ההשערה ההידרותרמית שמה לה למטרה להסביר את התנאים הפרימיטיביים שבהם מקורם של צורות החיים הראשונות על פני כדור הארץ, והציעה כקביעה העיקרית את המעיינות החמים שנמצאים במעמקי האוקיינוסים.
סדרה של מקורות מים תרמיים נמצאה עם טמפרטורות שמגיעות ל -350 מעלות צלזיוס, בהן מתגוררת סדרת בעלי חיים האופיינית לתנאים אלה, כמו שני זרדים, תולעים, סרטנים, חלפים וכמה מפטרים (כוכב ים וקרובי משפחתם).
עדות זו מצביעה על כך שסביבות אוקיינוס עמוקות ככל הנראה התאימו למקור החיים וצורות החיים המוקדמות ביותר היו מיקרואורגניזמים כימו-אוטוטרופיים.
יתרה מזאת, מים רותחים הם ביתם של סדרה של חיידקים כימוסינתטיים המוציאים את האנרגיה שלהם מחומרים גופרייםיים, הנמצאים בשפע בסביבה זו.
לחיידקים כימוסינתטיים יש תפקידי יצרן במערכות אקולוגיות, היותם בסיס שרשרת המזון, בדומה לתפקיד הצמחים במערכות אקולוגיות טיפוסיות.
רעיונות הקשורים להשערה ההידרותרמית החלו להתעורר בתחילת 1977, כאשר החוקר קורליס ערך תצפיות ישירות במערכות הידרותרמיות הממוקמות באיי גלפגוס.
תיאוריות רקע ותחלופות
במשך כמה עשורים הציעו החוקרים עשרות תיאוריות המבקשות להסביר את מקור החיים והסביבה החיובית שבה היה צריך להתפתח. איך מקורם של החיים הייתה אחת השאלות המדעיות הוותיקות והמחלוקת ביותר.
חלק מהמחברים תומכים במקור העיקרי של חילוף החומרים, בעוד שמתנגדיהם תומכים במקור הגנטי.
פנספרמיה
באמצע שנות ה- 1900 הציע המדען הנודע ארהניוס את תורת הפנספרמיה או התיאוריה הקוסמולוגית. רעיון זה מעלה את מקור החיים בזכות הגעתם של מיקרואורגניזמים מרחביים מכוכב לכת בו היו חיים בעבר.
מבחינה הגיונית, התיאוריה הקוסמולוגית אינה מספקת רעיונות הפותרים את הבעיה, מכיוון שהיא אינה מסבירה כיצד מקורם של החיים מחוץ לכדור הארץ בכוכב ההיפותטי האמור.
יתרה מזאת, לא מאוד סביר שהישויות המיקרוסקופיות שהסביבות הפרביוטיות המתועשות שרדו את תנאי החלל עד שהגיעו לכוכב האדמה.
דוגמניות אביוטיות
מודלים אביוטיים מציעים שהחיים מקורם מלבד "מבני מיקרו" כצורות מעבר בין מולקולות אורגניות וצורות חיים מוקדמות. בין המגנים העיקריים של תיאוריה זו הם אופרין, סידני וו פוקס ואלפונסו פ הררה.
על פי דברי אופרין והאלדאן, coacervates הם מבשרי מבחן לחיים, המופרדים על ידי קרום פלזמה המאפשר אינטראקציה עם סביבתם. לטענת המחברים, מקורם לפני המולקולות המעבירות מידע גנטי: DNA או RNA.
סטנלי מילר והרולד אורי מצידם הצליחו לבנות מערכת גאונית שמחקה את "אווירת החיים הפרימיטיבית". המרכיבים שנמצאים באטמוספירה ההיפותטית, שונים מאוד מזו הקיימת, הצליחו לסנתז מולקולות אורגניות החיוניות לחיים (כמו חומצות אמינו) בעת החלת חום ומתח.
פוקס הצליח להשיג מיקרוספרות בגודל דומה לחיידקים, והכניסו את חומצות האמינו למקור חום.
באותו אופן, חוקרים אחרים השיגו את הסינתזה של מולקולות אורגניות המשתמשות במולקולות אורגניות כחומר גלם, ובכך הסבירו את מקור החיים מסביבה אביוטית.
עולם RNA
עמדה אחרת של מקור החיים מניחה את האירוע המרכזי בהופעת המולקולות המכילות מידע גנטי. מחברים שונים מגנים על מקור החיים מ- RNA וטוענים כי מולקולה זו שימשה תבנית וזרז במקביל.
