תיאוריה של סינתזה אביוטית: מאפיינים עיקריים - ביולוגיה - 2025

תורת סינתזת אביוטי היא קביעה כי מציעה חי שמקורה תרכובות אי-חיים (אביוטי = שאיננו חי). זה מציע שהחיים נבעו בהדרגה מסינתזה של מולקולות אורגניות. בין מולקולות אורגניות אלה בולטות חומצות אמינו, שהן מבשרי מבנים מורכבים יותר המולידים תאים חיים.

החוקרים שהציעו תיאוריה זו היו המדען הרוסי אלכסנדר אופרין והביוכימאי הבריטי ג'ון האלדאן. כל אחד מהמדענים הללו, שחקר בכוחות עצמם, הגיע לאותה השערה: שמקור החיים בכדור הארץ הגיע מתרכובות אורגניות ומינרלים (חומר שאינו חי) שהיו בעבר באטמוספרה הפרימיטיבית.

ג'ון האלדאן, מקדמי תיאוריית הסינתזה האביוטית

ממה זה מורכב?

תיאוריית הסינתזה האביוטית קובעת שמקור החיים בכדור הארץ נבע מהתערובת בין תרכובות אורגניות ואורגניות שהיו באותה עת באטמוספירה, שהיתה עמוסה במימן, מתאן, אדי מים, פחמן דו חמצני ואמוניה.

תיאוריה של אופרין והאלדאן

אופרין והאלדאן חשבו שכדור הארץ הקדום מכיל אווירה מצמצמת; כלומר, אטמוספרה עם מעט חמצן, בה המולקולות שהיו קיימות נוטות לתרום את האלקטרונים שלהן.

בהמשך, האטמוספרה תשתנה בהדרגה ותוליד מולקולות פשוטות כמו מימן מולקולרי (H2), מתאן (CH4), פחמן דו חמצני (CO2), אמוניה (NH3) ואדי מים (H2O). בתנאים אלה הם הציעו כי:

- מולקולות פשוטות היו יכולות להגיב, באמצעות אנרגיה מקרני השמש, פריקות חשמליות מסערות, חום ליבת כדור הארץ, בין סוגים אחרים של אנרגיה שהשפיעו בסופו של דבר על התגובות הפיזיקו-כימיות.

- זה קידם את היווצרותם של שכבות נחושת (מערכות של מולקולות שמקורן בחיים, על פי אופרין) שצפו באוקיינוסים.

- ב"מרק פרימיטיבי "זה התנאים היו מספיקים כך שניתן היה לשלב את אבני הבניין בתגובות עוקבות.

- מתגובות אלה נוצרו מולקולות גדולות ומורכבות יותר (פולימרים) כמו חלבונים וחומצות גרעין, ככל הנראה המועדפות על ידי נוכחות מים בבריכות ליד האוקיאנוס.

- ניתן היה להרכיב פולימרים אלה ליחידות או למבנים המסוגלים לתחזק ולשכפל. אופרן סבר שיכלו להיות "מושבות" של חלבונים המקובצים יחדיו לביצוע חילוף חומרים, והאלדאן הציע כי המקרו-מולקולות היו סגורות בקרומים ליצירת מבנים דמויי תאים.

שיקולים על התיאוריה

הפרטים בדגם זה כנראה לא ממש נכונים. לדוגמה, גיאולוגים מאמינים כעת שהאווירה המוקדמת לא הצטמצמה, ולא ברור אם בריכות בקצה האוקיאנוס הן אתר סביר להופעת החיים הראשונה.

עם זאת, הרעיון הבסיסי "היווצרות הדרגתית וספונטנית של קבוצות של מולקולות פשוטות, אחר כך היווצרות של מבנים מורכבים יותר, ולבסוף רכישת היכולת לשכפל עצמי", נשאר בבסיס מרבית ההשערות של מקורם של החיים בפועל.

