Σύντομη Βιογεωχημική Ιστορία των οργανισμών. Μέρος Δεύτερο: ΠΟΙΟΙ ΦΥΣΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΟΔΗΓΗΣΑΝ ΤΙΣ ΧΗΜΙΚΕΣ ΟΥΣΙΕΣ ΤΩΝ ΚΛΕΙΣΤΩΝ ΜΕΜΒΡΑΝΩΝ (Αμινοξέα, Πυρηνικές Βάσεις, Σάκχαρα Λιπίδια, Μακρομόρια) ΣΤΗΝ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΠΡΩΤΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ- ΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ

Σύντομη Βιογεωχημική Ιστορία των οργανισμών. Μέρος Δεύτερο: ΠΟΙΟΙ ΦΥΣΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΟΔΗΓΗΣΑΝ ΤΙΣ ΧΗΜΙΚΕΣ ΟΥΣΙΕΣ ΤΩΝ ΚΛΕΙΣΤΩΝ ΜΕΜΒΡΑΝΩΝ  (Αμινοξέα, Πυρηνικές Βάσεις, Σάκχαρα Λιπίδια, Μακρομόρια) ΣΤΗΝ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΠΡΩΤΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ- ΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ

Δήμητρα Σπανού, καθηγήτρια Χημικός στο 1ο Γυμνάσιο Δάφνης

 

Αγαπητέ αναγνώστη καλύτερα να μην είχα κάνει αυτό το βήμα. Είναι προτιμότερο ο άνθρωπος, όταν βλέπει τα όρια της φύσης του, να προσέχει να μην τα προσπερνά, γιατί πολλές φορές το κοσμικό κακό πλανιέται γύρω και πάνω από τη σφαίρα της δράσης του. Όταν βρει και τον παραμικρό χώρο θα μπει μέσα, και σα μαύρο μελάνι θα χυθεί πάνω στον άνθρωπο και θα τον κατασπαράξει. Είμαστε απλώς οι μαριονέτες ενός ανώτερου παιχνιδιού που παίζεται σε βάρος μας, γιατί ελάχιστα είναι αυτά που γνωρίζουμε. Γι' άλλους η θρησκευτική πίστη και για άλλους η επιστήμη, αποτελούν πόλους ανακούφισης. Μα οι πραγματικές απαντήσεις βρίσκονται γύρω μας, μπροστά μας, δυστυχώς όμως δεν τις βλέπουμε, κι όταν κάποιος άνθρωπος με διαφορετική σχέση, με αυτό που συνήθως ονομάζουμε ηθική, υποψιαστεί κάτι, είτε οδηγείται στην τρέλα, είτε βυθίζεται σε μια απόκοσμη άβυσσο, όπου ο ορθολογισμός και η πίστη φαντάζουν τιποτένια μόρια σκορπισμένα μες το αχανές του σύμπαντος."

 από την εισαγωγή του βιβλίου του Γεωργίου Πολ Παπαδάκη Ακατανόμαστες εξομολογήσεις, Διηγήματα φανταστικής λογοτεχνίας

 

ΑΡΧΙΚΑ ΣΤΑΔΙΑ ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΖΩΗΣ ΣΤΗ ΓΗ

 Η ζωή στην Γη είναι θέμα που έχει απασχολήσει με πολλές θεωρίες.

Από τους γνωστούς που προβληματίσθηκαν πάνω στο θέμα αυτό ήταν ο

Σαμιουέλ Τέιλορ Κόλεριτζ, (θάνατος 1834) γιος προτεστάντη πάστορα, που σπούδασε στο πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ και ήταν γνωστός για την ευρυμάθειά του.

Αντιλαμβανόμενος ότι πιθανόν η ζωή αποτελεί ένα είδος φυσικής μηχανής που ανταγωνίζεται, επιβιώνει αναπαράγεται, αναζητούσε παρ΄ολα αυτά, την μυστηριώδη, ενοποιητική δύναμη, την ζωϊκή αρχή που διαφοροποιεί τα έμβια από τα άψυχα αντικείμενα.

