สมมติฐานของไฮโดรเทอร์มอลคืออะไรความเป็นมาและคำวิจารณ์ - ชีววิทยา

สมมติฐานเกี่ยวกับความร้อนใต้พิภพมีจุดมุ่งหมายเพื่ออธิบายสภาพดั้งเดิมที่สิ่งมีชีวิตรูปแบบแรกเกิดขึ้นบนโลกใบนี้โดยเสนอว่าเป็นบ่อน้ำพุร้อนที่ตั้งอยู่ในส่วนลึกของมหาสมุทร

แหล่งน้ำร้อนหลายแห่งตั้งอยู่ที่อุณหภูมิสูงถึง 350 ° C ซึ่งมีสัตว์ป่าทั่วไปในสภาพเหล่านี้อาศัยอยู่เช่นหอยสองฝาหนอนกุ้งโพริเฟอร์และ echinoderms บางชนิด (ปลาดาวและญาติของพวกมัน)

หลักฐานนี้ชี้ให้เห็นว่าสภาพแวดล้อมในมหาสมุทรลึกน่าจะเหมาะกับการกำเนิดของสิ่งมีชีวิตและสิ่งมีชีวิตที่เก่าแก่ที่สุดคือจุลินทรีย์คีโมออโตโทรฟิค

นอกจากนี้น้ำเดือดยังเป็นที่ตั้งของแบคทีเรียสังเคราะห์ทางเคมีที่ดึงพลังงานจากสารกำมะถันซึ่งมีอยู่มากในสภาพแวดล้อมประเภทนี้

แบคทีเรียสังเคราะห์ Chemosynthetic มีหน้าที่ผลิตในระบบนิเวศโดยเป็นฐานของห่วงโซ่อาหารซึ่งคล้ายคลึงกับบทบาทของพืชในระบบนิเวศทั่วไป

แนวคิดที่เกี่ยวข้องกับสมมติฐานไฮโดรเทอร์มอลเริ่มปรากฏขึ้นในช่วงต้นปี พ.ศ. 2520 เมื่อนักวิจัยคอร์ลิสได้ทำการสังเกตโดยตรงในระบบไฮโดรเทอร์มอลที่ตั้งอยู่ในหมู่เกาะกาลาปากอส

ความเป็นมาและทฤษฎีทางเลือก

เป็นเวลาหลายสิบปีที่นักวิจัยได้เสนอทฤษฎีหลายสิบทฤษฎีที่พยายามอธิบายที่มาของชีวิตและสภาพแวดล้อมที่เอื้ออำนวยซึ่งควรพัฒนาขึ้น สิ่งมีชีวิตกำเนิดขึ้นได้อย่างไรเป็นคำถามทางวิทยาศาสตร์ที่เก่าแก่และเป็นที่ถกเถียงกันมากที่สุดคำถามหนึ่ง

ผู้เขียนบางคนสนับสนุนแหล่งกำเนิดหลักของการเผาผลาญในขณะที่ฝ่ายตรงข้ามสนับสนุนต้นกำเนิดทางพันธุกรรม

สเปอร์

ในช่วงกลางทศวรรษ 1900 Arrhenius นักวิทยาศาสตร์ผู้มีชื่อเสียงได้เสนอทฤษฎี panspermia หรือทฤษฎีจักรวาลวิทยา ความคิดนี้ทำให้เกิดต้นกำเนิดของชีวิตเนื่องจากการมาของจุลินทรีย์เชิงพื้นที่จากดาวเคราะห์ที่ก่อนหน้านี้มีสิ่งมีชีวิต

ตามเหตุผลแล้วทฤษฎีจักรวาลไม่ได้ให้แนวคิดที่แก้ปัญหาได้เนื่องจากไม่ได้อธิบายว่าสิ่งมีชีวิตนอกโลกเกิดขึ้นบนดาวเคราะห์สมมุติดังกล่าวได้อย่างไร

นอกจากนี้ยังไม่มีความเป็นไปได้มากนักที่หน่วยงานขนาดเล็กที่ตั้งรกรากอยู่ในสภาพแวดล้อมพรีไบโอติกจะรอดพ้นจากสภาพอวกาศจนกระทั่งถึงดาวเคราะห์โลก

