ABIOGENEZE: HLAVNÍ TEORIE - BIOLOGIE - 2025

Abiogeneze se vztahuje k počtu procesů a kroků, které vznikly první formy života na Zemi, inertním monomerních startovní bloky, se v průběhu času byly schopny se zvýšit jejich složitost. Ve světle této teorie vznikl život za neživých molekul za vhodných podmínek.

Je pravděpodobné, že poté, co abiogeneze vytvořila jednoduché životní systémy, biologická evoluce působila tak, že dala vzniknout všem komplexním formám života, které dnes existují.

Zdroj: pixabay.com

Někteří vědci se domnívají, že abiogenetické procesy se musely vyskytnout alespoň jednou v historii Země, aby vznikl hypotetický organismus LUCA nebo poslední univerzální společný předek (z zkratky v angličtině, poslední univerzální společný předek), asi před 4 miliardami let.

Navrhuje se, že LUCA musí mít genetický kód založený na molekule DNA, která se svými čtyřmi bázemi seskupenými do trojic kódovala 20 typů aminokyselin, které tvoří proteiny. Vědci, kteří se snaží pochopit původ života, studují abiogenezní procesy, které vedly ke vzniku LUCA.

Odpověď na tuto otázku byla široce zpochybňována a je často zahalena zákalem tajemství a nejistoty. Z tohoto důvodu stovky biologů navrhly řadu teorií, které sahají od vzniku pravěké polévky až po vysvětlení související s xenobiologií a astrobiologií.

Z čeho se skládá?

Teorie abiogeneze je založena na chemickém procesu, kterým se nejjednodušší formy života objevily z neživých prekurzorů.

Předpokládá se, že proces abiogeneze probíhal nepřetržitě, na rozdíl od pohledu na vznik náhle v šťastné události. Tato teorie tedy předpokládá existenci kontinua mezi neživou hmotou a prvním živým systémem.

Podobně se navrhuje řada různých scénářů, ve kterých by mohlo dojít k začátku života z anorganických molekul. Tato prostředí jsou obecně extrémní a liší se od současných podmínek na Zemi.

Tyto předpokládané prebiotické podmínky jsou často reprodukovány v laboratoři, aby se pokusily vytvořit organické molekuly, jako je slavný Millerův a Ureyův experiment.

Původ života: teorie

Původ života byl pro vědce a filozofy jedním z nejkontroverznějších témat od doby Aristotela. Podle tohoto důležitého myslitele se rozkladající hmota mohla díky spontánnímu působení přírody transformovat na živá zvířata.

Abiogenezi ve světle aristotelského myšlení lze shrnout do jeho slavné fráze omne vivum ex vivo, což znamená „veškerý život vychází ze života“.

Následně se poměrně velké množství modelů, teorií a spekulací pokusilo objasnit podmínky a procesy, které vedly ke vzniku života.

Nejvýznamnější teorie, jak z historického, tak vědeckého hlediska, které se snažily vysvětlit původ prvních živých systémů, budou popsány níže:

Teorie spontánní generace

Na počátku 17. století se předpokládalo, že formy života se mohou objevit z neživých prvků. Teorie spontánní generace byla mysliteli té doby obecně přijímána, protože měla podporu katolické církve. Živé bytosti tak mohly vyklíčit jak od svých rodičů, tak od neživých látek.

Mezi nejznámější příklady používané na podporu této teorie patří výskyt červů a jiného hmyzu v rozpadajícím se masu, žabách, které se objevily z bláta, a myší, které se vynořily ze špinavého oblečení a potu.

Ve skutečnosti existovaly recepty, které slibovaly vytvoření živých zvířat. Například, aby bylo možné vytvořit myši z neživé hmoty, muselo se zrno pšenice kombinovat se špinavým oblečením v tmavém prostředí a během dne se objevovaly živé hlodavce.

Zastánci této směsi tvrdili, že lidský pot na oděvu a fermentace pšenice jsou přímými činiteli tvorby života.

Vyvrácení spontánní generace

V sedmnáctém století se v prohlášeních o spontánní generaci začaly objevovat nedostatky a mezery. Až v roce 1668 navrhl italský fyzik Francesco Redi vhodný experimentální návrh, aby jej odmítl.

Ve svých kontrolovaných experimentech Redi umístila jemně nakrájené kousky masa zabalené do mušelínu do sterilních nádob. Tyto sklenice byly řádně pokryty gázou, takže s masem nemohlo přijít nic do styku. Experiment také obsahoval další sadu sklenic, které nebyly omezeny.

