Az emberi lény összetett entitás, amely alapvető szükségleteik kielégítése mellett létezésére és eredetére is magyarázatot kell találni. Ebből különféle posztulátumok erednek, a vallási és filozófiai területektől a tudományos területekig. A tudományos hagyományon belül felállították a molekuláris evolúció elméletét. kemoszintézis elméletAlexander Oparin és John Haldane tudósok tanulmányain alapul, akik bár nem dolgoztak együtt, ugyanarra a hipotézisre jutottak. Ez a hipotézis, amelyet Oparin és Haldane fogalmazott meg az 1920-as években (klasszikus értelemben 1924), folytatja az ősrobbanás elméletében lefektetett alapokat, szembeszáll a spontán keletkezés elméletével, és alternatívát kínál az élet eredetéről szóló vallásos elméletekkel szemben.
Mit állapít meg a kemoszintetikus elmélet?
La az élet eredetének kemoszintézis elmélete kijelenti, hogy a hidrogén (H2) az őslégkörben jelenlévő ) szén-, nitrogén- vagy oxigénatomokkal reagálva egy Tápláló leves, amely egyszerű szerves vegyületekben gazdagEz a húsleves, más néven primitív leves o elsőszülött levesKülönböző primitív energiaforrásokkal (villámlás, ultraibolya sugárzás, vulkáni hő) érintkezve számos keletkezett aminosavakEzek a molekulák alkotják a szerves élet alapvető építőköveit. Óriási időn keresztül ezek a molekulák egyesültek, szerveződtek és egyre összetettebbek lettek, míg végül létre nem jöttek metabolikus aktivitással rendelkező molekuláris aggregátumokVagyis olyan rendszerek, amelyek képesek a mai legegyszerűbb élő szervezetek folyamataihoz hasonló folyamatokat végrehajtani.
Más szóval, a kemoszintézis elmélete szerint a Föld első több milliárd évében uralkodó légköri és energetikai körülmények között kezdődött a szén alapú élet folyamata. szerves molekulák abiotikus szintéziseIdővel ezek a molekulák kialakultak szervezett struktúrák (koacervátumok, protobiontákat, fehérjemikroszférákat, szulfobiókat, különböző szerzők szerint), amelyek fokozatosan olyan tulajdonságokat szereztek, mint a táplálkozás, a kiválasztás, a szaporodás és a genetikai információk tárolása, lehetővé téve ezáltal az első sejtek megjelenését.
A kemoszintézis elmélete: hogyan keletkezett az élet a Földön?
A legszélesebb körben elfogadott kozmológiai elmélet szerint a világegyetem egy rendkívül sűrű és forró állapotból ered, és idővel galaxisok, csillagok és bolygók alakultak ki belőle. Ebben az összefüggésben a Ős föld Egy hatalmas hidrogéngázból és más könnyű elemekből álló felhőből emelkedett ki. Ezzel egy időben kialakult a Nap és a Naprendszer többi bolygója, a fiatal bolygó pedig intenzív geológiai és vulkáni tevékenység időszakát élte át.
Először a A Föld hőmérséklete Rendkívül magas volt, de apránként lehűlt, és a ősi óceánok a vízgőz kondenzációjából. Abban az időben a légkör nagyon különbözött a maitól: uralta vízgőz, The metán (CH4), a ammónia (NH3), a szén-dioxid (CO2) és a molekuláris hidrogén (H2Ez a gázkeverék egy elsősorban reduktornagyon különbözik a jelenlegi oxigénben gazdag oxidáló légkörtől.
A mai helyzettel ellentétben, abban a kezdeti szakaszban nem volt ózonréteg amely ma védi a Föld felszínét az ultraibolya sugárzás nagy részétől. Ezért mindenféle sugárzás közvetlenül elérte a Föld felszínét, beleértve az ultraibolya és infravörös sugarakat is. Ezenkívül az intenzív vulkáni tevékenység, a meteoritbecsapódások és a gyakori zivatarok is hozzájárultak hatalmas mennyiségű energiaEbben a rendkívül dinamikus és energikus forgatókönyvben az első szerves vegyületek a primitív óceánokban – mint például egyszerű szénhidrátok, lipidek y aminosavak– újra és újra kialakulhattak és megsemmisülhettek, míg végül bizonyos kombinációk elértek egy bizonyos szintet, kémiai stabilitás ami elősegítette felhalmozódását és fejlődését.
