Manusia adalah entitas kompleks yang, selain memenuhi kebutuhan dasar mereka, juga membutuhkan penjelasan tentang keberadaan dan asal-usul mereka. Dari sinilah muncul berbagai postulat, mulai dari bidang agama dan filsafat hingga bidang ilmiah. Dalam tradisi ilmiah, telah diajukan teori evolusi molekuler. teori kemosintetikBerdasarkan studi para ilmuwan Alexander Oparin dan John Haldane, yang meskipun tidak bekerja bersama, sampai pada hipotesis yang sama. Hipotesis ini, yang dirumuskan oleh Oparin dan Haldane pada tahun 1920-an (1924 dalam istilah klasik), melanjutkan fondasi yang diletakkan dalam teori Big Bang, menentang teori generasi spontan, dan menawarkan alternatif bagi teori-teori keagamaan tentang asal usul kehidupan.
Apa yang ditetapkan oleh teori kemosintetik?
La teori kemosintetik tentang asal usul kehidupan menyatakan bahwa hidrogen (H2) yang ada di atmosfer purba bereaksi dengan atom karbon, nitrogen, atau oksigen membentuk Kaldu bergizi yang kaya akan senyawa organik sederhana.Kaldu ini, juga disebut sup primitif o sup anak sulungSetelah bersentuhan dengan berbagai sumber energi primitif (petir, radiasi ultraviolet, panas gunung berapi), ia memunculkan beberapa asam aminoMolekul-molekul ini merupakan blok bangunan dasar kehidupan organik. Selama periode waktu yang sangat panjang, molekul-molekul ini bergabung, tersusun, dan menjadi lebih kompleks hingga membentuk agregat molekuler dengan aktivitas metabolikArtinya, sistem yang mampu melakukan proses serupa dengan yang dilakukan oleh organisme hidup paling sederhana saat ini.
Dengan kata lain, teori kemosintetik mengusulkan bahwa, di bawah kondisi atmosfer dan energi yang mendominasi Bumi selama miliaran tahun pertamanya, proses kehidupan berbasis karbon dimulai. sintesis abiotik molekul organikSeiring waktu, molekul-molekul ini terbentuk. struktur terorganisir (koaservat, protobiont, mikrosfer protein, sulfobios, menurut berbagai penulis) yang secara bertahap memperoleh sifat-sifat seperti nutrisi, ekskresi, reproduksi, dan penyimpanan informasi genetik, sehingga memungkinkan munculnya sel-sel pertama.
Teori kemosintetik: bagaimana kehidupan muncul di Bumi?
Menurut teori kosmologi yang paling diterima secara luas, alam semesta berasal dari keadaan yang sangat padat dan panas, dan seiring waktu galaksi, bintang, dan planet terbentuk. Dalam konteks itu, Bumi primitif Ia muncul dari awan besar gas hidrogen dan unsur-unsur ringan lainnya. Bersamaan dengan itu, Matahari dan planet-planet lain di tata surya terbentuk, dan planet muda tersebut mengalami periode aktivitas geologi dan vulkanik yang intens.
Pada awalnya, Suhu Bumi Suhu awalnya sangat tinggi, tetapi sedikit demi sedikit suhunya menurun dan... samudra purba dari kondensasi uap air. Pada saat itu, atmosfer sangat berbeda dari sekarang: atmosfer didominasi oleh uap air, The metana (CH4), amonia (NH3), karbon dioksida (CO2) dan hidrogen molekuler (H2Campuran gas ini membentuk atmosfer yang pada dasarnya terdiri dari... reduktorsangat berbeda dari atmosfer pengoksidasi saat ini yang kaya akan oksigen.
Berbeda dengan apa yang terjadi saat ini, pada fase awal tersebut tidak ada lapisan ozon yang saat ini melindungi permukaan Bumi dari sebagian besar radiasi ultraviolet. Oleh karena itu, semua jenis radiasi mencapai permukaan Bumi secara langsung, termasuk sinar ultraviolet dan inframerah. Selain itu, aktivitas vulkanik yang intens, dampak meteorit, dan badai petir yang sering terjadi turut berkontribusi. sejumlah besar energiDalam skenario yang sangat dinamis dan penuh energi ini, senyawa organik pertama di lautan purba—seperti karbohidrat sederhana, lipid y asam amino– mereka dapat terbentuk dan hancur berulang kali hingga akhirnya, beberapa kombinasi mencapai tingkat tertentu. stabilitas kimia yang mendukung akumulasi dan evolusinya.