Σχετικά με το πως ξεκίνησε η ζωή, υπάρχουν η θεωρία της βιογένεσης που υποστηρίζει ότι μόνο η ζωή μπορεί να γεννήσει ζωή, και η θεωρία της αβιογένεσης  σύμφωνα με την οποία πρόδρομες οργανικές ενώσεις από τις οποίες προκύπτουν τα βιομόρια της ζωής μπορούν να δημιουργηθούν από διάφορες απλές ανόργανες ουσίες κάτω από ειδικές συνθήκες.

Ο Κάρολος Δαρβίνος (1809 -1882) που μελέτησε την ιστορία της εξέλιξης των οργανισμών, και διατύπωσε την αρχή της φυσικής επιλογής η οποία σχετίζεται με την ποικιλομορφία και την πολυπλοκότητα των οργανισμών, διαπυτώνει ευθύς εξ αρχής, την κοινή  καταγωγή των οργανισμών από απλούστερους οργανισμούς που γίνονται όλο και πιο απλοί, έτσι που λίγο απέχει από να θεωρήσει κανείς ότι προήλθαν από κάποιες πρόδρομες ουσίες.

Από το 1950 και μετά, με την αποκωδικοποίηση του DNA και την αποκάλυψη της μοριακής βάσης της κληρονομικότητας, βγήκε το συμπέρασμα ότι, συστατικά στοιχεία του μοριακού μηχανισμού των κυττάρων, υπήρχαν ελεύθερα πάνω στη γη.

Γενικά είναι μάλλον αποδεκτό ότι η ζωή δεν εμφανίστηκε ξαφνικά  αλλά πριν την εμφάνιση οργανισμών υπήρξαν ( ή δημιουργήθηκαν) πρόδρομες χημικές ενώσεις που αργότερα θα χρησιμοποιηθούν για τελειότερες κατασκευές και τελικά θα εξελιχούν στα βιομόρια των οργανισμών και σε κύτταρα.

Η Γη σχηματίστηκε πριν από περίπου 5,6 δισεκατομύρια χρόνια με την συνένωση θραυσμάτων που αιωρούνταν στο ηλιακό σύστημα, που κι αυτό προέκυψε περίπου στην ίδια εποχή και με ανάλογο τρόπο, μετά από γαλαξιακές συγκρούσεις.

Ο πλανήτης στην πρώϊμη εκείνη εποχή που ονομάστηκε αρχαϊκός αιώνας και διήρκεσε από 5,5 έως και 2,5 δισεκατομύρια χρόνια πριν, ήταν ασταθής και πολυ θερμός. Όμως σιγά σιγά άρχισε να κρυώνει και το νερό να συγκεντρώνεται σε ορισμένα σημεία του, αφήνοντας άλλα σημεία στεγνά.

Από τα 4,37 έως τα 4,2 δισεκατομύρια χρόνια πριν σχηματίστηκαν η ατμόσφαιρα πλούσια σε διοξείδιο του άνθρακα και υδρατμούς και ο ωκεανός. του οποίου το νερό είναι τοξικό και ακατάλληλο για ζωή. Σταδιακά, η ατμοσφαιρική πίεση - που ανέρχονταν τότε σε 300 και πλέον ατμόσφαιρες-,  άρχισε να μειώνεται, ενώ στρώματα πετρωμάτων βαρέων μετάλλων κινούνταν προς το εσωτερικό της γης δημιουργώντας υπόστρωμα. 

 Αρχίζει η δημιουργία των τεκτονικών πλακών και το νερό  των ωκεανών γίνεται λιγότερο τοξικό και σχεδόν κατάλληλο να φιλοξενήσει ζωή. 

ΜΙΚΡΕΣ ΧΗΜΙΚΕΣ  ΕΝΩΣΕΙΣ ΠΡΟΔΡΟΜΕΣ ΒΙΟΜΟΡΙΩΝ

  • Σημαντικό γεγονός για την γεωλογική εξέλιθη του πλανήτη και τη ζωή, είναι ο μεταλλικός πυρήνας που δημιουργείται στο εσωτερικό της Γης, η περιστροφή της οποίας είναι η αιτία για την ύπαρξη του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου που κυκλώνει τη Γη που την προστετεύει από τις κοσμικές  ακτινοβολίες με αποτέλεσμα να είναι ακόμα πιο κοντά στο να φιλοξενήσει ζωή.