Évmilliókig ezek az anyagok kémiailag egyesültek egymással, létrehozva egyre összetettebb molekulák amelyeket Oparin szerint egyfajta határolt spontán membránEzeket a molekulák azon csoportjait, amelyek bizonyos fokú szerveződéssel és a közegtől való elkülönüléssel rendelkeztek, nevezték protobiontokatEzeknek a primitív rendszereknek a létezése hosszú ideig fennmaradhatott, és generációk során némelyikük élőlények tulajdonságait szerezte meg, például a képességét, hogy táplál, üríteni a salakanyagot y fajtaEz utóbbi folyamat magában foglalta olyan molekulák megjelenését, amelyek képesek genetikai információkat tárolni és továbbítani, mint például nukleinsavak.
Evolúciós szempontból ezek a protobionok megelőzték a első egyszerű sejtek ami később jelent meg. Úgy tartják, hogy a Földön megjelent első élőlények nagyon hasonlóak voltak bizonyos jelenlegi baktériumokEgysejtű, prokarióta, nagyon egyszerű élőlények, amelyek a környezetben már létező szerves vegyületekkel táplálkoztak (heterotrófok), és amelyek idővel diverzifikálódtak és összetettebbé váltak, míg végül többsejtű élőlényekké váltak.
Légköri viszonyok a kemoszintetikus posztulátumok szerint
A kemoszintézis elmélete szerint a primitív légkör Olyan tulajdonságokkal kellett rendelkeznie, amelyek ösztönözték a redukáló reakciók, mivel ha létezett volna egy a jelenlegihez hasonló oxidatív tendenciákkal rendelkező légkör, akkor a komponensek "Elsőszülött leves" Gyorsan lebomlottak volna. Emiatt a különféle evolúciós elméleteket felvető tudósok azt állítják, hogy a bolygó kezdeti körülményei között... Nem lehetett jelentős mennyiségű szabad oxigénmivel az oxidációs reakciók nem segítették volna elő az élet fokozatos fejlődését instabil szerves vegyületekből.
Ezt a redukáló légkört részben a hidrogén, metán, ammónia és vízgőz, valamint más vegyületek, például a hidrogén-cianid túlsúlya magyarázza. Molekuláris oxigén (O₂) hiányában2) és egy ózonréteg, amely kiszűrné a sugárzást, a nagyfrekvenciás napenergiát és az elektromos kisüléseket, közvetlenül hathatna ezekre a gázokra, törött linkek és elősegíti az új molekulák képződését. Ez egy olyan kémiai környezetet teremtett, amelyben a szerves szintézis reakciók Termodinamikailag lehetségesek voltak, és folyamatosan fenntarthatók.
A kemoszintetikus elmélet alapjai
Az a szakasz, amikor egy sor olyan elméletet állítunk fel, amelyek szakítottak a korábbi elméletek előzményeivel. a spontán generáció elmélete (akkoriban széles körben elfogadott) Louis Pasteur francia tudós tanulmányaiból származik, aki 1864-ben kísérleteiben bebizonyította, hogy „Élő dolgok élő dolgokból származnak”Ezek az eredmények megcáfolták azt az elképzelést, hogy az élőlények a jelenlegi körülmények között azonnal élettelen anyagból keletkezhetnek, és utat nyitottak az élet távoli múltbeli, egészen más körülmények közötti eredetének összetettebb és koherensebb magyarázatainak kereséséhez.
