Abiogénesis

Les formes de vida més antigues sobre la faç de la Terra són possibles microorganismes, els fòssils de la qual varen ser trobats en roques formades en antigues fonts hidrotermals, que podrien haver vixcut fa 4.280 millons d'anys, poc en acabant de que es formaren els oceàs fa 4.410 millons d'anys, i no molt despuix de la formació de la Terra fa 4.540 millons d'anys.

Estromatolitos del Precámbrico en la Formació Siyeh, Parc nacional dels Glaciars, Estats Units. En 2002, William Schopf de l'UCLA va publicar un artícul en la revista Nature defenent que estes formacions geològiques de fa 3500 millons d'anys són fòssils deguts a cianobacterias, constituint una evidència de vida molt antiga.

L'abiogénesis (del grec antic: ἀ-βίο-γένεσις [a-bio-génesis] ‘ἀ-/ἀν- «no» + βίος- «vida» + γένεσις- «orige/principi»’) és una hipòtesis que sugerix que la vida es va originar a partir de matèria inorgànica, per mig d'un procés gradual i seqüencial de formació de molècules orgàniques, seguit de la seua acumulació i formació de rets químiques complexes, que al final varen formar les primeres cèles. La abiogénesis és una de les teories que intenta explicar el orige i evolució de la vida en la Terra, i en l'univers. L'estudi de l'orige de la vida és multidisciplinario. En l'objectiu de reconstruir l'event o els events que varen donar orige a la vida s'ampren diversos enfocaments basats en estudis tant de camp com de laboratori. Per una part l'ensaig químic en elaboratori o l'observació de processos geoquímicos o astroquímicos que produïxquen els constituents de la vida en les condicions en les que es pensa que varen poder succeir en el seu entorn natural. En la tasca de determinar estes condicions es prenen senyes de la geologia de l'edat obscura de la terra a partir d'anàlisis radiométricos de roques antigues, meteorits, asteroides i materials considerats prístinos, aixina com l'observació astronòmica de processos de formació estelar. Per una atra part, s'intenten trobar les chafades presents en els actuals sers vius d'aquells processos per mig de la genómica comparativa i la busca del genoma mínim. I, per últim, es tracta de verificar les chafades de la presència de la vida en les roques, com microfósiles, desviacions en la proporció d'isòtops d'orige biogénico i l'anàlisis d'entorns, moltes voltes extremófilos semblants als paleoecosistemas inicials. Existix una série d'observacions que intenten descriure les condiciones fisicoquímica en les quals va poder emergir la vida, pero encara no es té un quadro raonablement complet dins de l'estudi de l'evolució de la complexitat biològica, sobre cóm va poder ser este orige.

Història

El concepte d'un orige de la vida basat en principis naturals i no en relats mítics o actes creatius ya apareix esbossat en vàries cultures antigues. Aixina, els filòsofs presocráticos varen afirmar que tots els sers, inclosos els vius, sorgien del arjé. Anaximandro (aprox. 610-546 a. C.) afirmava que la vida s'havia desenrollat originalment en el mar i que posteriorment esta es va traslladar a la terra, en tant Empédocles (aprox. 490-430 a. C.) va escriure sobre un orige no sobrenatural dels sers vius. Posteriorment Lucrecio, seguint la doctrina epicúrea afirma en De rerum natura, que tots els organismes sorgixen de Gea sense necessitat d'intervenció divina, i que solament els organismes més aptes han sobrevixcut per a tindre descendència. Encara que esta afirmació poguera semblar una anticipació de la teoria de la selecció natural, a diferència d'esta els epicúreos no admeten un orige comú per a totes les espècies, sino més be generacions espontànees per a cada una d'elles. Estes idees varen influir a varis filòsofs a partir del renaixença.

La qüestió de la generació espontànea: d'Aristóteles a Pasteur

Lazzaro Spallanzani, humaniste, erudit i científic italià, cridat el «biòlec de biòlecs». Un dels primers personages que es va preocupar de buscar una explicació científica a l'orige de la vida combatent l'idea de la generació espontànea.

En el moment en que Darwin defén el transformisme i l'ascendència comuna de tots els organismes vius, assumix que, en última instància, el primer organisme original va deure sorgir a partir de la matèria inorgànica. Açò queda clar quan en el seu segon quadern, escrit en 1837, afirma:

"l'íntima relació de la vida en les lleis de la combinació química i l'universalitat d'estes últimes fan que la generació espontànea no siga improvable"

No obstant, quan els [[història del pensament evolucioniste|evolucionistes dels sigles XVIII i XIX]], entre ells Darwin, es mostren partidaris de la generació espontànea, el concepte havia variat substancialment de lo expost per Aristóteles. Mentres que este invocava una causa estranya a la naturalea, els alvanços científics en el camp de la química feyen pensar als evolucionistes, com veem en la cita de Darwin, que la vida sorgia de les propietats de la matèria. Segons el filòsof estagirita, per eixemple, era una veritat palesa que els pulgones sorgien del rocío que cau de les plantes, les puces de la matèria en putrefacció, els rates del fenaç brut o els cocodrils dels troncs en descomposició en el fondo de les masses aquàtiques. Tots ells s'originaven a partir d'una força vital a la que va nomenar entelèquia. Esta força insuflaba el "pneuma" o ànima a la matèria inerte, animant-la. l'autoritat que se li va reconéixer a Aristóteles va fer que esta opinió prevalguera durant sigles i fora admesa per pensadors tan ilustres com Descartes, Bacon o Newton. També importants naturalistes varen defendre esta doctrina, com Alexander Ross o Jan Baptista van Helmont. No obstant, comencen a aparéixer fortes oposicions a esta teoria entre atres naturalistes, com Sir Thomas Browne o Lazzaro Spallanzani, seguint la doctrina de William Harvey sumarizada en l'aforisme omne vivum ex ovum. En 1668, l'italiano Francesco Redi va realisar un experiment en el que va comprovar que no apareixia cap larva en la carn en descomposició quan s'impedia que les mosques depositaren en ella els seus ous. Despuix d'este experiment va semblar clar que el fenomen de la generació espontànea no es podia aplicar a organismes pluricelars. Pero este experiment, pel tamany de poro de la gasa que va amprar per a impedir que penetraren els ous de les mosques, no invalidava la possibilitat de la generació espontànea per als microorganismes. L'existència d'estos sers havia segut intuïda en 1546 pel mèdic Girolamo Fracastoro, argumentant en contra de la generació espontànea, i establint la teoria de que les malties epidémicas estaven provocades per chicotetes partícules diminutes i invisibles o "esporas", que podrien no ser criatures vives, pero no va ser acceptada àmpliament. Més vesprada Robert Hooke va publicar els primers dibuixos sobre microorganismes en 1665. Per una atra part, en 1676, Anton van Leeuwenhoek va descobrir els microorganismes que, segons els seus dibuixos i descripcions, podrien tractar-se de protozoos i bactèrias. Açò va encendre l'interés pel món microscòpic. Despuix d'això, el sacerdot catòlic anglés John Needham va defendre el supòsit de la abiogénesis per als microorganismes en la seua obra Observations upon the generation, composition and decomposition of animal and vegetable substances (Londres, 1749) realisant un experiment en el que va calfar un caldo mixt de pollet i dacsa en un flasco de boca ampla i en el que encara varen aparéixer microorganismes a pesar d'haver segut tapat en un corcho. Contra açò, en 1768 Lazzaro Spallanzani va provar que els microorganismes estaven presents en l'aire i es podien eliminar per mig del hervir. Darwin, pensant en estos antecedents, i ya que els evolucionistes defenien el materialisme, i en última instància açò suponia que de la pròpia naturalea de la matèria devia sorgir la vida, va anar excessivament cauteloso a l'hora de propondre un pas entre la matèria inorgànica i la vida, fins a tal punt que el seu amic Ernst Haeckel va aplegar a dir:

Quan Darwin assumix un acte creatiu per a la seua primera espècie, no és consistent, i pense que tampoc és massa sincer

Haeckl, 1892

Finalment, dotze anys despuix de la publicació de L'orige de les espècies, Darwin escriu una célebre carta l'1 de febrer de 1871 al seu amic Joseph Dalton Hooker en la que declara:

"«Es diu a sovint que hui en dia estan presents totes les condicions per a la producció d'un organisme viu, i que varen poder haver estat sempre presents. Pero si poguérem concebre que en algun charquito càlit, trobant presentes tota sòrt de sals fosfóricas i d'amoni, llum, calor, electricitat, etcétera, que un compost proteic es formara per mijos químics llest per a sofrir canvis encara més complexos, al dia d'hui eixe tipo de matèria seria instantàneament devorat o absorbit, lo que no haguera segut el cas ans que els sers vius aparegueren.»

El mateix any de la publicació de L'orige de les espècies (1859), Louis Pasteur comença a realisar els célebres experiments que proven l'impossibilitat de la generació espontànea per a qualsevol organisme vivent, incloent els microorganismes. Des de temps de Lamarck la generació espontànea estava associada en França no solament en el pensament evolucioniste, sino en el radicalisme polític i ellaïcisme. l'Iglésia catòlica i el conservadurisme polític es posicionaven en contra de la teoria de generació espontànea. Conscient de les implicacions dels seus experiments, Pasteur afirma en una dissertació en 1864 en l'Universitat de la Sorbona:

Quina victòria seria per al materialisme si poguera afirmar que es basa en el fet establit de que la matèria es autoorganiza, que promou la vida per sí mateixa [...] Si admetem l'idea de la generació espontànea, no seria sorprenent assumir que els sers vius "es transformen a sí mateixos i escalen d'escaló en escaló, per eixemple, des d'insectes despuix de 10 000 anys i sense dubte a mones i l'home despuix de 100 000 anys.

Els experiments de Pasteur varen causar tal impacte, que durant un temps el debat es va desplaçar de la comunitat científica. El propi Huxley, amic i ferm partidari de Darwin, va rebujar la possibilitat de que la matèria orgànica sorgira de la inerte en una conferència impartida en 1870 titulada "Biogénesis i abiogénesis", en la que va falcar este últim terme fent-ho sinònim de generació espontànea. Comença a popularisar-se per això l'idea de l'eternitat de la vida, sostinguda entre uns atres pel químic William Thierry Preyer. Més tarde Oparin diria que esta seria l'última formulació de la doctrina coneguda com vitalisme, que sosté que la matèria viva posseïx una qualitat essencial anomenada "força vital" que la distinguix de la matèria inanimada. Per a salvar la qüestió, alguns científics comencen a recolzar la teoria de la panspermia, publicada per Richter en 1865, en la que es propon que la vida va poder haver aplegat a la terra des de l'espai. Hermann von Helmholtz afirma que els microbis primitius o cosmozoa varen aplegar a la Terra en meteorits. Curiosament, este punt de vista també va ser adoptat per opositors de l'evolució, com Lord Kelvin. Encara trobem en estos anys científics que afirmen haver presenciat fets de generació espontànea, com el parasitólogo Henry Charlton Bastian, qui no obstant afirma que darrere d'estos fenomens no hi havia cap comunicació de "força vital", sino solament l'arquebiosis, un atre terme similar a la abiogénesis. El propi Darwin en una carta a Alfred Russel Wallace dubte de la validea dels experiments de Bastian, aun cuando es mostra partidari de la arquebiosis.

De Pasteur a Oparin i Haldane

Artícul principal → Aleksandr Oparin.

En 1828 Friedrich Wöhler realisa la síntesis de l'urea, la primera substància química present en els sers vius en ser sintetisada en elaboratori. Açò refutaba l'afirmació que Berzelius havia fet l'any anterior, qui va escriure:

L'art no pot combinar els elements de la matèria inorgànica en la forma en que ho fa la naturalea vivent

Encara que Wöhler va ser aclamat com un paladín contra la doctrina del vitalisme, lo cert és que mai va presentar el seu descobriment d'esta manera i tampoc es va preocupar de l'alcanç de les seues implicacions en el terreny de la biologia fonamental. Des de que Purkinje i Hugo von Mohl afirmen que el protoplasma és el component fisicoquímico bàsic de la vida, i Thomas Graham la caracterisa com un coloide de proteïnes, s'entén, com escriu Huxley que les traces de la vida es deuen entendre des de les propietats físiques i químiques de les molècules que ho componen. A lo llarc de tot el XIX es va a completar la síntesis de tots els components orgànics de la cèla en químics com Adolph Strecker (alanina), Aleksandr Bútlerov (sucres) i Dmitri Mendeléyev (àcit grassos). A finals d'este sigle, la síntesis de biomoléculas havia alvançat prou utilisant gasos i descàrregues elèctriques. No obstant, cap d'estos químics, de la mateixa manera que Wöhler, es va preocupar en excés de les implicacions dels seus treballs en la qüestió de l'orige de la vida. Mentrestant, del costat dels teòrics de la biologia fonamental va guanyant acceptació l'idea de que la vida va sorgir d'una transformació gradual de la matèria inorgànica, si be les teories que es presenten no són molt acceptades degut a que eren prou incompletes i especulatives. Totes elles tenen en comuna que consideren que el primer organisme va deure ser autótrofo. En descobrir-se el fenomen de la catálisis química de les enzimes, escomença a aparéixer l'hipòtesis de que alguna d'estes molècules podria estar viva i representaria estats primordials de l'evolució. En 1917 Felix D'Herelle descobrix una substància filtrable que atacava als bacils i que posteriorment es va identificar com bacteriófagos, i la propon com una d'estes entitats primordials. Entre 1914 i 1917 Leonard Troland propon que el primer organisme viu va deure ser una enzima autorreplicante, lo que constituïx el primer precedent teòric del món d'ARN. Inclús l'aplega a denominar com "enzima genètica". No molt despuix, Hermann Joseph Muller, un colaborador del redescubridor de les lleis de Mendel, Morgan, corrig a Troland i afirma que esta enzima autorreplicante va deure ser un gen o conjunt de gens, i que devien ser autótrofos. No obstant, donada la complexitat dels mecanismes de nutrició autótrofa actuals, varis autors, com Charles Lipman i Rodney Beecher Harvey, abdós en 1924, comencen a propondre un orige heterótrofo de la vida. Harvey inclús propon un orige de la vida en fonts hidrotermals, sent esta la primera proposta d'este tipo. El mateix any, Aleksandr Oparin publica la seua obra L'orige de la vida en la Terra, Assumint que el primer ser viu va deure ser heterótrofo, es feya necessari que estigueren presents en la terra els nutrients necessaris, procedents o be de l'espai o be d'algun tipo de síntesis inorgànica natural. No obstant, en cap moment va assumir cap tipo d'atmòsfera anóxica primitiva.