Selama jutaan tahun, zat-zat ini bergabung secara kimia satu sama lain, membentuk molekul yang semakin kompleks yang, menurut Oparin, dibatasi oleh semacam membran spontanPengelompokan molekul-molekul dengan tingkat pengorganisasian dan pemisahan tertentu dari medium disebut... protobionKeberadaan sistem-sistem primitif ini akan berlangsung dalam jangka waktu yang lama dan, dari generasi ke generasi, beberapa di antaranya memperoleh karakteristik makhluk hidup, seperti kemampuan untuk memelihara, mengeluarkan kotoran y mereproduksiProses yang terakhir ini melibatkan munculnya molekul-molekul yang mampu menyimpan dan mengirimkan informasi genetik, seperti asam nukleat.
Dari perspektif evolusi, protobiont ini mendahului sel sederhana pertama yang muncul kemudian. Diyakini bahwa makhluk hidup pertama yang muncul di Bumi sangat mirip dengan beberapa makhluk hidup tertentu. bakteri saat ini: organisme uniseluler, prokariotik, yang sangat sederhana yang memakan senyawa organik yang sudah ada di lingkungan (heterotrof) dan yang seiring waktu mengalami diversifikasi dan menjadi lebih kompleks hingga menghasilkan organisme multiseluler.
Kondisi atmosfer menurut postulat kemosintetik
Teori kemosintetik menyatakan bahwa suasana primitif Hal itu harus memiliki karakteristik yang akan mendorong reaksi reduksiKarena, seandainya terdapat atmosfer dengan kecenderungan oksidatif yang serupa dengan atmosfer saat ini, maka komponen-komponen dari "Sup anak sulung" Mereka akan mengalami degradasi dengan cepat. Karena alasan ini, para ilmuwan yang telah mengusulkan berbagai teori evolusi mengklaim bahwa, dalam kondisi awal planet ini, Tidak mungkin ada oksigen bebas dalam jumlah yang signifikan.karena reaksi oksidasi tidak akan mendorong perkembangan kehidupan secara progresif dari senyawa organik yang tidak stabil.
Atmosfer pereduksi ini sebagian dijelaskan oleh dominasi gas-gas seperti hidrogen, metana, amonia, dan uap air, bersama dengan senyawa lain seperti hidrogen sianida. Dengan tidak adanya oksigen molekuler (O₂),2) dan lapisan ozon yang akan menyaring radiasi, energi matahari frekuensi tinggi dan lucutan listrik dapat bertindak langsung pada gas-gas ini, tautan rusak dan mendukung pembentukan molekul baru. Hal ini menciptakan lingkungan kimia di mana reaksi sintesis organik Hal itu secara termodinamika mungkin dan dapat dipertahankan secara terus-menerus.
Dasar-dasar teori kemosintetik
Tahapan merumuskan serangkaian teori yang mematahkan preseden-preseden yang ada. teori generasi spontan (yang diterima secara luas pada saat itu) dikonsolidasikan dari studi ilmuwan Prancis Louis Pasteur, yang pada tahun 1864 menunjukkan dalam eksperimennya bahwa “Makhluk hidup berasal dari makhluk hidup”Hasil ini membantah gagasan bahwa organisme dapat muncul secara langsung dari materi inert dalam kondisi saat ini, dan membuka jalan untuk mencari penjelasan yang lebih kompleks dan koheren tentang asal usul kehidupan di masa lalu yang jauh, dalam kondisi yang sangat berbeda.
