Abiogenes: huvudteorier

Abiogenes refererar till serien av processer och steg som härstammar från de första formerna av liv på jorden, utgående från inerta monomerblock, som över tiden lyckades öka komplexiteten. I ljuset av denna teori uppstod livet från icke-levande molekyler under lämpliga förhållanden.

Det är troligt att efter abiogenes producerat enkla livssystem kommer biologisk utveckling att ge upphov till alla komplexa livsformer som finns idag.

Vissa forskare tror att abiogenesprocesserna borde ha inträffat minst en gång i jordens historia för att ge upphov till den hypotetiska organismen LUCA eller den senaste gemensamma universumsförfaderen (av akronym på engelska , senast universella gemensamma förfader ), cirka 4 miljarder av år.

Det föreslås att LUCA ska ha en genetisk kod baserad på DNA-molekylen, som med sina fyra baser grupperade i tripletter kodifieras för de 20 typerna av aminosyror som bildar proteiner. Forskare som försöker förstå livets ursprung studerar processer av abiogenes som gav upphov till LUCA.

Svaret på denna fråga har blivit allmänt ifrågasatt och täcker ofta i en dimma av mystik och osäkerhet. Av detta skäl har hundratals biologer föreslagit en serie teorier som involverar från uppkomsten av en primordial soppa till förklaringar relaterade till xenobiologi och astrobiologi.

Vad består det av?

Teorin om abiogenes är baserad på en kemisk process genom vilken enklare livsformer framkom från livlösa precursorer.

Det antas att abiogenesprocessen inträffade fortlöpande, i motsats till uppkomstvyn plötsligt i en lycka händelse. Således förutsätter denna teori existensen av ett kontinuum mellan icke levande materia och de första levande systemen.

På samma sätt föreslås en serie olika scenarier där livets början kan börja från oorganiska molekyler. Generellt är dessa miljöer extrema och annorlunda än jordens nuvarande förhållanden.

Dessa förmodade prebiotiska förhållanden reproduceras vanligtvis i laboratoriet för att försöka generera organiska molekyler, såsom det berömda Miller- och Urey-experimentet.

Livets ursprung: teorier

Livets ursprung har varit en av de mest kontroversiella ämnena av forskare och filosofer sedan Aristoteles tid. Enligt denna viktiga tänkare kan sönderdelningsämnen omvandlas till djur med livet tack vare naturens spontana verkan.

Abiogenesen i ljuset av den aristoteliska tanken kan sammanfattas i hans berömda fras omne vivum ex vivo, vilket betyder att allt liv kommer från livet.

Därefter har ett ganska stort antal modeller, teorier och spekulationer försökt att belysa de förhållanden och processer som ledde till livets ursprung.

Nedan beskrivs de mest framstående teorierna, både ur historisk och vetenskaplig synvinkel, som har försökt förklara ursprunget för de första levande systemen:

Teorin om spontan generation

I början av 1700-talet var det postulerat att livsformer skulle kunna komma ifrån livlösa element. Teorin om spontan generation var allmänt accepterad av tidens tänkare som den hade stöd av den katolska kyrkan. Således kan levande varelser spira både sina föräldrar och icke levande materia.

Bland de mest kända exemplen som används för att stödja denna teori är utseendet på maskar och andra insekter i sönderdelat kött, grodor som uppstod av lera och möss som uppstod av smutsiga kläder och svett.

Faktum är att det fanns recept som lovade skapandet av levande djur. Till exempel, för att skapa möss från icke-levande material, måste vete korn kombineras med smutsiga kläder i en mörk miljö och med övergången av dagar lever levande gnagare.

Förespråkare av denna blandning hävdade att människans svett i plagg och vetejäsning var de medel som styrde livets bildning.

Refutation av den spontana generationen

Under sjuttonhundratalet började man märka brister och luckor i teorin om spontan generation. Det var inte förrän 1668 att den italienska fysikern Francesco Redi utarbetade en tillräcklig experimentell design för att avvisa den.

I sina kontrollerade experiment placerade Redi fint skivade köttbitar inslagna i muslin i sterila behållare. Dessa burkar var ordentligt täckta med gasväv, så ingenting kunde komma i kontakt med köttet. Dessutom räknade experimentet med en annan serie flaskor som inte var täckta.

Med dagarnas övergång observerades endast maskar i de burkar som upptäcktes, eftersom flugorna fritt kunde komma in och lägga in äggen. När det gäller kappade burkar placerades äggen direkt på gasväsen.

På samma sätt utvecklade forskaren Lazzaro Spallanzani en rad experiment för att avvisa spontana generations lokaler. För detta utarbetade han en serie buljonger som han utsatte för långvarig kokning för att förstöra någon mikroorganism som kommer att bo där.

Förespråkare av den spontana generationen hävdade dock att mängden värme som buljongerna utsattes för var överdriven och förstörde den "vitala kraften".

Bidrag från Pasteur

Senare, år 1864, satte den franska biologen och kemisten Louis Pasteur ut för att sätta stopp för postulaten av spontan generation.

För att möta detta mål gjorde Pasteur glasbehållare som kallades "svanhalsar", eftersom de var långa och krökta vid spetsarna, varigenom förekomsten av någon mikroorganism hindrades.

