Bagaimana Penelitian Penciptaan Bumi, dan Isinya (2)

Bagaimana Penciptaan Bumi  dan Isinya (2)

Hipotesis tentang evolusi kimia harus menjelaskan aspek yang berbeda: [a] Pembentukan biomolekul abiogenik, yaitu perkembangannya dari prekursor non-hidup atau non-organik (kosmokimia).

[b] Munculnya sistem informasi kimia yang mereplikasi diri dan bervariasi, yaitu munculnya sel .[c] Timbulnya saling ketergantungan fungsi ( enzim ) dan informasi ( RNA , DNA).; dan [d] Kondisi lingkungan bumi 4,5 hingga 3,5 miliar tahun yang lalu (atau mungkin saat ini ada benda langit yang sebanding seperti exoplanet, bulan, dan planet).

Bagaimana Penciptaan Bumi  dan Isinya; Kontribusi datang dari para ilmuwan berikut, antara lain:

• Alexander Oparin: Coacervates  
• Harold C. Urey dan Stanley L. Miller 1953: Pembentukan biomolekul sederhana dalam atmosfer purba yang disimulasikan ( lihat di bawah )
• Sidney W. Fox : Mikrosfer protenoid ( lihat di bawah )
• Thomas R. Cech (University of Colorado) dan Sidney Altman (Yale University New Haven Connecticut) 1981: penyambungan RNA autocatalytic: " ribozim " menggabungkan katalisis dan informasi dalam satu molekul. Mereka mampu memotong diri mereka sendiri dari rantai RNA yang lebih panjang dan bergabung kembali dengan ujung yang tersisa.
• Walter Gilbert (Harvard University of Cambridge) mengembangkan gagasan tentang dunia RNA pada tahun 1986.
• Pada tahun 1986, Gunter von Kiedrowski (Universitas Ruhr Bochum) menerbitkan sistem pertama yang mereplikasi diri berdasarkan heksanukleotida (DNA), kontribusi penting untuk memahami fungsi pertumbuhan sistem yang mereplikasi diri.
• Manfred Eigen (Institut Max Planck untuk Kimia Biofisika Gttingen): Evolusi ansambel RNA-protein. hipersiklus .
• Julius Rebek Jr. (MIT Cambridge) membuat molekul buatan (aminoadenosine triazide ester) yang mereplikasi dirinya sendiri dalam larutan kloroform. Namun, salinannya identik dengan templat, jadi evolusi tidak mungkin untuk molekul-molekul ini.
• John B. Corliss (Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA): Ventilasi hidrotermal lautan menyediakan energi dan bahan kimia yang memungkinkan evolusi kimia sebagian besar tidak terganggu oleh dampak meteorit. Hari ini mereka masih menjadi habitat archaebacteria ( Archaea ) , yang sangat primitif dalam banyak hal .
• Gunter Wachtershauser (Munich): Struktur pertama yang mereplikasi diri dengan metabolisme terbentuk pada permukaan pirit. Besi sulfida pirit menyediakan energi yang diperlukan untuk ini. Dengan tumbuh dan membusuknya kristal pirit, sistem ini dapat tumbuh dan berlipat ganda dan populasi yang berbeda terkena kondisi lingkungan yang berbeda (kondisi seleksi ).
• AG Cairns-Smith (University of Glasgow) dan David C. Mauerzall (Rockefeller University New York) melihat mineral lempung sebagai suatu sistem yang pada awalnya mengalami evolusi kimia itu sendiri, sehingga memunculkan banyak kristal berbeda yang dapat mereplikasi diri. Karena muatan listriknya, kristal ini menarik molekul organik dan mengkatalisis sintesis biomolekul kompleks, dengan kandungan informasi dari struktur kristal yang awalnya berfungsi sebagai templat. Struktur organik ini menjadi semakin kompleks hingga dapat berkembang biak tanpa bantuan mineral lempung.
• Wolfgang Weigand, Mark Drr dkk. (Friedrich Schiller University Jena) menunjukkan pada tahun 2003  besi sulfida dapat mengkatalisis sintesis amonia dari molekul nitrogen.

Model terpadu evolusi kimia masih kurang, mungkin karena prinsip-prinsip dasar belum ditemukan. Pembentukan prebiotik dari molekul organik kompleks dapat dibagi menjadi tiga langkah: [a] Pembentukan molekul organik sederhana ( alkohol , asam, heterosiklik seperti purin dan pirimidin) dari zat anorganik.

[b] Pembentukan blok bangunan dasar (gula sederhana, asam amino , pirol , asam lemak, nukleotida ) molekul organik kompleks dari molekul organik sederhana. Dan [c] Pembentukan molekul organik kompleks dari blok bangunan dasar.

