Manusia merupakan entiti kompleks yang, selain memenuhi keperluan asas mereka, juga memerlukan penjelasan tentang kewujudan dan asal usul mereka. Daripada ini timbul pelbagai postulat, daripada bidang keagamaan dan falsafah hinggalah kepada bidang saintifik. Dalam tradisi saintifik, teori evolusi molekul telah dipostulatkan. teori kemosintetikBerdasarkan kajian saintis Alexander Oparin dan John Haldane, yang walaupun tidak bekerjasama, telah mencapai hipotesis yang sama. Hipotesis ini, yang dirumuskan oleh Oparin dan Haldane pada tahun 1920-an (1924 dalam istilah klasik), meneruskan asas yang ditetapkan dalam teori Letupan Besar, menentang teori penjanaan spontan, dan menawarkan alternatif kepada teori keagamaan tentang asal usul kehidupan.
Apa yang dibentuk oleh teori chemosynthetic?
La teori kemosintetik tentang asal usul kehidupan menyatakan bahawa hidrogen (H2) yang terdapat dalam atmosfera primordial bertindak balas dengan atom karbon, nitrogen atau oksigen membentuk a Kuah berkhasiat yang kaya dengan sebatian organik ringkasKuah ini, juga dipanggil sup primitif o sup anak sulungApabila bersentuhan dengan pelbagai sumber tenaga primitif (kilat, sinaran ultraungu, haba gunung berapi), ia menimbulkan beberapa asid aminoMolekul-molekul ini membentuk blok binaan asas kehidupan organik. Dalam tempoh masa yang panjang, molekul-molekul ini bergabung, tersusun, dan menjadi lebih kompleks sehingga ia terbentuk. agregat molekul dengan aktiviti metabolikIaitu, sistem yang mampu melaksanakan proses yang serupa dengan organisma hidup paling ringkas hari ini.
Dalam erti kata lain, teori kemosintetik mencadangkan bahawa, di bawah keadaan atmosfera dan bertenaga yang menguasai Bumi semasa berbilion tahun pertamanya, proses kehidupan berasaskan karbon bermula. sintesis abiotik molekul organikLama-kelamaan, molekul-molekul ini terbentuk struktur yang teratur (koaservat, protobion, mikrosfera protein, sulfobio, menurut penulis yang berbeza) yang secara progresif memperoleh sifat seperti pemakanan, perkumuhan, pembiakan dan penyimpanan maklumat genetik, sekali gus membolehkan kemunculan sel pertama.
Teori kemosintetik: bagaimana kehidupan muncul di Bumi?
Menurut teori kosmologi yang paling diterima secara meluas, alam semesta berasal dari keadaan yang sangat padat dan panas, dan lama-kelamaan galaksi, bintang, dan planet terbentuk. Dalam konteks itu, Bumi primitif Ia muncul daripada awan besar gas hidrogen dan unsur ringan lain. Pada masa yang sama, Matahari dan planet-planet lain dalam sistem suria terbentuk, dan planet muda itu mengalami tempoh aktiviti geologi dan gunung berapi yang sengit.
Pada mulanya, Suhu bumi Ia sangat tinggi, tetapi sedikit demi sedikit ia menjadi sejuk dan lautan purba daripada pemeluwapan wap air. Pada masa itu, atmosfera sangat berbeza daripada hari ini: ia didominasi oleh wap air, The metana (CH4), amonia (NH3), karbon dioksida (CO2) dan hidrogen molekul (H2Campuran gas ini membentuk atmosfera yang terutamanya reductorsangat berbeza daripada atmosfera pengoksidaan semasa yang kaya dengan oksigen.
Tidak seperti apa yang berlaku hari ini, pada fasa awal itu tiada lapisan ozon yang hari ini melindungi permukaan Bumi daripada kebanyakan sinaran ultraungu. Oleh itu, semua jenis sinaran sampai ke permukaan Bumi secara langsung, termasuk sinar ultraungu dan inframerah. Di samping itu, aktiviti gunung berapi yang kuat, hentaman meteorit, dan ribut petir yang kerap menyumbang sejumlah besar tenagaDalam senario yang sangat dinamik dan bertenaga ini, sebatian organik pertama di lautan primitif—seperti karbohidrat mudah, lipid y asid amino– ia boleh terbentuk dan dimusnahkan berulang kali sehingga, akhirnya, beberapa kombinasi mencapai tahap tertentu kestabilan kimia yang mengutamakan pengumpulan dan evolusinya.
