אביוגנזה

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
(הופנה מהדף בריאה ספונטנית)
קפיצה לניווט קפיצה לחיפוש
Incomplete-document-purple.svg יש להשלים ערך זה: בערך זה חסר תוכן מהותי. ייתכן שתמצאו פירוט בדף השיחה.
הנכם מוזמנים להשלים את החלקים החסרים ולהסיר הודעה זו. שקלו ליצור כותרות לפרקים הדורשים השלמה, ולהעביר את התבנית אליהם.

במדעי הטבע, אביוגנזהלועזית: Abiogenesis, אביוגנזה) היא השערה שהחיים על פני כדור הארץ נוצרו בתהליכים אקראיים מחומר דומם. נכון להבנה בת זמננו מהי צורת החיים הפשוטה ביותר שיכולה להתקיים[1].

מאמץ לא מבוטל מושקע בניסיון לפתור את בעיית אי-ההתכנות של אביוגנזה. המחקר מנסה להתקדם משני כיוונים הפוכים: "מלמעלה למטה" - ניסיון להנדס תא חי מינימלי, כלומר התא הפשוט ביותר האפשרי שיכול להתקיים ולהתרבות. הכיוון ההפוך הוא "מלמטה למעלה" - ניסיון למצוא מנגנונים אפשריים שישפרו את הסיכוי לאביוגנזה.

הצעות שאינן מתחום הביולוגיה והביוכימיה כוללות את ההשערה שהיקום אינסופי - ולכן יש אינסוף פלנטות דמויות ארץ כך שכל סיכוי גדול מאפס חייב להתממש, והשערה דומה לגבי קיום אינסוף יקומים מקבילים. בשני המקרים אביוגנזה חייבת להתרחש, יהיו הסיכויים נמוכים ככל שיהיו ובתנאי שהם גדולים מאפס.

אביוגנזה היא תחום מחקר מוגבל, על אף השפעתה העמוקה על הביולוגיה ועל ההבנה האנושית של העולם. ההתקדמות הנרשמת בתחום זה איטית, ולעת עתה אין מענה לשאלה, כיצד נוצרה אותה נקודת חיים ראשונה ממנה, על פי הטענה, התפתחו שאר החיים.

טענות היסוד[עריכת קוד מקור | עריכה]

לאביוגנזה ישנן חמש טענות יסוד מרכזיות הנוגעות לאופן בו התפתחו החיים על כדור הארץ:

  1. החיים התפתחו מחומר דומם.
  2. מקור כל היצורים החיים כיום באב קדמון משותף יחיד (LUCA (Last Universal Common Ancestor.
  3. אותו אב קדמון היה אנאירובי מאחר שהאטמוספירה של כדור הארץ כמעט ולא הכילה חמצן.
  4. היה עולם קדום יותר בו התקיימו מערכות ביולוגיות פשוטות פרוטוביונטים שהתפתחו לאותו אב קדמון ששרד.
  5. מערכות אלה נוצרו בצורה ספונטנית בריאקציות כימיות מתערובת של חומרים אורגניים ("המרק הקדום").

נכון להיום החיידק המאובן הקדום ביותר שתוארך התגלה במערב אוסטרליה ב-2011. על פי ההשערות גילו הוא 3.4 מיליארד שנה[2][3]. גם אם ממצא זה אינו ודאי, הרי שלפני 2.4 מיליארד שנים, היחס בין איזוטופים יציבים של פחמן (12C ו-13C), ברזל (56Fe, 57Fe ו-58Fe) וגפרית (32S, 33S, 34S ו-36S) מצביע על כך שמקורם של מינרלים ומשקעים הוא ביוגני[4][5] ותוצרים מולקולריים מצביעים על קיומה של פוטוסינתזה. [6][7].

המרק הקדמון[עריכת קוד מקור | עריכה]

הראשון שהציע את האפשרות שהחיים התפתחו מחומר אי אורגני היה צ'ארלס דרווין אבי תורת האבולוציה. השערתו הייתה כי החיים התפתחו בתוך תערובת נוזלית של מלחי פוספט, ואמוניה שאפשרו, בשילוב עם אור, חום וחשמל את היווצרות החלבונים הראשונים.
ב-1924 פיתח ביוכימאי סובייטי בשם אלכסנדר אופרין תאוריה מקיפה יותר והציע ארבע הנחות יסוד המשמשות עד היום את הבסיס התאורטי לאביוגנזה:

  1. החיים יכלו להיווצר מחומרים רגילים בתהליך של אבולוציה כימית.
  2. חומרי הבסיס על פני כדור הארץ היו דומים לאלו הנמצאים במערכת השמש כגון ענקי הגזים: צדק ושבתאי המכילים מתאן, אמוניה, מימן ומים.
  3. בתחילה היו בנמצא תרכובות אורגניות פשוטות באוקיינוסים אשר יצרו את המרק הקדמון. בהדרגה עלתה רמת המורכבות של תרכובות אלו בתגובות כימיות רגילות אשר אפשרו קטליזה של תגובות כימיות נוספות ויצירה של מערכות מסודרות ואוטוקטליטיות.
  4. תחרות על המשאבים ומולקולות הבסיס גרמה לברירה טבעית אשר הניעה את תהליך העלייה במורכבות האורגניזים ויצירת מגוון המינים הקיים כיום.