Analisis unsur molekul-molekul ini mengarah pada pertanyaan tentang senyawa anorganik mana yang diperlukan untuk pembentukannya.   Komposisi  biomolekul karbohidrat, lemak, protein, nukleotida dan porfin; dan  kemungkinan sumber unsur anorganik karbon (C), hidrogen (H), oksigen (O), nitrogen (N), Belerang (S), dan Fosfor (P);

dokpri

Semua hipotesis mengasumsikan bahwa, selain air dan fosfat, pada awalnya hanya bentuk tereduksi dari senyawa kimia yang umum digunakan saat ini yang tersedia dalam jumlah yang cukup, karena atmosfer purba hampir tidak mengandung molekul oksigen.

Sinar UV, panas dari proses vulkanik, sinar pengion dari proses radioaktif dan pelepasan listrik diasumsikan sebagai sumber energi. Atau, menurut beberapa teori terbaru yang sangat terkenal, energi yang dibutuhkan untuk pembentukan biomolekul juga akan berasal dari proses redoks anaerobik antara gas vulkanik tereduksi dan mineral sulfida seperti pirit (FeS2 ) .

Peran air dalam evolusi kehidupan; H 2 O adalah senyawa kimia yang terjadi secara alami di bumi dalam ketiga keadaan agregasi.

Kehidupan seperti yang kita ketahui (atau definisikan) membutuhkan air sebagai pelarut universal. Ia memiliki sifat-sifat yang, menurut pemahaman ilmiah yang diterima, memungkinkan munculnya kehidupan (lihat juga prinsip antropik). 

Ada kemungkinan bahwa kehidupan dapat muncul dan ada secara independen dari air, tetapi banyak ilmuwan percaya bahwa keberadaan air cair (di area tertentu atau di planet tertentu, seperti Mars) tidak hanya memungkinkan jenis kehidupan kita, tetapi juga membuatnya sangat mungkin. untuk bangkit kekuasaan.

Sifat-sifat air berikut ini relevan dengan asal usul kehidupan: [a] Air adalah cairan dalam kisaran suhu di mana molekul organik stabil. [b] Air sangat cocok sebagai media polar untuk reaksi kimia, karena memungkinkan pencampuran homogen, dapat menyediakan proton untuk katalisis dan memiliki kapasitas panas yang tinggi dan dengan demikian menyerap kelebihan panas reaksi. 

[c] Secara global, air menunjukkan fluktuasi kecil pada suhu dan nilai osmotik (perbedaan besar dapat terjadi secara lokal), yang mengarah pada iklim yang seimbang secara global. [d] Air menyerap radiasi Ultra Violet yang berbahaya bagi makromolekul . Namun, ini menembus air beku (es) hingga kedalaman tertentu.

[e]  Air di mana zat terlarut, seperti air laut, membentuk area konsentrasi zat yang berbeda ketika membeku, yang dikelilingi oleh membran es (hipotesis es laut). Kompartemenalisasi ini dan gradien konsentrasi yang dihasilkan dianggap perlu untuk pembentukan molekul yang aktif secara biologis. [f]  Anomali air mencegah badan air dari lapisan es dari bawah dan menyediakan area dengan suhu yang merata.

Evolusi  atmosfer bumi Evolusi atmosfer bumi, perkembangan atmosfer bumi merupakan bagian dari evolusi kimia dan juga merupakan elemen penting dari sejarah iklim. Hari ini dibagi menjadi empat tahap utama perkembangan:

Suasana  purba;  Pada awalnya ada pembentukan unsur-unsur kimia di alam semesta (dijelaskan dalam kosmokimia) dan pembentukan bumi dari mereka - sekitar 4,56 miliar tahun yang lalu. Pada saat yang sama, planet Bumi kita mungkin memiliki sistem hidrogen (H 2 ) dan helium sejak awal(Dia) cangkang gas yang ada, yang hilang lagi.

Para astronom bahkan berasumsi bahwa ketika tata surya terbentuk, sedikit atau tidak ada elemen cahaya (termasuk karbon, nitrogen, dan oksigen) "tertinggal" di Bumi dan semua planet lain yang dekat dengan matahari pada awalnya karena suhu yang relatif tinggi dan efek dari matahari. angin matahari telah tinggal. 

Menurut teori ini, semua elemen ini, yang saat ini merupakan mayoritas biosfer, hanya akan dibawa oleh tumbukan komet dari wilayah luar tata surya setelah beberapa waktu, setelah protoplanet agak mendingin. 

Karena peristiwa tumbukan besar benda langit terus berulang selama beberapa ratus juta tahun pertama setelah pembentukan tata surya, sistem kehidupan, yang sudah berkembang pada masa itu telah berulang kali dimusnahkan oleh sterilisasi global yang disebabkan oleh tabrakan besar.

Perkembangan kehidupan hanya bisa dimulai setelah air cair mampu menahan dirinya secara permanen, setidaknya di bagian terdalam kerak bumi di lautan yang terbentuk darinya.