Selama berjuta-juta tahun, bahan-bahan ini bergabung secara kimia antara satu sama lain, membentuk molekul yang semakin kompleks yang, menurut Oparin, dibatasi oleh sejenis membran spontanPengumpulan molekul-molekul ini dengan tahap organisasi dan pemisahan tertentu daripada medium dipanggil protobionKewujudan sistem primitif ini akan bertahan untuk jangka masa yang lama dan, selama beberapa generasi, sebahagian daripadanya memperoleh ciri-ciri makhluk hidup, seperti keupayaan untuk menyuburkan, membuang sisa y membiakProses yang terakhir ini melibatkan kemunculan molekul yang mampu menyimpan dan menghantar maklumat genetik, seperti asid nukleik.
Dari perspektif evolusi, protobion ini mendahului sel ringkas pertama yang muncul kemudian. Adalah dipercayai bahawa makhluk hidup pertama yang muncul di Bumi sangat serupa dengan makhluk tertentu bakteria semasa: organisma uniselular, prokariotik, sangat ringkas yang memakan sebatian organik yang sedia ada dalam persekitaran (heterotrof) dan dari semasa ke semasa mempelbagaikan dan menjadi lebih kompleks sehingga menimbulkan organisma multiselular.
Keadaan atmosfera mengikut postulat kemosintetik
Teori kemosintetik menyatakan bahawa suasana primitif Ia perlu mempunyai ciri-ciri yang akan menggalakkan mengurangkan tindak balas, memandangkan, sekiranya terdapat atmosfera dengan kecenderungan oksidatif yang serupa dengan yang ada sekarang, komponen-komponen "Sup kelahiran pertama" Mereka akan cepat rosak. Atas sebab ini, saintis yang telah mencadangkan pelbagai teori evolusi mendakwa bahawa, di bawah keadaan awal planet ini, Tidak mungkin terdapat sebarang jumlah oksigen bebas yang ketarakerana tindak balas pengoksidaan tidak akan dapat memupuk perkembangan progresif kehidupan daripada sebatian organik yang tidak stabil.
Atmosfera yang berkurangan ini sebahagiannya dijelaskan oleh dominasi gas seperti hidrogen, metana, ammonia dan wap air, bersama-sama dengan sebatian lain seperti hidrogen sianida. Sekiranya tiada oksigen molekul (Oâ‚‚),2) dan lapisan ozon yang akan menapis sinaran, tenaga suria frekuensi tinggi dan nyahcas elektrik boleh bertindak secara langsung ke atas gas-gas ini, memutuskan pautan dan menggalakkan pembentukan molekul baharu. Ini mewujudkan persekitaran kimia di mana tindak balas sintesis organik Ia mungkin secara termodinamik dan boleh dikekalkan secara berterusan.
Asas teori chemosynthetic
Peringkat mendalilkan beberapa teori yang bercanggah dengan duluan teori teori penjanaan spontan (diterima secara meluas pada masa itu) telah disatukan daripada kajian saintis Perancis Louis Pasteur, yang pada tahun 1864 menunjukkan dalam eksperimennya bahawa "Benda hidup berasal daripada benda hidup"Keputusan ini menyangkal idea bahawa organisma boleh timbul serta-merta daripada jirim lengai di bawah keadaan semasa, dan membuka jalan untuk mencari penjelasan yang lebih kompleks dan koheren tentang asal usul kehidupan pada masa lalu, di bawah keadaan yang sangat berbeza.
