Abiogeneza: principalele teorii

Abiogeneza se referă la seria de procese și etape care au generat primele forme de viață pe pământ, pornind de la blocurile inerte de monomeri, care în timp au reușit să-și sporească complexitatea. În lumina acestei teorii, viața a apărut din moleculele ne-vii, în condițiile potrivite.

Este probabil ca după abiogeneză să se producă sisteme simple de viață, evoluția biologică va acționa pentru a da naștere tuturor formelor de viață complexe care există astăzi.

Unii cercetători cred că procesele de abiogeneză ar fi trebuit să aibă loc cel puțin o dată în istoria pământului, pentru a da naștere organismului ipotetic LUCA sau ultimul strămoș comun universal (al acronimului în engleză , ultimul strămoș comun universal ), aproximativ 4 miliarde de ani.

Se sugerează că LUCA ar trebui să aibă un cod genetic bazat pe molecula ADN, care cu cele patru baze grupate în tripleți, codificate pentru cele 20 de tipuri de aminoacizi care formează proteine. Cercetătorii care încearcă să înțeleagă originea vieții studiază procesele de abiogeneză care au dat naștere la LUCA.

Răspunsul la această întrebare a fost pus la îndoială pe scară largă și este adesea acoperit într-o ceață de mister și incertitudine. Din acest motiv, sute de biologi au propus o serie de teorii care implică de la apariția unei supă primordială la explicații legate de xenobiologie și astrobiologie.

Din ce constă?

Teoria abiogenezei se bazează pe un proces chimic prin care forme de viață mai simple au ieșit din precursorii fără viață.

Se presupune că procesul de abiogeneză a apărut în mod continuu, spre deosebire de apariția bruscă a unui eveniment de noroc. Astfel, această teorie presupune existența unui continuum între materia nevenită și primele sisteme vii.

De asemenea, se sugerează o serie de scenarii variate în care începutul vieții ar putea porni de la moleculele anorganice. În general, aceste medii sunt extreme și diferite de condițiile actuale ale pământului.

Aceste presupuse condiții prebiotice sunt de obicei reproduse în laborator pentru a încerca să genereze molecule organice, cum ar fi celebrul experiment Miller și Urey.

Originea vieții: teorii

Originea vieții a fost unul dintre subiectele cele mai controversate ale oamenilor de știință și filozofilor din vremea lui Aristotel. Conform acestui gânditor important, materia descompusă ar putea fi transformată în animale cu viață datorită acțiunii spontane a naturii.

Abiogeneza în lumina gândului aristotelian poate fi rezumată în celebra frază omne vivum ex vivo, care înseamnă "toată viața vine din viață".

Apoi, un număr destul de mare de modele, teorii și speculații au încercat să elucideze condițiile și procesele care au dus la originea vieții.

Mai jos vom descrie cele mai remarcabile teorii, atât din punct de vedere istoric, cât și din punct de vedere științific, care au căutat să explice originea primelor sisteme vii:

Teoria generării spontane

La începutul secolului al XVII-lea, sa presupus că formele de viață ar putea apărea din elementele fără viață. Teoria generării spontane a fost acceptată pe scară largă de gânditorii de atunci, deoarece a avut sprijinul Bisericii Catolice. Astfel, ființele vii ar putea să-și germineze atât părinții, cât și materia non-vie.

Printre cele mai cunoscute exemple folosite pentru susținerea acestei teorii se numără apariția viermilor și a altor insecte în carne descompusă, broaște care au apărut din noroi și șoareci care au ieșit din haine murdare și sudoare.

De fapt, au existat rețete care au promis crearea animalelor vii. De exemplu, pentru a crea șoareci din material nevinovat, boabele de grâu trebuiau combinate cu haine murdare într-un mediu întunecat și cu trecerea zilelor apar rozătoare vii.

Avocații acestui amestec au susținut că transpirația umană în haine și fermentația de grâu erau agenții care au dirijat formarea vieții.

Refuzarea generației spontane

În secolul al XVII-lea a început să observe neajunsuri și lacune în declarațiile teoriei generării spontane. Până în 1668, fizicianul italian Francesco Redi a creat un design experimental adecvat pentru al respinge.

