ABIOGENESE: HOVEDTEORIER - BIOLOGI

Den abiogenesis refererer til antallet af processer og trin, der stammer de første former for liv på jorden, indifferent monomere startende blokke, med tiden var i stand til at øge deres kompleksitet. I lyset af denne teori opstod liv fra ikke-levende molekyler under de passende betingelser.

Det er sandsynligt, at efter abiogenese produceret enkle livssystemer, biologisk evolution handlede for at give anledning til alle de komplekse livsformer, der findes i dag.

Kilde: pixabay.com

Nogle forskere mener, at abiogeneseprocesser skal have fundet sted mindst en gang i jordens historie for at give anledning til den hypotetiske organisme LUCA eller den sidste universelle fælles stamfar (fra forkortelsen på engelsk, den sidste universelle fælles stamfar), for ca. 4 milliarder siden af år.

Det antydes, at LUCA skal have haft en genetisk kode baseret på DNA-molekylet, der med sine fire baser grupperet i tripletter kodede de 20 typer aminosyrer, der udgør proteiner. Forskere, der forsøger at forstå livets oprindelse, studerer abiogeneseprocesserne, der gav anledning til LUCA.

Svaret på dette spørgsmål er bredt stillet og er ofte indhyllet i en uklarhed af mystik og usikkerhed. Af denne grund har hundreder af biologer foreslået en række teorier, der spænder fra fremkomsten af en uret suppe til forklaringer relateret til xenobiologi og astrobiologi.

Hvad består det af?

Abiogenese-teorien er baseret på en kemisk proces, hvorved de enkleste livsformer opstod fra livløse forløbere.

Det antages, at processen med abiogenese forløb kontinuerligt i modsætning til synet på fremkomsten pludselig i en heldig begivenhed. Således antager denne teori eksistensen af et kontinuum mellem ikke-levende stof og de første levende systemer.

Ligeledes foreslås en række forskellige scenarier, hvor livets begyndelse kan forekomme fra uorganiske molekyler. Disse miljøer er generelt ekstreme og forskellige fra de nuværende forhold på jorden.

Disse formodede prebiotiske tilstande gengives ofte i laboratoriet for at forsøge at generere organiske molekyler, som det berømte Miller og Urey-eksperiment.

Livets oprindelse: teorier

Livets oprindelse har været et af de mest kontroversielle emner for forskere og filosoffer siden Aristoteles tid. I henhold til denne vigtige tænker kunne nedbrydningsmateriale omdannes til levende dyr takket være den spontane handling af naturen.

Abiogenese i lyset af den aristoteliske tankegang kan sammenfattes i hans berømte sætning omne vivum ex vivo, hvilket betyder "alt liv sparer liv."

Derefter har et ret stort antal modeller, teorier og spekulationer forsøgt at belyse de forhold og processer, der førte til livets oprindelse.

De mest fremragende teorier, både fra et historisk og videnskabeligt synspunkt, der har forsøgt at forklare oprindelsen af de første levende systemer vil blive beskrevet nedenfor:

Teori om spontan generation

I det tidlige 1600-tallet blev det postuleret, at livsformer kunne opstå fra livløse elementer. Teorien om spontan generation blev bredt accepteret af tænkerne i den tid, da den havde støtte fra den katolske kirke. Således kunne levende væsener spire både fra deres forældre og fra ikke-levende stof.

Blandt de mest berømte eksempler, der bruges til at understøtte denne teori, er forekomsten af orme og andre insekter i nedbrudt kød, frøer, der optrådte fra mudder, og mus, der opstod fra snavset tøj og sved.

Der var faktisk opskrifter, der lovede oprettelse af levende dyr. For eksempel for at skabe mus fra ikke-levende stof, måtte hvedekorn kombineres med snavset tøj i et mørkt miljø, og levende gnavere vises i løbet af dagene.

Tilhængere af denne blanding argumenterede for, at menneskelig sved på tøj og gæring af hvede var de ledende midler til dannelsen af liv.

Omdømme af spontan generation

I det syttende århundrede begyndte man at bemærke mangler og huller i udsagnene fra teorien om spontan generation. Det var først i 1668, at den italienske fysiker Francesco Redi udtænkte et passende eksperimentelt design til at afvise det.

I sine kontrollerede eksperimenter placerede Redi fint skårne stykker kød pakket ind i muslin i sterile containere. Disse krukker var ordentligt dækket med gaze, så intet kunne komme i kontakt med kødet. Eksperimentet indeholdt også et andet sæt krukker, der ikke var overdækket.

