TEORIJA ABIOTSKE SINTEZE: GLAVNE ZNAČILNOSTI - BIOLOGIJA - 2025

Abiotska Sinteza teorija je postulat, ki predlaga, da življenje izvira iz nežive spojin (abiotski = neživih). Nakazuje, da je življenje postopoma nastalo iz sinteze organskih molekul. Med temi organskimi molekulami izstopajo aminokisline, ki so predhodniki bolj zapletenih struktur, ki ustvarjajo žive celice.

Raziskovalca, ki sta predlagala to teorijo, sta bila ruski znanstvenik Alexander Oparin in britanski biokemik John Haldane. Vsak od teh znanstvenikov, ki je raziskal sam, je prišel do iste hipoteze: da izvor življenja na Zemlji izvira iz organskih in mineralnih spojin (nežive snovi), ki so prej obstajale v primitivni atmosferi.

John Haldane, eden izmed predlagateljev teorije sinteze abiotikov

Iz česa je sestavljeno?

Teorija sinteze abiotikov ugotavlja, da je bil izvor življenja na Zemlji posledica mešanice anorganskih in organskih spojin, ki so bile takrat v atmosferi, ki je bila napolnjena z vodikom, metanom, vodno paro oz. ogljikov dioksid in amonijak.

Oparin in Haldaneova teorija

Oparin in Haldane sta menila, da ima zgodnja Zemlja zmanjševanje ozračja; torej ozračje z malo kisika, kjer prisotne molekule dajejo darovanje svojih elektronov.

V nadaljevanju se bo atmosfera postopoma spreminjala, pri čemer nastajajo enostavne molekule, kot so molekularni vodik (H2), metan (CH4), ogljikov dioksid (CO2), amonijak (NH3) in vodna para (H2O). V teh pogojih so predlagali:

- Preproste molekule bi lahko reagirale z uporabo energije sončnih žarkov, električnih izpustov iz neviht, toplote zemeljskega jedra, med drugimi vrstami energije, ki so na koncu vplivale na fizikalno-kemijske reakcije.

- To je spodbudilo nastajanje koacervatov (sistemov molekul, iz katerih izvira življenje po Oparinu), ki so plavali v oceanih.

- V tej "primitivni juhi" bi bili pogoji ustrezni, da bi lahko gradnike združili v kasnejših reakcijah.

- Večje in bolj zapletene molekule (polimeri), kot so beljakovine in nukleinske kisline, so nastale zaradi teh reakcij, ki jim je verjetno naklonjena prisotnost vode v bazenih blizu oceana.

- Te polimere bi lahko sestavili v enote ali strukture, ki jih je mogoče vzdrževati in razmnoževati. Oparin je menil, da bi lahko bile "kolonije" beljakovin, združenih zaradi izvajanja presnove, in Haldane je predlagal, da se makromolekule zaprejo v membrane, da tvorijo celicam podobne strukture.

Upoštevanje teorije

Podrobnosti o tem modelu verjetno niso povsem pravilne. Na primer, geologi zdaj verjamejo, da se zgodnje ozračje ni skrčilo, in ni jasno, ali so ribniki na robu oceana verjetno mesto za prvi pojav življenja.

Vendar je osnovna ideja "postopna in spontana tvorba skupin preprostih molekul, nato oblikovanje bolj zapletenih struktur in na koncu pridobitev sposobnosti samo ponovitve" v središču večine hipotez o izvoru dejansko življenje.

Poskusi, ki podpirajo teorijo abiotske sinteze

Miller in Urey eksperimentirata

Leta 1953 sta Stanley Miller in Harold Urey opravila poskus, da bi preizkusila ideje Oparina in Haldanea. Ugotovili so, da se organske molekule lahko proizvedejo spontano pod reducirajočimi pogoji, podobnimi tistim na prej opisani Zemlji.

Miller in Urey sta zgradila zaprt sistem, ki je vseboval količino segrete vode in mešanico plinov, za katere se je v zgodnji Zemljini atmosferi domnevalo, da so obilne: metan (CH4), ogljikov dioksid (CO2) in amonijak (NH3).

Da bi simulirali strele, ki so lahko zagotavljale energijo, potrebno za kemične reakcije, zaradi katerih so se pojavili bolj zapleteni polimeri, sta Miller in Urey preko eksperimentalnega sistema pošiljala električne izpuste skozi elektrodo.

Miller in Urey eksperimentirata

Potem ko sta teden dni izvajala eksperiment, sta Miller in Urey odkrila, da so nastale različne vrste aminokislin, sladkorja, lipidov in drugih organskih molekul.

Velike, zapletene molekule - kot DNK in beljakovine - so manjkale. Vendar je poskus Miller-Urey pokazal, da se vsaj nekateri gradniki teh molekul lahko spontano tvorijo iz preprostih spojin.

Poskus Juana Orója

Španski znanstvenik Juan Oró je z iskanjem izvora življenja svoje biokemijsko znanje uporabil za doseganje sinteze drugih organskih molekul, pomembnih za življenje.

Oró je ponovil pogoje eksperimenta Miller in Urey, ki proizvaja cianidne derivate v velikih količinah.