John Burdon Sanderson Haldane, marxiste militant i coincidente en el temps en el soviètic Aleksandr Oparin com proponente d'un mecanisme heterotrófico per a l'orige de la vida.

També eixe mateix any J. B. S. Haldane va sugerir que els oceans prebióticos de la Terra, molt diferents als actuals, haurien format una «sopa calenta diluïda» en la qual es podrien haver format els composts orgànics constituents elementals de la vida gràcies a l'absència d'oxigen, influït pels experiments d'Edward Charles Cyril Baly, que havia sintetisat sucres per mig d'una dissolució acuosa de diòxit de carbono i radiació ultravioleta. Esta idea es va cridar biopoesis, és dir, el procés pel quala matèria viva sorgix de molècules autorreplicantes pero no vives. Familiarizado en els treballs de D'Herelle, propon que els virus varen ser el pas intermig entre la sopa prebiótica i la vida. Posteriorment, en l'edició en rus de 1936 de L'orige de la vida, Oparin també adoptaria el punt de vista d'una atmòsfera original altament reductora, en part pel coneiximent de la composició atmosfèrica de Júpiter, i en part per les observacions de Vladímir Vernadski de que l'oxigen procedia de l'activitat biològica.

• Oparin era un evolucioniste convençut, i per això va establir una seqüència d'acontenyiments per la que estes primeres substàncies orgàniques es transformaven gradualment per mig de selecció natural fins a formar un organisme viu. Un dels esculls era la necessitat de concentrar dins d'una localisació varis substrats que actuaven conjuntament formant un metabolisme, evitant la dilució. Oparin va ser un ferm partidari, i tal volta el primer postulante de l'idea de "metabolisme primer" en l'orige de la vida. I per això va propondre que els coacervados eren les estructures químiques més idònees per a això. No obstant, posteriorment, donades les evidències experimentals que es varen acumular rebujant esta possibilitat, s'arrepenediria d'esta idea afirmant que si poguera tornar arrere, investigaria en els liposomas.

Inici de la química prebiótica

Artícul principal → Experimente de Miller i Urey.

Stanley Miller junt al seu experiment en 1999.

Erro al crear miniatura:

Diagrama del experiment de Miller i Urey.

la Segona Guerra Mundial va marcar un interval en la comprovació experimental de les hipòtesis d'Haldane i Oparin. No obstant, solament tres anys despuix de la victòria aliada, es realisen els primers experiments a càrrec de Melvin Calvin, descobridor del cicle de Calvin, intentant simular les condicions existents en la Terra primigènia utilisant una font de radiació d'alta energia, obtenint un èxit molt discret. En estes dates, Harold Urey es va traslladar a l'Universitat de Chicago, i ya estava convençut de que l'atmòsfera primitiva era altament reductora, i finalment va impartir un seminari en 1951 en el que va propondre que la condició reductora primitiva del sistema solar va ser important per a l'orige de la vida. Eixe mateix any va aplegar a l'universitat Stanley Miller, qui quan encara era estudiant de llicenciatura, immediatament va propondre que seria interessant simular eixes condicions de la terra primitiva per a comprovar si era possible la síntesis de composts orgànics. Abdós estaven familiarizados en les teories d'Oparin, pero al mateix temps estaven sorpresos de que ningú haguera realisat experiments en èxit basats en les seues idees. Els experiments, que varen començar en 1953, varen ser portats a terme baix condicions que recordaven aquelles que es pensava que havien existit en el sistema oceà-atmòsfera en acabant de que la Terra completara la seua acreció a partir de la nebulosa solar primordial. L'experiment usava una mescla altament reductora de gasos (metà, amoníac i hidrogen) i aigua, a la que se li aplicaven descàrregues elèctriques per a simular les fonts d'energia presents en l'atmòsfera a partir de rajos i descàrregues coronals. Les reaccions tenien lloc en un aparat en varis depòsits esterilisats de vidre comunicats per mig de conductes. Un d'ells, de forma esfèrica (baló), estava ple fins a la mitat en aigua a la que se li aplicava calor per a produir evaporament. El vapor, era conduït a una atra cambra de vidre esfèrica en la mescla de gasos a una pressió màxima d'1,5 bars. En eixa cambra, un parell d'electrodos de tungsteno generaven arcs voltaicos de curta duració i elevada freqüència en un voltage de 60.000 volts. Els productes d'esta cambra es condensaban i reintroducían en el baló d'evaporament. Despuix de dos semanes d'operació, entre 10 i 15 % del carbono havia format composts orgànics, 2% d'ells aminoàcits en forma de mescla racémica, sent el més abundant la glicina. També varen registrar la presència de sucres. Stanley Miller va continuar tota la seua vida en estos experiments, conseguint generar alguns composts orgànics en els més variats suposts de la composició de l'atmòsfera primitiva, inclosos els que actualment es pensa que varen existir. En 2007, una revisió dels materials originals de l'experiment sagellats i preservats, va comprovar la presència de més de 20 aminoàcits distints que Urey i Miller no varen poder detectar.

La síntesis prebiótica i l'estructura de l'ADN

Sidney W. Fox.

Artícul principal → Sidney W. Fox.

La publicació de Stanley Miller en 1953 va aparéixer tan sol tres semanes en acabant de que Francis Crick i James Dewey Watson donaren a conéixer l'estructura del ADN. Este descobriment marcaria completament els posteriors treballs i teories sobre l'orige de la vida. Una excepció va ser Sidney Fox, qui no va abordar en els seus experiments els àcits nucleicos. Un dels problemes que atribuïen als experiments de Miller era que encara que s'obtenien biomoléculas senzilles, no es trobaven els biopolímer que estan presents en tots els organismes vius. Fox va dirigir una série d'experiments a finals dels anys 1950 i principis dels 60 imitant les condicions que existien en les proximitats dels volcans i fonts hidrotermals. Per mig d'un procés que va denominar "copolimerización tèrmica d'aminoàcits" va obtindre distints polipèptits que recordaven a les proteïnas, els proteinoides, que baix determinades circumstàncies s'agregaven formant microesferas, que exhibien certs comportaments semblants a les cèles, i per això va propondre que este tipo d'estructures podrien ser les antecessores de l'organisació celar. Pel contrari, Joan Va orar va intentar fer confluir els alvanços en la química prebiótica en la creixent importància dels estudis sobre l'ADN, en especial, de la polinucleótido fosforilasa, enzima capaç de polimerizar àcit ribonucleico sense cap mòle, que el seu compatriota Sever Ochoa acabava d'aïllar en 1955. En el Nadal de 1959 va conseguir sintetisar adenina en condicions que se suponia que existien en la terra primitiva. Es varen obtindre cantitats significatives d'esta substància calfant una dissolució de cianur d'hidrogen i amoniaco en aigua durant varis dies a temperatura moderada (27 °C - 100 °C). Segons apareix en la seua publicació original, es considera que estos materials són abundants en el sistema solar. Pronte estos estudis varen generar un gran debat en el context de la guerra freda. Hermann Joseph Muller reactualizó la seua teoria original sobre la naturalea primordial dels gens en la vida. En 1961 publica un artícul titulat "Àcit nucleico genètic: el material clau en l'orige de la vida" en el que afirma:

.. seria d'esperar que al final, poc abans de l'aparició de la vida, el mateix oceà va acabar sent, en la vívida fraseologia d'Haldane, un jagantesc sopero ... tirem-li una cadena de nucleòtits i finalment acabarà donant descendència.[...] Només el material genètic, d'entre tots els materials naturals, posseïx facultats, i per tant és llegítim cridar-li un material vivent, per a ser considerat el representant actual de la primera forma de vida.

Per a Muller, l'essència de la vida és una substància capaç de catalizar reaccions i al mateix temps ser capaç d'autorreplicarse. Esta és la formulació dura de les posteriors teories classificades com de "gens primer". El mateix any, i en referència a la polinucleótido fosforilasa, Oparin contestaria a Muller admetent un paper essencial dels àcits nucleicos en l'orige de la vida, pero afirmant que la síntesis de proteïnes era el resultat d'una "evolució prebiótica" entre els polipèptits primordials i els àcit nucleicos, tachant de reduccionista la proposta de Muller i emmarcant esta evolució dins d'un "fluix metabòlic". Este tipo de propostes serien classificades posteriorment com a teories de "metabolisme primer".

Condicions inicials

El coneiximent de les condicions inicials és d'extrema importància per a l'estudi de l'orige de la vida. Per a això s'ampra la teoria geoquímica en l'estudi de les roques antigues i s'efectuen simulacions de laboratori per mig d'ordenadors (experiments que es denominen in silico). Un dels punts centrals és determinar la disponibilitat d'elements i molèculas essencials, en especial metals, ya que són indispensables com cofactors en la bioquímica, aixina com el seu estat redox en les distintes localisacions. Aixina mateix, és essencial datar les primeres manifestacions de la vida per a aproximar elapsus de temps en el que estem buscant. Segons les evidències, encara que estan subjectes a controvèrsia, la vida va deure aparéixer despuix del refredat del planeta que va seguir al bombardeig intens tardà, fa uns 4000 millons d'anys. Encara que tots els sers vius semblen provindre d'un únic organisme ancestral, en este apartat cal preguntar-se si va haver vàries aparicions «fortuïtes» de formes de vida despuix de les que solament va sobreviure una, o si be eixes formes de vida encara sobreviuen tal volta en ambients extrems com en les profunditats de la corfa continental o en el mant.

Evidències de l'antiguetat de la vida

Una de les formes de verificar l'activitat biològica és una curiosa propietat dels sistemes celars: la capacitat de favorir certs isòtops d'un mateix element en els seus processos. Açò ocorre, per eixemple, en la fotosíntesis en la que s'incorpora CO₂ de diverses fonts per a transformar-ho en molècules orgàniques. Existixen dos isòtops estables del carbono, C¹² i C¹³, sent estables les seues abundància relatives en l'atmòsfera. Quan un sistema biològic incorpora CO₂ preferix l'isòtop més llauger, enriquint les roques carbonatades per l'atre isòtop.

La prova d'una aparició primerenca de la vida ve del cinturó supracortical d'Isua en Groenlàndia occidental i formacions similars en les propenques illes d'Akilia. el carbono que forma part de les formacions rocoses té una concentració de δ¹³C elemental d'aproximadament −5,5, lo que degut a que en ambient biòtic se sol preferir l'isòtop més llauger del carbono,¹²C, la biomassa té una δ¹³C d'entre −20 i −30. Estes «firmes» isotòpiques es preserven en els sediments, Mojzis ha usat esta tècnica per a sugerir que la vida ya va existir en el planeta fa 3850 millons d'anys. Lazcano i Miller (1994) sugerixen que la rapidea de l'evolució de la vida està determinada per la taxa d'aigua recirculante a través de les fumarolas submarines centrooceánicas. La recirculación completa du 10 millons d'anys, per això qualsevol compost orgànic produït per llavors podria ser alterat o destruït per temperatures que excedixquen els 300 °C. Abdós estimen que el desenroll a partir d'un genoma de 100 kilobases d'un heterótrofo primitiu d'ADN/proteïnes fins a la generació d'un genoma de 7000 gens d'una cianobacteria filamentosa haguera requerit solament 7 millons d'anys.

Estanys hidrotermals fluctuantes en illes volcàniques o protocontinentes

Les cèlas contenen concentracions de potassi, fosfat i metals de transició molt més altes que les existents en oceans, llac o rius, ya siguen estos actuals o primitius (reconstruïts). D'esta manera, és més parsimonioso considerar que les primeres cèlules es varen originar en ambients en concentracions químiques similars a les trobades en els citoplasmas. Armid Munkidjanian i colaboradors pensen que els ambients marins no varen suministrar el balanç iònic i la composició universalment coneguda en les cèles, aixina com també els ions requerits per proteïnes essencials i ribozimas trobades en tots els organismes vius, especialment en respecte la relació K+/Na+ i les concentracions de Mn2+, Zn2+ i fosfat. L'únic ambient conegut que presenta les condicions adequades en la Terra, està representat pels estanys hidrotermals terrestres alimentats per fumarolas. Els depòsits minerals en estos ambients, que es trobaven baix una atmòsfera anóxica (com la trobada en el passat remot), varen poder tindre un pH adequat, com a contraposició als estanys hidrotermals actuals en una atmòsfera oxigenada. Estos estanys contindrien precipitats de minerals de sulfur que bloqueja la radiació UV amoladora. Tindrien també cicles d'humitat/aridez que concentren les seues solucions de substrats per a concentracions susceptibles a formacions espontànees de polímer d'àcits nucleicos, i un suministrament continu de molècules orgàniques generades abióticamente, abdós per reaccions químiques en ambients hidrotermals, aixina com també per exposició a rajos UV durant el transport de fumarolas a estanys adjacents. Els seus ambients prebióticos hipotetizados són similars als ambients de fumerals hidrotermals de les profunditats oceàniques també hipotètics, pero agreguen components adicionals que ajuden a explicar peculiaritats trobades en reconstrucció del últim antepassat comú universal (LUCA, per les seues sigles en anglés, Last Universal Common Ancestor) de tots els organismes vivents.

Bruce Damer i David Deamer varen aplegar a la conclusió de que les membranes de les cèlules no poden ser formades en aigua de mar, i per lo tant deuen haver-se originat en aigua dolça. Abans de la formació dels continents, l'única porció de terra no coberta per aigua, varen poder ser illes volcàniques, a on la pluja forma estanys en les que els lípits varen poder constituir els primers estadis de membranes celars. Este predecessor de les cèlas verdaderes s'assumix que hauria tingut un comportament més semblat a superorganismes que a estructures individuals, en els que la transmissió de macromolécula entre protocélas hauria segut comuna. Segons els autors, estes cèlules podrien haver evolucionat gradualment per a adaptar-se a ambients més salats i entrar en l'oceà.

