ABIOGENESE: HOVEDTEORIER - BIOLOGI - 2026

Den abiogenese refererer til antall prosesser og fremgangsmåten som oppsto de første former for liv på jorden, inert monomere startblokker, med den tiden var i stand til å øke sin kompleksitet. I lys av denne teorien oppsto liv fra ikke-levende molekyler under de passende forhold.

Det er sannsynlig at etter abiogenese produsert enkle livssystemer, biologisk evolusjon handlet for å gi opphav til alle de komplekse livsformene som eksisterer i dag.

Kilde: pixabay.com

Noen forskere vurderer at abiogeneseprosesser må ha skjedd minst en gang i jordens historie for å gi opphav til den hypotetiske organismen LUCA eller den siste universelle felles stamfar (fra forkortelsen på engelsk, siste universelle felles stamfar), for omtrent 4 milliarder siden av år.

Det antydes at LUCA må ha hatt en genetisk kode basert på DNA-molekylet, som med sine fire baser gruppert i trillinger, kodet de 20 typene aminosyrer som utgjør proteiner. Forskere som prøvde å forstå livets opprinnelse, studerer abiogeneseprosessene som ga opphav til LUCA.

Svaret på dette spørsmålet har blitt mye stilt spørsmål og er ofte innhyllet i en dis av mystikk og usikkerhet. På grunn av dette har hundrevis av biologer foreslått en serie teorier som spenner fra fremveksten av en urnesuppe til forklaringer relatert til xenobiologi og astrobiologi.

Hva består den av?

Teorien om abiogenese er basert på en kjemisk prosess der de enkleste livsformene dukket opp fra livløse forløpere.

Det antas at prosessen med abiogenese skjedde kontinuerlig, i motsetning til synet på fremveksten brått i en heldig hendelse. Dermed antar denne teorien eksistensen av et kontinuum mellom ikke-levende materie og de første levende systemene.

På samme måte foreslås en rekke varierte scenarier der begynnelsen av livet kan oppstå fra uorganiske molekyler. Disse miljøene er generelt ekstreme og forskjellige fra dagens forhold på jorden.

Disse antatte prebiotiske forholdene blir ofte gjengitt i laboratoriet for å prøve å generere organiske molekyler, som det berømte Miller- og Urey-eksperimentet.

Livets opprinnelse: teorier

Livets opprinnelse har vært et av de mest kontroversielle temaene for forskere og filosofer siden Aristoteles tid. I følge denne viktige tenkeren, kan nedbrytende materie omdannes til levende dyr takket være den spontane handlingen i naturen.

Abiogenese i lys av den aristoteliske tanken kan oppsummeres i hans berømte setning omne vivum ex vivo, som betyr "alt liv går ut av livet."

Deretter har et ganske stort antall modeller, teorier og spekulasjoner forsøkt å belyse forholdene og prosessene som førte til livets opprinnelse.

De mest fremragende teoriene, både fra historisk og vitenskapelig synspunkt, som har forsøkt å forklare opprinnelsen til de første levende systemene, vil bli beskrevet nedenfor:

Teori om spontan generasjon

På begynnelsen av 1600-tallet ble det postulert at livsformer kunne dukke opp fra livløse elementer. Teorien om spontan generasjon ble allment akseptert av datidens tenkere siden den hadde støtte fra den katolske kirken. Dermed kunne levende vesener spire både fra foreldrene og fra ikke-levende materie.

Blant de mest kjente eksemplene som ble brukt for å støtte denne teorien, er utseendet til ormer og andre insekter i råtnende kjøtt, frosker som dukket opp fra gjørme, og mus som kom ut av skitne klær og svette.

Faktisk var det oppskrifter som lovet opprettelse av levende dyr. For å kunne lage mus fra ikke-levende stoffer, for eksempel, måtte hvetekorn kombineres med skitne klær i et mørkt miljø og levende gnagere dukker opp over dagene.

Talsmenn for denne blandingen hevdet at menneskelig svette på klær og gjæring av hvete var midlene som ledet livsdannelsen.

Omgjeving av spontan generasjon

På det syttende århundre begynte mangler og hull å bli lagt merke til i uttalelsene fra teorien om spontan generasjon. Det var først i 1668 at den italienske fysikeren Francesco Redi utviklet et passende eksperimentelt design for å avvise det.

I sine kontrollerte eksperimenter plasserte Redi finskårne kjøttstykker pakket i muslin i sterile beholdere. Disse glassene var ordentlig dekket med gasbind, så ingenting kunne komme i kontakt med kjøttet. Eksperimentet inneholdt også et annet sett med glass som ikke var avdekket.

