ABIOGENESIS: ทฤษฎีหลัก - ชีววิทยา

อาราหมายถึงจำนวนของกระบวนการและขั้นตอนที่เกิดขึ้นในรูปแบบแรกของชีวิตบนโลกเฉื่อยบล็อกเริ่มต้น monomeric กับเนื้อเรื่องของเวลาที่ มีความ สามารถ ที่จะ เพิ่มความซับซ้อนของพวกเขา ตามทฤษฎีนี้ชีวิตเกิดขึ้นจากโมเลกุลที่ไม่มีชีวิตภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสม

มีความเป็นไปได้ว่าหลังจากที่สร้างระบบชีวิตที่เรียบง่ายขึ้นแล้ววิวัฒนาการทางชีววิทยาได้ทำหน้าที่ก่อให้เกิดสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนทั้งหมดที่มีอยู่ในปัจจุบัน

ที่มา: pixabay.com

นักวิจัยบางคนคิดว่ากระบวนการ abiogenesis ต้องเกิดขึ้นอย่างน้อยหนึ่งครั้งในประวัติศาสตร์ของโลกเพื่อก่อให้เกิดสิ่งมีชีวิตสมมุติ LUCA หรือบรรพบุรุษร่วมสากลสุดท้าย (จากตัวย่อในภาษาอังกฤษบรรพบุรุษร่วมสากลสุดท้าย) ประมาณ 4 พันล้านที่แล้ว ปี.

มีข้อเสนอแนะว่า LUCA ต้องมีรหัสพันธุกรรมตามโมเลกุลของดีเอ็นเอซึ่งฐานทั้งสี่จัดกลุ่มเป็นแฝดสามเข้ารหัสกรดอะมิโน 20 ชนิดที่ประกอบเป็นโปรตีน นักวิจัยพยายามทำความเข้าใจที่มาของชีวิตศึกษากระบวนการ abiogenesis ที่ก่อให้เกิด LUCA

คำตอบสำหรับคำถามนี้ถูกตั้งคำถามอย่างกว้างขวางและมักถูกปกคลุมไปด้วยหมอกควันแห่งความลึกลับและความไม่แน่นอน ด้วยเหตุนี้นักชีววิทยาหลายร้อยคนจึงเสนอชุดของทฤษฎีที่หลากหลายตั้งแต่การเกิดซุปดั้งเดิมไปจนถึงคำอธิบายที่เกี่ยวข้องกับ xenobiology และ Astrobiology

ประกอบด้วยอะไรบ้าง?

ทฤษฎีการสร้างอะบีโอเจเนซิสขึ้นอยู่กับกระบวนการทางเคมีซึ่งรูปแบบที่เรียบง่ายที่สุดของชีวิตเกิดจากสารตั้งต้นที่ไม่มีชีวิต

สันนิษฐานว่ากระบวนการ abiogenesis เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องตรงกันข้ามกับมุมมองของการเกิดขึ้นทันทีทันใดในเหตุการณ์ที่โชคดี ดังนั้นทฤษฎีนี้จึงถือว่าการมีอยู่ของความต่อเนื่องระหว่างสสารที่ไม่มีชีวิตและระบบสิ่งมีชีวิตแรกเริ่ม

ในทำนองเดียวกันชุดของสถานการณ์ต่างๆได้รับการแนะนำว่าจุดเริ่มต้นของชีวิตอาจเกิดขึ้นจากโมเลกุลของอนินทรีย์ สภาพแวดล้อมเหล่านี้โดยทั่วไปมากและแตกต่างจากสภาพปัจจุบันบนโลก

เงื่อนไขพรีไบโอติกที่คาดไว้เหล่านี้มักถูกทำซ้ำในห้องปฏิบัติการเพื่อพยายามสร้างโมเลกุลอินทรีย์เช่นการทดลองของมิลเลอร์และอูเรย์ที่มีชื่อเสียง

ต้นกำเนิดของชีวิต: ทฤษฎี

ต้นกำเนิดของชีวิตเป็นหัวข้อที่มีการถกเถียงกันมากที่สุดสำหรับนักวิทยาศาสตร์และนักปรัชญาตั้งแต่สมัยอริสโตเติล ตามที่นักคิดคนสำคัญคนนี้กล่าวว่าสสารที่ย่อยสลายสามารถเปลี่ยนเป็นสัตว์มีชีวิตได้เนื่องจากการกระทำที่เกิดขึ้นเองของธรรมชาติ