În experimentele sale controlate, Redi a pus bucățele de carne tocată în formă fină, învelite în mușchi, în recipiente sterile. Aceste borcane erau acoperite corespunzător cu tifon, astfel încât nimic nu putea intra în contact cu carnea. În plus, experimentul a numărat o altă serie de sticle care nu au fost acoperite.

Odată cu trecerea zilelor, viermii s-au observat numai în borcanele care au fost descoperite, deoarece muștele puteau intra și depozita liber ouăle. În cazul borcanelor cu capac, ouăle au fost așezate direct pe tifon.

În același mod, cercetătorul Lazzaro Spallanzani a dezvoltat o serie de experimente pentru a respinge premisele generării spontane. Pentru aceasta, el a elaborat o serie de supă pe care le supus la fierbere prelungită pentru a distruge orice microorganism care va locui acolo.

Cu toate acestea, avocații generației spontane au susținut că cantitatea de căldură la care au fost expuse broilele a fost excesivă și a distrus "forța vitală".

Contribuții ale lui Pasteur

Mai târziu, în anul 1864, biologul și chimistul francez Louis Pasteur au propus să pună capăt postulatelor de generare spontană.

Pentru a îndeplini acest obiectiv, Pasteur a făcut recipiente de sticlă cunoscute sub numele de "gâtul lebedelor", deoarece erau lungi și curbate la vârfuri, împiedicând astfel intrarea oricărui microorganism.

În aceste containere, Pasteur a fiert o serie de bulion care a rămas sterilă. Când gâtul uneia dintre ele a izbucnit, a devenit contaminat și microorganismele au proliferat într-un timp scurt.

Dovezile furnizate de Pasteur au fost incontestabile, reușind să distrugă o teorie care a durat mai mult de 2500 de ani.

panspermie

La începutul anilor 1900, chimistul suedez Svante Arrhenius a scris o carte intitulată " Crearea lumilor ", în care a sugerat că viața a venit din spațiu prin spori rezistenți la condițiile extreme.

Logic, teoria panspermiei a fost înconjurată de multă controversă, pe lângă faptul că nu a contribuit cu adevărat la o explicație a originii vieții.

Teoria chimosintetică

În examinarea experimentelor lui Pasteur, una dintre concluziile indirecte ale dovezilor sale este că microorganismele se dezvoltă doar de la alții, adică viața nu poate veni decât din viață. Acest fenomen a fost numit "biogeneză".

Urmând această perspectivă, vor apărea teorii ale evoluției chimice, conduse de rusul Alexander Oparin și de englezul John DS Haldane.

Această viziune, numită și teoria chemosintetică a lui Oparin-Haldane, propune ca într-un mediu prebiotic pământul să posede o atmosferă lipsită de oxigen și să aibă o cantitate mare de vapori de apă, metan, amoniac, dioxid de carbon și hidrogen.

În acest mediu au existat forțe diferite, cum ar fi descărcările electrice, radiațiile solare și radioactivitatea. Aceste forțe au acționat asupra compușilor anorganici, generând molecule mai mari, creând molecule organice cunoscute sub denumirea de compuși prebiotici.

Experimentele Miller și Urey

La mijlocul anilor 1950, cercetătorii Stanley L. Miller și Harold C. Urey au reușit să creeze un sistem ingenios care să simuleze presupusele condiții ancestrale ale atmosferei pe pământ, urmând teoria lui Oparin-Haldane.

Stanley și Urey au demonstrat că, în aceste condiții "primitive", compușii anorganici simpli pot provoca molecule complexe organice, indispensabile vieții, cum ar fi aminoacizii, acizii grași, ureea, printre altele.

Formarea polimerilor

Deși experimentele menționate anterior sugerează un mod plauzibil prin care biomoleculele care fac parte din sistemele vii provin, ele nu sugerează nici o explicație a procesului de polimerizare și creșterea complexității.

Există mai multe modele care încearcă să elucideze această întrebare. Prima se referă la suprafețele minerale solide, în care suprafața ridicată și silicatul pot acționa ca catalizatori pentru moleculele de carbon.

În adâncurile oceanelor, orificii hidrotermale sunt o sursă adecvată de catalizatori, cum ar fi fierul și nichelul. Conform experimentelor din laboratoare, aceste metale participă la reacțiile de polimerizare.

