Abiogenesis: teori utama

Abiogenesis mengacu pada serangkaian proses dan langkah-langkah yang berasal dari bentuk kehidupan pertama di bumi, mulai dari blok monomer inert, yang dari waktu ke waktu berhasil meningkatkan kompleksitasnya. Mengingat teori ini, kehidupan muncul dari molekul tidak hidup, di bawah kondisi yang tepat.

Sangat mungkin bahwa setelah abiogenesis menghasilkan sistem kehidupan yang sederhana, evolusi biologis akan bertindak untuk memunculkan semua bentuk kehidupan kompleks yang ada saat ini.

Beberapa peneliti percaya bahwa proses abiogenesis seharusnya terjadi setidaknya sekali dalam sejarah bumi untuk memunculkan organisme hipotetis LUCA atau leluhur universal bersama terakhir (dari akronim dalam bahasa Inggris , leluhur bersama universal terakhir ), sekitar 4 miliar bertahun-tahun.

Disarankan bahwa LUCA harus memiliki kode genetik berdasarkan pada molekul DNA, yang dengan empat basa yang dikelompokkan dalam triplet, dikodifikasi untuk 20 jenis asam amino yang membentuk protein. Para peneliti mencoba memahami asal usul kehidupan mempelajari proses abiogenesis yang memunculkan LUCA.

Jawaban atas pertanyaan ini telah dipertanyakan secara luas dan seringkali ditutupi oleh kabut misteri dan ketidakpastian. Untuk alasan ini, ratusan ahli biologi telah mengusulkan serangkaian teori yang melibatkan dari kemunculan sup purba hingga penjelasan terkait xenobiologi dan astrobiologi.

Terdiri dari apa itu?

Teori abiogenesis didasarkan pada proses kimia yang dengannya bentuk-bentuk kehidupan yang lebih sederhana muncul dari prekursor-prekursor tak bernyawa.

Diasumsikan bahwa proses abiogenesis terjadi secara terus menerus, berbeda dengan pandangan kemunculan secara tiba-tiba dalam suatu peristiwa keberuntungan. Dengan demikian, teori ini mengasumsikan adanya kontinum antara benda mati dan sistem kehidupan pertama.

Demikian juga, serangkaian skenario bervariasi disarankan di mana awal kehidupan dapat dimulai dari molekul anorganik. Umumnya lingkungan ini ekstrem dan berbeda dengan kondisi bumi saat ini.

Kondisi prebiotik yang diduga biasanya direproduksi di laboratorium untuk mencoba menghasilkan molekul organik, seperti percobaan Miller dan Urey yang terkenal.

Asal usul kehidupan: teori

Asal usul kehidupan telah menjadi salah satu topik paling kontroversial oleh para ilmuwan dan filsuf sejak zaman Aristoteles. Menurut pemikir penting ini, materi penguraian dapat diubah menjadi hewan dengan kehidupan berkat tindakan spontan dari alam.

Abiogenesis dalam pemikiran Aristotelian dapat diringkas dalam frasa terkenalnya omne vivum ex vivo, yang berarti "semua kehidupan berasal dari kehidupan."

Selanjutnya, sejumlah besar model, teori, dan spekulasi telah mencoba menjelaskan kondisi dan proses yang mengarah pada asal usul kehidupan.

Di bawah ini kita akan menjelaskan teori-teori yang paling menonjol, baik dari sudut pandang historis dan ilmiah, yang telah berusaha menjelaskan asal usul sistem kehidupan pertama:

Teori generasi spontan

Pada awal abad ke-17, dipostulatkan bahwa bentuk-bentuk kehidupan dapat muncul dari unsur-unsur tak bernyawa. Teori generasi spontan diterima secara luas oleh para pemikir saat itu karena mendapat dukungan dari Gereja Katolik. Dengan demikian, makhluk hidup dapat berkecambah baik orang tua maupun benda mati.

Di antara contoh paling terkenal yang digunakan untuk mendukung teori ini adalah munculnya cacing dan serangga lain dalam daging yang membusuk, katak yang muncul dari lumpur dan tikus yang muncul dari pakaian kotor dan keringat.

Bahkan, ada resep yang menjanjikan penciptaan hewan hidup. Misalnya, untuk membuat tikus dari bahan tidak hidup, biji-bijian gandum harus dikombinasikan dengan pakaian kotor di lingkungan yang gelap dan dengan berlalunya hari tikus hidup muncul.

Pendukung campuran ini berpendapat bahwa keringat manusia dalam pakaian dan fermentasi gandum adalah agen yang mengarahkan pembentukan kehidupan.

Bantahan dari generasi spontan

Pada abad ketujuh belas mulai memperhatikan kekurangan dan kesenjangan dalam pernyataan teori generasi spontan. Baru pada tahun 1668 fisikawan Italia Francesco Redi menyusun desain eksperimental yang memadai untuk menolaknya.