การสร้างอะบิโอเจเนซิสในแง่คิดของชาวอาริสโตเติลสามารถสรุปได้ในวลีอันโด่งดังของเขา omne vivum ex vivo ซึ่งแปลว่า“ ทุกชีวิตดำเนินไปจากชีวิต”

ต่อจากนั้นแบบจำลองทฤษฎีและการคาดเดาจำนวนมากได้พยายามอธิบายเงื่อนไขและกระบวนการที่นำไปสู่จุดกำเนิดของชีวิต

ทฤษฎีที่โดดเด่นที่สุดทั้งจากมุมมองทางประวัติศาสตร์และทางวิทยาศาสตร์ที่พยายามอธิบายที่มาของระบบสิ่งมีชีวิตแรกจะอธิบายไว้ด้านล่าง:

ทฤษฎีการสร้างที่เกิดขึ้นเอง

ในช่วงต้นศตวรรษที่ 17 มีการตั้งสมมติฐานว่ารูปแบบสิ่งมีชีวิตอาจเกิดขึ้นจากองค์ประกอบที่ไม่มีชีวิต ทฤษฎีของการสร้างตามธรรมชาติได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางจากนักคิดในสมัยนั้นเนื่องจากได้รับการสนับสนุนจากคริสตจักรคาทอลิก ดังนั้นสิ่งมีชีวิตสามารถงอกได้ทั้งจากพ่อแม่และจากสิ่งไม่มีชีวิต

ตัวอย่างที่มีชื่อเสียงที่สุดที่ใช้เพื่อสนับสนุนทฤษฎีนี้ ได้แก่ การปรากฏตัวของหนอนและแมลงอื่น ๆ ในเนื้อสัตว์ที่เน่าเปื่อยกบที่ปรากฏจากโคลนและหนูที่โผล่ออกมาจากเสื้อผ้าสกปรกและเหงื่อ

ในความเป็นจริงมีสูตรอาหารที่สัญญาว่าจะสร้างสัตว์ที่มีชีวิต ตัวอย่างเช่นเพื่อให้สามารถสร้างหนูจากวัตถุที่ไม่มีชีวิตได้ต้องใช้เมล็ดข้าวสาลีรวมกับเสื้อผ้าที่สกปรกในสภาพแวดล้อมที่มืดและสัตว์ฟันแทะที่ยังมีชีวิตอยู่จะปรากฏขึ้นในช่วงหลายวัน

ผู้เสนอส่วนผสมนี้โต้แย้งว่าเหงื่อของมนุษย์บนเสื้อผ้าและการหมักข้าวสาลีเป็นตัวชี้นำการก่อตัวของชีวิต

การหักล้างการสร้างที่เกิดขึ้นเอง

ในศตวรรษที่สิบเจ็ดข้อบกพร่องและช่องว่างเริ่มสังเกตเห็นได้จากข้อความของทฤษฎีการกำเนิดที่เกิดขึ้นเอง จนกระทั่งปี ค.ศ. 1668 Francesco Redi นักฟิสิกส์ชาวอิตาลีได้คิดค้นรูปแบบการทดลองที่เหมาะสมที่จะปฏิเสธมัน

ในการทดลองที่มีการควบคุมของเธอ Redi ได้วางชิ้นเนื้อที่ตัดละเอียดแล้วห่อด้วยผ้ามัสลินในภาชนะที่ปราศจากเชื้อ ไหเหล่านี้ถูกปิดด้วยผ้ากอซอย่างเหมาะสมจึงไม่มีสิ่งใดมาสัมผัสกับเนื้อสัตว์ได้ นอกจากนี้การทดลองยังนำเสนอขวดโหลอีกชุดหนึ่งที่ไม่ได้ต่อยอด

ในช่วงหลายวันที่ผ่านมามีการสังเกตเห็นหนอนในไหที่ถูกเปิดเท่านั้นเนื่องจากแมลงวันสามารถเข้ามาได้อย่างอิสระและวางไข่ ในกรณีของขวดโหลที่ปิดมิดชิดไข่จะถูกวางลงบนผ้ากอซโดยตรง

ในทำนองเดียวกันนักวิจัย Lazzaro Spallanzani ได้พัฒนาชุดการทดลองเพื่อปฏิเสธสถานที่ที่เกิดขึ้นเอง ในการทำเช่นนี้เขาได้ทำน้ำซุปหลาย ๆ แบบที่เขาต้องผ่านการต้มเป็นเวลานานเพื่อทำลายจุลินทรีย์ที่จะอาศัยอยู่ที่นั่น

