ABIOGENEZA: TEORII PRINCIPALE - BIOLOGIE - 2025

Abiogenesis se referă la numărul de procese și etape care au originea primele forme de viață pe pământ, inert incepător monomerice, cu trecerea timpului au reușit să mărească complexitatea lor. În lumina acestei teorii, viața a apărut din molecule nevii, în condițiile adecvate.

Este probabil ca după abiogeneză să producă sisteme simple de viață, evoluția biologică a acționat pentru a da naștere tuturor formelor de viață complexe care există astăzi.

Sursa: pixabay.com

Unii cercetători consideră că procesele de abiogeneză trebuie să fi avut loc cel puțin o dată în istoria pământului pentru a da naștere organismului ipotetic LUCA sau ultimul strămoș comun universal (din acronimul în engleză, ultimul strămoș comun universal), acum aproximativ 4 miliarde de ani de ani.

Se sugerează că LUCA trebuie să fi avut un cod genetic bazat pe molecula de ADN, care cu cele patru baze grupate în triplete, a codificat cele 20 de tipuri de aminoacizi care alcătuiesc proteine. Cercetătorii care încearcă să înțeleagă originea vieții studiază procesele de abiogeneză care au dat naștere LUCA.

Răspunsul la această întrebare a fost larg pus la îndoială și este adesea învăluit într-o ceață de mister și incertitudine. Din acest motiv, sute de biologi au propus o serie de teorii care variază de la apariția unei ciorbe primordiale până la explicații legate de xenobiologie și astrobiologie.

În ce constă?

Teoria abiogenezei se bazează pe un proces chimic prin care cele mai simple forme de viață au ieșit din precursorii fără viață.

Se presupune că procesul abiogenezei a avut loc continuu, spre deosebire de viziunea apariției brute într-un eveniment norocos. Astfel, această teorie presupune existența unui continuum între materia non-vie și primele sisteme vii.

De asemenea, se sugerează o serie de scenarii variate în care începutul vieții ar putea apărea din molecule anorganice. Aceste medii sunt în general extreme și diferite de condițiile actuale de pe Pământ.

Aceste presupuse afecțiuni prebiotice sunt adesea reproduse în laborator pentru a încerca să genereze molecule organice, precum celebrul experiment Miller și Urey.

Originea vieții: teorii

Originea vieții a fost unul dintre cele mai controversate subiecte pentru oamenii de știință și filozofi de pe vremea lui Aristotel. Conform acestui important gânditor, materia de descompunere ar putea fi transformată în animale vii, datorită acțiunii spontane a naturii.

Abiogeneza în lumina gândirii aristotelice poate fi rezumată în celebra sa frază omne vivum ex vivo, care înseamnă „toată viața decurge din viață”.

Ulterior, un număr destul de mare de modele, teorii și speculații au încercat să elucideze condițiile și procesele care au dus la originea vieții.

Cele mai remarcabile teorii, atât din punct de vedere istoric, cât și științific, care au căutat să explice originea primelor sisteme vii vor fi descrise mai jos:

Teoria generarii spontane

La începutul secolului al XVII-lea a fost postulat că formele de viață ar putea ieși din elemente lipsite de viață. Teoria generației spontane a fost acceptată pe scară largă de gânditorii vremii, deoarece a avut sprijinul Bisericii Catolice. Astfel, ființele vii ar putea să germineze atât de la părinții lor, cât și de la materiile care nu trăiesc.

Printre cele mai cunoscute exemple folosite pentru a susține această teorie se numără apariția viermilor și a altor insecte în carnea în descompunere, broaște apărute din noroi și șoareci care au ieșit din haine murdare și transpirație.

De fapt, existau rețete care promiteau crearea de animale vii. De exemplu, pentru a putea crea șoareci din materie non-vie, cerealele de grâu trebuiau combinate cu haine murdare într-un mediu întunecat și rozătoarele vii apar de-a lungul zilelor.

Susținătorii acestui amestec au susținut că transpirația umană de pe îmbrăcăminte și fermentarea grâului erau agenții direcționali ai formării vieții.

Refutarea generarii spontane

În secolul al XVII-lea, defectele și lacunele au început să fie observate în afirmațiile teoriei generației spontane. Abia în 1668 fizicianul italian Francesco Redi a conceput un proiect experimental adecvat pentru a-l respinge.

În experimentele sale controlate, Redi a plasat bucăți tăiate fin de carne învelite în muselină în recipiente sterile. Aceste borcane erau acoperite în mod corespunzător cu tifon, astfel încât nimic nu putea intra în contact cu carnea. De asemenea, experimentul a prezentat un alt set de borcane care nu au fost acoperite.

