აბიოგენეზი

აბიოგენეზი, ბიოპოეზი (არაოფიციალურად, სიცოცხლის წარმოშობა; , და ) — არაორგანულიდან ორგანული ნაერთების წარმოქმნა ფერმენტების მონაწილეობის გარეშე. სიცოცხლის წარმოშობის ერთ-ერთი თეორიის ძირითადი ჰიპოთეზა, რომელიც გვიხსნის, როგორ შეიძლება შექმნილიყო ბიოლოგიური სიცოცხლე ბუნებრივი პროცესების გზით. უფრო სპეციფიკურად ეს ტერმინი მოიაზრება, როგორც დედამიწაზე სიცოცხლის გაჩენასთან დაკავშირებული პროცესების შესწავლა. ის გეოლოგიური ერა, რომელშიც აბიოგენეზი სავარაუდოდ მიმდინარეობდა, იყო ადრეული ეოარქაული ერა (დაახლოებით 4,0 — 3,6 მილიარდი წლის წინ, ე.ი. პერიოდი, რომელიც უშუალოდ მოსდევდა ჰადესურ ერას, რომლის მსვლელობაშიც დედამიწის უმეტესი ნაწილი არსებითად გამლღვალ მდგომარეობაში იყო. თვით აბიოგენეზის დათარიღება ასეთია: პერიოდი 3,9 — 3,5 მილიარდი წლის წინ.
ამინომჟავების უმეტესობა, რომლებსაც ხშირად „სიცოცხლის საშენ ბლოკებს უწოდებენ“, სინთეზირებული იქნა მილერ-იურეის ექსპერიმენტში და მსგავს ექსპერიმენტებში, რომელთა არსი შეადგენდა ზოგიერთი იმ პირობის სიმულაციას, რომელიც ჰიპოთეტურად არსებობდა ეოარქაული პერიოდის დედამიწაზე. იმავე გზით შეიძლება წარმოიქმნას სხვა ასევე ფუნდამენტალურად მნიშვნელოვანი ბიოქიმიური მოლეკულები, როგორიცაა ნუკლეოტიდები და საქარიდები. ყველა ცოცხალ ორგანიზმში ცილები, პოლისაქარიდები და ნუკლეინის მჟავები აგებულია ზემოთ ჩამოთვლილი საშენი ბლოკებისაგან. ეს სამი ტიპის მოლეკულა არსებითია სიცოცხლის ყველა ფუნქციების უზრუნველსაყოფად და საერთოა ყველა ამჟამად მცხოვრები ორგანიზმისათვის, რაც მათ საერთო წარმოშობაზე მიუთითებს. ამ მაკრომოლეკულების აგება უჯრედებში (სიცოცხლის ორგანიზაციულ ერთეულებში) ხდება ნუკლეინის მჟავების და ფერმენტების საფუძველზე.
დედამიწის პირველი მაცხოვრებლები, როგორც ფიქრობენ, იყვნენ ერთუჯრედიანი პროკარიოტები (რომელთაც არ გააჩნიათი მემბრანით შემოსაზღვრული ბირთვი), ისინი კი თავის მხრივ, შეიძლება წარმოშივნენ პრობიონტებისაგან (ორგანული მოლეკულებისგან, რომლებიც მომწყვდეულნი არიან მემბრანისმაგვარ სტრუქტურაში). ყველაზე ძველი ნამარხი მიკრობისმაგვარი ობიექტები თარიღდება 3,5 მილიარდი წლით. თვით დედამიწის შექმნიდან ეს შეადგენს 1 მილიარდ წელს. შედარებით უფრო საიმედო და მრავალრიცხოვანია 3,4 მილიარდი წლით დათარიღებული ნამარხები. 2,4 მილიარდი წლის წინანდელ ქანებზე ნახშირბადის, რკინისა და გოგირდის სტაბილური იზოტოპების ანალიზი უკვე აჩვენებს ცოცხალი ორგანიზმების მოქმედებს არაორგანულ მინერალებზე და დანალექ ქანებზე. სხვა მოლეკულური ბიომარკერები ასევე მიუთითებენ ამ ეპოქაში ფოტოსინთეზის არსებობაზე, რაც უკვე ადასტურებს, რომ სიცოცხლე უკვე ფართოდ იყო გავრცელებული ამ დროს მთელ დედამიწაზე.
