نظريات عدم التكاثر الرئيسية

ال التولد التلقائى يشير إلى سلسلة من العمليات والخطوات التي نشأت الأشكال الأولى للحياة على الأرض ، بدءًا من كتل مونومر خاملة ، والتي تمكنت بمرور الوقت من زيادة تعقيدها. في ضوء هذه النظرية ، نشأت الحياة من جزيئات غير حية ، في ظل الظروف المناسبة.

من المحتمل أنه بعد إنتاج التكاثر أنظمت أنظمة حياة بسيطة ، فإن التطور البيولوجي سيعمل على خلق كل أشكال الحياة المعقدة الموجودة اليوم..

يعتقد بعض الباحثين أن عمليات التكاثر يجب أن تكون حدثت مرة واحدة على الأقل في تاريخ الأرض لتؤدي إلى كائن افتراضي LUCA أو آخر سلف مشترك عالمي (الاختصارات في اللغة الإنجليزية), آخر سلف عالمي مشترك) ، منذ حوالي 4 مليارات سنة.

يقترح أن تحتوي LUCA على كود وراثي يعتمد على جزيء الحمض النووي DNA DNA ، والذي يتم ترميز قواعده الأربعة في ثلاثة توائم ، لتدوين الأنواع العشرين من الأحماض الأمينية التي تشكل بروتينات. الباحثون الذين يحاولون فهم أصل الحياة يدرسون عمليات التكاثر الأحيائي التي أدت إلى LUCA.

لقد تم طرح إجابة على هذا السؤال على نطاق واسع وغالبًا ما يتم تغطيتها بضباب من الغموض وعدم اليقين. لهذا السبب ، اقترح مئات من علماء الأحياء سلسلة من النظريات التي تنطوي على ظهور حساء بدائي لتفسيرات تتعلق بعلم الأحياء وعلم الأحياء الفلكي.

مؤشر

• 1 ماذا تتكون؟?
• 2 أصل الحياة: النظريات
  • 2.1 نظرية التوليد التلقائي
  • 2.2 دحض الجيل العفوي
  • 2.3 مساهمات من باستور
  • 2.4 الفقدان    
  • 2.5 نظرية التركيب الكيميائي
  • 2.6 تجربة ميلر وأوري
  • 2.7 تشكيل البوليمر
  • 2.8 التوفيق بين نتائج ميلر وباستير
  • 2.9 الحمض النووي الريبي العالم
• 3 المفاهيم الحالية لأصل الحياة
• 4 مصطلحات التكوُّن الأحيائي وتخلل التكاثر
• 5 المراجع

ماذا تتكون؟?

تعتمد نظرية التكوُّن الذاتي على عملية كيميائية تنبثق من خلالها أشكال الحياة البسيطة من سلائف لا حياة لها.

من المفترض أن عملية التكاثر حدثت بشكل مستمر ، على النقيض من ظهور الظهور فجأة في حدث الحظ. وهكذا ، تفترض هذه النظرية وجود سلسلة متصلة بين المادة غير الحية والنظم الحية الأولى.

وبالمثل ، تم اقتراح سلسلة من السيناريوهات المتنوعة حيث يمكن أن تبدأ بداية الحياة من الجزيئات غير العضوية. عموما هذه البيئات متطرفة ومختلفة عن الظروف الحالية للأرض.

غالبًا ما يتم استنساخ هذه الحالات المزعومة قبل التكوين الحيوي في المختبر لمحاولة توليد جزيئات عضوية ، مثل تجربة ميلر وأوري الشهيرة.

أصل الحياة: النظريات

كان أصل الحياة أحد أكثر الموضوعات إثارة للجدل من قبل العلماء والفلاسفة منذ زمن أرسطو. وفقًا لهذا المفكر الهام ، يمكن أن تتحول المادة المتحللة إلى حيوانات بها حياة بفضل الفعل الطبيعي للطبيعة.

يمكن تلخيص التكوُّن الذاتي في ضوء الفكر الأرسطي في تعبيره الشهير omne vivum ex vivo, مما يعني "كل الحياة تأتي من الحياة".

بعد ذلك ، حاول عدد كبير إلى حد ما من النماذج والنظريات والتكهنات توضيح الظروف والعمليات التي أدت إلى أصل الحياة.

