Yaşamın Kökeni: Modern Yaşamın Kökeni Teorisi

Oparin-Haldane Yaşamın Kökeni Teorisi olarak da bilinen Modern Teori hakkında bilgi edinmek için bu makaleyi okuyun!

Modern Teori veya Oparin-Haldane Yaşamın Kökeni Teorisi:

Bu teoriye göre, yaşam, erken yeryüzünde, moleküller oluşturmak üzere birleşen atomların fiziko-kimyasal işlemleriyle ortaya çıkmakta ve moleküller sırayla inorganik ve organik bileşikler üretmek üzere reaksiyona girmektedir. Organik bileşikler, ilk canlı sistemi veya hücreleri oluşturmak için düzenlenen her tür makromolekülün üretilmesi için etkileşime girdi.

Resim İzniyle: upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6f/Blacksmoker_in_Atlantic_Ocean.jpg

Bu nedenle, bu teoriye göre 'yaşam' kendiliğinden dünyamızın canlı olmayan maddeden kaynaklanmaktadır. İlk önce inorganik bileşikler ve daha sonra organik bileşikler sürekli değişen çevre koşullarına uygun olarak oluşturulmuştur. Buna dünyadaki mevcut çevresel koşullar altında oluşamayan kimyasal evrim denir. Yaşamın kökeni için uygun koşullar, yalnızca ilkel dünya üzerinde mevcuttu.

Oparin-Haldan teorisi aynı zamanda kimyasal teori veya doğal teori olarak da adlandırılır. AI Oparin (1894-1980) bir Rus Bilim İnsanıydı. 1936'da “Yaşamın Kökeni” adlı kitabını ve 1938'de İngilizce baskısını yayımladı. JBS Haldane (1892-1964) İngiltere'de doğdu, ancak Temmuz 1957'de Hindistan'a göç etti ve Bhubaneswar, Orissa'ya yerleşti. Biyolog, biyokimyacı ve genetikçi idi. Hem Oparin (1938) hem de Haldane (1929) yaşamın kökeni hakkında benzer görüşler verdi.

Yaşamın kökeni ile ilgili modem görüşler kimyasal evrim ve biyolojik evrimdir:

A. Kimyasal Evrim (Kemojenik):

1. Atomik Aşama:

Erken toprakta, protoplazmanın oluşması için gerekli olan tüm bu elementlerin (örneğin, hidrojen, oksijen, karbon, azot, kükürt, fosfor vb.) Sayısız atomu vardır. Atomlar, ağırlıklarına göre üç eş merkezli kütlede ayrıştırıldı, (a) Yerin merkezinde en ağır demir, nikel, bakır vs. atomları bulundu, (b) Orta ağırlıktaki sodyum, potasyum, silikon, magnezyum atomları dünyanın çekirdeğinde alüminyum, fosfor, klor, flor, kükürt vb. toplandı, (c) En hafif azot, hidrojen, oksijen, karbon vb atomları ilkel atmosferi oluşturdu.

2. İnorganik Moleküllerin Oluşumu:

H2 (Hidrojen), N2 (Azot), H20 (Su buharı), CH4 (Metan), NH3 (Amonyak), C02 (Karbon dioksit) gibi inorganik molekülleri oluşturmak için birleştirilmiş serbest atomlar. Hidrojen atomları ilkel atmosferde en fazla sayıda ve en reaktif idi.

İlk hidrojen atomları, tüm oksijen atomları ile birleşerek su oluşturur ve serbest oksijen bırakmaz. Bu nedenle, ilkel atmosfer, mevcut oksitleyici atmosferin aksine (serbest oksijenli) atmosferi (serbest oksijen olmadan) düşürüyordu.

Hidrojen atomları ayrıca azotla birleşerek amonyağı (NH3) oluşturur. Dolayısıyla su ve amonyak muhtemelen ilkel dünyanın ilk molekülleriydi.

3. Basit Organik Moleküllerin (Monomerler) Oluşumu:

Erken inorganik moleküller, basit şekerler (örneğin, riboz, deoksiriboz, glikoz, vb.), Azotlu bazlar (örneğin, pürinler, pirimidinler), amino asitler, gliserol, yağ asitleri, vb. Gibi basit organik molekülleri etkileşime soktu ve üretti.

