THUYẾT TỔNG HỢP PHI SINH HỌC: CÁC ĐẶC ĐIỂM CHÍNH - SINH HỌC - 2026

Các vô sinh Tổng hợp Lý thuyết là một định đề rằng đề xuất rằng sự sống có nguồn gốc từ các hợp chất vô sinh (vô sinh = phi sinh). Nó cho thấy rằng sự sống dần dần nảy sinh từ quá trình tổng hợp các phân tử hữu cơ. Trong số các phân tử hữu cơ này, các axit amin nổi bật, là tiền chất của các cấu trúc phức tạp hơn tạo ra các tế bào sống.

Các nhà nghiên cứu đưa ra lý thuyết này là nhà khoa học người Nga Alexander Oparin và nhà hóa sinh người Anh John Haldane. Mỗi nhà khoa học này, khi tự mình nghiên cứu, đều đưa ra giả thuyết giống nhau: nguồn gốc của sự sống trên Trái đất là từ các hợp chất hữu cơ và khoáng chất (vật chất không sống) trước đây tồn tại trong khí quyển nguyên thủy.

John Haldane, một trong những người thúc đẩy Lý thuyết Tổng hợp Phi sinh học

Nó bao gồm những gì?

Lý thuyết Tổng hợp Phi sinh học cho rằng nguồn gốc của sự sống trên Trái đất là do hỗn hợp giữa các hợp chất vô cơ và hữu cơ có trong khí quyển vào thời điểm đó, được nạp bằng hydro, mêtan, hơi nước, khí cacbonic và amoniac.

Lý thuyết Oparin và Haldane

Oparin và Haldane cho rằng Trái đất sơ khai có bầu khí quyển khử; tức là, một bầu khí quyển có ít oxy, nơi các phân tử đã có mặt có xu hướng hiến tặng các electron của chúng.

Sau đó, bầu khí quyển sẽ dần thay đổi làm phát sinh các phân tử đơn giản như hydro phân tử (H2), metan (CH4), carbon dioxide (CO2), amoniac (NH3) và hơi nước (H2O). Trong những điều kiện này, họ đề xuất rằng:

- Các phân tử đơn giản có thể đã phản ứng, sử dụng năng lượng từ tia sáng Mặt trời, phóng điện từ các cơn bão, nhiệt từ lõi Trái đất, và các dạng năng lượng khác cuối cùng ảnh hưởng đến các phản ứng hóa lý.

- Điều này thúc đẩy sự hình thành các coacervat (hệ thống các phân tử mà từ đó sự sống bắt nguồn, theo Oparin) trôi nổi trong các đại dương.

- Trong "nước dùng nguyên thủy" này, các điều kiện sẽ thích hợp để các khối xây dựng được kết hợp trong các phản ứng tiếp theo.

- Các phân tử lớn hơn và phức tạp hơn (polyme) như protein và axit nucleic được hình thành từ những phản ứng này, có lẽ được ưa chuộng bởi sự hiện diện của nước trong các hồ bơi gần đại dương.

- Những polyme này có thể đã được lắp ráp thành các đơn vị hoặc cấu trúc có khả năng được duy trì và tái tạo. Oparin cho rằng chúng có thể là "thuộc địa" của các protein được nhóm lại với nhau để thực hiện quá trình trao đổi chất, và Haldane cho rằng các đại phân tử được bao bọc trong màng để tạo thành cấu trúc giống tế bào.

Cân nhắc về lý thuyết

Các chi tiết trên mô hình này có lẽ không hoàn toàn chính xác. Ví dụ, các nhà địa chất hiện nay tin rằng bầu khí quyển ban đầu vẫn chưa co lại và vẫn chưa rõ liệu các ao ở rìa đại dương có phải là nơi có khả năng xuất hiện sự sống đầu tiên hay không.

Tuy nhiên, ý tưởng cơ bản “sự hình thành dần dần và tự phát của các nhóm phân tử đơn giản, sau đó hình thành các cấu trúc phức tạp hơn và cuối cùng là đạt được khả năng tự tái tạo” vẫn là cốt lõi của hầu hết các giả thuyết về nguồn gốc của cuộc sống thực tế.

