Abiogenesis: ทฤษฎีหลัก

Abiogenesis หมายถึงชุดของกระบวนการและขั้นตอนที่ก่อกำเนิดรูปแบบแรกของชีวิตบนโลกโดยเริ่มจากบล็อกโมโนเมอร์เฉื่อยซึ่งเมื่อเวลาผ่านไปสามารถเพิ่มความซับซ้อนได้ ในแง่ของทฤษฎีนี้ชีวิตเกิดขึ้นจากโมเลกุลที่ไม่มีชีวิตภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสม

มีแนวโน้มว่าหลังจาก abiogenesis ผลิตระบบชีวิตที่เรียบง่ายวิวัฒนาการทางชีววิทยาจะทำหน้าที่ก่อให้เกิดรูปแบบชีวิตที่ซับซ้อนทั้งหมดที่มีอยู่ในปัจจุบัน

นักวิจัยบางคนเชื่อว่ากระบวนการของการ abiogenesis ควรเกิดขึ้นอย่างน้อยหนึ่งครั้งในประวัติศาสตร์ของโลกเพื่อก่อให้เกิดสิ่งมีชีวิต LUCA สมมุติหรือบรรพบุรุษสากลทั่วไปที่ผ่านมา (ตัวย่อในภาษาอังกฤษ บรรพบุรุษทั่วไปสากลล่าสุด ) ประมาณ 4 พันล้าน ปี

แนะนำว่า LUCA ควรมีรหัสพันธุกรรมตามโมเลกุล DNA ซึ่งมีสี่ฐานของมันแบ่งเป็นสามส่วนประมวลสำหรับกรดอะมิโน 20 ชนิดที่ก่อตัวเป็นโปรตีน นักวิจัยพยายามที่จะเข้าใจที่มาของชีวิตศึกษากระบวนการของการ abiogenesis ที่ก่อให้เกิด LUCA

คำตอบสำหรับคำถามนี้ได้รับการสอบสวนอย่างกว้างขวางและมักจะถูกปกคลุมไปด้วยหมอกแห่งความลึกลับและความไม่แน่นอน ด้วยเหตุนี้นักชีววิทยาหลายร้อยคนจึงเสนอทฤษฎีที่เกี่ยวข้องกับการเกิดซุปในยุคแรกมาจนถึงการอธิบายที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาทางชีววิทยาและทางโหราศาสตร์

มันประกอบด้วยอะไร?

ทฤษฎีการ abiogenesis ตั้งอยู่บนพื้นฐานของกระบวนการทางเคมีซึ่งรูปแบบชีวิตที่เรียบง่ายเกิดขึ้นจากบรรพบุรุษที่ไม่มีชีวิต

สันนิษฐานว่ากระบวนการของการ abiogenesis เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องในทางตรงกันข้ามกับมุมมองการเกิดขึ้นทันทีในกรณีที่โชค ดังนั้นทฤษฎีนี้สันนิษฐานว่าการดำรงอยู่ของความต่อเนื่องระหว่างสสารที่ไม่ใช่สิ่งมีชีวิตและระบบสิ่งมีชีวิตแรก

ในทำนองเดียวกันชุดของสถานการณ์ที่หลากหลายจะแนะนำว่าจุดเริ่มต้นของชีวิตอาจเริ่มต้นจากโมเลกุลอนินทรีย์ โดยทั่วไปสภาพแวดล้อมเหล่านี้รุนแรงและแตกต่างจากสภาพปัจจุบันของโลก

เงื่อนไขพรีไบโอติกเหล่านี้ควรจะทำซ้ำในห้องปฏิบัติการเพื่อพยายามสร้างโมเลกุลอินทรีย์เช่นการทดลองที่มีชื่อเสียงของมิลเลอร์และการทดลองของ Urey

