ABIOGENES: HUVUDTEORIER - BIOLOGI - 2025

Den uralstring avser antalet processer och steg som har sitt ursprung de första formerna av livet på jorden, inert monomera startblocken, med tidens gång var i stånd att öka deras komplexitet. Mot bakgrund av denna teori uppstod liv från icke-levande molekyler under de lämpliga förhållandena.

Det är troligt att efter abiogenes producerade enkla livssystem, biologisk evolution agerade för att ge upphov till alla komplexa livsformer som finns idag.

Källa: pixabay.com

Vissa forskare anser att abiogenesprocesser måste ha inträffat minst en gång i jordens historia för att ge upphov till den hypotetiska organismen LUCA eller den senaste universella gemensamma förfäder (från akronymen på engelska, den senaste universella gemensamma förfäder), för cirka 4 miljarder sedan av år.

Det föreslås att LUCA måste ha haft en genetisk kod baserad på DNA-molekylen, som med sina fyra baser grupperade i tripletter kodade de 20 typerna av aminosyror som utgör proteiner. Forskare som försöker förstå livets ursprung studerar abiogenesprocesserna som gav upphov till LUCA.

Svaret på denna fråga har ifrågasatts allmänt och är ofta hylt av en dis av mysterium och osäkerhet. Av denna anledning har hundratals biologer föreslagit en serie teorier som sträcker sig från uppkomsten av en primordial soppa till förklaringar relaterade till xenobiologi och astrobiologi.

Vad består det av?

Abiogenesteorin är baserad på en kemisk process genom vilken de enklaste livsformerna framkom från livlösa föregångare.

Det antas att processen för abiogenes inträffade kontinuerligt, i motsats till synen på uppkomsten plötsligt i en lycklig händelse. Således antar denna teori att det finns ett kontinuum mellan icke-levande materia och de första levande systemen.

På samma sätt föreslås en serie olika scenarier där livets början kan uppstå från oorganiska molekyler. Dessa miljöer är i allmänhet extrema och skiljer sig från nuvarande förhållanden på jorden.

Dessa antagna prebiotiska tillstånd reproduceras ofta i laboratoriet för att försöka generera organiska molekyler, som det berömda Miller- och Urey-experimentet.

Livets ursprung: teorier

Livets ursprung har varit ett av de mest kontroversiella ämnena för forskare och filosofer sedan Aristoteles tid. Enligt denna viktiga tänkare kan sönderdelande materier förvandlas till levande djur tack vare naturens spontana handling.

Abiogenes i ljuset av den aristoteliska tanken kan sammanfattas i hans berömda fras omne vivum ex vivo, vilket betyder "allt liv går från livet".

Därefter har ett ganska stort antal modeller, teorier och spekulationer försökt belysa förhållandena och processerna som ledde till livets ursprung.

De mest framstående teorierna, både ur historisk och vetenskaplig synvinkel, som har försökt förklara ursprunget till de första levande systemen kommer att beskrivas nedan:

Teorin om spontan generation

I början av 1600-talet antogs det att livsformer kunde komma från livlösa element. Teorin om spontan generation accepterades allmänt av tänkarna i tiden sedan den fick stöd av den katolska kyrkan. Således kan levande varelser spira både från sina föräldrar och från icke-levande materia.

Bland de mest kända exemplen som används för att stödja denna teori är utseendet på maskar och andra insekter i rötande kött, grodor som visade sig från lera och möss som kom ut från smutsiga kläder och svett.

Det fanns faktiskt recept som lovade skapandet av levande djur. Till exempel, för att kunna skapa möss från icke-levande material, måste vete korn kombineras med smutsiga kläder i en mörk miljö och levande gnagare dyker upp under dagarna.

Förespråkare för denna blandning hävdade att människans svett på kläder och jäsning av vete var ledande medel för livsbildningen.

Refutation av spontan generation

På sjuttonhundratalet började brister och luckor märkas i uttalanden från teorin om spontan generation. Det var först 1668 som den italienska fysikern Francesco Redi utformade en lämplig experimentell design för att avvisa den.

I sina kontrollerade experiment placerade Redi finskurna köttbitar som var inslagna i muslin i sterila behållare. Dessa burkar var ordentligt täckta med gasväv, så ingenting kunde komma i kontakt med köttet. Experimentet innehöll också en annan uppsättning burkar som inte täcktes.

