Какво е абиогенеза? Същността на хипотезата, привържениците на концепцията и експериментите

Тази статия определя термина „абиогенеза“ и доказателствата, потвърждаващи тази теория, се разглеждат. Ще обсъдим и ранната земя и възможностите за произхода на първия живот на планетата от чисто научна гледна точка.

Определение

Как възникна животът на земята? Когато всичко започна? Тези проблеми останаха загадка за хилядолетия от човешката история. Знаем, че възрастта на земята е около 4,5 милиарда години и че първите бактерии вече са живели на нашите планети преди повече от 3,5 милиарда години. Теорията на еволюцията ни дава обяснение как животът е започнал с едноклетъчните бактерии и се разпространява в милиони видове животни, растения, гъбички и бактерии. Но откъде дойде първата жива клетка?

Абиогенезата е научна теория, която твърди, че животът на земята се е появил спонтанен естествено благодарение на съществуващите условия по това време. С други думи, живата материя възникна от неодушевение.

Абиогенезата предполага, че първите създадени форми на живот са били много примитивни и постепенно стават все по -трудни. Биогенезата, в която животът възниква в резултат на възпроизвеждането на друг живот, се твърди, че е предшествана от абиогенезата, която стана невъзможна, когато атмосферата на Земята прие сегашния му състав.

Ранна земя

Представете си безжизнена Земя: Постоянни изригвания на вулкани, мощни гръмотевични бури, кипящи океани, чести земетресения и атмосфера с високо ниво на токсични газове.

И така, как и защо животът възникна в тези условия? Тази тема се интересуваше от много учени, които искаха да намерят надежден отговор на толкова важен въпрос.

Теорията на Опарин - Kholdaina

През 20 -те години на миналия век британският учен Холдин, Джон Бърд Сандерсън и руският биохимик Александър Опарин, независимо, излагат подобни идеи относно условията, необходими за появата на живота на земята. И двете смятат, че органичните молекули могат да се образуват от абиогенни материали в присъствието на външен източник на енергия (например ултравиолетово лъчение) и че примитивната атмосфера е с много ниско количество свободен кислород и съдържат амоняк, водна пара, водород и метан.

И двамата също подозираха, че първите форми на живот се появяват в топлия примитивен океан и са хетеротрофни (получаващи предварително формирани хранителни вещества от съединения, които са съществували на ранна земя), а не автотрофни вещества от слънчева светлина или неорганични вещества), а не автотрофни вещества от слънчева светлина или неорганични вещества).

Опарин вярва, че животът е възникнал от коацерватите, микроскопичните спонтанно формирани сферични единици на липидните молекули, които се държат заедно за сметка на електростатичните сили и, вероятно, са предшественици на клетките. Работата на Опарин с козела потвърди, че ензимите, които са в основата на биохимичните реакции на метаболизма, функционират по -ефективно, когато се съдържат в мембраните, отколкото когато са свободни във водни разтвори.

Холдин, непознат с грубата опарина, вярва, че в началото се образуват прости органични молекули и в присъствието на ултравиолетова светлина те стават все по -сложни, в крайна сметка образувайки клетките. Идеите на Kholdane и Oparina са в основата на много изследвания на абиогенезата, проведени през следващите десетилетия.

Експеримент на Милър - Юри

През 1953 г. американските химици Гаролд Клейтън Юри и Стенли Милър проверяват теорията на Опарин - Холдин. В експеримента си те използваха апарат с колба, пълна с вода и химикали, за които, както се смяташе, съществуваше на ранната земя. Учените са установили, че тези химикали при определени условия спонтанно образуват органични молекули. Експериментът предполага, че органичните молекули могат спонтанно да се образуват върху младата земя, превръщайки се в основата за появата на първите живи същества.

Някои учени смятат, че условията на експеримента с Милър - Юри не съответстват на реалната, но последващи експерименти с променена атмосфера показват сходни резултати от спонтанното образуване на аминокиселини, липиди и нуклеотиди.

РНК дойде на първо място

В продължение на много години учените спореха какво е по -важно - ДНК или РНК. ДНК служи като основно средство за съхранение на генетична информация. РНК е рибонуклеинова киселина, която може да действа като генетична библиотека и да катализира реакции. Тази способност прави РНК идеален кандидат за произхода на първия живот на земята.

И откъде дойде РНК? Може ли РНК да се образува? Първо, помислете за структурата на РНК, състояща се от четири нуклеотидни основи:

1. Аденин
2. Гуанин
3. Цитозин
4. Урсил

Тези четири нуклеотида са градивни елементи на РНК. Ако те могат да бъдат синтезирани спонтанно в условията на ранната земя, тогава ще бъде възможно да се реши по -голямата част от пъзела за това как животът. И така, наскоро беше открито, че някои молекули наистина могат да образуват и четирите нуклеотиди в присъствието на ултравиолетово лъчение или слънчева светлина.

Първите клетки

Така че, ако органичните молекули и РНК могат да се образуват спонтанно, тогава какво ще кажете за клетките? Как се създават клетъчни мембрани?

Липидите са молекули, които съставляват слой от клетъчна мембрана. Тъй като стана ясно от експеримента на Милър - Юри, липидите могат спонтанно да се образуват при определени атмосферни условия. Те имат хидрофилни и хидрофобни страни. Докато хидрофилната страна може да взаимодейства с водата, хидрофобната страна не е и следователно те образуват струпвания във вода. Хидрофилна страна, обърната навън и хидрофобна - вътре. Това е като как маслото в лава лампа никога не се смесва с течност.

В липидната билаза молекулите са ориентирани по такъв начин, че полярните им части да са насочени към водната фаза и образуват две хидрофилни страни, а не -полярните „опашки“ образуват хидрофобни вътре в гаранцията. Това предотвратява преминаването на вода между тях и образува клетъчна мембрана. Водата от клетката не излиза и водата извън клетката не прониква вътре. Поради структурата на липида, той може спонтанно да се събере в двуслоен в присъствието на вода. Знаейки всичко това, може да се предположи, че някои от първите РНК структури са затворени в примитивна клетка, състояща се от липидна гаранция, пълна с вода, неорганични и органични молекули. След това тези примитивни клетки породиха първите живи клетки.

Други хипотези

Въпреки че научните доказателства за абиогенезата са авторитетна научна теория, някои учени формулират други хипотези, за да обяснят произхода на живота на земята. Една от тези хипотези е Panzpermia, която твърди, че животът е пристигнал на земята от космоса и следователно е възникнал в други части на галактиката. Това е интересна хипотеза, но е трудно да се провери.

Обобщаване

Теорията на абиогенезата казва, че животът възникна спонтанно при определени условия от неодушевена материя. Как учените стигнаха до тази хипотеза? Експериментите показват, че органичните молекули, РНК нуклеотиди и клетъчните мембрани могат спонтанно да се образуват в условия, подобни на ранната земя. РНК е нуклеинова киселина, която може да действа като генетична библиотека и да катализира реакции, следователно вероятно първият живот на земята е бил в състояние да функционира изключително с РНК. В продължение на милиони години тези молекули на РНК са развили нови каталитични способности и в крайна сметка са се превърнали в сложни клетки, които познаваме днес.