ต้นกำเนิดของชีวิต: ทฤษฎี

ต้นกำเนิดของชีวิตเป็นหนึ่งในหัวข้อที่ถกเถียงกันมากที่สุดโดยนักวิทยาศาสตร์และนักปรัชญาตั้งแต่สมัยอริสโตเติล นักคิดที่สำคัญคนนี้สามารถเปลี่ยนสสารกลายเป็นสัตว์ด้วยชีวิตด้วยการกระทำตามธรรมชาติของธรรมชาติ

abiogenesis ในแง่ของความคิดของอริสโตเติ้ลสามารถสรุปได้ในวลีที่โด่งดังของเขา omne vivum ex vivo ซึ่งหมายความว่า "ทุกชีวิตมาจากชีวิต"

จากนั้นรูปแบบทฤษฎีและการคาดเดาค่อนข้างสูงได้พยายามอธิบายเงื่อนไขและกระบวนการที่นำไปสู่จุดกำเนิดของชีวิต

ด้านล่างเราจะอธิบายทฤษฎีที่โดดเด่นที่สุดทั้งจากมุมมองทางประวัติศาสตร์และวิทยาศาสตร์ที่พยายามอธิบายที่มาของระบบสิ่งมีชีวิตแรก:

ทฤษฎีการเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ

ในตอนต้นของศตวรรษที่ 17 มีการสันนิษฐานว่ารูปแบบชีวิตสามารถเกิดจากองค์ประกอบที่ไม่มีชีวิต ทฤษฎีการเกิดขึ้นเองได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางจากนักคิดสมัยนั้นเนื่องจากได้รับการสนับสนุนจากคริสตจักรคาทอลิก ดังนั้นสิ่งมีชีวิตสามารถงอกทั้งพ่อแม่และเรื่องไม่อยู่

ตัวอย่างที่มีชื่อเสียงที่สุดที่ใช้ในการสนับสนุนทฤษฎีนี้คือการปรากฏตัวของหนอนและแมลงอื่น ๆ ในเนื้อย่อยสลายกบที่ปรากฏจากโคลนและหนูที่โผล่ออกมาจากเสื้อผ้าและเหงื่อที่สกปรก

อันที่จริงมีสูตรที่สัญญาว่าจะสร้างสัตว์มีชีวิตอยู่ ตัวอย่างเช่นเพื่อสร้างหนูจากวัสดุที่ไม่มีชีวิตเมล็ดข้าวสาลีจะต้องรวมกับเสื้อผ้าสกปรกในสภาพแวดล้อมที่มืดและเมื่อเวลาผ่านไปหลายวันหนูก็ปรากฏตัวขึ้น

ประชาสัมพันธ์ของส่วนผสมนี้แย้งว่าเหงื่อของมนุษย์ในเสื้อผ้าและการหมักข้าวสาลีเป็นตัวแทนที่กำกับการก่อตัวของสิ่งมีชีวิต

การพิสูจน์ของรุ่นที่เกิดขึ้นเอง

ในศตวรรษที่สิบเจ็ดพวกเขาเริ่มสังเกตเห็นข้อบกพร่องและช่องว่างในงบของทฤษฎีของรุ่นที่เกิดขึ้นเอง มันไม่เป็นเช่นนั้นจนกระทั่งปี ค.ศ. 1668 นักฟิสิกส์ชาวอิตาลีฟรานเชสโกเรดิได้คิดค้นการออกแบบการทดลองที่เพียงพอที่จะปฏิเสธมัน

ในการทดลองที่ถูกควบคุมของเขา Redi วางชิ้นเนื้อที่ถูกหั่นอย่างประณีตแล้วห่อด้วยมัสลินในภาชนะที่ปลอดเชื้อ เหยือกเหล่านี้ถูกคลุมด้วยผ้าโปร่งอย่างเหมาะสมดังนั้นจึงไม่มีสิ่งใดสัมผัสกับเนื้อสัตว์ได้ นอกจากนี้การทดลองจะนับรวมขวดชุดอื่นที่ไม่ได้ครอบคลุม

เมื่อเวลาผ่านไปหลายวันหนอนก็ถูกพบเฉพาะในไหที่ถูกค้นพบเนื่องจากแมลงวันสามารถเข้ามาและวางไข่ได้อย่างอิสระ ในกรณีของขวดที่ต่อยอดไข่จะถูกวางโดยตรงบนผ้าโปร่ง

