Abiogeneza: znanstvena razlaga izvora in nastanka življenja na Zemlji

Izvor življenja na Zemlji je eno največjih znanstvenih vprašanj in še ni dokončno razrešen. Obstaja veliko različnih idej, vendar razmeroma malo trdnih, neposrednih dejstev o tem, kako je iz nezivih kemikalij nastala prva živa snov. Raziskave združujejo podatke iz geologije, kemije, molekularne biologije in astrobiologije, da bi sestavile smiselno zgodbo o zgodnjih fazah življenja.

Večina strokovnjakov se strinja, da se je vse današnje življenje razvilo iz skupnega izvora – torej iz ene ali več zelo podobnih primitivnih oblik življenja. Ni pa znano natančno, kako je ta zgodnja oblika nastala. Večina znanstvenih modelov predvideva, da je šlo za naravni proces, ki se je zgodil pred približno 3,9 milijardami let. To mišljenje je v skladu s filozofijo naturalizma, ki pri razlagi pojavov dopušča le naravne vzroke in mehanizme.

Glavne hipoteze o začetku življenja

Ključna razprava se vrti okoli tega, kaj je bilo "prvo": presnova ali genetika. Ni jasno, ali so bile prve pomembne molekule tiste, ki so omogočale prenos informacije, ali tiste, ki so omogočale kemične reakcije, ki vzdržujejo življenje.

  • Hipoteza o svetu RNK: predlaga, da je bila RNA hkrati nosilka genetske informacije in katalitična molekula (ribozimi). RNA lahko shranjuje informacije in nekatera presnovna dejanja katalizira sama, zato je ta hipoteza privlačna kot most med nezivimi kemikalijami in življenjem.
  • Hipoteza o svetu beljakovin (presnovi): zagovarja idejo, da so najprej nastali enostavni katalizatorji (npr. peptidi ali enostavne beljakovine), ki so omogočili presnovne reakcije, šele kasneje pa se je razvila stabilna prenosna genomika.
  • Lipidna ali membranska hipoteza: poudarja pomen nastanka zaprtih fosfolipidnih ali podobnih struktur (vesikelov, protocelic), ki so omogočile ločitev kemikalij in koncentracijo reaktantov ter s tem pojavljanje kompleksnejših reakcijskih mrež.
  • Hipoteze okolja: nekateri modeli postavljajo nastanek življenja v obalnih plitvinah, suhih/talilnih ciklih, na mineralnih površinah ali v bližini hidrotermalnih vrelcev. Različna okolja ponujajo različne vire energije in zaščito pred razgrajevanjem molekul.

Eksperimentalni dokazi in pomembne ugotovitve

Eksperimenti, kot je znani poskus Miller–Urey, so pokazali, da lahko osnovne organske molekule nastanejo iz preprostih anorganskih spojin pod primernimi pogoji. Najdbe organske snovi v meteornih kamnih in kometih dodatno kažejo, da lahko prekurzorji življenja nastajajo tudi v vesolju in so bili dostavljeni na Zemljo.

V zadnjih desetletjih so odkrivali ribozime, sintetizirali različne kratke molekule RNA in pokazali, da lahko RNA opravlja katalizo in replikacijo v nekaterih pogojih. Hkrati so poskusi z nastankom lipidnih vesikelov pokazali, da se lahko samodejno tvorijo membrane, ki ujamejo in koncentrirajo molekule znotraj protocelic.

Protoceli, membrane in nastanek celic

Druga velika težava je, kako so se celice razvile iz kemijskih sistemov. Melvin Calvin, dobitnik Nobelove nagrade za kemijo, je o tem napisal knjigo, prav tako pa tudi Aleksander Oparin. Oparin je zgodaj predlagal idejo o "primordialnih južinah" in koacervatih – lokalnih koncentracijah organskih snovi – kot začetnih stopnjah predceličnih struktur. J. D. Bernal in drugi so razmišljali o pomembnosti struktur, ki ločujejo notranjost od zunanjosti.

Vprašanje izvora celične membrane je ključno, ker membrana omogoča koncentracijo kemikalij, vzdrževanje gradiente in nadzor nad izmenjavo snovi – lastnosti, ki so življenjsko pomembne. Praktični modeli protocelic prikazujejo, da lahko enostavne maščobne kisline tvorijo dvoslojne membrane in kapsule, ki so dovolj stabilne, da v njih potekajo osnovne kemijske reakcije in da se ob ustreznih pogojih lahko razmnožujejo ali združujejo z drugimi enotami.