კონცეფციის ისტორია
სპონტანური წარმოშობა ანუ თვითჩასახვა
ის აზრი, რომ სიცოცხლის ზოგიერთი ფორმა არაცოცხალიდან სპონტანურად, თავისით წარმოიშვა, ძველი ბერძენი ფილოსოფოსებიდან მოდის და მე-19 საუკუნემდე პოპულარული რჩება ევროპულ მეცნიერებაში. ხშირად ამ აზრთან ერთად ჰქონდათ ჰეტეროგენეზური მოსაზრებები, რომ სიცოცხლის ერთ ფორმას შეეძლო მეორეში გადასვლა (მაგალითად, ფუტკრები შეიძლება გაჩენილიყვნენ ყვავილებისგან). აბიოგენეზის კლასიკური მოსაზრება ითვალისწინებდა იმ აზრს, რომ ცოცხალი ორგანიზმები იქმნება დაშლის პროცესში მყოფი ორგანული ნივთიერებებისგან. არისტოტელეს მიხედვით, პეპლები იბადებოდნენ ცვრისგან, რომელიც მცენარეებზე ციდან ეცემოდა, ბუზები — ლეშისგან, თაგვები — ჭუჭყიანი თივისგან, ნიანგები — დამპალი კუნძებისგან და ა.შ.
XIV საუკუნის შემდეგ ამ მოსაზრებებს უკვე კრიტიკულად უყურებდნენ. მაგალითად, 1440 თურქი ოტომანი სწავლული ფათიჰ სულთან მეჰმეთი, მეჰმეთ სემსედინ ბინ ჰამზა, აკ სემსედინი (თეთრი სემსედინი) წერდა თავის წიგნში "მადდეთ ულ ჰაიათ" (სიცოცხლის მასალა): "შეცდომაა, ვიფიქროთ, რომ დაავადებები ცალ-ცალკე ადამიანებში ჩნდება. დაავადება გადადის ერთი პირიდან მეორეზე უხილავი ცოცხალი თესლების სახით" (იმ დროისთვის, ეს გენიალურია!). 1646 წელს სერ თომას ბრაუნმა გამოაქვეყნა თავისი ფსეუდოდოქსია ეპიდემიკა (გადამდები ცრუ სწავლება), რომელიც წარმოადგენდა შეტევას მცდარ სწავლებებზე და "ვულგარული შეცდომებზე". ეს იყო პროგრესული ნაშრომი, მაგრამ მისმა თანამედროვეებმა იგი ვერ დააფასეს ჯეროვნად. ალექსანდერ როსი წერდა: "კითხვის ნიშნის ქვეშ დააყენო ეს (ე.ი. სპონტანური წარმოშობა), ნიშნავს რომ კითხვის ნიშნის ქვეშ დააყენო გონება, გრძნობა და გამოცდილება. თუ ეეჭვება, წავიდეს ეგვიპტეში და იქ იპოვის ველებს, რომელიც სავსეა ნილოსის შლამიდან გაჩენილი თაგვებით, რაც დიდ უბედურებას წარმოადგენს იქაური მაცხოვრებლებისათვის".
1665 წელს რობერტ ჰუკმა გამოაქვეყნა თავისი პირველი ჩანახატები, რომლებიც აჩვენებდნენ მიკროსკოპში დანახულ მიკროორგანიზმებს. ჰუკს მოჰყვა 1676 წელს ანტონ ვან ლევენჰუკი, რომელმაც დახატა და აღწერა მიკროორგანიზმები, რომლებიც, დღევანდელი გადმოსახედიდან, წარმოადგენენ პროტოზოებისა და ბაქტერიების სამეფოთა მკვიდრებს. იმ დროს ბევრმა იგრძნო, რომ მიკროორგანიზმების არსებობს სპონტანური წარმოშობის თეორიის სასარგებლო არგუმენტი იყო, რადგანაც მიკროორგანიზმები ძალიან პრიმიტიულები ჩანდნენ საიმისოდ, რომ სქესობრივი გზით გამრავლება შეძლებოდათ, და იმ დროს კი ჯერ არ იცოდნენ არასქესობრივი გაყოფის გზით გამრავლების შესაძლებლობის შესახებ.
თვითჩასახვის თეორიის საწინააღმდეგო პირველი მყარი არგუმენტები წამოვიდა 1668 წელს ფრანჩესკო რედისგან, რომელმაც დაამტკიცა, რომ ხორცში არ გაჩნდებოდნენ მატლები, თუ წინასწარ ბუზებს არ ექნებოდათ კვერცხების დადების საშუალება. თანდათან ნაჩვენები იქნა, რომ, სულ ცოტა, უფრო მაღალორგანიზებული და თვალით ხილული ორგანიზმებისათვის მაინც, თვითჩასახვის თეორია მცდარი იყო. გაჩნდა ალტერნატიული თეორია — ბიოგენეზი: ყოველი ცოცხალი მოდის წინათ არსებული ცოცხალი ორგანიზმისგან (omne vivum ex ovo, ლათინურად — ყოველი ცოცხალი იბადება კვერცხიდან).
