HIPOTEZA HYDROTERMALNA: CZYM JEST, TŁO I KRYTYKA - BIOLOGIA - 2026

W hydrotermalne hipoteza ma na celu wyjaśnienie prymitywne warunki, w których pierwsze formy życie powstało na Ziemi, proponując jako główne ustawienia gorące źródła znajdujące się w głębinach oceanów.

Zlokalizowano szereg źródeł wody termalnej o temperaturach dochodzących do 350 ° C, w których zamieszkuje szereg typowych dla tych warunków fauny, takich jak małże, robaki, skorupiaki, porifery i niektóre szkarłupnie (rozgwiazdy i ich krewniaki).

Dowody te sugerują, że środowiska głębin oceanicznych były prawdopodobnie odpowiednie do powstania życia, a najwcześniejsze formy życia były mikroorganizmami chemoautotroficznymi.

Ponadto wrząca woda jest domem dla szeregu bakterii chemosyntetycznych, które pozyskują energię z substancji siarkowych, których jest dużo w tego typu środowisku.

Bakterie chemosyntetyczne pełnią w ekosystemach funkcje wytwórcze, będące podstawą łańcucha pokarmowego, analogicznie do roli roślin w typowych ekosystemach.

Idee związane z hipotezą hydrotermalną zaczęły się pojawiać na początku 1977 roku, kiedy badacz Corliss dokonał bezpośrednich obserwacji w systemach hydrotermalnych znajdujących się na Wyspach Galapagos.

Tło i teorie alternatywne

Od kilkudziesięciu lat badacze proponują dziesiątki teorii, które starają się wyjaśnić pochodzenie życia i sprzyjające środowisko, w którym powinno się ono rozwijać. Jak powstało życie, było jednym z najstarszych i najbardziej kontrowersyjnych zagadnień naukowych.

Niektórzy autorzy wspierają pierwotne pochodzenie metabolizmu, podczas gdy ich przeciwnicy popierają pochodzenie genetyczne.

Panspermia

W połowie XX wieku znany naukowiec Arrhenius zaproponował teorię panspermii lub teorię kosmologiczną. Idea ta podnosi pochodzenie życia dzięki pojawieniu się przestrzennych mikroorganizmów z planety, na której wcześniej istniało życie.

Logicznie rzecz biorąc, teoria kosmologiczna nie dostarcza pomysłów rozwiązujących problem, ponieważ nie wyjaśnia, w jaki sposób powstało życie pozaziemskie na tej hipotetycznej planecie.

Co więcej, nie jest bardzo prawdopodobne, że mikroskopijne istoty, które skolonizowały środowiska prebiotyczne, przetrwały warunki kosmiczne, aż dotarły do ​​planety Ziemia.

Modele abiotyczne

Modele abiotyczne sugerują, że życie powstało niezależnie od „mikrostruktur” jako formy przejściowe między cząsteczkami organicznymi a wczesnymi formami życia. Do głównych obrońców tej teorii należą Oparín, Sydney W. Fox i Alfonso F. Herrera.

Według Oparina i Haldane'a koacerwaty są prekursorami życia probiontów, ograniczonymi przez błonę plazmatyczną, która umożliwia interakcję z ich środowiskiem. Zdaniem autorów powstały one przed cząsteczkami przekazującymi informację genetyczną: DNA lub RNA.

Ze swojej strony Stanley Miller i Harold Urey zdołali zbudować genialny system, który naśladował „prymitywną atmosferę życia”. Składniki obecne w hipotetycznej atmosferze, bardzo odmiennej od obecnej, były w stanie syntetyzować niezbędne do życia cząsteczki organiczne (takie jak aminokwasy), gdy przyłożono do niej ciepło i napięcie.

Fox był w stanie uzyskać mikrosfery o wielkości zbliżonej do bakterii, poddając aminokwasy działaniu źródła ciepła.

W ten sam sposób inni badacze dokonali syntezy cząsteczek organicznych przy użyciu cząsteczek nieorganicznych jako surowca, wyjaśniając w ten sposób pochodzenie życia w środowisku abiotycznym.

Świat RNA

Inne stanowisko pochodzenia życia postuluje jako główne wydarzenie pojawienie się cząsteczek zawierających informację genetyczną. Różni autorzy bronią pochodzenia życia przed RNA i argumentują, że ta cząsteczka służyła jednocześnie jako matryca i katalizator.

