ГИДРОТЕРМАЛЬНАЯ ГИПОТЕЗА: ЧТО ЭТО ТАКОЕ, ПРЕДПОСЫЛКИ И КРИТИКА - БИОЛОГИЯ - 2024

В гидротермальной гипотезе цели объяснить примитивные условия , в которых первые формы жизни возникли на планету Земле, предложив в качестве основного параметра горячих источников , расположенные в глубинах океанов.

Был обнаружен ряд источников термальной воды с температурами, достигающими 350 ° C, где обитает ряд типичных представителей фауны этих условий, таких как двустворчатые моллюски, черви, ракообразные, водоросли и некоторые иглокожие (морские звезды и их родственники).

Эти данные свидетельствуют о том, что глубоководная среда океана, вероятно, подходила для происхождения жизни, и самые ранние формы жизни были химиоавтотрофными микроорганизмами.

Кроме того, кипящая вода является домом для ряда хемосинтетических бактерий, которые извлекают энергию из серных веществ, которых в таком типе окружающей среды в изобилии.

Хемосинтезирующие бактерии выполняют продуцирующие функции в экосистемах, являясь основой пищевой цепи, аналогично роли растений в типичных экосистемах.

Идеи, связанные с гидротермальной гипотезой, начали возникать в начале 1977 года, когда исследователь Корлисс провел прямые наблюдения в гидротермальных системах, расположенных на Галапагосских островах.

Предпосылки и альтернативные теории

За несколько десятилетий исследователи предложили десятки теорий, пытающихся объяснить происхождение жизни и благоприятную среду, в которой она должна была развиваться. Как возникла жизнь - один из старейших и самых противоречивых научных вопросов.

Некоторые авторы поддерживают первичное происхождение метаболизма, в то время как их противники поддерживают генетическое происхождение.

панспермия

В середине 1900-х годов известный ученый Аррениус предложил теорию панспермии или космологическую теорию. Эта идея поднимает вопрос происхождения жизни благодаря прибытию пространственных микроорганизмов с планеты, где раньше существовала жизнь.

По логике, космологическая теория не предлагает идей, которые решают проблему, поскольку она не объясняет, как возникла внеземная жизнь на указанной гипотетической планете.

Более того, маловероятно, что микроскопические сущности, колонизировавшие пребиотическую среду, выжили в условиях космоса, пока не достигли планеты Земля.

Абиотические модели

Абиотические модели предполагают, что жизнь возникла отдельно от «микроструктур» как переходных форм между органическими молекулами и ранними формами жизни. Среди основных защитников этой теории - Опарин, Сидней В. Фокс и Альфонсо Ф. Эррера.

Согласно Опарину и Холдейну, коацерваты - это пробионты-предшественники жизни, ограниченные плазматической мембраной, которая позволяет взаимодействовать с окружающей средой. По мнению авторов, они возникли раньше молекул, передающих генетическую информацию: ДНК или РНК.

Со своей стороны, Стэнли Миллер и Гарольд Юри сумели построить гениальную систему, имитирующую «примитивную атмосферу жизни». Компоненты, присутствующие в гипотетической атмосфере, сильно отличающиеся от нынешней, были способны синтезировать органические молекулы, необходимые для жизни (например, аминокислоты), когда к ним были приложены тепло и напряжение.

Фоксу удалось получить микросферы размером с бактерии, подвергая аминокислоты воздействию тепла.

Таким же образом другие исследователи достигли синтеза органических молекул, используя в качестве сырья неорганические молекулы, тем самым объясняя происхождение жизни из абиотической среды.

Мир РНК

Другая позиция происхождения жизни постулирует главным событием появление молекул, содержащих генетическую информацию. Различные авторы защищают происхождение жизни от РНК и утверждают, что эта молекула служила шаблоном и катализатором одновременно.

Самым большим доказательством этого является существование рибосом, молекул РНК, способных катализировать реакции и в то же время хранить информацию в своей нуклеотидной последовательности.

Из чего он состоит?

Гидротермальная гипотеза предлагает эти экстремальные водные среды как подходящее место для синтеза органических соединений, которые привели к возникновению живых организмов на Земле.

Авторы этой теории основаны на архейских окаменелостях, современных системах подводных гидротермальных источников, а также на теоретических и экспериментальных наблюдениях.

Гидротермальные системы характеризуются высокими потоками энергии, сильно восстановительной средой и обилием минеральных глин, которые являются идеальными поверхностями для каталитических реакций. Кроме того, он имеет высокие концентрации CH ₄ , NH ₃ , H ₂ и различных металлов.

Гипотеза состоит в последовательном превращении CH ₄ , NH ₃ , H ₂ в аминокислоты, затем в белки, а затем в более сложные полимеры, до достижения структурированного метаболизма и живых организмов.

Изучение окаменелостей в докембрийских породах выявило ячеистые структуры, датируемые примерно 3,5–3,8 миллиарда лет назад в подводных гидротермальных комплексах.

В отличие от предыдущих гипотез, гидротермальная гипотеза предлагает тепло в качестве источника энергии, а не ультрафиолетовые лучи и электрические разряды, как модель «первичного бульона». Кроме того, эта модель предполагает существование градиентов окружающей среды с точки зрения температуры, pH и химической концентрации.

Критика теории

Хотя у гидротермальной гипотезы есть несколько веских аргументов, она не является общепринятой. Одним из критических замечаний по поводу происхождения жизни в горячих источниках является несоответствие и недостаток информации о геологических моделях пребиотической эры.

Точно так же незаменимые молекулы для развития жизни - такие как нуклеиновые кислоты, белки и мембраны - столкнутся с немедленным разрушением из-за высоких температур гидротермальной среды.

Однако также вероятно, что первые формы жизни были термостабильными, подобно термофильным организмам, которые сегодня обитают в экстремальных условиях.

С другой стороны, возникает другая проблема, связанная с концентрацией компонентов. Маловероятно, что жизнь могла возникнуть на просторах пребиотических океанов, где биомолекулы были бы сильно разбавлены и рассредоточены.

Чтобы среда была подходящей для происхождения жизни, она должна способствовать взаимодействию между молекулами, чтобы они образовывали более сложные объекты; не разбавляйте их, как это произошло бы в глубоком океане.

Сторонники гидротермальной теории предполагают, что жизнь могла возникнуть в ограниченных областях, которые предотвращали растворение вновь образованных молекул, таких как кратеры.

Ссылки

1. Чаттерджи, С. (2016). Симбиотический взгляд на зарождение жизни в гидротермальных кратерах - озерах. Физическая химия Химическая физика, 18 (30), 20033–20046.
2. Корлисс, Дж. Б., Баросс, Дж. А., и Хоффман, С. Е. (1981). Гипотеза о связи подводных горячих источников и происхождения жизни на Земле. Oceanologica Acta, Специальный выпуск.
3. Холм, Н.Г. (1992). Почему гидротермальные системы предлагаются в качестве вероятной среды для возникновения жизни? В «Морские гидротермальные системы и происхождение жизни» (стр. 5–14). Спрингер, Дордрехт.
4. Джета, С. (2017). Пейзаж возникновения жизни. Жизнь, 7 (2), 27.
5. Ланье, К.А., и Уильямс, Л.Д. (2017). Происхождение жизни: модели и данные. Журнал молекулярной эволюции, 84 (2), 85–92.