ТЕОРИЯ АБИОТИЧЕСКОГО СИНТЕЗА: ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ - БИОЛОГИЯ - 2025

Теория абиотического синтеза - это постулат, который предполагает, что жизнь произошла из неживых соединений (абиотические = неживые). Это говорит о том, что жизнь постепенно возникла в результате синтеза органических молекул. Среди этих органических молекул выделяются аминокислоты, которые являются предшественниками более сложных структур, дающих начало живым клеткам.

Исследователями, предложившими эту теорию, были русский ученый Александр Опарин и британский биохимик Джон Холдейн. Каждый из этих ученых, проводя свои собственные исследования, пришел к одной и той же гипотезе: жизнь на Земле произошла от органических и минеральных соединений (неживой материи), которые ранее существовали в примитивной атмосфере.

Джон Холдейн, один из сторонников теории абиотического синтеза

Из чего он состоит?

Теория абиотического синтеза устанавливает, что возникновение жизни на Земле произошло из-за смеси неорганических и органических соединений, которые находились в атмосфере в то время и содержали водород, метан, водяной пар, диоксид углерода и аммиак.

Теория Опарина и Холдейна

Опарин и Холдейн считали, что на ранней Земле была восстановительная атмосфера; то есть в атмосфере с небольшим содержанием кислорода, где присутствующие молекулы стремятся отдавать свои электроны.

Впоследствии атмосфера будет постепенно меняться, что приведет к образованию простых молекул, таких как молекулярный водород (H2), метан (CH4), диоксид углерода (CO2), аммиак (NH3) и водяной пар (H2O). В этих условиях они предположили, что:

- Простые молекулы могли реагировать, используя энергию солнечных лучей, электрические разряды от штормов, тепло ядра Земли и другие виды энергии, которые в конечном итоге влияли на физико-химические реакции.

- Это способствовало образованию коацерватов (систем молекул, из которых произошла жизнь, согласно Опарину), которые плавали в океанах.

- В этом «примитивном бульоне» условия были бы подходящими, чтобы строительные блоки можно было объединить в последующих реакциях.

- Более крупные и сложные молекулы (полимеры), такие как белки и нуклеиновые кислоты, образовались в результате этих реакций, чему, вероятно, способствовало присутствие воды в бассейнах около океана.

- Эти полимеры можно было собрать в блоки или структуры, которые можно было бы поддерживать и воспроизводить. Опарин полагал, что это могли быть «колонии» белков, сгруппированных вместе для осуществления метаболизма, а Холдейн предположил, что макромолекулы заключены в мембраны, образуя клеточно-подобные структуры.

Соображения по теории

Сведения об этой модели, вероятно, не совсем верны. Например, геологи теперь считают, что ранняя атмосфера не сокращалась, и неясно, являются ли пруды на краю океана вероятным местом для первого появления жизни.

Однако основная идея «постепенное и спонтанное образование групп простых молекул, затем формирование более сложных структур и, наконец, приобретение способности к самовоспроизведению» остается в основе большинства гипотез о происхождении реальная жизнь.

Эксперименты в поддержку теории абиотического синтеза

Миллер и Юри эксперимент

В 1953 году Стэнли Миллер и Гарольд Юри провели эксперимент, чтобы проверить идеи Опарина и Холдейна. Они обнаружили, что органические молекулы могут образовываться самопроизвольно в восстановительных условиях, аналогичных описанным ранее на ранней Земле.

Миллер и Юри построили замкнутую систему, которая содержала некоторое количество нагретой воды и смесь газов, которых, как считалось, было много в атмосфере ранней Земли: метана (CH4), двуокиси углерода (CO2) и аммиака (NH3).

Чтобы смоделировать молнии, которые могли обеспечить энергию, необходимую для химических реакций, которые привели к возникновению более сложных полимеров, Миллер и Юри послали электрические разряды через электрод в своей экспериментальной системе.

Миллер и Юри эксперимент

После проведения эксперимента в течение недели Миллер и Юри обнаружили, что были образованы различные типы аминокислот, сахаров, липидов и других органических молекул.

Большие сложные молекулы, такие как ДНК и белок, отсутствовали. Однако эксперимент Миллера-Юри показал, что по крайней мере некоторые строительные блоки этих молекул могут спонтанно образовываться из простых соединений.

Эксперимент Хуана Оро

Продолжая поиск истоков жизни, испанский ученый Хуан Оро использовал свои биохимические знания для синтеза в лабораторных условиях других органических молекул, важных для жизни.

Оро воспроизвел условия эксперимента Миллера и Юри, который производил производные цианида в больших количествах.