• Colín-García i colaboradors (2016) discutixen les ventages i desventages de les fumarolas hidrotermals com a ambients primitius. Ells mencionen les reaccions exergónicas, en les quals els sistemes poden tindre una font d'energia lliure que promou les reaccions químiques, adicionalment a la seua alta diversitat mineralògica la qual implica l'introducció d'importants gradient químics, favorint aixina l'interacció entre electrons donants i receptors. Estos autors també resumixen una série d'experiments proposts per a comprovar el rol de les fumarolas hidrotermals en la síntesis prebiótica.

Evidència de vida primerenca en les fonts hidrotermals més antigues de la Terra

La troballa de restants de microorganismes en roques sedimentarias ferruginosas del cinturó de Nuvvuagittuq en Quebec, Canadà, d'entre 3700 i 4280 millons d'anys, ha proporcionat l'evidència directa d'una de les formes de vida més antigues de la Terra. Els investigadors interpreten, basant-se en evidències químiques i morfològiques, que es tracta de restants de bactèries filamentosas que metabolizan el ferro, i per lo tant representen les formes de vida més antigues reconegudes en la Terra. Estes roques sedimentarias, que es troben entre les més antigues conegudes, provablement formaven part d'un sistema de ventilació hidrotermal ric en ferro que proporcionava un hàbitat per a les primeres formes de vida de la Terra. Les estructures trobades en estes roques es presenten com a filaments diminuts i tubos, composts d'hematita, en morfologia similars a les ramificacions característiques de les bactèries oxidants de ferro que es troben prop de fonts hidrotermals actuals. Estes es varen trobar junt a grafit i minerals d'apatita i carbonat, en estructures esfèriques que en roques jóvens solen contindre restants de sers vius. Es pensa que la hematita es va formar quan les bactèrias que oxidan el ferro varen ser fosilizades en la roca. La troballa resulta valiós degut a que fins al moment no s'havia confirmat la troballa de microfósils més antics que 3500 millons d'anys, i per això el coneiximent del tema estava basat en evidències indirectes tals com a chafades químiques i la composició isotòpica del material carbonoso. Els autors rebugen l'orige no biogénico d'estes estructures, per mig d'estiramientos metamòrfics o processos diagenéticos, tals com reaccions de precipitació i autoensamblaje durant l'enterrament dels sediment. No obstant, cap mecanisme pot permetre el creiximent de múltiples tubos a partir d'un sol nòdul d'hematita durant reaccions metamòrfiques, junt en la formació de filaments interns, ademés de la seua estreta associació espacial en carbonat i carbono grafítico.

Composició de l'atmòsfera, els oceans i la corfa terrestre en el eón Hadeico

l'acreció i formació de la Terra va tindre que haver tingut lloc en algun moment fa 4500 a 4600 millons d'anys, segons diferents métodos radiométricos. La diferenciació del mant terrestre, a partir d'anàlisis de la serie samari-neodimi en roques d'Isua, Groenlàndia, va poder haver segut prou veloç, tal volta en menys de 100 millons d'anys. Posteriors estudis confirmen esta formació primerenca de les capes de silicat terrestres.

S'ha sugerit que els oceans podrien haver aparegut en l'eón Hadeico tan pronte com 200 millons d'anys despuix de la formació de la Terra, en un ambient calent (100 °C) i reductor i en un pH inicial de 5,8 que va pujar ràpidament cap a la neutralitat. Esta idea ha segut recolzada per Wilde qui va elevar la datació dels cristals de zircón trobats en quarsitas metamorfizades del terrane de gneis del Mont Narryer, en Austràlia occidental, del que prèviament es pensava que era de 4100-4200 millons d'anys a 4402 millons d'anys. Atres estudis realisats més recentment en el cinturó de basalt de Nuvvuagittuq, al nort de Quebec, amprant neodimi-142 confirmen, estudiant roques del tipo falsa anfibolita (cummingtonita-anfibolita), l'existència molt primerenca d'una corfa, en una datació de 4360 millons d'anys. Açò significa que els oceans i la corfa continental varen existir dins dels 150 primers millons d'anys despuix de la formació de la Terra. A pesar d'açò, l'ambient hadeico era enormement hostil per a la vida. S'haurien donat freqüents colisions en grans objectes còsmics, inclús de més de 500 quilómetros de diàmetro, suficients per a vaporizar l'oceà durant mesos despuix de l'impacte, lo que formaria núvols de vapor d'aigua mesclat en pols de roques elevant-se a altituts que cobririen tot el planeta. Despuix d'uns quants mesos l'altitut d'eixos núvols començaria a disminuir, pero la base del núvol continuaria encara estant elevada provablement durant els següents mil anys, despuix de lo que començaria a ploure a una altitut més baixa. Durant 2000 anys les pluges consumirien llentament els núvols, tornant els oceans a la seua profunditat original solament 3000 anys despuix de l'impacte. El possible bombardeig intens tardà provocat provablement pels moviments posicionals dels planetas gaseosos jagantes, que varen acrivellar la Lluna i atres planetes interiors (Mercurio, Mart i, possiblement, la Terra i Venus) fa 3800 a 4100 millons d'anys provablement haurien esterilisat el planeta si la vida ya haguera aparegut en eixe periodo.

Biogénesis en ambient càlit contra fret

Si s'examinen els periodos lliures de cataclisme produïts per impactes de meteors que impedirien l'establiment de protoorganismes autorreplicantes, la vida va poder haver-se desenrollat en diferents ambients primitius. L'estudi portat a terme per Maher i Stephenson mostra que, si els sistemes hidrotermals marins profunts propicien un lloc acceptable per a l'orige de la vida, la abiogénesis va poder haver succeït fa 4000 i 4200 millons d'anys, mentres que si haguera succeït en la superfície de la Terra, la abiogénesis solament podria haver ocorregut fa 3700 o 4000 millons d'anys. Atres treballs d'investigació sugerixen un començ de la vida més fret. Els treballs de Stanley Miller varen mostrar que les bases nitrogenades adenina i guanina requerixen condicions de congelació per a la seua síntesis, mentres que la citosina i l'uracilo precisen temperatures d'ebullició. Basant-se en estes investigacions va sugerir que l'orige de la vida implicaria condicions de congelació i meteorits impactant.

Un artícul de la publicació Discover Magazine senyala cap a l'investigació de Stanley Miller indicant que es poden formar sèt aminoàcits diferents i 11 tipos de nucleobases en gèl, com quan es va deixar amoníac i cianur en el gèl antàrtic entre 1972 i 1997, aixina com a l'investigació portada a terme per Hauke Trinks mostrant la formació de molècules d'ARN de 400 bases de llongitut en condicions de congelació utilisant un mòle d'ARN (una cadena senzilla d'ARN que guia la formació d'una nova cadena). A mida que la nova cadena d'ARN creixia, els nous nucleòtits s'anaven adherint al mòle. L'explicació donada per a la inusitada velocitat d'estes reaccions a semblant temperatura és que es tractava d'una congelació eutéctica. A mida que es formen cristals de gèl, est permaneix pur: solament les molècules d'aigua s'unixen al cristal en creiximent, mentres que les impurees com la sal o el cianur queden excloses. Estes impurees acaben apiñades en bojaques microscòpiques de líquit entre el gèl, i és esta concentració lo que fa que les molècules choquen entre sí en més freqüència.

Models hipotètics de l'orige de la vida

S'ha propost varis models hipotètics per a l'orige de la vida relacionats a l'entorn en que esta es va desenrollar, les molècules i funcions que varen sorgir primer i la formació de les primeres cèles. Tots estos models no són antagónicos molts d'ells són combinats per a abordar vàries preguntes relacionades a l'orige de la vida.

Models sobre l'entorn per al desenroll de la abiogénesis

Lagos d'aigua dolça calenta

Jack Szostak va sugerir que l'activitat geotèrmica proporciona majors oportunitats per a l'orige de la vida en llac oberts a on hi ha una acumulació de minerals. En 2010, basant-se en l'anàlisis espectral de l'aigua mineral calenta i marina, Ignat Ignatov i Oleg Mosin varen demostrar que la vida pot haver-se originat predominantment en aigua mineral calenta. L'aigua mineral calenta que conté bicarbonato i ions de calcio té el ranc més òptim. Este cas és similar a l'orige de la vida en respiraders hidrotermals, pero en bicarbonato i ions de calcio en aigua calenta. A un pH de 9–11, les reaccions poden tindre lloc en aigua de mar. Segons Melvin Calvin, certes reaccions de condensació-deshidratació d'aminoàcits i nucleòtits en blocs individuals de péptidos i àcits nucleicos poden tindre lloc en la hidrosfera primària en pH 9–11 en una etapa evolutiva posterior. Alguns d'estos composts, com l'àcit cianhídrico (HCN), s'han comprovat en els experiments de Miller. Est és l'entorn en el que s'han creat els estromatolitos. David Ward va descriure la formació d'estromatolitos en aigua mineral calenta del Parc Nacional de Yellowstone. En 2011, Tadashi Sugawara va crear un protobionte en aigua calenta.

Manantials geotermals

Bruce Damer i David Deamer sostenen que les membranes celars no es poden formar en aigua de mar salada i, per lo tant, deuen haver-se originat en entorns d'aigua dolça com a piscines reblides per una combinació de manantials geotèrmics i pluja. Ans que es formaren els continents, l'única terra seca en la Terra serien les illes volcàniques, a on l'aigua de pluja formaria estanys a on els lípits podrien formar les primeres etapes cap a les membranes celars. Durant múltiples cicles humits-secs, se sintetisarien biopolímers i es encapsularían en vesícules despuix de la condensació. el sulfur de zinc i el sulfur de manganeso en estos estanys haurien catalizado composts orgànics per fotosíntesis abiótica. L'investigació experimental en manantials geotèrmics va sintetisar en èxit polímer i es encapsularon en vesículas despuix de l'exposició a la llum UV i múltiples cicles humits-secs. A temperatures de 60 a 80 °C en camps geotèrmics, poden ocórrer reaccions bioquímiques. Se supon que estos predecessors de les cèlules verdaderes es varen comportar més com un superorganisme que com a estructures individuals, a on les membranes porosas albergarien molècules que es filtrarien. Solament quan les cèlules verdaderes varen evolucionar, es varen adaptar gradualment a ambients més salinos i varen entrar en l'oceà.. Sis de les onze reaccions bioquímiques del cicle del rTCA poden ocórrer en aigua àcida calenta rica en metals, lo que sugerix que les reaccions metabòliques podrien haver-se originat en este entorn, açò és consistent en l'estabilitat millorada del fosfodiéster del ARN, els enllaços aminoacil-ARNt i els péptidos en condicions àcides. El cicle entre el CO2 supercrítico i subcrítico en les zones de falla tectònica podria haver dut als péptidos a integrar-se en les membranes lipídicas i a estabilisar-les. Se sugerix que açò ha impulsat l'evolució de les proteïnes de membrana, ya que va demostrar que un péptido seleccionat (H-Lys-Ser-Pro-Phe-Pro-Phe-Ala-Ala-OH) causa l'aument de la permeabilidad de la membrana a l'aigua. David Deamer i Bruce Damer afirmen que la química prebiótica no requerix irradiació ultravioleta ya que la química també podria haver ocorregut baix àrees sombreades que protegien a les biomoléculas de la fotólisis.

Respiraders alcalinos d'aigües profundes

Nick Lane creu que cap forma de vida coneguda podria haver utilisat la fotosíntesis basada en sulfur de zinc, rajos, síntesis de pirita volcànica o radiació UV com a font d'energia. En canvi, sugerix que és més provable que les fonts alcalinas d'aigües profundes hagen segut una font d'energia per a la vida celar primerenca. La serpentinización en fonts hidrotermals alcalinas produïx metà i amoníac. Les partícules minerals que tenen propietats similars a les enzimes en les fonts d'aigües profundes catalizarían composts orgànics a partir del CO2 dissolt en l'aigua de mar. La roca porosa podria haver promogut reaccions de condensació de biopolímers i actuar com un compartimento d'estructures membranosas, no obstant, es desconeix cóm podria promoure la codificació i el metabolisme. el fosfat d'acetilo, que se sintetisa fàcilment a partir del tioacetato, pot promoure l'agregació de monofosfato d'adenosina de fins a 7 monòmers, que es considera energèticament favorit en l'aigua per les interaccions entre nucleobases. El acetil fosfat pot estabilisar l'agregació de nucleòtits en presència de Na + i possiblement podria promoure la polimerisació en superfícies minerals o disminuir l'activitat de l'aigua. S'hauria mantingut un gradient extern de protones dins d'una membrana entre l'oceà àcit i l'aigua de mar alcalina. Les reaccions exergónicas en estos entorns podrien haver proporcionat energia lliure que va promoure reaccions químiques propícies per a biomoléculas prebióticas. Les reaccions no enzimàtiques de la glucólisis i la via de la pentosa fosfat poden ocórrer en presència de ferro ferroso a 70 °C, les reaccions produïxen eritrosa 4-fosfat, un precursor d'aminoàcits i ribosa 5-fosfat, un precursor de nucleòtits.

Cendres volcàniques en l'oceà

Geoffrey W. Hoffmann ha argumentat que un event de nucleación complex, que involucra tant polipèptits com a àcits nucleicos, com a orige de la vida és compatible en el temps i l'espai disponibles en els oceans primaris de la Terra. Hoffmann sugerix que la cendra volcànica podria proporcionar les múltiples formes aleatòries necessàries en l'event de nucleación complex postulat. Este aspecte de la teoria pot comprovar-se experimentalment. En un experiment per a establir les condicions adequades per a la formació de la vida, Sidney W. Fox va recolectar material volcànic d'un con de cendra en Hawái. Va descobrir que la temperatura era superior a 100 °C a sol 4 polzades (100 mm) per baix de la superfície del con de cendra i va sugerir que este podria haver segut l'entorn en el que es va crear la vida: les molècules podrien haver-se format i després haver segut arrastrades a través de la cendra volcànica solta cap a el mar. Va colocar trossos de lava sobre aminoàcits derivats del metà, amoníac i aigua, va esterilisar tots els materials i horneó la lava sobre els aminoàcits durant unes hores en un forn de vidre. Es va formar una substància marró i pegajosa sobre la superfície, i en sumergir la lava en aigua esterilisada, es va desprendre un líquit espés i marró. Va descobrir que, en secar-se, els aminoàcits formaven polipèptits submicroscópicos llarcs, a sovint reticulados i filiformes.