อย่างไรก็ตามผู้เสนอการสร้างขึ้นเองอ้างว่าปริมาณความร้อนที่น้ำซุปสัมผัสมากเกินไปและทำลาย "พลังชีวิต"

การมีส่วนร่วมของปาสเตอร์

ต่อมาในปีพ. ศ. 2407 หลุยส์ปาสเตอร์นักชีววิทยาและนักเคมีชาวฝรั่งเศสได้ออกเดินทางเพื่อยุติการสร้างสมมุติฐานที่เกิดขึ้นเอง

เพื่อให้เป็นไปตามวัตถุประสงค์นี้ปาสเตอร์จึงผลิตภาชนะแก้วที่เรียกว่า "ขวดคอห่าน" เนื่องจากมีความยาวและโค้งที่ปลายจึงป้องกันการเข้ามาของจุลินทรีย์ใด ๆ

ในภาชนะเหล่านี้ปาสเตอร์ต้มน้ำซุปชุดหนึ่งที่ยังคงปราศจากเชื้อ เมื่อคอของหนึ่งในนั้นขาดมันก็ปนเปื้อนและจุลินทรีย์แพร่กระจายในเวลาอันสั้น

หลักฐานที่ปาสเตอร์มีให้นั้นไม่สามารถหักล้างได้โดยสามารถล้มล้างทฤษฎีที่กินเวลานานกว่า 2,500 ปี

สเปอร์

ในช่วงต้นทศวรรษ 1900 Svante Arrhenius นักเคมีชาวสวีเดนได้เขียนหนังสือชื่อ "The Creation of Worlds" ซึ่งเขาแนะนำว่าสิ่งมีชีวิตมาจากอวกาศโดยอาศัยสปอร์ที่ทนต่อสภาวะที่รุนแรง

ตามเหตุผลแล้วทฤษฎีของแพนเปอร์เมียถูกล้อมรอบไปด้วยการโต้เถียงมากมายนอกจากนั้นมันไม่ได้ให้คำอธิบายเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิตอย่างแท้จริง

ทฤษฎีเคมีสังเคราะห์

ในการตรวจสอบการทดลองของปาสเตอร์ข้อสรุปทางอ้อมอย่างหนึ่งของหลักฐานของเขาคือจุลินทรีย์พัฒนาจากสิ่งอื่นเท่านั้นนั่นคือสิ่งมีชีวิตสามารถเกิดขึ้นได้จากสิ่งมีชีวิตเท่านั้น ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า "biogenesis"

ตามมุมมองนี้ทฤษฎีวิวัฒนาการทางเคมีจะปรากฏขึ้นซึ่งนำโดย Alexander Oparin ชาวรัสเซียและ John DS Haldane ชาวอังกฤษ

มุมมองนี้เรียกอีกอย่างว่าทฤษฎีเคมีสังเคราะห์ Oparin - Haldane เสนอว่าในสภาพแวดล้อมพรีไบโอติกโลกมีบรรยากาศที่ขาดออกซิเจนและมีไอน้ำมีเทนแอมโมเนียคาร์บอนไดออกไซด์และไฮโดรเจนสูงซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดการหดตัวสูง

ในสภาพแวดล้อมนี้มีกองกำลังที่แตกต่างกันเช่นการปล่อยกระแสไฟฟ้ารังสีดวงอาทิตย์และกัมมันตภาพรังสี แรงเหล่านี้กระทำกับสารประกอบอนินทรีย์ทำให้เกิดโมเลกุลขนาดใหญ่ขึ้นสร้างโมเลกุลอินทรีย์ที่เรียกว่าสารประกอบพรีไบโอติก

การทดลองของมิลเลอร์และอูเรย์

ในช่วงกลางทศวรรษ 1950 นักวิจัย Stanley L. Miller และ Harold C.Urey ประสบความสำเร็จในการสร้างระบบอันชาญฉลาดที่จำลองสภาพของบรรยากาศในสมัยโบราณตามทฤษฎี Oparin - Haldane

Stanley และ Urey พบว่าภายใต้สภาวะ "ดั้งเดิม" เหล่านี้สารประกอบอนินทรีย์ธรรมดาสามารถก่อให้เกิดโมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อนซึ่งจำเป็นต่อชีวิตเช่นกรดอะมิโนกรดไขมันยูเรียเป็นต้น

การก่อตัวของพอลิเมอร์

แม้ว่าการทดลองข้างต้นจะแนะนำวิธีที่เป็นไปได้ที่สารชีวโมเลกุลที่เป็นส่วนหนึ่งของระบบสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้น แต่ก็ไม่ได้แนะนำคำอธิบายใด ๆ สำหรับกระบวนการพอลิเมอไรเซชันและเพิ่มความซับซ้อน