Suasana Pertama;  Letusan gunung berapi adalah manifestasi vulkanisme yang paling spektakuler.  Karena pendinginan bumi yang lambat, vulkanisme yang dihasilkan (pengeluaran gas dari bagian dalam bumi) dan distribusi global materi komet yang terkena dampak, atmosfer terbentuk.

Senyawa utamanya adalah uap air (H 2 O; hingga 80%), karbon dioksida (CO 2 ; hingga 20%), hidrogen sulfida (H 2 S), amonia (NH 3 ) dan metana (CH 4) diharapkan sebagai komponen utama. Ini adalah produk vulkanisme atau komet yang masih bisa kita amati sampai sekarang. Proporsi uap air yang tinggi dapat dijelaskan oleh fakta   permukaan bumi pada waktu itu masih terlalu hangat untuk membentuk lautan luas. Sebagian besar air langsung menguap, meskipun hujan pasti turun tanpa henti selama jutaan tahun. 

Namun, asal usul air yang sebenarnya masih diperdebatkan sebagian. Di bawah kondisi awal Bumi, molekul organik kecil ( asam karboksilat , alkohol , asam amino ) awalnya dapat terbentuk dari air, metana dan amonia khususnya , kemudian juga tholins (seperti di bulan Saturnus Titan) dan polimer organik (polisakarida , lemak , polipeptida) yang tidak stabil di atmosfer pengoksidasi.

Suasana  kedua; Setelah suhu atmosfer turun di bawah titik didih air, terjadi periode hujan terus menerus yang sangat lama, yang membentuk lautan. Dengan demikian, gas atmosfer lainnya diperkaya relatif terhadap uap air. Radiasi UV yang tinggi menyebabkan molekul air, metana, dan amonia terurai secara fotokimia, menghasilkan akumulasi karbon dioksida dan nitrogen.

 Gas-gas ringan seperti hidrogen atau helium sebagian besar menguap ke luar angkasa, karbon dioksida larut dalam jumlah besar di lautan, mengasamkan airnya dan menurunkan pH -nya menjadi sekitar 4. Nitrogen N 2 . yang lembam dan sedikit laruttetap tidak berubah, terakumulasi dari waktu ke waktu dan membentuk komponen utama atmosfer sekitar 3,4 miliar tahun yang lalu.

Pengendapan karbon dioksida dengan ion logam sebagai karbonat dan evolusi makhluk hidup selanjutnya yang mengasimilasi karbon dioksida menyebabkan penurunan konsentrasi CO 2 dan peningkatan kembali nilai pH badan air.

Atmosfer  ketiga,  Oksigen (O 2 ) memainkan peran utama dalam perkembangan lebih lanjut menuju atmosfer saat ini. Itu dibentuk oleh kemunculan makhluk yang menggunakan fotosintesis oksigenik , mungkin sekitar 3,5 miliar tahun; mungkin mereka adalah prekursor cyanobacteria atau prokariota seperti cyanobacteria saat ini . 

Asimilasi CO2 mereka menyebabkan penurunan lebih lanjut dalam konsentrasi karbon dioksida, tetapi konsentrasi oksigen di atmosfer tetap rendah. Alasan untuk ini adalah bahwa O2di lautan segera dikonsumsi dalam oksidasi ion besi divalen dan zat lain yang mudah teroksidasi dan hanya perlahan terakumulasi di atmosfer setelah senyawa ini hampir sepenuhnya teroksidasi sekitar dua miliar tahun yang lalu.

Oksigen yang sangat reaktif mudah bereaksi dengan beberapa biomolekul organik yang sensitif. Oleh karena itu, peningkatan terjadinya oksigen dua miliar tahun yang lalu mewakili faktor lingkungan selektif yang kuat untuk organisme awal.

Hanya beberapa organisme anaerob obligat yang mungkin pada waktu itu mampu mundur ke habitat bebas oksigen, bagian lain tampaknya mengembangkan enzim yang beracun. peroksida atau oksigen lainnya 

Membuat metabolit tidak berbahaya (misalnya superoksida dismutase, peroksidase dan katalase). Akhirnya, pada beberapa mikroorganisme, dengan partisipasi enzim seperti bentuk prekursor, bahkan enzim membran yang sangat kompleks dikembangkan yang secara metabolik memanfaatkan oksigen yang ada untuk menghasilkan energi bagi pertumbuhan sel mereka sendiri: oksidase akhir dari rantai pernapasan aerobik . 

Tergantung pada organisme, ada beberapa bentuk oksidase akhir yang berbeda, seperti quinol oksidase atau sitokrom c oksidase , yang masing-masing juga bekerja secara berbeda dengan ion tembaga dan hemin.mengandung pusat aktif dan karena itu kemungkinan besar berasal dari beberapa jalur perkembangan paralel. 

Dalam banyak kasus, beberapa jenis oksidase akhir bahkan dapat ditemukan berdampingan dalam organisme yang sama dan disintesis tergantung pada kondisi lingkungan yang berlaku. 