Teoria del món de zinc

La teoria del món de zinc propon que els decorreguts hidrotermals rics en H2S que interactuen en l'aigua freda de l'oceà primordial conduïxen a la precipitació de partícules de sulfur metàlic. Sistemes de ventilació oceànics i atres sistemes hidrotermals tenen una estructura zonal reflectida en antics depòsits volcanogénicos de sulfur massius (VMS) d'orige hidrotermal. Els més abundants són pirita (FES 2), calcopirita (CuFeS 2) i esfalerita (ZnS), en adició de galena (PbS) i alabandita (MnS), ZnS i MnS tenen una capacitat única per a almagasenar energia de radiació, per eixemple, de llum ultravioleta. Durant la finestra de temps rellevant dels orígens de les molècules en replicació, la pressió atmosfèrica primordial era lo suficientment alta (> 100 bar, al voltant de 100 atmòsfera) per a precipitar prop de la superfície de la Terra, i l'irradiació ultravioleta era de 10 a 100 voltes més intensa que ara; per lo tant, les propietats fotosintéticas úniques mediades per ZnS varen proporcionar les condicions energètiques adequades per a activar la síntesis de molècules informatives i metabòliques i la selecció de nucleobases fotoestables.

La teoria del món de zinc s'ha completat en evidència experimental i teòrica de la constitució iònica de l'interior dels primers protobiontes ans que evolucionaren a cèles. Archibald Macallum va notar la semblança dels decorreguts corporals com la sanc i la limfa en l'aigua de mar; No obstant, la composició inorgànica de totes les cèlules diferix de la de l'aigua de mar moderna, lo que va dur a Mulkidjanian i els seus colegues a reconstruir els "criaderos" de les primeres cèlules combinant anàlisis geoquímico en filogenómico dels requisits d'ions inorgànics dels components universals de les cèlules modernes. Els autors conclouen que les proteïnes i els sistemes funcionals ubics i primordials per inferència mostren afinitat i requisits funcionals per a K + , Zn 2+ , Mn 2+ i [PO4]. La reconstrucció geoquímica mostra que la composició iònica que conduïx a l'orige de les cèlules no podria haver existit en lo que hui cridem entorns marins, pero és compatible en les emissions de zones dominades per vapor de lo que hui cridem sistemes geotèrmics continentals. baix l'atmòsfera primordial empobrida en oxigen i dominada per CO 2 , la química dels condensados d'aigua i les exhalació prop dels camps geotèrmics s'assemblaria al mig intern de les cèlules modernes. Per lo tant, les etapes precelares d'evolució poden haver tingut lloc en l'oceà primordial poc profunts revestits en minerals de silicat poroso mesclats en sulfur metàlics i enriquits en composts de K + , Zn 2+ i fòsfor.

Teoria de la bombeta

Les ones que trenquen en les costes creen una delicada bromera composta per bombetes. Els vents que agranen l'oceà tenen tendència a dur coses a la costa, de forma similar a la fusta que es junta a la deriva en una plaja. És possible que les molècules orgàniques es pogueren concentrar en les vores costeres d'un modo paregut. Les aigües costeres més someras també tendixen a ser més càlides, concentrant més vesprada les molècules orgàniques per evaporament. Mentres les bombetes formades majorment per aigua esclaten ràpidament, succeïx que les bombetes de greixos són molt més estables, donant-li més temps a cada bombeta en particular per a portar a terme estos crucials experiments. Els fosfolípits són un bon eixemple d'un compost gras que es creu que va ser prevalente en les mars prebióticos. Degut a que els fosfolípits contenen un cap hidrofílica en un extrem i una coa hidrofòbica en l'atre, tenen tendència a formar espontàneament bicapas lipídicas en aigua. Una bombeta de monocapa lipídica solament pot contindre greix i una bombeta de bicapa lipídica solament pot contindre aigua i va anar un provable precursor de les modernes membranes celars. Si una proteïna acaba incrementant l'integritat de la seua bombeta nodriça, llavors la bombeta té una gran ventaja i acaba situant-se en el cim de la selecció natural. La primitiva reproducció es podria visualisar quan les bombetes esclataven, lliberant el resultat de l'experiment en el seu mig circumdant. Una volta que es llibera una cantitat suficient del «material correcte», el desenroll dels primers procariotas, eucariota i organismes multicelares es podia conseguir.

De modo similar, les bombetes formades completament per molècules similars a proteïnes, cridades microesferas, es formarien espontàneament baix les condicions adequades. Pero no hi ha precursors provables de les modernes membranes celars, ya que les membranes celars estan compostes primàriament de components lipídicos més que de components aminoacídicos. Un model propost per Fernando i Rowe sugerix que el confinament d'un metabolisme autocatalítico no-enzimàtic dins dels protobiontes podria haver segut un modo d'evitar el problema de les reaccions colaterals que són típiques dels models de «metabolisme primer».

Teoria de l'argila

Alexander Graham Cairns-Smith, de l'Universitat de Glasgow, va presentar una hipòtesis sobre l'orige de la vida en 1985 basada en l'argila i va ser adoptada com una ilustració plausible per solament uns pocs científics, incloent a Richard Dawkins. La teoria de l'argila postula que les molècules orgàniques complexes varen créixer gradualment en una plataforma de replicació no orgànica preexistente —cristals de silicat en dissolució—. La complexitat de les molècules acompanyants que es desenrollava com una funció de les pressions de selecció en tipos de cristals d'argila és llavors extreta per a servir a la replicació de molècules orgàniques independentment de la seua «pista d'envolament» en el seu silicat.

• Cairns-Smith és un ferm crític d'atres models d'evolució química. No obstant, ell admet que, com a molts models de l'orige de la vida, el seu també té defectes (Horgan 1991). És verdaderament, «traure la vida de baix de les pedres».

• Peggy Rigou de l'Institut Nacional d'Investigació Agronómica d'EE. UU. (INRA), en Jouy-en-Josas, França, va publicar en l'edició de l'11 de febrer de Science News que els prions són capaços d'unir-se a partícules d'argila i abandonar estes partícules quan l'argila es carrega negativament. Encara que no es fa cap referència en l'apartat d'implicacions per a les teories de l'orige de la vida, esta investigació podria sugerir que els priones són una ruta provable cap a les primeres molècules reproductores. En 2007, Kahr i colaboradors varen publicar els seus experiments que examinen l'idea de que els cristals poden actuar com una font d'informació transferible, usant cristals de ftalato de potassi hidrogenado. Els cristals «mare» en imperfeccions varen ser tallats i usats com a llavors per a criar cristals «fills» a partir de la dissolució. Llavors varen examinar la distribució de les imperfeccions en el sistema cristalí i varen trobar que les imperfeccions dels cristals mare realment es reproduïen en els fills. Els cristals fills tenien moltes imperfeccions adicionals. Per a una conducta paragenética les imperfeccions adicionals deurien ser molt menors que les dels pares, i d'ahí que Kahr concloga que els cristals «no eren lo suficientment fidels com per a almagasenar informació d'una generació a la següent».

Teoria de la plaja radiactiva

• Zachary Adam, de l'Universitat de Washington en Seattle, afirma que processos mareaels majors que els actuals, produïts per una lluna situada a una distància molt menor podrien haver concentrat partícules radiactives d'urani i atres elements radiactius en la marea alta en les plages primordials a on varen deure haver segut els responsables de generar els components elementals de la vida. D'acort en els models de computació publicats en Astrobiology un depòsit de tals materials radiactius podria haver mostrat la mateixa reacció nuclear autosostenida que es troba en el jaciment d'urani d'Oklo, en Gabon. Esta arena radiactiva proporciona suficient energia per a generar molècules orgàniques, com aminoàcits i sucres a partir d'acetonitrilo procedent de l'aigua. la monacita radiactiva també llibera fosfats solubles en les regions que es troben entre els grans d'arena, fent-els biològicament accessibles. Aixina que els aminoàcits, sucres i fosfat solubles poden ser produïts simultàneament, d'acort en Adam. Els actínits radiactius, que llavors es trobaven en majors concentracions, varen poder haver format part de complexos orgue-metàlics. Estos complexos varen poder haver segut importants com a primers catalisadors en els processos de la vida.

La reacció en cadena de mareas té ventages mecanicistas sobre l'associació/dissociació tèrmica en els respiraders d'aigües profundes perque requerix que l'ensamblage de la cadena (polimerisació impulsada per plantilla) tinga lloc durant la fase de secat, quan els precursors estan més concentrats, mentres que el ciclado tèrmic necessita que la polimerisació tinga lloc durant la fase freda, quan la taxa d'ensamblage de la cadena és més baixa i és provable que els precursors estiguen més diluïts. Les marees primerenques, impulsades per una lluna propenca, podrien haver generat cicles ràpits de dilució (marea alta, baixa sal) i concentració (secat en marea baixa, alta sal) que varen promoure exclusivament la replicació d'àcit nucleicos a través d'un procés denominat reacció en cadena de marees (TCR).

John Parnell, de l'Universitat d'Aberdeen, sugerix que tals processos varen formar part del «cresol de la vida» en els començos de qualsevol planeta rocós fins que este fòra lo suficientment gran per a generar un sistema de tectònica de plaques que aportara minerals radiactius a la superfície. ya que es creu que la Terra en els seus orígens estava formada per moltes «microplacas», es donarien condicions favorables per a este tipo de processos.

Model de la Biosfera profunda i calenta

El descobriment dels nanobios (estructures filamentosas més chicotetes que les bactèrias que contenen ADN) en roques profundes, va dur a una teoria controvertida presentada per Thomas Gold a principis dels anys 1990 en la que s'exponia que la vida es va desenrollar al principi no en la superfície de la Terra, sino varis quilómetros baix la superfície. Ara se sap que la vida microbiana és abundant a més de cinc quilómetros baix la superfície de la Terra entre les estoves, que es considera que s'abans que els eucariota, moltes de les quals viuen en la superfície (incloent els oceans). S'ha afirmat que el descobriment de vida microbiana baix la superfície d'un atre cos del sistema solar donaria un crèdit significatiu a esta teoria. També dia que un suministrament de nutrients d'una font profunda i inalcançable promouria la supervivència perque la vida que sorgix en un montó de matèria orgànica provablement consumiria tot el seu aliment i acabaria extinguint-se.

La teoria termodinàmica disipativa de l'orige de la vida

El sintetisar totes les molècules de la vida no és suficient per a donar-li a esta la vitalitat necessària a fi d'autorreplicarse i evolucionar. Mils d'experiments sobre els 64 anys des dels primers experiments de Miller han fallat en el seu intent de crear la vitalitat de la vida com la coneixem. El fet no considerat en serietat en investigacions anteriors és que la vida resulta un procés, no un objecte o una simple distribució de molècules en equilibri. La vida, com qualsevol procés irreversible macroscòpic, requerix la consideració del potencial químic generalisat impost que, a l'hora que és dissipat per la vida mateixa, servix també com a motor per a ella i la seua evolució. la producció d'entropía per este malbarat deu ser, llavors, l'element fonamental en qualsevol intent d'entendre l'orige de la vida a nivell físic-químic. Les estructures disipatives resulten de la tendència de la naturalea a aumentar la producció d'entropía global a causa del malbarat d'un potencial químic generalisat. Són sistemes termodinámicamente oberts, la seua existència és depenent d'intercanvis d'energia i matèria en el seu ambient. Eixemples són els huracans, les corrents d'aire o aigua, les celes de convecció i la vida mateixa. Una nova teoria sobre l'orige de la vida propost per Karo Michaelian de l'Universitat Nacional Autònoma de Mèxic (UNAM) que va ser elaborada sobre una base de la termodinàmica irreversible que considera la producció d'entropía com caracteristics fonamental i conegut com “la teoria termodinàmica disipativa de l'orige de la vida”. En particular, la teoria analisa lo que passa en l'energia dels fotons que la Terra rebia del Sol (un potencial químic generalisat) en els temps que es creu va sorgir la vida, i la tornada d'esta energia a l'espai en forma degradada (“degradada” perque despuix d'interactuar en els primers sers vius sobre la Terra, la llum no retornava a l'espai en les mateixes característiques en les que va aplegar, sino en forma de fotons de menor energia). Tots estos processos, des de l'absorció i malbarat de fotons en matèria orgànica, fins al cicle de l'aigua, canviaria l'espectre de l'energia emesa per la Terra, duent-ho cap al infrarrojo, és dir, més fotons de menor energia cada u. En atres paraules, la matèria orgànica ha conseguit repartir l'energia que aplega del Sol sobre més graus de llibertat microscòpics. La teoria es basa, principalment, en dos conceptes: l'absorció i malbarat de fotons en l'UV per ADN i ARN per les seues propietats òptiques i físiques, i el concepte de la producció d'entropía en este malbarat en relació en l'orige, proliferació i evolució de les molècules fonamentals de la vida.

