Abiogenesis belangrijkste theorieën



de abiogenesis Het verwijst naar de reeks processen en stappen die de eerste vormen van leven op aarde ontstonden, te beginnen met inerte monomeerblokken, die met de tijd erin slaagden hun complexiteit te vergroten. In het licht van deze theorie is het leven ontstaan ​​uit niet-levende moleculen, onder de juiste omstandigheden.

Het is aannemelijk dat, nadat abiogenese eenvoudige levenssystemen heeft voortgebracht, de biologische evolutie zal werken om alle complexe vormen van leven die vandaag bestaan ​​te laten ontstaan..

Sommige onderzoekers zijn van mening dat de processen van abiogenese minstens één keer in de geschiedenis van de aarde hadden plaatsgevonden om aanleiding te geven tot het hypothetische organisme LUCA of de laatste universele gemeenschappelijke voorouder (van de afkortingen in het Engels), laatste universele gemeenschappelijke voorouder), ongeveer 4 miljard jaar geleden.

Er wordt gesuggereerd dat LUCA een genetische code moet hebben gebaseerd op het DNA-molecuul, dat met zijn vier basen is gegroepeerd in tripletten, gecodeerd voor de 20 soorten aminozuren die eiwitten vormen. Onderzoekers die de oorsprong van het leven proberen te begrijpen, bestuderen de processen van abiogenese die aanleiding gaven tot LUCA.

Het antwoord op deze vraag is alom in vraag gesteld en wordt vaak behandeld in een mist van mysterie en onzekerheid. Om deze reden hebben honderden biologen een reeks theorieën voorgesteld die betrekking hebben op het ontstaan ​​van een oersoep tot toelichtingen met betrekking tot xenobiologie en astrobiologie..

index

  • 1 Waar bestaat het uit??
  • 2 De oorsprong van het leven: theorieën
    • 2.1 Theorie van spontane generatie
    • 2.2 Weerlegging van de spontane generatie
    • 2.3 Bijdragen van Pasteur
    • 2.4 Panspermie    
    • 2.5 Chemosynthetische theorie
    • 2.6 Miller en Urey experimenteren
    • 2.7 Polymeervorming
    • 2.8 Afstemmen van de resultaten van Miller en Pasteur
    • 2.9 RNA World
  • 3 Huidige opvattingen over de oorsprong van het leven
  • 4 Begrippen biogenese en abiogenesis
  • 5 Referenties

Waar bestaat het uit??

De theorie van abiogenese is gebaseerd op een chemisch proces waarbij eenvoudigere levensvormen voortkwamen uit levenloze voorlopers.

Er wordt verondersteld dat het proces van abiogenese continu plaatsvond, in tegenstelling tot de opkomstweergave abrupt bij een geluksgebeurtenis. Dus veronderstelt deze theorie het bestaan ​​van een continuüm tussen niet-levende materie en de eerste levende systemen.

Evenzo wordt een reeks gevarieerde scenario's gesuggereerd waarbij het begin van het leven zou kunnen beginnen met anorganische moleculen. Over het algemeen zijn deze omgevingen extreem en verschillend van de huidige omstandigheden van de aarde.

Deze vermeende prebiotische condities worden vaak gereproduceerd in het laboratorium om te proberen organische moleculen te genereren, zoals het beroemde Miller en Urey experiment.

De oorsprong van het leven: theorieën

De oorsprong van het leven is een van de meest controversiële onderwerpen van wetenschappers en filosofen sinds de tijd van Aristoteles. Volgens deze belangrijke denker kan ontbindende materie dankzij het spontane gedrag van de natuur worden getransformeerd in dieren met leven.

De abiogenese in het licht van het Aristotelische denken kan worden samengevat in zijn beroemde zin omne vivum ex vivo, wat betekent "al het leven komt uit het leven".

Vervolgens hebben een vrij groot aantal modellen, theorieën en speculaties geprobeerd de omstandigheden en processen die tot de oorsprong van het leven hebben geleid, te verhelderen..

