ТЕОРИЯ НА АБИОТИЧНИЯ СИНТЕЗ: ОСНОВНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В Абиотично Синтез теория е предпоставка, че предлага живот произхожда от не-дневна съединения (абиотичен = неживи). Това предполага, че животът постепенно е възникнал от синтеза на органични молекули. Сред тези органични молекули се открояват аминокиселини, които са предшественици на по-сложни структури, които пораждат живи клетки.

Изследователите, които предложиха тази теория, бяха руският учен Александър Опарин и британският биохимик Джон Халдан. Всеки един от тези учени, изследвайки самостоятелно, стигна до една и съща хипотеза: че произходът на живота на Земята идва от органични и минерални съединения (нежива материя), които преди са съществували в примитивната атмосфера.

Джон Халдан, един от организаторите на теорията за синтеза на абиотиците

От какво се състои тя?

Теорията за синтеза на абиотици установява, че произходът на живота на Земята се е дължал на сместа между неорганични и органични съединения, които са били в атмосферата по това време, която е била натоварена с водород, метан, водни пари и др. въглероден диоксид и амоняк.

Теория на Опарин и Халдан

Опарин и Халдан смятали, че ранната Земя има намаляваща атмосфера; тоест атмосфера с малко кислород, където присъстващите молекули са склонни да дават своите електрони.

Впоследствие атмосферата постепенно ще се промени, пораждайки прости молекули като молекулен водород (H2), метан (CH4), въглероден диоксид (CO2), амоняк (NH3) и водна пара (H2O). При тези условия те предложиха:

- Простите молекули биха могли да реагират, използвайки енергия от слънчевите лъчи, електрически заряди от бури, топлината на земното ядро, сред другите видове енергия, които в крайна сметка влияят на физикохимичните реакции.

- Това насърчава образуването на коацервати (системи от молекули, от които произлиза животът, според Опарин), които плаваха в океаните.

- В този "примитивен бульон" условията биха били адекватни, така че градивните елементи да са били комбинирани в последващи реакции.

- По-големи и по-сложни молекули (полимери) като протеини и нуклеинови киселини се образуват от тези реакции, вероятно благоприятствани от присъствието на вода в басейни в близост до океана.

- Тези полимери биха могли да бъдат събрани в единици или структури, които могат да бъдат поддържани и реплицирани. Опарин смятал, че те могат да бъдат „колонии“ от протеини, групирани заедно, за да осъществят метаболизма, и Халдан предполага, че макромолекулите се затварят в мембраните, за да образуват клетки, подобни на структури.

Съображения относно теорията

Детайлите по този модел вероятно не са съвсем точни. Например, геолозите сега смятат, че ранната атмосфера не се е свивала и не е ясно дали езерата в края на океана са вероятно място за първата поява на живота.

Основната идея "постепенно и спонтанно образуване на групи от прости молекули, след това формирането на по-сложни структури и накрая придобиването на способността за самостоятелно повторение" остава в основата на повечето хипотези за произхода на действителен живот.

Експерименти в подкрепа на теорията за абиотичния синтез

Милър и Урей експериментират

През 1953 г. Стенли Милър и Харолд Урей правят експеримент, за да тестват идеите на Опарин и Халдан. Те открили, че органичните молекули могат да бъдат произведени спонтанно при редуциращи условия, подобни на тези на ранната Земя, описана по-рано.

Милър и Урей изградиха затворена система, която съдържаше количество нагрята вода и смес от газове, които се смятаха за изобилни в ранната земна атмосфера: метан (CH4), въглероден диоксид (CO2) и амоняк (NH3).

За да симулират мълниеносните болтове, които биха могли да осигурят енергията, необходима за химичните реакции, които доведоха до появата на по-сложни полимери, Милър и Урей изпратиха електрически разряди през електрод в експерименталната си система.

Милър и Урей експериментират

След като проведоха експеримента в продължение на седмица, Милър и Урей откриха, че са се образували различни видове аминокиселини, захари, липиди и други органични молекули.

Големи сложни молекули - като ДНК и протеин - липсваха. Обаче експериментът Милър-Урей показа, че поне някои градивни елементи на тези молекули могат да се образуват спонтанно от прости съединения.

Експериментът на Хуан Оро

Продължавайки с търсенето на произхода на живота, испанският учен Хуан Оро използва биохимичните си познания, за да постигне синтеза в лабораторни условия на други важни за живота органични молекули.

Oró възпроизвежда условията на експеримента с Милър и Урей, ​​който произвежда цианидни производни в големи количества.