Используя этот продукт (синильную кислоту), а также аммиак и воду, этот исследователь смог синтезировать молекулы аденина, одно из 4 азотистых оснований ДНК и один из компонентов АТФ, фундаментальной молекулы, обеспечивающей энергией большинство живых существ. .

Когда это открытие было опубликовано в 1963 году, оно оказало не только научное, но и популярное влияние, поскольку продемонстрировало возможность спонтанного появления нуклеотидов на ранней Земле без какого-либо внешнего воздействия.

Ему также удалось синтезировать, воссоздав в лаборатории среду, подобную той, которая существовала на примитивной Земле, другие органические соединения, в основном липиды, которые являются частью клеточных мембран, некоторые белки и активные ферменты, важные для обмена веществ.

Сидней Фокс эксперимент

В 1972 году Сидней Фокс и его сотрудники провели эксперимент, который позволил им создать структуры с мембранными и осмотическими свойствами; то есть похожи на живые клетки, которые они назвали протеиноидными микросферами.

Используя сухую смесь аминокислот, они нагревали их до умеренных температур; таким образом они достигли образования полимеров. Эти полимеры, растворенные в физиологическом растворе, образовывали крошечные капли размером с бактериальную клетку, способную проводить определенные химические реакции.

Эти микросферы имели проницаемую двойную оболочку, похожую на современные клеточные мембраны, что позволяло им гидратироваться и дегидратироваться в зависимости от изменений в окружающей среде, в которой они находились.

Все эти наблюдения, полученные при изучении микросфер, показали представление о типах процессов, которые могли породить первые клетки.

Эксперимент Альфонсо Эрреры

Другие исследователи провели собственные эксперименты, чтобы попытаться воспроизвести молекулярные структуры, которые дали начало первым клеткам. Альфонсо Эррера, мексиканский ученый, сумел искусственно создать структуры, которые он назвал сульфобиосами и кольпоидами.

Эррера использовал смеси таких веществ, как сульфоцианид аммония, тиосанат аммония и формальдегид, с помощью которых он смог синтезировать небольшие высокомолекулярные структуры. Эти богатые серой структуры были организованы аналогично живым клеткам, поэтому он назвал их сульфобией.

Точно так же он смешал оливковое масло и бензин с небольшими количествами гидроксида натрия, чтобы создать другие типы микроструктур, которые были организованы аналогично простейшим; он назвал эти микросферы кольпоидами.

Ссылки

1. Карранса, Г. (2007). Биология I. Редакционный порог, Мексика.
2. Флорес, Р., Эррера, Л. и Эрнандес, В. (2004). Биология 1 (1-е изд.). Редакция Прогресо.
3. Фокс, SW (1957). Химическая проблема самопроизвольного зарождения. Журнал химического образования, 34 (10), 472–479.
4. Фокс, С.В., и Харада, К. (1958). Термическая сополимеризация аминокислот до продукта, напоминающего белок. Наука, 128, 1214.
5. Гама, А. (2004). Биология: биогенез и микроорганизмы (2-е изд.). Pearson Education.
6. Гама, А. (2007). Биология I: конструктивистский подход (3-е изд.). Pearson Education.
7. Гордон-Смит, К. (2003). Гипотеза Опарина-Холдейна. В Происхождении жизни: ориентиры двадцатого века. Получено с: simsoup.info
8. Эррера, А. (1942). Новая теория происхождения и природы жизни. Наука, 96: 14.
9. Ледесма-Матеос, И., и Кливз, HJ (2016). Альфонсо Луис Эррера и начало эволюционизма и исследования происхождения жизни в Мексике. Журнал молекулярной эволюции, 83 (5-6), 193–203.
10. Макколлом, Т. (2013). Миллер-Юри и другие: что узнали о реакциях органического синтеза пребиотиков за последние 60 лет? Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 41, 207-229.
11. Миллер, С. (1953) Производство аминокислот в возможных примитивных земных условиях. Наука 117: 528–529
12. Миллер, SL (1955). Производство некоторых органических соединений в возможных примитивных земных условиях. Журнал Американского химического общества.
13. Миллер С.Л., Юри Х.С. и Оро Дж. (1976). Происхождение органических соединений на первобытной земле и в метеоритах. Журнал молекулярной эволюции, 9 (1), 59–72.
14. Оньяте, Л. (2010). Биология 1, Том 1. Учебные редакторы Cengage.
15. Паркер, И. Т., Кливз, Х. Дж., Каллахан, член парламента, Дворкин, Дж. П., Главин, Д. П., Ласкано, А., и Бада, Д. Л. (2011). Пребиотический синтез метионина и других серосодержащих органических соединений на примитивной Земле: современная переоценка на основе неопубликованного эксперимента Стэнли Миллера 1958 года. Истоки жизни и эволюция биосфер, 41 (3), 201–212.