I løpet av dagene ble ormer bare observert i glassene som ble avdekket, siden fluene kunne komme fritt inn og legge eggene. Når det gjelder de dekkede glassene, ble eggene lagt direkte på gasbinden.

Tilsvarende utviklet forskeren Lazzaro Spallanzani en serie eksperimenter for å avvise premissene for spontan generasjon. For å gjøre dette laget han en serie buljonger som han utsatte seg for langvarig koking for å ødelegge eventuelle mikroorganismer som vil bo der.

Tilhengere av spontan generasjon hevdet imidlertid at mengden varme som buljongene ble utsatt for var for stor og ødela "livskraften".

Pasteurs bidrag

Senere, i 1864, satte den franske biologen og kjemikeren Louis Pasteur seg for å få slutt på postulatene til spontan generasjon.

For å oppfylle dette målet produserte Pasteur glassbeholdere kjent som "svanehalseflasker", ettersom de var lange og buede på spissene, og dermed forhindret inntreden av mikroorganismer.

I disse beholderne kokte Pasteur en serie buljonger som forble sterile. Da nakken til en av dem ble brukket, ble den forurenset og mikroorganismer spredte seg på kort tid.

Bevisene som ble gitt av Pasteur var ugjendrivelige, og klarte å velte en teori som varte i mer enn 2500 år.

panspermia

På begynnelsen av 1900-tallet skrev den svenske kjemikeren Svante Arrhenius en bok med tittelen "The Creation of Worlds" der han antydet at livet kom fra verdensrommet via sporer som var motstandsdyktige mot ekstreme forhold.

Logisk sett var teorien om panspermia omgitt av mye kontrovers, foruten at den ikke egentlig ga noen forklaring på livets opprinnelse.

Kjemosyntetisk teori

Når en undersøker Pasteurs eksperimenter, er en av de indirekte konklusjonene av bevisene hans at mikroorganismer bare utvikler seg fra andre, det vil si at livet bare kan komme fra livet. Dette fenomenet ble kalt "biogenese".

Etter dette perspektivet ville teoriene om kjemisk evolusjon dukke opp, ledet av russeren Alexander Oparin og engelskmannen John DS Haldane.

Dette synet, også kalt Oparin - Haldane kjemosyntetisk teori, foreslår at i et prebiotisk miljø hadde jorden en atmosfære som er blottet for oksygen og høy i vanndamp, metan, ammoniakk, karbondioksid og hydrogen, noe som gjorde den svært reduktiv.

I dette miljøet var det forskjellige krefter som elektriske utladninger, solstråling og radioaktivitet. Disse kreftene virket på uorganiske forbindelser og ga opphav til større molekyler og skapte organiske molekyler kjent som prebiotiske forbindelser.

Miller og Urey eksperimenterer

På midten av 1950-tallet lyktes forskerne Stanley L. Miller og Harold C. Urey å lage et genialt system som simulerte de antatte eldgamle forholdene på jorden ved å følge Oparin - Haldane-teorien.

Stanley og Urey fant at under disse "primitive" forhold kan enkle uorganiske forbindelser gi opphav til komplekse organiske molekyler, som er essensielle for livet, for eksempel aminosyrer, fettsyrer, urea, blant andre.

Polymerdannelse

Selv om de nevnte eksperimentene antyder en sannsynlig måte som biomolekyler som er en del av levende systemer oppsto, antyder de ingen forklaring på polymerisasjonsprosessen og økt kompleksitet.

Det er flere modeller som prøver å belyse dette spørsmålet. Den første involverer faste mineraloverflater, der det høye overflatearealet og silikater kan fungere som katalysatorer for karbonmolekyler.

Dypt i havet er hydrotermiske ventilasjonsåpninger en passende kilde til katalysatorer, for eksempel jern og nikkel. I følge laboratorieeksperimenter deltar disse metaller i polymerisasjonsreaksjoner.

Til slutt, i havgrøftene, er det varme bassenger, som på grunn av fordampingsprosesser kan favorisere konsentrasjonen av monomerer og favorisere dannelsen av mer komplekse molekyler. Hypotesen om "primordial suppe" er basert på denne antagelsen.

Avstemming av Miller og Pasteur-resultater

Etter ideenes rekkefølge diskutert i de foregående seksjoner, har vi at Pasteurs eksperimenter fant ut at livet ikke stammer fra inerte materialer, mens bevisene fra Miller og Urey indikerer at det gjør det, men på molekylært nivå.