Z uporabo tega izdelka (cianovodikove kisline) ter amoniaka in vode je ta raziskovalec lahko sintetiziral molekule adenina, eno od 4 dušikovih baz DNK in eno od komponent ATP, temeljno molekulo, ki zagotavlja energijo večini živih bitij .

Ko je bila ta ugotovitev objavljena leta 1963, je imela ne le znanstven, temveč tudi popularen vpliv, saj je pokazala možnost spontanega pojava nukleotidov na zgodnji Zemlji brez zunanjega vpliva.

Prav tako mu je uspelo sintetizirati, tako da je v laboratoriju poustvaril okolje, podobno tistemu, ki je obstajalo na primitivni Zemlji, druge organske spojine, predvsem lipidi, ki so del celičnih membran, nekatere beljakovine in aktivne encime, pomembne pri presnovi.

Sydney Fox eksperiment

Leta 1972 so Sydney Fox in njegovi sodelavci izvedli poskus, ki jim je omogočil ustvarjanje struktur z membranskimi in osmotskimi lastnostmi; torej podobno kot žive celice, ki so jih poimenovali proteinoidne mikrosferele.

S suho mešanico aminokislin so jih segrevali na zmerne temperature; Tako so dosegli tvorbo polimerov. Ti polimeri, ko se raztopijo v fiziološki otopini, tvorijo drobne kapljice velikosti bakterijske celice, ki lahko izvajajo določene kemijske reakcije.

Te mikrosferele so imele prepustno dvojno ovojnico, podobno kot trenutne celične membrane, zaradi česar so lahko hidrirale in dehidrirale, odvisno od sprememb v okolju, kjer so bile.

Vsa ta opažanja, pridobljena s preučevanjem mikrosferul, so pokazala predstavo o vrsti procesov, ki bi lahko nastali prve celice.

Poskus Alfonsa Herrera

Drugi raziskovalci so izvedli lastne poskuse, da bi poskušali ponoviti molekularne strukture, ki so prinesle prve celice. Mehiškemu znanstveniku Alfonsu Herrera je uspelo umetno ustvariti strukture, ki jih imenuje sulfobios in kolpoidi.

Herrera je uporabil mešanice snovi, kot so amonijev sulfocianid, amonijev tiosanat in formaldehid, s katerimi je lahko sintetiziral majhne strukture z visoko molekulsko maso. Te strukture, bogate z žveplom, so bile organizirane na podoben način kot žive celice, zato jih je poimenoval sulfobia.

Podobno je mešal oljčno olje in bencin z majhnimi količinami natrijevega hidroksida, da je ustvaril druge vrste mikrostruktur, ki so bile organizirane na podoben način kot protozoje; poimenoval je te kopoide v mikrosferi.

Reference

1. Carranza, G. (2007). Biologija I. Uredniški prag, Mehika.
2. Flores, R., Herrera, L. & Hernández, V. (2004). Biologija 1 (1. izd.). Uredništvo Progreso.
3. Fox, SW (1957). Kemijski problem spontane tvorbe. Journal of Chemical Education, 34 (10), 472–479.
4. Fox, SW, & Harada, K. (1958). Termična kopolimerizacija aminokislin v proizvod, ki spominja na beljakovine. Znanost, 128, 1214.
5. Gama, A. (2004). Biologija: Biogeneza in mikroorganizmi (2. izd.). Pearsonova vzgoja.
6. Gama, A. (2007). Biologija I: konstruktivistični pristop (3. izd.). Pearsonova vzgoja.
7. Gordon-Smith, C. (2003). Hipoteza Oparin-Haldane. V izvoru življenja: Mejniki dvajsetega stoletja. Pridobljeno: simsoup.info
8. Herrera, A. (1942). Nova teorija o izvoru in naravi življenja. Znanost, 96: 14.
9. Ledesma-Mateos, I., in Cleaves, HJ (2016). Alfonso Luis Herrera in začetki evolucionizma in študij o nastanku življenja v Mehiki. Časopis za molekularno evolucijo, 83 (5-6), 193–203.
10. McCollom, T. (2013). Miller-Urey in dlje: Kaj smo se naučili o reakcijah organske sinteze prebiotikov v zadnjih 60 letih ?. Letni pregled zemeljskih in planetarnih znanosti, 41, 207-229.
11. Miller, S. (1953) Proizvodnja aminokislin v možnih primitivnih zemeljskih pogojih. Znanost 117: 528– 529
12. Miller, SL (1955). Proizvodnja nekaterih organskih spojin v možnih primitivnih pogojih Zemlje. Časopis American Chemical Society.
13. Miller, SL, Urey, HC, & Oró, J. (1976). Izvor organskih spojin na primitivni zemlji in v meteoritih. Časopis za molekularno evolucijo, 9 (1), 59–72.
14. Oñate, L. (2010). Biologija 1, letnik 1. Uredniki učnega učenja.
15. Parker, ET, Cleaves, HJ, Callahan, MP, Dworkin, JP, Glavin, DP, Lazcano, A., & Bada, JL (2011). Prebiotična sinteza metionina in drugih organskih spojin, ki vsebujejo žveplo, na primitivni zemlji: sodobna ponovna ocena na podlagi neobjavljenega eksperimenta Stanley Miller iz leta 1958. Izvori življenja in razvoja biosfer, 41 (3), 201–212.