Druga vprašanja in sodobne raziskave

  • Kiralnost: Zakaj so biološke molekule (aminokisline, sladkorji) v živi naravi izbrale eno izmed zrcalnih oblik? To ostaja pomembna uganka.
  • Vpliv mineralov in površin: Nekatere teorije poudarjajo vlogo mineralnih kristalov kot katalizatorjev ali predalčnih površin, ki bi usmerjale sestavljanje molekul.
  • Energetski viri: Raziskave iščejo, kateri viri (UV sevanje, toplotne razlike pri hidrotermalnih vrelcih, redoks reakcije) so omogočili vzdržne presnovne cikle.
  • Panspermija: nekateri predlagajo, da so organiki ali celo preproste življenjske oblike prišle iz vesolja. To premakne vprašanje izvora na drug kraj, vendar ne odgovori na kemijski prehod od nezivih do živih sistemov.

Povzetek in odprta vprašanja

Abiogeneza ostaja interdisciplinarno polje z več konkurenčnimi, deloma dopolnjujočimi hipotezami. Dokazi podpirajo možnost, da so se gradniki življenja lahko spontan o tvorili v primitivnih pogojih Zemlje ali bili delno prispejani iz vesolja, da so RNA, proteini in membrane imeli pomembne vloge v zgodnjih fazah, in da so okolja, kot so hidrotermalni vrelci ali obalne plitve vode, nudila primerno okolje za nadaljnjo kompleksnost. Kljub napredku eksperimentalnih modelov še vedno ne znamo natančno določiti verodostojne verige dogodkov, ki je pripeljala do prve avtonomne celice. Zato raziskave v tej temi nadaljujejo z eksperimentiranjem, modeliranjem in iskanjem geoloških dokazov iz najstarejših kamnin na Zemlji.

Razumevanje abiogeneze ne odgovarja le na vprašanje našega izvora na Zemlji, ampak ima tudi pomen za iskanje življenja drugod v vesolju in za razvoj sintetične biologije. Še mnogo eksperimentov in novih podatkov bo potrebno, preden bomo lahko sestavili zadovoljivo, celovito zgodbo o tem, kako je življenje nastalo.

Stromatoliti iz Bolivije, iz proterozoika (pred 2,3 biliona let). Vertikalni polirani prerez.Zoom
Stromatoliti iz Bolivije, iz proterozoika (pred 2,3 biliona let). Vertikalni polirani prerez.

Stromatoliti, ki rastejo v narodnem parku Yalgorup v AvstralijiZoom
Stromatoliti, ki rastejo v narodnem parku Yalgorup v Avstraliji

Stromatoliti iz Bolivije, iz proterozoika (pred 2,3 biliona let). Vertikalni polirani prerez.Zoom
Stromatoliti iz Bolivije, iz proterozoika (pred 2,3 biliona let). Vertikalni polirani prerez.

Stromatoliti, ki rastejo v narodnem parku Yalgorup v AvstralijiZoom
Stromatoliti, ki rastejo v narodnem parku Yalgorup v Avstraliji

Zgodovina raziskav izvora življenja

Spontana generacija

Do začetka 19. stoletja je veliko ljudi verjelo v redno spontano nastajanje življenja iz nežive snovi. To se je imenovalo spontano nastajanje, ovrgel pa ga je Louis Pasteur. Dokazal je, da na sterilnem materialu brez spor ne zrastejo bakterije ali virusi.

Darwin

Charles Darwin je 11. februarja 1871 v pismu Josephu Daltonu Hookerju predlagal naravni proces nastanka življenja.

Domneval je, da se je prvotna iskra življenja morda začela v "toplem majhnem ribniku z vsemi vrstami amonijaka in fosfornih soli, lučmi, toploto, elektriko itd. Nato je kemično nastala beljakovinska spojina, ki je bila pripravljena na še bolj zapletene spremembe". Pojasnil je še, da bi "danes takšno snov takoj požrli ali absorbirali, kar se pred nastankom živih bitij ne bi zgodilo".

Haldane in Oparin

Do leta 1924, ko je Aleksander Oparin ugotovil, da atmosferski kisik preprečuje sintezo organskih molekul, ni bilo pravega napredka. Organske molekule so potrebni gradniki za razvoj življenja. Oparin je v svojem delu Izvor življenja dokazoval, da bi lahko v ozračju brez kisika z delovanjem sončne svetlobe nastala "prvobitna juha" organskih molekul. Te bi se združevale v vedno bolj zapletene oblike, dokler ne bi nastale kapljice. Te kapljice bi "rasle" z združevanjem z drugimi kapljicami in se "razmnoževale" z delitvijo na hčerinske kapljice ter tako imele primitivno presnovo, v kateri bi preživeli tisti dejavniki, ki spodbujajo "celično celovitost", tisti, ki ne, pa bi izumrli. Številne sodobne teorije o nastanku življenja še vedno izhajajo iz Oparinovih idej.

