Sinh học Abiogenesis

Abiogenesis, ý tưởng cho rằng sự sống nảy sinh từ phi cuộc sống hơn 3,5 tỷ năm trước trên Trái đất. Abiogenesis đề xuất rằng các dạng sống đầu tiên được tạo ra rất đơn giản và thông qua một quá trình dần dần trở nên phức tạp. Sự sinh học, trong đó sự sống bắt nguồn từ sự sinh sản của sự sống khác, có lẽ được bắt đầu bằng sự sinh sản, điều này trở nên bất khả thi khi bầu khí quyển của Trái đất đảm nhận thành phần hiện tại của nó.

Mặc dù nhiều người đánh đồng abiogenesis với lý thuyết cổ xưa về thế hệ tự phát, hai ý tưởng hoàn toàn khác nhau. Theo sau này, cuộc sống phức tạp (ví dụ, một con giòi hoặc chuột) được cho là phát sinh một cách tự nhiên và liên tục từ vật chất không sinh tồn. Trong khi quá trình giả thuyết về thế hệ tự phát đã bị từ chối vào đầu thế kỷ 17 và bị từ chối một cách dứt khoát vào thế kỷ 19, thì việc sinh sản đã không được chứng minh cũng không bị bác bỏ.

Lý thuyết Oparin-Haldane

Vào những năm 1920, nhà khoa học người Anh JBS Haldane và nhà hóa sinh người Nga, Alexanderr Oparin đã độc lập đặt ra những ý tưởng tương tự liên quan đến các điều kiện cần thiết cho nguồn gốc sự sống trên Trái đất. Cả hai đều tin rằng các phân tử hữu cơ có thể được hình thành từ các vật liệu abiogen với sự có mặt của nguồn năng lượng bên ngoài (ví dụ, bức xạ cực tím) và bầu khí quyển nguyên thủy đang giảm (có lượng oxy tự do rất thấp) và có chứa amoniac và hơi nước. khí. Cả hai cũng nghi ngờ rằng các dạng sống đầu tiên xuất hiện trong đại dương ấm áp, nguyên thủy và dị dưỡng (thu được các chất dinh dưỡng được tạo thành từ các hợp chất tồn tại trên Trái đất sớm) chứ không phải tự dưỡng (tạo ra thức ăn và chất dinh dưỡng từ ánh sáng mặt trời hoặc vật liệu vô cơ).

Oparin tin rằng sự sống phát triển từ các đồng trùng hợp, các tập hợp hình cầu siêu nhỏ được hình thành một cách tự nhiên của các phân tử lipid được giữ với nhau bằng lực tĩnh điện và đó có thể là tiền thân của các tế bào. Công trình của Oparin với coacervates đã xác nhận rằng các enzyme cơ bản cho các phản ứng sinh hóa của quá trình trao đổi chất hoạt động hiệu quả hơn khi được chứa trong các quả cầu gắn màng hơn là khi có trong dung dịch nước. Haldane, không quen thuộc với các đồng phạm của Oparin, tin rằng các phân tử hữu cơ đơn giản được hình thành đầu tiên và với sự hiện diện của tia cực tím ngày càng phức tạp, cuối cùng hình thành các tế bào. Ý tưởng của Haldane và Oparin đã tạo nên nền tảng cho phần lớn nghiên cứu về sự sinh sản diễn ra trong những thập kỷ sau đó.

Thí nghiệm Miller-Urey

Năm 1953, các nhà hóa học người Mỹ Harold C. Urey và Stanley Miller đã thử nghiệm lý thuyết Oparin-Haldane và sản xuất thành công các phân tử hữu cơ từ một số thành phần vô cơ được cho là đã có mặt trên Trái đất prebiotic. Trong thí nghiệm được gọi là thí nghiệm Miller-Urey, hai nhà khoa học đã kết hợp nước ấm với hỗn hợp bốn khí hơi nước, khí metan, amoniac và hydro phân tử và đập vào bầu khí quyển Hồi giáo bằng cách phóng điện. Các thành phần khác nhau được dùng để mô phỏng đại dương nguyên thủy, bầu khí quyển prebiotic và nhiệt (dưới dạng sét), tương ứng. Một tuần sau Miller và Urey phát hiện ra rằng các phân tử hữu cơ đơn giản, bao gồm axit amin (khối xây dựng của protein), đã hình thành trong điều kiện mô phỏng của Trái đất sơ khai.