העדות הגדולה ביותר היא קיומם של ריבוזומים, מולקולות RNA המסוגלות לזרז תגובות ובו זמנית לאחסן מידע ברצף הנוקלאוטידים שלהם.
ממה זה מורכב?
ההשערה ההידרותרמית מציעה סביבות מימיות קיצוניות אלה כמקום הנכון לסינתזה של תרכובות אורגניות שהובילו למקורם של אורגניזמים חיים על כדור הארץ.
מחברי התיאוריה הזו מבוססים על מאובנים ארצ'אניים, מערכות אוורור הידרותרמיות מודרניות מתחת למים ותצפיות תיאורטיות וניסוייות.
מערכות הידרותרמיות מאופיינות בשטפי אנרגיה גבוהה, בסביבה מצמצמת מאוד ובחימרים מינרליים בשפע, שהם משטחים אידיאליים לתגובות קטליטיות. בנוסף יש לו ריכוזים גבוהים של CH 4 , NH 3 , H 2 ומתכות שונות.
ההשערה מורכבת ההמרה הרציפה של CH 4 , NH 3 , H 2 לחומצות אמינו, אלה לתוך חלבונים ולאחר מכן לתוך פולימרים מורכבים יותר, עד שהגיע מטבוליזם מובנה אורגניזמים חיים.
בבדיקת מאובנים בסלעים לפני קמבריאה נמצאו מבנים דמויי תאים המתוארכים לפני כ -3.5 עד 3.8 מיליארד שנה במכלולים ההידרותרמיים התת-מימיים.
בניגוד להשערות הקודמות, ההשערה ההידרותרמית מציעה חום כמקור אנרגיה ולא קרני UV ופריקות חשמליות, כמודל של "המרק הקדמון". יתר על כן, מודל זה מציע קיומם של שיפועים סביבתיים מבחינת טמפרטורה, pH וריכוז כימי.
ביקורת על התיאוריה
למרות שלהשערה ההידרותרמית יש כמה טיעונים תקפים, היא אינה מקובלת באופן אוניברסאלי. אחת הביקורות על מקור החיים במעיין חם היא חוסר ההתאמה וחוסר המידע לגבי המודלים הגאולוגיים של התקופה הפרוביוטית.
באופן דומה, מולקולות חיוניות להתפתחות חיים - כמו חומצות גרעין, חלבונים וממברנות - יעמדו בפני הרס מיידי, בגלל הטמפרטורות הגבוהות של סביבות הידרותרמיות.
עם זאת, סביר להניח שגם צורות החיים הראשונות היו תרמוסטיות, בדומה לאורגניזמים התרמופיליים המאכלסים כיום סביבות קיצוניות.
מצד שני, בעיה נוספת מתעוררת הקשורה לריכוז הרכיבים. אין זה סביר שהחיים היו יכולים להתפתח במרחבים של האוקיאנוסים הפרביוטיים, שם ביו-מולקולות היו מדוללות ומתפזרות מאוד.
על מנת שסביבה תתאים למוצא החיים, עליה לטפח אינטראקציות בין מולקולות, כך שיהוו ישויות מורכבות יותר; לא לדלל אותם, כמו שקורה באוקיינוס העמוק.
תומכיה של התיאוריה ההידרותרמית טוענים כי החיים יכלו מקורם באזורים תוחמים שמנעו את דילולן של מולקולות שהוקמו לאחרונה, כמו מכתשים.
הפניות
- Chatterjee, S. (2016). מבט סימביוטי על מקור החיים במכתש השפעות הידרותרמיות. כימיה פיזיקלית פיזיקה כימית, 18 (30), 20033–20046.
- Corliss, JB, Baross, JA, and Hoffman, SE (1981). השערה הנוגעת ליחסים בין מעיינות חמות צוללות ומקור החיים על פני האדמה. Oceanologica Acta, גיליון מיוחד.
- הולם, נ.ג. (1992). מדוע מוצעות מערכות הידרותרמיות כסביבות מתקבלות על הדעת למקור החיים? במערכות הידרותרמיות ימיות ומקור החיים (עמ '5–14). שפרינגר, דורדרכט.
- Jheeta, S. (2017). נוף הופעת החיים. החיים, 7 (2), 27.
- לנייר, KA, וויליאמס, LD (2017). מקור החיים: דגמים ונתונים. Journal of Molecular Evolution, 84 (2), 85–92.