Actualment en la superfície de les mars es troben surant gran cantitat de matèria orgànica, microorganismes com les cianobacterias i les diatomeas, ademés de virus i moltes cadenes d'ARN i ADN lliures, aixina com atres composts orgànics. Tot este conjunt de microorganismes i molècules absorbixen part de la llum que aplega del Sol i la convertixen en calor que és transmés a l'aigua. D'haver solament aigua en les mars, en la seua superfície absorbiria res més la llum infrarroja que aplega del Sol perque l'aigua solament absorbix fortament en eixe ranc. Pero l'existència de dits microorganismes i molècules orgàniques permet no solament absorbir en el infrarrojo sino també en l'espectre visible i en l'ultravioleta. Llavors la vida lleva una restricció a la que es pot cridar “només absorbir en el infrarrojo” per a donar lloc a l'absorció i malbarat de llum en un ranc molt més ampli, i de fet, en un ranc a on el nostre Sol és més intens. La calor transmesa a l'aigua per estes molècules provoca l'evaporament d'esta en la superfície de les mars; l'evaporament genera núvols que viagen i fan ploure en terra ferma. Ya en terra ferma l'aigua, aixina com atres minerals, permet el creiximent de plantes terrestres que també absorbixen la llum del Sol per mig dels seus pigments orgànics com la clorofila i el caroteno. Aixina, l'absorció de la llum solar per mig de molècules orgàniques promou el cicle de l'aigua i el cicle de l'aigua a la seua volta dona més possibilitats de generar més vida. A esta conjunt de processos se'ls crida “processos termodinàmics irreversibles acoplats”. L'acoplament del malbarat de llum per molècules orgàniques en la superfície de la Terra en el cicle d'aigua produïx més del 63% de tota l'entropía generada per l'interacció fotònica Sol-Terra.

Ya que el malbarat de fotons és el treball termodinàmic més rellevant que porta a terme la vida actualment, és provable que també esta haja segut la seua funció fa 3.8 mil millons d'anys, data per al qual hi ha evidències de que es va originar. Per falta d'oxigen i ozon, l'atmòsfera terrestre d'eixe llavors permetia el pas lliure de la llum en llongituts d'ona d'entre 220 i 280 nanómetros (nm), o siga la radiació ultravioleta, i al mateix temps no permetia que la llum visible (d'entre 400 i 700 nm) passara en facilitat. El Sol jove emetia radiació UV en una intensitat fins a dèu voltes major que el Sol actual. És concebible, llavors, que la vida haja escomençat dissipant fotons en el UV i més vesprada, mentres l'atmòsfera permetia passar cada volta més la llum visible, haja desenrollat pigments que absorbiren i dissiparen en l'espectre visible, a on la llum incident del Sol era més intensa. Se sap que quan el ARN i l'ADN estan en aigua absorbixen i dissipen eficientemente els fotons de llum UV en una llongitut d'ona al voltant de 260 nm, justament dins de l'interval en el que l'atmòsfera era transparent en l'Arqueano (l'etapa geològica que va començar fa 3 800 millons d'anys i va finalisar fa 2 500 millons d'anys). Esta propietat es deu a que, exposts a la llum UV, les bases d'ARN i ADN (adenina, guanina, citosina i timina o uracilo segons es tracte d'ADN o ARN) s'exciten electrònicament (excitació dels electrons en els seus anells aromàtics) i decauen ràpidament per una intersecció cònica per mig de conversió interna, convertint en calor l'energia del fotó absorbit. És justament esta propietat disipativa de la llum la que du com a conseqüència, segons la teoria proposta, la proliferació de bases nucleicas sobre la superfície de la Terra i la reproducció de les cadenes d'ADN i ARN.

Models sobre que molècules i funcions varen sorgir primer

Hipòtesis del món d'ARN

ARN en els seus bases nitrogenades a l'esquerra i ADN a la dreta.

Artícul principal → hipòtesis del món d'ARN.

l'hipòtesis del món d'ARN va ser enunciada per Walter Gilbert, d'Harvard, en base en els experiments de Thomas Cech (Universitat de Colorat) i Sidney Altman (Yale) en 1980. Sugerix que l'ARN va aparéixer abans que l'ADN i que este va eixercitar un paper important en l'orige de la vida. Estes molècules relativament curtes es podrien haver format espontàneament de modo que foren capaces de catalizar la seua pròpia replicació contínua. És difícil de calibrar la provabilitat d'esta formació. S'han expost algunes hipòtesis de cóm va poder haver succeït.

Entre els factors que recolzen un paper important per al ARN en la vida primitiva s'inclou la seua habilitat per a replicar (vejau el Mònstruo de Spiegelman); la seua habilitat per a actuar tant per a almagasenar informació i catalizar reaccions químiques (com ribozimas); el seu paper extremadament important com a intermediari en l'expressió i manteniment de l'informació genètica (en forma d'ADN) en els organismes moderns i en la facilitat de la seua síntesis química o a lo manco dels components de la molècula baix les condicions aproximades de la Terra primitiva. S'han produït artificialment en elaboratori molècules d'ARN relativament curtes capaces de duplicar a unes atres. Degut a que el ARN pot realisar les tasques de l'ADN i les enzimes, es creu que alguna volta va ser capaç de sustentar formes de vida independents. Alguns virus utilisen ARN com material genètic, en lloc d'ADN. Ademés, encara que no es varen trobar nucleòtits en l'experiment de Miller i Urey, si es varen trobar en els experiments d'atres investigadors com en un de Juan Va orar que va sintetisar adenina a partir d'àcit cianhídrico. Els experiments en ribozimas bàsiques, com el ARN del bacteriófago Qβ, han demostrat que les estructures d'ARN autorreplicantes simples poden resistir inclús fortes pressions selectives (per eixemple, terminadores de cadena de quiralidad oposta).

L'hipòtesis del món d'ARN sosté que en el caldo primigeni existirien ya els nucleòtits en dissolució. Estos nucleòtits formarien enllaços de forma regular en uns atres, que es trencarien perque el canvi d'energia era baix. No obstant, certes seqüències de parells de bases tindrien propietats catalítiques que disminuirien l'energia per a generar la seua cadena, fent que permaneixqueren junts per periodos de temps més llarcs. A mida que s'allargava la cadena anava atraent els nucleòtits que encaixaven de forma més ràpida, fent que la cadena es formara més ràpidament que la seua velocitat de degradació. Diferents conjunts de cadenes d'ARN haurien tingut diferents resultats de replicació, lo que hauria aumentat o disminuït la seua freqüència en la població, és dir, la selecció natural. A mida que els conjunts de molècules d'ARN més aptes varen aumentar el seu número, noves propietats catalítiques agregades per mutació, que varen beneficiar la seua persistència i expansió, podrien acumular-se en la població. La competència entre ARN pot haver favorit el sorgiment de la cooperació entre diferents cadenes d'ARN, obrint el camí per a la formació del primer protobionte.

Els ribonucleósidos de pirimidina i els seus respectius nucleòtits s'han sintetisat prebióticamente per mig d'una seqüència de reaccions que passen per alt els sucres lliures i es ensamblan de manera escalonada en incloure químiques nitrogenades i oxigenades. En una série de publicacions, John Sutherland i el seu equip d'investigadors varen demostrar rutes d'alt rendiment per als ribonucleótidos de citidina i uridina construïts a partir de chicotets fragments de 2 i 3 carbono, com glicoldehído, gliceraldehído o gliceraldehído-3. -fosfat, cianamida i cianoacetileno. Un dels passos d'esta seqüència permet l'aïllament deenantiopure ribosa aminooxazolina si l'excés enantiomérico de gliceraldehído és del 60% o més, de possible interés cap a la homoquiralidad biològica. Açò pot vore's com una etapa de purificació prebiótica, en la que dit compost cristalizó espontàneament a partir d'una mescla de les atres pentosa aminooxazolinas. Les aminooxazolinas poden reaccionar en cianoacetileno d'una manera suau i altament eficient, controlada per fosfat inorgànic, per a donar ribonucleótidos de citidina. La fotoanomerización en llum ultravioleta permet l'inversió al voltant del centre anomérico 1 'per a donar la estereoquímica beta correcta; un problema en esta química és la fosforilación selectiva d'alfa-citidina en la posició 2 '. No obstant, en 2009, varen demostrar que els mateixos blocs de construcció simples permeten l'accés, a través de l'elaboració de nucleobase controlada per fosfat, a nucleòtits de pirimidina cíclica 2 ', 3'-directament, que se sap que poden polimerizar en ARN. La química orgànica de Donna Blackmond va descriure esta troballa com "evidència sòlida" a favor del món del ARN. No obstant, John Sutherland va dir que si ben el treball del seu equip sugerix que els àcit nucleicos varen eixercitar un paper primerenc i central en l'orige de la vida, no necessàriament respalava l'hipòtesis del món del ARN en sentit estricte, que va descriure com un "restrictiu, apany hipotètic".

L'artícul de 2009 del grup Sutherland també va destacar la possibilitat de fotodesinfecció dels fosfat pirimidina-2 ', 3'-cíclicos. Una debilitat potencial d'estes rutes és la generació de gliceraldehído enantio enriquit, o el seu derivat 3-fosfat (el gliceraldehído preferix existir com el seu cetotautómero dihidroxiacetona).

Un punt de vista llaugerament distint sobre esta mateixa hipòtesis és la de que un tipo diferent d'àcit nucleico nomenat pre-ARN, com l'àcit nucleico peptídico (ANP), àcit nucleico treósico (ANT) aixina com l'àcit nucleico glicólico (ANG) varen ser els primers en emergir com a molècules autorreplicatives per a ser reemplaçades pel ARN solament despuix. Despuix d'haver sorgit el ARN, est precediria al ADN a través de la retrotranscripción, argument que ha segut demostrat experimentalment. En les cèlules modernes els precursors de l'ADN (els quatre desoxirribonucleótidos, dNTP) es produïxen per reducció de ribonucleótidos vaig donar o trifosfato per ribonucleótido reductasa, per tant es va concloure que l'orige prebiótico de l'ADN va ser a partir d'acetaldehído i gliceraldehído-5-fosfat d'ARN. També l'aparició de l'ADN va requerir la presència de polimerasas, principalment la transcriptasa inversa i proteïnes d'unió a àcit nucleicos. Tant la biosíntesis de purina com la de pirimidina es construïxen sobre la ribosa 5 monofosfato com un precursor comú de l'ADN. El primer pas en l'aparició de l'ADN va ser la formació d'ADN-O (ADN que conté uracilo), alguns virus ADN bicatenario (principalment bacteriófagos) retenen genomes en ADN-O, reflectint este primer pas de transició entre el ARN i l'ADN. Més alvance el uracilo es perdria donant lloc a l'ADN comú denominat ADN-T. Per un atre costat, el ARN no va precedir a les proteïnas ya que estes provindrien de péptidos, per lo que actualment es considera que el ARN i les proteïnes coevolucionaron fins a unir-se i formar els ribosomas, polimerasas i demés proteïnes d'unió a àcit nucleicos.

Teoria del món de ferro-sofre

Artícul principal → Teoria del món de ferro-sofre.

Erro al crear miniatura:

Fumarolas negres. Algunes teories afirmen que la vida va sorgir en les proximitats d'algun tipo de font hidrotermal submarina.

Erro al crear miniatura:

Fumerals de Tynagh (círculs obscurs) junt en bombetes. Segons una teoria els llocs a on va sorgir el metabolisme podrien ser semblants a estes formacions.

la teoria del món de ferro-sofre postula l'emergència d'un metabolisme primitiu que va poder proporcionar un ambient per a la posterior emergència de la replicació del ARN i l'ADN. La teoria va ser proposta per Günter Wächtershäuser i respalada per models presentats per Christian de Duve basats en la química dels tioésters. Una de les més primerenques encarnació d'esta idea va ser presentada en 1924 per la noció d'Alexander Oparin de primitives vesícules autorreplicantes que varen precedir al descobriment de l'estructura del ADN. Entre alguns models més abstractes i teòrics de la plausibilidad de l'emergència del metabolisme sense la presència de gens s'inclou un model matemàtic presentat per Freeman Dyson a principis dels anys 1980 i la noció de Stuart Kauffman de conjunts colectivament autocatalíticos, discutits ya alvançada la década. Una atra possible resposta a este misteri de la polimerisació va ser proposta per Günter Wächtershäuser en 1980, en la seua teoria del ferro-sofre. En esta teoria, va postular l'evolució de les rutes (bio) químiques com el fonament de l'evolució de la vida. Inclús va presentar un sistema consistent per a rastrejar les chafades de l'actual bioquímica des de les reaccions ancestrals que proporcionaven rutes alternatives per a la síntesis de «rajoles orgàniques» a partir de components gaseosos simples.

Al contrari que els experiments clàssics de Miller, que depenien de fonts externes d'energia (com llampadas simulats o radiació UV), els «sistemes de Wächstershäuser» vénen en una font d'energia incorporada, els sulfurs de ferro i uns atres minerals com la pirita. L'energia lliberada a partir de les reaccions redox d'eixos sulfur metàlics, no solament estava disponible per a la síntesis de molècules orgàniques, sino també per a la formació d'oligómeros i polímers. Es llança per això l'hipòtesis de que tals sistemas podrien ser capaces d'evolucionar fins a formar conjunts autocatalíticos d'entitats autorreplicantes metabólicamente actives que serien els precursors de les actuals formes de vida.

L'experiment tal i com va ser portat a terme va rendir una producció relativament chicoteta de dipéptidos (de 0,4% a 12,5%) i una producció inferior de tripéptidos (0,003%) i els autors varen advertir que «baix estes mateixes condicions els dipéptidos es hidrolizaban ràpidament.» Una atra crítica del resultat és que l'experiment no incloïa cap organomolécula que poguera en major provabilitat donar reaccions creuades o terminar la cadena (Huber i Wächsterhäuser, 1998). En 1997, Wächtershäuser i Claudia Huber varen mesclar monòxit de carbono, sulfur d'hidrogen i partícules de sulfur de níquel a 100 °C i varen demostrar que es podien generar aminoàcits. A l'any següent, utilisant els mateixos ingredients, varen ser capaces de produir péptidos.

• Patel en 2016 despuix d'un experiment va sugerir que els lípits, péptidos (precursors de les proteïnes) i el pre-ARN (àcit nucleico precursor del ARN i este últim de l'ADN) es varen derivar d'un protometabolisme de cianur d'hidrogen en demostrar-se que els precursors dels seus components; els nucleòtits, aminoàcits i lípits poden derivar-se tots de l'homologació reductora del cianur d'hidrogen i alguns dels seus derivats i, per tant, tots els subsistema celars podrien haver sorgit simultàneament a través de la química comuna. Els passos clau de la reacció són impulsats per llum ultravioleta, usen sulfur d'hidrogen com a reductor i poden accelerar-se per mig de cicles fotorredox Cu (I) -Cu (II).