Enzim-enzim ini mewakili mata rantai terakhir dalam serangkaian kompleks enzim yang awalnya "menyimpan antara" energi dari proses redoks dengan translokasi proton atau ion Na dalam bentuk potensial membran. Akhirnya, potensial membran diubah kembali menjadi energi kimia dalam bentuk ATP melalui kompleks enzim lain, ATP sintase . 

ATP sintasedan komponen lain dari rantai pernapasan harus jauh lebih tua daripada oksidase akhir dalam hal sejarah evolusi, karena mereka (atau sistem paralogous yang sangat mirip) juga penting dalam banyak proses metabolisme anaerobik wajib (respirasi anaerob, metanogenesis, dan banyak jalur fermentasi) dan juga dalam fotosintesis anoksigenik dan oksigenik mengambil peran.

Satu miliar tahun yang lalu, konsentrasi oksigen melebihi tanda satu persen, yang memungkinkan beberapa ratus juta tahun kemudian untuk membentuk lapisan ozon pertama. Kandungan oksigen saat ini hampir 21% akhirnya mencapai 350 juta tahun yang lalu dan tetap cukup stabil sejak saat itu.

Bagaimana Penciptaan Bumi  dan Isinya; Eksperimen dan hipotesis tentang evolusi kimia  Percobaan Miller-Urey.  Eksperimen Miller-Urey didasarkan pada salah satu hipotesis paling terkenal tentang evolusi . Itu diterbitkan oleh peneliti Rusia AI Oparin dan JBS Haldane Inggris pada 1920-an . 

Teori menyatakan bahwa bahkan saat itu, kondisi di Bumi mendukung reaksi kimia tertentu. Senyawa organik dikatakan telah disintesis dari senyawa yang lebih sederhana di atmosfer dan laut. Energi yang diperlukan disuplai oleh radiasi UV yang sangat kuat, yang mampu menembus atmosfer tanpa hambatan karena kekurangan O 2 dan O 3 . Pengaturan eksperimental percobaan Miller-Urey

Pada tahun 1953, hipotesis ini diuji oleh ahli kimia Stanley Miller dan Harold C. Urey melalui eksperimen sup purba. Dalam percobaan, mereka menunjukkan bahwa dalam lingkungan yang mirip dengan kondisi prebiotik yang diasumsikan, senyawa organik yang lebih kompleks seperti asam amino dan asam karboksilat dan lemak yang lebih rendah terbentuk dari senyawa anorganik (air, amonia dan hidrogen) dan metana dengan menambahkan energi (petir ). bisa. 

Dalam eksperimen sup purba yang sebagian besar lebih rumit, semua bahan penyusun penting makhluk hidup (asam amino, lipid, purin (basa nukleotida) dan gula) serta senyawa organik rumit porfirin dan isoprena dapat diproduksi.

Meskipun ini menunjukkan kemungkinan mendasar dari pembentukan alami molekul organik, signifikansi hasil ini bagi proses aktual munculnya kehidupan di bumi sering dilihat secara kritis hari ini. Dalam percobaan sup purba, diasumsikan bahwa atmosfer terestrial memiliki karakter pereduksi kimia, yang sesuai dengan keadaan pengetahuan pada saat itu. Hari ini, di sisi lain, sering diasumsikan bahwa atmosfer hanya sedikit mereduksi atau bahkan netral pada waktu itu, tetapi pertanyaan itu akhirnya belum diklarifikasi dan ketidakhomogenan kimia lokal dalam kondisi atmosfer juga sedang dibahas, misalnya di sekitar gunung berapi. 

Eksperimen selanjutnya mampu menunjukkan bahwa molekul organik juga terbentuk di bawah kondisi atmosfer yang berubah seperti itu; bahkan yang tidak muncul dalam percobaan asli, tetapi hasilnya sangat berkurang. Karena itu, sering dikatakan bahwa kemungkinan lain untuk asal usul molekul organik setidaknya memainkan peran tambahan. Pembentukan molekul organik di ruang angkasa dan transfernya ke bumi oleh meteorit atau pembentukan di sekitar disebutperokok hitam .

Sebagai argumen lebih lanjut terhadap asal usul molekul organik biologis menurut percobaan sup primordial, sering dinyatakan bahwa rasemat, yaitu campuran asam L - amino dan asam D - amino, dibentuk dalam percobaan ini. 

Namun, semua asam amino yang ditemukan dalam organisme hidup adalah L . murni-dikonfigurasi (lihat Kiralitas Biologis). Oleh karena itu, harus ada proses alami yang secara istimewa memilih molekul kiral dengan sifat tertentu.

Para ahli eksobiologi menunjukkan bahwa ini lebih mudah dijelaskan di ruang angkasa, karena proses fotokimia dengan radiasi terpolarisasi sirkular, seperti yang dihasilkan oleh pulsar, hanya mampu menghancurkan molekul kiral dengan tangan tertentu. 