For å forene begge resultatene, må det tas i betraktning at jordas atmosfære i dag er sammensatt fra den prebiotiske atmosfæren.

Oksygenet som er til stede i den nåværende atmosfæren, vil fungere som en "ødelegger" av molekylene i dannelsen. Det bør også vurderes at energikildene som visstnok drev dannelsen av organiske molekyler ikke lenger er til stede med frekvensen og intensiteten til det prebiotiske miljøet.

Alle livsformer til stede på jorden er sammensatt av et sett av strukturelle blokker og store biomolekyler, kalt proteiner, nukleinsyrer og lipider. Med dem kan du "bevæpne" grunnlaget for det nåværende livet: celler.

I cellen blir livet foreviget, og på dette prinsippet er Pasteur basert på å bekrefte at ethvert levende vesen må komme fra et annet eksisterende.

RNA verden

Rollen til autokatalyse under abiogenese er avgjørende, av denne grunn er en av de mest kjente hypotesene om livets opprinnelse RNA-verdenen, som postulerer en start fra enkjedede molekyler med kapasitet til selvreplikasjon.

Denne oppfatningen av RNA antyder at de første biokatalysatorene ikke var molekyler av proteinkarakter, men heller RNA-molekyler - eller en polymer som ligner den - med evnen til å katalysere.

Denne antagelsen er basert på egenskapen til RNA å syntetisere korte fragmenter ved bruk av annealing som styrer prosessen, i tillegg til å fremme dannelsen av peptider, estere og glykosidbindinger.

I følge denne teorien var forfedres RNA assosiert med noen kofaktorer som metaller, pyrimidiner og aminosyrer. Med fremgangen og økende kompleksitet i metabolismen, oppstår evnen til å syntetisere polypeptider.

I løpet av evolusjonen ble RNA erstattet av et mer kjemisk stabilt molekyl: DNA.

Nåværende forestillinger om livets opprinnelse

For øyeblikket mistenkes det at livet oppsto i et ekstremt scenario: oseaniske områder i nærheten av vulkanske ventilasjonsåpninger der temperaturene kan komme opp i 250 ° C og atmosfæretrykket overstiger 300 atmosfærer.

Denne mistanken skyldes mangfoldet av livsformer som finnes i disse fiendtlige regionene, og dette prinsippet er kjent som "hot world theory".

Disse miljøene er blitt kolonisert av arka-bakterier, organismer som er i stand til å vokse, utvikle seg og reprodusere i ekstreme miljøer, sannsynligvis veldig lik prebiotiske forhold (inkludert lave oksygenkonsentrasjoner og høye CO ₂ -nivåer ).

Den termiske stabiliteten i disse miljøene, beskyttelsen de gir mot plutselige forandringer og den konstante strømmen av gasser er noen av de positive egenskapene som gjør havbunnen og vulkansk ventiler passende miljøer for livets opprinnelse.

Biogenese og abiogenesetermer

I 1974 publiserte den anerkjente forskeren Carl Sagan en artikkel som klargjorde bruken av begrepene biogenese og abiogenese. I følge Sagan har begge begrepene blitt brukt feil i artikler relatert til forklaringer på opprinnelsen til de første levende former.

Blant disse feilene er å bruke begrepet biogenese som sin egen antonym. Det vil si at biogenese brukes til å beskrive livets opprinnelse fra andre levende former, mens abiogenese refererer til livets opprinnelse fra ikke-levende materie.

I denne forstand regnes en moderne biokjemisk bane som biogen og en prebiologisk metabolsk vei er abiogen. Derfor er det nødvendig å være spesielt oppmerksom på bruken av begge vilkårene.

referanser

1. Bergman, J. (2000). Hvorfor abiogenese er umulig. Creation Research Society Quarterly, 36 (4).
2. Pross, A., & Pascal, R. (2013). Livets opprinnelse: hva vi vet, hva vi kan vite og hva vi aldri vil vite. Åpen biologi, 3 (3), 120190.
3. Sadava, D., & Purves, WH (2009). Livet: biologiens vitenskap. Panamerican Medical Ed.
4. Sagan, C. (1974). På begrepene 'biogenese' og 'abiogenese'. Origins of Life and Evolution of Biospheres, 5 (3), 529–529.
5. Schmidt, M. (2010). Xenobiology: en ny livsform som det ultimate verktøyet for biosikkerhet. Bioessays, 32 (4), 322–331.
6. Serafino, L. (2016). Abiogenese som en teoretisk utfordring: Noen refleksjoner. Tidsskrift for teoretisk biologi, 402, 18–20.