Di antara penjelasan-penjelasan baru ini adalah teori kemosintetikyang menyatakan bahwa kehidupan berasal dari reaksi dan kombinasi unsur kimia dasar hadir di atmosfer dan hidrosfer awal. Unsur-unsur utama yang membentuk postulat ini dijelaskan secara rinci di bawah ini:
Komposisi Bumi pada tahap awal pembentukannya: Teori ini berpendapat bahwa pada awalnya, planet ini memiliki atmosfer yang kekurangan oksigen bebas, tetapi kaya akan komponen lain, terutama hidrogen (konsentrasi tinggi), jadi itu adalah sebuah suasana mengurangiKarakteristik ini mempermudah pelepasan atom hidrogen dari spesies kimia yang ada, sehingga mendukung reaksi adisi dan sintesis. Selain itu, atmosfer mengandung senyawa kimia dasar lainnya seperti... asam hidrosianida (HCN), metana (CH4), karbon dioksida (CO2), air (H2O) dan zat-zat lainnya. Campuran ini menjadi dasar dari mana reaksi kimia prabiotik yang melahirkan senyawa organik pertama akan berkembang.
- Pembentukan kaldu bergizi: juga dikenal sebagai sup anak sulung, terdiri dari aglomerasi dari Cairan bergizi yang kaya akan molekul sederhana Atmosfer purba terbentuk dari semua komponen yang terlarut dalam air. Volume cairan inilah yang kemudian membentuk lautan pertama. Bagaimana ini bisa terjadi? Teori kemosintetik menyatakan bahwa, sebagai konsekuensi dari pendinginan atmosfer secara bertahapUap air dari gunung berapi dan permukaan planet yang panas mengembun. Tetesan air membawa gas dan partikel bersamanya, membentuk sup kaya nutrisi yang terakumulasi di cekungan (samudra dan danau purba) di mana ia tetap berada dalam waktu lama tanpa risiko pembusukan massal karena tidak adanya oksigen dan organisme pengurai.
- Penampilan struktur yang lebih kompleks: Dalam proses ini, tindakan berbagai pihak Sumber energiseperti badai petir, radiasi matahari berenergi tinggi, dan letusan gunung berapi. Hasil dari reaksi-reaksi ini adalah pembentukan komponen kompleks seperti gula sederhana, asam lemak, gliserin y asam aminoSeiring waktu, evolusi kimia memunculkan struktur yang disebut Oparin. coacervatesyaitu agregat koloid molekul organik lebih tahan dan lebih maju daripada cikal bakal asam nukleat saat ini dan, secara umum, sistem kehidupan.
Pembentukan coacervates
Oparin menetapkan bahwa, dalam proses evolusi spesies kimia yang terkandung di dalamnya kaldu anak sulung, itu coacervatesyang merupakan spesies kompleks, terbentuk oleh gabungan molekul organik seperti protein sederhana, lipid, dan polisakarida. Selama proses pembelahan dan pemisahan fase tertentu, kelompok-kelompok ini bergabung menjadi struktur yang lebih besar dan lebih stabil, sehingga memperoleh semacam membran yang membuat mereka relatif independen dari lingkungan sekitarnya. Dengan cara ini, sistem yang mampu sintesis mandiri zat (kemampuan untuk menghasilkan sebagian makanan mereka sendiri) dan dengan organisasi internal, yang akan berevolusi menjadi bentuk yang semakin stabil dan kompleks hingga menjadi struktur hidup sejati. Menurut teori kemosintetik, organisme purba ini adalah asal mula dunia tumbuhan dan hewan di planet kita.
Pada awalnya, tidak ada lapisan ozon yang melindungi sel dari sinar matahari langsung. Oleh karena itu, diyakini bahwa struktur pertama mungkin terbentuk dan berkembang dengan cara ini. dihancurkan berulang kali karena paparan langsung energi matahari. Setelah jutaan tahun, beberapa sel purba tersebut mampu berevolusi menjadi sistem organik yang lebih kompleksHal ini memungkinkan mereka untuk berkembang biak dengan lebih efektif. Selanjutnya, beberapa bentuk kehidupan ini mulai Mereka mensintesis makanan mereka dari energi matahari.dengan melakukan proses fotosintesis dan melepaskan oksigen molekuler ke atmosfer. Seiring waktu, oksigen atmosfer ini memungkinkan pembentukan lapisan ozonyang secara radikal mengubah kondisi permukaan dan memungkinkan perluasan bentuk kehidupan yang lebih kompleks.