Faktanya, molekul organik kiral telah ditemukan di meteorit di mana kelimpahan bentuk L mendominasi hingga 9%. [1]Namun, pada tahun 2001 ditunjukkan bahwa sistem peptida yang mereplikasi diri juga mampu secara efektif memperkuat produk homokiral dari rasemat induk, yang diyakini oleh para peneliti mendukung gagasan asal usul terestrial dalam molekul biologis. 

Lebih banyak reaksi;  Dari produk antara formaldehida (CH 2 O) dan hidrogen sianida (HCN) yang terjadi dalam percobaan Miller-Urey , biomolekul lebih lanjut dapat diproduksi di bawah kondisi simulasi di Bumi 4,5 miliar tahun yang lalu. Beginilah cara Juan Oro berhasil mensintesis adenin pada tahun 1961:

 Dia juga mendemonstrasikan pembentukan adenin dan guanin dengan polimerisasi termal amonium sianida dalam larutan berair.   Adenosin trifosfat (ATP) terbentuk dari ribosa, adenin dan trifosfat , yang digunakan dalam organisme sebagai pembawa energi universal dan sebagai blok bangunan (sebagai monofosfat) asam ribonukleat (RNA).

Partisipasi mineral dan batuan[a] Molekul organik dilindungi dari radiasi UV di rongga kecil di bebatuan. [b] Permukaan kristal dapat berfungsi sebagai matriks untuk pertumbuhan makromolekul. Permukaan kristal dapat memilih bentuk molekul tertentu. Asam L- dan D-amino disimpan di tempat yang berbeda pada kristal kalsit.

[c]  Aharon Katchalssky (Weizmann Institute Israel) mampu menghasilkan protein dengan panjang rantai lebih dari 50 asam amino dalam hampir 100 persen hasil dalam larutan berair dengan bantuan mineral lempung montmorillonit. [d]  Ion logam dapat bertindak sebagai katalis, sebagai donor elektron, atau dimasukkan ke dalam biomolekul., dan [e]  Mineral lempung sering memiliki muatan listrik, yang memungkinkan mereka untuk menarik dan menahan molekul organik bermuatan.

Dunia Besi-Belerang (ESW) menurut Munich Gunter Wachtershauser.  Bentuk partisipasi mineral dan batuan yang sangat intens dalam sintesis prebiotik molekul organik mungkin telah terjadi pada permukaan mineral besi sulfida.

Faktanya, teori Miller-Urey memiliki keterbatasan yang serius, terutama berkaitan dengan kurangnya penjelasan untuk polimerisasi dari blok bangunan monomer biomolekul yang terbentuk. Skenario alternatif untuk evolusi awal kehidupan telah diusulkan oleh pengacara paten Munich Gunter Wachtershauser sejak awal 1980-an.dikembangkan, yang dengan cepat mendapat dukungan dari filsuf Karl Popper untuk teori alternatifnya. 

Menurut Munich Gunter Wachtershauser, kehidupan di bumi akan muncul di permukaan mineral besi-sulfur, yaitu sulfida, yang masih terbentuk hari ini melalui proses geologis di gunung berapi laut dalam, terjadi jauh lebih sering pada masa awal bumi dan mungkin juga di banyak planet ekstrasurya dan planet harus ada. 

Keuntungan besar dari konsep ini dibandingkan dengan semua teori lainnya adalah bahwa untuk pertama kalinya ada kemungkinan menghubungkan pembentukan biomolekul kompleks dengan pasokan energi yang tersedia dan dapat diandalkan secara terus-menerus. 

Energi tersebut berasal dari reduksi besi pada mineral besi-sulfur seperti pirit (FeS2 ) dengan unsur hidrogen ( H2) (skema reaksi: FeS 2 + H 2 FeS + H 2 S) dan menyediakan energi yang cukup untuk mendorong sintesis amonia prebiotik dan juga reaksi sintesis endergonik untuk blok bangunan monomer biomolekul dan untuk polimerisasinya. Mirip dengan ion besi , ion logam berat lainnya juga membentuk sulfida yang tidak larut dengan hidrogen sulfida (lihat gugus hidrogen sulfida).

Selain itu, pirit dan mineral besi-sulfur lainnya memberikan permukaan bermuatan positif di mana biomolekul bermuatan negatif yang dominan (asam organik, ester fosfat, tiolat) dapat menempel (seringkali melalui reaksi pengompleksan), berkonsentrasi, dan bereaksi satu sama lain. 