Približno v istem času je tudi J. B. S. Haldane predlagal, da bi Zemljini oceani pred biotsko razgradnjo, ki so se zelo razlikovali od današnjih oceanov, tvorili "vročo razredčeno juho". V tej juhi bi lahko nastale organske spojine, gradniki življenja. Ta zamisel se je imenovala biopoiesis, proces razvoja žive snovi iz samoreplicirajočih se, vendar neživih molekul.

Alexander Oparin (desno) v laboratorijuZoom
Alexander Oparin (desno) v laboratoriju

Zgodovina raziskav izvora življenja

Spontana generacija

Do začetka 19. stoletja je veliko ljudi verjelo v redno spontano nastajanje življenja iz nežive snovi. To se je imenovalo spontano nastajanje, ovrgel pa ga je Louis Pasteur. Dokazal je, da na sterilnem materialu brez spor ne zrastejo bakterije ali virusi.

Darwin

Charles Darwin je 11. februarja 1871 v pismu Josephu Daltonu Hookerju predlagal naravni proces nastanka življenja.

Domneval je, da se je prvotna iskra življenja morda začela v "toplem majhnem ribniku z vsemi vrstami amonijaka in fosfornih soli, lučmi, toploto, elektriko itd. Nato je kemično nastala beljakovinska spojina, ki je bila pripravljena na še bolj zapletene spremembe". Pojasnil je še, da bi "danes takšno snov takoj požrli ali absorbirali, kar se pred nastankom živih bitij ne bi zgodilo".

Haldane in Oparin

Do leta 1924, ko je Aleksander Oparin ugotovil, da atmosferski kisik preprečuje sintezo organskih molekul, ni bilo pravega napredka. Organske molekule so potrebni gradniki za razvoj življenja. Oparin je v svojem delu Izvor življenja dokazoval, da bi lahko v ozračju brez kisika z delovanjem sončne svetlobe nastala "prvobitna juha" organskih molekul. Te bi se združevale v vedno bolj zapletene oblike, dokler ne bi nastale kapljice. Te kapljice bi "rasle" z združevanjem z drugimi kapljicami in se "razmnoževale" z delitvijo na hčerinske kapljice ter tako imele primitivno presnovo, v kateri bi preživeli tisti dejavniki, ki spodbujajo "celično celovitost", tisti, ki ne, pa bi izumrli. Številne sodobne teorije o nastanku življenja še vedno izhajajo iz Oparinovih idej.

Približno v istem času je tudi J. B. S. Haldane predlagal, da bi Zemljini oceani pred biotsko razgradnjo, ki so se zelo razlikovali od današnjih oceanov, tvorili "vročo razredčeno juho". V tej juhi bi lahko nastale organske spojine, gradniki življenja. Ta zamisel se je imenovala biopoiesis, proces razvoja žive snovi iz samoreplicirajočih se, vendar neživih molekul.

Zgodnje razmere na Zemlji

Pred 3,8 milijarde let skoraj ni geoloških zapisov. Okolje, ki je obstajalo v hedeanski dobi, je bilo življenju sovražno, vendar ni znano, kako zelo. Pred 3,8 do 4,1 milijarde let je bilo obdobje, ki je znano kot pozno težko bombardiranje. Tako se imenuje zato, ker naj bi takrat nastalo veliko lunarnih kraterjev. Na drugih planetih, kot so Zemlja, Venera, Merkur in Mars, je bilo verjetno podobno. Ti udarci bi Zemljo verjetno sterilizirali (ubili vse življenje), če bi takrat obstajalo.

Več ljudi je predlagalo, da kemikalije v celici nakazujejo, kakšna so morala biti zgodnja morja. Leta 1926 je Macallum opazil, da se anorganska sestava celičnega citosola močno razlikuje od sestave sodobne morske vode: "celica ... ima lastnosti, ki so se prenesle iz preteklosti, ki je skoraj tako oddaljena kot nastanek življenja na Zemlji". Na primer: "Vse celice vsebujejo veliko več kalija, fosfata in prehodnih kovin kot sodobni ... oceani, jezera ali reke". "V anoksičnem ozračju, v katerem je prevladoval 2CO, bi bila kemija celinskih bazenov na geotermalnih poljih [podobna kemiji v] sodobnih celicah".