ניסויים התומכים בסינתזה האביוטית

מילר ואורי מתנסים

בשנת 1953, סטנלי מילר והרולד אורי עשו ניסוי לבחינת רעיונותיהם של אופרין והאלדאן. הם גילו כי ניתן לייצר מולקולות אורגניות באופן ספונטני בתנאים מקטינים הדומים לאלה של כדור הארץ הקדום שתוארה קודם.

מילר ואורי בנו מערכת סגורה שהכילה כמות של מים מחוממים ותערובת של גזים שנחשבו בשפע באווירת כדור הארץ הקדומה: מתאן (CH4), פחמן דו חמצני (CO2) ואמוניה (NH3).

כדי לדמות את ברגי הברק שיכלו לספק את האנרגיה הדרושה לתגובות הכימיות שהביאו לפולימרים מורכבים יותר להתרחש, מילר ואורי שלחו פריקות חשמל דרך אלקטרודה במערכת הניסוי שלהם.

מילר ואורי מתנסים

לאחר ביצוע הניסוי במשך שבוע, גילו מילר ואורי כי נוצרו סוגים שונים של חומצות אמינו, סוכרים, ליפידים ומולקולות אורגניות אחרות.

מולקולות גדולות ומורכבות - כמו DNA וחלבון - היו חסרות. עם זאת, הניסוי של מילר-אורי הראה שלפחות חלק מאבני הבניין של מולקולות אלה עלולות להיווצר באופן ספונטני מתרכובות פשוטות.

הניסוי של חואן אורו

בהמשך לחיפוש אחר מקורות החיים, השתמש המדען הספרדי חואן אורו בידע הביוכימי שלו כדי להשיג סינתזה, בתנאי מעבדה, מולקולות אורגניות אחרות החשובות לחיים.

אורו שכפול את תנאי הניסוי מילר ואורי המייצר נגזרות ציאניד בכמויות גדולות.

באמצעות מוצר זה (חומצה הידרוצינית), בתוספת אמוניה ומים, הצליח חוקר זה לסנתז מולקולות אדנין, אחד מארבעת הבסיסים החנקניים של DNA ואחד המרכיבים של ATP, מולקולה בסיסית בכדי לספק אנרגיה לרוב היצורים החיים .

כאשר פורסם ממצא זה בשנת 1963, לא הייתה לו רק השפעה מדעית, אלא גם השפעה פופולרית, מכיוון שהיא הדגימה את האפשרות להופעתם הספונטנית של נוקליאוטידים בכדור הארץ הקדום ללא כל השפעה חיצונית.

הוא גם הצליח לסנתז, לשחזר במעבדה סביבה הדומה לסביבה שהייתה על פני כדור הארץ הפרימיטיבית, תרכובות אורגניות אחרות, בעיקר ליפידים שהם חלק מממברנות התא, חלקם חלבונים ואנזימים פעילים החשובים במטבוליזם.

ניסוי סידני פוקס

בשנת 1972 ביצעו סידני פוקס ושותפיו ניסוי שיאפשר להם ליצור מבנים בעלי ממברנה ותכונות אוסמוטיות; כלומר, דומה לתאים חיים, אותם כינו מיקרו-כדוריות פרוטאנואיד.

בעזרת תערובת יבשה של חומצות אמינו, הם המשיכו לחמם לטמפרטורות מתונות; כך הם השיגו היווצרות פולימרים. פולימרים אלה, כשהם מומסים במלח, יצרו טיפות זעירות בגודל של תא חיידקי המסוגל לבצע תגובות כימיות מסוימות.

למיקרו-כדוריות אלו הייתה מעטפה כפולה חדורה, הדומה לממברנות תאים נוכחיות, אשר אפשרה להם להתייבש ולהתייבש בהתאם לשינויים בסביבה בה הם היו.

כל התצפיות הללו שהתקבלו מחקר המיקרו-כדוריות הראו רעיון לגבי סוג התהליכים שיכלו להיווצר מהתאים הראשונים.