ในทำนองเดียวกันนักวิจัย Lazzaro Spallanzani ได้พัฒนาชุดของการทดลองเพื่อปฏิเสธสถานที่แห่งการเกิดขึ้นเอง สำหรับสิ่งนี้เขาทำรายละเอียดของชุดซุปที่เขาเดือดเป็นเวลานานเพื่อทำลายจุลินทรีย์ที่จะมีชีวิตอยู่

อย่างไรก็ตามผู้สนับสนุนของรุ่นที่เกิดขึ้นเองอ้างว่าปริมาณความร้อนที่น้ำซุปที่ถูกเปิดเผยนั้นมากเกินไปและทำลาย "กำลังสำคัญ"

ผลงานจากปาสเตอร์

ต่อมาในปีพ. ศ. 2407 นักชีววิทยาและนักเคมีชาวฝรั่งเศสหลุยส์ปาสเตอร์ออกเดินทางเพื่อยุติการกำเนิดที่เกิดขึ้นเอง

เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ปาสเตอร์ได้ทำบรรจุภัณฑ์แก้วที่เรียกว่า "คอหงส์" เพราะมันยาวและโค้งที่ปลายจึงป้องกันไม่ให้เข้าสู่จุลินทรีย์ใด ๆ

ในภาชนะเหล่านี้ปาสเตอร์ต้มชุดซุปที่ยังคงปลอดเชื้อ เมื่อคอหนึ่งในนั้นแตกมันก็จะกลายเป็นสิ่งปนเปื้อนและจุลินทรีย์ก็แพร่กระจายในเวลาอันสั้น

หลักฐานจากปาสเตอร์นั้นไม่สามารถหักล้างได้ซึ่งประสบความสำเร็จในการทำลายทฤษฎีที่กินเวลานานกว่า 2, 500 ปี

สเปอร์

ในช่วงต้นทศวรรษ 1900 นักเคมีชาวสวีเดน Svante Arrhenius เขียนหนังสือชื่อ " The Creation of the Worlds " ซึ่งเขาแนะนำว่าชีวิตมาจากอวกาศผ่านสปอร์ที่ต้านทานต่อสภาวะรุนแรง

เหตุผลทฤษฎีของ panspermia ถูกล้อมรอบไปด้วยความขัดแย้งมากนอกจากนั้นมันไม่ได้มีส่วนช่วยอธิบายต้นกำเนิดของชีวิต

ทฤษฎีทางเคมี

ในการตรวจสอบการทดลองของ Pasteur หนึ่งในข้อสรุปทางอ้อมของหลักฐานของเขาคือจุลินทรีย์พัฒนาจากผู้อื่นเท่านั้นนั่นคือชีวิตสามารถมาจากชีวิตได้เท่านั้น ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า "ไบโอจีเนซิส"

ตามมุมมองนี้ทฤษฎีวิวัฒนาการทางเคมีจะเกิดขึ้นนำโดย Alexander Alexander Oparin และ John John Haldane ชาวอังกฤษ

วิสัยทัศน์นี้เรียกอีกอย่างว่าทฤษฎีเคมีสังเคราะห์ของ Oparin-Haldane เสนอว่าในสภาพแวดล้อม prebiotic โลกมีชั้นบรรยากาศที่ขาดออกซิเจนและไอน้ำมีเธนแอมโมเนียคาร์บอนไดออกไซด์และไฮโดรเจนสูงดังนั้นจึงลดลงอย่างมาก

ในสภาพแวดล้อมนี้มีกองกำลังที่แตกต่างกันเช่นการปล่อยไฟฟ้ารังสีดวงอาทิตย์และกัมมันตภาพรังสี กองกำลังเหล่านี้ทำหน้าที่ในสารประกอบอนินทรีย์ทำให้เกิดโมเลกุลที่ใหญ่ขึ้นสร้างโมเลกุลอินทรีย์ที่รู้จักกันในชื่อสารประกอบพรีไบโอติก

การทดลองของ Miller และ Urey

ในช่วงกลางทศวรรษที่ 1950 นักวิจัย Stanley L. Miller และ Harold C. Urey พยายามสร้างระบบอันชาญฉลาดซึ่งจำลองสภาพบรรพบุรุษของชั้นบรรยากาศบนโลกตามทฤษฎีของ Oparin-Haldane