มีหลายรุ่นที่พยายามอธิบายคำถามนี้ ประการแรกเกี่ยวข้องกับพื้นผิวแร่ที่เป็นของแข็งซึ่งพื้นที่ผิวสูงและซิลิเกตสามารถทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับโมเลกุลของคาร์บอน

ช่องระบายความร้อนใต้พิภพที่อยู่ลึกลงไปในมหาสมุทรเป็นแหล่งที่เหมาะสมของตัวเร่งปฏิกิริยาเช่นเหล็กและนิกเกิล จากการทดลองในห้องปฏิบัติการโลหะเหล่านี้มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน

สุดท้ายในร่องลึกของมหาสมุทรมีแอ่งน้ำร้อนซึ่งเนื่องจากกระบวนการระเหยอาจช่วยเพิ่มความเข้มข้นของโมโนเมอร์ได้ทำให้เกิดโมเลกุลที่ซับซ้อนขึ้น สมมติฐาน "ซุปดั้งเดิม" ตั้งอยู่บนสมมติฐานนี้

การกระทบยอดของผลลัพธ์ของมิลเลอร์และปาสเตอร์

ตามลำดับความคิดที่กล่าวถึงในส่วนก่อนหน้านี้เรามีการทดลองของปาสเตอร์พบว่าชีวิตไม่ได้เกิดขึ้นจากวัสดุเฉื่อยในขณะที่หลักฐานจากมิลเลอร์และอูเรย์ระบุว่าเป็นเช่นนั้น แต่ในระดับโมเลกุล

ในการที่จะทำให้ผลลัพธ์ทั้งสองกระทบกันต้องพึงระลึกไว้เสมอว่าองค์ประกอบของบรรยากาศโลกในปัจจุบันนั้นแตกต่างจากบรรยากาศพรีไบโอติกโดยสิ้นเชิง

ออกซิเจนที่มีอยู่ในบรรยากาศปัจจุบันจะทำงานเป็น "ตัวทำลาย" ของโมเลกุลในการก่อตัว นอกจากนี้ควรพิจารณาด้วยว่าแหล่งพลังงานที่คาดคะเนว่าการก่อตัวของโมเลกุลอินทรีย์นั้นไม่มีอยู่พร้อมกับความถี่และความรุนแรงของสภาพแวดล้อมพรีไบโอติกอีกต่อไป

สิ่งมีชีวิตทุกรูปแบบที่มีอยู่บนโลกประกอบด้วยชุดโครงสร้างและสารชีวโมเลกุลขนาดใหญ่ที่เรียกว่าโปรตีนกรดนิวคลีอิกและไขมัน ด้วยพวกเขาคุณสามารถ "แขน" พื้นฐานของชีวิตปัจจุบัน: เซลล์

ในชีวิตของเซลล์นั้นคงอยู่ตลอดไปและโดยหลักการนี้ปาสเตอร์ตั้งอยู่บนพื้นฐานของการยืนยันว่าสิ่งมีชีวิตทุกชนิดต้องมาจากสิ่งมีชีวิตอื่นที่มีอยู่ก่อนแล้ว

โลก RNA

บทบาทของ autocatalysis ในระหว่างการสร้าง abiogenesis มีความสำคัญด้วยเหตุนี้หนึ่งในสมมติฐานที่มีชื่อเสียงที่สุดเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิตคือโลก RNA ซึ่งสมมุติฐานการเริ่มต้นจากโมเลกุลสายโซ่เดียวที่มีความสามารถในการจำลองตัวเอง

แนวความคิดเกี่ยวกับ RNA นี้ชี้ให้เห็นว่าตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพตัวแรกไม่ใช่โมเลกุลที่มีลักษณะของโปรตีน แต่เป็นโมเลกุล RNA หรือเป็นโพลิเมอร์ที่มีความสามารถในการเร่งปฏิกิริยา

สมมติฐานนี้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของ RNA ในการสังเคราะห์เศษสั้น ๆ โดยใช้อารมณ์ที่ชี้นำกระบวนการนอกเหนือจากการส่งเสริมการสร้างเปปไทด์เอสเทอร์และพันธะไกลโคซิดิก

