TEORIA SYNTEZY ABIOTYCZNEJ: GŁÓWNE CECHY - BIOLOGIA - 2026

Abiotyczne Synteza teoria jest postulować, że proponuje, że życie pochodzi z nieożywionych związków (abiotyczne = nieożywionych). Sugeruje, że życie powstało stopniowo w wyniku syntezy cząsteczek organicznych. Wśród tych organicznych cząsteczek wyróżniają się aminokwasy, które są prekursorami bardziej złożonych struktur, z których powstają żywe komórki.

Naukowcami, którzy zaproponowali tę teorię, byli rosyjski naukowiec Alexander Oparin i brytyjski biochemik John Haldane. Każdy z tych naukowców, badając na własną rękę, doszedł do tej samej hipotezy: że powstanie życia na Ziemi pochodzi ze związków organicznych i mineralnych (materii nieożywionej), które wcześniej istniały w prymitywnej atmosferze.

John Haldane, jeden z promotorów teorii syntezy abiotycznej

Z czego to się składa?

Teoria syntezy abiotycznej ustala, że ​​powstanie życia na Ziemi wynikało z mieszaniny związków nieorganicznych i organicznych znajdujących się w ówczesnej atmosferze, obciążonej wodorem, metanem, parą wodną, dwutlenek węgla i amoniak.

Teoria Oparina i Haldane'a

Oparin i Haldane uważali, że wczesna Ziemia miała redukującą atmosferę; to znaczy atmosfera z małą ilością tlenu, w której obecne molekuły mają tendencję do oddawania swoich elektronów.

Następnie atmosfera będzie się stopniowo zmieniać, dając początek prostym cząsteczkom, takim jak wodór cząsteczkowy (H2), metan (CH4), dwutlenek węgla (CO2), amoniak (NH3) i para wodna (H2O). W tych warunkach zasugerowali, że:

- Proste cząsteczki mogły zareagować, wykorzystując energię z promieni słonecznych, wyładowania elektryczne z burz, ciepło jądra Ziemi oraz inne rodzaje energii, które ostatecznie wpłynęły na reakcje fizykochemiczne.

- To sprzyjało tworzeniu się koacerwatów (układów cząsteczek, z których według Oparina pochodzi życie), które unosiły się w oceanach.

- W tym „prymitywnym bulionie” warunki byłyby odpowiednie, aby elementy budulcowe mogły zostać połączone w kolejnych reakcjach.

- W wyniku tych reakcji powstały większe i bardziej złożone cząsteczki (polimery), takie jak białka i kwasy nukleinowe, prawdopodobnie sprzyjające obecności wody w basenach w pobliżu oceanu.

- Te polimery mogły być łączone w jednostki lub struktury, które można było konserwować i powielać. Oparin myślał, że mogły być „koloniami” białek zgrupowanych razem w celu przeprowadzenia metabolizmu, a Haldane zasugerował, że makrocząsteczki zostały zamknięte w błonach, tworząc struktury podobne do komórek.

Rozważania na temat teorii

Szczegóły tego modelu prawdopodobnie nie są do końca poprawne. Na przykład geolodzy uważają teraz, że wczesna atmosfera nie kurczyła się i nie jest jasne, czy stawy na skraju oceanu są prawdopodobnym miejscem pojawienia się pierwszego życia.

Jednak podstawowa idea „stopniowe i spontaniczne tworzenie grup prostych cząsteczek, następnie tworzenie się bardziej złożonych struktur i wreszcie nabycie zdolności do samoreplikacji” pozostaje w centrum większości hipotez dotyczących początków rzeczywiste życie.

Eksperymenty wspierające teorię syntezy abiotycznej

Eksperyment Millera i Ureya

W 1953 roku Stanley Miller i Harold Urey przeprowadzili eksperyment, aby przetestować pomysły Oparina i Haldane'a. Odkryli, że cząsteczki organiczne mogą być wytwarzane spontanicznie w warunkach redukujących podobnych do opisanych wcześniej na wczesnej Ziemi.

Miller i Urey zbudowali zamknięty system, który zawierał pewną ilość podgrzanej wody i mieszaninę gazów, które uważano za obfite we wczesnej atmosferze ziemskiej: metan (CH4), dwutlenek węgla (CO2) i amoniak (NH3).

Aby zasymulować pioruny, które mogły zapewnić energię potrzebną do reakcji chemicznych, które doprowadziły do ​​wystąpienia bardziej złożonych polimerów, Miller i Urey wysłali wyładowania elektryczne przez elektrodę w swoim układzie doświadczalnym.

Eksperyment Millera i Ureya

Po tygodniu prowadzenia eksperymentu Miller i Urey odkryli, że powstały różne rodzaje aminokwasów, cukrów, lipidów i innych cząsteczek organicznych.

Brakowało dużych, złożonych cząsteczek - takich jak DNA i białka. Jednak eksperyment Millera-Urey'a pokazał, że przynajmniej niektóre elementy budulcowe tych cząsteczek mogą samoistnie tworzyć się z prostych związków.

Eksperyment Juana Oró

Kontynuując poszukiwanie źródeł życia, hiszpański naukowiec Juan Oró wykorzystał swoją wiedzę biochemiczną do syntezy w warunkach laboratoryjnych innych cząsteczek organicznych ważnych dla życia.

Oró powtórzył warunki eksperymentu Millera i Urey'a, w którym powstają pochodne cyjanku w dużych ilościach.