สแตนเลย์และอูรย์พิสูจน์แล้วว่าภายใต้เงื่อนไข "ดั้งเดิม" สารประกอบอนินทรีย์ธรรมดาสามารถสร้างโมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อนซึ่งขาดไม่ได้สำหรับชีวิตเช่นกรดอะมิโนกรดไขมันยูเรียเป็นต้น

การก่อพอลิเมอร์

แม้ว่าการทดลองที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้จะเสนอแนะวิธีที่เป็นไปได้ซึ่งโมเลกุลของสารชีวภาพที่เป็นส่วนหนึ่งของระบบที่มีต้นกำเนิดพวกเขาไม่แนะนำให้อธิบายเกี่ยวกับกระบวนการพอลิเมอไรเซชันและเพิ่มความซับซ้อน

มีหลายรุ่นที่พยายามอธิบายคำถามนี้ ครั้งแรกที่เกี่ยวข้องกับพื้นผิวแร่ที่เป็นของแข็งที่พื้นที่ผิวยกระดับและซิลิเกตสามารถทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับโมเลกุลคาร์บอน

ในมหาสมุทรลึกช่องระบายความร้อนด้วยน้ำเป็นแหล่งตัวเร่งปฏิกิริยาที่เหมาะสมเช่นเหล็กและนิกเกิล จากการทดลองในห้องปฏิบัติการโลหะเหล่านี้มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน

ในที่สุดหลุมของมหาสมุทรก็มีบ่อน้ำร้อนซึ่งกระบวนการระเหยอาจเป็นที่โปรดปรานของความเข้มข้นของโมโนเมอร์ส่งเสริมการก่อตัวของโมเลกุลที่ซับซ้อนมากขึ้น ในสมมติฐานนี้สมมติฐานของ "ซุปดั่งเดิม" นั้นมีพื้นฐานมาจาก

กระทบยอดผลลัพธ์ของ Miller และ Pasteur

ตามคำสั่งของความคิดที่กล่าวถึงในส่วนก่อนหน้านี้เรามีการทดลองของปาสเตอร์พิสูจน์ว่าชีวิตไม่ได้เกิดจากวัสดุเฉื่อยในขณะที่หลักฐานของมิลเลอร์และอูรย์แสดงว่ามันเกิดขึ้น แต่ในระดับโมเลกุล

เพื่อที่จะกระทบยอดผลลัพธ์ทั้งสองมีความจำเป็นที่ต้องจำไว้ว่าองค์ประกอบของชั้นบรรยากาศของโลกทุกวันนี้แตกต่างอย่างสิ้นเชิงกับบรรยากาศพรีไบโอติก

ออกซิเจนที่อยู่ในชั้นบรรยากาศจะทำหน้าที่เป็น "เรือพิฆาต" ของโมเลกุลที่ก่อตัว เราต้องพิจารณาด้วยว่าแหล่งพลังงานที่ส่งเสริมการก่อตัวของโมเลกุลอินทรีย์นั้นจะไม่มีอยู่อีกต่อไปด้วยความถี่และความรุนแรงของสภาพแวดล้อมพรีไบโอติก

สิ่งมีชีวิตทุกรูปแบบที่มีอยู่บนโลกนั้นประกอบไปด้วยบล็อกโครงสร้างขนาดใหญ่และชีวโมเลกุลที่เรียกว่าโปรตีนกรดนิวคลีอิกและไขมัน คุณสามารถ "สร้าง" พื้นฐานของชีวิตปัจจุบัน: เซลล์

ในห้องขังชีวิตนั้นถูกยืดเยื้อและตามหลักการนี้ปาสเตอร์ยึดถือตัวเขาเองเพื่อยืนยันว่าสิ่งมีชีวิตทุกอย่างจะต้องมาจากอีกสิ่งหนึ่งที่มีอยู่ก่อนแล้ว