Zat yang diperlukan untuk ini, seperti hidrogen sulfida, karbon monoksida dan garam besi(II) juga mencapai permukaan "dunia besi-sulfur" (ESW) ini langsung dari larutan. Untuk teorinya, Wachtershauser menggunakan mekanisme dasar metabolisme yang masih ada sampai sekarang dan berasal darinya skenario yang konsisten untuk sintesis molekul organik kompleks dan biomolekul (asam organik, asam amino, gula, basa nukleat, lipid) dari molekul prekursor anorganik sederhana. yang ditemukan dalam gas vulkanik (NH 3 , H 2 , CO, CO 2 , CH 4 , H 2 S).

dokpri

Bertentangan dengan hipotesis Miller-Urey, tidak diperlukan gaya eksternal dalam bentuk petir atau radiasi UV; selain itu, reaksi kimia sederhana pertama berlangsung jauh lebih cepat pada suhu tinggi tanpa terhalang oleh hal ini (seperti reaksi biokimia yang dikatalisis oleh enzim). Karena suhu hingga 350 C dapat dicapai di gunung berapi laut dalam, mudah untuk membayangkan munculnya kehidupan pada suhu tinggi ini. Baru kemudian, setelah munculnya katalis yang peka terhadap suhu (vitamin, protein), evolusi lebih lanjut pasti terjadi di ceruk yang lebih dingin.

Bakteri anaerob, yang metabolisme kunonya meliputi besi dan belerang, masih ada sampai sekarang - produk metabolisme: besi sulfida. Skenario Wachtershauser karena itu juga cocok dengan kondisi yang diamati pada perokok hitam di laut dalam, karena ceruk seperti itu muncul dengan mudah mungkin dalam struktur ini karena gradien suhu yang curam dari dalam ke luar. 

Mikroorganisme yang hidup saat ini, yang dianggap paling orisinal, juga paling termofilik dengan suhu maksimum (sebelumnya) untuk pertumbuhan pada +113 C. Selain itu, pusat besi-sulfur memiliki fungsi penting dalam banyak enzim saat ini , misalnya dalam rantai pernapasan. Ini bisa menunjukkan keterlibatan asli mineral Fe-S dalam evolusi kehidupan, terutama karena ini masih merupakan metabolit bakteri anaerob saat ini.

Pembentukan makromolekul;  Biomakromolekul adalah protein dan asam nukleat . Pemanjangan rantai molekul (polimerisasi) membutuhkan energi dan berlangsung dengan eliminasi air ( kondensasi ). Sebaliknya, pembelahan makromolekul ( hidrolisis) Energi. Karena kesetimbangan kimia sangat jauh di sisi monomer sehingga reaksi-reaksi ini berlangsung secara termodinamika ireversibel ke arah hidrolisis polimer, tidak akan ada sintesis polimer tanpa sistem pemasok energi yang diaktifkan. 

Masalah ini hanya sedikit berubah dengan konstruksi bantu teoritis, seperti penguapan air, penambahan garam (menghilangkan air) atau pengendapan produk. Munculnya kehidupan karena itu sangat mungkin terkait dengan kopling ke sumber energi yang dapat diandalkan yang dapat digunakan untuk sintesis polimer.

Dalam biokimia, ATP adalah sumber energi utama yang digunakan saat inidigunakan, pembentukannya, bagaimanapun, sudah membutuhkan kehadiran enzim. Di sisi lain, di bawah kondisi proto-bumi, orang juga dapat membayangkan energiisasi sintesis polimer dengan pembelahan hidrolitik polifosfat, yang masih digunakan hingga saat ini oleh beberapa enzim alih-alih ATP. 

Namun, sulit untuk membayangkan bahwa polifosfat juga tersedia dalam jumlah yang diperlukan, karena mereka dapat terbentuk secara spontan ketika larutan yang mengandung fosfat diuapkan, tetapi juga secara spontan terhidrolisis relatif cepat ketika kembali ke larutan. Berdasarkan pertimbangan-pertimbangan ini, seseorang harus menuntut teluk laut dangkal sebagai tempat asal kehidupan, yang secara teratur mengering dan dibanjiri lagi. Namun, ini juga akan berulang kali mengganggu semua proses yang bergantung pada air dan setidaknya sangat menunda munculnya kehidupan.

 Akhirnya, orang juga dapat membayangkan sistem yang sama sekali berbeda di mana sintesis blok bangunan dan pembentukan polimer yang bergantung pada energi berlangsung sebagai proses berkelanjutan dalam penggabungan tanpa gangguan ke sumber energi yang andal, yaitu reaksi redoks anaerobik dengan sulfida logam. 

Ini masih dilepaskan dalam jumlah besar di dasar lautan oleh aktivitas gunung berapi, di mana mereka membentuk struktur seperti di mana sintesis blok penyusun dan pembentukan polimer yang bergantung pada energi berlangsung sebagai proses berkelanjutan dalam penggabungan tanpa gangguan ke sumber energi yang andal, yaitu reaksi redoks anaerobik dengan sulfida logam. 

dan ini masih dilepaskan dalam jumlah besar di dasar lautan oleh aktivitas gunung berapi, di mana mereka membentuk struktur seperti di mana sintesis blok penyusun dan pembentukan polimer yang bergantung pada energi berlangsung sebagai proses berkelanjutan dalam penggabungan tanpa gangguan ke sumber energi yang andal, yaitu reaksi redoks anaerobik dengan sulfida logam. 