Największym dowodem jest istnienie rybosomów, cząsteczek RNA zdolnych do katalizowania reakcji i jednocześnie przechowywania informacji w swojej sekwencji nukleotydowej.

Z czego to się składa?

Hipoteza hydrotermalna proponuje te ekstremalne środowiska wodne jako właściwe miejsce do syntezy związków organicznych, które doprowadziły do ​​powstania żywych organizmów na Ziemi.

Autorzy tej teorii opierają się na skamieniałościach archeonów, nowoczesnych podwodnych hydrotermalnych systemach wentylacyjnych oraz obserwacjach teoretycznych i eksperymentalnych.

Systemy hydrotermalne charakteryzują się wysokimi strumieniami energii, silnie redukującym środowiskiem i dużą ilością iłów mineralnych, które są idealnymi powierzchniami dla reakcji katalitycznych. Ponadto ma wysokie stężenia CH ₄ , NH ₃ , H ₂ i różnych metali.

Hipoteza polega na sekwencyjnej przemianie CH ₄ , NH ₃ , H ₂ w aminokwasy, te w białka, a następnie w bardziej złożone polimery, aż do osiągnięcia ustrukturyzowanego metabolizmu i żywych organizmów.

Badanie skamieniałości w skałach prekambryjskich pozwoliło odkryć struktury przypominające komórki pochodzące sprzed około 3,5 do 3,8 miliarda lat w podmorskich zbiorowiskach hydrotermalnych.

W przeciwieństwie do wcześniejszych hipotez, hipoteza hydrotermalna proponuje ciepło jako źródło energii, a nie promienie UV i wyładowania elektryczne, jako model „pierwotnego bulionu”. Ponadto model ten proponuje istnienie gradientów środowiskowych pod względem temperatury, pH i stężenia chemicznego.

Krytyka teorii

Chociaż hipoteza hydrotermalna ma kilka ważnych argumentów, nie jest powszechnie akceptowana. Jednym z zarzutów dotyczących pochodzenia życia w gorącym źródle jest niekongruencja i brak informacji na temat modeli geologicznych ery prebiotycznej.

Podobnie, cząsteczki niezbędne do rozwoju życia - takie jak kwasy nukleinowe, białka i błony - zostałyby natychmiast zniszczone z powodu wysokich temperatur środowiska hydrotermalnego.

Jednak jest również prawdopodobne, że pierwsze formy życia były termostabilne, podobnie jak organizmy ciepłolubne, które dziś zamieszkują ekstremalne środowiska.

Z drugiej strony pojawia się inny problem związany ze stężeniem składników. Jest mało prawdopodobne, aby życie mogło ewoluować w ogromnych prebiotycznych oceanach, gdzie biocząsteczki byłyby silnie rozcieńczone i rozproszone.

Aby środowisko było odpowiednie do powstania życia, musi sprzyjać interakcjom między cząsteczkami, tak aby tworzyły one bardziej złożone jednostki; nie rozcieńczać ich, jak to by się stało w głębokim oceanie.

Zwolennicy teorii hydrotermalnej sugerują, że życie mogło powstać w wyznaczonych obszarach, które zapobiegały rozcieńczaniu nowo powstałych cząsteczek, takich jak kratery.

Bibliografia

1. Chatterjee, S. (2016). Symbiotyczny obraz pochodzenia życia w hydrotermalnym kraterze uderzeniowym - jeziorach. Physical Chemistry Chemical Physics, 18 (30), 20033–20046.
2. Corliss, JB, Baross, JA i Hoffman, SE (1981). Hipoteza dotycząca związku między gorącymi źródłami podmorskimi a początkiem życia na Ziemi. Oceanologica Acta, wydanie specjalne.
3. Holm, NG (1992). Dlaczego systemy hydrotermalne są proponowane jako prawdopodobne środowiska dla powstania życia? W morskich systemach hydrotermalnych i powstawaniu życia (str. 5–14). Springer, Dordrecht.
4. Jheeta, S. (2017). Krajobraz powstawania życia. Życie, 7 (2), 27.
5. Lanier, KA i Williams, LD (2017). Pochodzenie życia: modele i dane. Journal of Molecular Evolution, 84 (2), 85–92.