1768 წელს ლაზარო სპალანცანიმ აჩვენა, რომ მიკრობები ცხოვრობდნენ ჰაერში და შეიძლებოდა მათი მოკვლა დუღილით. 1861 წელს ლუი პასტერმა ჩაატარა ექსპერიმენტების მთელი სერია, რომლითაც დაამტკიცა, რომ ბაქტერიები და სოკოები არ ჩნდებიან თავისით სტერილურ, საკვებით მდიდარ არეებზე.
პასტერი და დარვინი
XIX საუკუნის შუახნებისათვის ბიოგენეზის თეორიამ დააგროვა იმდენად დიდი დამამტკიცებელი მასალა, ლუი პასტერისა და სხვათა შრომების შედეგად, რომ თვითჩასახვის თეორიის ალტერნატივა ფაქტობრივად უარყოფილი იქნა. თვით პასტერი წერდა, 1864 წლის აღმოჩენის შემდეგ, რომ "სპონტანური წარმოშობის დოქტრინა ვეღარასოდეს წამოდგება ამ უბრალო ცდას მიერ მიყენებული სასიკვდილო დარტყმის შედეგად".
1871 წ. 1-ლ თებერვალს, ჯოზეფ დალტონ ჰუკერისთვის მიწერილ წერილში ჩარლზ დარვინი წერდა, რომ სიცოცხლის ჩასახვა შეიძლება მოხდა "თბილ პატარა გუბეში, რომელშიც იქნებოდა ამიაკისა და ფოსფორის ყოველგვარი მარილები, სინათლე, სითბო, ელექტრობა და ა.შ., ისე, რომ აქ წარმოშობილიყო ცილოვანი ნივთიერება და გაევლო კიდევ უფრო რთული ცვლილებებიც". მან ასევე ახსნა ისიც, რომ "თუ დღეს ამგვარი მასალა იმწამსვე იქნება შეჭმული და მონელებული ცოცხალი ორგანიზმების მიერ, ადრე, სანამ ცოცხალი ორგანიზმები გაჩნდებოდნენ, ეს ასე არ მოხდებოდა".
ამ თეორიაში ახალი ღირსშესანიშნავი კვლევები არ გამოჩენილა 1924 წლამდე, როდესაც ალექსანდრე ოპარინმა წამოაყენა მოსაზრება, რომ ატმოსფეროს ჟანგბადი ხელს შეუშლიდა სიცოცხლის ევოლუციისათვის აუცილებელი ზოგიერთი საშენი ბლოკის წარმოქმნასა და შენახვას. თავის "სიცოცხლის წარმოშობაში" ოპარინმა წამოაყენა მოსაზრება, რომ თვითჩასახვა მართლაც მოხდა როდესღაც, მაგრამ დღეს დედამიწაზე არსებული პირობები განსხვავდება იმ ადრინდელიუ პირობებისგან. დარვინის მოსაზრებაც ძალაშია, ამიტომაც სიცოცხლის ხელახალი წარმოშობა ეფექტიანი ვერ იქნება. ოპარინმა ივარაუდა, რომ უჟანგბადო ატმოსფეროში მზის შუქის მოქმედებით გაჩენილმა ორგანულმა მოლეკულებმა შექმნეს "პირველყოფილი ბულიონი ან სუპი". ეს ორგანული მოლეკულები კომბინირებდნენ უფრო და უფრო რთული ფორმებით მანამ, სანამ არ შექმნეს კოაცერვატული წვეთები. ეს წვეთები იყოფოდნენ ან ერთდებოდნენ მექანიკური შეჯახებების შედეგად, და ამგვარად შეიქმნა შედარებით გამძლე და სტაბილური სტრუქტურები.
დაახლოებით იმავდროულად ჯ. ბ. ს. ჰალდანმა ივარაუდა, რომ დედამიწის პრებიოტურმა ოკეანეებმა, რომლებიც განსხვავდებოდნენ თანამედროვე ოკეანეებისგან, შექმნეს "ცხელი განზავებული სუპი". ამ იდეამ მიიღო ბიოპოეზის სახელწოდება და გულისხმობდა თვით-რეპლიკაციური მაგრამ არაცოცხალი მოლეკულებისაგან სიცოცხლის წარმოქმნას.
1952 წ. მილერ-იურეის ექსპერიმენტში წყლის, წყალბადის, მეთანის და ამიაკის ნარევი რეციკლირდებოდა აპარატში, რომელშიც ატარებდნენ ელექტრულ განმუხტვებს. ერთი კვირის შემდეგ ნახეს, რომ ნახშირბადის 10-15 % გადასული იყო არაორგანული ფორმიდან ორგანული ნაერთების ფორმაში, მათ შორის იყო ამინომჟავებიც, ცილების საშენი ბლოკები.