Temperatura

Če se je življenje razvilo v globokem oceanu, v bližini hidrotermalnega vrelca, bi lahko nastalo že pred 4 do 4,2 milijarde let. Če pa je življenje nastalo na površju planeta, je splošno mnenje, da bi lahko nastalo šele pred 3,5 do 4 milijardami let.

Lazcano in Miller (1994) menita, da je hitrost molekularne evolucije narekovala hitrost kroženja vode skozi srednjeoceanske podmorske vire. Popolna recirkulacija traja 10 milijonov let, zato bi se vse organske spojine, ki bi nastale do takrat, spremenile ali uničile pri temperaturah nad 300 °C. Ocenjujejo, da bi razvoj 100-kilobaznega genoma primitivnega heterotrofa DNK/proteina v nitasto cianobakterijo s 7000 geni potreboval le 7 milijonov let.

Zgodovina Zemljinega ozračja

Prvotno Zemljino ozračje skorajda ni imelo prostega kisika. V zelo dolgem obdobju se je postopoma spremenilo v današnje stanje (glej Veliki dogodek oksigenacije). Proces se je začel s cianobakterijami. To so bili prvi organizmi, ki so s fotosintezo proizvajali prosti kisik. Večina organizmov danes potrebuje kisik za svojo presnovo; le redki lahko za dihanje uporabljajo druge vire.

Zato je pričakovati, da so bili prvi protoorganizmi kemoavotrofi in niso uporabljali aerobnega dihanja. Bili so anaerobni.

Zgodnje razmere na Zemlji

Pred 3,8 milijarde let skoraj ni geoloških zapisov. Okolje, ki je obstajalo v hedeanski dobi, je bilo življenju sovražno, vendar ni znano, kako zelo. Pred 3,8 do 4,1 milijarde let je bilo obdobje, ki je znano kot pozno težko bombardiranje. Tako se imenuje zato, ker naj bi takrat nastalo veliko lunarnih kraterjev. Na drugih planetih, kot so Zemlja, Venera, Merkur in Mars, je bilo verjetno podobno. Ti udarci bi Zemljo verjetno sterilizirali (ubili vse življenje), če bi takrat obstajalo.

Več ljudi je predlagalo, da kemikalije v celici nakazujejo, kakšna so morala biti zgodnja morja. Leta 1926 je Macallum opazil, da se anorganska sestava celičnega citosola močno razlikuje od sestave sodobne morske vode: "celica ... ima lastnosti, ki so se prenesle iz preteklosti, ki je skoraj tako oddaljena kot nastanek življenja na Zemlji". Na primer: "Vse celice vsebujejo veliko več kalija, fosfata in prehodnih kovin kot sodobni ... oceani, jezera ali reke". "V anoksičnem ozračju, v katerem je prevladoval 2CO, bi bila kemija celinskih bazenov na geotermalnih poljih [podobna kemiji v] sodobnih celicah".

Temperatura

Če se je življenje razvilo v globokem oceanu, v bližini hidrotermalnega vrelca, bi lahko nastalo že pred 4 do 4,2 milijarde let. Če pa je življenje nastalo na površju planeta, je splošno mnenje, da bi lahko nastalo šele pred 3,5 do 4 milijardami let.

Lazcano in Miller (1994) menita, da je hitrost molekularne evolucije narekovala hitrost kroženja vode skozi srednjeoceanske podmorske vire. Popolna recirkulacija traja 10 milijonov let, zato bi se vse organske spojine, ki bi nastale do takrat, spremenile ali uničile pri temperaturah nad 300 °C. Ocenjujejo, da bi razvoj 100-kilobaznega genoma primitivnega heterotrofa DNK/proteina v nitasto cianobakterijo s 7000 geni potreboval le 7 milijonov let.

Zgodovina Zemljinega ozračja

Prvotno Zemljino ozračje skorajda ni imelo prostega kisika. V zelo dolgem obdobju se je postopoma spremenilo v današnje stanje (glej Veliki dogodek oksigenacije). Proces se je začel s cianobakterijami. To so bili prvi organizmi, ki so s fotosintezo proizvajali prosti kisik. Večina organizmov danes potrebuje kisik za svojo presnovo; le redki lahko za dihanje uporabljajo druge vire.