La més recent modificació de la teoria del ferro-sofre va ser proposta per William Martin i Michael Russell en 2002. D'acort en el seu escenari, les primeres formes celars de vida varen poder haver evolucionat dins de les cridades «fumerals negres» en les profunditats a on es troben les zones d'expansió del fondo oceànic. Estes estructures consistixen en cavernes a microescala que estan revestides per primes parets membranosas de sulfur metàlics. Per tant, estes estructures resoldrien varis punts crítics dels sistemes de Wächstershäuser d'una sola volta:

1. Les microcavernas proporcionen mijos per a concentrar les molècules recent sintetisades, per tant aumentant la possibilitat de formar oligómeros.
2. Els abruptes gradient de temperatura que es troben dins d'una fumeral negre permeten establir «zones òptimes» de reaccions parcials, per eixemple la síntesis de monòmers en les zones més calentes, i la oligomerización en les zones més fredes.
3. El fluix d'aigua hidrotermal a través de l'estructura proporciona una font constant de «rajoles» i energia (sulfur metàlics recent precipitats).
4. El model permet una successió de diferents passos d'evolució celar (química prebiótica, síntesis de monòmers i oligómeros, síntesis de péptidos i proteïnas, món d'ARN, ensamblage de ribonucleoproteínas i món d'ADN) en una única estructura, facilitant l'intercanvi entre tots els estadis de desenroll.
5. La síntesis de lípits com a mig de «aïllar» les cèlules del mig ambient no és necessària fins que bàsicament estiguen totes les funcions celars desenrollades. Este model situa al últim antepassat comú universal (LUCA, de l'anglés Last Universal Common Ancestor) dins d'un fumeral negre, en lloc d'assumir l'existència d'una forma de vida lliure de LUCA. L'últim pas evolutiu seria la síntesis d'una membrana lipídica que finalment permetera a l'organisme abandonar el sistema en l'interior de la microcaverna dels fumerals negres i començar la seua vida independent. Este postulat d'una adquisició tardana dels lípits és consistent en la presència de tipos completament diferents de lípits de membrana en estovas i bactèrias (més els eucariota) en una fisiologia altament similar en totes les formes de vida en atres aspectes.

D'acort en Leslie Orgel, un líder en els estudis sobre l'orige de la vida durant algunes de les passades décades, hi ha raons per a creure que l'afirmació permaneixerà aixina. En un artícul titulat Self-Organizing Biochemichal Cycles, Orgel resumix el seu anàlisis de la proposta estipulant que «per ara no existix raó per a esperar que cicles de múltiples passos com el cicle reductor de l'àcit cítric poguera autoorganizarse en la superfície de FES/FES₂ o d'algun atre mineral». És possible que un atre tipo de ruta metabòlica fora usat en els començos de la vida. Per eixemple, en lloc del cicle reductiu del àcit cítric, la ruta oberta del acetil-CoA (una atra de les quatre vies reconegudes de fixació de diòxit de carbono en la naturalea) podria ser més compatible en l'idea d'autoorganización en una superfície de sulfur metàlic. l'enzima clau d'esta via, monòxit de carbono deshidrogenasa/acetil-CoA té ancorats grups mixts de sulfur de ferro i níquel en els seus centres de reacció i cataliza la formació d'acetil-CoA (que podria ser recordat com una forma moderna d'acetilo-tiol) en un únic pas. Un atre assunt sense resoldre en l'evolució química és l'orige de l'homoquiralidad. Per eixemple, tots els monòmers tenen la mateixa «rotació dominant» (els aminoàcits són levógiros i els àcit nucleicos i sucres són dextrógiros). La homoquiralidad és essencial per a la formació de ribozimas funcionals (i provablement també de proteïnes). L'orige de la homoquiralidad podria explicar-se simplement per una asimetria inicial per casualitat seguida d'una descendència comuna.

Els treballs portats a terme en 2003 per científics de Purdue varen identificar l'aminoàcit serina com la provable raïl que provoca la homoquiralidad de les molècules. La serina produïx enllaços particularment forts en els aminoàcits de la mateixa quiralidad, lo que resulta en un grup d'huit molècules que podrien totes ella ser dextrógiras o levógiras. Esta propietat es contrapon a la d'atres aminoàcits que són capaços de formar enllaços dèbils en els aminoàcits de quiralidad oposta. Encara que el misteri de per qué va acabar sent dominant la serina encara està sense resoldre, els resultats sugerixen una resposta a la qüestió de la transmissió quiral: el cóm les molècules orgàniques d'una quiralidad mantenen la dominancia una volta que s'establix l'asimetria.

Hipòtesis del món d'ARN-péptido

Una creixent comprensió dels fallos dels models que consideren purament «l'hipòtesis del món d'ARN» o «la teoria del món de ferro-sofre» ha dut a un model que incorpora aspectes d'abdós. Concretament, i basant-se en la implausibilidad llogística d'estos dos models, Robert Griffith ha establit un model de cooperació entre el ARN, els primitius péptidos i lípits la seqüència dels quals seria com seguix: la matèria orgànica generada per mig de síntesis abiótica en els oceans primitius se separaria en fases per densitat i solubilidad. La síntesis de monòmers complexos i també de polímer tindria lloc en superfícies hidrofílicas i en les seues proximitats (interfases) tant en el mig acuoso com a aéreu. La replicació i la traducció trobarien el seu lloc idòneu en la interfase d'elements emulsificados de caràcter hidrofòbic. Els primers àcit nucleicos codificarien preferentment arginina. Estos péptidos enriquits en arginina servirien per a seqüestrar i transferir enllaços de fosfat rics en energia. Açò faria que els péptidos foren essencials per al manteniment dels àcit nucleicos, rics en fosfat, i al mateix temps els mantindrien prop de les interfases lipídicas. S'ha afirmat que l'hipòtesis del món del ARN i la teoria del món de ferro-sofre no són mútuament excloents, ya que els processos celars moderns involucren tant metabòlits com a molècules genètiques.

Esta hipòtesis es diu coevolución d'ARN-péptido, o el món d'ARN-péptido, i oferix una possible explicació per a la ràpida evolució de la replicació d'alta calitat en el ARN (ya que les proteïnes són catalisadors), en la desventaja de tindre que postular la formació coincidente de dos molècules complexes, una enzima (a partir de péptidos) i un ARN (de nucleòtits). L'estudi deixa oberta la pregunta de cóm exactament eixos sistemes primitius varen conseguir replicar-se a sí mateixos, alguna cosa que ni l'hipòtesis del món del ARN ni l'hipòtesis del món del ARN-péptido poden explicar encara, a menos que les polimerasa (enzimes que ensamblan ràpidament la molècula d'ARN) varen jugar un paper.

Un proyecte d'investigació completat en març de 2015 va descobrir que una ret de reaccions que comencen en cianur d'hidrogen i sulfur d'hidrogen, en corrents d'aigua irradiades en llum ultravioleta, podrien produir els components químics de proteïnes i lípits, junt en els d'el ARN. Els investigadors varen utilisar el terme "cianosulfídico" per a descriure esta ret de reaccions. En novembre de 2017, un equip de l'Institut d'Investigació Scripps va identificar reaccions que involucraven al compost diamidofosfato que podrien haver vinculat els components químics en cadenes curtes de péptidos i lípits, aixina com cadenes curtes de nucleòtits similars al ARN.

Hipòtesis del món de proteïnes

El món de proteïnes és una hipòtesis que propon que les proteïnes com a química prebiótica varen aparéixer abans que els àcit nucleicos o al mateix temps que els àcit nucleicos.

En 2009, Maury va propondre un model basat en estructures de làmina beta autorreplicantes. Este model sugerix que les proteïnes amiloides catalítiques autorreplicantes i autoensamblablades varen ser els primers polímer informatius en un món pre-ARN primitiu. Els principals arguments a favor del model es basen en l'estabilitat estructural, les propietats autocatalíticas i catalítiques, i la capacitat d'evolució dels sistemes informatius basats en làmines beta. Estos sistemes també són correctors d'errors i quiroselectius.

Per una atra part, en 2005 Ikehara va propondre que les proteïnes eren GADV o compostes de glicina (G), alanina (A), àcit aspártico (D) i valina (V). El nom GADV és un abreujament dels quatre aminoàcits anteriors. El model sugerix que el còdic genètic universal no es va originar a partir d'un sistema de tres aminoàcits, sino d'un de quatre. Este còdic GNC, que codifica les proteïnes GADV, constituïx el còdic genètic més primitiu. L'anàlisis de les proteïnes presents i la simulació per mig de factors químics d'aminoàcits mostren que les proteïnes GADV que contenen casi la mateixa cantitat dels quatre aminoàcits poden formar quatre estructures bàsiques de proteïnes, a saber, estructures hidrofòbiques i hidrofílicas, hèlices α i làmines β. Per lo tant, les proteïnes GADV es polimerizan a partir d'aminoàcits elegits a l'encert de les quatre opcions, tornant-se provablement globulars i solubles en aigua com algunes proteïnes actuals. Les proteïnes generades d'esta manera presenten diferents estructures primàries. No obstant, la seua composició simple dona lloc a la formació de proteïnes esfèriques i hidrosolubles similars, en valinas voluminoses i hidrofòbiques en el seu interior i àcits aspárticos hidrofílicos en el seu exterior. Els péptidos composts de GADV poden polimerizarse per mig de cicles simples d'evaporament i hidratació. Açò justifica la producció de péptidos de GADV en pozas de marea de la Terra primitiva. Ademés, els péptidos de GADV polimerizados aleatoriamente, tenen l'activitat catalítica d'hidrolizar els enllaços peptídicos en l'albúmina sérica vacuna, per lo que poden catalizar la formació d'enllaços peptídicos com la reacció inversa. Les proteïnes GADV poden multiplicar-se per pseudoreplicación en absència de gens, considerant les característiques anteriors.

Teoria del món de lípits

És una teoria que afirma que les primeres substàncies autorreplicantes eren de tipo lipídico. Segons està teoria els lípits o les bicapas lipídicas facilitarien la compartimentació molecular per a que es formen les molècules de pre-ARN i proteïnes en estar els seus components tancats dins les bicapas. Se sap que els fosfolípits formen bicapas en l'aigua si estan someses a agitació. Esta estructura és idèntica a la de les membranes celars. Estes molècules no es trobaven en la terra primigènia, encara que atres cadenes anfifílicas llargues també formen membranes. Ademés, estos cossos es poden expandir per inserció de lípits adicionals, i baix una expansió excessiva poden sofrir escissions espontànees que conserven el mateix tamany i composició de lípits en abdós progenies. L'idea principal d'esta teoria és que la composició molecular dels cossos lipídicos és la primera forma d'almagasenar informació i l'evolució conduïx a l'aparició d'entitats polimèriques com el pre-ARN o les proteïnes que poden almagasenar informació favorablement.

Hipòtesis del món d'HAP

Erro al crear miniatura:

Ensamblage d'un apilamiento d'HAPs.

Artícul principal → Hipòtesis del món d'HAP.

l'hipòtesis del món d'HAP postula que els hidrocarburs aromàtics policíclics (HAP) varen precedir a les molècules de pre-ARN en ajudar a crear les seues nucleobases per a que es desenrollarà el món d'ARN. Els HAPs són anfifílicos, lo que significa que tenen tant parts hidrofòbiques com hidrofílicas. Aixina que quan estan en dissolució, de la mateixa manera que els lípits, tendixen a autoorganizarse en apilamientos, protegint les seues parts hidrofòbiques en mijos acuosos. D'eixe modo açò estimula una unió preferent de molècules planars com les nucleobases púricas i pirimidínicas. Estes nucleobases són igualment anfifílicas i per això tendixen a alinear-se en apilamientos similars. Açò termina creant un eficaç andamiaje per a que es forme un esquelet de pre-ARN junt en les nucleobases. Un chicotet canvi en l'acidea podria haver permés llavors que les nucleobases es deslligaren del apilamiento del HAP original i formaren d'eixa manera les molècules de pre-ARN.

En 2004, un equip d'investigació va detectar traces d'hidrocarburs aromàtics policíclics (HAPs) en una nebulosa. Estes són les molècules més complexes trobades en l'espai fins al moment. el Telescopi espacial Spitzer ha detectat recentment una estrela, la HH 46-ANAR, que està formant-se en un procés similar al del Sol. En el disc de material que rodeja l'estrela hi ha una gran varietat de molècules que inclouen els composts de cianur, hidrocarburs i hidròxit de carbono. També s'han trobat HAPs per tota la superfície de la galàxia M81, que està a 12 millons d'anys llum de la Terra, confirmant la seua àmplia distribució en l'espai.

Hipòtesis de la formamida

És una hipòtesis que postula el començ de la abiogénesis a partir de formamida (CH3NO), l'amida més simple que es troba en la naturalea, esta podria haver-se acumulat en cantitats suficientment altes per a servir com a bloc de construcció i mig de reacció per a la síntesis de les primeres biomoléculas.

A través de la formamida s'han pogut sintetisar nucleobases, sucres, àcit carboxílic, aminoàcits, nucleòsits i composts heterogéneus de varis (incloent urea i carbodiimida). En presència d'una font de fosfat (p. eix., minerals de fosfat), la formamida promou la fosforilación de nucleòsits lo que conduïx a la formació de nucleòtits i estimula fortament la polimerisació no enzimàtica de nucleòtits cíclicos 3',5' , açò du a la síntesis abiótica d'oligómeros d'ARN.

S'ha demostrat que la formamida és un mig competent per a la producció de derivats d'aminoàcits a partir dels seus precursors simples aldehit i nitril, lo que demostra que l'aigua no és l'únic solvent en el que pot ocórrer este procés. En particular, la formamida proporciona un mig per a la síntesis prebiótica de derivats de cisteína, que anteriorment no es considerava plausible en entorns prebióticos estrictament acuosos.

