TEORIA DE LA SÍNTESI ABIÒTICA: CARACTERÍSTIQUES PRINCIPALS - BIOLOGIA - 2025

La Teoria de la síntesi abiòtica és un postulat que proposa que la vida es va originar a partir de compostos no vius (abiòtic = no viu). Suggereix que la vida va sorgir gradualment a partir de la síntesi de molècules orgàniques. Entre aquestes molècules orgàniques destaquen els aminoàcids, que són els precursors d'estructures més complexes que donen lloc a les cèl·lules vives.

Els investigadors que van proposar aquesta teoria van ser el científic rus Alexander Oparin i el bioquímic britànic John Haldane. Cada un d'aquests científics, investigant pel seu compte, van arribar a la mateixa hipòtesi: que l'origen de la vida a la Terra provenia de compostos orgànics i minerals (matèria no viva) que existien prèviament en l'atmosfera primitiva.

John Haldane, un dels promotors de la Teoria de la síntesi abiòtica

En què consisteix?

La Teoria de la síntesi abiòtica estableix que l'origen de la vida a la Terra es va donar gràcies a la barreja entre els compostos inorgànics i orgànics que es trobaven en l'atmosfera d'aquest llavors, que estava carregada d'hidrogen, metà, vapor d'aigua, diòxid de carboni i amoníac.

Teoria d'Oparin i Haldane

Oparin i Haldane van pensar que la Terra primitiva tenia una atmosfera reductora; és a dir, una atmosfera amb poc oxigen on les molècules que estaven presents tendeixen a donar els seus electrons.

Posteriorment, l'atmosfera canviaria gradualment donant lloc a molècules simples com hidrogen molecular (H2), metà (CH4), diòxid de carboni (CO2), amoníac (NH3) i vapor d'aigua (H2O). Sota aquestes condicions, van suggerir que:

- Les molècules simples podrien haver reaccionat, usant l'energia provinent dels raigs de el Sol, les descàrregues elèctriques de les tempestes, la calor de el nucli de la Terra, entre altres tipus d'energia que finalment van afectar les reaccions fisicoquímiques.

- Això va promoure la formació de coacervats (sistemes de molècules a partir dels quals es va originar la vida, segons Oparin) que suraven en els oceans.

- En aquest "brou primitiu" les condicions serien les adequades perquè els blocs de construcció es puguin haver combinat en reaccions posteriors.

- D'aquestes reaccions es van formar molècules més grans i complexes (polímers) com proteïnes i àcids nucleics, probablement afavorits per la presència d'l'aigua de tolls propers a l'oceà.

- Aquests polímers podrien haver-se acoblat en unitats o estructures capaços de mantenir-se i replicar-se. Oparin va pensar que podrien haver estat «colònies» de proteïnes agrupades per dur a terme el metabolisme, i Haldane va suggerir que les macromolècules es van tancar en membranes per formar estructures similars a cèl·lules.

Consideracions sobre la teoria

Els detalls d'aquest model probablement no siguin de el tot correctes. Per exemple, els geòlegs ara creuen que l'atmosfera primitiva no s'estava reduint, i no està clar si els estanys a la vora de l'oceà són un lloc probable per a la primera aparició de la vida.

No obstant això, la idea bàsica "una formació gradual i espontània de grups de molècules simples, després la formació d'estructures més complexes i finalment l'adquisició de la capacitat d'autoreplicar" segueix sent el nucli de la majoria de les hipòtesis dels orígens de la vida actual.

Experiments que donen suport a la Teoria de la síntesi abiòtica

Experiment de Miller i Urey

En 1953, Stanley Miller i Harold Urey van fer un experiment per provar les idees d'Oparin i Haldane. Van descobrir que les molècules orgàniques podrien produir-se espontàniament en condicions reductores semblants a les de la Terra primitiva descrita amb anterioritat.

Miller i Urey van construir un sistema tancat que contenia una quantitat d'aigua escalfada i una barreja dels gasos que es pensava eren abundants en l'atmosfera de la Terra primitiva: metà (CH4), diòxid de carboni (CO2) i amoníac (NH3).

Per simular els raigs que podrien haver proporcionat l'energia necessària perquè tinguessin lloc les reaccions químiques que van donar lloc als polímers més complexos, Miller i Urey van enviar descàrregues elèctriques a través d'un elèctrode en el seu sistema experimental.

Experiment Miller i Urey

Després de deixar córrer l'experiment durant una setmana, Miller i Urey van descobrir que s'havien format diversos tipus d'aminoàcids, sucres, lípids i altres molècules orgàniques.

Les molècules grans i complexes -com l'ADN i la proteïna faltaven. No obstant això, l'experiment de Miller-Urey va demostrar que al menys alguns dels components bàsics d'aquestes molècules podrien formar-espontàniament a partir de compostos simples.

L'experiment de Joan Oró

Continuant amb la recerca dels orígens de la vida, el científic espanyol Juan Oró va usar el seu coneixement bioquímic per aconseguir sintetitzar, en condicions de laboratori, altres molècules orgàniques importants per a la vida.

