ABIOĢENĒZE: GALVENĀS TEORIJAS - BIOLOĢIJA - 2025

Abioģenēze attiecas uz vairākiem procesiem un soļiem, kas radās pirmās dzīvības formas uz zemes, inerta monomēru starta blokiem, ar laika gaitā bija iespēja , lai palielinātu savu sarežģītību. Ņemot vērā šo teoriju, dzīvība attiecīgos apstākļos radās no nedzīvām molekulām.

Iespējams, ka pēc abioģenēzes radītas vienkāršas dzīvības sistēmas, bioloģiskā evolūcija rīkojās, lai izraisītu visas mūsdienās pastāvošās sarežģītās dzīvības formas.

Avots: pixabay.com

Daži pētnieki uzskata, ka abioģenēzes procesiem vismaz vienreiz Zemes vēsturē ir jābūt notikušiem, lai radītu hipotētisko organismu LUCA vai pēdējo universālo kopējo senču (no akronīma angļu valodā, last universal common ancets), apmēram pirms 4 miljardiem gadu. gadu laikā.

Tiek ierosināts, ka LUCA jābūt ģenētiskam kodam, kura pamatā ir DNS molekula, kura ar četrām bāzēm, kas sagrupētas tripletos, kodēja 20 aminoskābju veidus, kas veido olbaltumvielas. Pētnieki, cenšoties izprast dzīves izcelsmi, pēta abioģenēzes procesus, kas izraisīja LUCA.

Atbilde uz šo jautājumu ir plaši apšaubīta, un to bieži apņem noslēpuma un nenoteiktības migla. Šī iemesla dēļ simtiem biologu ir ierosinājuši virkni teoriju, sākot no pirmatnējās zupas parādīšanās un beidzot ar skaidrojumiem, kas saistīti ar ksenobioloģiju un astrobioloģiju.

No kā tas sastāv?

Abioģenēzes teorijas pamatā ir ķīmisks process, ar kura palīdzību no nedzīvajiem prekursoriem izcēlās vienkāršākās dzīvības formas.

Tiek pieņemts, ka abioģenēzes process notika nepārtraukti, pretstatā uzskatam par pēkšņu parādīšanos laimīgā notikumā. Tādējādi šī teorija pieņem, ka pastāv nemitīgums starp nedzīvo matēriju un pirmajām dzīvajām sistēmām.

Tāpat tiek ierosināta virkne dažādu scenāriju, kur dzīves sākums varētu notikt no neorganiskām molekulām. Šī vide parasti ir ārkārtēja un atšķiras no pašreizējiem apstākļiem uz zemes.

Šos domājamos prebiotiskos apstākļus bieži atkārto laboratorijā, lai mēģinātu radīt organiskas molekulas, piemēram, slavenā Millera un Ūreja eksperimentā.

Dzīves izcelsme: teorijas

Kopš Aristoteļa laikiem dzīves izcelsme ir viena no pretrunīgākajām tēmām zinātniekiem un filozofiem. Pēc šī svarīgā domātāja domām, sadaloties vielas, pateicoties dabas spontānai rīcībai, varētu tikt pārveidotas par dzīviem dzīvniekiem.

Abioģenēzi, ņemot vērā aristoteliešu domāšanu, var apkopot viņa slavenajā frāzē omne vivum ex vivo, kas nozīmē “visa dzīve nāk no dzīves”.

Pēc tam diezgan liels skaits modeļu, teoriju un spekulāciju ir mēģinājuši noskaidrot apstākļus un procesus, kas noveda pie dzīvības rašanās.

Tālāk tiks aprakstītas izcilākās teorijas gan no vēsturiskā, gan zinātniskā viedokļa, kas cenšas izskaidrot pirmo dzīvo sistēmu izcelsmi:

Spontānas ģenerēšanas teorija

17. gadsimta sākumā tika postulēts, ka dzīvības formas var rasties no nedzīviem elementiem. Spontānās paaudzes teoriju plaši pieņēma tā laika domātāji, jo tai bija katoļu baznīcas atbalsts. Tādējādi dzīvās būtnes varētu dīgt gan no vecākiem, gan no nedzīvās vielas.