Antara penjelasan baharu ini ialah teori kemosintetikyang menyatakan bahawa kehidupan berasal daripada tindak balas dan gabungan unsur kimia asas terdapat di atmosfera dan hidrosfera awal. Unsur-unsur utama yang membentuk postulat ini dijelaskan secara terperinci di bawah:
Komposisi Bumi pada peringkat awal: Teori ini menganggap bahawa, pada mulanya, planet ini mempunyai atmosfera yang kekurangan oksigen bebas, tetapi kaya dengan komponen lain, terutamanya hidrogen (kepekatan tinggi), jadi ia adalah suasana mengurangkanCiri ini memudahkan pembebasan atom hidrogen daripada spesies kimia yang ada, sekali gus menggalakkan tindak balas penambahan dan sintesis. Di samping itu, atmosfera mengandungi sebatian kimia asas lain seperti... asid hidrosianik (HCN), metana (CH4), karbon dioksida (CO2), Air (H2O) dan bahan-bahan lain. Campuran ini membentuk asas yang daripadanya tindak balas kimia pra-biotik yang menimbulkan sebatian organik pertama akan berkembang.
- Pembentukan kaldu pemakanan: juga dikenali sebagai sup anak sulung, terdiri daripada aglomerasi sebuah Cecair berkhasiat yang kaya dengan molekul ringkas Ia dibentuk oleh semua komponen atmosfera primitif yang terlarut dalam air. Isipadu cecair ini menimbulkan lautan pertama. Bagaimana ini berlaku? Teori kemosintetik menyatakan bahawa, akibat daripada penyejukan atmosfera secara progresifWap air dari gunung berapi dan permukaan panas planet ini terkondensasi. Titisan air membawa gas dan zarah bersamanya, membentuk sup kaya nutrien yang terkumpul di lekukan (lautan dan tasik primitif) di mana ia kekal untuk jangka masa yang lama tanpa risiko penguraian besar-besaran disebabkan oleh ketiadaan oksigen dan organisma yang mereput.
- Penampilan struktur yang lebih kompleks: Dalam proses ini, tindakan pelbagai Sumber tenagaseperti ribut petir, sinaran suria bertenaga tinggi, dan letusan gunung berapi. Hasil tindak balas ini ialah pembentukan komponen kompleks seperti gula sederhana, asid lemak, gliserin y asid aminoLama-kelamaan, evolusi kimia telah melahirkan struktur yang dipanggil oleh Oparin bersekutu, iaitu, agregat koloid molekul organik lebih tahan dan maju berbanding prekursor asid nukleik semasa dan, secara amnya, sistem hidup.
Pembentukan coacervates
Oparin menetapkan bahawa, dalam proses evolusi spesies kimia yang terkandung di dalamnya kuah sulung, yang bersekutuyang merupakan spesies kompleks, yang dibentuk oleh gabungan molekul organik seperti protein ringkas, lipid dan polisakarida. Semasa proses pembahagian dan pemisahan fasa tertentu, kumpulan ini bergabung menjadi struktur yang lebih besar dan lebih stabil, lalu memperoleh sejenis membran yang menjadikannya agak bebas daripada persekitaran sekeliling. Dengan cara ini, sistem yang mampu sintesis kendiri bahan (keupayaan untuk menghasilkan sebahagian daripada makanan mereka sendiri) dan dengan organisasi dalaman, yang akan berkembang menjadi bentuk yang semakin stabil dan kompleks sehingga menjadi struktur hidup yang sebenar. Menurut teori kemosintetik, organisma primordial ini merupakan asal usul dunia tumbuhan dan haiwan di planet kita.
Pada mulanya, tiada lapisan ozon untuk melindungi sel daripada cahaya matahari langsung. Oleh itu, dipercayai bahawa struktur pertama mungkin telah terbentuk dan berkembang dengan cara ini. dimusnahkan berulang kali disebabkan oleh kejadian langsung tenaga suria. Selepas berjuta-juta tahun, sebahagian daripada sel primordial tersebut dapat berkembang menjadi sistem organik yang lebih kompleksIni akan membolehkan mereka membiak dengan lebih berkesan. Seterusnya, sebahagian daripada bentuk kehidupan ini mula mensintesis makanan mereka daripada tenaga suriadengan menjalankan proses fotosintesis dan melepaskan oksigen molekul ke atmosfera. Lama-kelamaan, oksigen atmosfera ini membolehkan pembentukan lapisan ozonyang telah mengubah keadaan permukaan secara radikal dan membolehkan pengembangan bentuk kehidupan yang lebih kompleks.
