Geneza życia w ujęciu ...
Geneza życia w ujęciu filozoficznym - materiał zaliczeniowy, Studia, Ogrodnictwo
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->Geneza życia w ujęciu filozoficznym (Konrad Karaszewski) – ekstrakt z wykładówDefinicja życia– nie ma jednoznacznej definicji życia, ale przyjmuje się, że musicharakteryzować się ono trzema cechami: metabolizmem, replikacją oraz zdolnościądo ewolucji. Większość badaczy dodaje jako czwartą cechę, oddzielenie odśrodowiska.Teoria samorództwa– teoria powstania życia wg której powstaje ono wskutek siłnatury, uwzględnia ciągłe powstawanie zaawansowanych organizmów bez udziałunasienia czy rodziców. Należy uwzględnić, że teoria ta budziła wątpliwościówczesnych badaczy – jeden z argumentów przeciw był nawet religijnej natury,jednakże mechanizm powstawania małych istot (muchy, myszy itp.) był wówczasnieznany w przeciwieństwie oczywiście do słynnego „Omne vivum ex ovo”(„wszystko, co żywe powstaje z jaja (istoty żywej)”Witalizm/Mechanicyzm– w obu stanowiskach wychodzi się od tego samegozałożenia o budowie organizmu jako układu materialnego złożonego zuporządkowanych i różnych od siebie części, które na siebie oddziałują.Mechanicyzm to poszukiwanie zasad działania całości w zasadach działania części,a bardziej konkretnie to stosowanie praw fizyki i chemii do wyjaśniania zagadnieńbiologicznych. Witalizm do twierdzenia o całości jako sumie części dodajeniematerialny, duchowy, empirycznie nieweryfikowalny czynnik, którym warunkujecałościowy charakter układu żywego.Panspermia. Na początku XX wieku wielu badaczy próbowało rozwiązać zagadkępowstania życia, omijając pytanie o jego pochodzenie. Fizycy podążając za konkluzjąPasteura, że życie może zostać zrodzone z innego życia, twierdzili, że nigdy się ononie narodziło, a jest raczej wieczne, jak sama materia. Na przełomie wieków, pojawiłosię wiele teorii sugerujących, że w jakiejś nieodkrytej części kosmosu warunkisprzyjają odwiecznemu życiu i, że zostało ono dostarczone na Ziemię. Wszystkiewersje panspermii bazowały na tym samym założeniu o odrębności kategorii dojakich zaliczyć można życie oraz materię. Dodatkowo, opierały się one o prawakonserwacji materii i energii, które sugerowały wieczność wszechświata – w takimmodelu, materia jest wieczna, a jedynie forma ulega zmianie.1Hipoteza „prebiotycznego bulionu”– autorstwo hipotezy przypisuje się dwómautorom. Pierwszym z nich jestAleksandr Iwanowicz Oparin,drugimJohn BurdonSanderson Haldane,którzy mniej więcej w tym samym czasie (1929 rok), niekontaktując się ze sobą utworzyli jej podwaliny. Dlatego też hipoteza ta dziśnazywana jest również hipotezą Oparina-Haldane’a. Jest ona istotna dlatego, że obajautorzy założyli w niej, że do powstania pierwszych układów ożywionych musiałodojść w wyniku reakcji biochemicznych pomiędzy cząsteczkami organicznymi napierwotnej Ziemi oraz określili oni warunki biogeochemiczne w jakich życie miałobysię narodzić.Oparin i Haldane, każdy na swój sposób, uznając złożoność komórki, z jejwielofunkcyjnymi organellami i systemem reakcji chemicznych wspomaganychenzymatycznie, pragnęli pokazać przejście pomiędzy materią nieożywioną, aukładami ożywionymi, wskazując na pośrednie kroki jej ewolucji.Hipoteza Oparina-Haldane’a bazuje głównie na tym, że do powstania życia w postaciprakomórki, miało dojść w górnej warstwie oceanów na pierwotnej Ziemi. Pierwotnaatmosfera była całkowicie wolna od tlenu, a w wyniku współoddziaływaniapromieniowania UV, rozpuszczonego dwutlenku węgla i obecnego w beztlenowejatmosferze amoniaku, zaszła synteza związków organicznych w górnej warstwieoceanów. W wyniku zachodzących procesów, pierwotny ocean stawał sięrozpuszczonym roztworem cząsteczek organicznych, któremu J.B.S. Haldane nadałnazwę „gorącej rozpuszczonej zupy”. Po wielu nieudanych próbach, doszło dosyntezy praprzodka komórki wyposażonej w uproszczone mechanizmy, jakimidysponują współczesne komórki oraz oddzielonego od środowiska lipidowąmembraną. Od czasu powstania, hipoteza Oparina-Haldane’a doczekała sięoczywiście wielu wersji, modyfikowanych w zależności od ogólnego