TEORIE ABIOTICKÉ SYNTÉZY: HLAVNÍ CHARAKTERISTIKY - BIOLOGIE - 2025

Abiotická Syntéza teorie je postulát, že navrhuje, že život vznikl z neživých sloučenin (abiotické = neživých). To naznačuje, že život postupně vznikl syntézou organických molekul. Mezi těmito organickými molekulami vynikají aminokyseliny, které jsou předchůdci složitějších struktur, které dávají vznik živým buňkám.

Vědci, kteří navrhli tuto teorii, byli ruský vědec Alexander Oparin a britský biochemik John Haldane. Každý z těchto vědců, který vyšetřoval sám, dospěl ke stejné hypotéze: že původ života na Zemi pocházel z organických a minerálních sloučenin (neživých látek), které dříve existovaly v primitivní atmosféře.

John Haldane, jeden z propagátorů teorie abiotické syntézy

Z čeho se skládá?

Teorie abiotické syntézy stanoví, že původ života na Zemi byl způsoben směsí mezi anorganickými a organickými sloučeninami, které byly v té době v atmosféře, která byla zatížena vodíkem, methanem, vodní parou, oxid uhličitý a amoniak.

Oparinová a Haldaneova teorie

Oparin a Haldane si mysleli, že časná Země měla redukující atmosféru; to znamená, atmosféra s malým množstvím kyslíku, kde přítomné molekuly mají tendenci darovat své elektrony.

Následně by se atmosféra postupně měnila za vzniku jednoduchých molekul, jako je molekulární vodík (H2), metan (CH4), oxid uhličitý (CO2), amoniak (NH3) a vodní pára (H2O). Za těchto podmínek navrhli, aby:

- Jednoduché molekuly mohly reagovat, využívající energii ze slunečních paprsků, elektrické výboje z bouří, teplo jádra Země, mimo jiné druhy energie, které nakonec ovlivnily fyzikálně-chemické reakce.

- To podporovalo tvorbu koacervátů (systémů molekul, ze kterých pocházel život podle Oparina) a které se vznášely v oceánech.

- V tomto „primitivním vývaru“ by byly podmínky přiměřené, aby se stavební bloky mohly kombinovat v následných reakcích.

- Z těchto reakcí byly vytvořeny větší a složitější molekuly (polymery), jako jsou proteiny a nukleové kyseliny, pravděpodobně zvýhodněné přítomností vody v bazénech v blízkosti oceánu.

- Tyto polymery mohly být sestaveny do jednotek nebo struktur, které lze udržovat a replikovat. Oparin si myslel, že by to mohly být „kolonie“ proteinů seskupených k provádění metabolismu, a Haldane navrhl, že makromolekuly se uzavřely v membránách a vytvořily buněčné struktury.

Úvahy o teorii

Podrobnosti o tomto modelu pravděpodobně nejsou zcela správné. Například, geologové nyní věří, že časná atmosféra se nezmenšovala, a není jasné, zda rybníky na okraji oceánu jsou pravděpodobné místo pro první výskyt života.

Základní myšlenka „postupná a spontánní formace skupin jednoduchých molekul, pak vytváření složitějších struktur a nakonec získání schopnosti se replikovat“ zůstává v jádru většiny hypotéz o původu skutečný život.

Experimenty podporující teorii abiotické syntézy

Miller a Urey experiment

V roce 1953 provedli Stanley Miller a Harold Urey experiment, který otestoval myšlenky Oparina a Haldana. Zjistili, že organické molekuly by mohly být produkovány spontánně za redukčních podmínek podobných těm na počátku Země popsané dříve.

Miller a Urey vybudovali uzavřený systém, který obsahoval množství ohřáté vody a směs plynů, o nichž se předpokládalo, že jsou bohaté v rané zemské atmosféře: metan (CH4), oxid uhličitý (CO2) a amoniak (NH3).

Aby simulovali blesky, které mohly poskytnout energii potřebnou pro chemické reakce, které vedly ke vzniku komplexnějších polymerů, Miller a Urey poslali elektrické výboje přes elektrodu v jejich experimentálním systému.

Miller a Urey experiment

Po týdnu experimentu Miller a Urey zjistili, že vznikly různé typy aminokyselin, cukrů, lipidů a dalších organických molekul.

Chyběly velké, komplexní molekuly - jako DNA a bílkoviny. Experiment Miller-Urey však ukázal, že alespoň některé ze stavebních bloků těchto molekul se mohou tvořit spontánně z jednoduchých sloučenin.

Experiment Juana Oró

Španělský vědec Juan Oró pokračoval v hledání původu života a využil svých biochemických znalostí k dosažení syntézy dalších organických molekul důležitých pro život za laboratorních podmínek.

Oró replikoval podmínky experimentu Miller a Urey, který produkuje kyanidové deriváty ve velkém množství.