Hieronder beschrijven we de meest opmerkelijke theorieën, zowel vanuit historisch als wetenschappelijk oogpunt, die de oorsprong van de eerste levende systemen probeerden te verklaren:

Theorie van spontane generatie

Aan het begin van de 17e eeuw werd gepostuleerd dat levensvormen konden voortkomen uit levenloze elementen. De theorie van de spontane generatie werd algemeen aanvaard door de denkers van die tijd, aangezien deze de steun had van de katholieke kerk. Levende wezens kunnen dus zowel hun ouders als niet-levende materie ontkiemen.

Tot de meest bekende voorbeelden gebruikt om deze theorie te ondersteunen is de opkomst van wormen en andere insecten in rottend vlees, kikkers en muizen bleek slib afkomstig van vuile kleding en zweet.

Er waren zelfs recepten die de creatie van levende dieren beloofden. Om bijvoorbeeld muizen van niet-levend materiaal te kunnen maken, moesten we tarwekorrels combineren met vuile kleren in een donkere omgeving en met het verstrijken van de dag leven levende knaagdieren.

Voorstanders van dit mengsel voerden aan dat menselijk zweet in kleding en de gisting van tarwe de middelen waren die de vorming van het leven regelden.

Weerlegging van de spontane generatie

In de zeventiende eeuw begonnen gebreken en hiaten op te merken in de verklaringen van de theorie van spontane generatie. Pas in 1668 bedacht de Italiaanse fysicus Francesco Redi een adequaat experimenteel ontwerp om het te verwerpen.

In zijn gecontroleerde experimenten plaatste Redi fijngesneden stukjes vlees in mousseline in steriele containers. Deze potten waren goed bedekt met gaas, zodat niets in contact kon komen met het vlees. Bovendien vertelde het experiment met een andere reeks flessen die niet werden gedekt.

Met het verstrijken van dagen werden wormen alleen waargenomen in de potten die werden ontdekt, omdat de vliegen vrij konden binnenkomen en de eieren afzetten. In het geval van afgedekte potten werden de eieren direct op het gaas geplaatst.

Op dezelfde manier heeft de onderzoeker Lazzaro Spallanzani een reeks experimenten ontwikkeld om de premissen van spontane generaties te verwerpen. Hiervoor heeft hij een reeks bouillons uitgewerkt die hij onderworpen heeft aan langdurig koken om elk micro-organisme dat daar zal leven te vernietigen..

Voorstanders van de spontane generatie beweerden echter dat de hoeveelheid warmte waaraan de bouillons werden blootgesteld excessief was en de 'vitale kracht' vernietigde.

Bijdragen van Pasteur

Later, in 1864, wilde de Franse bioloog en chemicus Louis Pasteur een eind maken aan de postulaten van de spontane generatie.

Om dit doel te bereiken, Pasteur geproduceerd verpakkingsglas zogenaamde "flessen zwanenhalzen", zoals zij waren lange, gebogen aan de einden, waardoor de invoer van elk micro-organisme voorkomen.

In deze containers kookte Pasteur een reeks bouillons die steriel bleven. Toen de nek van een van hen brak, raakte deze vervuild en verspreidden de micro-organismen zich in korte tijd.

Het bewijs geleverd door Pasteur was onweerlegbaar en slaagde erin een theorie af te breken die meer dan 2500 jaar standhield.

panspermia    

Aan het begin van de twintigste eeuw schreef de Zweedse chemicus Svante Arrhenius een boek getiteld "De schepping van de werelden"Waarin hij suggereerde dat leven uit de ruimte kwam door sporen bestand tegen extreme omstandigheden.

Logischerwijs was de theorie van panspermie omgeven door veel controverses, bovendien gaf het niet echt een verklaring voor de oorsprong van het leven.