הניסוי של אלפונסו הררה

חוקרים אחרים ערכו ניסויים משלהם כדי לנסות לשכפל את המבנים המולקולריים שהולידו את התאים הראשונים. אלפונסו הררה, מדען מקסיקני, הצליח לייצר מלאכותית מבנים שכינה סולפוביוס וקולפואידים.

הררה השתמש בתערובות של חומרים כמו אמוניום סולפוציאניד, אמוניום תיוסנאט ופורמלדהיד, שבעזרתם הצליח לסנתז מבנים קטנים בעלי משקל מולקולרי גבוה. מבנים עתירי גופרית אלה היו מאורגנים באופן דומה לתאים חיים, וזו הסיבה שכינה אותם סולפוביה.

באופן דומה, הוא ערבב שמן זית ובנזין בכמויות קטנות של נתרן הידרוקסיד כדי לייצר סוגים אחרים של מיקרו-מבנים שאורגנו באופן דומה לפרוטוזואה; הוא כינה את הקולפואידים האלה במיקרוספרות.

הפניות

1. קרנזה, ג '(2007). ביולוגיה I. סף העריכה, מקסיקו.
2. פלורס, ר., הררה, ל. והרננדז, ו '(2004). ביולוגיה 1 (מהדורה ראשונה). פרוגרסו עריכה.
3. פוקס, SW (1957). הבעיה הכימית של דור ספונטני. כתב העת לחינוך כימי, 34 (10), 472–479.
4. פוקס, SW, והארדה, ק '(1958). קופולימרטיזציה תרמית של חומצות אמינו למוצר הדומה לחלבון. מדע, 128, 1214.
5. גמה, א '(2004). ביולוגיה: ביוגנזה ומיקרואורגניזמים (מהדורה שנייה). פירסון חינוך.
6. גמה, א '(2007). ביולוגיה I: גישה קונסטרוקטיביסטית (מהדורה 3). פירסון חינוך.
7. גורדון-סמית ', C. (2003). השערת האופרין-האלדאן. מקור החיים: ציוני דרך מהמאה העשרים. התאושש מ: simsoup.info
8. הררה, א '(1942). תיאוריה חדשה של מקור ואופי החיים. מדע, 96: 14.
9. Ledesma-Mateos, I., & Cleaves, HJ (2016). אלפונסו לואיס הררה וההתחלות של האבולוציזם והמחקרים במוצא החיים במקסיקו. Journal of Molecular Evolution, 83 (5-6), 193–203.
10. McCollom, T. (2013). מילר-אורי והלאה: מה נודע על תגובות סינתזה אורגנית פרביוטית בששים השנים האחרונות ?. סקירה שנתית של מדעי כדור הארץ והפלנטריים, 41, 207-229.
11. Miller, S. (1953) ייצור של חומצות אמינו בתנאי כדור הארץ פרימיטיביים אפשריים. מדע 117: 528– 529
12. מילר, SL (1955). ייצור של כמה תרכובות אורגניות בתנאי כדור הארץ פרימיטיביים אפשריים. כתב העת של החברה הכימית האמריקאית.
13. מילר, SL, Urey, HC, & Oró, J. (1976). מקורם של תרכובות אורגניות בכדור הארץ הפרימיטיבי ובמטאוריטים. Journal of Molecular Evolution, 9 (1), 59–72.
14. Oñate, L. (2010). ביולוגיה 1, כרך 1. עורכי לימוד Cengage.
15. פרקר, אי.טי., Cleaves, HJ, Callahan, MP, Dworkin, JP, Glavin, DP, Lazcano, A., & Bada, JL (2011). סינתזה פרביוטית של מתיונין ותרכובות אורגניות המכילות גופרית אחרים על כדור הארץ הפרימיטיבי: הערכה מחודשת עכשווית המבוססת על ניסוי סטנלי מילר שלא פורסם בשנת 1958. מקורות החיים והתפתחות הביוספירות, 41 (3), 201–212.