THEORIE VAN ABIOTISCHE SYNTHESE: HOOFDKENMERKEN - BIOLOGIE - 2026

De abiotische synthesetheorie is een postulaat dat stelt dat leven is ontstaan ​​uit niet-levende verbindingen (abiotisch = niet-levend). Het suggereert dat het leven geleidelijk is ontstaan ​​uit de synthese van organische moleculen. Onder deze organische moleculen vallen aminozuren op, die de voorlopers zijn van meer complexe structuren waaruit levende cellen ontstaan.

De onderzoekers die deze theorie voorstelden waren de Russische wetenschapper Alexander Oparin en de Britse biochemicus John Haldane. Elk van deze wetenschappers kwam op eigen kracht tot dezelfde hypothese: dat de oorsprong van het leven op aarde afkomstig was van organische en minerale verbindingen (niet-levende materie) die voorheen in de primitieve atmosfeer bestonden.

John Haldane, een van de promotors van de abiotische synthesetheorie

Waar bestaat het uit?

De abiotische synthesetheorie stelt vast dat de oorsprong van het leven op aarde te wijten was aan het mengsel van anorganische en organische verbindingen die zich op dat moment in de atmosfeer bevonden, die geladen was met waterstof, methaan, waterdamp, kooldioxide en ammoniak.

Oparin en Haldane-theorie

Oparin en Haldane dachten dat de vroege aarde een reducerende atmosfeer had; dat wil zeggen, een atmosfeer met weinig zuurstof waar de aanwezige moleculen de neiging hebben om hun elektronen af ​​te staan.

Vervolgens zou de atmosfeer geleidelijk veranderen, wat aanleiding zou geven tot eenvoudige moleculen zoals moleculaire waterstof (H2), methaan (CH4), kooldioxide (CO2), ammoniak (NH3) en waterdamp (H2O). Onder deze omstandigheden stelden ze voor dat:

- Eenvoudige moleculen hadden kunnen reageren door energie van de zonnestralen, elektrische ontladingen van stormen, de warmte van de kern van de aarde en andere soorten energie te gebruiken die uiteindelijk de fysisch-chemische reacties beïnvloedden.

- Dit bevorderde de vorming van coacervaten (systemen van moleculen waaruit leven volgens Oparin is ontstaan) die in de oceanen drijven.

- In deze "primitieve bouillon" zouden de omstandigheden voldoende zijn, zodat de bouwstenen in volgende reacties gecombineerd hadden kunnen worden.

- Grotere en meer complexe moleculen (polymeren) zoals eiwitten en nucleïnezuren werden gevormd uit deze reacties, waarschijnlijk bevorderd door de aanwezigheid van water in poelen nabij de oceaan.

- Deze polymeren hadden kunnen worden samengevoegd tot eenheden of structuren die kunnen worden onderhouden en gerepliceerd. Oparin dacht dat het "kolonies" van eiwitten konden zijn die bij elkaar waren gegroepeerd om het metabolisme te bewerkstelligen, en Haldane suggereerde dat de macromoleculen in membranen werden ingesloten om celachtige structuren te vormen.

Overwegingen over de theorie

De details van dit model zijn waarschijnlijk niet helemaal correct. Geologen geloven nu bijvoorbeeld dat de vroege atmosfeer niet aan het krimpen was, en het is onduidelijk of vijvers aan de rand van de oceaan een waarschijnlijke plaats zijn voor de eerste verschijning van leven.

Het basisidee "een geleidelijke en spontane vorming van groepen van eenvoudige moleculen, vervolgens de vorming van meer complexe structuren en ten slotte het verwerven van het vermogen om zichzelf te repliceren", blijft de kern van de meeste hypothesen over de oorsprong van de feitelijk leven.

Experimenten ter ondersteuning van de abiotische synthesetheorie

Miller en Urey experimenteren

In 1953 deden Stanley Miller en Harold Urey een experiment om de ideeën van Oparin en Haldane te testen. Ze ontdekten dat organische moleculen spontaan konden worden geproduceerd onder reducerende omstandigheden die vergelijkbaar zijn met die van de vroege aarde die eerder werd beschreven.

Miller en Urey bouwden een gesloten systeem dat een hoeveelheid verwarmd water en een mengsel van gassen bevatte waarvan werd aangenomen dat ze overvloedig aanwezig waren in de vroege atmosfeer van de aarde: methaan (CH4), kooldioxide (CO2) en ammoniak (NH3).

Om de bliksemschichten te simuleren die de energie hadden kunnen leveren die nodig was voor de chemische reacties die resulteerden in het ontstaan ​​van de complexere polymeren, stuurden Miller en Urey elektrische ontladingen door een elektrode in hun experimentele systeem.

Miller en Urey experimenteren

Nadat Miller en Urey het experiment een week hadden uitgevoerd, ontdekten ze dat er verschillende soorten aminozuren, suikers, lipiden en andere organische moleculen waren gevormd.

Grote, complexe moleculen - zoals DNA en eiwit - ontbraken. Het Miller-Urey-experiment toonde echter aan dat ten minste enkele van de bouwstenen van deze moleculen spontaan konden worden gevormd uit eenvoudige verbindingen.

Het experiment van Juan Oró

Voortbordurend op de zoektocht naar de oorsprong van het leven, gebruikte de Spaanse wetenschapper Juan Oró zijn biochemische kennis om onder laboratoriumomstandigheden de synthese te bereiken van andere organische moleculen die belangrijk zijn voor het leven.