Proses pembentukan koaservat ditakrifkan dengan cara yang dipermudahkan di bawah:
- Semuanya bermula dengan pembentukan sebuah molekul organik yang tersusun dan agak stabil dalam medium akueus.
- Apabila masa berlalu, molekul pelengkap kedua terbentuk (a makromolekul, seperti peptida atau polimer ringkas) dan ia menjadi sebahagian daripada koaservat, menstabilkan agregat molekul.
- Makromolekul ini, atau setnya, boleh mencapai berasingan daripada koaservat asal, mengekalkan sebahagian daripada organisasi kimianya.
- Makromolekul yang telah terpisah mula menarik sebatian serasi lain dan menghubungkannya dengan strukturnya, sekali gus mencipta semula koaservat baharu dengan sifat yang serupa dengan yang asal. Dengan cara ini, proses replikasi asas dan pemilihan kimia.
Hipotesis tentang koaservat ini dianggap sebagai asas asas teori kemosintetik tentang asal usul kehidupan pada peringkat awal, sebelum kewujudan protobion dengan RNA atau DNA yang mampu mereplikasi melalui mekanisme yang lebih serupa dengan bakteria prokariotik masa kini.
Sebelum meneruskan untuk menentukan dengan lebih terperinci maksud istilah koaservat, adalah perlu untuk mengingati semula maksudnya Asal etimologiIa merupakan perkataan yang berasal daripada bahasa Latin, khususnya daripada kata kerja "coacervare", yang boleh diterjemahkan sebagai "mengumpul" atau "menimbun"Istilah ini merujuk dengan tepat kepada pengumpulan atau pengelompokan molekul dalam titisan koloid dalam medium akueus.
The bersekutu Oleh itu, ia adalah sistem yang dibentuk oleh gabungan molekul kompleks seperti protein asas dan asid amino, bersama-sama dengan sebatian organik lain. Sistem ini dianggap sebagai model makhluk hidup yang sangat primitifmemandangkan, menurut ramai ahli biologi dan biokimia, ia merupakan kunci dalam perkembangan kehidupan di planet Bumi, walaupun ia tidak menjadi sel lengkap seperti yang kita kenali hari ini.
Model praselular lain: sulfobio dan mikrosferul protein
Lama-kelamaan, pelbagai penyelidik telah mencadangkan model alternatif atau pelengkap kepada koaservat untuk menjelaskan peringkat awal asal usul kehidupan. Walaupun model ini tidak semestinya mewakili struktur sebenar yang wujud di Bumi awal, ia menunjukkan bagaimana kehidupan berevolusi daripada... bahan ringkas Adalah mungkin untuk menjana sistem dengan tahap tertentu peringkat organisasi.
Alfonso HerreraSeorang saintis Mexico, yang sangat berminat dengan masalah asal usul kehidupan, telah menerangkan beberapa model pra-selular yang dipanggilnya "sulfobion"Ini diperoleh daripada sebatian bukan organik seperti ammonium tiosianat dan formalintanpa menggunakan bahan biologi yang sedia ada. Walaupun sulfobio tidak mungkin mewakili struktur yang mendahului sel sebenar yang pertama dengan tepat, ia merupakan contoh ilustrasi bagaimana jirim boleh mencapai peringkat organisasi yang lebih tinggi bermula dari tahap yang lebih mudah. ​​Herrera merupakan penyelidik pertama yang menggunakan secara eksklusif bahan bukan biologi untuk mereka bentuk model eksperimen yang berkaitan dengan asal usul kehidupan.
Sidney Fox Beliau mencadangkan satu lagi model sistem praselular yang dikenali sebagai "mikrosfera protein"Mikrosfera ini dihasilkan melalui satu siri tindak balas kimia di mana asid amino berpolimerisasi di bawah tindakan habamembentuk rantai peptida ringkas. Seterusnya, apabila dilarutkan dalam air di bawah keadaan pH dan kepekatan garam yang sesuai, polimer ini cenderung untuk untuk bergabung menjadi struktur sfera dikelilingi oleh sejenis membran atau penutup. Walaupun mikrosfera menunjukkan beberapa persamaan morfologi dengan sel (ia mempunyai bentuk sfera, sempadan dalaman dan luaran, dan juga kecerunan kimia), ia tidak dianggap sebagai sistem hidup yang lengkap. Walau bagaimanapun, pembentukannya menawarkan wawasan berharga tentang bagaimana organisma pertama mungkin berasal. sistem yang teratur sebelum sel-sel.
