HYDROTHERMISCHE HYPOTHESE: WAT HET IS, ACHTERGROND EN KRITIEK - BIOLOGIE - 2025

De hydrothermische hypothese is bedoeld om de primitieve omstandigheden te verklaren waarin de eerste levensvormen op planeet Aarde zijn ontstaan, en stelt de warmwaterbronnen in de diepten van de oceanen voor als de belangrijkste setting.

Er is een reeks thermale waterbronnen gelokaliseerd met temperaturen die 350 ° C bereiken, waar een reeks van fauna kenmerkend voor deze omstandigheden leeft, zoals tweekleppige dieren, wormen, kreeftachtigen, poriferen en sommige stekelhuidigen (zeesterren en hun verwanten).

Dit bewijs suggereert dat diepe oceaanomgevingen waarschijnlijk geschikt waren voor het ontstaan ​​van leven en dat de vroegste levensvormen chemo-autotrofe micro-organismen waren.

Bovendien herbergt kokend water een reeks chemosynthetische bacteriën die hun energie halen uit zwavelstoffen, die in dit soort omgevingen overvloedig aanwezig zijn.

Chemosynthetische bacteriën hebben producerende functies in ecosystemen en vormen de basis van de voedselketen, analoog aan de rol van planten in typische ecosystemen.

Ideeën met betrekking tot de hydrothermale hypothese begonnen begin 1977 te ontstaan, toen onderzoeker Corliss directe waarnemingen deed in hydrothermale systemen op de Galapagos-eilanden.

Achtergrond en alternatieve theorieën

Al tientallen jaren hebben onderzoekers tientallen theorieën voorgesteld die de oorsprong van het leven en de gunstige omgeving waarin het zich had moeten ontwikkelen, proberen te verklaren. Hoe het leven is ontstaan, is een van de oudste en meest controversiële wetenschappelijke vragen.

Sommige auteurs ondersteunen de primaire oorsprong van metabolisme, terwijl hun tegenstanders de genetische oorsprong ondersteunen.

Panspermia

In het midden van de 20e eeuw stelde de beroemde wetenschapper Arrhenius de theorie van panspermie of de kosmologische theorie voor. Dit idee verhoogt de oorsprong van het leven dankzij de komst van ruimtelijke micro-organismen van een planeet waar vroeger leven bestond.

Logischerwijs biedt de kosmologische theorie geen ideeën die het probleem oplossen, aangezien ze niet verklaart hoe buitenaards leven is ontstaan ​​op die hypothetische planeet.

Bovendien is het niet erg waarschijnlijk dat de microscopisch kleine entiteiten die prebiotische omgevingen koloniseerden de omstandigheden van de ruimte hebben overleefd totdat ze planeet Aarde bereikten.

Abiotische modellen

Abiotische modellen stellen voor dat leven is ontstaan ​​los van "microstructuren" als overgangsvormen tussen organische moleculen en vroege levensvormen. Tot de belangrijkste verdedigers van deze theorie behoren Oparín, Sydney W. Fox en Alfonso F. Herrera.

Volgens Oparin en Haldane zijn coacervaten probionts voorlopers van leven, begrensd door een plasmamembraan dat interactie met hun omgeving mogelijk maakt. Volgens de auteurs zijn ze ontstaan ​​vóór de moleculen die genetische informatie doorgeven: DNA of RNA.

Van hun kant slaagden Stanley Miller en Harold Urey erin een ingenieus systeem te bouwen dat 'de primitieve atmosfeer van het leven' nabootste. De componenten die aanwezig zijn in de hypothetische atmosfeer, heel anders dan de huidige, waren in staat om organische moleculen te synthetiseren die essentieel zijn voor het leven (zoals aminozuren) wanneer er warmte en spanning op werden toegepast.

Fox was in staat om microsferen te verkrijgen met een grootte die vergelijkbaar was met bacteriën, waarbij de aminozuren aan een warmtebron werden blootgesteld.

Op dezelfde manier hebben andere onderzoekers de synthese van organische moleculen bereikt met behulp van anorganische moleculen als grondstof, wat de oorsprong van leven uit een abiotische omgeving verklaart.

RNA-wereld

Een andere positie van de oorsprong van het leven stelt als de belangrijkste gebeurtenis het verschijnen van de moleculen die genetische informatie bevatten. Verschillende auteurs verdedigen de oorsprong van leven tegen RNA en stellen dat dit molecuul tegelijkertijd als sjabloon en katalysator heeft gediend.