Zato je pričakovati, da so bili prvi protoorganizmi kemoavotrofi in niso uporabljali aerobnega dihanja. Bili so anaerobni.

Trenutni modeli

Ni "standardnega modela" o tem, kako se je začelo življenje. Večina sprejetih modelov temelji na molekularni biologiji in celični biologiji:

  1. Ker obstajajo pravi pogoji, nastanejo nekatere osnovne majhne molekule. Te imenujemo monomeri življenja. Aminokisline so ena od vrst teh molekul. To sta leta 1953 dokazala Stanley L. Miller in Harold C. Urey s poskusom Miller-Urey in zdaj vemo, da so ti osnovni gradniki pogosti v vesolju. Na zgodnji Zemlji so bili vsi.
  2. Fosfolipidi, ki lahko tvorijo lipidne dvoslojnice, glavno sestavino celične membrane.
  3. Nukleotidi, ki se lahko povežejo v naključne molekule RNK. Tako bi lahko nastali samoreplicirajoči se ribocimi (hipoteza o svetu RNK).
  4. Tekmovanje za substrate bi iz mini proteinov naredilo encime. Ribosom je ključnega pomena za sintezo beljakovin v današnjih celicah, vendar ne vemo, kako se je razvil.
  5. Na začetku so bile ribonukleinske kisline katalizatorji, pozneje pa so se nukleinske kisline specializirale za genomsko uporabo.

Izvor osnovnih biomolekul sicer ni povsem jasen, vendar je manj sporen kot pomen in vrstni red korakov 2 in 3. Osnovne kemikalije, iz katerih naj bi nastalo življenje, so:

Molekularni kisik (O2 ) in ozon (O3 ) sta bila redka ali pa ju ni bilo.

Tri stopnje

  • Faza 1: Izvor bioloških monomerov
  • Faza 2: Izvor bioloških polimerov
  • Faza 3: Razvoj od molekul do celic

Bernal je menil, da se je evolucija morda začela zgodaj, nekje med prvo in drugo stopnjo.

Trenutni modeli

Ni "standardnega modela" o tem, kako se je začelo življenje. Večina sprejetih modelov temelji na molekularni biologiji in celični biologiji:

  1. Ker obstajajo pravi pogoji, nastanejo nekatere osnovne majhne molekule. Te imenujemo monomeri življenja. Aminokisline so ena od vrst teh molekul. To sta leta 1953 dokazala Stanley L. Miller in Harold C. Urey s poskusom Miller-Urey in zdaj vemo, da so ti osnovni gradniki pogosti v vesolju. Na zgodnji Zemlji so bili vsi.
  2. Fosfolipidi, ki lahko tvorijo lipidne dvoslojnice, glavno sestavino celične membrane.
  3. Nukleotidi, ki se lahko povežejo v naključne molekule RNK. Tako bi lahko nastali samoreplicirajoči se ribocimi (hipoteza o svetu RNK).
  4. Tekmovanje za substrate bi iz mini proteinov naredilo encime. Ribosom je ključnega pomena za sintezo beljakovin v današnjih celicah, vendar ne vemo, kako se je razvil.
  5. Na začetku so bile ribonukleinske kisline katalizatorji, pozneje pa so se nukleinske kisline specializirale za genomsko uporabo.

Izvor osnovnih biomolekul sicer ni povsem jasen, vendar je manj sporen kot pomen in vrstni red korakov 2 in 3. Osnovne kemikalije, iz katerih naj bi nastalo življenje, so:

Molekularni kisik (O2 ) in ozon (O3 ) sta bila redka ali pa ju ni bilo.

Tri stopnje

  • Faza 1: Izvor bioloških monomerov
  • Faza 2: Izvor bioloških polimerov
  • Faza 3: Razvoj od molekul do celic

Bernal je menil, da se je evolucija morda začela zgodaj, nekje med prvo in drugo stopnjo.

Izvor organskih molekul

Na zgodnji Zemlji obstajajo trije viri organskih molekul:

  1. organsko sintezo z viri energije (kot so ultravijolična svetloba ali električne razelektritve).
  2. z nezemeljskimi telesi, kot so ogljikovi meteoriti (hondriti);
  3. organska sinteza, ki jo poganjajo udarni sunki.

Ocene teh virov kažejo, da so bile zaradi težkega bombardiranja pred 3,5 milijarde let na voljo količine organskih snovi, primerljive s tistimi, ki so jih proizvedli drugi viri energije.