Ini masih dilepaskan dalam jumlah besar di dasar lautan oleh aktivitas gunung berapi, di mana mereka membentuk struktur sepertimelatih perokok hitam , yang padat dihuni oleh berbagai mikroorganisme dan hewan tingkat tinggi.

Kesetimbangan sintesis polimer dialihkan ke pembentukan polimer dengan meningkatkan konsentrasi blok bangunan (monomer) dan dengan dehidrasi produk. Prasyarat untuk ini adalah kompartementalisasi, yaitu pemisahan ruang reaksi dari satu sama lain yang hanya memiliki pertukaran terbatas zat dengan lingkungan.

Dalam teori konvensional, ini menetap di perairan dangkal dan kecil (kolam) dengan tingkat penguapan yang tinggi, yang sebagai ide dasar kembali ke Charles Darwin. Namun, bahkan hari ini, di daerah vulkanik di laut dalam, dalam struktur besar perokok hitam, endapan sulfida logam diamati dalam bentuk gua-gua kecil, yang juga mewakili skenario lingkungan yang menarik.

Pendekatan lain telah dipertimbangkan, tetapi semuanya memiliki keterbatasan yang parah dan tidak cocok dengan kondisi awal Bumi. Dalam kebanyakan kasus, pengecualian air diperlukan untuk satu atau lebih langkah, yang mudah dicapai di laboratorium kimia tetapi lebih sulit di proto-bumi. 

Salah satu sistem ini adalah polimerisasi karbodiimida (RN=C=NR) atau sianogen (NCCN) dalam media anhidrat. Di sini kondensasi blok bangunan digabungkan dengan reaksi karbodiimida, di mana energi yang diperlukan dihasilkan:

Meskipun sianogen terbentuk dari hidrogen sianida di bawah paparan sinar UV , molekul yang mudah menguap juga akan hilang di kolam yang mengering.

Ketika campuran kering asam amino dipanaskan pada 130 C selama beberapa jam, makromolekul seperti protein terbentuk. Jika polifosfat hadir, 60 C sudah cukup. Kondisi ini dapat muncul ketika air yang mengandung asam amino terlarut bersentuhan dengan abu vulkanik panas.

Jika campuran nukleotida dipanaskan hingga 55 C dengan adanya polifosfat, polinukleotida terbentuk , tetapi ikatan terjadi melalui atom karbon 5' dan 2' dari ribosa , karena terjadi lebih mudah daripada atom karbon 5' yang ada. di semua organisme. -3' linkage. Heliks ganda terbentuk dari kedua jenis polinukleotida (bandingkan struktur DNA ). Namun, heliks ganda 5'-3' lebih stabil daripada heliks 5'-2'.

Jika gugus hidroksil hilang pada 2'-C-atom ribosa, deoksiribosa hadir. Hanya sambungan 5'-3', tipikal DNA , yang sekarang dapat terbentuk .

Pembentukan struktur prebiotik (prekursor sel).  Sel mempertahankan fungsinya dengan membentuk ruang reaksi (kompartemen) yang berbeda untuk memisahkan proses metabolisme satu sama lain dan untuk mengecualikan reaksi yang tidak diinginkan. Pada saat yang sama, gradien konsentrasi dapat dibangun.

 Alexander Ivanovich Oparin (1894-1980) membahas kemungkinan metabolisme dalam coacervates (dari bahasa Latin coacervatio : akumulasi). Dia mampu menunjukkan bahwa ruang terbatas dengan metabolisme sederhana dapat, pada prinsipnya, muncul melalui pengaturan sendiri, asalkan katalis dengan sifat spesifik tersedia. Karena zat yang digunakan berasal dari repertoar organisme yang hidup saat ini, coacervates Oparin tidak dilihat sebagai prekursor sel, tetapi sebagai model analog untuk pengembangan sel prekursor.

Jika garam ditambahkan ke larutan koloid biomakromolekul, tetesan kecil dengan diameter antara 1 dan 500 m terbentuk, yang mengandung polimer dalam konsentrasi tinggi. Oparin memeriksa campuran protein ( histon dan albumin ), protein dan karbohidrat (histone dan gum arabic) dan protein dan polinukleotida (histone atau clupein dan DNA atau RNA).

Jika tetesan histon dan gom arab mengandung enzim fosforilase, tetesan ini dapat mengambil glukosa-1-fosfat dari lingkungan, mengubahnya menjadi pati dan menyimpannya. Fosfat yang dilepaskan berdifusi ke luar. Tetesan tumbuh dalam ukuran karena bertambah kuat sampai pecah menjadi tetesan yang lebih kecil, yang mungkin lagi mengandung fosforilase, tetapi kurang dari tetesan awal. Ini juga memperlambat metabolisme. Di sini menjadi jelas bahwa untuk mempertahankan sifat-sifat sel, diperlukan regenerasi peralatan enzim setelah pembelahan.