Starp slavenākajiem piemēriem, ko izmanto šīs teorijas atbalstam, ir tārpu un citu kukaiņu parādīšanās sagruvušajā gaļā, vardes, kas parādījās no dubļiem, un pelēm, kas parādījās no netīrām drēbēm un sviedriem.

Patiesībā bija receptes, kas solīja radīt dzīvus dzīvniekus. Piemēram, lai no nedzīvas vielas izveidotu peles, kviešu graudi tumšā vidē bija jāapvieno ar netīrām drēbēm, un dienu laikā parādās dzīvi grauzēji.

Šī maisījuma atbalstītāji apgalvoja, ka cilvēka sviedri uz apģērba un kviešu raudzēšana bija dzīvības veidošanās virzītāji.

Spontānas paaudzes atspēkošana

Septiņpadsmitajā gadsimtā spontānās paaudzes teorijas izteikumos sāka pamanīt trūkumus un nepilnības. Tikai līdz 1668. gadam itāļu fiziķis Frančesko Redi izstrādāja piemērotu eksperimentālu dizainu, lai to noraidītu.

Savos kontrolētajos eksperimentos Redi sterilos traukos ievietoja smalki sagrieztus gaļas gabalus, kas ietīti muslīnā. Šīs burkas bija pareizi pārklātas ar marli, tāpēc nekas nevarēja nonākt saskarē ar gaļu. Eksperimentā tika parādīts arī cits burku komplekts, kam netika uzlikts vāciņš.

Dienu laikā tārpi tika novēroti tikai neatklātajās burkās, jo mušas varēja brīvi iekļūt un dēt olas. Pārklātu burku gadījumā olas ievietoja tieši uz marles.

Līdzīgi pētnieks Lazzaro Spallanzani izstrādāja virkni eksperimentu, lai noraidītu spontānas paaudzes telpas. Lai to izdarītu, viņš pagatavoja virkni buljonu, kurus ilgstoši vārīja, lai iznīcinātu visus mikroorganismus, kas tur dzīvos.

Tomēr spontānas paaudzes aizstāvji apgalvoja, ka siltuma daudzums, kuram buljoni tika pakļauti, bija pārmērīgs un iznīcināja "dzīvības spēku".

Pasteur ieguldījums

Vēlāk, 1864. gadā, franču biologs un ķīmiķis Luiss Pasteurs nolēma izbeigt spontānas paaudzes postulātus.

Lai sasniegtu šo mērķi, Pasteur izgatavoja stikla traukus, kas pazīstami kā “ērkšķogu kolbas”, jo tie bija gari un izliekti pa galiem, tādējādi neļaujot iekļūt mikroorganismiem.

Šajos traukos Pasteur vārīja buljonu sēriju, kas palika sterila. Kad viena no tām kakls tika salauzts, tas tika inficēts un mikroorganismi īsā laikā izplatījās.

Pasteūra sniegtie pierādījumi bija neapgāžami, jo viņiem izdevās apgāzt teoriju, kas ilga vairāk nekā 2500 gadus.

Panspermija

1900. gadu sākumā zviedru ķīmiķis Svante Arrhenius uzrakstīja grāmatu ar nosaukumu “Pasaulu radīšana”, kurā viņš ierosināja, ka dzīvība nāca no kosmosa caur sporām, kas izturīgas pret ekstremāliem apstākļiem.

Loģiski, ka panspermijas teoriju apņēma daudz diskusiju, turklāt tā patiesībā nesniedza izskaidrojumu dzīves izcelsmei.

Ķemosintētiskā teorija

Pārbaudot Pasteura eksperimentus, viens no netiešajiem viņa liecību secinājumiem ir tāds, ka mikroorganismi attīstās tikai no citiem, tas ir, dzīvība var nākt tikai no dzīves. Šo parādību sauca par "bioģenēzi".

Pēc šīs perspektīvas parādīsies ķīmiskās evolūcijas teorijas, kuras vadīja krievs Aleksandrs Oparins un anglis Džons DS Haldāns.