stanu wiedzypokrewnych dyscyplin. Pierwotny ocean mógł nie być dobrym środowiskiem dlareakcji chemicznych, które z podstawowych pierwiastków, miały utworzyć złożonestruktury cząsteczek, stanowiące budulec organizmów żywych. Główny problemstanowi zbyt wielkie rozproszenie cząsteczek. Związki biogenne znaczeniu, są poprostu zbyt rozcieńczone w wodzie.2Prace Aleksandra Oparina- Celem Oparina było pokazanie, że wszystkie głównecechy układu ożywionego, takie, jak organizacja komórkowa, metabolizm,reprodukcja i wykazywanie reakcji na bodźce zewnętrzne, mają swoje równoznaczneprzejawy w postaci fizycznych i chemicznych mechanizmów. Byłprzeciwnikiemkoncepcji witalistycznych,głoszących, że złożoność biologicznej organizacji niejest w stanie ewoluować z materii nieożywionej.Idea Oparina, aby pokazać przejście pomiędzy materią nieożywioną, a systemamiożywionymi odniosła się do dziedziny chemii jaką byłachemia koloidów.W 60latach dziewiętnastego wieku, grupa substancji chemicznych, takich jak skrobia,kleje, żelatyna i inne proteiny były charakteryzowane według ich zachowania się wroztworach.Koloidyw odróżnieniu odkrystaloidów,takich jak sole czypolisacharydy, charakteryzowały się ograniczoną zdolnością do rozpuszczania się ikrystalizacji oraz poprzez formowanie zawiesiny na powierzchni rozpuszczalników.Dziś wiemy, że zachowanie się w roztworach uzależnione jest od wielkościrozpuszczanych cząsteczek, ale w tamtych czasach, chemia koloidów była głównymnarzędziem badania komórki, jej protoplazmy oraz wewnętrznych organelli. Takzatem, zgodnie z hipotezą A. Oparina, składniki organiczne utworzyły, w pierwotnymoceanie, jakiś rodzaj koloidowego roztworu. Kiedy roztwór zawierający określonepolimery osiąga dane stadium koncentracji, następuje proces zwanykoagulacją.Proces ten uwzględnia asocjację polimerów takich, jak cukry i proteiny, pod wpływemsił wewnątrzcząsteczkowych do form mikroskopijnych kropelek, zwanych„koacerwatami”. Koacerwaty charakteryzują się oddzieleniem od środowiska orazzdolnością do absorbowania z otoczenia małych cząsteczek organicznych, takich jakmonocukry czy aminokwasy. Mogą absorbować także większe cząsteczki, jakproteiny, które mogłyby funkcjonować jako pierwsze, w historii życia na Ziemi,enzymy. Funkcjonowanie prostego metabolizmu koacerwatów zostałoeksperymentalnie udowodnione przez A. Oparina. W wyniku absorpcji cząsteczekfosforanu glukozy, przemieniał się on w skrobię, skutkiem czego kropelki rosły, a poosiągnięciu pewnej wielkości dochodziło do ich podziału. W wyniku tego podziału,niektóre z cech „komórki rodzicielskiej”, szczególnie wewnętrzna organizacjacząsteczek proteinowych odpowiedzialna za zdolność do absorbowania materiału inarastania, zostały przekazywane na „komórki potomne”. Oparin próbowałwytworzyć koacerwaty z polipeptydów, polisacharydów lub z kwasów nukleinowych.Cząsteczki te w wodnym roztworze przyjmowały względnie stałe krople powleczone3błoną. Krytycy wskazali, że twory produkowane przez Oparina są sztuczne i niepochodzą z abiogennego materiału, lecz z materiałów z systemów już ożywionych.Wskazywali również na wątpliwą stabilność tak uzyskanych koacerwatów.Aleksander Oparin zasugerował, że wśród koacerwatów mógł funkcjonować pewienrodzaj selekcji naturalnej, w wyniku której kropelki obdarzone lepszą organizacjąwewnętrzną wzrastały i reprodukowały się szybciej od pozostałych. Twierdził on, żezdolność do utrzymania prymitywnego metabolizmu, wzrastania i reprodukcji orazrywalizacja oparta o zróżnicowanie w przystosowaniu do warunków środowiskaprzeniosła ewolucję na poziom złożonych i zaawansowanych układów. Ustanowił wten sposób paradygmat metabolizmem, związany z kluczową cechą, którą musicharakteryzować się pierwszy ożywiony układ w historii naszej planety.Na dalszym etapie, wszystkie materiały organiczne w środowisku uległy wyczerpaniui jedynie organizmy, które opanowały heterotrofię mogły przetrwać i kontynuowaćswój rozwój. W ten sposób doszło do wypracowania mechanizmu fotosyntezy.Prace J.B.S. Haldane’a– John Burdon Sanderson Haldane zainspirowanybył dokonaniami na polu rozwijającej