povezan s koncentracijo sestavnih delov. Ni verjetno, da bi se življenje razvilo v prostranosti prebiotskih oceanov, kjer bi bile biomolekule zelo razredčene in razpršene.

Da bi bilo okolje primerno za izvor življenja, mora spodbujati interakcije med molekulami, tako da tvorijo bolj zapletene enote; ne razredčite jih, kot bi se zgodilo v globokem oceanu.

Zagovorniki hidrotermalne teorije domnevajo, da bi življenje lahko nastalo na razmejenih območjih, ki so preprečevala redčenje novo nastalih molekul, kot so kraterji.

Reference

1. Chatterjee, S. (2016). Simbiotični pogled na izvor življenja v kraterju z hidrotermalnimi vplivi. Physical Chemistry Chemical Physics, 18 (30), 20033–20046.
2. Corliss, JB, Baross, JA, in Hoffman, SE (1981). Hipoteza o razmerju med vročimi izviri podmornice in nastankom življenja na zemlji. Oceanologica Acta, posebna številka.
3. Holm, NG (1992). Zakaj se hidrotermalni sistemi za izvor življenja predlagajo kot verjetno okolje? V morskih hidrotermalnih sistemih in izvoru življenja (str. 5–14). Springer, Dordrecht.
4. Jheeta, S. (2017). Pokrajina nastanka življenja. Življenje, 7 (2), 27.
5. Lanier, KA, & Williams, LD (2017). Izvor življenja: modeli in podatki. Časopis za molekularno evolucijo, 84 (2), 85–92.