فيما يلي وصف لأبرز النظريات ، سواء من الناحية التاريخية أو العلمية ، التي سعت إلى شرح أصل الأنظمة الحية الأولى:

نظرية التوليد التلقائي

في بداية القرن السابع عشر ، افترض أن أشكال الحياة يمكن أن تنشأ من عناصر هامدة. تم قبول نظرية التوليد التلقائي على نطاق واسع من قبل المفكرين في ذلك الوقت لأنها كانت تحظى بدعم الكنيسة الكاثوليكية. وهكذا ، يمكن أن الكائنات الحية تنبت كل من والديهم والمواد غير الحية.

من بين الأمثلة الأكثر شهرة المستخدمة لدعم هذه النظرية ظهور الديدان والحشرات الأخرى في الجسد المتحلل ، والضفادع التي ظهرت من الطين والفئران التي انبثقت من الملابس والعرق القذر..

في الواقع ، كانت هناك وصفات وعدت بإنشاء حيوانات حية. على سبيل المثال ، لكي نتمكن من إنشاء فئران من مواد غير حية ، كان علينا الجمع بين حبيبات القمح والملابس القذرة في بيئة مظلمة ومع مرور الأيام تظهر القوارض الحية.

جادل المدافعون عن هذا المزيج بأن العرق البشري في الملابس وتخمير القمح هما العاملان اللذان قادا إلى تكوين الحياة..

دحض الجيل العفوي

في القرن السابع عشر بدأ يلاحظ وجود عيوب وثغرات في بيانات نظرية التوليد التلقائي. لم يكن حتى عام 1668 حيث ابتكر الفيزيائي الإيطالي فرانشيسكو ريدي تصميمًا تجريبيًا كافياً لرفضه.

في تجاربه الخاضعة للرقابة ، وضع ريدي شرائح لحم ناعمة ملفوفة في الشاش في حاويات معقمة. تمت تغطية هذه الجرار بالشاش بشكل صحيح ، لذلك لا يمكن لأي شيء أن يتلامس مع اللحم. بالإضافة إلى ذلك ، أخبرت التجربة بسلسلة أخرى من الزجاجات التي لم يتم تغطيتها.

مع مرور الأيام ، شوهدت الديدان فقط في الجرار التي تم اكتشافها ، لأن الذباب يمكن أن يدخل ويودع البيض بحرية. في حالة الجرار المغطاة ، تم وضع البيض مباشرة على الشاش.

بنفس الطريقة ، طور الباحث Lazzaro Spallanzani سلسلة من التجارب لرفض أسس التوليد التلقائي. لهذا ، قام بتطوير سلسلة من المرق التي قدمها ليغلي لفترة طويلة لتدمير أي الكائنات الحية الدقيقة التي سوف تعيش هناك.

ومع ذلك ، ادعى أنصار الجيل العفوي أن كمية الحرارة التي تعرضت لها المرق كانت مفرطة ودمرت "القوة الحيوية".

مساهمات من باستور

في وقت لاحق ، في عام 1864 ، انطلق عالم الأحياء والكيميائي الفرنسي لويس باستور لوضع حد لمسلمات الجيل التلقائي.

لتحقيق هذا الهدف ، صنع باستور عبوات زجاجية تُعرف باسم "رقاب البجعة" ، حيث كانت طويلة ومنحنية عند الأطراف ، مما يمنع دخول أي الكائنات الحية الدقيقة..

في هذه الحاويات غلى باستور سلسلة من المرق التي بقيت معقمة. عندما تحطمت رقبة أحدهم ، أصبحت ملوثة وانتشرت الكائنات الحية الدقيقة في وقت قصير.

كانت الأدلة التي قدمها باستور غير قابلة للدحض ، ونجحت في هدم نظرية استمرت لأكثر من 2500 عام..

التبزر الشامل    

في أوائل القرن العشرين ، كتب الكيميائي السويدي سفانتي أرهينيوس كتابًا بعنوان "خلق العالمين"حيث اقترح أن الحياة جاءت من الفضاء من خلال جراثيم مقاومة للظروف القاسية.

من الناحية المنطقية ، كانت نظرية البنسبروم محاطة بالكثير من الجدل ، بالإضافة إلى أنها لم تقدم بالفعل شرحًا لأصل الحياة.

نظرية التركيب الكيميائي

عند دراسة تجارب باستور ، أحد الاستنتاجات غير المباشرة لأدلةه أن الكائنات الحية الدقيقة تتطور فقط من تجارب أخرى ، أي أن الحياة لا يمكن أن تأتي إلا من الحياة. هذه الظاهرة كانت تسمى "التكوين الحيوي".