sięgenetyki, odkryciem wirusówi pracaminadsyntezą cukrów.Wyszedł z założenia, żepierwotna atmosfera nie zawierałatlenualbo zawierała go w znikomej ilości. Swoje przypuszczenia oparł na hipotezie,że węgiel jaki odnajdujemy teraz w postaci węgla kopalnego wraz z innymiorganicznymi szczątkami oraz w różnorodnych złożach mineralnych, był wprzeszłości dwutlenkiem węgla wiążącym cały obecny na planecie wolny tlen. Jakwierzył J.B.S. Haldane, pierwotna atmosfera zawierała dwutlenek węgla, amoniakoraz parę wodną. Podążając tym tropem, wnioskował, że z powodu braku tlenu, nieistniała powłoka ozonowa, w wyniku czego możliwe było stałe oddziaływaniepromieniowania ultrafioletowego słońca. Promieniowanie to, jak podkreślał byłowysoce energetyczne i mogło pomóc w syntezie organicznych składników znieorganicznych cząsteczek. W wyniku takiej syntezy, składniki organiczneformowały coraz to bardziej złożone cząsteczki, które kumulowały się w pierwotnymoceanie, tworząc „gorącą rozpuszczoną zupę”. Haldane zakładał, żepierwszeożywione lub na wpół-ożywione układybyły dużymi organicznymi cząsteczkamizdolnymi do reprodukcji. Biorąc pod uwagę, że proces reprodukcji wymaga dostawróżnorodnych cząsteczek, zakładał, że pierwotny ocean był ich pełen, że stanowił„rozległe laboratorium chemiczne” produkujące wymagane materiały. Twierdził, żenie ma możliwości aby ocenić, jak długo te, na wpół ożywione, obiekty pozostawały4w prymitywnej fazie. Jednakże, na pewnym etapie uformował się pewien rodzajoleistej zawiesiny, która zawierała cząsteczki zdolne do reprodukcji, skąd następnymkrokiem było pojawienie się pierwszej komórki. Sugestia J.B.S. Haldane’a, żepośrednim etapem na drodze do pierwszego organizmu była samo-reprodukująca sięcząsteczka, zainspirowane byłoodkryciem wirusów.Na początku wieku, wirusy,które są o wiele mniejsze niż bakterie, były niewykrywalne przez mikroskopy, a ichobecność wykrywano poprzez wpływ jaki miały na komórki. Był pod szczególnymwrażeniem odkrycia bakteriofagu, czyli wirusa, który zaraża i replikuje się wewnątrzbakterii, dokonanego w 1917 roku przez Félixa D’Hérelle. Odkrycie to zainicjowałodebatę o tym, czy bakteriofag jest istotą żywą. Dal Haldane’a istotna była zdolnośćdo reprodukcji w zależności od otoczenia – co stanowiło cechę poszukiwaną dlaprzedstawiciela fazy przejściowej pomiędzy nieożywioną materią, a systememożywionym. Wskazał na analogię pomiędzy środowiskiem komórkowym w rozwojuwirusa, a „prebiotyczną zupą” jako środowisku odżywczym dla powstającego życia.Haldane zasugerował, że życie mogło pozostać w fazie wirusowej przez miliony latzanim doszło do powstania podstawowych jednostek, które utworzyły pierwsząkomórkę. Pomimo położenia nacisku na aspekt reprodukcji jako najistotniejszy dlapierwszego układu na drodze do życia organicznego, Haldane podkreślał, że jest toatrybut charakterystyczny dla „pół-żyjącego”układu przejściowego. Prawdziwieożywiony system musi korzystać na równi z każdej swojej zdolności.Paradygmaty w abiogenezie– Modele genezy życia można pogrupowaćwedług dwóch różnych paradygmatów: „najpierw metabolizm” oraz „najpierwreplikacja”. Koncepcję powstania życia opartą o paradygmat „najpierwreplikacja”zaproponował J.B.S. Haldane w 1929 roku. W koncepcji tej początek życia związanyjest z możliwościami replikacji układów zbliżonych do wirusów, ale znacznie od nichprymitywniejszych. W tym paradygmacie, kluczowe jest wyłonienie się takiejcząsteczki, która posiada mechanizm kodowania genetycznego i potrafi sięreplikować. Poprzez powielanie się i wzrost, tworzy formę fizycznej osłony dlaprzyszłej prakomórki, w postaci jakiejś formy tłuszczowej powłoki, a następniewytwarza metabolizm. Alexander Oparin, z kolei, przyjął, że pierwsze żywe systemypojawiły się wraz z ewolucją prymitywnych mikroskopijnych agregatów zwanychkoacerwatami, które posiadają metabolizm. W ten sposób powstał paradygmat„najpierwmetabolizm”,kładący główny nacisk na to, w jaki sposób w warunkachpierwotnej Ziemi powstała sieć autokatalitycznych reakcji. Reakcje te ewoluując,5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]