Używając tego produktu (kwasu cyjanowodorowego) oraz amoniaku i wody, badacz ten był w stanie zsyntetyzować cząsteczki adeniny, jednej z 4 azotowych zasad DNA i jednego ze składników ATP, podstawowej cząsteczki dostarczającej energię większości żywych istot .

Kiedy to odkrycie zostało opublikowane w 1963 roku, miało nie tylko wpływ naukowy, ale także popularny, ponieważ wykazało możliwość spontanicznego pojawienia się nukleotydów na wczesnej Ziemi bez żadnego wpływu zewnętrznego.

Udało mu się również zsyntetyzować, odtwarzając w laboratorium środowisko podobne do tego, jakie istniało na pierwotnej Ziemi, inne związki organiczne, głównie lipidy wchodzące w skład błon komórkowych, niektóre białka i aktywne enzymy ważne w metabolizmie.

Eksperyment Sydney Fox

W 1972 roku Sydney Fox i jego współpracownicy przeprowadzili eksperyment, który pozwolił im wytworzyć struktury o właściwościach membranowych i osmotycznych; to znaczy podobne do żywych komórek, które nazywali mikrosferulami proteinoidowymi.

Używając suchej mieszanki aminokwasów, przystąpili do ogrzewania ich do umiarkowanych temperatur; w ten sposób osiągnęli tworzenie polimerów. Te polimery, po rozpuszczeniu w roztworze soli, tworzyły małe kropelki wielkości komórki bakteryjnej zdolne do przeprowadzania określonych reakcji chemicznych.

Te mikrosfery miały przepuszczalną podwójną otoczkę, podobną do obecnych błon komórkowych, co pozwalało im nawadniać się i odwadniać w zależności od zmian w środowisku, w którym się znajdowały.

Wszystkie te obserwacje uzyskane podczas badania mikrosferul dały wyobrażenie o rodzaju procesów, które mogły zapoczątkować pierwsze komórki.

Eksperyment Alfonso Herrery

Inni badacze przeprowadzili własne eksperymenty, aby spróbować odtworzyć struktury molekularne, które dały początek pierwszym komórkom. Alfonso Herrera, meksykański naukowiec, zdołał sztucznie wygenerować struktury, które nazwał sulfobiami i kolpoidami.

Herrera używał mieszanin substancji, takich jak sulfocyjanek amonu, tiosanian amonu i formaldehyd, dzięki czemu był w stanie syntetyzować małe struktury o dużej masie cząsteczkowej. Te bogate w siarkę struktury zostały zorganizowane w podobny sposób jak żywe komórki, dlatego nazwał je sulfobiami.

Podobnie zmieszał oliwę z oliwek i benzynę z niewielkimi ilościami wodorotlenku sodu, aby wytworzyć inne rodzaje mikrostruktur, które zostały zorganizowane w podobny sposób jak pierwotniaki; nazwał te mikrosfery kolpoidy.

Bibliografia

1. Carranza, G. (2007). Biologia I. Próg redakcyjny, Meksyk.
2. Flores, R., Herrera, L. & Hernández, V. (2004). Biology 1 (1st ed.). Redakcja Progreso.
3. Fox, SW (1957). Chemiczny problem spontanicznego wytwarzania. Journal of Chemical Education, 34 (10), 472–479.
4. Fox, SW i Harada, K. (1958). Kopolimeryzacja termiczna aminokwasów do produktu przypominającego białko. Science, 128, 1214.
5. Gama, A. (2004). Biology: Biogenesis and Microorganisms (2nd ed.). Edukacja Pearson.
6. Gama, A. (2007). Biology I: A Constructivist Approach (3rd ed.). Edukacja Pearson.
7. Gordon-Smith, C. (2003). Hipoteza Oparina-Haldane'a. Pochodzenie życia: Zabytki XX wieku. Odzyskany z: simsoup.info
8. Herrera, A. (1942). Nowa teoria pochodzenia i natury życia. Science, 96: 14.
9. Ledesma-Mateos, I. i Cleaves, HJ (2016). Alfonso Luis Herrera and the Beginnings of Evolutionism and Studies in the Origin of Life in Mexico. Journal of Molecular Evolution, 83 (5-6), 193–203.
10. McCollom, T. (2013). Miller-Urey i nie tylko: Czego nauczyliśmy się o reakcjach prebiotycznej syntezy organicznej w ciągu ostatnich 60 lat? Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 41, 207-229.
11. Miller, S. (1953) Produkcja aminokwasów w możliwych prymitywnych warunkach ziemskich. Science 117: 528– 529
12. Miller SL (1955). Produkcja niektórych związków organicznych w możliwych warunkach prymitywnej ziemi. Journal of American Chemical Society.
13. Miller, SL, Urey, HC i Oró, J. (1976). Pochodzenie związków organicznych na pierwotnej ziemi i meteorytach. Journal of Molecular Evolution, 9 (1), 59–72.
14. Oñate, L. (2010). Biology 1, tom 1. Cengage Learning Reditors.
15. Parker, ET, Cleaves, HJ, Callahan, MP, Dworkin, JP, Glavin, DP, Lazcano, A. i Bada, JL (2011). Prebiotyczna synteza metioniny i innych związków organicznych zawierających siarkę na pierwotnej ziemi: współczesna ponowna ocena oparta na niepublikowanym eksperymencie Stanleya Millera z 1958 r. Origins of Life and Evolution of Biospheres, 41 (3), 201–212.