โมเดล Abiotic

แบบจำลอง Abiotic เสนอว่าสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นนอกเหนือจาก "โครงสร้างจุลภาค" ซึ่งเป็นรูปแบบการเปลี่ยนผ่านระหว่างโมเลกุลอินทรีย์และรูปแบบชีวิตในวัยเด็ก ในบรรดาผู้พิทักษ์หลักของทฤษฎีนี้ ได้แก่ Oparín, Sydney W. Fox และ Alfonso F.Herrera

ตามที่ Oparin และ Haldane coacervates เป็นสารตั้งต้นของสิ่งมีชีวิตที่ถูกคั่นด้วยเมมเบรนในพลาสมาที่อนุญาตให้มีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อม ตามที่ผู้เขียนระบุว่าเกิดขึ้นก่อนโมเลกุลที่ส่งข้อมูลทางพันธุกรรม: DNA หรือ RNA

ในส่วนของพวกเขา Stanley Miller และ Harold Urey สามารถสร้างระบบอันชาญฉลาดที่เลียนแบบ "บรรยากาศดั้งเดิมของชีวิต" ส่วนประกอบที่อยู่ในบรรยากาศสมมุติแตกต่างจากปัจจุบันมากสามารถสังเคราะห์โมเลกุลอินทรีย์ที่จำเป็นต่อชีวิต (เช่นกรดอะมิโน) เมื่อใช้ความร้อนและแรงดันไฟฟ้ากับมัน

ฟ็อกซ์สามารถได้รับไมโครสเฟียร์ที่มีขนาดใกล้เคียงกับแบคทีเรียโดยอาศัยกรดอะมิโนไปยังแหล่งความร้อน

ในทำนองเดียวกันนักวิจัยคนอื่น ๆ ประสบความสำเร็จในการสังเคราะห์โมเลกุลอินทรีย์โดยใช้โมเลกุลอนินทรีย์เป็นวัตถุดิบดังนั้นจึงอธิบายถึงที่มาของสิ่งมีชีวิตจากสภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นมิตร

โลก RNA

อีกตำแหน่งหนึ่งของการกำเนิดชีวิตสมมุติว่าเป็นเหตุการณ์หลักที่ปรากฏของโมเลกุลที่มีข้อมูลทางพันธุกรรม ผู้เขียนหลายคนปกป้องต้นกำเนิดของชีวิตจาก RNA และให้เหตุผลว่าโมเลกุลนี้ทำหน้าที่เป็นแม่แบบและตัวเร่งปฏิกิริยาในเวลาเดียวกัน

หลักฐานที่ยิ่งใหญ่ที่สุดคือการมีอยู่ของไรโบโซมโมเลกุลอาร์เอ็นเอที่สามารถเร่งปฏิกิริยาและในขณะเดียวกันก็เก็บข้อมูลในลำดับนิวคลีโอไทด์

ประกอบด้วยอะไรบ้าง?

สมมติฐานของไฮโดรเทอร์มอลเสนอให้สภาพแวดล้อมทางน้ำที่รุนแรงเหล่านี้เป็นสถานที่ที่เหมาะสมสำหรับการสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ที่นำไปสู่การกำเนิดสิ่งมีชีวิตบนโลก

ผู้เขียนทฤษฎีนี้มีพื้นฐานมาจากซากดึกดำบรรพ์ของ Archean ระบบระบายความร้อนใต้พิภพใต้น้ำสมัยใหม่และการสังเกตทางทฤษฎีและการทดลอง

ระบบไฮโดรเทอร์มอลมีลักษณะเป็นฟลักซ์พลังงานสูงสภาพแวดล้อมที่มีการลดลงสูงและดินแร่ที่อุดมสมบูรณ์ซึ่งเป็นพื้นผิวที่เหมาะสำหรับปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยา นอกจากนี้ยังมีความเข้มข้นสูงของ CH ₄ , NH ₃ , H ₂และโลหะที่แตกต่างกัน

สมมติฐานประกอบด้วยการแปลงตามลำดับของ CH ₄ , NH ₃ , H ₂เป็นกรดอะมิโนเหล่านี้เป็นโปรตีนแล้วกลายเป็นโพลีเมอร์ที่ซับซ้อนมากขึ้นจนกระทั่งถึงเมแทบอลิซึมที่มีโครงสร้างและสิ่งมีชีวิต

การตรวจสอบซากดึกดำบรรพ์ในหิน Precambrian พบโครงสร้างคล้ายเซลล์ที่มีอายุประมาณ 3.5 ถึง 3.8 พันล้านปีก่อนในชุดประกอบไฮโดรเทอร์มอลใต้ทะเล