Šis skats, ko sauc arī par oparīna-haldāna ķīmiskās sintēzes teoriju, ierosina, ka prebiotiskā vidē uz zemes bija atmosfēra, kurā nebija skābekļa un kurā bija daudz ūdens tvaiku, metāna, amonjaka, oglekļa dioksīda un ūdeņraža, padarot to par ļoti reducējošu.

Šajā vidē bija dažādi spēki, piemēram, elektriskās izlādes, saules starojums un radioaktivitāte. Šie spēki iedarbojās uz neorganiskiem savienojumiem, radot lielākas molekulas, veidojot organiskas molekulas, kas pazīstamas kā prebiotiski savienojumi.

Millers un Urijs eksperimentē

50. gadu vidū pētniekiem Stenlijam L. Milleram un Haroldam C. Urejam izdevās radīt ģeniālu sistēmu, kas simulēja it kā senos atmosfēras apstākļus uz zemes, sekojot Oparīna - Haldāna teorijai.

Stenlijs un Urijs atklāja, ka šajos "primitīvajos" apstākļos vienkāršie neorganiskie savienojumi var radīt sarežģītas organiskas molekulas, kas ir dzīvībai svarīgas, piemēram, aminoskābes, taukskābes, urīnviela, cita starpā.

Polimēru veidošanās

Lai arī iepriekš minētie eksperimenti liek domāt par biomolekulu, kas ir dzīvo sistēmu sastāvdaļu, ticamu rašanās veidu, tie neliecina par skaidrojumu polimerizācijas procesam un paaugstinātai sarežģītībai.

Ir vairāki modeļi, kas mēģina noskaidrot šo jautājumu. Pirmais ir saistīts ar cietām minerālu virsmām, kur liels virsmas laukums un silikāti varētu darboties kā oglekļa molekulu katalizatori.

Dziļi okeānā hidrotermiskās atveres ir piemērots katalizatoru, piemēram, dzelzs un niķeļa, avots. Saskaņā ar laboratorijas eksperimentiem šie metāli piedalās polimerizācijas reakcijās.

Visbeidzot, okeāna tranšejās ir karsti baseini, kas iztvaikošanas procesu dēļ varētu veicināt monomēru koncentrāciju, sekmējot sarežģītāku molekulu veidošanos. Hipotēzes “pirmatnējā zupa” pamatā ir šis pieņēmums.

Millera un Pasteura rezultātu saskaņošana

Ievērojot iepriekšējās sadaļās apspriesto ideju secību, Pasteur eksperimenti atklāja, ka dzīvība nerodas no inertiem materiāliem, savukārt Millera un Ureja pierādījumi liecina, ka tā notiek, bet gan molekulārā līmenī.

Lai saskaņotu abus rezultātus, jāpatur prātā, ka Zemes atmosfēras sastāvs šodien pilnīgi atšķiras no prebiotiskās atmosfēras.

Skābeklis, kas atrodas pašreizējā atmosfērā, darbosies kā veidošanā esošo molekulu "iznīcinātājs". Jāņem vērā arī tas, ka enerģijas avoti, kas it kā veicināja organisko molekulu veidošanos, vairs nepastāv ar prebiotiskās vides biežumu un intensitāti.

Visas dzīvības formas, kas atrodas uz Zemes, sastāv no strukturālu bloku un lielu biomolekulu kopa, ko sauc par olbaltumvielām, nukleīnskābēm un lipīdiem. Ar viņu palīdzību jūs varat "apbruņot" pašreizējās dzīves pamatu: šūnas.

Šūnā mūžīgais mūžs tiek iemūžināts, un uz šī principa Pasteur balstās uz apgalvojumu, ka katrai dzīvai būtnei ir jānāk no citas iepriekš pastāvošas.

RNS pasaule

Autokatalīzes loma abioģenēzes laikā ir izšķiroša, tāpēc viena no slavenākajām hipotēzēm par dzīves izcelsmi ir RNS pasaule, kas postulē startu no vienas ķēdes molekulām ar spēju pašreplicēties.