Proses pembentukan koaservat didefinisikan secara sederhana di bawah ini:
- Semuanya berawal dari pembentukan sebuah molekul organik yang terorganisir dan relatif stabil dalam medium berair.
- Seiring berjalannya waktu, molekul komplementer kedua terbentuk (sebuah makromolekul(seperti peptida atau polimer sederhana) dan menjadi bagian dari koaservat, menstabilkan agregat molekuler.
- Makromolekul ini, atau sekumpulan makromolekul ini, dapat mencapai terpisah dari koaservat asli, mempertahankan sebagian dari struktur kimianya.
- Makromolekul yang telah terpisah mulai menarik senyawa kompatibel lainnya dan menghubungkannya dengan strukturnya, sehingga menciptakan koaservat baru dengan sifat yang mirip dengan aslinya. Dengan cara ini, proses replikasi dasar dan seleksi kimia.
Hipotesis tentang koaservat ini dianggap sebagai dasar fundamental dari teori kemosintetik tentang asal usul kehidupan pada tahap awal, sebelum keberadaan protobiont dengan RNA atau DNA yang mampu bereplikasi melalui mekanisme yang lebih mirip dengan bakteri prokariotik masa kini.
Sebelum melanjutkan untuk menentukan secara lebih rinci arti istilah koaservat, perlu diingat terlebih dahulu maknanya. Asal etimologisIni adalah kata yang berasal dari bahasa Latin, khususnya dari kata kerja "coacervare", yang dapat diterjemahkan sebagai “mengumpulkan” atau “menumpuk”Istilah ini merujuk secara tepat pada akumulasi atau pengelompokan molekul dalam tetesan koloid di dalam medium berair.
Los coacervates Oleh karena itu, sistem-sistem tersebut dibentuk oleh gabungan molekul kompleks seperti protein dan asam amino dasar, beserta senyawa organik lainnya. Sistem-sistem ini dianggap sebagai model dari makhluk hidup yang sangat primitifKarena, menurut banyak ahli biologi dan biokimia, mereka berperan penting dalam perkembangan kehidupan di planet Bumi, meskipun mereka tidak berkembang menjadi sel lengkap seperti yang kita kenal sekarang.
Model praseluler lainnya: sulfobios dan mikrosfer protein
Seiring waktu, berbagai peneliti telah mengusulkan model alternatif atau komplementer terhadap koaservat untuk menjelaskan tahap awal asal usul kehidupan. Meskipun model-model ini tidak selalu mewakili struktur sebenarnya yang ada di Bumi purba, model-model ini menunjukkan bagaimana kehidupan berevolusi dari... zat sederhana Dimungkinkan untuk menghasilkan sistem dengan karakteristik tertentu. tingkat organisasi.
alfonso herreraSeorang ilmuwan Meksiko, yang sangat tertarik pada masalah asal usul kehidupan, menggambarkan beberapa model pra-seluler yang ia sebut “sulfobiont”Senyawa-senyawa ini diperoleh dari senyawa anorganik seperti amonium tiosianat dan formalintanpa menggunakan zat biologis yang sudah ada sebelumnya. Meskipun sulfobios mungkin tidak secara akurat mewakili struktur yang mendahului sel-sel nyata pertama, mereka merupakan contoh ilustratif tentang bagaimana materi dapat mencapai hal tersebut. tingkat organisasi yang lebih tinggi dimulai dari tingkat yang lebih sederhana. Herrera adalah peneliti pertama yang menggunakan metode tersebut secara eksklusif. zat non-biologis untuk merancang model eksperimental yang berkaitan dengan asal usul kehidupan.
