ТЕОРІЯ АБІОТИЧНОГО СИНТЕЗУ: ОСНОВНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ - БІОЛОГІЯ - 2025

Абиотическая Теорія синтезу є постулат , що передбачає , що життя виникло з неживих сполук (абиотической = неживої). Це говорить про те, що життя поступово виникало внаслідок синтезу органічних молекул. Серед цих органічних молекул виділяються амінокислоти, які є попередниками складніших структур, що породжують живі клітини.

Дослідниками, які запропонували цю теорію, були російський вчений Олександр Опарін та британський біохімік Джон Халдан. Кожен із цих вчених, досліджуючи самостійно, дійшов до тієї ж гіпотези: що походження життя на Землі походить від органічних та мінеральних сполук (неживої речовини), які раніше існували в примітивній атмосфері.

Джон Халдан, один із промоутерів теорії синтезу абіотиків

З чого він складається?

Теорія синтезу абіотиків встановлює, що зародження життя на Землі було пов’язане з сумішшю між неорганічними та органічними сполуками, які перебували в той час в атмосфері, яка була завантажена воднем, метаном, водяною парою, вуглекислий газ і аміак.

Теорія Опаріна та Гелдена

Опарін і Халдан думали, що на ранній Землі була атмосфера, що зменшується; тобто атмосфера з мало кисню, де присутні молекули, як правило, дарують свої електрони.

Згодом атмосфера поступово змінюватиметься, утворюючи прості молекули, такі як молекулярний водень (Н2), метан (СН4), вуглекислий газ (СО2), аміак (NH3) та водяна пара (H2O). За цих умов вони запропонували:

- Прості молекули могли реагувати, використовуючи енергію сонячних променів, електричні розряди від штормів, тепло з ядра Землі, серед інших видів енергії, що врешті-решт вплинуло на фізико-хімічні реакції.

- Це сприяло утворенню коацерватів (систем молекул, з яких походить життя, за Опаріном), які плавали в океанах.

- У цьому "примітивному бульйоні" умови були б адекватними, щоб будівельні блоки могли поєднуватися в наступних реакціях.

- Більш великі і складні молекули (полімери), такі як білки та нуклеїнові кислоти, були утворені внаслідок цих реакцій, ймовірно, сприяючи присутність води з басейнів біля океану.

- Ці полімери могли бути зібрані в одиниці або споруди, здатні підтримувати та тиражуватися. Опарін подумав, що вони могли бути "колоніями" білків, зв'язаних разом для здійснення метаболізму, і Халдан припустив, що макромолекули укладаються в мембрани, утворюючи клітинні структури.

Міркування щодо теорії

Деталі на цій моделі, мабуть, не зовсім коректні. Наприклад, зараз геологи вважають, що рання атмосфера не зменшувалася, і незрозуміло, чи ставки на краю океану є ймовірним місцем для першої появи життя.

Однак основна ідея "поступове і спонтанне утворення груп простих молекул, потім формування більш складних структур і нарешті набуття здатності до самовідтворення" залишається в основі більшості гіпотез витоків фактичне життя.

Експерименти, що підтримують теорію абіотичного синтезу

Експеримент Міллера та Урея

У 1953 році Стенлі Міллер та Гарольд Урей зробили експеримент, щоб перевірити ідеї Опаріна та Халдайна. Вони виявили, що органічні молекули можуть вироблятися спонтанно в умовах зменшення, подібних до описаних раніше на Землі.

Міллер та Урей побудували закриту систему, яка містила кількість нагрітої води та суміші газів, які, як вважалося, рясні в атмосфері ранньої Землі: метан (CH4), вуглекислий газ (CO2) та аміак (NH3).

Для імітації блискавкових болтів, які могли б забезпечити енергію, необхідну для хімічних реакцій, в результаті яких виникли більш складні полімери, Міллер та Урей надсилали електричні розряди через електрод у своїй експериментальній системі.

Експеримент Міллера та Урея

Провівши експеримент протягом тижня, Міллер та Урей виявили, що утворилися різні види амінокислот, цукрів, ліпідів та інших органічних молекул.

Великі, складні молекули - як ДНК та білок - були відсутні. Однак експеримент Міллера-Урея показав, що принаймні деякі будівельні блоки цих молекул можуть спонтанно утворюватися з простих сполук.

Експеримент Хуана Ору

Продовжуючи пошуки витоків життя, іспанський вчений Хуан Оро використовував свої біохімічні знання для досягнення синтезування в лабораторних умовах інших важливих для життя органічних молекул.

Oró повторив умови експерименту Міллера та Урея, який виробляє ціанідні похідні у великих кількостях.

Використовуючи цей продукт (синильну кислоту), аміак та воду, цей дослідник зміг синтезувати молекули аденіну, одну з 4 азотистих основ ДНК та один із компонентів АТФ - основної молекули для забезпечення енергією більшості живих істот .