Dalam eksperimennya yang terkontrol, Redi menempatkan potongan daging yang diiris halus yang dibungkus muslin dalam wadah steril. Guci ini ditutup dengan kain kasa, sehingga tidak ada yang bisa menyentuh daging. Selain itu, percobaan dihitung dengan serangkaian botol lain yang tidak tertutup.

Dengan berlalunya hari, cacing diamati hanya di guci yang ditemukan, karena lalat dapat dengan bebas masuk dan menyimpan telur. Dalam kasus toples tertutup, telur ditempatkan langsung pada kain kasa.

Dengan cara yang sama, peneliti Lazzaro Spallanzani mengembangkan serangkaian eksperimen untuk menolak premis generasi spontan. Untuk ini, ia menguraikan serangkaian kaldu yang ia dididihkan berkepanjangan untuk menghancurkan mikroorganisme yang akan tinggal di sana.

Namun, para pendukung generasi spontan mengklaim bahwa jumlah panas yang terkandung dalam kaldu itu berlebihan dan menghancurkan "kekuatan vital".

Kontribusi dari Pasteur

Kemudian, pada tahun 1864 ahli biologi dan kimiawan Perancis Louis Pasteur berangkat untuk mengakhiri postulat generasi spontan.

Untuk memenuhi tujuan ini, Pasteur membuat wadah kaca yang dikenal sebagai "leher angsa" karena panjang dan melengkung di ujungnya, sehingga mencegah masuknya mikroorganisme apa pun.

Dalam wadah ini Pasteur merebus serangkaian kaldu yang tetap steril. Ketika leher salah satu dari mereka patah, itu menjadi terkontaminasi dan mikroorganisme berkembang biak dalam waktu singkat.

Bukti-bukti yang diberikan oleh Pasteur tidak dapat disangkal, berhasil menghancurkan sebuah teori yang bertahan selama lebih dari 2.500 tahun.

Panspermia

Pada awal 1900-an, ahli kimia Swedia Svante Arrhenius menulis sebuah buku berjudul " The Creation of the Worlds " di mana ia menyarankan bahwa kehidupan datang dari ruang angkasa melalui spora yang tahan terhadap kondisi ekstrem.

Logikanya, teori panspermia dikelilingi oleh banyak kontroversi, selain itu tidak benar-benar berkontribusi penjelasan untuk asal usul kehidupan.

Teori kemosintetik

Dalam memeriksa eksperimen Pasteur, salah satu kesimpulan tidak langsung dari buktinya adalah bahwa mikroorganisme hanya berkembang dari yang lain, yaitu, kehidupan hanya dapat berasal dari kehidupan. Fenomena ini disebut "biogenesis".

Mengikuti perspektif ini, teori evolusi kimia akan muncul, dipimpin oleh Alexander Oparin dari Rusia dan orang Inggris John DS Haldane.

Visi ini, juga disebut teori kemosintetik Oparin-Haldane, mengusulkan bahwa dalam lingkungan prebiotik bumi memiliki atmosfer yang kekurangan oksigen dan uap air, metana, amonia, karbon dioksida, dan hidrogen yang tinggi, sehingga sangat berkurang.

Di lingkungan ini ada kekuatan yang berbeda seperti pelepasan listrik, radiasi matahari dan radioaktivitas. Kekuatan-kekuatan ini bekerja pada senyawa anorganik, sehingga memunculkan molekul yang lebih besar, menciptakan molekul organik yang dikenal sebagai senyawa prebiotik.

Eksperimen Miller dan Urey

Pada pertengahan 1950-an, peneliti Stanley L. Miller dan Harold C. Urey berhasil menciptakan sistem cerdik yang mensimulasikan kondisi leluhur atmosfer di bumi mengikuti teori Oparin-Haldane.

Stanley dan Urey membuktikan bahwa di bawah kondisi "primitif" ini, senyawa anorganik sederhana dapat berasal dari molekul organik yang kompleks, sangat diperlukan untuk kehidupan, seperti asam amino, asam lemak, urea, dan lainnya.

Pembentukan polimer

Meskipun percobaan yang disebutkan sebelumnya menunjukkan cara yang masuk akal dari mana biomolekul yang merupakan bagian dari sistem kehidupan berasal, mereka tidak menyarankan penjelasan tentang proses polimerisasi dan peningkatan kompleksitas.

Ada beberapa model yang mencoba menjelaskan pertanyaan ini. Yang pertama melibatkan permukaan mineral padat, di mana area permukaan yang ditinggikan dan silikat dapat bertindak sebagai katalis untuk molekul karbon.

Di kedalaman laut, ventilasi hidrotermal merupakan sumber katalis yang tepat, seperti besi dan nikel. Menurut percobaan di laboratorium, logam ini berpartisipasi dalam reaksi polimerisasi.