Các thí nghiệm hỗ trợ Lý thuyết tổng hợp phi sinh học

Thử nghiệm Miller và Urey

Năm 1953, Stanley Miller và Harold Urey đã làm một thí nghiệm để kiểm tra ý tưởng của Oparin và Haldane. Họ phát hiện ra rằng các phân tử hữu cơ có thể được tạo ra một cách tự phát trong các điều kiện khử tương tự như ở Trái đất sơ khai được mô tả trước đó.

Miller và Urey đã xây dựng một hệ thống khép kín chứa một lượng nước nóng và hỗn hợp các khí được cho là có nhiều trong bầu khí quyển của Trái đất thuở sơ khai: mêtan (CH4), carbon dioxide (CO2) và amoniac (NH3).

Để mô phỏng các tia chớp có thể cung cấp năng lượng cần thiết cho các phản ứng hóa học dẫn đến các polyme phức tạp hơn xảy ra, Miller và Urey đã gửi phóng điện qua một điện cực trong hệ thống thí nghiệm của họ.

Thử nghiệm Miller và Urey

Sau khi thực hiện thí nghiệm trong một tuần, Miller và Urey phát hiện ra rằng nhiều loại axit amin, đường, lipid và các phân tử hữu cơ khác đã được hình thành.

Các phân tử lớn, phức tạp - như DNA và protein - đã bị thiếu. Tuy nhiên, thí nghiệm Miller-Urey cho thấy ít nhất một số khối cấu tạo của các phân tử này có thể hình thành một cách tự phát từ các hợp chất đơn giản.

Thí nghiệm của Juan Oró

Tiếp tục với việc tìm kiếm nguồn gốc của sự sống, nhà khoa học Tây Ban Nha Juan Oró đã sử dụng kiến ​​thức sinh hóa của mình để đạt được sự tổng hợp, trong điều kiện phòng thí nghiệm, các phân tử hữu cơ quan trọng cho sự sống.

Oró đã tái tạo các điều kiện của thí nghiệm Miller và Urey, thí nghiệm này tạo ra các dẫn xuất xyanua với số lượng lớn.

Sử dụng sản phẩm này (axit hydrocyanic), cộng với amoniac và nước, nhà nghiên cứu này đã có thể tổng hợp các phân tử adenin, một trong 4 cơ sở nitơ của DNA và một trong những thành phần của ATP, một phân tử cơ bản để cung cấp năng lượng cho hầu hết các sinh vật sống. .

Khi phát hiện này được công bố vào năm 1963, nó không chỉ có tác động khoa học mà còn có tác động phổ biến, vì nó chứng minh khả năng xuất hiện tự phát của các nucleotide trên Trái đất sơ khai mà không cần bất kỳ tác động bên ngoài nào.

Ông cũng cố gắng tổng hợp, tái tạo trong phòng thí nghiệm một môi trường tương tự như môi trường tồn tại trên Trái đất nguyên thủy, các hợp chất hữu cơ khác, chủ yếu là lipid là một phần của màng tế bào, một số protein và các enzym hoạt động quan trọng trong quá trình trao đổi chất.

Sydney Fox thử nghiệm

Năm 1972, Sydney Fox và các cộng sự của ông đã thực hiện một thí nghiệm cho phép họ tạo ra các cấu trúc có tính chất màng và tính thẩm thấu; nghĩa là, tương tự như tế bào sống, mà họ gọi là vi hạt proteinoid.

Sử dụng hỗn hợp axit amin khô, họ tiến hành nung chúng đến nhiệt độ vừa phải; do đó họ đã đạt được sự hình thành các polyme. Các polyme này khi được hòa tan trong nước muối sẽ tạo thành những giọt nhỏ có kích thước bằng tế bào vi khuẩn có khả năng thực hiện một số phản ứng hóa học nhất định.

Các vi hạt này có một lớp vỏ kép có thể thấm được, tương tự như màng tế bào hiện nay, cho phép chúng ngậm nước và khử nước tùy thuộc vào những thay đổi của môi trường nơi chúng ở.

Tất cả những quan sát thu được từ nghiên cứu các hạt vi mô, cho thấy một ý tưởng về loại quá trình có thể là nguồn gốc của các tế bào đầu tiên.