Ezen új magyarázatok között szerepel a kemoszintézis elméletamely szerint az élet reakciókból és kombinációkból keletkezett alapvető kémiai elemek jelen volt a korai légkörben és a hidroszférában. A posztulátumot alkotó fő elemeket az alábbiakban részletesen ismertetjük:
A Föld összetétele korai szakaszában: Ez az elmélet azt állítja, hogy kezdetben a bolygó légköre nem rendelkezett szabad oxigénnel, de más alkotóelemekben, főként hidrogénben gazdag volt (magas koncentrációk), szóval hangulatos volt csökkentiEz a tulajdonság elősegítette a hidrogénatomok felszabadulását a jelenlévő kémiai anyagokból, elősegítve az addíciós és szintézisreakciókat. Ezenkívül a légkör más bázikus kémiai vegyületeket is tartalmazott, mint például... hidrogén-cianid (HCN), metán (CH4), szén-dioxid (CO2), víz (H2O) és más anyagok. Ez a keverék képezte az alapot, amelyből kifejlődtek azok a prebiotikus kémiai reakciók, amelyek az első szerves vegyületeket eredményezték.
- A tápoldat képződése: más néven elsőszülött leves, egy agglomerációjából állt Tápláló folyadék, amely egyszerű molekulákban gazdag A primitív légkör összes alkotóelemének vízben oldott állapotából jött létre. Ez a folyadékmennyiség hozta létre az első tengereket. Hogy történt ez? A kemoszintézis elmélete szerint a következők következtében: a légkör fokozatos lehűléseA vulkánokból és a bolygó forró felszínéről származó vízgőz lecsapódott. A vízcseppek gázokat és részecskéket szállítottak magukkal, tápanyagban gazdag levest képezve, amely felhalmozódott a mélyedésekben (ősi óceánokban és tavakban), ahol hosszú ideig megmaradt anélkül, hogy az oxigén és a bomló élőlények hiánya miatt tömeges bomlás veszélye fennállt volna.
- Bonyolultabb struktúrák megjelenése: Ebben a folyamatban a különféle tényezők hatása Energiaforrásokpéldául zivatarok, nagy energiájú napsugárzás és vulkánkitörések. Ezen reakciók eredményeként olyan összetett komponensek keletkeztek, mint például egyszerű cukrok, zsírsavak, glicerin y aminosavakIdővel a kémiai evolúció olyan struktúrákat hozott létre, amelyeket Oparin nevezett koacerválIe szerves molekulák kolloid aggregátumai ellenállóbbak és fejlettebbek voltak, mint a jelenlegi nukleinsavak és általában az élő rendszerek prekurzorai.
Koacervátumok képződése
Oparin megállapította, hogy az abban található kémiai anyagok evolúciója során elsőszülött húsleves, a koacerválamelyek összetett fajok voltak, amelyeket a szerves molekulák egyesülése például egyszerű fehérjék, lipidek és poliszacharidok. Bizonyos fázisszétválási és -szeparációs folyamatok során ezek a csoportosulások nagyobb, stabilabb struktúrákká egyesültek, így egyfajta membránt képezve, amely viszonylag függetlenné tette őket a környező környezettől. Ily módon olyan rendszerek jöttek létre, amelyek képesek anyagok önszintézise (a képesség, hogy saját maguk termeljenek egy kis mennyiségű táplálékot) és belső szerveződéssel rendelkeztek, amely egyre stabilabb és összetettebb formákká fejlődött, míg végül valódi élő struktúrákká váltak. A kemoszintézis elmélete szerint ezek az őseredeti élőlények jelentették bolygónk növény- és állatvilágának eredetét.
Kezdetben nem volt ózonréteg, amely megvédte volna a sejteket a közvetlen napfénytől. Ezért úgy vélik, hogy az első struktúrák ilyen módon alakulhattak ki és fejlődhettek ki. többször megsemmisítették a napenergia közvetlen beesése miatt. Millió év múlva ezek közül az ősi sejtek közül néhány képes volt fejlődni bonyolultabb szerves rendszerekEz lehetővé tette volna számukra a hatékonyabb szaporodást. Ezt követően ezek közül az életformák közül néhány elkezdett napenergiából szintetizálják a táplálékukata fotoszintézis folyamatának végrehajtásával és molekuláris oxigén légkörbe juttatásával. Idővel ez a légköri oxigén tette lehetővé a ózonrétegamely gyökeresen megváltoztatta a felszíni viszonyokat és lehetővé tette a bonyolultabb életformák terjeszkedését.