Oró repliceerde de omstandigheden van het Miller en Urey-experiment, dat cyanidederivaten in grote hoeveelheden produceert.

Met behulp van dit product (blauwzuur), plus ammoniak en water, was deze onderzoeker in staat om adeninemoleculen te synthetiseren, een van de 4 stikstofbasen van DNA en een van de componenten van ATP, een fundamenteel molecuul om de meeste levende wezens van energie te voorzien. .

Toen deze bevinding in 1963 werd gepubliceerd, had het niet alleen een wetenschappelijke maar ook een populaire impact, aangezien het de mogelijkheid aantoonde van de spontane verschijning van nucleotiden op de vroege aarde zonder enige externe invloed.

Hij slaagde er ook in om in het laboratorium een ​​omgeving te synthetiseren die vergelijkbaar is met die op de primitieve aarde, andere organische verbindingen, voornamelijk lipiden die deel uitmaken van celmembranen, enkele eiwitten en actieve enzymen die belangrijk zijn bij het metabolisme.

Sydney Fox-experiment

In 1972 voerden Sydney Fox en zijn medewerkers een experiment uit waarmee ze structuren konden genereren met membraan- en osmotische eigenschappen; dat wil zeggen, vergelijkbaar met levende cellen, die ze proteinoïde microsferen noemden.

Met behulp van een droog mengsel van aminozuren verwarmden ze ze tot matige temperaturen; zo bereikten ze de vorming van polymeren. Deze polymeren, opgelost in zoutoplossing, vormden kleine druppeltjes ter grootte van een bacteriële cel die in staat waren om bepaalde chemische reacties uit te voeren.

Deze microsferen hadden een doorlaatbare dubbele envelop, vergelijkbaar met de huidige celmembranen, waardoor ze konden hydrateren en uitdrogen afhankelijk van veranderingen in de omgeving waarin ze zich bevonden.

Al deze waarnemingen verkregen uit de studie van microsferen, lieten een idee zien van het soort processen dat de eerste cellen zou kunnen hebben veroorzaakt.

Het experiment van Alfonso Herrera

Andere onderzoekers voerden hun eigen experimenten uit om te proberen de moleculaire structuren te repliceren die aanleiding gaven tot de eerste cellen. Alfonso Herrera, een Mexicaanse wetenschapper, slaagde erin kunstmatig structuren te genereren die hij sulfobio's en colpoïden noemde.

Herrera gebruikte mengsels van stoffen zoals ammoniumsulfocyanide, ammoniumthiosanaat en formaldehyde, waarmee hij kleine structuren met hoog molecuulgewicht kon synthetiseren. Deze zwavelrijke structuren waren op dezelfde manier georganiseerd als levende cellen, daarom noemde hij ze sulfobie.

Evenzo mengde hij olijfolie en benzine met kleine hoeveelheden natriumhydroxide om andere soorten microstructuren te genereren die op dezelfde manier waren georganiseerd als protozoa; hij noemde deze microsferen colpoïden.

Referenties

1. Carranza, G. (2007). Biologie I. Redactionele drempel, Mexico.
2. Flores, R., Herrera, L. & Hernández, V. (2004). Biology 1 (1st ed.). Redactioneel Progreso.
3. Fox, SW (1957). Het chemische probleem van spontane generatie. Journal of Chemical Education, 34 (10), 472-479.
4. Fox, SW en Harada, K. (1958). Thermische copolymerisatie van aminozuren tot een product dat lijkt op eiwit. Wetenschap, 128, 1214.
5. Gama, A. (2004). Biologie: biogenese en micro-organismen (2e ed.). Pearson Education.
6. Gama, A. (2007). Biology I: A constructivist Approach (3e ed.). Pearson Education.
7. Gordon-Smith, C. (2003). De hypothese van Oparin-Haldane. In Oorsprong van het leven: oriëntatiepunten uit de twintigste eeuw. Hersteld van: simsoup.info
8. Herrera, A. (1942). Een nieuwe theorie van de oorsprong en aard van het leven. Wetenschap, 96: 14.
9. Ledesma-Mateos, I., & Cleaves, HJ (2016). Alfonso Luis Herrera en het begin van het evolutionisme en studies in de oorsprong van het leven in Mexico. Journal of Molecular Evolution, 83 (5-6), 193–203.
10. McCollom, T. (2013). Miller-Urey en daarbuiten: wat is er in de afgelopen 60 jaar geleerd over prebiotische organische synthesereacties? Jaaroverzicht van aard- en planeetwetenschappen, 41, 207-229.
11. Miller, S. (1953) Een productie van aminozuren onder mogelijk primitieve aardse omstandigheden. Science 117: 528-529
12. Miller, SL (1955). Productie van sommige organische verbindingen onder mogelijke primitieve aardse omstandigheden. Tijdschrift van de American Chemical Society.
13. Miller, SL, Urey, HC en Oró, J. (1976). Herkomst van organische verbindingen op de primitieve aarde en in meteorieten. Journal of Molecular Evolution, 9 (1), 59-72.
14. Oñate, L. (2010). Biology 1, Volume 1. Cengage Learning Editors.
15. Parker, ET, Cleaves, HJ, Callahan, MP, Dworkin, JP, Glavin, DP, Lazcano, A., & Bada, JL (2011). Prebiotische synthese van methionine en andere zwavelhoudende organische verbindingen op de primitieve aarde: een eigentijdse herbeoordeling op basis van een ongepubliceerd Stanley Miller-experiment uit 1958. Origins of Life and Evolution of Biospheres, 41 (3), 201–212.