Teoria chemosyntezy: pojawienie się życia na Ziemi

Teoria chemosyntetyczna, znana również jako teoria biosyntezy lub teoria fizykochemiczna pochodzenia życia, opiera się na hipotezie, że życie na naszej planecie pochodzi z grupowania (syntezy) bardzo prymitywnych cząsteczek w momencie powstania i to stawało się coraz bardziej złożone, dopóki nie powstały pierwsze komórki.

Teoria ta została opracowana prawie w tym samym czasie - między 1924 a 1928 rokiem - ale oddzielnie przez naukowców Aleksandra I. Oparina (rosyjski biochemik) i Johna BS Haldane (angielskiego biologa), potwierdzając teorię Wielkiego Wybuchu i pokonując teorię spontaniczne pokolenie, wiara panująca od starożytności.

Wśród wkładu w prace tych dwóch naukowców wyróżnia się udział meksykańskiego farmaceuty Alfonso Luisa Herrery, który prowadził badania na temat pochodzenia i ewolucji życia na ziemi i kto jest uważany za twórcę plazmogenezy, nauki, która zbadać pochodzenie protoplazmy, czyli pochodzenie życia.

Jego studia zostały opublikowane za granicą i posłużyły Oparinowi i Haldane'owi jako podstawa do rozwinięcia ich teorii, która została również poinformowana przez badania geologiczne, paleontologiczne i biochemiczne.

Obecnie teoria chemosyntetyczna jest najbardziej akceptowana przez naukowców. Wyjaśnia pochodzenie życia z ewolucji chemicznej i zjawisk fizycznych materii.

Teoria chemosyntetyczna: jak doszło do życia na Ziemi?

Zgodnie z teorią Wielkiego Wybuchu, ziemia pojawiła się około 5000 milionów lat temu z chmury gazu wodorowego. Jednocześnie powstało słońce i inne planety Układu Słonecznego.

Początkowo temperatura Ziemi była niezwykle wysoka, ale stopniowo ochładzała się i zaczęły tworzyć się prymitywne oceany.

W tym czasie atmosfera była bardzo różna od obecnej. Dominowała para wodna, metan, amoniak, dwutlenek węgla i wodór.

W przeciwieństwie do tego, co dzieje się w naszych czasach, w tej początkowej fazie nie było warstwy ozonowej, więc wszystkie rodzaje promieniowania dotarły na powierzchnię ziemi, w tym promienie ultrafioletowe i podczerwone.

Ponadto, było dużo energii wytwarzanej przez ciągłe erupcje wulkanów, błyskawice i błyskawice.

W tym scenariuszu jest bardzo możliwe, że pierwsze związki organiczne w tych prymitywnych oceanach, wśród których były węglowodany, lipidy i niektóre aminokwasy, zostały utworzone i zniszczone wielokrotnie, aż w końcu odkryły pewną stabilność ewolucji.

Przez miliony lat substancje te były łączone chemicznie ze sobą, tworząc coraz bardziej złożone substancje, które były ograniczone przez membranę.

Dla tych substancji Oparin nazwał je protobiontami. Jego istnienie trwało miliony lat i wraz z upływem czasu nabrało cech żywych istot, pełniących funkcje takie jak odżywianie i wydalanie. Zaczęły się również rozmnażać, co sugerowało pojawienie się kwasów nukleinowych, które niosą informację genetyczną.

Zdecydowanie protobionty poprzedziły pierwsze proste i proste komórki, które pojawiły się tysiące lat później. Uważa się, że pierwsze żywe istoty, które pojawiły się na Ziemi, były bardzo podobne do bakterii.

Te niezwykle proste pierwotne istoty ewoluowały i stawały się coraz bardziej złożone, dopóki nie stały się organizmami wielokomórkowymi.

Wkład Millera i Ureya

W 1953 roku amerykańscy chemicy Stanley L. Miller i Harold Clayton Urey próbowali odtworzyć w laboratorium warunki sugerowane przez Oparina i Haldana w ich teorii. Miller i Urey stworzyli aparat, w którym odtwarzali warunki prymitywnej ziemi, jaką stwarza teoria chemosyntetyczna.

Aparat składał się z kilku połączonych ze sobą pojemników. Aby odtworzyć warunki pierwotnej atmosfery Ziemi, naukowcy ci umieścili w pojemnikach dwie elektrody, wodę, metan, amoniak i wodór.

Przez elektrody wytwarzały wstrząsy elektryczne, które powodowały, że iskry lecą podobnie do tych generowanych przez błyskawice.

Woda, która symulowała prymitywne oceany, została doprowadzona do temperatury wrzenia. Wprowadził wiele nieorganicznych molekuł, z których powinny powstać proste i proste żywe istoty.

Eksperyment trwał kilka tygodni, pod koniec których naukowcy zauważyli, że niektóre substancje nagromadziły się w wodzie i ścianach pojemników.

Po przeanalizowaniu Miller i Urey zdali sobie sprawę, że są to kilka związków organicznych, w tym cztery różne aminokwasy, które biorą udział w tworzeniu białek.

Dzięki eksperymentowi amerykańscy naukowcy byli w stanie zweryfikować, że związki organiczne powstały ze związków nieorganicznych.

W ten sposób otworzyli drogę do wykazania, że możliwa była ewolucja przed biologiczna, jaką stwarzają Oparin i Haldane.

Od tego czasu przeprowadzono eksperymenty podobne do eksperymentów Millera i Ureya, ale zmieniające ilości i rodzaje gazów. Ponadto w niektórych eksperymentach zastosowano różne źródła energii, takie jak podczerwień i ultrafiolet.

Większość tych eksperymentów uzyskała dużą różnorodność związków organicznych, które są częścią żywych istot.

W ten sposób teoria chemosyntetyczna została częściowo udowodniona.

Ograniczenia sprawdzania

Eksperymenty przeprowadzone w celu zweryfikowania teorii chemosyntetycznej były w stanie wykazać, że jest możliwe, że pochodzenie życia zostało wyjaśnione przez Oparina i Haldane'a. Jednak fakt, że stało się to ponad miliardy lat, nie może zostać zignorowany.

Ze względu na ten długi okres czasu, który obejmował proces powstawania życia na ziemi, niemożliwe jest odtworzenie go w całości i wiernie w laboratoriach.

Przeszkoda czasu sprawiła, że naukowcy stanęli przed trudnym scenariuszem, ponieważ może nigdy nie być w stanie dokładnie wiedzieć, jak powstały pierwsze organizmy, które zamieszkiwały planetę.

Pomimo tej wady, teoria chemosyntetyczna pozwoliła nam narysować obraz całkiem bliski temu, co mogło być genezą życia na Ziemi.