تبعا لهذا المنظور ، ستظهر نظريات التطور الكيميائي ، بقيادة الكسندر أوبارين الروسي والإنجليزي جون د. هالدين.

تقترح هذه الرؤية ، التي تسمى أيضًا نظرية التخليق الكيميائي لأوبارين هالدين ، أن الأرض في بيئة ما قبل الجراثيم تمتلك جوًا ينقصه الأكسجين وغني ببخار الماء والميثان والأمونيا وثاني أكسيد الكربون والهيدروجين ، لذا فقد كانت شديدة الانخفاض. 

في هذه البيئة كانت هناك قوى مختلفة مثل التفريغ الكهربائي والإشعاع الشمسي والنشاط الإشعاعي. عملت هذه القوى على المركبات غير العضوية ، مما أدى إلى جزيئات أكبر ، وخلق جزيئات عضوية تعرف باسم المركبات قبل التكوين الحيوي.

تجربة ميلر وأوري

في منتصف الخمسينيات ، تمكن الباحثان ستانلي إل. ميلر وهارولد سي أوري من إنشاء نظام مبتكر لمحاكاة ظروف الأجداد المفترضة للغلاف الجوي على الأرض وفقًا لنظرية أوبارين هالدين..

أثبت ستانلي وأوري أنه في ظل هذه الظروف "البدائية" ، يمكن للمركبات غير العضوية البسيطة أن تنشأ جزيئات عضوية معقدة لا غنى عنها للحياة ، مثل الأحماض الأمينية والأحماض الدهنية واليوريا وغيرها..

تشكيل البوليمر

على الرغم من أن التجارب المذكورة سابقًا تشير إلى طريقة معقولة من خلالها نشأت الجزيئات الحيوية التي تشكل جزءًا من النظم الحية ، إلا أنها لا تقترح أي تفسير لعملية البلمرة وزيادة التعقيد.

هناك العديد من النماذج التي تحاول توضيح هذا السؤال. الأول ينطوي على أسطح معدنية صلبة ، حيث يمكن أن تعمل مساحة السطح المرتفعة والسيليكات كعوامل حفاز لجزيئات الكربون.

في أعماق المحيط ، تعتبر الفتحات الحرارية المائية مصدرًا مناسبًا للعوامل الحفازة ، مثل الحديد والنيكل. وفقًا للتجارب في المختبرات ، تشارك هذه المعادن في تفاعلات البلمرة.

أخيرًا ، توجد في أحواض المحيطات أحواض ساخنة ، والتي من خلال عمليات التبخر قد تفضل تركيز المونومرات ، مما يعزز تكوين جزيئات أكثر تعقيدًا. في هذا الافتراض ، تستند فرضية "الحساء البدائي".

التوفيق بين نتائج ميلر وباستير

وفقًا لترتيب الفكرة الذي تمت مناقشته في الأقسام السابقة ، تبين لنا أن تجارب باستور أثبتت أن الحياة لا تنشأ عن المواد الخاملة ، في حين يشير دليل ميلر وأوري إلى أنه في حالة حدوث ذلك ، ولكن على المستوى الجزيئي.

لتكون قادرًا على التوفيق بين كلتا النتيجتين ، من الضروري أن نأخذ في الاعتبار أن تكوين الغلاف الجوي للأرض اليوم مختلف تمامًا عن الغلاف الجوي قبل التكوين الحيوي..

الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي الحالي سيعمل "كمدمر" للجزيئات في التكوين. من الضروري أيضًا مراعاة أن مصادر الطاقة التي من المفترض أنها شجعت على تكوين جزيئات عضوية لم تعد موجودة مع تواتر وشدة البيئة البريبايوتيكية..

تتألف جميع أشكال الحياة الموجودة على الأرض من مجموعة من الكتل الهيكلية الكبيرة والجزيئات الحيوية ، التي تسمى البروتينات والأحماض النووية والدهون. معهم يمكنك "بناء" أساس الحياة الحالية: الخلايا.

في الزنزانة ، تُديم الحياة ، وبناءً على هذا المبدأ ، يقوم باستور على أن يؤكد أن كل كائن حي يجب أن يأتي من كائن آخر موجود مسبقًا..

الحمض النووي الريبي العالم

دور التحفيز الذاتي أثناء التخليق الحيوي أمر بالغ الأهمية ، وبالتالي فإن أحد الفرضيات الأكثر شهرة حول أصل الحياة هو ذلك الواقع في عالم الحمض النووي الريبي ، الذي يفترض بداية من جزيئات السلسلة البسيطة مع قدرة التكرار الذاتي.