Millerjev eksperiment in prvobitna juha

Leta 1953 sta podiplomski študent Stanley Miller in njegov profesor Harold Urey izvedla poskus, ki je pokazal, kako bi lahko organske molekule na zgodnji Zemlji nastale iz anorganskih predhodnikov.

V zdaj že znanem Miller-Ureyjevem poskusu so z močno reducirano mešanico plinov - metana, amoniaka in vodika - tvorili osnovne organske monomere, kot so aminokisline. Zdaj vemo, da je bila Zemljina atmosfera več kot prvo polovico njene zgodovine skoraj brez kisika.

Foxovi poskusi

Sidney W. Fox je v petdesetih in šestdesetih letih prejšnjega stoletja preučeval spontano nastajanje peptidnih struktur v razmerah, ki so lahko obstajale na začetku zemeljske zgodovine. Dokazal je, da lahko aminokisline same tvorijo majhne peptide. Te aminokisline in majhne peptide je bilo mogoče spodbuditi, da so tvorili zaprte sferične membrane, imenovane mikrokroglice.

Izvor organskih molekul

Na zgodnji Zemlji obstajajo trije viri organskih molekul:

  1. organsko sintezo z viri energije (kot so ultravijolična svetloba ali električne razelektritve).
  2. z nezemeljskimi telesi, kot so ogljikovi meteoriti (hondriti);
  3. organska sinteza, ki jo poganjajo udarni sunki.

Ocene teh virov kažejo, da so bile zaradi težkega bombardiranja pred 3,5 milijarde let na voljo količine organskih snovi, primerljive s tistimi, ki so jih proizvedli drugi viri energije.

Millerjev eksperiment in prvobitna juha

Leta 1953 sta podiplomski študent Stanley Miller in njegov profesor Harold Urey izvedla poskus, ki je pokazal, kako bi lahko organske molekule na zgodnji Zemlji nastale iz anorganskih predhodnikov.

V zdaj že znanem Miller-Ureyjevem poskusu so z močno reducirano mešanico plinov - metana, amoniaka in vodika - tvorili osnovne organske monomere, kot so aminokisline. Zdaj vemo, da je bila Zemljina atmosfera več kot prvo polovico njene zgodovine skoraj brez kisika.

Foxovi poskusi

Sidney W. Fox je v petdesetih in šestdesetih letih prejšnjega stoletja preučeval spontano nastajanje peptidnih struktur v razmerah, ki so lahko obstajale na začetku zemeljske zgodovine. Dokazal je, da lahko aminokisline same tvorijo majhne peptide. Te aminokisline in majhne peptide je bilo mogoče spodbuditi, da so tvorili zaprte sferične membrane, imenovane mikrokroglice.

Posebni pogoji

Nekateri znanstveniki so predlagali posebne pogoje, ki bi lahko olajšali sintezo celic.

Glineni svet

A. Graham Cairns-Smith je predlagal glineni model za nastanek življenja. Teorija gline predvideva, da so kompleksne organske molekule postopoma nastale na že obstoječi neorganski podlagi, in sicer na silikatnih kristalih v raztopini.

Model globoke vroče biosfere

Thomas Gold je v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja predlagal teorijo, da se življenje najprej ni razvilo na površju Zemlje, temveč nekaj kilometrov pod njo. Odkritje nanobov (filamentalnih struktur, ki so manjše od bakterij, vendar lahko vsebujejo DNK v globokih kamninah) konec devetdesetih let prejšnjega stoletja bi lahko potrdilo Goldovo teorijo.

Zdaj je že dokaj dobro znano, da je mikrobno življenje v majhnih globinah Zemlje (do pet kilometrov pod površjem) bogato v obliki ekstremofilnih arhej in ne bolj znanih eubakterij (ki živijo v bolj dostopnih pogojih).

Gold je trdil, da je za preživetje potreben dotok hrane iz globokega, nedosegljivega vira, saj bi življenje, ki bi nastalo v luži organskih snovi, verjetno porabilo vso hrano in izumrlo. Goldova teorija je bila, da je tok hrane posledica izpuščanja prvobitnega metana iz Zemljinega plašča.

Samoorganizacija in replikacija

Samourejanje in samoreplikacija sta značilna za žive sisteme. Nežive molekule včasih kažejo te značilnosti pod ustreznimi pogoji. Martin in Russel sta na primer pokazala, da sta celična membrana, ki ločuje vsebino od okolja, in samoorganizacija samostojnih redoks reakcij najbolj ohranjeni lastnosti živih bitij. Trdita, da bi bila takšna anorganska snov najverjetneje zadnji skupni prednik življenja.