Het grootste bewijs is het bestaan ​​van ribosomen, RNA-moleculen die reacties kunnen katalyseren en tegelijkertijd informatie kunnen opslaan in hun nucleotidesequentie.

Waar bestaat het uit?

De hydrothermische hypothese stelt deze extreme aquatische omgevingen voor als de geschikte plaats voor de synthese van organische verbindingen die hebben geleid tot de oorsprong van levende organismen op aarde.

De auteurs van deze theorie zijn gebaseerd op Archeïsche fossielen, moderne hydrothermale ventilatiesystemen onder water en theoretische en experimentele waarnemingen.

Hydrothermische systemen worden gekenmerkt door hoge energiefluxen, een sterk reducerende omgeving en overvloedige minerale kleien, die ideale oppervlakken zijn voor katalytische reacties. Daarnaast heeft het hoge concentraties CH ₄ , NH ₃ , H ₂ en verschillende metalen.

De hypothese bestaat uit de opeenvolgende omzetting van CH ₄ , NH ₃ , H ₂ in aminozuren, deze in eiwitten en vervolgens in meer complexe polymeren, totdat een gestructureerd metabolisme en levende organismen worden bereikt.

Bij het onderzoeken van fossielen in Precambriumgesteenten zijn celachtige structuren gevonden die dateren van ongeveer 3,5 tot 3,8 miljard jaar geleden in onderzeese hydrothermische assemblages.

In tegenstelling tot de vorige hypothesen, stelt de hydrothermische hypothese warmte voor als een energiebron en niet voor UV-straling en elektrische ontladingen, als het model van de "oerbouillon". Bovendien stelt dit model het bestaan ​​van omgevingsgradiënten voor in termen van temperatuur, pH en chemische concentratie.

Kritiek op de theorie

Hoewel de hydrothermische hypothese verschillende geldige argumenten heeft, is deze niet universeel aanvaard. Een van de punten van kritiek op de oorsprong van het leven in een hete bron is de ongerijmdheid en het gebrek aan informatie over de geologische modellen van het prebiotische tijdperk.

Evenzo zouden de essentiële moleculen voor de ontwikkeling van leven - zoals nucleïnezuren, eiwitten en membranen - onmiddellijk worden vernietigd vanwege de hoge temperaturen van hydrothermische omgevingen.

Het is echter ook waarschijnlijk dat de eerste levensvormen thermostabiel waren, vergelijkbaar met de thermofiele organismen die tegenwoordig in extreme omgevingen leven.

Aan de andere kant doet zich een ander probleem voor met betrekking tot de concentratie van de componenten. Het is onwaarschijnlijk dat er leven zou zijn ontstaan ​​in de uitgestrektheid van de prebiotische oceanen, waar biomoleculen sterk verdund en verspreid zouden zijn.

Wil een omgeving geschikt zijn voor het ontstaan ​​van leven, dan moet het interacties tussen moleculen bevorderen, zodat ze complexere entiteiten vormen; verdun ze niet, zoals zou gebeuren in de diepe oceaan.

Voorstanders van de hydrothermische theorie suggereren dat leven zou kunnen zijn ontstaan ​​in afgebakende gebieden die de verdunning van nieuw gevormde moleculen, zoals kraters, hebben voorkomen.

Referenties

1. Chatterjee, S. (2016). Een symbiotische kijk op de oorsprong van het leven bij hydrothermale inslagkratermeren. Physical Chemistry Chemical Physics, 18 (30), 20033-20046.
2. Corliss, JB, Baross, JA, en Hoffman, SE (1981). Een hypothese over de relatie tussen onderzeese warmwaterbronnen en het ontstaan ​​van leven op aarde. Oceanologica Acta, speciale uitgave.
3. Holm, NG (1992). Waarom worden hydrothermische systemen voorgesteld als plausibele omgevingen voor het ontstaan ​​van leven? In Marine Hydrothermal Systems and the Origin of Life (pp. 5–14). Springer, Dordrecht.
4. Jheeta, S. (2017). Het landschap van de opkomst van leven. Leven, 7 (2), 27.
5. Lanier, KA en Williams, LD (2017). De oorsprong van het leven: modellen en gegevens. Journal of Molecular Evolution, 84 (2), 85-92.