Sumbangan eksperimen mengenai "sup primordial"
Selain koaservat, sulfobio dan mikrosferul, pelbagai eksperimen telah dibangunkan untuk menguji kebolehpercayaan teori kemosintetik. Penyiasatan ini telah cuba menghasilkan semula, secara anggaran, keadaan atmosfera dan hidrosfera primitif dan memerhatikan jenis molekul organik yang boleh terbentuk secara spontan.
Cyril Ponnamperuma Dia menjalankan eksperimen yang mensimulasikan hidrosfera dan atmosfera primitifberdasarkan prinsip umum eksperimen Miller-Urey klasik. Saintis ini meletakkan sebuah kelalang di mana air mengewap dan mengumpul semua hasil tindak balas dalam atmosfera penurunan yang, jika bersentuhan langsung dengannya, membentuk apa yang dipanggilnya "Sup primitif"Dalam salah satu eksperimennya, beliau mengemukakan penyelesaian untuk hidrogen sianida (HCN) terhadap tindakan sinar ultraungu selama beberapa hari dan mendapati bahawa bes nitrogen adenina dan guaninakomponen penting asid nukleik yang terdapat dalam sistem hidup. Keputusan ini mengukuhkan idea bahawa, di bawah keadaan yang munasabah di Bumi awal, adalah mungkin untuk mensintesis komponen utama bahan genetik tanpa memerlukan intervensi biologi terlebih dahulu.
Eksperimen Stanley Miller dan Harold Urey
Walaupun postulat teori kemosintetik pada mulanya ditetapkan oleh Oparin dan Haldane, kemudian dua saintis –Stanley Miller y Harold Urey– Mereka mencipta semula keadaan atmosfera primitif dalam eksperimen makmal yang diperkecilkan, berdasarkan model zaman mereka. Untuk melakukan ini, mereka menggunakan campuran hidrogen, metana y amonia kepada gandaan kejutan elektrikdengan tujuan untuk mensimulasikan ribut elektrik yang dipercayai kerap berlaku di Bumi purba. Hasilnya ialah sintesis beberapa asid organiktermasuk asid amino.
Tujuan asas ujian ini adalah untuk menunjukkan bahawa sintesis sebatian organik Ia mungkin merupakan proses spontan yang berlaku daripada molekul ringkas yang terdapat di atmosfera pertama, dengan syarat terdapat sumber tenaga yang mencukupi. Eksperimen ini merupakan salah satu sokongan empirikal yang paling berpengaruh untuk teori kemosintetik.
Untuk reka bentuk eksperimen mereka, Miller dan Urey menggunakan bekas kaca dalam litar tertutupDalam eksperimen ini, sejumlah air tertentu diletakkan di dalam kelalang supaya ia sebahagiannya diisi dan disambungkan ke ruang lain yang mengandungi campuran gas yang dinyatakan di atas. Air dipanaskan hingga mendidih, menghasilkan wap yang beredar ke dalam kebuk gas, manakala sistem elektrod menghasilkan nyahcas elektrik voltan tinggi yang melalui campuran tersebut, mensimulasikan ribut prasejarah. Seterusnya, wap dan gas terkondensasi semula dan kembali ke kelalang air, sekali gus menutup kitaran. Eksperimen ini berlangsung selama lebih kurang satu minggu, satu proses di mana produk yang terbentuk dianalisis.
Petunjuk pertama bahawa tindak balas kimia telah berlaku ialah perubahan warna airyang pada mulanya lutsinar dan, lama-kelamaan, memperoleh rona merah jambu sebelum akhirnya bertukar menjadi coklat. Perubahan ini ditafsirkan sebagai akibat daripada pertumbuhan kepekatan asid amino dan molekul organik lain disintesis dalam sistem. Beberapa asid amino telah dikenal pasti menggunakan teknik analisis kimia, termasuk gliserin y alanin, sebagai tambahan kepada sebatian organik penting yang lain.