โลก RNA

บทบาทของการเกิดปฏิกิริยาอัตโนมัติในระหว่างการ abiogenesis มีความสำคัญซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมหนึ่งในสมมติฐานที่มีชื่อเสียงที่สุดเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิตคือของโลก RNA ซึ่ง postulates การเริ่มต้นจากโมเลกุลลูกโซ่ง่ายที่มีความสามารถในการจำลองตัวเอง

ความคิดของ RNA นี้แสดงให้เห็นว่าสารชีวภาพตัวแรกไม่ได้เป็นโมเลกุลของโปรตีนธรรมชาติ แต่โมเลกุลของ RNA - หรือพอลิเมอร์ที่คล้ายกับสารนี้มีความสามารถในการเร่งปฏิกิริยา

สมมติฐานนี้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของอาร์เอ็นเอของการสังเคราะห์เศษสั้น ๆ โดยใช้การแบ่งเบาบรรเทาที่นำกระบวนการนอกเหนือจากการส่งเสริมการก่อตัวของเปปไทด์, เอสเทอร์และพันธะ glycosidic

ตามทฤษฎีนี้อาร์เอ็นเอบรรพบุรุษเกี่ยวข้องกับปัจจัยบางอย่างเช่นโลหะ pyrimidines และกรดอะมิโน ด้วยความก้าวหน้าและการเพิ่มขึ้นของความซับซ้อนในกระบวนการเมตาบอลิซึมความสามารถในการสังเคราะห์โพลีเปปไทด์เกิดขึ้น

ในกระบวนการวิวัฒนาการ RNA ถูกแทนที่ด้วยโมเลกุลที่มีความเสถียรทางเคมีมากขึ้น: DNA

แนวคิดปัจจุบันเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิต

ปัจจุบันมีการสงสัยกันว่าชีวิตเกิดขึ้นในสถานการณ์ที่รุนแรง: พื้นที่มหาสมุทรใกล้ปล่องภูเขาไฟที่อุณหภูมิสามารถสูงถึง 250 ° C และความดันบรรยากาศมากกว่า 300 บรรยากาศ

ความสงสัยนี้เกิดขึ้นเนื่องจากความหลากหลายของรูปแบบชีวิตที่พบในภูมิภาคที่เป็นศัตรูเหล่านี้และหลักการนี้เรียกว่า "ทฤษฎีโลกร้อน"

สภาพแวดล้อมเหล่านี้ถูกยึดครองโดย archaebacteria สิ่งมีชีวิตที่สามารถเจริญเติบโตพัฒนาและทำซ้ำในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงอาจคล้ายกับสภาพพรีไบโอติกมาก (รวมถึงความเข้มข้นของออกซิเจนต่ำและ CO ₂ ในระดับสูง)

เสถียรภาพทางความร้อนของสภาพแวดล้อมเหล่านี้การป้องกันที่มีต่อการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันและการไหลของก๊าซคงที่เป็นคุณลักษณะเชิงบวกบางประการที่ทำให้เตียงทะเลและปล่องภูเขาไฟเหมาะสำหรับการกำเนิดของชีวิต

ข้อตกลงการให้กำเนิดทางชีวภาพและ abiogenesis

ในปี 1974 นักวิจัยชื่อดัง Carl Sagan ตีพิมพ์บทความที่ชัดเจนเกี่ยวกับการใช้คำว่า biogenesis และ abiogenesis จากคำกล่าวของเซแกนคำทั้งสองนี้ได้ถูกนำไปใช้ในบทความที่เกี่ยวข้องกับคำอธิบายของต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิตแรก

ท่ามกลางข้อผิดพลาดเหล่านี้ใช้คำว่า biogenesis เป็นคำตรงข้าม กล่าวคือไบโอจีเนซิสใช้เพื่ออธิบายที่มาของสิ่งมีชีวิตจากสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ในขณะที่อาบีโอเจเนซิสหมายถึงที่มาของสิ่งมีชีวิตจากสสารที่ไม่ใช่สิ่งมีชีวิต

ในแง่นี้เส้นทางชีวเคมีร่วมสมัยถือว่าเป็นไบโอจีนิกและเส้นทางการเผาผลาญ prebiological เป็น abiogenic ดังนั้นจึงจำเป็นต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษกับการใช้คำศัพท์ทั้งสอง