De-a lungul zilelor, viermii au fost observați doar în borcanele descoperite, deoarece muștele puteau intra liber și depun ouăle. În cazul borcanelor acoperite, ouăle au fost puse direct pe tifon.

În mod similar, cercetătorul Lazzaro Spallanzani a dezvoltat o serie de experimente pentru a respinge premisele generației spontane. Pentru a face acest lucru, el a făcut o serie de bulionuri pe care le-a supus fierberii prelungite pentru a distruge orice microorganisme care vor locui acolo.

Cu toate acestea, susținătorii generației spontane au susținut că cantitatea de căldură la care au fost expuse bulionele a fost excesivă și a distrus „forța de viață”.

Contribuțiile lui Pasteur

Mai târziu, în 1864, biologul și chimistul francez Louis Pasteur și-a propus să pună capăt postulatelor generației spontane.

Pentru a atinge acest obiectiv, Pasteur a fabricat containere de sticlă cunoscute sub numele de „baloane cu gâscă”, întrucât erau lungi și curbate la vârfuri, împiedicând astfel intrarea oricăror microorganisme.

În aceste recipiente, Pasteur a fiert o serie de bulionuri care au rămas sterile. Când gâtul unuia dintre ei a fost rupt, a devenit contaminat și microorganismele au proliferat într-un timp scurt.

Dovezile furnizate de Pasteur au fost irefutabile, reușind să răstoarne o teorie care a durat mai mult de 2.500 de ani.

panspermie

La începutul anilor 1900, chimistul suedez Svante Arrhenius a scris o carte intitulată „Creația lumilor” în care a sugerat că viața vine din spațiu prin spori rezistenți la condiții extreme.

În mod logic, teoria panspermiei era înconjurată de multe controverse, pe lângă faptul că nu oferea într-adevăr o explicație pentru originea vieții.

Teoria chemosintetică

Când examinăm experimentele lui Pasteur, una dintre concluziile indirecte ale dovezilor sale este că microorganismele se dezvoltă doar de la alții, adică viața nu poate veni decât din viață. Acest fenomen a fost numit „biogeneză”.

Urmărind această perspectivă, ar apărea teoriile evoluției chimice, conduse de rusul Alexander Oparin și englezul John DS Haldane.

Această viziune, denumită și teoria chemosintetică Oparin - Haldane, propune că într-un mediu prebiotic, pământul avea o atmosferă lipsită de oxigen și cu conținut ridicat de vapori de apă, metan, amoniac, dioxid de carbon și hidrogen, ceea ce o face extrem de reductivă.

În acest mediu au existat forțe diferite, cum ar fi descărcări electrice, radiații solare și radioactivitate. Aceste forțe au acționat asupra compușilor anorganici, dând naștere la molecule mai mari, creând molecule organice cunoscute sub numele de compuși prebiotici.

Miller și Urey experimentează

La mijlocul anilor '50, cercetătorii Stanley L. Miller și Harold C. Urey au reușit să creeze un sistem ingenios care să simuleze presupusele condiții antice ale atmosferei pe pământ în urma teoriei Oparin - Haldane.

Stanley și Urey au descoperit că în aceste condiții „primitive”, compușii anorganici simpli pot da naștere unor molecule organice complexe, esențiale pentru viață, cum ar fi aminoacizii, acizii grași, urea, printre altele.

Formarea polimerilor

Deși experimentele menționate anterior sugerează o modalitate plauzibilă prin care au luat naștere biomoleculele care fac parte din sistemele vii, acestea nu sugerează nicio explicație pentru procesul de polimerizare și o complexitate crescută.

Există mai multe modele care încearcă să elucideze această întrebare. Prima implică suprafețe minerale solide, unde suprafața ridicată și silicatele ar putea acționa ca catalizatori pentru moleculele de carbon.

Adânc în ocean, gurile de evacuare hidrotermale sunt o sursă adecvată de catalizatori, cum ar fi fierul și nichelul. Conform experimentelor de laborator, aceste metale participă la reacții de polimerizare.

În cele din urmă, în tranșeele oceanului există piscine fierbinți, care datorită proceselor de evaporare ar putea favoriza concentrarea monomerilor, favorizând formarea de molecule mai complexe. Ipoteza „supă primordială” se bazează pe această presupunere.

Reconcilierea rezultatelor lui Miller și Pasteur

Urmând ordinea de idei discutată în secțiunile anterioare, avem în vedere că experimentele lui Pasteur au descoperit că viața nu provine din materiale inerte, în timp ce dovezile de la Miller și Urey indică că da, dar la nivel molecular.