Posebni pogoji

Nekateri znanstveniki so predlagali posebne pogoje, ki bi lahko olajšali sintezo celic.

Glineni svet

A. Graham Cairns-Smith je predlagal glineni model za nastanek življenja. Teorija gline predvideva, da so kompleksne organske molekule postopoma nastale na že obstoječi neorganski podlagi, in sicer na silikatnih kristalih v raztopini.

Model globoke vroče biosfere

Thomas Gold je v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja predlagal teorijo, da se življenje najprej ni razvilo na površju Zemlje, temveč nekaj kilometrov pod njo. Odkritje nanobov (filamentalnih struktur, ki so manjše od bakterij, vendar lahko vsebujejo DNK v globokih kamninah) konec devetdesetih let prejšnjega stoletja bi lahko potrdilo Goldovo teorijo.

Zdaj je že dokaj dobro znano, da je mikrobno življenje v majhnih globinah Zemlje (do pet kilometrov pod površjem) bogato v obliki ekstremofilnih arhej in ne bolj znanih eubakterij (ki živijo v bolj dostopnih pogojih).

Gold je trdil, da je za preživetje potreben dotok hrane iz globokega, nedosegljivega vira, saj bi življenje, ki bi nastalo v luži organskih snovi, verjetno porabilo vso hrano in izumrlo. Goldova teorija je bila, da je tok hrane posledica izpuščanja prvobitnega metana iz Zemljinega plašča.

Samoorganizacija in replikacija

Samourejanje in samoreplikacija sta značilna za žive sisteme. Nežive molekule včasih kažejo te značilnosti pod ustreznimi pogoji. Martin in Russel sta na primer pokazala, da sta celična membrana, ki ločuje vsebino od okolja, in samoorganizacija samostojnih redoks reakcij najbolj ohranjeni lastnosti živih bitij. Trdita, da bi bila takšna anorganska snov najverjetneje zadnji skupni prednik življenja.

Teorije

Hipoteza o svetu RNK

Po tej hipotezi naj bi RNK delovala kot encim in kot vsebnik genov. Kasneje je DNK prevzela njeno genetsko vlogo.

Hipoteza o svetu RNK predlaga, da je življenje, ki temelji na ribonukleinski kislini (RNK), nastalo pred sedanjim svetom življenja, ki temelji na deoksiribonukleinski kislini (DNK), RNK in beljakovinah. RNK je sposobna shranjevati genetske informacije kot DNK in katalizirati kemijske reakcije kot encim. Morda je podpirala predcelično življenje in bila pomemben korak k celičnemu življenju.

Obstaja nekaj dokazov, ki potrjujejo to idejo:

  1. Nekatere RNK delujejo kot encimi.
  2. Nekateri virusi za dedovanje uporabljajo RNK.
  3. Številni najbolj temeljni deli celice (tisti, ki se razvijajo najpočasneje) potrebujejo RNK.

Metabolizem in beljakovine

Po tej zamisli naj bi beljakovine najprej delovale kot encimi, ki proizvajajo presnovo. Nato sta DNK in RNK začeli delovati kot nosilki genov.

Ta ideja ima tudi nekaj dokazov, ki jo podpirajo.

  1. Beljakovine kot encim so bistvenega pomena za današnje življenje.
  2. Nekatere aminokisline nastanejo iz bolj osnovnih kemikalij v Miller-Ureyjevem poskusu. Nekateri to idejo zanikajo, ker se beljakovine ne morejo kopirati.

Lipidi

V tej shemi se membrane iz lipidnih dvoslojev pojavijo že zgodaj. Ko so organske kemikalije zaprte, je mogoča kompleksnejša biokemija.

Teorije

Hipoteza o svetu RNK

Po tej hipotezi naj bi RNK delovala kot encim in kot vsebnik genov. Kasneje je DNK prevzela njeno genetsko vlogo.

Hipoteza o svetu RNK predlaga, da je življenje, ki temelji na ribonukleinski kislini (RNK), nastalo pred sedanjim svetom življenja, ki temelji na deoksiribonukleinski kislini (DNK), RNK in beljakovinah. RNK je sposobna shranjevati genetske informacije kot DNK in katalizirati kemijske reakcije kot encim. Morda je podpirala predcelično življenje in bila pomemben korak k celičnemu življenju.

Obstaja nekaj dokazov, ki potrjujejo to idejo:

  1. Nekatere RNK delujejo kot encimi.
  2. Nekateri virusi za dedovanje uporabljajo RNK.
  3. Številni najbolj temeljni deli celice (tisti, ki se razvijajo najpočasneje) potrebujejo RNK.

