نظرية التوليف اللاأحيائي: الخصائص الرئيسية - مادة الاحياء - 2026

و خلاصة نظرية غير الحيوية هو الفرضية القائلة بأن يقترح أن الحياة نشأت من المركبات غير الحية (غير الحيوية = غير الحية). يقترح أن الحياة نشأت تدريجياً من تخليق الجزيئات العضوية. من بين هذه الجزيئات العضوية ، تبرز الأحماض الأمينية ، وهي مقدمة لبنى أكثر تعقيدًا تؤدي إلى نشوء الخلايا الحية.

الباحثون الذين اقترحوا هذه النظرية هم العالم الروسي ألكسندر أوبارين وعالم الكيمياء الحيوية البريطاني جون هالدين. توصل كل من هؤلاء العلماء ، الذين حققوا بمفردهم ، إلى نفس الفرضية: أن أصل الحياة على الأرض جاء من المركبات العضوية والمعدنية (المواد غير الحية) التي كانت موجودة سابقًا في الغلاف الجوي البدائي.

جون هالدين ، أحد مروجي نظرية التركيب اللاأحيائي

مما تتكون؟

تثبت نظرية التوليف اللاأحيائي أن أصل الحياة على الأرض كان بسبب المزيج بين المركبات العضوية وغير العضوية التي كانت موجودة في الغلاف الجوي في ذلك الوقت ، والتي كانت محملة بالهيدروجين والميثان وبخار الماء ، ثاني أكسيد الكربون والأمونيا.

نظرية أوبارين وهلدان

اعتقد أوبارين وهلدان أن الغلاف الجوي للأرض في وقت مبكر ؛ أي ، جو به القليل من الأكسجين حيث تميل الجزيئات الموجودة إلى التبرع بإلكتروناتها.

بعد ذلك ، سيتغير الغلاف الجوي تدريجيًا مما يؤدي إلى ظهور جزيئات بسيطة مثل الهيدروجين الجزيئي (H2) والميثان (CH4) وثاني أكسيد الكربون (CO2) والأمونيا (NH3) وبخار الماء (H2O). في ظل هذه الظروف ، اقترحوا ما يلي:

- يمكن أن تتفاعل الجزيئات البسيطة ، باستخدام الطاقة من أشعة الشمس ، والتفريغ الكهربائي من العواصف ، وحرارة نواة الأرض ، من بين أنواع أخرى من الطاقة التي أثرت في النهاية على التفاعلات الفيزيائية والكيميائية.

- شجع هذا على تكوين coacervates (أنظمة الجزيئات التي نشأت منها الحياة ، وفقًا لأوبارين) التي طفت في المحيطات.

- في هذا "المرق البدائي" ، ستكون الظروف مناسبة بحيث يمكن دمج اللبنات الأساسية في التفاعلات اللاحقة.

- تشكلت جزيئات (بوليمرات) أكبر وأكثر تعقيدًا مثل البروتينات والأحماض النووية من هذه التفاعلات ، وربما يفضلها وجود الماء في البرك القريبة من المحيط.

- يمكن تجميع هذه البوليمرات في وحدات أو هياكل يمكن صيانتها وتكرارها. اعتقد أوبارين أنها يمكن أن تكون "مستعمرات" من البروتينات التي تم تجميعها معًا للقيام بعملية التمثيل الغذائي ، واقترح هالدين أن الجزيئات الكبيرة أصبحت مغلقة في أغشية لتشكيل هياكل شبيهة بالخلايا.

اعتبارات حول النظرية

ربما تكون التفاصيل في هذا النموذج غير صحيحة تمامًا. على سبيل المثال ، يعتقد الجيولوجيون الآن أن الغلاف الجوي المبكر لم يكن يتقلص ، وليس من الواضح ما إذا كانت البرك على حافة المحيط هي الموقع المحتمل لأول ظهور للحياة.

ومع ذلك ، فإن الفكرة الأساسية "التكوين التدريجي والعفوي لمجموعات من الجزيئات البسيطة ، ثم تكوين هياكل أكثر تعقيدًا ، وأخيرا اكتساب القدرة على التكرار الذاتي" تظل في صميم معظم فرضيات أصول الحياة الفعلية.