Pentru a reconcilia ambele rezultate, trebuie avut în vedere faptul că compoziția atmosferei terestre astăzi este total diferită de atmosfera prebiotică.

Oxigenul prezent în atmosfera curentă ar funcționa ca un „distrugător” al moleculelor aflate în formare. De asemenea, trebuie luat în considerare faptul că sursele de energie care ar fi condus la formarea moleculelor organice nu mai sunt prezente cu frecvența și intensitatea mediului prebiotic.

Toate formele de viață prezente pe Pământ sunt compuse dintr-un set de blocuri structurale și biomolecule mari, numite proteine, acizi nucleici și lipide. Cu ele poți „înarma” baza vieții curente: celulele.

În celulă viața este perpetuată, iar pe acest principiu Pasteur se bazează să afirme că fiecare ființă vie trebuie să provină de la o alta preexistentă.

Lumea ARN

Rolul autocatalizei în timpul abiogenezei este crucial, din acest motiv una dintre cele mai cunoscute ipoteze despre originea vieții este cea a lumii ARN, care postulează un început de la moleculele cu un singur lanț, cu capacitatea de auto-replicare.

Această noțiune de ARN sugerează că primii biocatalizatori nu au fost molecule de natură proteică, ci mai degrabă molecule de ARN - sau un polimer similar cu acesta - cu capacitatea de a cataliza.

Această presupunere se bazează pe proprietatea ARN de a sintetiza fragmente scurte folosind recoacere care direcționează procesul, pe lângă promovarea formării de peptide, esteri și legături glicozidice.

Conform acestei teorii, ARN ancestral a fost asociat cu unii cofactori precum metale, pirimidine și aminoacizi. Odată cu avansarea și complexitatea crescândă a metabolismului, apare capacitatea de a sintetiza polipeptide.

În cursul evoluției, ARN-ul a fost înlocuit de o moleculă mai stabilă din punct de vedere chimic: ADN-ul.

Concepții actuale despre originea vieții

În prezent se suspectează că viața își are originea într-un scenariu extrem: zonele oceanice din apropierea gurilor de evacuare vulcanică unde temperaturile pot atinge 250 ° C și presiunea atmosferică depășește 300 de atmosfere.

Această suspiciune apare din diversitatea formelor de viață întâlnite în aceste regiuni ostile și acest principiu este cunoscut sub numele de „teoria lumii fierbinți”.

Aceste medii au fost colonizate de arhebacterii, organisme capabile să crească, să se dezvolte și să se reproducă în medii extreme, probabil foarte asemănătoare cu condițiile prebiotice (inclusiv concentrații scăzute de oxigen și niveluri ridicate de CO ₂ ).

Stabilitatea termică a acestor medii, protecția pe care o asigură împotriva schimbărilor bruște și curgerea constantă a gazelor sunt câteva dintre atributele pozitive care fac ca fundurile de degajare și evacuările vulcanice să fie medii adecvate pentru originea vieții.

Termeni de biogeneză și abiogeneză

În 1974, renumitul cercetător Carl Sagan a publicat un articol care clarifica utilizarea termenilor biogeneză și abiogeneză. Potrivit lui Sagan, ambii termeni au fost folosiți în mod eronat în articole legate de explicații despre originea primelor forme vii.

Printre aceste erori se numără termenul biogeneză ca antonim propriu. Adică, biogeneza este utilizată pentru a descrie originea vieții pornind de la alte forme vii, în timp ce abiogeneza se referă la originea vieții din materie non-vie.

În acest sens, o cale biochimică contemporană este considerată biogenă și o cale metabolică prebiologică este abiogenă. Prin urmare, este necesar să acordați o atenție specială folosirii ambilor termeni.

Referințe

1. Bergman, J. (2000). De ce abiogeneza este imposibilă. Societatea de cercetare a creației trimestrial, 36 (4).
2. Pross, A., & Pascal, R. (2013). Originea vieții: ceea ce știm, ce putem cunoaște și ceea ce nu vom ști niciodată. Open Biology, 3 (3), 120190.
3. Sadava, D., & Purves, WH (2009). Viața: știința biologiei. Editura Medicală Panamericană.
4. Sagan, C. (1974). Cu termenii „biogeneză” și „abiogeneză”. Origini ale vieții și evoluția biosferelor, 5 (3), 529–529.
5. Schmidt, M. (2010). Xenobiologie: o nouă formă de viață ca instrument de biosiguranță final. Bioessays, 32 (4), 322–331.
6. Serafino, L. (2016). Abiogeneza ca provocare teoretică: câteva reflecții. Jour of biology teoretic, 402, 18–20.