Използвайки този продукт (циановодородна киселина), плюс амоняк и вода, този изследовател успя да синтезира молекули на аденин, една от 4-те азотни основи на ДНК и един от компонентите на АТФ, основна молекула за осигуряване на енергия на повечето живи същества, Когато тази констатация е публикувана през 1963 г., тя има не само научно, но и популярно въздействие, тъй като демонстрира възможността за спонтанна поява на нуклеотиди на ранната Земя без никакво външно влияние.

Той също успя да синтезира, пресъздавайки в лабораторията среда, подобна на тази, която съществува на примитивната Земя, други органични съединения, главно липиди, които са част от клетъчните мембрани, някои протеини и активни ензими, важни за метаболизма.

Експериментът на Сидни Фокс

През 1972 г. Сидни Фокс и неговите сътрудници провеждат експеримент, който им позволява да генерират структури с мембранни и осмотични свойства; тоест подобно на живи клетки, които те нарекоха протеиноидни микросфери.

Използвайки суха смес от аминокиселини, те продължиха да ги нагряват до умерени температури; по този начин те постигнаха образуването на полимери. Тези полимери, когато се разтварят във физиологичен разтвор, образуват малки капки с размерите на бактериална клетка, способна да проведе определени химични реакции.

Тези микросфери имат пропусклива двойна обвивка, подобна на настоящите клетъчни мембрани, което им позволява да се хидратират и дехидратират в зависимост от промените в средата, където се намират.

Всички тези наблюдения, получени от изследването на микросфери, показаха представа за вида на процесите, които биха могли да възникнат първите клетки.

Експериментът на Алфонсо Херера

Други изследователи провеждат свои собствени експерименти, за да се опитат да възпроизведат молекулярните структури, които дават началото на първите клетки. Алфонсо Ерера, мексикански учен, успя да генерира изкуствено структури, които той нарича сулфобио и колпоиди.

Ерера използва смеси от вещества като амониев сулфоцианид, амониев тиозанат и формалдехид, с които той е в състояние да синтезира малки структури с високо молекулно тегло. Тези богати на сяра структури бяха организирани по подобен начин на живите клетки, поради което той ги нарече сулфобия.

По същия начин той смесва зехтин и бензин с малки количества натриев хидроксид, за да генерира други видове микроструктури, които са организирани по сходен начин с протозоите; той нарече тези микросфери колпоиди.

Препратки

1. Carranza, G. (2007). Биология I. Редакционен праг, Мексико.
2. Flores, R., Herrera, L. & Hernández, V. (2004). Биология 1 (1-во издание). Редакционен прогресо.
3. Fox, SW (1957). Химическият проблем на спонтанното образуване. Journal of Chemical Education, 34 (10), 472–479.
4. Fox, SW, & Harada, K. (1958). Термична кополимеризация на аминокиселини до продукт, наподобяващ протеин. Наука, 128, 1214.
5. Гама, А. (2004). Биология: Биогенеза и микроорганизми (второ издание). Pearson Education.
6. Гама, А. (2007). Биология I: Конструктивистки подход (3-то изд.). Pearson Education.
7. Gordon-Smith, C. (2003). Хипотезата на Опарин-Халдан. Произход на живота: забележителности на ХХ век. Възстановена от: simsoup.info
8. Ерера, А. (1942). Нова теория за произхода и природата на живота. Наука, 96: 14.
9. Ledesma-Mateos, I., & Cleaves, HJ (2016). Алфонсо Луис Херера и началото на еволюционизма и изследванията в произхода на живота в Мексико. Journal of Molecular Evolution, 83 (5-6), 193–203.
10. McCollom, T. (2013). Милър-Урей и по-нататък: Какво научихме за реакциите на пребиотичен органичен синтез през последните 60 години ?. Годишен преглед на земните и планетарните науки, 41, 207-229.
11. Miller, S. (1953) Производство на аминокиселини при възможни примитивни земни условия. Наука 117: 528– 529
12. Милър, SL (1955). Производство на някои органични съединения при възможни примитивни земни условия. Списание на Американското химическо дружество.
13. Miller, SL, Urey, HC, & Oró, J. (1976). Произход на органични съединения върху примитивната земя и в метеоритите. Journal of Molecular Evolution, 9 (1), 59–72.
14. Oñate, L. (2010). Биология 1, том 1. Редактори на обучението по съкращение.
15. Parker, ET, Cleaves, HJ, Callahan, MP, Dworkin, JP, Glavin, DP, Lazcano, A., & Bada, JL (2011). Пребиотичен синтез на метионин и други съдържащи сяра органични съединения на примитивната земя: съвременна преоценка въз основа на непубликуван експеримент на Стенли Милър от 1958 г. Произход на живота и еволюцията на биосферите, 41 (3), 201–212.