Sağanak yağmurlar düşmüş olmalı. Su akarken, çözünmüş ve onunla birlikte tuzlar ve mineraller taşımış ve sonuçta okyanuslar şeklinde birikmiş olmalıdır. Bu nedenle eski okyanus suyu, büyük miktarlarda çözünmüş NH3, CH4, HCN, nitridler, karbürler, çeşitli gazlar ve elementler içeriyordu.

CH ₄ + C0 ₂ + H ₂ 0 -> Şekerler + Gliserol + Yağ Asitleri

CH4 + HCN + NH3 + H2 0 -> Purinler + Pirimidinler

CH4 + NH3 + C0 ₂ + H ₂ 0 -> Amino Asitler

Bazı dış kaynaklar, reaksiyonlar için karışıma etki ediyor olmalı. Bu dış kaynaklar (i) ultra-mor ışık, X-ışınları, vb. Gibi güneş radyasyonları, (ii) yıldırım gibi elektriksel deşarjlardan kaynaklanan enerji, (iii) yüksek enerji radyasyonları, diğer enerji kaynaklarıdır (muhtemelen dengesiz izotoplar). ilkel dünya). Atmosferde ozon tabakası yoktu.

Yaşayan hücrelerin ortaya çıktığına inanıldığı erken dünyanın okyanuslarında oluşan çorba benzeri bir madde suyu JB Haldan (1920) tarafından "prebiyotik çorba" ("sıcak sulandırılmış çorba" olarak da adlandırılır) olarak adlandırılmıştır. Böylece, evre çeşitli kimyasal elementlerin kombinasyonu için ayarlandı. Oluştuktan sonra, organik moleküller suda birikir, çünkü herhangi bir yaşam veya enzim katalizörü olmadığında bozunmaları çok yavaştır.

Abiyogenik Moleküler Yaşamın Evrimi İçin Deneysel Kanıtlar:

Daha sonra Chicago Üniversitesi'nden Harold Urey'in (1893-1981) mezun bir öğrencisi olan 1953'teki Stanley Miller, ultra-mor radyasyon veya elektriksel deşarjların veya ısının veya bunların bir kombinasyonunun bir bileşikten karmaşık organik bileşikler üretebileceğini açıkça gösterdi. metan, amonyak, su (su akışı) ve hidrojen karışımı. Miller'in deneyinde metan, amonyak ve hidrojen oranı 2: 1: 2 idi.

Miller hava sızdırmaz bir aparatta dört gaz-metan, amonyak, hidrojen ve su buharı sirküle etti ve 800 ° C'de elektrotlardan elektriksel deşarjları geçti. Karışımı bir yoğunlaştırıcıdan geçirdi.

Gazları bir hafta boyunca sürekli olarak bu şekilde dolaştırdı ve daha sonra cihazın içindeki sıvının kimyasal bileşimini analiz etti. Alanin, glisin ve aspartik asit gibi bazı amino asitleri içeren çok sayıda basit organik bileşik buldu. Miller, deneyi organik moleküllerin indirgeyici bir ortamda sentezlenebileceği fikrini test etmek için yaptı.

Üre, hidrojen siyanür, laktik asit ve asetik asit gibi başka maddeler de mevcuttu. Başka bir deneyde Miller, gazların karışımını aynı şekilde dolaştırdı, ancak elektrik boşalmasını geçemedi. Organik bileşiklerin önemli verimini alamadı.

Daha sonra birçok araştırmacı, pürinler, pirimidin ve basit şekerler, vs. dahil olmak üzere çok çeşitli organik bileşikler sentezledi. Canlı organizmaların nükleotitleri, amino asitleri, vb. Gibi temel 'yapı taşlarının' oluşabileceği düşünülmektedir. ilkel dünya.

4. Kompleks Organik Moleküllerin (Makromoleküller) Oluşumu:

Antik denizlerde biriken çeşitli amino asitler, yağ asitleri, hidrokarbonlar, pürinler ve pirimidin bazları, basit şekerler ve diğer organik bileşikler. İlkel atmosferde elektriksel deşarj, yıldırım, güneş enerjisi, ATP ve polifosfatlar organik sentezin polimerizasyon reaksiyonları için enerji kaynağı sağlamış olabilirler.

Miami Üniversitesi'nden SW Fox, neredeyse kuru bir amino asit karışımı ısıtıldığında, polipeptit moleküllerinin sentezlendiğini göstermiştir. Benzer şekilde basit şekerler polisakaritler oluşturabilir ve yağ asitleri, yağ üretmek için bir araya gelebilir. Amino asitler, diğer faktörler söz konusu olduğunda proteinler oluşturabilir.