ตามทฤษฎีนี้ RNA ของบรรพบุรุษมีความเกี่ยวข้องกับปัจจัยร่วมบางอย่างเช่นโลหะไพริมิดีนและกรดอะมิโน ด้วยความก้าวหน้าและความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้นของการเผาผลาญความสามารถในการสังเคราะห์พอลิเปปไทด์จึงเกิดขึ้น

ในกระบวนการวิวัฒนาการ RNA ถูกแทนที่ด้วยโมเลกุลที่เสถียรทางเคมีมากกว่านั่นคือ DNA

แนวคิดในปัจจุบันเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิต

ปัจจุบันเป็นที่น่าสงสัยว่าสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นในสถานการณ์ที่รุนแรง: บริเวณมหาสมุทรใกล้กับช่องระบายอากาศของภูเขาไฟซึ่งมีอุณหภูมิสูงถึง 250 ° C และความดันบรรยากาศสูงกว่า 300 ชั้นบรรยากาศ

ความสงสัยนี้เกิดจากความหลากหลายของรูปแบบชีวิตที่พบในภูมิภาคที่ไม่เป็นมิตรเหล่านี้และหลักการนี้เรียกว่า "ทฤษฎีโลกร้อน"

สภาพแวดล้อมเหล่านี้ถูกล่าโดย archaebacteria สิ่งมีชีวิตที่สามารถเติบโตพัฒนาและแพร่พันธุ์ได้ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงซึ่งอาจคล้ายกับสภาพพรีไบโอติก (รวมถึงความเข้มข้นของออกซิเจนต่ำและระดับ CO ₂สูง)

เสถียรภาพทางความร้อนของสภาพแวดล้อมเหล่านี้การป้องกันที่มีให้จากการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันและการไหลของก๊าซคงที่เป็นคุณลักษณะเชิงบวกบางประการที่ทำให้ช่องระบายอากาศที่ก้นทะเลและภูเขาไฟมีสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมสำหรับต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิต

เงื่อนไขทางชีวภาพและเอบิโอเจเนซิส

ในปีพ. ศ. 2517 คาร์ลเซแกนนักวิจัยที่มีชื่อเสียงได้ตีพิมพ์บทความเพื่อชี้แจงการใช้คำว่า biogenesis และ abiogenesis ตามที่ Sagan มีการใช้คำศัพท์ทั้งสองอย่างผิดพลาดในบทความที่เกี่ยวข้องกับการอธิบายที่มาของสิ่งมีชีวิตแรกเริ่ม

ข้อผิดพลาดเหล่านี้คือการใช้คำว่า biogenesis เป็นคำตรงข้ามของตัวเอง นั่นคือ biogenesis ใช้เพื่ออธิบายจุดกำเนิดของสิ่งมีชีวิตที่เริ่มต้นจากสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ในขณะที่ abiogenesis หมายถึงการกำเนิดของสิ่งมีชีวิตจากสสารที่ไม่มีชีวิต

ในแง่นี้วิถีทางชีวเคมีร่วมสมัยถือได้ว่าเป็นทางชีวภาพและเส้นทางการเผาผลาญพรีไบโอติกเป็นสิ่งที่ไม่จำเป็น ดังนั้นจึงจำเป็นต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษกับการใช้คำศัพท์ทั้งสอง

อ้างอิง

เบิร์กแมน, J. (2000). ทำไม Abiogenesis จึงเป็นไปไม่ได้ สมาคมวิจัยการสร้างรายไตรมาส, 36 (4).
Pross, A. , & Pascal, R. (2013). ต้นกำเนิดของชีวิต: สิ่งที่เรารู้สิ่งที่เราสามารถรู้ได้และสิ่งที่เราไม่มีวันรู้ Open Biology, 3 (3), 120190.
Sadava, D. , & Purves, WH (2009). ชีวิต: วิทยาศาสตร์ชีววิทยา Panamerican Medical Ed.
ซากานค. (2517). เกี่ยวกับคำว่า 'biogenesis' และ 'abiogenesis' ต้นกำเนิดของชีวิตและวิวัฒนาการของชีวมณฑล, 5 (3), 529–529
ชมิดท์, M. (2010). Xenobiology: รูปแบบใหม่ของชีวิตในฐานะเครื่องมือความปลอดภัยทางชีวภาพขั้นสูงสุด Bioessays, 32 (4), 322–331
Serafino, L. (2016). Abiogenesis เป็นความท้าทายทางทฤษฎี: ภาพสะท้อนบางอย่าง Jour nal ของชีววิทยาเชิงทฤษฎี, 402, 18–20

ABIOGENESIS: ทฤษฎีหลัก - ชีววิทยา - 2026