Pomocí tohoto produktu (kyselina kyanovodíková), plus amoniaku a vody, byl tento vědec schopen syntetizovat molekuly adeninu, jednu ze 4 dusíkatých bází DNA a jednu ze složek ATP, základní molekuly, která poskytuje energii pro většinu živých bytostí.

Když byl tento nález publikován v roce 1963, měl to nejen vědecký, ale i populární dopad, protože prokázal možnost spontánního objevení se nukleotidů na rané Zemi bez jakéhokoli vnějšího vlivu.

Podařilo se mu také syntetizovat, v laboratoři znovu vytvořit prostředí podobné prostředí, které existovalo na primitivní Zemi, další organické sloučeniny, hlavně lipidy, které jsou součástí buněčných membrán, některé proteiny a aktivní enzymy důležité v metabolismu.

Experiment s Sydney Fox

V roce 1972 provedl Sydney Fox a jeho spolupracovníci experiment, který jim umožnil vytvářet struktury s membránovými a osmotickými vlastnostmi; to je podobné živým buňkám, které nazývají proteinoidní mikrosféry.

Pomocí suché směsi aminokyselin je zahřáli na mírné teploty; tak dosáhli tvorby polymerů. Tyto polymery, když byly rozpuštěny ve fyziologickém roztoku, vytvořily malé kapičky velikosti bakteriální buňky schopné provádět určité chemické reakce.

Tyto mikrokuličky měly propustnou dvojitou obálku, podobnou současným buněčným membránám, což jim umožnilo hydratovat a dehydratovat v závislosti na změnách prostředí, ve kterém se nacházejí.

Všechna tato pozorování získaná studiem mikrosférul ukázala představu o druhu procesů, které by mohly vzniknout prvními buňkami.

Experiment Alfonso Herrery

Další vědci provedli vlastní experimenty, aby se pokusili replikovat molekulární struktury, které daly vznik první buňce. Alfonso Herrera, mexický vědec, dokázal uměle vytvořit struktury, které nazýval sulfobios a colpoids.

Herrera použil směsi látek, jako je sulfokyanid amonný, thiosanát amonný a formaldehyd, se kterými byl schopen syntetizovat malé struktury s vysokou molekulovou hmotností. Tyto struktury bohaté na síru byly organizovány podobným způsobem jako živé buňky, proto je nazýval sulfobií.

Podobně smíchal olivový olej a benzín s malými množstvími hydroxidu sodného, ​​aby vytvořil další typy mikrostruktur, které byly uspořádány podobným způsobem jako protozoa; pojmenoval tyto mikrosféry kolpoidy.

Reference

1. Carranza, G. (2007). Biology I. Redakční práh, Mexiko.
2. Flores, R., Herrera, L. & Hernández, V. (2004). Biology 1 (1st ed.). Editorial Progreso.
3. Fox, SW (1957). Chemický problém spontánní generace. Journal of Chemical Education, 34 (10), 472–479.
4. Fox, SW, a Harada, K. (1958). Tepelná kopolymerace aminokyselin na produkt připomínající protein. Science, 128, 1214.
5. Gama, A. (2004). Biologie: Biogeneze a mikroorganismy (2. vydání). Pearsonovo vzdělávání.
6. Gama, A. (2007). Biologie I: Konstruktivistický přístup (3. vydání). Pearsonovo vzdělávání.
7. Gordon-Smith, C. (2003). Hypotéza Oparin-Haldane. Na počátku života: Památky dvacátého století. Obnoveno z: simsoup.info
8. Herrera, A. (1942). Nová teorie původu a povahy života. Science, 96: 14.
9. Ledesma-Mateos, I., & Cleaves, HJ (2016). Alfonso Luis Herrera a začátky evolucionismu a studií o původu života v Mexiku. Journal of Molecular Evolution, 83 (5-6), 193–203.
10. McCollom, T. (2013). Miller-Urey a další: Co se dozvědělo o prebiotických reakcích organické syntézy v posledních 60 letech? Roční přehled o Zemi a planetárních vědách, 41, 207-229.
11. Miller, S. (1953) Produkce aminokyselin za možných primitivních podmínek Země. Science 117: 528 - 529
12. Miller, SL (1955). Produkce některých organických sloučenin za možných primitivních podmínek na Zemi. Žurnál americké chemické společnosti.
13. Miller, SL, Urey, HC, & Oró, J. (1976). Původ organických sloučenin na primitivní zemi a v meteoritech. Journal of Molecular Evolution, 9 (1), 59–72.
14. Oñate, L. (2010). Biologie 1, Svazek 1. Editory učení seengů.
15. Parker, ET, Cleaves, HJ, Callahan, MP, Dworkin, JP, Glavin, DP, Lazcano, A., & Bada, JL (2011). Prebiotická syntéza methioninu a dalších organických sloučenin obsahujících síru na primitivní Zemi: současné přehodnocení založené na nepublikovaném experimentu Stanley Miller z roku 1958. Původy života a evoluce biosfér, 41 (3), 201–212.