Chemosynthetische theorie

Bij het onderzoeken van de experimenten van Pasteur is een van de indirecte conclusies van zijn bewijs dat micro-organismen zich alleen van anderen ontwikkelen, dat wil zeggen dat het leven alleen uit het leven kan komen. Dit fenomeen werd "biogenese" genoemd.

In navolging van dit perspectief zouden theorieën over chemische evolutie naar voren komen, geleid door de Rus Alexander Oparin en de Engelsman John D. S. Haldane.

Waarbij dit aanzicht ook genoemd chemosynthetische theorie Oparin-Haldane, stelt zij een prebioticum aarde bescherming bezat een atmosfeer weinig zuurstof en veel waterdamp, methaan, ammoniak, kooldioxide en waterstof en, dus was sterk verminderen. 

In deze omgeving waren er verschillende krachten, zoals elektrische ontladingen, zonnestraling en radioactiviteit. Deze krachten werkten op anorganische verbindingen, die aanleiding gaven tot grotere moleculen, waardoor organische moleculen werden gevormd die bekend staan ​​als prebiotische verbindingen.

Miller en Urey experimenteren

In het midden van de jaren '50, onderzoekers Stanley L. Miller en Harold C. Urey waren in staat om een ​​ingenieus systeem dat de vermeende voorouderlijke voorwaarden van de atmosfeer op aarde gesimuleerd naar aanleiding van de theorie van Oparin-Haldane creëren.

Stanley en Urey gevonden dat onder deze "primitieve" omstandigheden kan het anorganische verbindingen eenvoudig, essentieel voor het leven veroorzaken, zoals aminozuren, vetzuren, ureum complexe organische moleculen, etc..

Polymeer vorming

Hoewel de eerder genoemde experimenten een aannemelijke manier suggereren waardoor de biomoleculen die deel uitmaken van de levende systemen ontstaan, suggereren ze geen enkele uitleg van het polymerisatieproces en toename in complexiteit.

Er zijn verschillende modellen die deze vraag proberen op te helderen. De eerste betreft vaste minerale oppervlakken, waarbij het verhoogde oppervlak en de silicaten als katalysatoren voor de koolstofmoleculen kunnen werken.

In de diepten van de oceaan zijn hydrothermale ventilatieopeningen een geschikte bron van katalysatoren, zoals ijzer en nikkel. Volgens experimenten in laboratoria nemen deze metalen deel aan de polymerisatiereacties.

Ten slotte zijn er in de kuilen van de oceanen hete vijvers, die door verdampingsprocessen de concentratie van monomeren zouden kunnen bevorderen, waardoor de vorming van meer complexe moleculen wordt bevorderd. In deze veronderstelling is de hypothese van de "oersoep" gebaseerd.

Verzoening van de resultaten van Miller en Pasteur

Volgens de volgorde van het idee die in de vorige paragrafen is besproken, hebben we aangetoond dat de experimenten van Pasteur hebben aangetoond dat het leven niet voortkomt uit inerte materialen, terwijl het bewijs van Miller en Urey aangeeft dat als het voorkomt, maar op moleculair niveau.

Om beide resultaten te kunnen verzoenen, moet je in gedachten houden dat de samenstelling van de atmosfeer van de aarde vandaag totaal anders is dan de prebiotische atmosfeer.

De zuurstof in de huidige atmosfeer zou werken als een "vernietiger" van de moleculen in formatie. Het is ook noodzakelijk om te overwegen dat de energiebronnen die zogenaamd de vorming van organische moleculen zouden bevorderen niet langer aanwezig zijn met de frequentie en intensiteit van de prebiotische omgeving..

Alle vormen van leven die op aarde aanwezig zijn, zijn samengesteld uit een reeks grote structurele blokken en biomoleculen, eiwitten, nucleïnezuren en lipiden genaamd. Hiermee kun je de basis van het huidige leven 'bouwen': de cellen.

In de cel wordt het leven bestendigd en op dit principe baseert Pasteur zichzelf om te bevestigen dat elk levend wezen moet komen van een ander al bestaand wezen.