V průběhu dnů byli červi pozorováni pouze ve odkrytých nádobách, protože mouchy mohly volně vstoupit a snášet vejce. V případě zakrytých sklenic byla vejce umístěna přímo na gázu.

Podobně výzkumník Lazzaro Spallanzani vyvinul řadu experimentů, které odmítly prostory spontánní generace. Aby toho dosáhl, vytvořil řadu vývarů, které podrobil dlouhodobému varu, aby zničil všechny mikroorganismy, které tam budou žít.

Zastáncové spontánní generace však tvrdili, že množství tepla, kterému byly vývary vystaveny, bylo příliš vysoké a zničilo „životní sílu“.

Pasteurovy příspěvky

Později, v roce 1864, se francouzský biolog a chemik Louis Pasteur rozhodl ukončit postuláty spontánní generace.

Pro dosažení tohoto cíle vyrábí Pasteur skleněné obaly známé jako „husí krkovičky“, protože byly dlouhé a zakřivené na špičkách, čímž zabraňovaly vstupu jakýchkoli mikroorganismů.

V těchto nádobách vařil Pasteur řadu vývarů, které zůstaly sterilní. Když se zlomil krk jednoho z nich, stal se znečištěným a mikroorganismy se během krátké doby množily.

Důkazy poskytnuté Pasteurem byly nezvratné a dokázaly zvrátit teorii, která trvala déle než 2 500 let.

Panspermie

Na počátku 20. století švédský chemik Svante Arrhenius napsal knihu nazvanou „Stvoření světů“, ve které navrhoval, aby život pocházel z vesmíru prostřednictvím spór odolných vůči extrémním podmínkám.

Logicky byla teorie panspermie obklopena hodně kontroverzí, kromě toho, že ve skutečnosti neposkytovala vysvětlení původu života.

Chemosyntetická teorie

Při zkoumání Pasteurových experimentů je jedním z nepřímých závěrů jeho důkazů, že mikroorganismy se vyvíjejí pouze od ostatních, to znamená, že život může přijít pouze ze života. Tento jev se jmenoval „biogeneze“.

Po této perspektivě by se objevily teorie chemické evoluce vedené ruským Alexandrem Oparinem a Angličanem Johnem DS Haldanem.

Tento pohled, nazývaný také chemosyntetická teorie Oparin - Haldane, navrhuje, že v prebiotickém prostředí měla Země atmosféru postrádající kyslík a vysokou vodní páru, metan, amoniak, oxid uhličitý a vodík, což je vysoce reduktivní.

V tomto prostředí existovaly různé síly, jako jsou elektrické výboje, sluneční záření a radioaktivita. Tyto síly působily na anorganické sloučeniny, což vedlo ke vzniku větších molekul a vytvořilo organické molekuly známé jako prebiotické sloučeniny.

Miller a Urey experiment

V polovině padesátých let se vědcům Stanley L. Miller a Harold C. Urey podařilo vytvořit geniální systém, který simuloval domnělé starověké podmínky atmosféry na Zemi podle teorie Oparin - Haldane.

Stanley a Urey zjistili, že za těchto „primitivních“ podmínek mohou jednoduché anorganické sloučeniny vést ke vzniku složitých organických molekul, nezbytných pro život, jako jsou aminokyseliny, mastné kyseliny, močovina.

Tvorba polymeru

Ačkoli výše uvedené experimenty naznačují věrohodný způsob, jakým vznikly biomolekuly, které jsou součástí živých systémů, nenavrhují žádné vysvětlení pro polymerační proces a zvýšenou složitost.

Existuje několik modelů, které se snaží tuto otázku objasnit. První zahrnuje pevné minerální povrchy, kde vysoká plocha povrchu a silikáty by mohly působit jako katalyzátory pro uhlíkové molekuly.

V hlubokém oceánu jsou hydrotermální průduchy vhodným zdrojem katalyzátorů, jako je železo a nikl. Podle laboratorních experimentů se tyto kovy účastní polymerizačních reakcí.

Konečně v oceánských zákopech jsou horké bazény, které by díky odpařovacím procesům mohly upřednostňovat koncentraci monomerů, což by podpořilo tvorbu komplexnějších molekul. Hypotéza „pravěké polévky“ je založena na tomto předpokladu.

