ABIOGENEZIS: FŐ ELMÉLETEK - BIOLÓGIA - 2025

Az abiogénesis arra a folyamatokra és lépésekre vonatkozik, amelyek a föld első életformáiból származtak, az inert monomer kiindulási blokkok az idő múlásával képesek voltak növelni komplexitásukat. Ezen elmélet fényében az élet nem élő molekulákból származik, megfelelő körülmények között.

Valószínű, hogy miután az abiogenezis egyszerű életrendszereket hozott létre, a biológiai evolúció minden mai komplex életforma kialakulásához vezetett.

Forrás: pixabay.com

Egyes kutatók úgy vélik, hogy az abiogenezis folyamatainak legalább egyszer meg kellett volna történnie a Föld története során, hogy létrejöjjön a hipotetikus LUCA organizmus vagy az utolsó univerzális közös ős (az angol rövidítésből az utolsó univerzális közös őse), körülbelül 4 milliárd évvel ezelőtt években.

Feltételezzük, hogy a LUCA-nak genetikai kóddal kell rendelkeznie, amely a DNS-molekulán alapul, amely négy bázisa háromszoros csoportba esik, és a fehérjéket alkotó 20 aminosavtípust kódolja. Az élet eredetét megkísérelni tudó kutatók megvizsgálták az abiogenezis folyamatait, amelyek a LUCA kialakulásához vezettek.

A kérdésre adott választ széles körben megkérdőjelezték, és gyakran rejtély és rejtély homályába borítja. Ezért több száz biológus javasolt egy sor elméletet, amelyek az ősleves megjelenésétől a xenobiológiával és az asztrobiológiával kapcsolatos magyarázatokig terjednek.

Miből áll?

Az abiogenezis elmélete egy kémiai folyamaton alapszik, amely révén az élet legegyszerűbb formái megjelentek az élettelen prekurzorokból.

Feltételezzük, hogy az abiogenezis folyamata folyamatosan zajlott, szemben a szerencsés esemény hirtelen megjelenésének véleményével. Ez az elmélet tehát feltételezi a folytonosság meglétét a nem élő anyag és az első élő rendszerek között.

Hasonlóképpen változatos forgatókönyvek sorozatát javasolják, ahol az élet kezdete szervetlen molekulákból származhat. Ezek a környezetek általában szélsőséges és különböznek a földi jelenlegi körülményektől.

Ezeket az feltételezett prebiotikus körülményeket gyakran reprodukálják a laboratóriumban annak érdekében, hogy megkíséreljék előállítani szerves molekulákat, mint például a híres Miller és Urey kísérlet.

Az élet eredete: elméletek

Az élet eredete Arisztotelész ideje óta volt a vitatott témák a tudósok és a filozófusok között. E fontos gondolkodó szerint a bomló anyag a természet spontán hatásának köszönhetően élő állatokká alakulhat.

Az abiogenezis az arisztotelészi gondolkodás fényében az omne vivum ex vivo híres mondatában foglalható össze, amely azt jelenti, hogy "minden élet az életből származik".

Ezt követően meglehetősen sok modell, elmélet és spekuláció megpróbálta tisztázni azokat a feltételeket és folyamatokat, amelyek az élet eredetéhez vezettek.

Az alábbiakban ismertetjük azokat a legkiemelkedőbb elméleteket, mind történelmi, mind tudományos szempontból, amelyek megpróbálták megmagyarázni az első élő rendszerek eredetét:

A spontán generáció elmélete

A 17. század elején azt feltételezték, hogy életformák alakulhatnak ki élettelen elemekből. A spontán generáció elméletét az akkori gondolkodók széles körben elfogadták, mivel a katolikus egyház támogatta. Így az élőlények csírázhatnak mind a szüleiktől, mind az élettelen anyagtól.

Az ezen elmélet alátámasztására használt leghíresebb példák között szerepel a férgek és más rovarok megjelenése romló húsban, a sárból származó békák és a piszkos ruhákból és verejtékből származó egerek.

Valójában voltak receptek, amelyek megígérték az élő állatok létrehozását. Például ahhoz, hogy egereket nem élő anyagból készítsenek, a búzadarakat sötét környezetben piszkos ruhákkal kellett kombinálni, és az élő rágcsálók megjelennek a napok során.

Ennek a keveréknek a támogatói azt állították, hogy a ruházaton jelentkező emberi verejték és a búza erjedése irányítják az élet kialakulását.

A spontán generáció megcáfolása

A tizenhetedik században hibákat és hiányosságokat kezdtek észlelni a spontán generáció elméletének állításai. Csak 1668-ban az olasz fizikus, Francesco Redi kidolgozott egy megfelelő kísérleti tervet annak elutasítására.