Akhirnya, di lubang lautan terdapat kolam-kolam panas, yang dengan proses penguapan dapat mendukung konsentrasi monomer, mendorong pembentukan molekul yang lebih kompleks. Dalam asumsi ini, hipotesis "sup purba" didasarkan.

Rekonsiliasi hasil Miller dan Pasteur

Mengikuti urutan ide yang dibahas pada bagian sebelumnya, kami memiliki eksperimen Pasteur yang membuktikan bahwa kehidupan tidak muncul dari bahan lembam, sementara bukti Miller dan Urey menunjukkan bahwa hal itu memang terjadi, tetapi pada tingkat molekuler.

Untuk merekonsiliasi kedua hasil, perlu diingat bahwa komposisi atmosfer bumi saat ini sama sekali berbeda dengan atmosfer prebiotik.

Oksigen yang ada di atmosfer saat ini akan beroperasi sebagai "perusak" molekul-molekul dalam formasi. Kita juga harus mempertimbangkan bahwa sumber energi yang diduga mendorong pembentukan molekul organik tidak lagi hadir dengan frekuensi dan intensitas lingkungan prebiotik.

Semua bentuk kehidupan yang ada di Bumi terdiri dari serangkaian blok struktural besar dan biomolekul, yang disebut protein, asam nukleat, dan lipid. Dengan mereka Anda dapat "membangun" dasar kehidupan saat ini: sel.

Di dalam sel, kehidupan diabadikan, dan pada prinsip ini Pasteur mendasarkan dirinya untuk menegaskan bahwa setiap makhluk hidup harus berasal dari makhluk lain yang sudah ada sebelumnya.

Dunia RNA

Peran autokatalisis selama abiogenesis sangat penting, itulah sebabnya salah satu hipotesis paling terkenal tentang asal usul kehidupan adalah dunia RNA, yang mendalilkan permulaan dari molekul rantai sederhana dengan kapasitas untuk replikasi diri.

Gagasan RNA ini menunjukkan bahwa biokatalis pertama bukanlah molekul yang bersifat protein tetapi molekul RNA - atau polimer yang serupa dengan yang ini - dengan kemampuan untuk melakukan katalisis.

Asumsi ini didasarkan pada sifat RNA mensintesis fragmen pendek menggunakan penempaan yang mengarahkan proses, di samping mempromosikan pembentukan peptida, ester dan ikatan glikosidik.

Menurut teori ini, RNA leluhur dikaitkan dengan beberapa kofaktor seperti logam, pirimidin, dan asam amino. Dengan kemajuan dan peningkatan kompleksitas dalam metabolisme, kemampuan untuk mensintesis polipeptida muncul.

Dalam perjalanan evolusi, RNA digantikan oleh molekul yang lebih stabil secara kimiawi: DNA.

Konsepsi saat ini tentang asal usul kehidupan

Saat ini diduga bahwa kehidupan berasal dari skenario ekstrem: daerah laut dekat cerobong gunung berapi di mana suhu bisa mencapai 250 ° C dan tekanan atmosfer melebihi 300 atmosfer.

Kecurigaan ini muncul karena keragaman bentuk kehidupan yang ditemukan di wilayah yang bermusuhan ini dan prinsip ini dikenal sebagai "teori dunia panas".

Lingkungan ini telah dijajah oleh archaebacteria, organisme yang mampu tumbuh, berkembang dan bereproduksi di lingkungan yang ekstrim, mungkin sangat mirip dengan kondisi prebiotik (termasuk konsentrasi oksigen rendah dan kadar CO _{2 yang tinggi} ).

Stabilitas termal dari lingkungan ini, perlindungan yang mereka berikan terhadap perubahan mendadak dan aliran gas konstan adalah beberapa atribut positif yang membuat dasar laut dan cerobong gunung berapi cocok untuk asal usul kehidupan.

Istilah biogenesis dan abiogenesis

Pada tahun 1974, peneliti terkenal Carl Sagan menerbitkan sebuah artikel yang menjelaskan penggunaan istilah biogenesis dan abiogenesis. Menurut Sagan, kedua istilah tersebut telah disalahgunakan dalam artikel yang berkaitan dengan penjelasan tentang asal mula bentuk kehidupan pertama.

Di antara kesalahan-kesalahan ini adalah menggunakan istilah biogenesis sebagai antonimnya sendiri. Yaitu, biogenesis digunakan untuk menggambarkan asal usul kehidupan dari bentuk-bentuk makhluk hidup lainnya, sedangkan abiogenesis mengacu pada asal usul kehidupan dari materi tidak hidup.

Dalam hal ini, rute biokimia kontemporer dianggap biogenik dan jalur metabolisme prebiologis adalah abiogenik. Oleh karena itu perlu untuk memberikan perhatian khusus pada penggunaan kedua istilah tersebut.