Models sobre característiques de les molècules

Homoquiralidad

Alguns processos de l'evolució química deurien explicar l'orige de l'homoquiralidad, és dir, el fet de que casi tots els components elementals dels sers vius tenen la mateixa quiralidad, sent els aminoàcits levógiros, els sucres ribosa i desoxirribosa dels àcit nucleicos són dextrógiros, aixina com els fosfoglicéridos quirals. Es poden sintetisar molècules quirals, pero en absència d'una font de quiralidad o d'un catalisador quiral es formen en una mescla 50/50 d'abdós enantiómeros, a la qual se li crida mescla racémica. Clark va sugerir que la homoquiralidad va poder començar en l'espai, ya que els estudis sobre els aminoàcits del meteorit Murchison varen mostrar que la L-alanina era dos voltes més freqüent que la forma D, i l'àcit L-glutámico era 3 voltes més prevalente que la seua contrapartida dextrógira. S'ha sugerit que la llum polarisada va tindre el poder de destruir un dels enantiómeros dins del disc protoplanetario. Noyes ha demostrat que la desintegració beta provocava la destrucció de la D-leucina en una mescla racémica i que la presència de ¹⁴C, present en grans cantitats en les substàncies orgàniques de l'ambient primerenc de la terra, podria haver segut la causa. Robert M. Hazen ha publicat informes d'experiments realisats en distintes superfícies cristalines quirals que actuaven com a possibles llocs de concentració i ensamblage de monòmers quirals en macromolécula. Una volta estabilisat el sistema, la quiralidad podria haver segut seleccionada favorablement per l'evolució. Els treballs en composts orgànics trobats en meteorits tendixen a sugerir que la quiralidad és una característica de la síntesis abiogénica, ya que els aminoàcits actuals són levógiros, mentres que els sucres són predominantment dextrógiros.

Un treball portat a terme en 2003 per científics de Purdue varen identificar l'aminoàcit serina com la provable raïl causal de la homoquiralidad de les molècules orgàniques. la serina forma enllaços particularment forts en els aminoàcits de la mateixa quiralidad, lo que resulta en un grup d'huit molècules que deuen ser totes o ben dextrógiras o levógiras. Esta propietat contrasta en atres aminoàcits que són capaços de formar enllaços dèbils en els aminoàcits de la quiralidad oposta. Encara que el misteri de per qué la serina levógira va acabar sent la dominant encara permaneix sense resoldre, estos resultats sugerixen una resposta a la qüestió de la transmissió quiral: cóm les molècules orgàniques d'una quiralidad mantenen la dominancia una volta que l'asimetria ha segut establida.

Autocatálisis

el biòlec evolutiu britànic Richard Dawkins va escriure sobre l'autocatálisis com una explicació potencial per a l'orige de la vida en el seu llibre El conte de l'antepassat (2004). Els autocatalizadores són substàncies que catalizan la seua pròpia producció i tenen per tant la propietat de ser un replicador molecular simple. En este llibre, Dawkins cita experiments portats a terme per Julius Rebek i colaboradors en el Sripps Research Institute de Califòrnia en el que combinen aminoadenosina i éster de pentafluorofenilo en el autocatalizador éster triácido d'aminoadenosina (AATE). Un sistema de l'experiment contenia variants d'AATE que catalizaban la seua pròpia síntesis. Este experiment demostrava la possibilitat de que la autocatálisis podia mostrar competició entre una població d'entitats en herència, que podia ser interpretada com una forma rudimentària de selecció natural.

Hipòtesis de la termosíntesis

L'hipòtesis de la termosíntesis considera la quimiosmosis més antiga que la fermentació: l'enzima ATP sintasa, que sustenta la quimiosmosis, és l'enzima actualment existent més estretament relacionada en el primer procés metabòlic. L'hipòtesis de la termosíntesis ni tan sols invoca una via: el mecanisme de canvi d'enllaç de l'ATP sintasa s'assembla a un procés d'adsorció física que produïx energia lliure. El resultat seria la convecció, que aportaria un suministrament continu de reactius a la protoenzima. La primera proteïna descrita pot ser simple en el sentit de que solament requerix una seqüència curta de residus d'aminoàcits conservats, una seqüència suficient per al clavill catalític apropiat.

Hipòtesis del hiperciclo

A principis dels anys 1970 es va organisar una gran ofensiva al problema de l'orige de la vida per un equip de científics reunits entorn a Manfred Eigen, del institut Max Planck. Varen intentar examinar els estats transitoris entre el caos molecular d'una sopa prebiótica i els estats transitoris d'un hiperciclo de replicació i entre el caos molecular en una sopa prebiótica i sistemes macromoleculares autorreproductores simples. En un hiperciclo, el sistema d'almagasenament d'informació (possiblement ARN) produïx una enzima, que cataliza la formació d'un atre sistema d'informació en seqüència fins que el producte de l'últim ajuda a la formació del primer sistema d'informació. En un tractament matemàtic, els hiperciclos poden crear cuasiespecies, que a través de selecció natural varen entrar en una forma d'evolució darwiniana. Un impuls a la teoria del hiperciclo va ser el descobriment de que el ARN, en certes circumstàncies, es transforma en ribozimas (una forma d'enzima d'ARN) capaces de catalizar les seues pròpies reaccions químiques.

El model del polifosfato

El problema en molts dels models d'abiogénesis és que l'equilibri termodinàmic favorix als aminoàcits dispersos abans que als seus polímer, els polipèptits; és dir, que la polimerisació és endotèrmica. Lo que fa falta és una causa que promoga la polimerisació. Una solució al problema pot trobar-se en les propietats dels polifosfatos. Els polifosfatos es formen per la polimerisació dels ions ordinaris de monofosfato (PO₄^-3) baix l'acció de la radiació ultravioleta. Els polifosfatos poden catalizar la polimerisació dels aminoàcits a polipèptits, reduint la barrera d'energia i fent aixina factible el procés. ^{cita requerida}

El model de la ecopoiesis

El model de la ecopoiesis ha segut desenrollat pels científics brasileños Félix de Sousa i Rodrigues Lima. És un model que integra elements i observacions de varis atres. En esta teoria és l'ambient físic (Οικος) el que promou l'aparició de la vida en els estadis primerencs en lloc de fer-ho l'aparició a l'encert d'organismes que posteriorment condicionen l'entorn, en especial, sobre l'acumulació d'oxigen. Propon que els cicles geoquímicos dels elements biogénicos, dirigits per una atmòsfera primordial rica en oxigen procedent de la fotólisis del vapor d'aigua evaporat dels oceans i hipercarbónica, varen poder ser la base d'un metabolisme planetari de caràcter espacialmente continu i global, que hauria precedit i condicionat l'aparició gradual d'una vida com l'actual, organisada en organismes discontinus (individualisats). Algunes de les seues prediccions serien les següents:

• la fotólisis i posterior escape de l'hidrogen acumularien una cantitat significativa d'oxigen en l'atmòsfera primitiva.
• Es generaria un potencial reductor entre les zones de producció fotolítica d'oxigen i l'ambient submarí en minerals reductors, en especial, de ferro divalente.
• Estes interaccions donarien lloc a un metabolisme global de base geoquímica, l'holoplasma, en l'aparició de «cicles» (com els actuals del carbono o del fosfat) d'elements biogénicos.
• Este «protometabolisme» deuria ser congruent en les principals rutes metabòliques que trobem hui en dia.
• En el mig hipercarbónico aumenten els cationes divalentes i per això la carboxilación (fixació de CO₂ a atres molècules) és energèticament favorable. Es requeriria, no obstant, de certs hidrocarburs de la litosfera, en especial acetileno, que podria convertir-se per hidratació i carboxilación en intermediaris del cicle de Krebs reversible. Est seria l'element més característic de la circulació del carbono en la ecosfera primitiva.

• S'aplica el principi de congruència: es postula l'existència d'una continuïtat entre els factors protobiològics ambientals i el metabolisme actual. Este es pot rastrejar en les coenzimas claus. Posteriorment es produiria l'incorporació d'estes activitats a unitats catalítiques durant el món d'ARN. El fet de que estes coenzimas estiguen relacionades estructuralment en els nucleòtits en ribosa sembla confirmar este extrem. L'ambient hipercarbónico també favoriria la propagació quiral d'un dels enantiómeros una volta seleccionat.
• El camí cap als protobiontes es realisaria per mig d'una successió d'hàbits. En principi hi hauria una agregació de matèria orgànica (hàbit flocular) deguda a principis senzills com la baixa activitat d'aigua, la coalescencia hidrófoba i la formació de tioácidos i la seua extracció parcial en la fase lipídica.

• En la següent fase evolutiva (hàbit reticular) aumenta l'integració entre les fases dels flóculo (lipídica, peptídica i de polímer fosforilados) donant lloc a la traducció. S'agregarien vacuoles metabòliques en vacuoles àcides o respiratòries, donant lloc a retículs que posteriorment es fusionarien en un únic compartimiento en el «hàbit celar».

Formació i organisació dels protobiontes o protocélas

Representació hipotètica d'un protobionte.

La compartimentació va ser important per a l'orige de la vida. Les membranes formen compartimientos tancats que estan separats de l'ambient extern, proporcionant aixina al protobionte espais acuosos funcionalmente especialisats. Com la bicapa lipídica de les membranes és impermeable a la majoria de les molècules hidrófilas (dissoltes en aigua), les cèlules tenen sistemes de transport de membranes que conseguixen l'importació de molècules nutritives aixina com l'exportació de rebujos. És molt difícil construir protobiontes a partir d'ensamblages moleculars. Un pas important en este desafiu és el guany de la dinàmica de les vesículas que són rellevants per a les funcions celars, com el tràfic de membranes i la autorreproducció, utilisant molècules anfifílicas. En la Terra primitiva, numeroses reaccions químiques de composts orgànics varen produir els ingredients de la vida. D'estes substàncies, les molècules anfifílicas podrien ser el primer jugador en l'evolució de l'ensamblage molecular a la vida celar. Un pas de la vesícula a protobionte podria ser el desenroll de vesícules autorreproductoras junt en el sistema metabòlic.

Els protobiontes o protocélas varen ser estructures lipídicas formades per una sola membrana compostes d'ARN i proteïnes, de tamany nanométrico en capacitat de replicar-se. Varen ser evolucionant a cèlas en unir-se més liposoma o vesícules propenques sobre la seua única membrana lo que va dur al desenroll d'una estructura més complexa que els permetera protegir la seua material genètic i proteïnes, durant esta transició varen desenrollar l'ADN a partir del ARN com a material genètic. En passar esta etapa els protobiontes varen donar orige al últim antepassat comú universal en desenrollar les característiques universals de les cèlules com citoplasma, citoesquelet, membrana plasmática i paret celar. L'últim antepassat comú universal (LUCA) va ser un organisme procariota osmótrofo que posteriorment originària alinaje bacterià i alinaje arqueig-eucarionte.

El primer antepassat comú universal (FUCA)

el primer antepassat comú universal (FUCA) és una entitat acelar proposta que va anar el primer organisme en un còdic genètic i capaç de traduir biològicament molècules d'ARN en péptidos per a produir proteïnas. Els seus descendents inclouen al últim antepassat comú universal (LUCA) i els virus. FUCA estava compost per una població de sistemes oberts, ribonucleoproteínas autorreplicantes organisades en protobiontes que haurien utilisat ARN com a genoma i autorreplicación. FUCA es va generar sense còdic genètic, a partir d'un protorribosoma i una ARN polimerasa depenent d'ARN típica dels virus d'ARN en sí mateixa un sistema evolucionat a partir de la maduració d'una maquinària de ribonucleoproteínas. FUCA va aparéixer quan un centre de protopeptidiil transferasa va començar a sorgir per primera volta, quan els replicadores del món del ARN varen començar a ser capaços de catalizar l'unió d'aminoàcits en oligopéptidos. Els primers gens de FUCA provablement codificaven ARNt primitius ribosómicos, aminoaciltransferasas i atres proteïnes que ajudaven a estabilisar i mantindre la traducció biològica. Estos péptidos aleatoris produïts possiblement es varen unir als polímer d'àcit nucleico de cadena simple i varen permetre una major estabilisació del sistema que es va fer més robust i es va unir encara més a atres molècules estabilizadoras. Quan FUCA va madurar, el seu còdic genètic va quedar completament establit. Açò va provocar que els sistemes oberts precelares començaren a acumular informació i a autoorganizarse, produint els primers genomas per mig de l'ensamblage de vies bioquímiques.

Models de formació

Quan els fosfolípits es coloquen en aigua, les molècules s'organisen espontàneament de manera que les coes queden protegides per l'aigua, lo que dona com resultat la formació d'estructures de membrana com bicapas, vesículas i micelas. En les cèlules modernes, les vesícules participen en el metabolisme, el transport, el control de la flotabilitat i l'almagasenament d'enzimas. També poden actuar com a cambres de reacció química natural. Una vesícula o micela típica en solució acuosa forma un agregat en les regions de "cap" hidrófila en contacte en el solvent circumdant, seqüestrant l'hidrófobo de coa única en el centre de la micela. Esta fase és causada pel comportament d'empaquetamiento dels lípits d'una sola coa en una bicapa. Encara que el procés d'autoensamblaje protobionte que forma espontàneament vesícules i micela de monocapa lipídica en la naturalea s'assembla als tipos de vesícules o protobiontes primordials que podrien haver existit al començ de l'evolució, no són tan sofisticades com les membranes bicapa dels organismes vius d'hui.

No obstant, en lloc d'estar compostes per fosfolípits, les primeres membranes poden haver-se format a partir de monocapas o bicapas d'àcit grassos, que poden haver-se format més fàcilment en un entorn prebiótico. Els àcit grassos s'han sintetisat en laboratoris baix una varietat de condicions prebióticas i s'han trobat en meteorits, lo que sugerix la seua síntesis natural en la naturalea.

Les vesícules d'àcit oleico representen bons models de protobiontes de membrana que podrien haver existit en temps prebióticos.

Les interaccions electrostàtiques induïdes per péptidos hidrófobos curts, carregats positivament, que contenen 7 aminoàcits de llongitut o menys, poden unir àcits nucleicos a la membrana d'una vesícula, la membrana celar bàsica.