Böylece, büyük kompleks organik moleküller oluşturmak için birleştirilmiş küçük basit organik moleküller, örneğin polipeptitler ve proteinler oluşturmak için birleştirilmiş amino asit birimleri, polisakkaritler oluşturmak için birleştirilmiş basit şeker birimleri, yağ asitleri ve yağlar, şekerler, azotlu bazlar ve fosfatlar oluşturmak üzere birleşmiş gliseroller birleştirilir. Eski okyanuslarda nükleik asitlere polimerize olan nükleotitler halinde birleştirilir.

Şeker + Şeker ———-> Polisakkaritler

Yağ Asitleri + Gliserol ———-> Yağlar

Aminoasitler- + Aminoasitler ———–> Proteinler

Azotlu Bazlar + Pentoz Şekerleri + Fosfatlar ———> Nükleotitler

Nükleotidler + Nükleotidler ———–> Nükleik Asitler

Hangisi İlk RNA veya Protein geldi?

RNA ilk hipotezi:

1980'lerin başında üç bilim adamı (Leslia orgel, Francis Crick ve Carl Woese) bağımsız olarak RNA'nın hayatta kalmak ve replikasyon için gerekli tüm molekülleri katalize ettiği yaşamın evriminde ilk aşama olarak önerdi. Thomas Ceck ve Sidney Altman 1989'da kimyada Nobel Ödülü'nü paylaştı, çünkü RNA'nın hem substrat hem de enzim olabileceğini keşfetti.

İlk hücreler RNA'yı kalıtsal molekülü olarak kullandıysa, DNA bir RNA şablonundan evrimleşmiştir. DNA muhtemelen, kalıtsal bir molekül olarak gelişmedi ve RNA bazlı yaşam membran içine alınmış hale geldi. Hücreler bir kez DNA geliştikten sonra muhtemelen çoğu organizma için genetik kod olarak RNA'nın yerini almıştır.

Protein Birinci Hipotezi:

Bazı yazarlar (örneğin Sidney Fox, 1978), bir nükleik asit replikatif sisteminden önce bir protein katalitik sistemin geliştirilmesi gerektiğini iddia etmiştir. Sidney Fox, amino asitlerin proteininoitler oluşturmak için kuru ısıya maruz kaldıklarında abiyotik olarak polimerize olduğunu göstermiştir.

Cairns-Smith'in Hipotezi:

Hem proteinlerin hem de RNA'nın aynı anda ortaya çıktıklarına göre Graham Caims-Smith tarafından önerildi.

Nükleoproteinlerin Oluşumu:

Dev nükleoprotein molekülleri, nükleik asit ve protein moleküllerinin birleşmesiyle oluşturulmuştur. Bu nükleoprotein parçacıkları, serbest yaşayan genler olarak tanımlandı. Nükleoproteinler muhtemelen ilk yaşam belirtisini verdiler.

B. Biyolojik Evrim (Biyojen):

Yaşamın Kökeni İçin Koşullar:

Yaşamın kökeni için en az üç koşul gerekir.

(a) Kendi kendini üreten moleküller gibi bir çoğalıcı arzı yapılmış olmalı.

(b) Bu çoğalıcıların kopyalanması mutasyon yoluyla hataya uğramış olmalı.

(c) Çoğalıcılar sisteminin sürekli bir serbest enerji tedariki ve genel ortamdan kısmi izolasyon gerektirmiş olması gerekir.

Erken dünyadaki yüksek sıcaklık mutasyon gereksinimini karşılardı.

1. Protobionts veya Protocell'ler:

Bunlar en az iki çeşit oldukça basit laboratuvar üretimli yapıdır - Oparin, eşlik eden ve proto hücrelerin temel ön koşullarından bazılarına sahip olan Fox'un mikroküreleridir.

Her ne kadar bu yapılar yapay olarak yaratılmış olsalar da, biyolojik olmayan zar muhafazalarının (proto hücreler) en azından kısa bir süre boyunca reaktif sistemleri sürdürmüş olabileceğini ve moleküller içeren zar bağlı veziküllerin deneysel üretimi üzerinde araştırmalara yol açabileceğini göstermektedir. proto hücreleri.

(i) Koaservatlar:

İlk hipotez Oparin (1920) tarafından önerilmiştir. Bu hipoteze göre, erken proto hücre ortak bir ortak olabilirdi. Oparin koakervatlar terimini verdi. Bunlar, bugün daha karmaşık hücrelerin geliştiği ilk canlı hücrelerin oluşumuna yol açan canlı olmayan yapılardı.