تشير فكرة الحمض النووي الريبي (RNA) إلى أن المحفزات الحيوية الأولى لم تكن جزيئات ذات طبيعة بروتينية ولكن جزيئات الحمض النووي الريبي - أو بوليمر مشابه لهذا واحد - مع القدرة على إجراء الحفز الكيميائي.

يعتمد هذا الافتراض على خاصية الحمض النووي الريبي (RNA) في تجميع الأجزاء القصيرة باستخدام هدأ يوجه العملية ، بالإضافة إلى تشجيع تكوين الببتيدات والإسترات والسندات الجليكوزية.

وفقا لهذه النظرية ، ارتبط الحمض النووي الريبي الأجداد مع بعض العوامل المساعدة مثل المعادن ، بيريميدين والأحماض الأمينية. مع تقدم وزيادة التعقيد في عملية التمثيل الغذائي ، تنشأ القدرة على تصنيع الببتيدات.

في أثناء التطور ، تم استبدال الحمض النووي الريبي بجزيء أكثر استقرارًا كيميائيًا: الحمض النووي.

المفاهيم الحالية لأصل الحياة

يشتبه حاليًا في أن الحياة نشأت في سيناريو متطرف: المناطق المحيطية بالقرب من المداخن البركانية حيث يمكن أن تصل درجات الحرارة إلى 250 درجة مئوية والضغط الجوي يتجاوز 300 جو.

ينشأ هذا الشك بسبب تنوع أشكال الحياة الموجودة في هذه المناطق المعادية ويعرف هذا المبدأ باسم "نظرية العالم الساخن".

لقد تم استعمار هذه البيئات من قبل الأركاباريا ، والكائنات القادرة على النمو والتكاثر والتكاثر في البيئات القاسية ، وربما تشبه إلى حد كبير ظروف ما قبل التكوين الحيوي (بما في ذلك تركيزات الأكسجين المنخفضة ومستويات عالية من ثاني أكسيد الكربون).₂).

الاستقرار الحراري لهذه البيئات ، والحماية التي توفرها ضد التغيرات المفاجئة والتدفق المستمر للغازات هي بعض من السمات الإيجابية التي تجعل قاع البحر والمداخن البركانية بيئات مناسبة لأصل الحياة.

حيث التكوين الحيوي والتكوين التلقائي

في عام 1974 ، نشر الباحث الشهير كارل ساجان مقالاً يوضح استخدام المصطلحين: التولد الأحيائي وتولد الأجنة. وفقًا لساجان ، فقد تم إساءة استخدام كلا المصطلحين في المقالات المتعلقة بتفسير أصل الأشكال الحية الأولى.

من بين هذه الأخطاء هو استخدام مصطلح التولد الحيوي باعتباره متناقض خاص به. بمعنى ، يتم استخدام التولد الحيوي لوصف أصل الحياة من الأشكال الحية الأخرى ، بينما يشير التولد الحيوي إلى أصل الحياة من المادة غير الحية.

وبهذا المعنى ، يعتبر المسلك المعاصر للكيمياء الحيوية مصدرًا حيويًا ومسارًا استقلابيًا سابقًا للبيولوجيًا غير مولد المنشأ. لذلك ، من الضروري إيلاء اهتمام خاص لاستخدام كلا المصطلحين.

مراجع

1. بيرجمان ، ج. (2000). لماذا التكاثر غير ممكن. جمعية ابحاث الابداع الفصلية, 36(4).
2. Pross، A.، & Pascal، R. (2013). أصل الحياة: ما نعرفه وما نعرفه وما لن نعرفه أبدًا. علم الأحياء المفتوح, 3(3) ، 120190.
3. Sadava، D.، & Purves، W. H. (2009). الحياة: علم الأحياء. Ed. Panamericana Medical.
4. ساجان ، س. (1974). حول مصطلحات "التولد الحيوي" و "التخليق الذاتي". أصول الحياة وتطور المحيط الحيوي, 5(3) ، 529-529.
5. شميدت ، م. (2010). Xenobiology: شكل جديد من أشكال الحياة كأداة للسلامة الحيوية. Bioessays, 32(4) ، 322-331.
6. سيرافينو ، ل. (2016). التكوّن اللاإرادي كتحدي نظري: بعض الأفكار. جورعلم الأحياء النظري, 402, 18-20.