Co to jest teoria chemosyntetyczna? Podstawy i eksperyment

Człowiek jest bytem złożonym, który oprócz zaspokajania swoich podstawowych potrzeb wymaga również wyjaśnienia swojego istnienia i pochodzenia. Stąd rodzą się różne postulaty, od religijnych i filozoficznych po naukowe. W ramach nurtu naukowego postulowano teorię ewolucji molekularnej zwaną teorią chemosyntetyczną, opartą na badaniach naukowców Alexandra Oparina i Johna Haldane'a, którzy pomimo braku współpracy doszli do sformułowania tej samej hipotezy, co daje ciągłość fundamentom wychował się w teorii Wielkiego Wybuchu, sprzeciwiając się teorii spontanicznego generowania i religijnym teoriom o genezie życia.

Co ustala teoria chemosyntezy?

Teoria ta stwierdza, że ​​wodór (H.2) występujące w pierwotnej atmosferze reagowały z atomami węgla, azotu lub tlenu tworząc odżywczy bulion, który w kontakcie z różnymi źródłami prymitywnej energii dał początek kilku aminokwasom, które stanowią podstawowy budulec życia organicznego.

Warunki w atmosferze wg postulaty chemosyntezy

Teoria chemosyntetyczna zakłada, że ​​pierwotna atmosfera powinna mieć cechy sprzyjające reakcjom redukcyjnym, ponieważ gdyby istniała atmosfera z tendencjami do utleniania, składniki atmosfery „Zupa pierworodna” zdegradowałyby się. Z tego powodu naukowcy, którzy postulowali różne teorie ewolucyjne, potwierdzają to w początkowych warunkach planety nie móc istniał tlen, ponieważ reakcje utleniania nie sprzyjałyby rozwojowi życia.

Podstawy teorii chemosyntezy

Etap postulowania szeregu teorii, które zrywały z precedensami szeroko przyjętej za jego czasów teorii spontanicznego pokolenia, rozpoczął się w 1864 roku w wyniku badań francuskiego naukowca Luisa Pasteura, który w swoich eksperymentach wykazał, że „Żyjący pochodzi od żywych”, dając początek nowym teoriom. Wśród tych teorii jest chemosyntetyki, która głosi, że życie powstało w wyniku reakcji podstawowych pierwiastków chemicznych. Elementy składające się na ten postulat wyjaśniono szczegółowo poniżej:

Skład ziemi w jej początkach: teoria ta zakłada, że ​​na początku planeta miała atmosferę pozbawioną wolnego tlenu, która była jednak bogata w inne składniki, głównie wodór (wysokie stężenia), więc była redukcyjna, co sprzyjało uwalnianiu atomów wodoru w obecnych formach chemicznych. Oprócz tego zawierał inne podstawowe związki chemiczne, takie jak: kwas cyjanowodorowy (HCN), metan (CH4), dwutlenek węgla (CO2), wodę (H2O) i inne składniki.

• Tworzenie bulionu odżywczego: znany również jako zupa pierworodnaskładał się z aglomeracji pożywnej cieczy utworzonej przez wszystkie te składniki prymitywnej atmosfery. Ta objętość cieczy dała początek pierwszym morzom. Jak to się stało? Teoria chemosyntezy zakłada, że ​​w wyniku ochłodzenia atmosfery nastąpiła kondensacja pary wodnej z wulkanów, która ciągnęła ze sobą wszystkie te składniki, tworząc pożywny bulion, które kumulowałyby się w depresjach (oceanach), gdzie pozostawałyby przez długi czas bez ryzyka rozkładu.
• Wygląd bardziej złożonych struktur: W tym procesie kluczowe znaczenie miało działanie różnych źródeł energii, takich jak burze elektryczne, promieniowanie słoneczne i erupcje wulkanów. W wyniku tych reakcji powstały złożone składniki, takie jak cukry, kwasy tłuszczowe, gliceryna i aminokwasy. Z biegiem czasu ewolucja dała początek strukturom, które nazwał Oparin koacerwatybardziej odporne i zaawansowane struktury biologiczne, które były prekursorami obecnych kwasów nukleinowych.

Powstawanie koacerwatów

Oparin ustalił to w procesie ewolucji zawartych w nim gatunków chemicznych bulion pierworodnypowstały koacerwaty, które były gatunkami złożonymi, które w momencie podziału komórki zjednoczyły się w jedną strukturę, uzyskując w ten sposób błonę, która przekształciłaby je w unikalne organizmy, posiadające zdolność do autosyntezy (zdolność do wytwarzania własnego pożywienia) ), które ewoluowałyby w kierunku coraz bardziej stabilnych i skomplikowanych form, które stały się prawdziwymi żywymi strukturami. Zgodnie z teorią chemosyntezy te pierwotne organizmy były początkiem świata roślin i zwierząt na naszej planecie.

Początkowo nie było warstwy ozonowej, która chroniłaby komórki przed bezpośrednim promieniowaniem słonecznym. Dlatego uważa się, że jest możliwe, że pierwsze konstrukcje powstawały i były nieustannie niszczone przez bezpośrednie działanie energii słonecznej. Po milionach lat takie komórki były w stanie ewoluować w bardziej złożone systemy organiczne, co pozwoliłoby im się rozmnażać. Później zaczęli syntetyzować swoją żywność za pomocą energii słonecznej, przeprowadzając proces fotosyntezy i wysyłając do atmosfery czysty tlen, który później stał się warstwą ozonową.

Poniżej opisano proces tworzenia koacerwatu:

• Wszystko zaczyna się od utworzenia zorganizowanej i stabilnej cząsteczki.
• W miarę upływu czasu tworzy się druga komplementarna cząsteczka (makrocząsteczka), która jest częścią koacerwatu.
• Ta makrocząsteczka oddziela się od koacerwatu, w którym zobaczyła jej pochodzenie.
• Makrocząsteczka zaczyna przyciągać związki, które może związać ze swoją strukturą, odtwarzając pierwotny koacerwat.

Stanley Miller i Harold Urey Experiment (1953)

Chociaż postulaty teorii chemosyntezy zostały sformułowane w 1924 roku przez Oparina i Haldane'a, dwóch naukowców później odtworzyło w eksperymencie na dużą skalę warunki panujące w pierwotnej atmosferze, poddając mieszaninę wodoru, metanu i amoniaku wielokrotnym wyładowaniom elektrycznym, syntetyzując różne organiczne kwasy. Celem tego testu było wykazanie, że synteza związków organicznych była spontaniczna i zachodziła z prostych cząsteczek znajdujących się w pierwszej atmosferze.

Do zaprojektowania eksperymentu zabrali szklany pojemnik i nalali pewną ilość wody, aby był częściowo napełniony, umieszczono w nim również mieszaninę wyżej wymienionych gazów. Ta zawartość została poddana wyładowaniom elektrycznym, które symulowały prehistoryczne burze, które miały miejsce na początku planety.

Test trwał tydzień, a po jego zakończeniu analizowano wyniki. Pierwszym wskaźnikiem zachodzących reakcji było to, że zaobserwowano zmianę barwy wody, która była początkowo przezroczysta i po tygodniu nabrała różowego odcienia, który później stał się brązowy, ponieważ była wzbogacona w aminokwasy i niezbędne cząsteczki organiczne.

Ten eksperyment był przyczynkiem do poparcia teorii, że pierwsze formy życia powstały w wyniku spontanicznych reakcji chemicznych.