Eksperimen ini merupakan sumbangan penting yang menyokong teori bahawa bentuk kehidupan pertama mungkin terbentuk daripada tindak balas kimia spontan dalam atmosfera dan lautan primitif, tanpa memerlukan campur tangan ghaib secara langsung, tetapi sebagai hasil daripada hukum kimia dan fizik dalam persekitaran yang sesuai.
Had untuk pengesahan
Eksperimen yang dijalankan untuk menguji teori kemosintetik telah berjaya menunjukkan bahawa ia adalah munasabah bahawa asal usul kehidupan adalah seperti yang digambarkan oleh Oparin dan Haldane, diperkukuhkan oleh hasil kerja penyelidik seperti Miller, Urey, Ponnamperuma, Fox, dan lain-lain. Walau bagaimanapun, hakikat bahawa keseluruhan proses ini berlaku dari semasa ke semasa tidak boleh diabaikan. tempoh masa yang sangat besar, yang merangkumi transformasi kimia planet secara beransur-ansur.
Disebabkan tempoh masa yang panjang ini, yang merangkumi keseluruhan proses kemunculan kehidupan di Bumi, ternyata Mustahil untuk menirunya sepenuhnya dan dengan setia. dalam makmal. Saintis hanya boleh mencipta semula serpihan senario primitif di bawah andaian tertentu, dan mengkaji tindak balas khusus yang memberikan petunjuk tentang apa yang mungkin telah berlaku, tetapi mereka tidak dapat membina semula keseluruhan cerita dengan tepat.
Halangan masa, ditambah lagi dengan kehilangan bukti langsung yang hampir sepenuhnya Kekurangan batuan dan fosil yang terpelihara dengan baik dari peringkat awal kehidupan memberikan para penyelidik senario yang kompleks. Mungkin tidak mungkin untuk mengetahui dengan pasti. dengan ketepatan mutlak bagaimana organisma pertama yang mendiami planet ini terbentuk, mahupun apakah urutan sebenar peristiwa kimia dan biologi.
Walaupun terdapat kelemahan ini, teori kemosintetik telah membolehkan kita melukis imej yang koheren dan kukuh secara saintifik tentang apa yang mungkin merupakan asal usul kehidupan di Bumi. Mengintegrasikan data daripada geologi, kimia, biologi molekul dan astrobiologi, satu rangka kerja penjelasan telah dibina di mana molekul mudah secara beransur-ansur memberi laluan, disukai oleh persekitaran, kepada sistem kompleks yang mampu mereplikasi diri, metabolisme dan evolusi. Pandangan ini, yang sentiasa disemak dan diperkaya, kekal sebagai salah satu cadangan paling kukuh untuk memahami bagaimana jirim lengai boleh berubah menjadi kehidupan di planet kita.
Bibliografi:
- Wetto, Milena (t.t.). Teori Kemosintetik: Kemunculan Kehidupan di Bumi:
https://www.lifeder.com/teoria-quimiosintetica/
- Hak Cipta. (2008-2019) TAKRIFAN KOASERVATIF:
https://definicion.de/coacervados/
- Manuel (Nd) Apakah Teori Kemosintetik? Asas dan eksperimen.
https://www.recursosdeautoayuda.com/teoria-quimiosintetica/
- Haldane-Oparin (n.d.). Teori Kemosintetik.
https://portalacademico.cch.unam.mx/alumno/biologia2/unidad1/teoriaQuimiosintetica
Dengan semua sumbangan teori dan eksperimen ini, teori kemosintetik disatukan sebagai salah satu penjelasan saintifik yang paling lengkap dan terperinci tentang asal usul kehidupan, mengintegrasikan kimia Bumi primitif, tenaga yang tersedia dalam persekitaran tersebut dan keupayaan semula jadi jirim untuk mengatur dirinya sendiri dan berkembang menjadi bentuk yang semakin kompleks.