Abiogeneză

Concepții moderne despre abiogeneză

Ipotezele moderne despre abiogeneză se bazează în mare parte pe aceleași principii ca și teoria Oparin-Haldane și experimentul Miller-Urey. Cu toate acestea, există diferențe subtile între cele câteva modele care au fost prezentate pentru a explica progresia de la molecula abiogenă la organismul viu, iar explicațiile diferă în ceea ce privește dacă moleculele organice complexe au devenit mai întâi entități autoreplicante lipsite de funcții metabolice sau au devenit mai întâi protocelule metabolizante care au dezvoltat apoi capacitatea de autoreplicare.

Habitatul pentru abiogeneză a fost, de asemenea, dezbătut. În timp ce unele dovezi sugerează că viața ar fi putut lua naștere din non-viață în gurile de aerisire hidrotermale de pe fundul oceanelor, este posibil ca abiogeneza să fi avut loc în altă parte, cum ar fi la adâncime sub suprafața Pământului, unde protocelulele nou apărute ar fi putut subzista cu metan sau hidrogen, sau chiar pe țărmurile oceanelor, unde proteinoidele ar fi putut apărea din reacția aminoacizilor cu căldura și apoi ar fi intrat în apă sub formă de picături de proteine asemănătoare celulelor.

Cei mai mulți oameni de știință au propus că abiogeneza a avut loc de mai multe ori. Într-un exemplu al acestui scenariu ipotetic, au apărut diferite tipuri de viață, fiecare cu arhitecturi biochimice distincte, reflectând natura materialelor abiogene din care s-au dezvoltat. Cu toate acestea, în cele din urmă, viața bazată pe fosfați (viața „standard”, care are o arhitectură biochimică ce necesită fosfor) a obținut un avantaj evolutiv față de toată viața care nu este bazată pe fosfați (viața „nestandardizată”) și a devenit astfel cel mai răspândit tip de viață pe Pământ. Această noțiune i-a determinat pe oamenii de știință să deducă existența unei biosfere din umbră, un sistem de susținere a vieții format din microorganisme cu o structură biochimică unică sau neobișnuită, care ar fi putut exista cândva, sau posibil să existe încă, pe Pământ.

Așa cum a demonstrat experimentul Miller-Urey, moleculele organice se pot forma din materiale abiogene sub constrângerile atmosferei prebiotice a Pământului. Începând cu anii 1950, cercetătorii au descoperit că aminoacizii pot forma spontan peptide (proteine mici) și că intermediarii cheie în sinteza nucleotidelor de ARN (compuși care conțin azot legați de zahăr și grupări fosfat) se pot forma din materiale de plecare prebiotice. Aceste din urmă dovezi pot susține ipoteza lumii ARN, ideea că pe Pământul timpuriu a existat o abundență de viață ARN produsă prin reacții chimice prebiotice. De fapt, pe lângă faptul că transportă și traduce informația genetică, ARN-ul este un catalizator, o moleculă care mărește rata unei reacții fără a fi ea însăși consumată, ceea ce înseamnă că un singur catalizator ARN ar fi putut produce mai multe forme de viață, ceea ce ar fi fost avantajos în timpul apariției vieții pe Pământ. Ipoteza lumii ARN este una dintre cele mai importante concepții ale abiogenezei bazate pe auto-replicare.

Câteva modele moderne de abiogeneză bazate pe metabolism încorporează coacervatele care conțin enzime ale lui Oparin, dar sugerează o progresie constantă de la molecule organice simple la coacervate, în special protobionți, agregate de molecule organice care prezintă unele caracteristici ale vieții. Se presupune că protobionții au dat apoi naștere la procariote, organisme unicelulare lipsite de un nucleu distinct și de alte organite din cauza absenței membranelor interne, dar capabile de metabolism și autoreplicare și susceptibile la selecție naturală. Printre exemplele de procariote primitive care se găsesc și astăzi pe Pământ se numără archaea, care locuiesc adesea în medii extreme cu condiții similare celor care ar fi putut exista în urmă cu miliarde de ani, și cianobacteriile (alge verzi-albastre), care înfloresc, de asemenea, în medii neospitaliere și prezintă un interes deosebit în înțelegerea originii vieții, având în vedere capacitățile lor fotosintetice. Stromatolitele, depozite formate prin creșterea algelor verzi-albastre, sunt cele mai vechi fosile din lume, datând de acum 3,5 miliarde de ani.

Rămân multe întrebări fără răspuns în ceea ce privește abiogeneza. Experimentele trebuie încă să demonstreze tranziția completă a materialelor anorganice la structuri precum protobionții și protocelulele și, în cazul lumii ARN propuse, trebuie încă să reconcilieze diferențele importante în ceea ce privește mecanismele de sinteză a bazelor purinice și pirimidinice necesare pentru a forma nucleotide ARN complete. În plus, unii oameni de știință susțin că abiogeneza nu a fost necesară, sugerând, în schimb, că viața a fost introdusă pe Pământ prin coliziunea cu un obiect extraterestru care adăpostește organisme vii, cum ar fi un meteorit care transportă organisme unicelulare; migrarea ipotetică a vieții pe Pământ este cunoscută sub numele de panspermie.

Cercetarea abiogenezei a beneficiat în mod semnificativ de astrobiologie, domeniul de studiu care se ocupă cu căutarea vieții extraterestre (viața dincolo de Pământ) și cu înțelegerea condițiilor necesare pentru formarea vieții. Cercetările astrobiologice asupra lunii Titan, de exemplu, care are o atmosferă lipsită de oxigen liber, au dezvăluit că acolo sunt prezente molecule organice complexe, oferind oamenilor de știință o privire asupra formării materialelor biologice într-un habitat prebiotic asemănător cu cel al Pământului timpuriu.

Kara Rogers