ოპარინის და ჰალდანის ჰიპოთეზაც სწორედ ამას გულისხმობდა, რომ პირველყოფილი დედამიწის პირობები ხელს უწყობდა ორგანული ნაერთების სინთეზს არაორგანულისაგან. დღესაც იმეორებენ მილერ-იურეის ცდას უფრო დაწინაურებული ტექნიკით და მოლეკულების აღმოჩენის უფრო დაწინაურებული მეთოდიკით. მნიშვნელოვანი იყო ის, რომ 23 ამინომჟავა დააფიქსირეს ამ მეთოდით მიღებული, ნაცვლად თავდაპირველი 5 ამინომჟავისა.
რთული ბიოლოგიური მოლეკულები და პროტო-უჯრედები
სიდნი უ. ფოქსსაც ეკუთვნის ექსპერიმენტები აბიოგენეზთან და პირველყოფილი ბულიონის თეორიასთან დაკავშირებით. ერთ-ერთი თავის ექსპერიმენტში მან ამოშრობით დააკონცენტრირა ეს ამინომჟავება და ნახა, რომ მათ შექმნეს ძაფისებური რთული სუბმიკროსკოპული მოლეკულები, რომლებსაც ამჟამად პროტეინოიდებს უწოდებენ.
კიდევ ერთ ექსპერიმენტში ფოქსმა შეკრიბა ვულკანური მასალა ჰავაის კუნძულებზე არსებული ვულკანის ყელიდან. მან აღმოაჩინა, რომ 100 მმ სიღრმეზე ტემპერატურა უკვე 100 გრადუს ცელსიუსს აჭარბებდა და ივარაუდა, რომ ეს იყო ის გარემო, რომელშიც სიცოცხლისათვის საჭირო მოლეკულები იქმნებოდა, შემდეგ კი ირეცხებოდა ზღვაში. მან ლავის ბელტები მოათავსა მეთანის, ამიაკისა და წყლისგან შექმნილ ამინომჟავებთან, შეაცხო ლავა და ამინომჟავები რამდენიმე საათით მინის ღუმელში. შედეგად წარმოიშვა ყავისფერი ნივთიერება ლავის ზედაპირზე და როცა ლავა გარეცხეს სტერილურ წყალში, მიიღეს მოყავისფრო ფერის სქელი სითხე. აღმოჩნდა, რომ მასში ამინომჟავებს შეექმნათ პროტეინოიდები, როლო პროტეინოიდებს კი — მცირე ზომის სფეროები ერთმანეთთან გაერთიანებით. ფოქსმა ამ ნაწილაკებს მიკროსფეროები უწოდა, რომელსაც შემდეგში სახელი გადაარქვეს უფრო მეტი ინფორმაციის შემცველ ტერმინად — პროტობიონტებად. ეს პროტობიონტები ჯერ არ იყვნენ უჯრედები, მაგრამ ისინი ქმნიდნენ იმგვარსავე გროვებს და ძეწკვებს, როგორსაც ციანობაქტერიები (ლურჯ-მწვანე წყალმცენარეები). ისინი არ შეიცავდნენ ფუნქციონალურ ნუკლეინის მჟავებს, მაგრამ იხლიჩებოდნენ უსქესოდ და ქმნიდნენ ორმაგ მემბრანებს სწორედ იმგვარს, როგორიც უჯრედის მემბრანაა. ამით ფრთაშესხმულმა პროფესორმა კოლინ ს. პიტენდრაიმ განაცხადა 1967 წლის დეკემბერში, რომ "ლაბორატორიები უკვე 10 წელიწადში ცოცხალ უჯრედებს შექმნიან". როგორც დავინახეთ, იგი მინიმუმ 35 წლით მოტყუვდა. მან ჯერ კიდევ სათანადოდ ვერ შეაფასა ცოცხალი ორგანიზმების სირთულის დონე.
ლიტერატურა
რესურსები ინტერნეტში
A.E.Zlobin, Tunguska similar impacts and origin of life (mathematical theory of origin of life, incoming of pattern recognition algorithm due to comets)
The Origin of Life
"Harvard Team Creates the World's 1st Synthesized Cells"
Martin A. Nowak and Hisashi Ohtsuki. Prevolutionary dynamics and the origin of evolution. Proceedings of the National Academy of Sciences 2008
"Exploring Life's Origins: a Virtual Exhibit"
"SELF-REPLICATION: Even peptides do it"
Origins of Life website including papers, resources, by Dr. Michael Russell at the U. of Glasgow
Possible Connections Between Interstellar Chemistry and the Origin of Life on the Earth
Scientists Find Clues That Life Began in Deep Space—NASA Astrobiology Institute
სქოლიო
აბიოგენეზი
სიცოცხლე
ევოლუციური ბიოლოგია