Jika enzim amilase pendegradasi pati juga ditambahkan, koaservasi dengan hasil metabolisme dua tahap: [a]  Penyerapan glukosa-1-fosfat penumpukan pati., dan [b]  Pelepasan fosfat pemecahan pati dan pelepasan maltosa .

Mikrosfer.  Pada tahun 1970, Sydney Fox mampu menunjukkan bahwa produk berprotein yang terbentuk ketika campuran asam amino kering dipanaskan ( lihat di atas ) juga dapat membentuk tetesan, yang disebut mikrosfer , yang tumbuh dengan agregasi sendiri . Mereka dipisahkan dari lingkungan mereka oleh membran semipermeabel dan menyerap bahan protein lebih lanjut dari lingkungan mereka. Akibatnya, mereka terus tumbuh dan pecah lagi menjadi tetesan yang lebih kecil. Fox juga menemukan bahwa sistem ini memiliki sifat enzimatik, memecah glukosa atau berperilaku seperti esterase atau peroksidase, tanpa enzim asing yang ditambahkan.

Sel proto.  Jack Szostak dan rekan-rekannya di Rumah Sakit Umum Massachusetts, Boston, mampu menunjukkan dalam percobaan model bahwa apa yang disebut sel proto ( yaitu vesikel yang terdiri dari asam lemak sederhana, alkohol lemak dan ester gliserol asam lemak) menunjukkan sifat-sifat berikut (dalam kombinasi): 

Mereka bersifat termostabil antara 0 dan 100 C; mereka dapat menjebak polimer DNA dan RNA di dalamnya; mereka memungkinkan denaturasi (pemisahan) untaian polinukleotida pada suhu tinggi tanpa kehilangan untaian tunggal dari sel proto; mereka dapat menyerap molekul bermuatan seperti nukleotida secara non-spesifik (yaitu tanpa sistem transpor transmembran, misalnya protein) dan sangat cepat . 

Dunia RNA,  Hipotesis dunia RNA, yang kembali ke hasil percobaan Miller-Urey dan pertama kali dirumuskan oleh Carl Woese pada tahun 1967   , menyatakan bahwa dunia dengan kehidupan berdasarkan asam ribonukleat (RNA) sebagai blok bangunan universal untuk informasi penyimpanan dan untuk mengkatalisis reaksi kimia mendahului bentuk kehidupan kita saat ini. 

Ini adalah hubungan antara hipotesis evolusi kimia yang lebih mendasar dan munculnya bentuk kehidupan seluler pertama, seperti ribosit.. Sebagai bagian dari hipotesis dunia RNA, diasumsikan bahwa RNA bebas atau terikat sel digantikan selama evolusi oleh DNA media penyimpanan informasi yang lebih stabil secara kimiawi dan oleh protein yang lebih fleksibel secara fungsional. Sebagai petunjuk keberadaan dunia RNA, ribosom dan RNA ribosom yang aktif secara katalitik dianggap sebagai sisa-sisa evolusi pada waktu itu.  

 Bumi telah dibombardir oleh komet dan meteorit sejak awal keberadaannya, terutama selama fase pertama setelah pembentukan Bumi yang disebut Late Heavy Bombardment . Molekul organik sederhana, termasuk asam amino, telah terdeteksi di sejumlah meteorit. 

Jika seseorang mempertimbangkan homokiralitas biomolekul terestrial ( asam L -amino dan D -gula), penjelasan yang mungkin adalah bahwa asam amino berasal dari luar angkasa, karena kelebihan tipe L hingga lebih dari 9% telah terdeteksi. dalam beberapa asam amino meteorit ini menjadi. 

Namun, distribusi ini juga dapat dijelaskan oleh katalis padat anorganik di bumi. Eksperimen yang mensimulasikan kondisi ruang kini telah menunjukkan bahwa biomolekul organik dasar, terutama asam amino, juga dapat terbentuk dalam kondisi seperti itu. 

Sementara itu, telah dibuktikan secara eksperimental  meteorit seperti meteorit Murchison memiliki kemampuan katalitik: bahannya dapat menyebabkan asam amino dan prekursor molekul gula, antara lain , terbentuk dari molekul sederhana seperti formamida .  

Perokok  hitam.  Perokok hitam adalah sumber air panas laut dalam . Ada lingkungan yang berpotensi menguntungkan untuk kemo - munculnya kehidupan autotrofik . Tesis ini diwakili secara khusus oleh peneliti William Martin dan Michael Russell.   

Lebih banyak perspektif.  Hipotesis panspermia pada dasarnya adalah pendapat bahwa makhluk hidup pertama datang ke bumi dengan 'menyemai' bumi dengan bentuk kehidupan yang lebih rendah, seperti bakteri dari luar angkasa.

Namun, hipotesis bahwa bentuk kehidupan yang lebih rendah datang ke bumi dari luar angkasa hanya menggeser masalah asal usul kehidupan ke tempat lain dan bukan merupakan penjelasan tentang asal usul kehidupan