Sidney Fox Ia mengusulkan model lain dari sistem praseluler yang dikenal sebagai “mikrosfer protein”Mikrosfer ini dihasilkan melalui serangkaian reaksi kimia di mana Asam amino mengalami polimerisasi di bawah pengaruh panas.membentuk rantai peptida sederhana. Selanjutnya, ketika dilarutkan dalam air pada kondisi pH dan konsentrasi garam yang sesuai, polimer ini cenderung untuk berkumpul menjadi struktur berbentuk bola. Dikelilingi oleh semacam membran atau lapisan. Meskipun mikrosferula menunjukkan beberapa kemiripan morfologis dengan sel (memiliki bentuk bulat, batas internal dan eksternal, dan bahkan gradien kimia), mikrosferula tidak dianggap sebagai sistem hidup yang lengkap. Namun demikian, pembentukannya menawarkan wawasan berharga tentang bagaimana organisme pertama mungkin berasal. sistem terorganisir sebelum sel-sel tersebut.
Kontribusi eksperimental pada “sup primordial”
Selain koaservat, sulfobios, dan mikrosfer, banyak eksperimen telah dikembangkan untuk menguji kelayakan teori kemosintetik. Investigasi ini berupaya mereproduksi, secara kurang lebih, kondisi atmosfer dan hidrosfer primitif dan mengamati jenis molekul organik apa yang dapat terbentuk secara spontan.
Cyril Ponnamperuma Dia melakukan percobaan yang mensimulasikan hidrosfer dan atmosfer primitifBerdasarkan prinsip umum eksperimen klasik Miller-Urey. Ilmuwan ini menempatkan labu tempat air menguap dan mengumpulkan semua produk reaksi dalam atmosfer pereduksi yang, dalam kontak langsung dengannya, membentuk apa yang disebutnya sebagai “sup primitif”Dalam salah satu eksperimennya, ia menyajikan solusi untuk hidrogen sianida (HCN) terhadap aksi sinar ultraviolet selama beberapa hari dan menemukan bahwa basa nitrogen adenin dan guaninKomponen penting asam nukleat yang ada dalam sistem kehidupan. Hasil ini memperkuat gagasan bahwa, dalam kondisi yang masuk akal di Bumi purba, dimungkinkan untuk mensintesisnya. komponen-komponen kunci dari materi genetik tanpa memerlukan intervensi biologis sebelumnya.
Eksperimen Stanley Miller dan Harold Urey
Meskipun postulat teori kemosintetik awalnya dikemukakan oleh Oparin dan Haldane, kemudian dua ilmuwan lainnya –Stanley Miller y Harold Urey– Mereka menciptakan kembali kondisi atmosfer primitif dalam eksperimen laboratorium skala kecil, berdasarkan model-model pada masa itu. Untuk melakukan ini, mereka memasukkan campuran hidrogen, metana y amonia kelipatan sengatan listrikdengan tujuan mensimulasikan badai listrik yang diyakini sering terjadi di Bumi purba. Hasilnya adalah sintesis dari beberapa asam organiktermasuk asam amino.
Tujuan mendasar dari tes ini adalah untuk menunjukkan bahwa sintesis senyawa organik Proses ini bisa jadi merupakan proses spontan yang terjadi dari molekul-molekul sederhana yang ada di atmosfer pertama, asalkan tersedia sumber energi yang memadai. Eksperimen ini merupakan salah satu pendukung empiris paling berpengaruh bagi teori kemosintetik.
Untuk desain eksperimen mereka, Miller dan Urey menggunakan sebuah wadah kaca dalam sirkuit tertutupDalam percobaan tersebut, sejumlah air ditempatkan dalam labu sehingga terisi sebagian dan dihubungkan ke ruang lain yang berisi campuran gas yang disebutkan sebelumnya. Air dipanaskan hingga mendidih, menghasilkan uap yang bersirkulasi ke ruang gas, sementara sistem elektroda menghasilkan lucutan listrik tegangan tinggi yang melewati campuran tersebut, mensimulasikan badai prasejarah. Selanjutnya, uap dan gas mengembun kembali dan kembali ke labu berisi air, sehingga menutup siklus. Percobaan berlangsung sekitar satu minggu, sebuah proses yang kemudian dianalisis produk-produk yang terbentuk.
Indikasi pertama bahwa reaksi kimia telah terjadi adalah perubahan warna airyang awalnya transparan dan, seiring waktu, memperoleh rona kemerahan sebelum akhirnya berubah menjadi cokelat. Perubahan ini ditafsirkan sebagai konsekuensi dari pertumbuhan konsentrasi asam amino dan molekul organik lainnya disintesis dalam sistem tersebut. Beberapa asam amino diidentifikasi menggunakan teknik analisis kimia, termasuk glisin y alanin, di samping senyawa organik penting lainnya.