ตรงกันข้ามกับสมมติฐานก่อนหน้านี้สมมติฐานไฮโดรเทอร์มอลเสนอให้ความร้อนเป็นแหล่งพลังงานไม่ใช่รังสียูวีและการปล่อยประจุไฟฟ้าเป็นต้นแบบของ "น้ำซุปปฐมภูมิ" นอกจากนี้แบบจำลองนี้ยังเสนอการมีอยู่ของการไล่ระดับสีของสิ่งแวดล้อมในแง่ของอุณหภูมิ pH และความเข้มข้นของสารเคมี

การวิพากษ์วิจารณ์ทฤษฎี

แม้ว่าสมมติฐานไฮโดรเทอร์มอลจะมีข้อโต้แย้งที่ถูกต้องหลายประการ แต่ก็ยังไม่เป็นที่ยอมรับในระดับสากล ข้อวิพากษ์วิจารณ์อย่างหนึ่งเกี่ยวกับต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิตในบ่อน้ำพุร้อนคือความไม่ลงรอยกันและการขาดข้อมูลเกี่ยวกับแบบจำลองทางธรณีวิทยาของยุคพรีไบโอติก

ในทำนองเดียวกันโมเลกุลที่จำเป็นสำหรับการพัฒนาสิ่งมีชีวิตเช่นกรดนิวคลีอิกโปรตีนและเยื่อหุ้มเซลล์จะต้องเผชิญกับการทำลายล้างทันทีเนื่องจากอุณหภูมิสูงของสภาพแวดล้อมไฮโดรเทอร์มอล

อย่างไรก็ตามมีความเป็นไปได้ว่าสิ่งมีชีวิตแรกเริ่มนั้นสามารถทนต่อความร้อนได้คล้ายกับสิ่งมีชีวิตที่ทนความร้อนซึ่งอาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงในปัจจุบัน

ในทางกลับกันปัญหาอื่นเกิดขึ้นที่เกี่ยวข้องกับความเข้มข้นของส่วนประกอบ ไม่น่าเป็นไปได้ที่สิ่งมีชีวิตจะพัฒนาไปในมหาสมุทรพรีไบโอติกที่กว้างใหญ่ซึ่งสารชีวโมเลกุลจะเจือจางและกระจายตัวได้มาก

เพื่อให้สภาพแวดล้อมเหมาะสมกับต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิตนั้นจะต้องส่งเสริมปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลเพื่อให้เกิดเอนทิตีที่ซับซ้อนขึ้น ไม่เจือจางเหมือนที่เกิดขึ้นในมหาสมุทรลึก

ผู้เสนอทฤษฎีไฮโดรเทอร์มอลชี้ให้เห็นว่าสิ่งมีชีวิตอาจเกิดขึ้นในพื้นที่ที่มีการคั่นซึ่งป้องกันการเจือจางของโมเลกุลที่เกิดขึ้นใหม่เช่นหลุมอุกกาบาต

อ้างอิง

Chatterjee, S. (2016). มุมมองทางชีวภาพเกี่ยวกับต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิตที่ปล่องภูเขาไฟที่เกิดจากความร้อนใต้พิภพ - ทะเลสาบ ฟิสิกส์เคมีฟิสิกส์เคมี, 18 (30), 20033–20046.
Corliss, JB, Baross, JA และ Hoffman, SE (1981) สมมติฐานที่เกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างน้ำพุร้อนใต้น้ำและต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิตบนโลก Oceanologica Acta ฉบับพิเศษ
โฮล์ม, NG (1992). เหตุใดระบบไฮโดรเทอร์มอลจึงถูกเสนอให้เป็นสภาพแวดล้อมที่เป็นไปได้สำหรับต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิต? ในระบบไฮโดรเทอร์มอลในทะเลและต้นกำเนิดของชีวิต (หน้า 5–14) สปริงเกอร์, Dordrecht.
Jheeta, S. (2017). ภูมิทัศน์ของการเกิดขึ้นของชีวิต ชีวิต, 7 (2), 27.
Lanier, KA, & Williams, LD (2017) ต้นกำเนิดของชีวิต: โมเดลและข้อมูล วารสารวิวัฒนาการระดับโมเลกุล, 84 (2), 85–92.

สมมติฐานของไฮโดรเทอร์มอลคืออะไรความเป็นมาและคำวิจารณ์ - ชีววิทยา - 2026