RNA-wereld

De rol van autokatalyse tijdens abiogenesis is van cruciaal belang, daarom een ​​van de meest beroemde over de oorsprong van het leven hypothese wordt de RNA-wereld, die poneert beginnen uit enkelstrengs moleculen met het vermogen van zelf-replicatie.

Dit begrip suggereert dat RNA eerst biokatalysatoren niet eiwitachtige moleculen maar RNA moleculen - of overeenstemt met dit polymeer - met de mogelijkheid om katalyse uit te voeren.

Deze veronderstelling is gebaseerd op de eigenschap van RNA korte fragmenten met een mild leiden van het proces te synthetiseren, en het bevorderen van de vorming van peptiden, esters en glycosidische bindingen.

Volgens deze theorie was het voorouderlijke RNA geassocieerd met enkele cofactoren zoals metalen, pyrimidines en aminozuren. Met de vooruitgang en de toename van de complexiteit in het metabolisme, ontstaat het vermogen om polypeptiden te synthetiseren.

In de loop van de evolutie werd het RNA vervangen door een meer chemisch stabiel molecuul: het DNA.

Huidige opvattingen over de oorsprong van het leven

Nog verdacht komen oorspronkelijk in extreme scenario: oceaangebieden dichtbij vulkanische pijpen waar de temperatuur kan oplopen tot 250 ° C en atmosferische druk boven 300 atm.

Dit vermoeden komt voort uit de diversiteit van levensvormen in deze vijandige regio's en dit principe staat bekend als "de theorie van de hete wereld".

Deze omgevingen zijn gekoloniseerd door archaebacteria, organismen die kunnen groeien, zich ontwikkelen en reproduceren in extreme omgevingen, waarschijnlijk sterk vergelijkbaar met prebiotische condities (waaronder lage zuurstofconcentraties en hoge CO-niveaus).2).

De thermische stabiliteit van deze omgevingen, bescherming tegen plotselinge veranderingen en de constante stroom van gassen zijn enkele van de positieve kenmerken die de zeebodem en vulkanische openingen als geschikte omgevingen voor het ontstaan ​​van leven.

Begrippen biogenese en abiogenese

In 1974 publiceerde de gerenommeerde onderzoeker Carl Sagan een artikel waarin het gebruik van de termen biogenese en abiogenese werd verduidelijkt. Volgens Sagan zijn beide termen verkeerd gebruikt in artikelen met betrekking tot verklaringen van de oorsprong van de eerste levende vormen.

Onder deze fouten wordt de term biogenese als zijn eigen antoniem gebruikt. Dat wil zeggen, biogenese wordt gebruikt om de oorsprong van het leven van andere levende vormen te beschrijven, terwijl abiogenese verwijst naar de oorsprong van het leven uit niet-levende materie.

In deze zin wordt een hedendaagse biochemische route als biogeen beschouwd en is een prebiologische metabolische weg abiogeen. Daarom is het noodzakelijk om speciale aandacht te besteden aan het gebruik van beide termen.

referenties

  1. Bergman, J. (2000). Waarom abiogenese onmogelijk is. Creation Research Society Quarterly, 36(4).
  2. Pross, A., & Pascal, R. (2013). De oorsprong van het leven: wat we weten, wat we weten en wat we nooit zullen weten. Open biologie, 3(3), 120190.
  3. Sadava, D., & Purves, W.H. (2009). Leven: de wetenschap van de biologie. Ed. Panamericana Medical.
  4. Sagan, C. (1974). Over de begrippen 'biogenese' en 'abiogenesis'. Oorsprong van het leven en evolutie van biosferen, 5(3), 529-529.
  5. Schmidt, M. (2010). Xenobiologie: een nieuwe levensvorm als ultieme bioveiligheidsinstrument. Bioessays, 32(4), 322-331.
  6. Serafino, L. (2016). Abiogenesis als een theoretische uitdaging: enkele reflecties. jourvan de theoretische biologie, 402, 18-20.