تجارب تدعم نظرية التوليف اللاأحيائي

تجربة ميلر وأوري

في عام 1953 ، أجرى ستانلي ميلر وهارولد أوري تجربة لاختبار أفكار أوبارين وهالدين. ووجدوا أن الجزيئات العضوية يمكن إنتاجها تلقائيًا في ظل ظروف اختزال مماثلة لتلك الموجودة في الأرض المبكرة الموصوفة سابقًا.

قام ميلر وأوري ببناء نظام مغلق يحتوي على كمية من الماء الساخن ومزيج من الغازات التي كان يعتقد أنها وفيرة في الغلاف الجوي للأرض في وقت مبكر: الميثان (CH4) وثاني أكسيد الكربون (CO2) والأمونيا (NH3).

لمحاكاة صواعق البرق التي كان من الممكن أن توفر الطاقة اللازمة للتفاعلات الكيميائية التي أدت إلى حدوث بوليمرات أكثر تعقيدًا ، أرسل ميلر وأوري شحنات كهربائية عبر قطب كهربائي في نظامهما التجريبي.

تجربة ميلر وأوري

بعد إجراء التجربة لمدة أسبوع ، اكتشف ميلر وأوري أنه تم تشكيل أنواع مختلفة من الأحماض الأمينية والسكريات والدهون والجزيئات العضوية الأخرى.

كانت الجزيئات الكبيرة والمعقدة - مثل الحمض النووي والبروتين - مفقودة. ومع ذلك ، أظهرت تجربة Miller-Urey أن بعض اللبنات الأساسية لهذه الجزيئات يمكن أن تتشكل تلقائيًا من مركبات بسيطة.

تجربة خوان أورو

استمرارًا في البحث عن أصول الحياة ، استخدم العالم الإسباني خوان أورو معرفته البيوكيميائية لتحقيق تركيب ، في ظل ظروف معملية ، جزيئات عضوية أخرى مهمة للحياة.

أورو كرر ظروف تجربة ميلر وأوري ، التي تنتج مشتقات السيانيد بكميات كبيرة.

باستخدام هذا المنتج (حمض الهيدروسيانيك) ، بالإضافة إلى الأمونيا والماء ، تمكن هذا الباحث من تخليق جزيئات الأدينين ، وهي إحدى القواعد النيتروجينية الأربعة للحمض النووي وأحد مكونات ATP ، وهو جزيء أساسي لتوفير الطاقة لمعظم الكائنات الحية.

عندما نُشر هذا الاكتشاف في عام 1963 ، لم يكن له تأثير علمي فحسب ، بل كان له أيضًا تأثير شائع ، لأنه أظهر إمكانية الظهور التلقائي للنيوكليوتيدات على الأرض المبكرة دون أي تأثير خارجي.

كما تمكن من تخليق وإعادة تكوين بيئة مماثلة في المختبر لتلك التي كانت موجودة على الأرض البدائية ، والمركبات العضوية الأخرى ، وخاصة الدهون التي تشكل جزءًا من أغشية الخلايا ، وبعض البروتينات والإنزيمات النشطة المهمة في عملية التمثيل الغذائي.

تجربة سيدني فوكس

في عام 1972 ، أجرى سيدني فوكس ومعاونوه تجربة سمحت لهم بتكوين هياكل ذات خصائص غشائية وتناضحية. وهذا يشبه الخلايا الحية التي أطلقوا عليها اسم الكريات المجهرية البروتينية.

باستخدام خليط جاف من الأحماض الأمينية ، شرعوا في تسخينها إلى درجات حرارة معتدلة ؛ وهكذا حققوا تكوين البوليمرات. عندما تذوب هذه البوليمرات في محلول ملحي ، تكون قطيرات صغيرة بحجم خلية بكتيرية قادرة على تنفيذ تفاعلات كيميائية معينة.

تحتوي هذه الكريات المجهرية على غلاف مزدوج قابل للاختراق ، على غرار أغشية الخلايا الحالية ، مما سمح لها بالترطيب والتجفيف اعتمادًا على التغيرات في البيئة التي توجد فيها.