Kontrollált kísérleteiben Redi finoman vágott húsdarabokat, muszlinba csomagolva, steril tartályokba helyezte. Ezeket az üvegeket megfelelően lefedték gézzel, így semmi nem érintkezhet a hússal. A kísérlet emellett egy újabb edénykészletet is tartalmazott, amelyek nem voltak lefedve.

A napok során a férgeket csak a fedetlen üvegekben figyelték meg, mivel a legyek szabadon léphetnek be és tojásokat rakhatnak. A fedett üvegek esetében a tojásokat közvetlenül a gélen helyezték.

Hasonlóképpen, Lazzaro Spallanzani kutató kísérleti sorozatot dolgozott ki a spontán generáció helyének elutasítására. Ehhez sorozat húslevest készített, amelyet hosszan át forralt, hogy megsemmisítse az ott élő mikroorganizmusokat.

A spontán generáció hívei azonban azt állították, hogy a húsmennyiség, amelynek a húsleveseknek kitettek, túlzott volt, és elpusztította az "életerőt".

Pasteur hozzájárulásai

Később, 1864-ben, a francia biológus és kémikus Louis Pasteur elhatározta, hogy véget vet a spontán generáció posztulációinak.

E cél elérése érdekében a Pasteur „Gooseneck-lombikoknak” nevezett üvegtartályokat gyártott, mivel hosszúak és hajlottak voltak a hegyüknél, így megakadályozták a mikroorganizmusok belépését.

Ezekben a tartályokban a Pasteur főzött egy sor híglevest, amelyek sterilek maradtak. Amikor egyikük nyakát megtörték, szennyezett lett és a mikroorganizmusok rövid idő alatt elterjedtek.

A Pasteur által szolgáltatott bizonyítékok megdönthetetlenek voltak, és megbuktattak egy több mint 2500 évig tartó elméletet.

Pánspermia

Az 1900-as évek elején Svante Arrhenius, a svéd vegyész „A világok teremtése” című könyvet írt, amelyben azt sugallta, hogy az élet az űrből származik spórák segítségével, amelyek ellenállnak a szélsőséges körülményeknek.

A panspermia elméletét logikusan sok vita vette körül, amellett, hogy az nem magyarázta meg az élet eredetét.

Kemozintetikus elmélet

Pasteur kísérleteinek vizsgálata során bizonyítékainak egyik közvetett következtetése az, hogy a mikroorganizmusok csak másoktól fejlődnek ki, vagyis az élet csak az életből származhat. Ezt a jelenséget "biogenezis" -nek hívták.

Ebből a perspektívaból a kémiai evolúció elméletei merülnek fel, az orosz Alexander Oparin és az angol John DS Haldane vezetésével.

Ez a nézet, amelyet Oparin-Haldane kemoszintézis elméletnek is neveznek, azt sugallja, hogy egy prebiotikus környezetben a Földnek olyan atmoszférája volt, ahol nincs oxigén, magas vízgőz, metán, ammónia, szén-dioxid és hidrogén, ezért nagyon reduktív hatású.

Ebben a környezetben különféle erők vannak, például elektromos kisülések, napsugárzás és radioaktivitás. Ezek az erők szervetlen vegyületekre hatnak, nagyobb molekulákat eredményezve, prebiotikus vegyületekként ismert szerves molekulákat hozva létre.

Miller és Urey kísérletezik

Az 1950-es évek közepén Stanley L. Miller és Harold C. Urey kutatóknak sikerült olyan ötletes rendszert létrehozni, amely az Oparin - Haldane elméletet követve a földi légkör feltételezett ősi körülményeit szimulálta.

Stanley és Urey úgy találta, hogy ezekben a "primitív" körülmények között az egyszerű szervetlen vegyületek komplex szerves molekulákat eredményezhetnek, amelyek nélkülözhetetlenek az élethez, például aminosavak, zsírsavak, karbamid.

Polimer képződés

Noha a fent említett kísérletek az élő rendszerek részét képező biomolekulák valószínű eredetét sugallják, nem adnak magyarázatot a polimerizációs folyamat és a megnövekedett komplexitás szempontjából.

Számos modell próbálja megvilágosítani ezt a kérdést. Az első a szilárd ásványi felületekre vonatkozik, ahol a nagy felület és a szilikátok katalizátorként működhetnek a szénmolekulák számára.

Az óceán mélyén a hidrotermikus szellőzőnyílások megfelelő forrása a katalizátoroknak, mint például a vas és a nikkel. Laboratóriumi kísérletek szerint ezek a fémek részt vesznek a polimerizációs reakciókban.

Végül az óceáni árkokban forró medencék vannak, amelyek a párolgási folyamatoknak köszönhetően elősegíthetik a monomerek koncentrációját, elősegítve a bonyolultabb molekulák képződését. Az „ősi leves” hipotézis ezen a feltevésen alapszik.

A Miller és a Pasteur eredmények egyeztetése

Az előző szakaszokban tárgyalt ötlet sorrendjét követve, Pasteur kísérletei azt mutatták, hogy az élet nem inert anyagokból származik, míg Miller és Urey bizonyítékai azt mutatják, hogy igen, de molekuláris szinten.