În cele din urmă, în carierele oceanelor există iazuri fierbinți, care prin procesele de evaporare ar putea favoriza concentrația de monomeri, favorizând formarea de molecule mai complexe. În această ipoteză se bazează ipoteza "supă primordială".

Reconcilierea rezultatelor lui Miller și a lui Pasteur

Urmând ordinea ideii discutate în secțiunile anterioare, experimentul lui Pasteur a demonstrat că viața nu provine din materiale inerte, în timp ce dovezile lui Miller și Urey indică faptul că apare, dar la nivel molecular.

Pentru a concilia ambele rezultate, este necesar să se țină seama de faptul că astăzi compoziția atmosferei Pământului este total diferită de atmosfera prebiotică.

Oxigenul prezent în atmosfera curentă ar funcționa ca un "distrugător" al moleculelor în formare. De asemenea, trebuie să considerăm că sursele de energie care presupuneau că au promovat formarea moleculelor organice nu mai sunt prezente cu frecvența și intensitatea mediului prebiotic.

Toate formele de viață prezente pe Pământ sunt compuse dintr-un set de blocuri structurale mari și biomolecule, numite proteine, acizi nucleici și lipide. Cu ei puteți "construi" baza vieții curente: celule.

În celulă, viața este perpetuată, iar pe acest principiu Pasteur se bazează pe sine pentru a afirma că fiecare ființă vie trebuie să provină dintr-o altă ființă preexistentă.

ARN lume

Rolul autocatalizei în timpul abiogenezei este esențial, motiv pentru care una dintre cele mai faimoase ipoteze despre originea vieții este cea a lumii ARN, care postulează un început de la moleculele simple de lanț cu capacitatea de auto-replicare.

Această noțiune de ARN sugerează că primii biocatalizatori nu erau molecule de natură proteică, ci molecule de ARN - sau un polimer similar cu acesta - cu capacitatea de a efectua cataliză.

Această ipoteză se bazează pe proprietatea ARN-ului de sinteză a fragmentelor scurte folosind o temperare care dirijează procesul, pe lângă promovarea formării de peptide, esteri și legături glicozidice.

Conform acestei teorii, ARN-ul ancestral a fost asociat cu unii cofactori cum ar fi metalele, pirimidinele și aminoacizii. Odată cu avansul și creșterea complexității în metabolism, apare capacitatea de a sintetiza polipeptide.

În cursul evoluției, ARN a fost înlocuit cu o moleculă mai stabilă din punct de vedere chimic: ADN.

Concepțiile actuale despre originea vieții

În prezent, se presupune că viața provine dintr-un scenariu extrem: zonele oceanice lângă coșurile vulcanice, unde temperaturile pot atinge 250 ° C, iar presiunea atmosferică depășește 300 atmosfere.

Această suspiciune apare din cauza diversității formelor de viață găsite în aceste regiuni ostile și acest principiu este cunoscut sub numele de "teoria lumii fierbinți".

Aceste medii au fost colonizate de arheebacterii, organisme capabile să crească, să se dezvolte și să se reproducă în medii extreme, probabil foarte asemănătoare condițiilor prebiotice (inclusiv concentrațiile scăzute de oxigen și nivelurile ridicate de CO ₂ ).

Stabilitatea termică a acestor medii, protecția pe care o oferă împotriva schimbărilor bruște și fluxul constant de gaze reprezintă unele dintre atributele pozitive care fac paturile de mare și coșurile vulcanice medii adecvate pentru originea vieții.

Termeni de biogeneză și abiogeneză

În 1974, cercetătorul renumit Carl Sagan a publicat un articol care clarifica utilizarea termenilor biogeneză și abiogeneză. Potrivit lui Sagan, ambii termeni au fost folosiți în mod abuziv în articole legate de explicațiile originii primelor forme vii.

Printre aceste erori se folosește termenul biogeneză ca propriul antonim. Adică biogeneza este folosită pentru a descrie originea vieții din alte forme vii, în timp ce abiogeneza se referă la originea vieții din materia neventivă.

În acest sens, o cale biochimică contemporană este considerată biogenă și o cale metabolică prebiologică este abiogenă. Prin urmare, este necesar să se acorde o atenție deosebită utilizării ambelor termeni.