Under dagarna observerades maskar endast i de burkar som avslöjades, eftersom flugorna kunde komma fritt in och lägga ägg. När det gäller de täckta burkarna placerades äggen direkt på gasen.

På liknande sätt utvecklade forskaren Lazzaro Spallanzani en serie experiment för att avvisa lokaler för spontan generation. För att göra detta gjorde han en serie buljonger som han utsattes för långvarig kokning för att förstöra alla mikroorganismer som kommer att leva där.

Men förespråkare av spontan generation hävdade att mängden värme som buljongen utsattes för var för stor och förstörde "livskraften".

Pasteurs bidrag

Senare, 1864, försökte den franska biologen och kemisten Louis Pasteur att sätta stopp för postulaterna från spontan generation.

För att uppfylla detta mål tillverkade Pasteur glasbehållare kända som "svanhalsflaskor", eftersom de var långa och böjda vid spetsarna, vilket förhindrade inträde av mikroorganismer.

I dessa behållare kokade Pasteur en serie buljonger som förblev sterila. När halsen på en av dem bröts, förorenades den och mikroorganismerna spridades på kort tid.

Beviset från Pasteur var oåterkalleligt och lyckades vända en teori som varade i mer än 2500 år.

Panspermia

I början av 1900-talet skrev den svenska kemisten Svante Arrhenius en bok med titeln "Skapandet av världar" där han föreslog att livet kom från rymden via sporer som är resistenta mot extrema förhållanden.

Logiskt sett var teorin om panspermia omgiven av mycket kontrovers, förutom att den inte riktigt gav en förklaring till livets ursprung.

Kemosyntetisk teori

När Pasteurs experiment undersöks är en av de indirekta slutsatserna av hans bevis att mikroorganismer endast utvecklas från andra, det vill säga att livet bara kan komma från livet. Detta fenomen kallades "biogenes".

Efter detta perspektiv skulle teorierna om kemisk utveckling dyka upp, ledda av ryssaren Alexander Oparin och engelsmannen John DS Haldane.

Denna uppfattning, även kallad kemosyntetisk teori Oparin - Haldane, föreslår att jorden i en prebiotisk miljö hade en atmosfär som saknar syre och hade hög vattenhalt, metan, ammoniak, koldioxid och väte, vilket gör den mycket reduktiv.

I denna miljö fanns det olika krafter som elektriska urladdningar, solstrålning och radioaktivitet. Dessa krafter verkade på oorganiska föreningar och gav upphov till större molekyler och skapade organiska molekyler kända som prebiotiska föreningar.

Miller och Urey experimenterar

I mitten av 1950-talet lyckades forskarna Stanley L. Miller och Harold C. Urey skapa ett genialt system som simulerade antagna antika förhållanden i atmosfären på jorden efter Oparin - Haldane teorin.

Stanley och Urey fann att under dessa "primitiva" förhållanden kan enkla oorganiska föreningar ge upphov till komplexa organiska molekyler, nödvändiga för livet, såsom aminosyror, fettsyror, urea, bland andra.

Polymerbildning

Även om de ovannämnda experimenten antyder ett rimligt sätt på vilket biomolekyler som är en del av levande system har sitt ursprung, föreslår de ingen förklaring för polymerisationsprocessen och ökad komplexitet.

Det finns flera modeller som försöker belysa denna fråga. Den första omfattar fasta mineralytor, där den höga ytan och silikaterna kan fungera som katalysatorer för kolmolekyler.

Djupt i havet är hydrotermiska ventiler en lämplig källa för katalysatorer, såsom järn och nickel. Enligt laboratorieexperiment deltar dessa metaller i polymerisationsreaktioner.

Slutligen finns det i havsgravarna varma pooler, som på grund av förångningsprocesser kan gynna koncentrationen av monomerer och gynna bildandet av mer komplexa molekyler. "Ursprungssoppa" -hypotesen bygger på detta antagande.

Avstämning av Miller och Pasteur-resultat

Efter den idéordning som diskuterades i de föregående avsnitten har vi att Pasteurs experiment fann att livet inte uppstår från inerta material, medan bevisen från Miller och Urey indikerar att det gör det, men på molekylär nivå.

