TEORIJA ABIOTSKE SINTEZE: GLAVNE KARAKTERISTIKE - BIOLOGIJA - 2024

Abiotskim Sinteza teorija je postulat koji se predlaže da život potječe od ne-dnevnog spojeva (= abioticki neživih). To sugerira da je život postupno nastao iz sinteze organskih molekula. Među tim organskim molekulama ističu se aminokiseline koje su prekursori složenijih struktura koje stvaraju žive stanice.

Istraživači koji su predložili ovu teoriju bili su ruski znanstvenik Alexander Oparin i britanski biokemičar John Haldane. Svaki od tih znanstvenika, istražujući samostalno, došao je do iste hipoteze: da je izvor života na Zemlji potjecao od organskih i mineralnih spojeva (nežive materije) koji su prethodno postojali u primitivnoj atmosferi.

John Haldane, jedan od promotora Teorije abiotske sinteze

Od čega se sastoji?

Teorija za abiotsku sintezu utvrđuje da je nastanak života na Zemlji nastao zbog mješavine anorganskih i organskih spojeva koji su se tada nalazili u atmosferi, a koja je bila napunjena vodikom, metanom, vodenom parom, ugljični dioksid i amonijak.

Oparin i Haldaneova teorija

Oparin i Haldane mislili su da rana Zemlja ima atmosferu koja smanjuje; to jest atmosfera s malo kisika u kojoj prisutne molekule doniraju svoje elektrone.

Nakon toga će se atmosfera postupno mijenjati, stvarajući jednostavne molekule poput molekularnog vodika (H2), metana (CH4), ugljičnog dioksida (CO2), amonijaka (NH3) i vodene pare (H2O). U tim uvjetima, sugerirali su:

- Jednostavne molekule mogle su reagirati, koristeći energiju sunčevih zraka, električno pražnjenje iz oluje, toplinu zemljine jezgre, između ostalih vrsta energije koja je u konačnici utjecala na fizikalno-kemijske reakcije.

- To je poticalo stvaranje koacervata (sustava molekula iz kojih potječe život, prema Oparinu) koji su plutali oceanima.

- U ovom "primitivnom bujonu" uvjeti bi bili primjereni kako bi se građevni blokovi mogli kombinirati u naknadnim reakcijama.

- Veće i složenije molekule (polimeri) poput proteina i nukleinskih kiselina nastale su iz tih reakcija, vjerojatno pogodovanih prisutnošću vode u bazenima u blizini oceana.

- Ovi su se polimeri mogli sastaviti u jedinice ili strukture koje se mogu održavati i replicirati. Oparin je smatrao da su to mogle biti "kolonije" proteina grupiranih zajedno radi provođenja metabolizma, a Haldane je sugerirao da se makromolekule zatvore u membrane kako bi tvorile ćelijske strukture.

Razmatranja o teoriji

Pojedinosti na ovom modelu vjerojatno nisu sasvim točne. Na primjer, geolozi sada vjeruju da se rana atmosfera nije smanjivala i nejasno je je li bare na rubu oceana vjerojatno mjesto za prvu pojavu života.

Međutim, osnovna ideja "postupno i spontano formiranje skupina jednostavnih molekula, zatim formiranje složenijih struktura i konačno stjecanje sposobnosti samoobnavljanja" ostaje u središtu većine hipoteza o nastanku stvarni život.

Eksperimenti koji podržavaju teoriju abiotske sinteze

Miller i Urey eksperimentiraju

1953. godine Stanley Miller i Harold Urey napravili su eksperiment kako bi testirali ideje Oparina i Haldanea. Otkrili su da se organske molekule mogu proizvesti spontano pod smanjenim uvjetima sličnim onima ranije opisane u ranoj Zemlji.

Miller i Urey izgradili su zatvoreni sustav koji je sadržavao količinu grijane vode i mješavinu plinova za koje se smatralo da obiluju ranom Zemljinom atmosferom: metan (CH4), ugljični dioksid (CO2) i amonijak (NH3).

Da bi simulirali vijke munje koji su mogli osigurati energiju potrebnu za kemijske reakcije koje su rezultirale složenijim polimerima, Miller i Urey su poslali električne pražnjenje kroz elektrodu u svoj eksperimentalni sustav.

Miller i Urey eksperimentiraju

Nakon što su proveli eksperiment tjedan dana, Miller i Urey otkrili su da su nastale različite vrste aminokiselina, šećera, lipida i drugih organskih molekula.

Velike, složene molekule - poput DNK i proteina - su nedostajale. Međutim, pokus Miller-Urey pokazao je da barem neki građevni blokovi tih molekula mogu nastati spontano iz jednostavnih spojeva.

Eksperiment Juana Oróa

Nastavljajući s potragom za podrijetlom života, španjolski znanstvenik Juan Oró koristio je svoje biokemijsko znanje kako bi postigao sintetizaciju drugih organskih molekula važnih za život.

Oró je replicirao uvjete eksperimenta Miller i Urey, koji proizvodi derivate cijanida u velikim količinama.

