ХИДРОТЕРМАЛНА ХИПОТЕЗА: КАКВО ПРЕДСТАВЛЯВА, ПРЕДИСТОРИЯ И КРИТИКА - БИОЛОГИЯ - 2025

На хидротермални хипотези цели да обясни примитивните условия, в които първите форми на живот възникнали на планетата Земя, като предлага като основна настройка горещите извори, намиращи се в дълбините на океаните.

Разположени са поредица от източници на термална вода с температури, които достигат 350 ° C, където обитават поредица от фауна, характерна за тези условия, като двучерупчести, червеи, ракообразни, костури и някои бодлокожи (морски звезди и техните близки).

Тези доказателства предполагат, че дълбоките океански среди вероятно са били подходящи за произхода на живота, а най-ранните форми на живот са били хемоавтотрофни микроорганизми.

Освен това врящата вода е дом на редица химиосинтетични бактерии, които извличат енергията си от серни вещества, които са в изобилие в този тип среда.

Хемосинтетичните бактерии имат продуцентски функции в екосистемите, като са основата на хранителната верига, аналогична на ролята на растенията в типичните екосистеми.

Идеите, свързани с хидротермалната хипотеза, започват да се появяват в началото на 1977 г., когато изследовател Корлис прави директни наблюдения в хидротермални системи, разположени на островите Галапагос.

Основи и алтернативни теории

В продължение на няколко десетилетия изследователите предлагат десетки теории, които се стремят да обяснят произхода на живота и благоприятната среда, в която би трябвало да се развива. Как възниква животът е един от най-старите и спорни научни въпроси.

Някои автори поддържат първичния произход на метаболизма, докато техните противници поддържат генетичния произход.

панспермията

В средата на 20-те години прочутият учен Арений предложи теорията за панспермията или космологичната теория. Тази идея повдига произхода на живота благодарение на пристигането на пространствени микроорганизми от планета, където животът е съществувал преди.

Логично, космологичната теория не дава идеи, които решават проблема, тъй като не обяснява как извънземният живот е възникнал на споменатата хипотетична планета.

Освен това не е много вероятно микроскопичните образувания, които са колонизирали пребиотичните среди, да са оцелели в условията на Космоса, докато не са достигнали планетата Земя.

Абиотични модели

Абиотичните модели предполагат, че животът е възникнал освен „микроструктури“ като преходни форми между органични молекули и форми на ранен живот. Сред основните защитници на тази теория са Oparín, Sydney W. Fox и Alfonso F. Herrera.

Според Опарин и Халдан коацерварите са пробионти предшественици на живота, ограничени от плазмена мембрана, която позволява взаимодействие със средата им. Според авторите те са възникнали преди молекулите, които предават генетична информация: ДНК или РНК.

От своя страна Стенли Милър и Харолд Урей успяха да изградят гениална система, имитираща „примитивната атмосфера на живота“. Компонентите, присъстващи в хипотетичната атмосфера, много различни от сегашната, са били в състояние да синтезират органични молекули, необходими за живота (като аминокиселини), когато се прилагат топлина и напрежение.

Фокс успя да получи микросфери с размер, подобен на бактериите, подлагайки аминокиселините на източник на топлина.

По същия начин и други изследователи са постигнали синтеза на органични молекули, използвайки неорганични молекули като суровина, като по този начин обясняват произхода на живота от абиотична среда.

РНК свят

Друга позиция на произхода на живота постулира като основно събитие появата на молекулите, които съдържат генетична информация. Различни автори защитават произхода на живота от РНК и твърдят, че тази молекула е служила като шаблон и катализатор в същото време.

Най-голямото доказателство е наличието на рибозоми, РНК молекули, способни да катализират реакции и в същото време да съхраняват информация в тяхната нуклеотидна последователност.

От какво се състои тя?

Хидротермалната хипотеза предлага тези крайни водни среди като подходящо място за синтеза на органични съединения, довели до произхода на живите организми на Земята.

Авторите на тази теория са базирани на археологически вкаменелости, съвременни подводни хидротермални вентилационни системи и теоретични и експериментални наблюдения.

Хидротермалните системи се характеризират с високо енергийни потоци, силно редуцираща среда и изобилни минерални глини, които са идеални повърхности за каталитични реакции. В допълнение, тя има висока концентрация на СН ₄, NH ₃, H ₂ и различни метали.

Хипотезата се състои от последователно превръщане на СН ₄, NH ₃, H ₂ в аминокиселини, тези на протеини и след това в по-сложни полимери, до достигане на структуриран метаболизъм и живите организми.

При изследване на вкаменелости в докамбрийските скали са открити клетъчни структури от преди около 3,5 до 3,8 милиарда години в подводни хидротермални сглобки.

За разлика от предишните хипотези, хидротермалната хипотеза предлага топлината като източник на енергия, а не UV лъчи и електрически разряди, като модел на „първичния бульон“. Освен това, този модел предлага съществуването на градиенти на околната среда по отношение на температура, рН и химическа концентрация.

Критици на теорията

Въпреки че хидротермалната хипотеза има няколко валидни аргумента, тя не е общоприета. Една от критиките за произхода на живота в горещ извор е несъгласуваността и липсата на информация относно геоложките модели на пребиотичната ера.

По същия начин, основните молекули за развитието на живота - като нуклеинови киселини, протеини и мембрани - биха били изправени пред незабавно унищожаване, поради високите температури на хидротермалната среда.

Вероятно е също така, че първите форми на живот са били термостабилни, подобно на термофилните организми, които днес обитават екстремни среди.

От друга страна възниква друг проблем, свързан с концентрацията на компонентите. Малко вероятно е животът да се е развил в необятността на пребиотичните океани, където биомолекулите биха били силно разредени и разпръснати.

За да бъде среда подходяща за произхода на живота, тя трябва да насърчава взаимодействията между молекулите, така че да образуват по-сложни образувания; не ги разреждайте, както би станало в дълбокия океан.

Привържениците на хидротермалната теория предполагат, че животът би могъл да възникне в ограничени области, които възпрепятстват разреждането на новообразувани молекули, като например кратери.

Препратки

1. Chatterjee, S. (2016). Симбиотичен поглед върху произхода на живота при хидротермален кратер - езера. Физична химия Химична физика, 18 (30), 20033–20046.
2. Corliss, JB, Baross, JA, & Hoffman, SE (1981). Хипотеза относно връзките между подводните горещи извори и произхода на живота на земята. Океанологика Акта, Специален брой.
3. Holm, NG (1992). Защо хидротермалните системи се предлагат като правдоподобна среда за възникването на живота ?. В морските хидротермални системи и произхода на живота (стр. 5–14). Спрингер, Дордрехт.
4. Jheeta, S. (2017). Пейзажът на появата на живота. Живот, 7 (2), 27.
5. Lanier, KA, & Williams, LD (2017). Произходът на живота: модели и данни. Journal of Molecular Evolution, 84 (2), 85–92.