I dessa behållare kokade Pasteur en serie buljonger som förblev sterila. När nacken på en av dem bröt blev den förorenad och mikroorganismerna prolifererade på kort tid.

Beviset från Pasteur var oåterkalleligt och lyckades riva ner 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 " Skapelsen av världarna " där han föreslog att livet kom från rymden genom sporer som var resistenta mot extrema förhållanden.

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

Kemosyntetisk teori

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

Efter detta perspektiv skulle teorier om kemisk utveckling uppstå, ledd av den ryska Alexander Oparin och engelsmannen John DS Haldane.

Denna vision, som även kallas den kemosyntetiska teorin om Oparin-Haldane, föreslår att i en prebiotisk miljö hade jorden en atmosfär som saknade syre och hög vattenånga, metan, ammoniak, koldioxid och väte, så det var mycket minskande.

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

Miller och Urey-experimentet

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

Stanley och Urey visade att under dessa "primitiva" förhållanden kan enkla oorganiska föreningar härleda komplexa organiska molekyler, oundgängliga för livet, såsom aminosyror, fettsyror, urea, bland andra.

Polymerbildning

Även om de tidigare nämnda experimenten antyder ett trovärdigt sätt genom vilket de biomolekyler som ingår i de levande systemen härstammar, föreslår de inte någon förklaring av polymerisationsprocessen och ökar komplexiteten.

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

I havsdjupet är hydrotermiska ventilationsanordningar en lämplig källa för katalysatorer, såsom järn och nickel. Enligt experiment i laboratorier deltar dessa metaller i polymerisationsreaktionerna.

Slutligen finns det i hetarna i haven heta dammar, vilka genom förångningsprocesser kan gynna koncentrationen av monomerer, vilket främjar bildandet av mer komplexa molekyler. I detta antagande är hypotesen av "primordiala" baserad.

Förena resultaten av Miller och Pasteur

Efter den idébestämning som diskuterats i de tidigare avsnitten har vi att Pasteurs experiment visade att livet inte härrör från inerta material, medan bevisen för Miller och Urey indikerar att det inträffar, men på molekylär nivå.

För att förena båda resultaten är det nödvändigt att komma ihåg att sammansättningen av jordens atmosfär idag är helt annorlunda än den prebiotiska atmosfären.

Syreföreningen i den nuvarande atmosfären skulle fungera som en "förstörare" av molekylerna vid bildning. Vi måste också anse att de energikällor som förmodligen främjar bildandet av organiska molekyler inte längre är närvarande med frekvensen och intensiteten hos den prebiotiska miljön.

Alla former av liv som finns på jorden består av en uppsättning stora strukturblock och biomolekyler, som kallas proteiner, nukleinsyror och lipider. Med dem kan du "bygga" grunden för nuvarande liv: celler.

I cellen fortsätter livet, och på grund av detta grundar Pasteur sig själv för att bekräfta att varje levande varelse måste komma från en annan förevarande existens.

RNA världen

Autokatalysens roll under abiogenes är avgörande, varför en av de mest kända hypoteserna om livets ursprung är RNA-världens värld, som postulerar en start från enkla kedjemolekyler med kapacitet för självreplikation.

Denna definition av RNA antyder att de första biokatalysatorerna inte var molekyler av protein natur utan RNA-molekyler - eller en polymer som liknar denna - med förmågan att utföra katalys.

Detta antagande är baserat på egenskapen hos RNA att syntetisera korta fragment med användning av en temperering som styr processen, förutom att främja bildandet av peptider, estrar och glykosidbindningar.

Enligt denna teori associerades förfäder RNA med vissa koaktorer, såsom metaller, pyrimidiner och aminosyror. Med förskottet och ökningen av komplexiteten i metabolismen uppstår möjligheten att syntetisera polypeptider.

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

Nuvarande uppfattningar om livets ursprung

Det är för närvarande misstänkt att livet härrörde i ett extremt scenario: havsområden nära vulkaniska skorstenar där temperaturer kan nå 250 ° C och atmosfärstrycket överstiger 300 atmosfärer.

Denna misstanke uppstår på grund av mångfalden av livsformer som finns i dessa fientliga regioner och denna princip kallas "hot world theory".

Dessa miljöer har koloniserats av archaebacteria, organismer som kan växa, utvecklas och reproduceras i extrema miljöer, troligen mycket lik prebiotiska förhållanden (inklusive låga syrekoncentrationer och höga halter av CO 2 ).

Temperaturstabiliteten hos dessa miljöer, skyddet de ger mot plötsliga förändringar och det konstanta flödet av gaser är några av de positiva egenskaperna som gör havsängar och vulkaniska skorstenar lämpliga miljöer för livets ursprung.

Termer biogenes och abiogenes

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

Bland dessa fel används termen biogenes som sin egen antonym. Det vill säga biogenes används för att beskriva livets ursprung från andra levande former, medan abiogenesen refererar till livets ursprung från icke levande materia.

I den meningen anses en samtida biokemisk väg vara biogen och en prebiologisk metabolisk väg är abiogen. Därför är det nödvändigt att ägna särskild uppmärksamhet åt användningen av båda termerna.