Coacervados

Els investigadors també han propost la encapsulación primerenca en gotetes separades en fase acuosa, cridades coacervados que formarien els protobiontes. Estes gotetes són impulsades per l'acumulació de macromolécula, lo que produïx una goteta líquida distintiva en fase densa dins d'un mig líquit més diluït. Estes gotetes poden propagar-se, conservant la seua composició interna, per mig de forces de cisallament i turbulència en el mig, i podrien haver actuat com un mig per a replicar la encapsulación en un protobionte primitiu. No obstant, la replicació va ser altament desordenada i la fusió de gotetes és comuna, lo que qüestiona el verdader potencial dels coacervados per a una compartimentació distinta que conduïx a la competència i a la selecció darwiniana primerenca.

Estanys geotermals i argila

Els científics han sugerit que els protobiontes es varen originar en respiraders hidrotermals en les profunditats del mar. Un estudi de 2012 sugerix que les piscinas interiors de vapor geotèrmic condensado i gelat tenen les característiques ideals per a la formació de protobiontes. La conclusió es basa principalment en la química de les cèlules modernes, a on el citoplasma és ric en ions de potassi, zinc, manganeso i fosfat, que no estan molt estesos en els ambients marins. Tals condicions, argumenten els investigadors, es troben solament a on el decorregut hidrotermal calent du els ions a la superfície, llocs com géisers, gorcs de fanc, fumarolas i atres fonts geotèrmiques característiques. Dins d'estes concas humeantes i burbujeantes, l'aigua carregada d'ions de zinc i manganeso podria haver-se acumulat, gelat i condensado en piscines poc profundes.

Un atre estudi en la década de 1990 va mostrar que l'argila de montmorillonita pot ajudar a crear cadenes d'ARN de fins a 50 nucleòtits unides espontàneament en una sola molècula d'ARN. Més vesprada, en 2002, es va descobrir que en agregar montmorillonita a una solució de micelas d'àcit grassos (esferes lipídicas), l'argila accelerava la taxa de formació de vesícules en 100 voltes.

Les investigacions han demostrat que alguns minerals poden catalizar la formació escalonada de coes d'hidrocarburs d'àcit grassos a partir de gasos d'hidrogen i monòxit de carbono, gasos que poden haver segut lliberats per respiraders hidrotermals o géiseres. Els àcit grassos de diverses llongituts es lliberen finalment en l'aigua circumdant, pero la formació de vesícules requerix una major concentració d'àcit grassos, per lo que se sugerix que la formació de protobiontes va començar en respiraders hidrotermals terrestres com géiseres, gorcs de fanc, fumarolas i atres característiques geotèrmiques a on l'aigua s'evapora i concentra el solut.

Bombetes de montmorillonita

Un atre grup d'investigadors sugerix que els protobiontes podrien haver-se format dins de microcompartimientos d'argila inorgànica, que poden proporcionar un contenidor ideal per a la síntesis i compartimentació de molècules orgàniques complexes. Les bombetes en armadura d'argila es formen naturalment quan les partícules d'argila de montmorillonita s'acumulen en la superfície exterior de les bombetes d'aire baix l'aigua. Açò crea una vesícula semipermeable a partir de materials que estan fàcilment disponibles en el mig ambient. Els autors senyalen que se sap que la montmorillonita servix com a catalisador químic, lo que encoraja als lípits a formar membranes i als nucleòtits individuals a unir-se en cadenes d'àcits nucleicos. Es pot imaginar una reproducció primitiva quan les bombetes d'argila esclaten, lliberant el producte lligat a la membrana lipídica al mig circumdant.

Gotes sense membrana

Una atra forma de formar compartimento primitius que poden conduir a la formació d'un protobionte són les estructures sense membrana de polièsters que tenen la capacitat d'albergar bioquímics (proteïnes i àcits nucleicos) i ancorar els conjunts de lípits al seu entorn.

Protobiontes de Jeewanu

Els protobiontes de Jeewanu són partícules químiques sintètiques que posseïxen una estructura similar a una cèlula i semblen tindre algunes propietats funcionals de la vida. Sintetisat per primera volta en 1963 a partir de minerals simples i orgànics bàsics mentres s'expon a la llum solar, encara s'informa que té algunes capacitats metabòliques, la presència de membrana semipermeable, aminoàcits, fosfolípits, carbohidrats i molècules d'àcits nucleicos. No obstant, la naturalea i les propietats de Jeewanu queden per aclarir.

En un experiment de síntesis similar, una mescla congelada d'aigua, metanol, amoníac i monòxit de carbono es va expondre a la radiació ultravioleta (UV). Esta combinació va produir grans cantitats de material orgànic que es autoorganizó per a formar glòbuls o vesícules quan es va sumergir en aigua. L'investigador va considerar que estos glòbuls s'assemblen a les membranes celars que tanquen i concentren la química de la vida, separant el seu interior del món exterior. Els glòbuls tenien entre 10 i 40 micrómetros (0,00039 a 0,00157 polzades), o aproximadament el tamany dels glòbuls rojos. Sorprenentment, els glòbuls fluorescents, o lluïa, quan s'expon a la llum ultravioleta. Absorbir els rajos UV i convertir-els en llum visible d'esta manera es va considerar una forma possible de proporcionar energia a un protobionte. Si tals glòbuls varen jugar un paper en l'orige de la vida, la fluorescència podria haver segut un precursor de la fotosíntesis primitiva. Dita fluorescència també proporciona el benefici d'actuar com a filtre solar, difonent qualsevol dany que d'una atra manera seria infligido per la radiació UV. Esta funció protectora hauria segut vital per a la vida en la Terra primitiva, ya que la capa d'ozon, que bloqueja els rajos ultravioleta més destructius del sol, no es va formar fins que la vida fotosintética va començar a produir oxigen.

Transport de membrana

Per als organismes celars, el transport de molèculas específiques a través de les barreres de la membrana compartimentades és essencial per a intercanviar contingut en el seu entorn i en atres individus. Per eixemple, l'intercanvi de contingut entre individus permet la transferència horisontal de gens, un factor important en l'evolució de la vida. Si be les cèlules modernes poden dependre de complicades maquinàries de proteïnes per a catalizar estos processos crucials, els protobiontes deuen haver-ho conseguit utilisant mecanismes més simples.

Els protobiontes composts d'àcit grassos haurien pogut intercanviar fàcilment chicotetes molècules i ions en el seu entorn. Les membranas que consten d'àcit grassos tenen una permeabilidad relativament alta a molècules com el nucleòsit monofosfato (NMP), nucleòsit difosfat (NDP) i nucleòsit trifosfato (NTP), i poden resistir concentracions milimolares de Mg2+. La pressió osmótica també pot eixercitar un paper important sobre este transport passiu de membrana. S'ha sugerit que els efectes ambientals desencadenen condicions en les que és possible el transport de molècules més grans, com ADN i ARN, a través de les membranes dels protobiontes. Per eixemple, s'ha propost que l'electroporación resultant dels raigs podria permetre dit transport. La electroporación és el ràpit aument de la permeabilidad bicapa induïda per l'aplicació d'un gran camp elèctric artificial a través de la membrana. Durant la electroporación, les molècules de lípits en la membrana canvien de posició, obrint un poro (forat) que actua com una via conductora a través de la qual molècules hidrófobas com els àcit nucleicos poden passar la bicapa lipídica. Una transferència similar de contingut a través de les protoceldas i en la solució circumdant pot ser causada per la congelació i posterior descongelació. Açò podria ocórrer, per eixemple, en un entorn en el que els cicles diürns i nocturns provoquen gelades recurrents. Els experiments de laboratori han demostrat que tals condicions permeten un intercanvi d'informació genètica entre poblacions de protobiontes. Açò pot explicar-se pel fet de que les membranes són altament permeables a temperatures llaugerament per baix de la seua temperatura de transició de fase. Si s'alcança este punt durant el cicle de congelació-descongelació, inclús les molècules grans i molt carregades poden travessar temporalment la membrana del protobionte. Algunes molècules o partículas són massa grans o massa hidrófilas per a travessar una bicapa lipídica inclús en estes condicions, pero poden moure's a través de la membrana per mig de la fusió o gemació de vesícules, events que també s'han observat en els cicles de congelació-descongelació. Açò en algun moment pot haver conduït a mecanismes que faciliten el moviment de molècules cap a l'interior del protobionte (endocitosis) o que lliberen el seu contingut a l'espai extracelar (exocitosis).

Exogénesis: vida primitiva extraterrestre

Una atra alternativa a la abiogénesis terrícola és l'hipòtesis de que la vida primitiva va poder haver-se format originalment fòra de la Terra (advertixca's que exogénesis està relacionat, pero no és lo mateix que la noció de panspermia). Se supon que una pluja de material procedent de cometas que es va precipitar sobre la Terra primitiva va poder haver dut cantitats significatives de molècules orgàniques complexes i, potser, la mateixa vida primitiva formada en l'espai va ser duta a la Terra per material cometario o asteroides d'atres sistemes estelars. Els components orgànics són relativament comuns en l'espai, especialment en el sistema solar exterior, a on les substàncies volàtils no són evaporades pel calfament solar. En els cometes es troben incrustaciones de capes externes de material obscur que, es pensa, són substàncies bituminosas compostes per material orgànic complex format per composts de carbono simples despuix de reaccions iniciades majorment per irradiació per llum ultravioleta. 2002, també es va detectar l'aminoàcit més simple, la glicina. En 2023 es va descobrir en un experiment de laboratori una possible via abiótica per a la formació de cadenes peptídicas a partir d'aminoàcits. chicotets grups de molècules de glicina mostren polimerisació despuix de l'aportació d'energia inclús sense un substrat catalític sòlit, lo que és un indici de la possible formació de cadenes d'aminoàcits en les condicions extremes de l'espai.

Una hipòtesis relacionada en esta és que la vida es va formar en primer lloc en el Mart primigeni i va ser transportada a la Terra quan material de la seua corfa va ser expulsada de Mart per un asteroide i impactes cometarios per a més tarde alcançar la Terra. És difícil trobar evidències per a abdós hipòtesis i pot ser que calga esperar a que es duguen mostres de cometes i de Mart per al seu estudi. Cap d'elles respon realment a la qüestió de cóm es va originar per primera volta la vida, sino que merament trasllada este orige a un atre planeta o cometa. No obstant, esta hipòtesis estén tremendament el palmito de condicions baix el qual es va poder haver format la vida, des de les possibles condicions primitives de la Terra a lliteralment les condicions de tot l'Univers.

Teoria de la panspermia

Formació en un meteorit marcianà que es creïa que era una bactèria.

Artícul principal → Panspermia.

La ventaja de les hipòtesis d'un orige extraterrestre de la vida primitiva és que incrementa el camp de provabilitat per a que la vida es desenrolle. No es requerix que es desenrolle en cada planeta en el qual es trobe, sino més be en una sola localisació i posteriorment s'estén per la galàxia cap a atres sistemes estelars a través del material cometario. Esta idea ha rebut impulsos pels descobriments sobre microbis molt resistents. Una alternativa a la abiogénesis terrestre és l'hipòtesis de la panspermia, que sugerix que les «llavors» o l'essència de la vida prevalen disseminades per tot l'Univers i que la vida va començar en la Terra gràcies a l'arribada de tals llavors al nostre planeta. Estes idees tenen el seu orige en algunes de les consideracions del filòsof grec Anaxágoras. L'astrònom Sir Fred Hoyle també va recolzar l'idea de la panspermia. Es basa en la comprovació de que certs organismes terrestres (certes bactèrias, cianobacterias i líquenes) són tremendament resistents a condicions adverses i que finalment poden viajar per l'espai i colonisar atres planetes.

Hipòtesis de la génesis múltiple

S'hauria donat l'aparició de diferents formes de vida casi simultàneament en l'història primerenca de la Terra, ya que sembla existir un únic antepassat comú entre tots els sers vius, les atres formes estarien extintes, deixant-nos fòssils a través del seu diferent bioquímica. Per eixemple, per l'us d'atres elements, com l'arsènic en lloc del fòsfor, i sobrevivint com extremófilas o simplement permaneixent ignorades en ser anàlogues als organismes de l'actual arbre de la vida. Hartman, per eixemple, combina algunes teories proponent lo següent:

«Els primers organismes autorreplicantes varen ser argila riques en ferro que fixaven diòxit de carbono en l'àcit oxálico i atres àcit dicarboxílicos. El sistema de replicació de les argila i el seu fenotip metabòlic va evolucionar llavors cap a la regió rica en sulfur del manantial hidrotermal, adquirint la capacitat de fixar nitrogen. Finalment es va incorporar el fosfat en el sistema en evolució que permetia la síntesis de nucleòtits i fosfolípits. Si la biosíntesis recapitula la biopoiesis, llavors la síntesis dels aminoàcits va precedir a la síntesis de bases púricas i pirimidínicas. Més allà d'açò la polimerisació dels tioésteres d'aminoàcit en polipèptits va precedir la polimerisació dirigida d'éster d'aminoàcits per polinucleótidos.»

Vore també

• Últim ancestro universal
• Evolució biològica
• Orige de la cèlula eucariota
• Història evolutiva de les plantes
• L'orige de l'home
• Història de la Terra
• Biogénesis
• Sistemes complexos
• Astrobiología
• Astroquímica
• Equació de Drake
• Generació espontànea
• Habitabilitat planetària
• Vida extraterrestre
• Principi antrópico
• Principi de mediocritat
• Stuart Kauffman
• Sentit de la vida

Enllaços externs

Tens que especificar títul = i url = al usar {{cita web}}.. Erro al crear miniatura: Abiogénesis en el Viccionari.

Espanyol:

• simulació ajuda a comprendre l'aparició de la vida a partir de matèria inerte [17] archivat en Wayback Machine.
• L'orige de la vida des d'un punt de vista geològic
• L'orige de la vida en la terra.

Inglés:

• Societat Internacional per a l'Estudi de l'Orige de la Vida.
• ^{[enllaç trencat]}
• Video en anglés 'L'orige de la vida, per John Maynard-Smith' Discurs davant la Real Institution per la societat Vega Science
• l'orige de la vida que inclou artículs i recursos del Dr. Michael Russell, de l'Universitat de Glasgow
• Connections Between Interstellar Chemistry and the Origin of Life on the Earth
• Matthew dodd [18] archivat en Wayback Machine.
• World's oldest fossils unearthed. Video en You Tube.

Abiogénesis en Viquidites.