Metabolizem in beljakovine

Po tej zamisli naj bi beljakovine najprej delovale kot encimi, ki proizvajajo presnovo. Nato sta DNK in RNK začeli delovati kot nosilki genov.

Ta ideja ima tudi nekaj dokazov, ki jo podpirajo.

  1. Beljakovine kot encim so bistvenega pomena za današnje življenje.
  2. Nekatere aminokisline nastanejo iz bolj osnovnih kemikalij v Miller-Ureyjevem poskusu. Nekateri to idejo zanikajo, ker se beljakovine ne morejo kopirati.

Lipidi

V tej shemi se membrane iz lipidnih dvoslojev pojavijo že zgodaj. Ko so organske kemikalije zaprte, je mogoča kompleksnejša biokemija.

Panspermija

To je ideja, ki jo je predlagal Arrhenius in razvil Fred Hoyle, da se je življenje razvilo drugje v vesolju in prispelo na Zemljo v obliki spor. To ni teorija o nastanku življenja, temveč teorija o tem, kako se je lahko razširilo. Razširilo se je lahko na primer z meteoriti.

Nekateri menijo, da je bil zgodnji Mars boljši kraj za začetek življenja kot zgodnja Zemlja. Molekule, iz katerih je nastal genski material, so bolj zapletene kot "prvobitna juha" organskih (ogljikovih) kemikalij, ki je obstajala na Zemlji pred štirimi milijardami let. Če je bila RNK prvi genski material, potem bi lahko minerali, ki vsebujejo bor in molibden, pomagali pri njenem nastanku. Ti minerali so bili na Marsu veliko pogostejši kot na Zemlji.

Panspermija

To je ideja, ki jo je predlagal Arrhenius in razvil Fred Hoyle, da se je življenje razvilo drugje v vesolju in prispelo na Zemljo v obliki spor. To ni teorija o nastanku življenja, temveč teorija o tem, kako se je lahko razširilo. Razširilo se je lahko na primer z meteoriti.

Nekateri menijo, da je bil zgodnji Mars boljši kraj za začetek življenja kot zgodnja Zemlja. Molekule, iz katerih je nastal genski material, so bolj zapletene kot "prvobitna juha" organskih (ogljikovih) kemikalij, ki je obstajala na Zemlji pred štirimi milijardami let. Če je bila RNK prvi genski material, potem bi lahko minerali, ki vsebujejo bor in molibden, pomagali pri njenem nastanku. Ti minerali so bili na Marsu veliko pogostejši kot na Zemlji.

Sorodne strani

Sorodne strani

Vprašanja in odgovori

V: Kakšen je izvor življenja na Zemlji?


O: Izvor življenja na Zemlji je znanstveni problem, ki še ni bil rešen. Večina strokovnjakov se strinja, da se je vse današnje življenje razvilo iz ene same primitivne oblike življenja, vendar ni znano, kako se je ta zgodnja oblika življenja razvila.

V: Kateri sta dve glavni hipotezi o vrstnem redu razvoja genetike in presnove?


O: Dve glavni hipotezi o vrstnem redu razvoja genetike in presnove sta hipoteza o svetu RNK, ki podpira, da se je najprej razvila genetika, in hipoteza o svetu beljakovin, ki podpira, da se je najprej razvila presnova.

V: Kdo je napisal knjige o razvoju celic?


O: Melvin Calvin, dobitnik Nobelove nagrade za kemijo, in Alexander Oparin sta napisala knjigi o tem, kako so se razvile celice.

V: Kaj povezuje večino zgodnjega dela o nastanku življenja?


O: Zamisel, da je moral pred začetkom življenja potekati proces kemičnih sprememb, povezuje večino zgodnjega dela o nastanku življenja.

V: Kdo je razpravljal o nastanku celičnih membran?


O: J. D. Bernal in drugi so razpravljali o izvoru celičnih membran.

V: Kateri preverljivi elementi morajo biti prisotni, da nekaj velja za živo?


O: Da bi nekaj veljalo za živo, mora vsebovati RNK, mehanizme za kodiranje in dekodiranje RNK ter mehanizme za gradnjo beljakovin iz aminokislin.

V: Katero področje preučuje biogenezo?



O: Iskanje preverljive teorije biogeneze je ločeno raziskovalno področje.

AlegsaOnline.com - 2020 / 2025 - License CC3