كل هذه الملاحظات التي تم الحصول عليها من دراسة الكريات المجهرية ، أظهرت فكرة عن نوع العمليات التي يمكن أن تكون قد نشأت الخلايا الأولى.

تجربة ألفونسو هيريرا

أجرى باحثون آخرون تجاربهم الخاصة في محاولة لتكرار الهياكل الجزيئية التي أدت إلى ظهور الخلايا الأولى. تمكن العالم المكسيكي ألفونسو هيريرا من إنشاء هياكل اصطناعية أطلق عليها اسم sulfobios و colpoids.

استخدم هيريرا خليطًا من المواد مثل سلفوسيانيد الأمونيوم وثيوسانات الأمونيوم والفورمالدهيد ، والتي تمكن من خلالها من تصنيع هياكل صغيرة ذات وزن جزيئي مرتفع. تم تنظيم هذه الهياكل الغنية بالكبريت بطريقة مماثلة للخلايا الحية ، ولهذا أطلق عليها اسم sulfobia.

وبالمثل ، قام بخلط زيت الزيتون والبنزين بكميات صغيرة من هيدروكسيد الصوديوم لتوليد أنواع أخرى من البنى المجهرية التي تم تنظيمها بطريقة مماثلة للأوليات ؛ أطلق على هذه المجهرية اسم كولبويدس.

المراجع

1. كارانزا ، ج. (2007). علم الأحياء I. عتبة التحرير ، المكسيك.
2. فلوريس ، آر ، هيريرا ، إل آند هيرنانديز ، ف. علم الأحياء 1 (الطبعة الأولى). المقدمة الافتتاحية.
3. فوكس ، سو (1957). المشكلة الكيميائية للتوليد التلقائي. مجلة التربية الكيميائية ، 34 (10) ، 472-479.
4. فوكس ، سو ، وهارادا ، ك. (1958). البلمرة الحرارية للأحماض الأمينية إلى منتج يشبه البروتين. علم ، 128 ، 1214.
5. جاما ، أ. (2004). علم الأحياء: التولد الحيوي والكائنات الدقيقة (الطبعة الثانية). تعليم بيرسون.
6. جاما ، أ. (2007). علم الأحياء الأول: نهج بنائي (الطبعة الثالثة). تعليم بيرسون.
7. جوردون سميث ، سي (2003). فرضية أوبارين هالدين. أصل الحياة: معالم القرن العشرين. تم الاسترجاع من: simsoup.info
8. هيريرا ، أ. (1942). نظرية جديدة لأصل وطبيعة الحياة. علم ، ٩٦:١٤.
9. ليديسما ماتيوس ، آي ، وكليفز ، إتش جي (2016). ألفونسو لويس هيريرا وبدايات نظرية التطور والدراسات في أصل الحياة في المكسيك. مجلة التطور الجزيئي ، 83 (5-6) ، 193-203.
10. ماكولوم ، ت. (2013). Miller-Urey وما بعده: ما الذي تعلمته عن تفاعلات التخليق العضوي البريبيوتيك في السنوات الستين الماضية؟ المراجعة السنوية لعلوم الأرض والكواكب ، 41 ، 207-229.
11. ميلر ، س. (1953) إنتاج الأحماض الأمينية في ظل ظروف الأرض البدائية المحتملة. Science 117: 528-529
12. ميلر ، إس إل (1955). إنتاج بعض المركبات العضوية في ظل ظروف الأرض البدائية المحتملة. مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية.
13. ميلر ، إس إل ، أوري ، HC ، وأورو ، ج. (1976). أصل المركبات العضوية على الأرض البدائية وفي النيازك. مجلة التطور الجزيئي ، 9 (1) ، 59-72.
14. أونات ، إل (2010). علم الأحياء 1 ، المجلد 1. محررو Cengage Learning.
15. Parker، ET، Cleaves، HJ، Callahan، MP، Dworkin، JP، Glavin، DP، Lazcano، A.، & Bada، JL (2011). توليف بريبيوتيك للميثيونين والمركبات العضوية الأخرى المحتوية على الكبريت على الأرض البدائية: إعادة تقييم معاصرة بناءً على تجربة ستانلي ميلر غير المنشورة عام 1958. أصول الحياة وتطور البيوسفير ، 41 (3) ، 201-212.