För att förena båda resultaten måste man komma ihåg att jordens atmosfär i dag är helt annorlunda än den prebiotiska atmosfären.

Syre som finns i den nuvarande atmosfären skulle fungera som en "förstörare" av molekylerna i bildningen. Det bör också beaktas att energikällorna som förmodligen drev bildningen av organiska molekyler inte längre är närvarande med frekvensen och intensiteten i den prebiotiska miljön.

Alla livsformer som finns på jorden består av en uppsättning strukturblock och stora biomolekyler, kallade proteiner, nukleinsyror och lipider. Med dem kan du "beväpna" grunden för det aktuella livet: celler.

I cellen försvaras livet och på denna princip bygger Pasteur för att bekräfta att varje levande varelse måste komma från en annan redan existerande.

RNA värld

Autokatalysens roll under abiogenes är avgörande, av den anledningen är en av de mest kända hypoteserna om livets ursprung RNA-världen, som postulerar ett start från en-kedjiga molekyler med kapacitet för självreplikation.

Denna uppfattning om RNA antyder att de första biokatalysatorerna inte var molekyler av proteinkaraktär utan snarare RNA-molekyler - eller en polymer som liknar den - med förmågan att katalysera.

Detta antagande är baserat på RNA: s egenskap att syntetisera korta fragment med användning av glödgning som styr processen, förutom att främja bildningen av peptider, estrar och glykosidbindningar.

Enligt denna teori var förfäder RNA associerat med vissa kofaktorer såsom metaller, pyrimidiner och aminosyror. Med metabolismens ökande och ökande komplexitet uppstår förmågan att syntetisera polypeptider.

Under utvecklingen ersattes RNA av en mer kemiskt stabil molekyl: DNA.

Nuvarande uppfattningar om livets ursprung

För närvarande misstänks att livet har sitt ursprung i ett extremt scenario: havsområden nära vulkaniska ventilationsöppningar där temperaturen kan nå 250 ° C och atmosfärstrycket överstiger 300 atmosfärer.

Denna misstankar beror på mångfalden av livsformer som finns i dessa fientliga regioner och denna princip är känd som "het världsteori".

Dessa miljöer har koloniserats av archaebacteria, organismer som kan växa, utvecklas och reproduceras i extrema miljöer, troligen mycket lika med prebiotiska förhållanden (bland dem låga syrekoncentrationer och höga CO ₂ -nivåer ).

Värmestabiliteten i dessa miljöer, det skydd som de ger mot plötsliga förändringar och det ständiga flödet av gaser är några av de positiva egenskaperna som gör havsbotten och vulkaniska ventilationsöppningar lämpliga miljöer för livets ursprung.

Biogenes och abiogenes termer

1974 publicerade den berömda forskaren Carl Sagan en artikel som klargjorde användningen av termerna biogenes och abiogenes. Enligt Sagan har båda termerna använts felaktigt i artiklar relaterade till förklaringar om ursprunget till de första levande formerna.

Bland dessa fel är att använda termen biogenes som sin egen antonym. Det vill säga biogenes används för att beskriva livets ursprung med utgångspunkt från andra levande former, medan abiogenes avser livets ursprung från icke-levande ämnen.

I denna mening betraktas en samtida biokemisk väg som biogen och en prebiologisk metabolisk väg är abiogen. Därför är det nödvändigt att vara särskilt uppmärksam på användningen av båda villkoren.

referenser

1. Bergman, J. (2000). Varför abiogenes är omöjligt. Creation Research Society Quarterly, 36 (4).
2. Pross, A., & Pascal, R. (2013). Livets ursprung: vad vi vet, vad vi kan veta och vad vi aldrig kommer att veta. Open Biology, 3 (3), 120190.
3. Sadava, D., & Purves, WH (2009). Livet: biologiens vetenskap. Panamerican Medical Ed.
4. Sagan, C. (1974). På termerna "biogenes" och "abiogenes". Origins of Life and Evolution of Biospheres, 5 (3), 529–529.
5. Schmidt, M. (2010). Xenobiology: en ny livsform som det ultimata biosäkerhetsverktyget. Bioessays, 32 (4), 322–331.
6. Serafino, L. (2016). Abiogenes som en teoretisk utmaning: Vissa reflektioner. Journal of theoretical biology, 402, 18–20.