Oparin, bir proto hücrenin, bir koaservat oluşturmak üzere birikir, bir karbonhidrat, protein, lipit ve nükleik asit içerdiğini iddia etti. Böyle bir yapı, bir su molekülleri filmi ile çevrili bir organik makromolekül koleksiyonundan oluşabilir.

Su moleküllerinin bu düzenlenmesi, bir zar olmasa da, organik moleküller ve çevreleri arasında fiziksel bir engel işlevi görmüş olabilir. Seçici olarak çevrelerinden malzeme alabilir ve bunları yapılarına dahil edebilirler.

Koaservatlar laboratuarda sentezlendi. Seçici olarak çevredeki sudan kimyasalları emebilir ve bunları yapılarına dahil edebilirler. Bazı koakervatlar, belirli bir kimyasal reaksiyon tipini yönlendiren enzimler içerir.

Kesin bir zardan yoksun oldukları için, koakervatların canlı olmadığını iddia eden hiç kimse yaşamaz, ancak bazı karakterlere benzer canlılar sergilerler. Basit ama kalıcı bir organizasyonları var. Uzun süre boyunca çözümde kalabilirler. Boyutlarını büyütme yetenekleri var.

(ii) Mikroküreler:

Bir başka hipotez, erken proto hücrenin bir mikrosfer olabileceğidir. Bir mikrosfer, çift katmanlı dış sınırı olan, canlı olmayan bir organik makromolekül koleksiyonudur. Mikrosfer terimi Sydney Fox (1958-1964) tarafından verildi.

Sidney Fox, proteinlerden mikro küreler oluşturma kabiliyetini göstermiştir. Proteinoidler, dallı amino asit zincirlerinden oluşan protein benzeri yapılardır. Proteinoidler, amino asitlerin 180 ° C sıcaklıkta dehidrasyon sentezi ile oluşturulur. Miami Üniversitesi'nden Fox, tek amino asitleri proteinlerin polimerlerinde birleştirmenin mümkün olduğunu gösterdi. Ayrıca, bu proteinlerden mikro küreler oluşturma yeteneğini de gösterdi.

Fox, proteininoid agregasyonlarından kaynaklanan küçük küresel hücre benzeri birimler gözlemledi. Bu moleküler agregalara proteinino mikro küreler adı verildi. İlk hücresel olmayan yaşam formları, 3 milyar yıl öncesine dayanabilirdi. Dev moleküller olurdu (RNA, Proteinler, Polisakkaritler vs.).

Mikro küreler, proteininoitler kaynar suya yerleştirildiğinde ve yavaşça soğumaya bırakıldığında oluşabilir. Proteinli malzemenin bir kısmı, mikroküreyi saran çift sınırlı bir yapı üretir. Bu duvarlar lipitler içermemelerine rağmen, bazı membran benzeri özellikler sergilerler ve hücresel bir zarın yapısını önerirler.

Mikroküreler, çevresindeki çözeltideki ozmotik potansiyele bağlı olarak şişer veya büzülür. Ayrıca, hücreler tarafından gösterilene benzer bir iç hareket türü (akış) gösterirler ve enzim olarak işlev gören bazı proteinleri içerirler. ATP'yi bir enerji kaynağı olarak kullanmak, mikroküreler, polipeptitlerin ve nükleik asitlerin oluşumunu yönlendirebilir. Malzemeyi çevresindeki ortamdan emebilirler.

Hareketlilik, büyüme, iki parçacık halinde ikili bölünme ve tomurcuklanma ve parçalanma ile üreme yeteneğine sahiptirler. Yüzeysel olarak, tomurcuklanması bakteri ve mantarlarınkilere benzer.

Bazı araştırmacılara göre, mikroküreler ilk yaşayan hücreler olarak düşünülebilir.

2. Prokaryotların Kökeni:

Prokaryotlar, yaklaşık 3.5 milyar yıl önce denizdeki proto hücrelerden kaynaklandı. Atmosfer anaerobikti çünkü atmosferde serbest oksijen yoktu. Prokaryotlarda nükleer membran, hücre iskeleti veya kompleks organeller bulunmaz. İkili bölünme ile bölünürler. Bilinen en eski fosil hücrelerin bazıları stromatolitlerin parçaları olarak ortaya çıkar. Stromatolitler günümüzde sedimanlardan ve fotosentetik prokaryotlardan (çoğunlukla filamentli cynobacteria - mavi yeşil alglerden) oluşur.

