ГІДРОТЕРМАЛЬНА ГІПОТЕЗА: ЩО ЦЕ ТАКЕ, ПЕРЕДУМОВИ ТА КРИТИКА - БІОЛОГІЯ - 2025

У гідротермальної гіпотези мети пояснити примітивні умови , в яких перші форми життя виникли на планету Землі, запропонувавши в якості основного сценарію гарячих джерел , розташовані в глибинах океанів.

Розташована низка джерел термальної води з температурою, що досягає 350 ° C, де мешкає низка типових фаун цих умов, таких як двостулкові тварини, черви, ракоподібні, північні рослини та деякі голкошкірі (морські зірки та їхні родичі).

Ці дані свідчать про те, що глибоке океанське середовище, ймовірно, було придатним для походження життя, а найбільш ранніми формами життя були хемоавтотрофні мікроорганізми.

Крім того, кипляча вода є домом для ряду хіміосинтетичних бактерій, які видобувають свою енергію із сірчаних речовин, яких в даному середовищі багато.

Хемосинтетичні бактерії виконують функції виробника в екосистемах, будучи основою харчового ланцюга, аналогічно ролі рослин у типових екосистемах.

Ідеї, пов'язані з гідротермальною гіпотезою, почали формуватися на початку 1977 року, коли дослідник Корлісс зробив прямі спостереження в гідротермальних системах, розташованих на островах Галапагоських островів.

Передумови та альтернативні теорії

Протягом кількох десятиліть дослідники пропонували десятки теорій, які прагнуть пояснити походження життя та сприятливе середовище, в якому воно мало б розвиватися. Як виникло життя, було одним із найдавніших та найсуперечливіших наукових питань.

Деякі автори підтримують первинне походження метаболізму, тоді як їх опоненти підтримують генетичне походження.

Панспермія

У середині 1900-х років відомий вчений Арреній запропонував теорію панспермії або космологічну теорію. Ця ідея породжує походження життя завдяки приходу просторових мікроорганізмів з планети, де раніше існувало життя.

Логічно, космологічна теорія не дає ідей, які вирішують проблему, оскільки вона не пояснює, як на цій гіпотетичній планеті виникло позаземне життя.

Крім того, не дуже ймовірно, що мікроскопічні утворення, що колонізували пребіотичні середовища, пережили умови космосу, поки не досягли планети Земля.

Абіотичні моделі

Абіотичні моделі пропонують, що життя зароджувалося крім «мікроструктур» як перехідних форм між органічними молекулами та ранніми життєвими формами. Серед основних захисників цієї теорії - Опарін, Сідней В. Фокс та Альфонсо Ф. Еррера.

За Опаріном та Халданом, коацервати - попередники життєдіяльності пробіонтів, обмежені плазматичною мембраною, що дозволяє взаємодіяти з навколишнім середовищем. На думку авторів, вони виникли перед молекулами, які передають генетичну інформацію: ДНК або РНК.

Зі свого боку Стенлі Міллер та Гарольд Урей вдалося побудувати геніальну систему, що імітувала "примітивну атмосферу життя". Компоненти, присутні в гіпотетичній атмосфері, сильно відрізняються від поточної, змогли синтезувати органічні молекули, необхідні для життя (наприклад, амінокислоти), коли на неї подавались тепло і напруга.

Фокс зміг отримати мікросфери за розміром, схожими на бактерії, піддавши амінокислоти джерелу тепла.

Таким же чином інші дослідники досягли синтезу органічних молекул, використовуючи неорганічні молекули як сировину, тим самим пояснюючи походження життя з абіотичного середовища.

РНК світ

Інша позиція походження життя постулює як головну подію появи молекул, що містять генетичну інформацію. Різні автори захищають походження життя від РНК і стверджують, що ця молекула слугувала одночасно шаблоном і каталізатором.

Найбільшим доказом є наявність рибосом, молекул РНК, здатних каталізувати реакції і, в той же час, зберігати інформацію в їх нуклеотидної послідовності.

З чого він складається?

Гідротермальна гіпотеза пропонує ці крайні водні середовища як належне місце для синтезу органічних сполук, що призвели до походження живих організмів на Землі.

Автори цієї теорії базуються на архейських копальнях, сучасних підводних гідротермальних вентиляційних системах та теоретичних та експериментальних спостереженнях.

Гідротермальні системи характеризуються високими потоками енергії, високоредукційним середовищем та рясними мінеральними глинами, які є ідеальними поверхнями для каталітичних реакцій. Крім того, він має високі концентрації CH ₄ , NH ₃ , H ₂ та різних металів.

Гіпотеза полягає в послідовному перетворенні CH ₄ , NH ₃ , H ₂ в амінокислоти, вони в білки, а потім у більш складні полімери, до досягнення структурованого обміну речовин і живих організмів.

Досліджуючи скам’янілі камені в докембрійських породах, було виявлено схожі на клітини структури приблизно від 3,5 до 3,8 мільярда років тому в підводних гідротермальних зборах.

На відміну від попередніх гіпотез, гідротермальна гіпотеза пропонує тепло як джерело енергії, а не УФ-промені та електричні розряди, як модель "первинного супу". Крім того, ця модель пропонує існування екологічних градієнтів з точки зору температури, рН та концентрації хімічних речовин.

Критика теорії

Хоча гідротермальна гіпотеза має кілька вагомих аргументів, вона не є загальновизнаною. Однією з критики походження життя в гарячу джерело є невідповідність та брак інформації щодо геологічних моделей доби пребіотиків.

Так само основні молекули для життєдіяльності - такі як нуклеїнові кислоти, білки та мембрани - зіткнулися б з їх негайним руйнуванням через високі температури гідротермальних середовищ.

Однак також є ймовірність, що перші життєві форми були термостійкими, схожими на теплолюбні організми, які сьогодні мешкають в екстремальних середовищах.

З іншого боку, виникає ще одна проблема, пов’язана з концентрацією компонентів. Навряд чи життя могло б скластися на просторах пребіотичних океанів, де біомолекули були б дуже розрідженими та розпорошеними.

Щоб середовище було придатним для походження життя, воно повинно сприяти взаємодії між молекулами, щоб вони утворювали більш складні утворення; не розбавляти їх, як це було б у глибокому океані.

Прихильники гідротермальної теорії припускають, що життя могло виникнути в обмежених районах, що перешкоджало розрідженню новоутворених молекул, наприклад, кратерів.

Список літератури

1. Chatterjee, S. (2016). Симбіотичний погляд на походження життя у гідротермальному кратері - озерах. Фізична хімія Хімічна фізика, 18 (30), 20033–20046.
2. Corliss, JB, Baross, JA, & Hoffman, SE (1981). Гіпотеза щодо взаємозв'язку підводних джерел та джерела життя на землі. Океанологія Акта, Спеціальний випуск.
3. Холм, Н.Г. (1992). Чому гідротермальні системи пропонуються як правдоподібні середовища для виникнення життя ?. У морських гідротермальних системах та зародженні життя (с. 5–14). Спрингер, Дордрехт.
4. Jheeta, S. (2017). Пейзаж виникнення життя. Життя, 7 (2), 27.
5. Lanier, KA, & Williams, LD (2017). Походження життя: моделі та дані. Журнал молекулярної еволюції, 84 (2), 85–92.