ב-1953 בוצע ניסוי מילר יורי כאשר מבצעי הניסוי ערכו במעבדתם הדמיה של התנאים המשוערים שהתקיימו בכדור הארץ לפני כ-3.5 מיליארד שנה. לשם כך הם השתמשו בתערובת גזים של מתאן, אמוניה, מימן ומים בתוך מיכל זכוכית ויצרו ברקים מדומים באמצעות זרם חשמלי. בתערובת שהתקבלה נמצאו 5 חומצות אמינו המהוות את אבני הבניין של החלבונים. באופן זה הודגמה בפעם הראשונה היווצרותו של אותו מרק קדמון שחזה אופרין. בניסויים דומים שנערכו בשנים הבאות תוך שימוש בחומרים נוספים כגון גופרית הופיעו חומצות אמינו נוספות ואף חומצות גרעין (אבני הבניין של הדנ"א והרנ"א) וסוכרים פשוטים. עם זאת, בניגוד לאופטימיות שהשתררה לאחר ניסויים אלה, לא חלה התקדמות במורכבות מעבר לנקודה זו, שעדיין רחוקה מרחק רב מאד מקיום חיים.

גישות המחקר[עריכת קוד מקור | עריכה]

המחקר העוסק ביצירת החיים מכיל בתוכו שתי גישות הפוכות – הראשונה: מלמטה למעלה: ראשית יש לבחון כיצד נוצרו אבני הבניין של החי ורק אז אפשר להמשיך ולבדוק כיצד הגענו מהם ועד לתא החי הראשון. השנייה: מלמעלה למטה: בחירת נקודה על רצף היווצרות החיים ומשם לבחון האם יכלה להיווצר באופן ספונטני. לאורך זמן אפשר שנוכל לחבר את הנקודות האלה ליצירת הסיפור המלא.

כיום מתקיים מחקר ענף לגבי העולם שהתקיים טרם הופעתה של LUCA (האב הקדמון המשותף), ואין כיום השערה אחת מוסכמת בשל חוסר הוודאות לגבי התנאים ששררו לאחר התקררות כדור הארץ (עידן האדן) עם זאת, ההשערה המרכזית בה מתמקד המחקר היא השערת עולם הרנ"א. השערה זו מבוססת על גילוי הריבוזים ב-1981, אנזים זה המכיל רנ"א וחלבונים התברר כבעל יכולת שכפול עצמי (בניגוד לדנ"א), כאשר החלק הקטליטי בתוכו הוא מולקולת הרנ"א המאפשר את השכפול. הבעיה עם מולקולת הרנ"א שהיא נוטה להתפרק במהירות מחוץ לתא, פתרון אפשרי לכך הוא שימוש במייצבים כימיים. בראשית שנות ה-70 הדגים מנפרד אייגן מולקולת רנ"א המשכפלת את עצמה.

רעיון נוסף שנבדק הוא השערת הליפידים - מולקולות שומן פשוטות, אשר באופן טבעי מתארגנות ליצירת בועות בהן הסביבה הפנימית מופרדת מהסביבה החיצונית. כל התאים החיים על פני כדור הארץ תחומים במעטפת שכזו - שכבה כפולה של ליפידים, בתוספת "שערים" מולקולריים המאפשרים חילוף חומרים מבוקר. על אף תוצאות ראשוניות מבטיחות - הוכח שבאופן ספונטני נוצרים ליפידים ומתארגנים במבנה דמוי קרום תא - לא נמצא לעת עתה מנגנון שיקדם בועיות אלו לתא חי המסוגל להורשה ולהתרבות.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. ^ A. R. Mushegian, E. V. Koonin, A minimal gene set for cellular life derived by comparison of complete bacterial genomes., Proceedings of the National Academy of Sciences, 93, 1996-09-17, עמ' 10268–10273 doi: 10.1073/pnas.93.19.10268
  2. ^ Schopf JW, Kudryavtsev AB, Agresti DG, Wdowiak TJ, Czaja AD (מרץ 2002). "Laser--Raman imagery of Earth's earliest fossils". Nature 416 (6876): 73–6. PMID 11882894. doi:10.1038/416073a. 
  3. ^ Wilde SA, Valley JW, Peck WH, Graham CM (ינואר 2001). "Evidence from detrital zircons for the existence of continental crust and oceans on the Earth 4.4 Gyr ago". Nature 409 (6817): 175–8. PMID 11196637. doi:10.1038/35051550. 
  4. ^ Hayes, John M.; Waldbauer, Jacob R. (2006). "The carbon cycle and associated redox processes through time". Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 361 (1470): 931–950. doi:10.1098/rstb.2006.1840. 
  5. ^ Archer, Corey; Vance, Derek (2006). "Coupled Fe and S isotope evidence for Archean microbial Fe(III) and sulfate reduction". Geology 34 (3): 153–156. doi:10.1130/G22067.1. 
  6. ^ Cavalier-Smith, Thomas; Brasier, Martin; Embley, T. Martin (2006). "Introduction: how and when did microbes change the world?". Phil. Trans. R. Soc. B 361 (1470): 845–850. doi:10.1098/rstb.2006.1847. 
  7. ^ Summons, Roger E.; et al. (2006). "Steroids, triterpenoids and molecular oxygen". Phil. Trans. R. Soc. B 361 (1470): 951–968. doi:10.1098/rstb.2006.1837. 

Acta Naturae(Special Issue 1): 48