3. Beslenme Modlarının Gelişimi:

(i) Heterotroflar:

En eski prokaryotlar, organik moleküllerin deniz et suyundan oksijensiz atmosferde fermente edilmesiyle (muhtemelen atmosferi azaltır) enerji elde ettiler. Yiyecek olarak hazır organik malzemeye ihtiyaç duyuyorlardı ve bu yüzden heterotroflardı.

(ii) Ototrophlar:

Heterotrof sayısındaki hızlı artış nedeniyle, deniz suyundan beslenen besin maddeleri kaybolmaya ve yavaş yavaş tükenmeye başladı. Bu, ototrofların evrimine yol açtı. Bu organizmalar kemosentez veya fotosentez yoluyla kendi organik moleküllerini üretme yeteneğine sahiplerdi.

(a) Kemoototroflar:

Sıcaklığın düşmesi deniz suyunda organik moleküllerin sentezini durdurdu. İlk prokaryotların bazıları, belirli inorganik kimyasal reaksiyonlar sırasında salınan enerji kullanılarak organik gıda hazırlayan kemoautotrophlara dönüştürüldü. Bu anaerobik kemoautotrophlar mevcut anaerobik bakteriler gibiydiler. Atmosferde CO ₂ saldılar.

(b) Fotograflar:

Klorofil molekülünün evrimi, bazı protokollerin ışık enerjisi kullanmasını ve karbonhidratları sentezlemesini sağladı. Bunlar anaerobik fotoototroflardı. Hidrojen kaynağı olarak su kullanmadılar. Hidrojen sülfürün hidrojen ve sülfür olarak bölündüğü günümüzdeki kükürt bakterilerine benziyorlardı. Gıda üretiminde hidrojen kullanılmış ve atık ürün olarak sülfür salınmıştır.

Aerobik fotoarotrotlar güneş enerjisi varlığında karbonhidratı sentezlemek için suyu bir hidrojen kaynağı olarak karbon ve karbondioksit kaynağı olarak kullandılar. İlk aerobik fotoarotrotlar, klorofil içeren siyanobakteriler (mavi yeşil algler) benzeri formlardı. Atmosferde oksijeni fotosentezin ürünü olarak saldılar. Genetik varyasyonun ana kaynağı mutasyondu.

Oksijen Devrimi:

Fotoraf sayısı arttıkça, denizde ve atmosferde oksijen salınır. İlkel atmosferde mevcut olan metan ve amonyak ile reaksiyona girmekten daha serbest oksijen, metan ve amonyağı karbon dioksit ve serbest azot haline dönüştürür.

CH4 + 20 ₂ ————-> CO2 + 2H20

4NH ₃ + 3O ₂ ———–> 2N ₂ + 6H ₂ O

Mavi yeşil alglere ait en eski fosil, 3.2 milyar yıllık olan Archaeospheroides barbertonensis. Oksijen salgılayan prokaryotlar ilk önce en az 2.5 milyar yıl önce ortaya çıktı.

4. Ozon Tabakasının Oluşumu:

Atmosferde oksijen biriktiğinde, ultraviyole ışık oksijenin bir kısmını ozon haline getirdi.

2O ₂ + O ₂ ———-> 2O ₃

Ozon, atmosferde, morötesi ışığı engelleyen ve ana enerji kaynağı olarak görünen ışığı bırakan bir katman oluşturdu.

5. Ökaryotların Kökeni:

Ökaryotlar yaklaşık 1.5 milyar yıl önce ilkel prokaryotik hücrelerden gelişmiştir. Ökaryotların kökenine dair iki görüş vardır.

(i) Simbiyotik Köken:

Boston Üniversitesi'nden Margulis'e (1970-1981) göre, bazı anaerobik predatör konak hücreler, ilkel aerobik bakterileri içine çekmiş ancak onları sindirmemiştir. Bu aerobik bakteri kendilerini konakçı hücrelerin içinde simbiyotikler olarak oluşturdu. Bu yırtıcı konakçı hücreler ilk ökaryotik hücreler haline geldi.

Yırtıcı konakçı hücreleri, aerobik bakterileri içine çeken hayvan hücrelerine dönüşürken, hem aerobik bakterileri hem de mavi-yeşil algleri yakalayanlar ökaryotik bitki hücreleri haline geldi. Aerobik bakteriler kendilerini mitokondri, mavi yeşil alg ve kloroplast olarak oluşturdular.