I løbet af dage blev orme kun observeret i de krukker, der blev afdækket, da fluerne kunne komme fritt ind og lægge ægene. For de dækkede krukker blev æggene anbragt direkte på gasbinden.

Tilsvarende udviklede forskeren Lazzaro Spallanzani en række eksperimenter for at afvise lokaler for spontan generation. For at gøre dette lavede han en række bouillon, som han udsatte for langvarig kogning for at ødelægge alle mikroorganismer, der vil bo der.

Tilhængere af spontan generation hævdede imidlertid, at mængden af varme, som bouillonerne blev udsat for, var for stor og ødelagde "livskraften".

Pasteurs bidrag

Senere, i 1864, forsøgte den franske biolog og kemiker Louis Pasteur at stoppe postulaterne fra spontan generation.

For at nå dette mål producerede Pasteur glasbeholdere kendt som "svanehals kolber", da de var lange og krumme ved spidserne, hvilket forhindrede indtrængen af mikroorganismer.

I disse containere kogte Pasteur en række bouillon, der forblev steril. Da halsen på en af dem blev brudt, blev den forurenet, og mikroorganismer spredte sig på kort tid.

Beviserne fra Pasteur var ubestridelige, idet de formåede at vælte en teori, der varede i mere end 2.500 år.

panspermia

I begyndelsen af 1900'erne skrev den svenske kemiker Svante Arrhenius en bog med titlen "Skabelsen af verdener", hvor han antydede, at livet kom fra rummet via sporer, der var modstandsdygtige over for ekstreme forhold.

Logisk set var teorien om panspermia omgivet af meget kontrovers, udover at den ikke rigtig gav en forklaring på livets oprindelse.

Kemosyntetisk teori

Når man undersøger Pasteurs eksperimenter, er en af de indirekte konklusioner af hans bevis, at mikroorganismer kun udvikler sig fra andre, dvs. at livet kun kan komme fra livet. Dette fænomen blev kaldt "biogenese".

Efter dette perspektiv ville teorierne om kemisk udvikling dukke op, ledet af russeren Alexander Oparin og engelskmanden John DS Haldane.

Denne opfattelse, også kaldet Oparin - Haldane kemosyntetisk teori, foreslår, at jorden i et prebiotisk miljø havde en atmosfære uden ilt og høj i vanddamp, metan, ammoniak, kuldioxid og brint, hvilket gjorde den meget reduktiv.

I dette miljø var der forskellige kræfter, såsom elektriske udladninger, solstråling og radioaktivitet. Disse kræfter virkede på uorganiske forbindelser og gav anledning til større molekyler og skabte organiske molekyler kendt som prebiotiske forbindelser.

Miller og Urey eksperimenterer

I midten af 1950'erne lykkedes det forskerne Stanley L. Miller og Harold C. Urey at skabe et genialt system, der simulerede de antatte antikke forhold i atmosfæren på jorden ved at følge Oparin - Haldane teorien.

Stanley og Urey fandt, at under disse "primitive" betingelser kan enkle uorganiske forbindelser give anledning til komplekse organiske molekyler, der er essentielle for livet, såsom aminosyrer, fedtsyrer, urinstof, blandt andre.

Polymerdannelse

Selvom de førnævnte eksperimenter antyder en plausibel måde, hvorpå biomolekyler, der er en del af levende systemer, stammer fra, antyder de ingen forklaring på polymerisationsprocessen og øget kompleksitet.

Der er flere modeller, der prøver at belyse dette spørgsmål. Den første involverer faste mineraloverflader, hvor det høje overfladeareal og silikater kunne fungere som katalysatorer for kulstofmolekyler.

Dybt inde i havet er hydrotermiske åbninger en passende kilde til katalysatorer, såsom jern og nikkel. I henhold til laboratorieeksperimenter deltager disse metaller i polymerisationsreaktioner.

Endelig er der i havgravene varme puljer, som på grund af fordampningsprocesser kunne favorisere koncentrationen af monomerer og favorisere dannelsen af mere komplekse molekyler. Hypotesen om "primordial suppe" er baseret på denne antagelse.

Afstemning af Miller og Pasteur-resultater

Efter ideenes rækkefølge diskuteret i de foregående sektioner har vi, at Pasteurs eksperimenter verificerede, at livet ikke stammer fra inerte materialer, mens bevisene fra Miller og Urey viser, at det gør det, men på molekylært niveau.

For at forene begge resultater skal det huskes, at sammensætningen af jordens atmosfære i dag er helt forskellig fra den prebiotiske atmosfære.