Коли ця знахідка була опублікована в 1963 році, вона мала не лише науковий, але й популярний вплив, оскільки продемонструвала можливість спонтанної появи нуклеотидів на ранній Землі без будь-якого зовнішнього впливу.

Йому також вдалося синтезувати, відтворивши в лабораторії середовище, подібне до того, яке існувало на примітивній Землі, інші органічні сполуки, переважно ліпіди, що входять до складу клітинних мембран, деякі білки та активні ферменти, важливі в обміні речовин.

Експеримент Сідней Фокс

У 1972 році Сідней Фокс та його співробітники провели експеримент, який дозволив їм генерувати структури з мембранними та осмотичними властивостями; тобто схожий на живі клітини, які вони назвали протеїновими мікросферами.

Використовуючи суху суміш амінокислот, вони переходили до нагрівання їх до помірних температур; таким чином вони домоглися утворення полімерів. Ці полімери, розчиняючись у фізіологічному розчині, утворюють крихітні крапельки розміром з бактеріальні клітини, здатні проводити певні хімічні реакції.

Ці мікросфери мали проникну подвійну оболонку, схожу на діючі клітинні мембрани, що дозволяло їм гідратати та зневоднювати залежно від змін середовища, де вони були.

Усі ці спостереження, отримані в результаті вивчення мікросфери, показали уявлення про тип процесів, які могли зароджувати перші клітини.

Експеримент Альфонсо Еррери

Інші дослідники проводили власні експерименти, щоб спробувати відтворити молекулярні структури, що породили перші клітини. Мексиканському вченому Альфонсо Ерреру вдалося штучно генерувати структури, які він називав сульфобіоми та кольпоїдами.

Еррера використовував суміші таких речовин, як сульфоціанід амонію, тіозанат амонію та формальдегід, за допомогою яких він зміг синтезувати невеликі структури з високою молекулярною масою. Ці багаті сіркою структури були організовані аналогічно живим клітинам, саме тому він назвав їх сульфобією.

Аналогічно, він змішував оливкову олію та бензин з невеликою кількістю гідроксиду натрію для створення інших типів мікроструктур, які були організовані аналогічно найпростішим; він назвав ці мікросфери кольпоїдами.

Список літератури

1. Карранса, Г. (2007). Біологія I. Поріг редакції, Мексика.
2. Флорес, Р., Геррера, Л. та Ернандес, В. (2004). Біологія 1 (1-е видання). Редакція Progreso.
3. Fox, SW (1957). Хімічна проблема самозародження. Журнал хімічної освіти, 34 (10), 472–479.
4. Fox, SW, & Harada, K. (1958). Термічна кополімеризація амінокислот до продукту, що нагадує білок. Наука, 128, 1214.
5. Гама, А. (2004). Біологія: Біогенез та мікроорганізми (2-е видання). Пірсон освіта.
6. Гама, А. (2007). Біологія І: Конструктивістський підхід (3-е видання). Пірсон освіта.
7. Гордон-Сміт, C. (2003). Гіпотеза Опаріна-Галдена. Зародження життя: Орієнтири ХХ століття. Відновлено з: simsoup.info
8. Геррера, А. (1942). Нова теорія походження та природи життя. Наука, 96: 14.
9. Ledesma-Mateos, I., & Cleaves, HJ (2016). Альфонсо Луїс Еррера та початки еволюціонізму та досліджень зародження життя в Мексиці. Журнал молекулярної еволюції, 83 (5-6), 193–203.
10. Макколлом, Т. (2013). Міллер-Урей і далі: Що дізналися про реакції органічного синтезу пребіотиків за останні 60 років ?. Щорічний огляд земних та планетних наук, 41, 207-229.
11. Miller, S. (1953) Виробництво амінокислот у можливих примітивних земних умовах. Наука 117: 528– 529
12. Міллер, С.Л. (1955). Виробництво деяких органічних сполук в можливих примітивних умовах Землі. Журнал Американського хімічного товариства.
13. Міллер, SL, Urey, HC, & Oró, J. (1976). Походження органічних сполук на примітивній землі та в метеоритах. Журнал молекулярної еволюції, 9 (1), 59–72.
14. Oñate, L. (2010). Біологія 1, Том 1. Закріпити редактори для навчання.
15. Parker, ET, Cleaves, HJ, Callahan, MP, Dworkin, JP, Glavin, DP, Laccano, A., & Bada, JL (2011). Пребіотичний синтез метіоніну та інших органічних сполук, що містять сірку на примітивній землі: сучасна переоцінка на основі неопублікованого експерименту Стенлі Міллера 1958 року. Витоки життя та еволюція біосфер, 41 (3), 201–212.