Koristeći ovaj proizvod (cijanovodična kiselina), plus amonijak i vodu, ovaj je istraživač uspio sintetizirati molekule adenina, jednu od 4 dušične baze DNA i jednu od komponenti ATP-a, temeljnu molekulu za pružanje energije većini živih bića, Kada je ovo otkriće objavljeno 1963., ono nije imalo samo znanstveni, već i popularni utjecaj, jer je pokazalo mogućnost spontane pojave nukleotida na ranoj Zemlji bez ikakvog vanjskog utjecaja.

Uspio je sintetizirati, stvorivši u laboratoriju okruženje slično onome koje je postojalo na primitivnoj Zemlji, druge organske spojeve, uglavnom lipide koji su dio stanične membrane, neke bjelančevine i aktivne enzime važne u metabolizmu.

Sydney Fox eksperiment

1972. Sydney Fox i njegovi suradnici proveli su eksperiment koji im je omogućio stvaranje struktura s membranskim i osmotskim svojstvima; to jest slično živim stanicama koje su nazvali proteinoidnim mikrosferima.

Koristeći suhu smjesu aminokiselina, nastavili su ih zagrijavati do umjerene temperature; na taj su način postigli stvaranje polimera. Ti su polimeri, otopljeni u fiziološkoj otopini, tvorili sitne kapljice veličine bakterijske stanice sposobne za provođenje određenih kemijskih reakcija.

Te su mikrosfere bile propusne dvostruke ovojnice, slične trenutnim staničnim membranama, što im je omogućilo hidrataciju i dehidraciju ovisno o promjenama u okruženju u kojem su se nalazile.

Sva ta opažanja dobivena iz proučavanja mikrosfera, pokazala su predodžbu o vrsti procesa koji su mogli stvoriti prve stanice.

Alfonso Herrera eksperiment

Drugi su istraživači proveli vlastite eksperimente pokušavajući replicirati molekularne strukture koje su urodile prvim stanicama. Meksički znanstvenik Alfonso Herrera uspio je umjetno stvoriti strukture koje je nazvao sulfobiosima i kopoidima.

Herrera je koristio mješavine tvari poput amonijevog sulfocijanida, amonijevog tiosanata i formaldehida s kojima je bio u mogućnosti sintetizirati male strukture velike molekularne težine. Te strukture bogate sumporom organizirane su na sličan način kao i žive stanice, zbog čega ih je nazvao sulfobia.

Slično tome, miješao je maslinovo ulje i benzin s malim količinama natrijevog hidroksida kako bi stvorio druge vrste mikrostrukture koje su organizirane na sličan način kao protozoje; imenovao je ove kopopoide iz mikrosfere.

Reference

1. Carranza, G. (2007). Biologija I. Urednički prag, Meksiko.
2. Flores, R., Herrera, L. i Hernández, V. (2004). Biologija 1 (1. izd.). Urednički Progreso.
3. Fox, SW (1957). Kemijski problem spontane generacije. Časopis za kemijsko obrazovanje, 34 (10), 472–479.
4. Fox, SW, & Harada, K. (1958). Toplinska kopolimerizacija aminokiselina u proizvod nalik proteinu. Znanost, 128, 1214.
5. Gama, A. (2004). Biologija: Biogeneza i mikroorganizmi (drugo izd.). Pearson Education.
6. Gama, A. (2007). Biologija I: konstruktivistički pristup (3. izd.). Pearson Education.
7. Gordon-Smith, C. (2003). Oparin-Haldaneova hipoteza. Podrijetlo života: Orijentiri 20. stoljeća. Oporavak od: simsoup.info
8. Herrera, A. (1942). Nova teorija podrijetla i prirode života. Znanost, 96: 14.
9. Ledesma-Mateos, I., i Cleaves, HJ (2016). Alfonso Luis Herrera i počeci evolucionizma i proučavanja porijekla života u Meksiku. Časopis za molekularnu evoluciju, 83 (5-6), 193–203.
10. McCollom, T. (2013). Miller-Urey i šire: Što smo naučili o reakcijama prebiotske organske sinteze u posljednjih 60 godina ?. Godišnji pregled Zemaljskih i planetarnih znanosti, 41, 207-229.
11. Miller, S. (1953) Proizvodnja aminokiselina u mogućim primitivnim zemaljskim uvjetima. Znanost 117: 528– 529
12. Miller, SL (1955). Proizvodnja nekih organskih spojeva u mogućim primitivnim zemaljskim uvjetima. Časopis Američkog kemijskog društva.
13. Miller, SL, Urey, HC, & Oró, J. (1976). Podrijetlo organskih spojeva na primitivnoj zemlji i u meteoritima. Časopis za molekularnu evoluciju, 9 (1), 59–72.
14. Oñate, L. (2010). Biologija 1, svezak 1. Uključite urednike za učenje.
15. Parker, ET, Cleaves, HJ, Callahan, MP, Dworkin, JP, Glavin, DP, Lazcano, A., & Bada, JL (2011). Prebiotska sinteza metionina i drugih organskih spojeva koji sadrže sumpor na primitivnoj zemlji: suvremena ponovna procjena na temelju neobjavljenog eksperimenta Stanley Miller iz 1958. godine. Podrijetlo života i evolucije biosfera, 41 (3), 201-212.