Det ilt, der er til stede i den aktuelle atmosfære, ville fungere som en "ødelægger" af molekylerne i dannelsen. Det skal også overvejes, at energikilderne, der angiveligt drev dannelsen af organiske molekyler, ikke længere er til stede med hyppigheden og intensiteten af det prebiotiske miljø.

Alle livsformer, der findes på jorden, er sammensat af et sæt strukturblokke og store biomolekyler, kaldet proteiner, nukleinsyrer og lipider. Med dem kan du "armere" grundlaget for det aktuelle liv: celler.

I cellen er livet foreviget, og på dette princip er Pasteur baseret på at bekræfte, at ethvert levende væsen skal komme fra en anden allerede eksisterende.

RNA verden

Autokatalysens rolle under abiogenese er afgørende, hvorfor en af de mest berømte hypoteser om livets oprindelse er RNA-verdenen, som postulerer en start fra enkeltkædede molekyler med kapacitet til selvreplikation.

Denne opfattelse af RNA antyder, at de første biokatalysatorer ikke var molekyler af proteinkarakter, men snarere RNA-molekyler - eller en polymer, der ligner den - med evnen til at katalysere.

Denne antagelse er baseret på RNA's egenskab til at syntetisere korte fragmenter ved anvendelse af annealing, der styrer processen, ud over at fremme dannelsen af peptider, estere og glycosidbindinger.

I henhold til denne teori var forfædres RNA forbundet med nogle kofaktorer, såsom metaller, pyrimidiner og aminosyrer. Med fremskridt og stigende kompleksitet af metabolisme opstår evnen til at syntetisere polypeptider.

I løbet af udviklingen blev RNA erstattet af et mere kemisk stabilt molekyle: DNA.

Nuværende forestillinger om livets oprindelse

I øjeblikket mistænkes det for, at livet stammer fra et ekstremt scenarie: oceaniske områder i nærheden af vulkanske åbninger, hvor temperaturerne kan nå op på 250 ° C og atmosfæretrykket overstiger 300 atmosfærer.

Denne mistanke stammer fra mangfoldigheden af livsformer, der findes i disse fjendtlige regioner, og dette princip er kendt som "hot world theory".

Disse miljøer er blevet koloniseret af archaebacteria, organismer, der er i stand til at vokse, udvikle sig og reproducere i ekstreme miljøer, sandsynligvis meget lig de prebiotiske forhold (blandt dem lave iltkoncentrationer og høje CO ₂ -niveauer).

Disse miljøers termiske stabilitet, beskyttelsen, de giver mod pludselige ændringer og den konstante strøm af gasser, er nogle af de positive egenskaber, der gør havbunden og vulkanhullerne egnede miljøer til livets oprindelse.

Biogenese og abiogenese udtryk

I 1974 offentliggjorde den anerkendte forsker Carl Sagan en artikel, der klargjorde brugen af udtrykkene biogenese og abiogenese. Ifølge Sagan er begge udtryk blevet anvendt fejlagtigt i artikler relateret til forklaringer af oprindelsen af de første levende former.

Blandt disse fejl er at bruge udtrykket biogenese som sit eget antonym. Det vil sige, biogenese bruges til at beskrive livets oprindelse fra andre levende former, mens abiogenese refererer til livets oprindelse fra ikke-levende stof.

I denne forstand betragtes en moderne biokemisk vej som biogen, og en prebiologisk metabolisk vej er abiogen. Derfor er det nødvendigt at være særlig opmærksom på brugen af begge vilkår.

Referencer

Bergman, J. (2000). Hvorfor abiogenese er umulig. Creation Research Society Quarterly, 36 (4).
Pross, A., & Pascal, R. (2013). Livets oprindelse: hvad vi ved, hvad vi kan vide og hvad vi aldrig vil vide. Åben biologi, 3 (3), 120190.
Sadava, D., & Purves, WH (2009). Livet: biologiens videnskab. Panamerican Medical Ed.
Sagan, C. (1974). På udtrykkene 'biogenese' og 'abiogenese'. Origins of Life and Evolution of Biospheres, 5 (3), 529–529.
Schmidt, M. (2010). Xenobiology: en ny livsform som det ultimative værktøj til biosikkerhed. Bioessays, 32 (4), 322–331.
Serafino, L. (2016). Abiogenese som en teoretisk udfordring: Nogle refleksioner. Tidsskrift for teoretisk biologi, 402, 18-20.

ABIOGENESE: HOVEDTEORIER - BIOLOGI - 2026