Šis RNS jēdziens liek domāt, ka pirmie biokatalizatori nebija olbaltumvielu rakstura molekulas, bet gan RNS molekulas - vai tam līdzīgs polimērs - ar spēju katalizēt.

Šis pieņēmums ir balstīts uz RNS īpašību sintezēt īsus fragmentus, izmantojot atkvēlināšanu, kas vada procesu, papildus tam, lai veicinātu peptīdu, esteru un glikozīdu saišu veidošanos.

Saskaņā ar šo teoriju senču RNS bija saistīta ar dažiem kofaktoriem, piemēram, metāliem, pirimidīniem un aminoskābēm. Attīstoties un palielinoties metabolisma sarežģītībai, rodas spēja sintezēt polipeptīdus.

Evolūcijas gaitā RNS tika aizstāta ar ķīmiski stabilāku molekulu: DNS.

Pašreizējie priekšstati par dzīves izcelsmi

Mūsdienās pastāv aizdomas, ka dzīvības cēlonis ir ekstrēms scenārijs: okeāna apgabali pie vulkāniskās atveres, kur temperatūra var sasniegt 250 ° C un atmosfēras spiediens pārsniedz 300 atmosfēras.

Šīs aizdomas rodas no dzīvības formu daudzveidības, kas sastopama šajos naidīgajos reģionos, un šis princips ir pazīstams kā “karstā pasaules teorija”.

Šo vidi kolonizēja arhebaktērijas - organismi, kas spēj augt, attīstīties un vairoties ekstrēmās vidēs, iespējams, ļoti līdzīgi prebiotiskiem apstākļiem (ieskaitot zemu skābekļa koncentrāciju un augstu CO ₂ līmeni ).

Šīs vides termiskā stabilitāte, aizsardzība, ko tā nodrošina pret pēkšņām izmaiņām, un pastāvīga gāzu plūsma ir daži no pozitīvajiem raksturlielumiem, kas padara jūras dibena un vulkāniskās atveres piemērotu vidi dzīvības izcelsmei.

Bioģenēzes un abioģenēzes termini

1974. gadā slavenais pētnieks Karls Sagans publicēja rakstu, kurā skaidrots terminu bioģenēze un abioģenēze lietojums. Pēc Sagana teiktā, abi termini ir kļūdaini izmantoti pantos, kas saistīti ar pirmo dzīvo formu izcelsmes skaidrojumiem.

Starp šīm kļūdām ir termina bioģenēze izmantošana par savu antonīmu. Tas ir, bioģenēze tiek izmantota, lai aprakstītu dzīvības izcelsmi, sākot ar citām dzīvām formām, savukārt abioģenēze attiecas uz dzīvības izcelsmi no nedzīvas vielas.

Šajā ziņā mūsdienu bioķīmiskais ceļš tiek uzskatīts par biogēnu, un prebioloģiskais metabolisma ceļš ir abiogēns. Tāpēc ir jāpievērš īpaša uzmanība abu terminu lietošanai.

Atsauces

1. Bergmans, J. (2000). Kāpēc abioģenēze nav iespējama. Radīšanas pētījumu biedrības ceturksnis, 36 (4).
2. Pross, A., & Pascal, R. (2013). Dzīves izcelsme: tas, ko mēs zinām, ko mēs varam zināt un ko mēs nekad neuzzināsim. Open Biology, 3 (3), 120190.
3. Sadava, D., & Purves, WH (2009). Dzīve: bioloģijas zinātne. Panamerican Medical Ed.
4. Sagan, C. (1974). Ar terminiem 'bioģenēze' un 'abioģenēze'. Dzīves pirmsākumi un biosfēru evolūcija, 5. (3), 529. – 529.
5. Šmits, M. (2010). Ksenobioloģija: jauna dzīvības forma kā galvenais bioloģiskās drošības līdzeklis. Bioesijas grāmatas, 32 (4), 322–331.
6. Serafino, L. (2016). Abioģenēze kā teorētisks izaicinājums: dažas pārdomas. Teorētiskās bioloģijas žurnāls, 402, 18–20.