Odsouhlasení výsledků Millera a Pasteura

Podle pořadí myšlenky diskutované v předchozích oddílech máme za to, že Pasteurovy experimenty ověřily, že život nevzniká z inertních materiálů, zatímco důkazy od Millera a Urey naznačují, že ano, ale na molekulární úrovni.

Abychom sladili oba výsledky, je třeba mít na paměti, že složení zemské atmosféry je dnes zcela odlišné od prebiotické atmosféry.

Kyslík přítomný v současné atmosféře by fungoval jako „ničitel“ molekul ve formaci. Rovněž je třeba vzít v úvahu, že zdroje energie, které údajně řídily tvorbu organických molekul, již nejsou přítomny s frekvencí a intenzitou prebiotického prostředí.

Všechny formy života na Zemi se skládají ze souboru strukturálních bloků a velkých biomolekul, které se nazývají proteiny, nukleové kyseliny a lipidy. S nimi můžete "vyzbrojit" základ současného života: buňky.

V buněčném životě je zachován a na tomto principu je Pasteur založen na tvrzení, že každá živá bytost musí pocházet z jiné již existující bytosti.

RNA svět

Role autokatalýzy během abiogeneze je zásadní, a proto je jednou z nejznámějších hypotéz o původu života svět RNA, který postuluje počátek z jednořetězcových molekul se schopností samoreplikace.

Tato představa o RNA naznačuje, že první biokatalyzátory nebyly molekuly proteinové povahy, ale spíše molekuly RNA - nebo polymer podobný tomu - se schopností katalyzovat.

Tento předpoklad je založen na vlastnosti RNA syntetizovat krátké fragmenty za použití žíhání, které řídí proces, kromě podpory tvorby peptidů, esterů a glykosidických vazeb.

Podle této teorie byla předková RNA asociována s některými kofaktory, jako jsou kovy, pyrimidiny a aminokyseliny. S postupujícím a zvyšujícím se komplexem metabolismu vzniká schopnost syntetizovat polypeptidy.

V průběhu evoluce byla RNA nahrazena chemicky stabilnější molekulou: DNA.

Současné představy o původu života

V současné době existuje podezření, že život vznikl v extrémním scénáři: oceánské oblasti poblíž sopečných průduchů, kde teploty mohou dosáhnout 250 ° C a atmosférický tlak přesahuje 300 atmosfér.

Toto podezření vyplývá z rozmanitosti forem života nalezených v těchto nepřátelských regionech a tento princip je známý jako „teorie horkého světa“.

Tato prostředí byly kolonizovány archaebakterie, organismy schopné růst, vývoj a reprodukci v extrémních prostředích, pravděpodobně velmi podobné prebiotických podmínek (včetně nízkých koncentracích kyslíku a vysoké CO ₂ úrovně).

Tepelná stabilita těchto prostředí, ochrana před náhlými změnami a neustálý tok plynů jsou některé z pozitivních atributů, díky kterým jsou mořské dno a vulkanické průduchy vhodným prostředím pro původ života.

Termíny biogeneze a abiogeneze

V roce 1974 publikoval renomovaný badatel Carl Sagan článek objasňující použití termínů biogeneze a abiogeneze. Podle Sagana byly oba termíny chybně použity v článcích týkajících se vysvětlení původu prvních živých forem.

Mezi tyto chyby patří použití biogeneze jako vlastního antonymu. To znamená, že biogeneze se používá k popisu původu života počínaje jinými živými formami, zatímco abiogeneze odkazuje na původ života z neživé hmoty.

V tomto smyslu je současná biochemická cesta považována za biogenní a prebiologická metabolická cesta je abiogenní. Proto je nutné věnovat zvláštní pozornost používání obou termínů.

Reference

1. Bergman, J. (2000). Proč abiogeneze je nemožná. Creation Research Society Quarterly, 36 (4).
2. Pross, A., & Pascal, R. (2013). Původ života: co víme, co můžeme vědět a co nikdy nebudeme vědět. Open Biology, 3 (3), 120190.
3. Sadava, D., a Purves, WH (2009). Život: věda biologie. Panamerican Medical Ed.
4. Sagan, C. (1974). Výrazy „biogeneze“ a „abiogeneze“. Původy života a evoluce biosfér, 5 (3), 529–529.
5. Schmidt, M. (2010). Xenobiologie: nová forma života jako nejlepší nástroj biologické bezpečnosti. Bioessays, 32 (4), 322–331.
6. Serafino, L. (2016). Abiogeneze jako teoretická výzva: Některé úvahy. Cesta teoretické biologie, 402, 18–20.