A koacervátumképződés folyamatát az alábbiakban egyszerűsített módon definiáljuk:
- Minden egy megalakulásával kezdődik szervezett és viszonylag stabil szerves molekula a vizes közegben.
- Az idő múlásával egy második komplementer molekula alakul ki (egy makromolekula, például egy peptid vagy egy egyszerű polimer), és a koacervátum részévé válik, stabilizálva a molekuláris aggregátumot.
- Ez a makromolekula, vagy azok csoportja elérheti a elkülönül az eredeti koacervátumtól, fenntartva kémiai szervezetének egy részét.
- A leválasztott makromolekula elkezd más kompatibilis vegyületeket vonzanak és összekapcsolják őket a szerkezetükkel, így létrehozva egy új koacervátumot, amelynek tulajdonságai hasonlóak az eredetihez. Ily módon a folyamatok kezdetleges replikáció és a kémiai szelekció.
Ez a koacervátumokkal kapcsolatos hipotézis az élet eredetének kemoszintetikus elméletének alapvető alapjának tekinthető a korai szakaszokban, mielőtt léteztek volna olyan protobionok, amelyek RNS-sel vagy DNS-sel képesek replikálódni, és amelyek hasonlóbbak a mai prokarióta baktériumok mechanizmusaihoz.
Mielőtt részletesebben kifejtenénk a koacervátumok kifejezés jelentését, fontos tisztázni a lényegét. Etimológiai eredetEz egy latin eredetű szó, konkrétan a "coacervare" igéből származik, amelyet így fordíthatunk: „felhalmoz” vagy „felhalmoz”A kifejezés pontosan a molekulák felhalmozódására vagy csoportosulására utal kolloid cseppekben vizes közegben.
sok koacervál Tehát ezek olyan rendszerek, amelyeket a komplex molekulák egyesülése például elemi fehérjék és aminosavak, valamint más szerves vegyületek. Ezeket a rendszereket a következők modelljeiként tekintik: rendkívül primitív élőlényekmivel sok biológus és biokémikus szerint kulcsfontosságúak voltak a Föld bolygó életének kialakulásában, annak ellenére, hogy nem váltak teljes sejtekké, ahogyan ma ismerjük őket.
Egyéb prekelláris modellek: szulfobiosz és fehérje mikroszferulák
Idővel számos kutató alternatív vagy kiegészítő modelleket javasolt a koacervátumok magyarázatára az élet eredetének korai szakaszaiban. Bár ezek a modellek nem feltétlenül tükrözik a korai Földön létezett tényleges struktúrákat, megmutatják, hogyan fejlődött ki az élet... egyszerű anyagok Lehetséges olyan rendszereket létrehozni, amelyek bizonyos szervezettségi szint.
alfonso herreraEgy mexikói tudós, akit nagyon érdekelt az élet eredetének problémája, leírt néhány prekercelluláris modellt, amelyeket ...-nak nevezett. „szulfobionták”Ezeket szervetlen vegyületekből nyerték, mint például ammónium-tiocianát és formalinanélkül, hogy már létező biológiai anyagokhoz folyamodnánk. Bár a szulfobiók valószínűleg nem reprezentálják pontosan az első valódi sejteket megelőző struktúrákat, szemléltető példát jelentenek arra, hogyan érhet el az anyag magasabb szintű szervezettség egyszerűbb szintekről kezdve. Herrera volt az első kutató, aki kizárólag nem biológiai anyagok az élet eredetével kapcsolatos kísérleti modellek tervezése.