Thí nghiệm của Alfonso Herrera

Các nhà nghiên cứu khác đã tiến hành các thí nghiệm của riêng họ để cố gắng tái tạo các cấu trúc phân tử đã tạo ra các tế bào đầu tiên. Alfonso Herrera, một nhà khoa học Mexico, đã cố gắng tạo ra một cách nhân tạo các cấu trúc mà ông gọi là sulfobios và colpoid.

Herrera đã sử dụng hỗn hợp các chất như amoni sulphocyanide, amoni thiosanate và formaldehyde, nhờ đó ông có thể tổng hợp các cấu trúc có trọng lượng phân tử nhỏ. Các cấu trúc giàu lưu huỳnh này được tổ chức theo cách tương tự như các tế bào sống, đó là lý do tại sao ông gọi chúng là sulfobia.

Tương tự, ông trộn dầu ô liu và xăng với một lượng nhỏ natri hydroxit để tạo ra các loại cấu trúc vi mô khác được tổ chức theo cách tương tự như động vật nguyên sinh; ông đặt tên cho những vi cầu này là colpoid.

Người giới thiệu

1. Carranza, G. (2007). Sinh học I. Ngưỡng biên tập, Mexico.
2. Flores, R., Herrera, L. & Hernández, V. (2004). Sinh học 1 (xuất bản lần 1). Biên tập Progreso.
3. Fox, SW (1957). Vấn đề hóa học của sự tạo ra tự phát. Tạp chí Giáo dục Hóa học, 34 (10), 472–479.
4. Fox, SW và Harada, K. (1958). Sự đồng trùng hợp nhiệt của các axit amin thành một sản phẩm giống như protein. Khoa học, 128, 1214.
5. Gama, A. (2004). Sinh học: Phát sinh sinh học và vi sinh vật (xuất bản lần thứ 2). Giáo dục Pearson.
6. Gama, A. (2007). Sinh học I: Phương pháp tiếp cận theo chủ nghĩa kiến ​​tạo (xuất bản lần thứ 3). Giáo dục Pearson.
7. Gordon-Smith, C. (2003). Giả thuyết Oparin-Haldane. Trong Nguồn gốc sự sống: Những dấu mốc thế kỷ hai mươi. Đã khôi phục từ: simsoup.info
8. Herrera, A. (1942). Một lý thuyết mới về nguồn gốc và bản chất của sự sống. Khoa học, 96: 14.
9. Ledesma-Mateos, I. & Cleaves, HJ (2016). Alfonso Luis Herrera và sự khởi đầu của thuyết tiến hóa và nghiên cứu về nguồn gốc sự sống ở Mexico. Tạp chí Tiến hóa Phân tử, 83 (5-6), 193–203.
10. McCollom, T. (2013). Miller-Urey và hơn thế nữa: Điều gì đã học được về các phản ứng tổng hợp hữu cơ prebiotic trong 60 năm qua ?. Đánh giá hàng năm về Trái đất và Khoa học Hành tinh, 41, 207-229.
11. Miller, S. (1953) Sản xuất axit amin trong điều kiện Trái đất nguyên thủy có thể có. Khoa học 117: 528– 529
12. Miller, SL (1955). Sản xuất một số hợp chất hữu cơ trong điều kiện có thể có của Trái đất nguyên thủy. Tạp chí của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ.
13. Miller, SL, Urey, HC, & Oró, J. (1976). Nguồn gốc của các hợp chất hữu cơ trên trái đất nguyên thủy và trong các thiên thạch. Tạp chí Tiến hóa Phân tử, 9 (1), 59–72.
14. Oñate, L. (2010). Sinh học 1, Tập 1. Các nhà biên tập Cengage Learning.
15. Parker, ET, Cleaves, HJ, Callahan, MP, Dworkin, JP, Glavin, DP, Lazcano, A., & Bada, JL (2011). Tổng hợp tiền sinh học của Methionin và các hợp chất hữu cơ khác có chứa lưu huỳnh trên Trái đất nguyên thủy: Đánh giá lại đương đại dựa trên một thí nghiệm chưa được công bố năm 1958 của Stanley Miller. Nguồn gốc sự sống và sự tiến hóa của các hạt sinh học, 41 (3), 201–212.