A két eredmény összeegyeztetése érdekében szem előtt kell tartani, hogy a Föld légkörének összetétele manapság teljesen különbözik az prebiotikus légkörétől.

A jelenlegi légkörben jelenlévő oxigén a kialakuló molekulák "rombolójaként" működne. Azt is figyelembe kell venni, hogy azok az energiaforrások, amelyek állítólag a szerves molekulák képződéséhez vezettek, már nem jelennek meg az prebiotikus környezet gyakoriságával és intenzitásával.

A Földön élő összes életforma egy sor szerkezeti blokkból és nagy biomolekulákból áll, fehérjék, nukleinsavak és lipidek. Velük "élesítheti" a jelenlegi élet alapjait: sejteket.

A sejtekben az élet állandósul, és ezen az elven a Pasteur azt állítja, hogy minden élőlénynek egy másik, már létezőből kell származnia.

RNS világ

Az autokatalízis szerepe az abiogenezis során döntő fontosságú, ezért az élet leghíresebb hipotézise az RNS világé, amely posztulálja az egyláncú molekulák indulását, amelyek képesek az önreplikációra.

Az RNS ezen fogalma azt sugallja, hogy az első biokatalizátorok nem protein jellegű molekulák, hanem inkább RNS molekulák - vagy ehhez hasonló polimer - képesek katalizálni.

Ez a feltételezés az RNS azon tulajdonságán alapul, hogy rövid fragmenseket szintetizáljon a folyamatot irányító izzítás alkalmazásával, a peptid, észter és glikozidkötés kialakulásának elősegítése mellett.

Ezen elmélet szerint az ősi RNS-t egyes kofaktorokkal társították, mint például fémek, pirimidinek és aminosavak. Az anyagcserének fejlődésével és növekvő bonyolultságával nő a polipeptidek szintézisének képessége.

Az evolúció során az RNS-t egy kémiailag stabilabb molekula váltotta fel: a DNS.

Az élet eredetének jelenlegi koncepciói

Jelenleg azt feltételezik, hogy az élet extrém forgatókönyvből származik: az óceáni területek a vulkáni szellőzők közelében, ahol a hőmérséklet elérheti a 250 ° C-ot, és a légköri nyomás meghaladja a 300 légkört.

Ez a gyanú az ezen ellenséges régiókban megtalálható életmód sokféleségéből fakad, és ezt az elvet „forró világ elméletének” hívják.

Ezeket a környezeteket régészeti baktériumok, a szélsőséges körülmények között növekedni, fejlődni és szaporodni képes organizmusok gyarmatosították, valószínűleg nagyon hasonlóak a prebiotikus körülményekhez (ideértve az alacsony oxigénkoncentrációt és a magas CO ₂ -szintet).

Ezen környezetek hőstabilitása, a hirtelen változásokkal szembeni védelme és az állandó gázáramlás néhány pozitív tulajdonság, amelyek a tengerfenék és a vulkáni szellőzőnyílások számára megfelelő környezetet biztosítanak az élet eredete számára.

Biogenezis és abiogenezis fogalmak

1974-ben a neves kutató, Carl Sagan egy cikket tett közzé, amely tisztázta a biogenezis és az abiogenezis kifejezések használatát. Sagan szerint mindkét kifejezést tévesen használták az első élő formák származásának magyarázatával kapcsolatos cikkekben.

Ezen hibák között a biogenesis kifejezés használata saját antonímként. Vagyis a biogenezist az élet más származási formákból származó eredetének leírására használják, míg az abiogenezis az élet nem élő anyagból származó eredetének leírására szolgál.

Ebben az értelemben a kortárs biokémiai útvonalat biogénnek és az prebiológiai metabolikus útvonalat abiogénnek tekintik. Ezért különös figyelmet kell fordítani mindkét kifejezés használatára.

Irodalom

1. Bergman, J. (2000). Miért lehetetlen az abiogenezis? Creation Research Society negyedévente, 36. (4).
2. Pross, A., és Pascal, R. (2013). Az élet eredete: mit tudunk, mit tudunk és mit soha nem fogunk tudni. Open Biology, 3 (3), 120190.
3. Sadava, D., & Purves, WH (2009). Élet: a biológia tudománya. Panamerican Medical Ed.
4. Sagan, C. (1974). A „biogenezis” és az „abiogenezis” kifejezéseken. Az élet eredete és a bioszféra evolúciója, 5 (3), 529–529.
5. Schmidt, M. (2010). Xenobiológia: az élet új formája, mint a végső biológiai biztonság eszköz. Bioessays, 32 (4), 322–331.
6. Serafino, L. (2016). Abiogenezis mint elméleti kihívás: Néhány gondolat. Az elméleti biológia naplója, 402, 18–20.