Sidney Fox Javasolt egy másik prekelláris rendszermodellt, az úgynevezett „fehérje mikrogömbök”Ezek a mikrogömbök kémiai reakciók sorozatával jönnek létre, amelyek során a az aminosavak hő hatására polimerizálódnakegyszerű peptidláncokat képezve. Ezt követően, megfelelő pH- és sókoncentráció mellett vízben oldva ezek a polimerek hajlamosak gömb alakú struktúrákká aggregálódik egyfajta membrán vagy bevonat veszi körül. Bár a mikroszferulák mutatnak némi morfológiai hasonlóságot a sejtekkel (gömb alakúak, belső és külső határokkal, sőt kémiai gradiensekkel is rendelkeznek), nem tekinthetők teljes élő rendszernek. Kialakulása azonban értékes betekintést nyújt abba, hogyan keletkezhettek az első élőlények. szervezett rendszerek a sejtek előtt.
Kísérleti hozzájárulások az „ősleveshez”
A koacervátok, szulfobiók és mikroszferulák mellett számos kísérletet végeztek a kemoszintézis elméletének valószínűségének tesztelésére. Ezek a vizsgálatok arra törekedtek, hogy megközelítőleg reprodukálják a primitív légköri és hidroszférikus viszonyok és figyeld meg, milyen típusú szerves molekulák keletkezhetnek spontán módon.
Cyril Ponnamperuma Kísérleteket végzett, amelyek szimulálták a primitív hidroszféra és légköra klasszikus Miller-Urey kísérlet általános elvein alapulva. Ez a tudós egy lombikot helyezett, amelyben a víz elpárolog, és az összes reakcióterméket egy redukáló atmoszférában halmozta fel, amely a vízzel közvetlen érintkezésbe kerülve létrehozta az úgynevezett „ősleves”Egyik kísérletében megoldást kínált arra, hogy hidrogén-cianid (HCN) ultraibolya sugarak hatásának néhány napon át, és megállapította, hogy a nitrogénbázisok adenin és guaninaz élő rendszerekben jelen lévő nukleinsavak esszenciális alkotóelemei. Ez az eredmény megerősítette azt az elképzelést, hogy a korai Földön elfogadható körülmények között lehetséges volt szintetizálni a genetikai anyag fő alkotóelemei előzetes biológiai beavatkozás nélkül.
Stanley Miller és Harold Urey kísérlete
Bár a kemoszintézis elméletének posztulátumait kezdetben Oparin és Haldane fektették le, később két tudós –stanley molnár y Harold Urey– Egy kicsinyített laboratóriumi kísérletben, koruk modelljei alapján rekonstruálták a primitív légkör körülményeit. Ehhez a következők keverékét vetették alá: hidrogén, metán y ammónia többszörösére Áramütésazzal a céllal, hogy szimulálják a korai Földön gyakorinak hitt elektromos viharokat. Az eredmény több szintézise lett szerves savakbeleértve az aminosavakat is.
A teszt alapvető célja annak bemutatása volt, hogy a szerves vegyületek szintézise Ez egy spontán folyamat lehet, amely az első légkörben jelen lévő egyszerű molekulákból indul ki, feltéve, hogy megfelelő energiaforrások állnak rendelkezésre. Ez a kísérlet a kemoszintézis elméletének egyik legbefolyásosabb empirikus alátámasztását jelentette.
Kísérletük megtervezéséhez Miller és Urey egy zárt körben lévő üvegtartályA kísérletben bizonyos mennyiségű vizet helyeztek egy lombikba úgy, hogy részben megtelt, és egy másik, a fent említett gázkeveréket tartalmazó kamrához csatlakoztatták. A vizet forrásig melegítették, aminek következtében gőz keletkezett, amely a gázkamrában keringett, miközben egy elektródarendszer nagyfeszültségű elektromos kisüléseket generált, amelyek áthaladtak a keveréken, őskori viharokat szimulálva. Ezt követően a gőz és a gázok ismét kondenzálódtak, és visszatértek a vízzel teli lombikba, így lezárva a ciklust. A kísérlet körülbelül ...-ig tartott. egy hét, egy olyan folyamat, amely után a képződött termékeket elemezték.