Oró va replicar les condicions de l'experiment de Miller i Urey, el qual produeix derivats de cianur en gran quantitat.

Utilitzant aquest producte (àcid cianhídric), més amoníac i aigua, aquest investigador va aconseguir sintetitzar molècules d'adenina, una de les 4 bases nitrogenades de l'ADN i un dels components de l'ATP, una molècula fonamental per proveir energia a la majoria dels éssers vius.

Quan es va publicar aquesta troballa el 1963, no només va tenir un impacte científic sinó també popular, ja que va demostrar la possibilitat de l'aparició espontània de nucleòtids a la Terra primitiva sense cap tipus d'influència externa.

També va aconseguir sintetitzar, recreant al laboratori un ambient similar a què existia en la Terra primitiva, altres compostos orgànics, principalment lípids que formen part de les membranes cel·lulars, d'algunes proteïnes i d'enzims actives importants en el metabolisme.

Experiment de Sydney Fox

El 1972, Sydney Fox i els seus col·laboradors van realitzar un experiment que els va permetre generar unes estructures amb membrana i propietats osmòtiques; és a dir, similars a les cèl·lules vives, a les quals van cridar microesférulas proteinoides.

Utilitzant una barreja seca d'aminoàcids, procedien a escalfar-los a temperatures moderades; així aconseguien la formació de polímers. Aquests polímers, a l'ésser dissolts en solució salina, formaven diminutes gotes de la mida d'una cèl·lula bacteriana capaços de dur a terme certes reaccions químiques.

Aquestes microesférulas tenien una doble embolcall permeable, similar a les membranes cel·lulars actuals, que els permetien hidratar-se i deshidratar en funció dels canvis en el medi on es trobaven.

Totes aquestes observacions obtingudes a partir de l'estudi de les microesférulas, mostraven una idea sobre el tipus de processos que van poder haver originat les primeres cèl·lules.

Experiment d'Alfonso Herrera

Altres investigadors van realitzar els seus propis experiments per intentar reproduir estructures moleculars que donessin origen a les primeres cèl·lules. Alfonso Herrera, un científic mexicà, va aconseguir generar de manera artificial unes estructures a les quals va cridar sulfobios i colpoides.

Herrera va utilitzar mescles de substàncies com l'sulfocianuro d'amoni, el tiosianato d'amoni i el formaldehid, amb què va aconseguir sintetitzar petites estructures d'alt pes molecular. Aquestes estructures riques en sofre s'organitzaven de manera similar a les cèl·lules vives, per la qual cosa les va cridar sulfobios.

De manera similar, va barrejar oli d'oliva i gasolina amb petites quantitats d'hidròxid de sodi per generar un altre tipus de microestructures que s'organitzaven de manera similar als protozoaris; a aquestes microesferes les va denominar colpoides.

referències

1. Carranza, G. (2007). Biologia I. Llindar Editorial, Mèxic.
2. Flors, R., Herrera, L. & Hernández, V. (2004). Biologia 1 (1era ed.). Editorial Progrés.
3. Fox, SW (1957). The Chemical Problem of Spontaneous Generation. Journal of Chemical Education, 34 (10), 472-479.
4. Fox, SW, & Harada, K. (1958). Thermal copolymerization of amino àcids to a productresembling protein. Science, 128, 1214.
5. Gamma, A. (2004). Biologia: Biogènesi i Microorganismes (2a ed.). Pearson Education.
6. Gamma, A. (2007). Biologia I: Un enfocament constructivista (3era ed.). Pearson Education.
7. Gordon-Smith, C. (2003). The Oparin-Haldane hypothesis. In Origin of life: Twentieth century landmarks. Recuperat de: simsoup.info
8. Herrera, A. (1942). A New Theory of the Origin and Nature of Life. Science, 96: 14.
9. Ledesma-Mateos, I., & Cleaves, HJ (2016). Alfonso Luis Herrera and the Beginnings of Evolutionism and Studies in the Origin of Life in Mèxic. Journal of Molecular Evolution, 83 (5-6), 193-203.
10. McCollom, T. (2013). Miller-Urey and beyond: What have learned about prebiotic organic synthesis reactions in the past 60 years ?. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 41, 207-229.
11. Miller, S. (1953) A production of amino àcids under possible primitive Earth conditions. Science 117: 528- 529
12. Miller, SL (1955). Production of Some Organic Compounds under Possible Primitive Earth Conditions. Journal of the American Chemical Society.
13. Miller, SL, Urey, HC, & Oró, J. (1976). Origin of organic compounds on the primitive earth and in meteorites. Journal of Molecular Evolution, 9 (1), 59-72.
14. Oñate, L. (2010). Biologia 1, Volum 1. Cengage Learning Editors.
15. Parker, ET, Cleaves, HJ, Callahan, MP, Dworkin, JP, Glavin, DP, Lazcano, A., & Bada, JL (2011). Prebiotic Synthesis of méthionine and Other Sulfur-Containing Organic Compounds on the Primitive Earth: A Contemporary Reassessment Based on an Unpublished 1958 Stanley Miller Experiment. Origins of Life and Evolution of Biospheres, 41 (3), 201-212.