Eksperimen ini merupakan kontribusi penting yang mendukung teori bahwa bentuk kehidupan pertama dapat terbentuk dari... reaksi kimia spontan di atmosfer dan lautan primitif, tanpa perlu campur tangan supernatural secara langsung, tetapi sebagai hasil dari hukum kimia dan fisika dalam lingkungan yang sesuai.
Batasan untuk verifikasi
Eksperimen yang dilakukan untuk menguji teori kemosintetik telah berhasil menunjukkan bahwa masuk akal Bahwa asal usul kehidupan adalah seperti yang dijelaskan oleh Oparin dan Haldane, diperkuat oleh karya para peneliti seperti Miller, Urey, Ponnamperuma, Fox, dan lainnya. Namun, fakta bahwa seluruh proses ini terjadi dalam jangka waktu yang lama tidak dapat diabaikan. periode waktu yang sangat panjangyang mencakup transformasi bertahap dari komposisi kimia planet ini.
Karena rentang waktu yang sangat panjang ini, yang mencakup seluruh proses munculnya kehidupan di Bumi, ternyata Tidak mungkin untuk mereproduksinya secara utuh dan akurat. di dalam laboratorium. Para ilmuwan hanya dapat merekonstruksi sebagian kecil dari skenario awal berdasarkan asumsi tertentu, dan mempelajari reaksi spesifik yang memberikan petunjuk tentang apa yang mungkin telah terjadi, tetapi mereka tidak dapat merekonstruksi keseluruhan cerita secara akurat.
Hambatan waktu, ditambah dengan hilangnya bukti langsung secara hampir total Kurangnya batuan dan fosil yang terawetkan dengan baik dari tahap-tahap awal kehidupan menghadirkan skenario yang kompleks bagi para peneliti. Mungkin tidak akan pernah bisa diketahui dengan pasti. dengan ketelitian absolut bagaimana organisme pertama yang menghuni planet ini terbentuk, maupun apa urutan pasti dari peristiwa kimia dan biologis tersebut.
Terlepas dari kekurangan ini, teori kemosintetik telah memungkinkan kita untuk menarik kesimpulan. gambar yang koheren dan berdasarkan sains yang valid tentang apa yang mungkin menjadi asal mula kehidupan di Bumi. Dengan mengintegrasikan data dari geologi, kimia, biologi molekuler, dan astrobiologi, kerangka penjelasan telah dibangun di mana molekul sederhana secara bertahap memberi jalan, yang didukung oleh lingkungan, kepada sistem kompleks yang mampu bereplikasi sendiri, bermetabolisme, dan berevolusi. Pandangan ini, yang terus direvisi dan diperkaya, tetap menjadi salah satu usulan paling kuat untuk memahami bagaimana materi inert dapat berubah menjadi kehidupan di planet kita.
daftar pustaka:
- Wetto, Milena (n.d.). Teori Kemosintetik: Munculnya Kehidupan di Bumi:
https://www.lifeder.com/teoria-quimiosintetica/
- Hak cipta. (2008-2019) DEFINISI KOASERVATIF:
https://definicion.de/coacervados/
- Manuel (Nd) Apa itu Teori Kemosintetik? Dasar-dasar dan eksperimen.
https://www.recursosdeautoayuda.com/teoria-quimiosintetica/
- Haldane-Oparin (nd). Teori Kemosintetik.
https://portalacademico.cch.unam.mx/alumno/biologia2/unidad1/teoriaQuimiosintetica
Dengan semua kontribusi teoretis dan eksperimental ini, teori kemosintetik dikonsolidasikan sebagai salah satu penjelasan ilmiah terlengkap dan paling rinci tentang asal usul kehidupan, yang mengintegrasikan kimia Bumi purba, energi yang tersedia di lingkungan tersebut, dan kapasitas inheren materi untuk mengatur dirinya sendiri dan berevolusi menjadi bentuk yang semakin kompleks.