Az első jel, ami arra utalt, hogy kémiai reakciók történtek, az volt, hogy a víz színének változásaamely kezdetben átlátszó volt, majd idővel rózsaszínes árnyalatot kapott, mielőtt végül megbarnult volna. Ezt a változást a növekvő aminosavak és más szerves molekulák koncentrációja a rendszerben szintetizálódott. Számos aminosavat azonosítottak kémiai analitikai technikákkal, beleértve wisteria y alanin, más esszenciális szerves vegyületek mellett.
Ez a kísérlet döntő hozzájárulás volt ahhoz az elmélethez, hogy az első életformák kialakulhattak spontán kémiai reakciók a primitív légkörben és óceánokban, közvetlen természetfeletti beavatkozás nélkül, de a kémia és a fizika törvényeinek eredményeként, megfelelő környezetben.
Az ellenőrzés korlátai
A kemoszintézis elméletét tesztelő kísérletek sikeresen kimutatták, hogy az valószínű hogy az élet eredete Oparin és Haldane leírásai szerint történt, amit olyan kutatók munkája is megerősített, mint Miller, Urey, Ponnamperuma, Fox és mások. Azonban azt a tényt, hogy ez a teljes folyamat idővel zajlott le, nem lehet figyelmen kívül hagyni. hatalmas időszakok, amely magában foglalta a bolygó kémiájának fokozatos átalakulását.
Ennek a kiterjedt időszaknak köszönhetően, amely magában foglalta a Földön az élet megjelenésének teljes folyamatát, kiderült, hogy Lehetetlen teljes egészében és hűen reprodukálni. laboratóriumokban. A tudósok bizonyos feltételezések mellett csak a primitív forgatókönyv töredékeit tudják újraalkotni, és olyan konkrét reakciókat tanulmányozni, amelyek nyomokat adnak arról, hogy mi történhetett, de nem tudják pontosan rekonstruálni a teljes történetet.
Az idő akadálya, hozzáadva a a közvetlen bizonyítékok szinte teljes elvesztése Az élet legkorábbi szakaszaiból származó, jól megőrzött kőzetek és fosszíliák hiánya összetett helyzet elé állítja a kutatókat. Lehet, hogy soha nem lehet biztosan tudni. abszolút pontossággal hogyan alakultak ki a bolygót benépesítő első élőlények, és mi volt a kémiai és biológiai események pontos sorrendje.
Ezen hátrány ellenére a kemoszintézis elmélete lehetővé tette számunkra, hogy megrajzoljunk egy koherens és tudományosan megalapozott kép arról, hogy mi lehetett a földi élet keletkezése. A geológia, a kémia, a molekuláris biológia és az asztrobiológia adatainak integrálásával egy olyan magyarázó keretet hoztak létre, amelyben az egyszerű molekulák fokozatosan átadták a helyüket a környezet kedvezésének, és komplex rendszereknek váltottak fel, amelyek képesek önreplikációra, anyagcserére és evolúcióra. Ez a folyamatosan felülvizsgált és gazdagított nézet továbbra is az egyik legmegalapozottabb javaslat annak megértésére, hogyan alakulhatott át az inert anyag életté bolygónkon.
Irodalom:
- Wetto, Milena (é.n.). Kemoszintézis elmélete: Az élet megjelenése a Földön:
https://www.lifeder.com/teoria-quimiosintetica/
- Szerzői jog. (2008-2019) A KOACERVÁTOK MEGHATÁROZÁSA:
https://definicion.de/coacervados/
- Manuel (Nd) Mi a kemoszintézis elmélete? Alapelvek és kísérlet.
https://www.recursosdeautoayuda.com/teoria-quimiosintetica/
- Haldane-Oparin (n.d.). Kemoszintetikus elmélet.
https://portalacademico.cch.unam.mx/alumno/biologia2/unidad1/teoriaQuimiosintetica
Mindezen elméleti és kísérleti eredményekkel a kemoszintézis elmélete az élet eredetének egyik legteljesebb és legrészletesebb tudományos magyarázataként konszolidálódott, integrálva a primitív Föld kémiáját, az adott környezetben rendelkezésre álló energiát és az anyag azon inherens képességét, hogy önszerveződjön és egyre összetettebb formákká fejlődjön.