 

  • Πυρηνική ενέργεια στο εσωτερικό της γης δίνει δυνατότητες δημιουργίας πρόδρομων βιομορίων

Στο εσωτερικό της τότε γης,  κοιτάσματα ουρανίου, παράγουν τεράστια ποσά πυρηνικής ενέργειας και δημιουργούνται εξ αιτίας αυτού διάφορα υλικά. Κάποια από αυτά είναι κατάλληλα για να αποτελέσουν πρωταρχικά υλικά για την δημιουργία ζωής.  Απλές χημικές ουσίες που αφθονούσαν στην ατμόσφαιρα, στις ηφαιστειακές φλέβες και στο νερό της τότε γης όπως είναι το άζωτο, το υδρογόνο  και η αμμωνία μπορεί να θεωρηθούν πρόδρομα βιομορίων όπως είναι κάποια αμινοξέα, σάκχαρα, λιπίδια, πυρηνικές βάσεις ή φωσφορικό οξύ που δημιουργούνται στη συνέχεια.  

 

ΒΙΟΣΥΝΘΕΣΗ ΜΑΚΡΟΜΟΡΙΩΝ ΜΕ ΑΥΤΟΣΥΓΚΡΟΤΗΣΗ

 Από τις  πρώτες αυτές απλές ενώσεις, σε ορισμένες περιοχές του πλανήτη σχημάτισαν άλλες πολυπλοκότερες όπως τα λιπαρά οξέα, οι πρωτεϊνες, οι πολυσακχαρίτες,  που μπορούσαν να αντιγράφουν τον εαυτό τους ή να πολυμερίζονται.

  • Στην επιφάνεια της Γης επικρατούν συνθήκες οξείδωσης, ενώ στο εσωτερικό συνθήκες αναγωγής

Συνθήκες ευνοϊκές για την παραγωγή βιομορίων μπορεί να θεωρηθούν η ύπαρξη  περιοχών με συνθήκες οξείδωσης και αναγωγής  όπου ευνοείται η κίνηση της ενέργειας  που απαιτείται για τις αναβολικές διεργασίες, που έχουν αποτέλεσμα την σύνθεση νέων ουσιών . Στον αρχαϊό αιώνα της Γης όταν η επιφάνεια άρχισε σταδιακά να ψύχεται εμφανίζονται έντονες συνθήκες οξείδωσης στην επιφάνεια, ενώ κάτω από την επιφάνεια  θερμόπυρηνικές αντιδράσεις δημιουργούν αναγωγικές συνθήκες στο εσωτερικό.  

  • Θερμοπυρηνικές αντιδράσεις εξαερώνουν μεγάλες ποσότητες νερού και προκαλούνται στην συνέχεια έντονες βροχοπτώσεις

Ευνοϊκές επίσης συνθήκες για την δημιουργία ζωής, θεωρούνται οι εναλλασσόμενοι κύκλοι ξηρότητας/ υγρασίας, που επικρατούσαν σε περιοχές της γης κατά διαστήματα όπου ευνοείται ο πολυμερισμός και η δημιουργία μακρομορίων για να εξελιχθούν σε   δομικές μονάδες ζωής.

Δομικές μονάδες ζωής 

θεωρούνται μικρά οργανικά μόρια όπως αμινοξέα, σάκχαρα, λιπίδια, βάσεις πουρίνης - πυριμιδίνης

 

Τα λιπίδια δημιουργούνται όταν  λιπαρά οξέα  ενώνονται με την γλυκερίνη 

Τα λιπίδια συνδέονται μεταξύ τους  με έναν βασικό χημικό μηχανισμό  που ονομάζεται συμπύκνωση. 

Κατά τον μηχανισμό αυτόν το ένα μονομερές χάνει ένα άτομο υδρογόνου (Η), ενώ το άλλο μια υδροξυλομάδα (-ΟΗ). Δηλαδή αφαιρείται ένα μόριο νερού.

Τα λιπίδια που συμπυκνώνονται έτσι δεν χαρακτηρίζονται σαν πολυμερή, γιατί τα λιπίδια που συνδέονται δεν είναι ίδια.

 Η συμπύκνωση  και ο πολυμερισμού λιπαρών οξέων και μοιάζει να αποτελεί την προυπόθεση της κατασκευής των πρώτων κυτταρικών μεμβρανών.  

Αυτά είναι τα βασικά στοιχεία για να αρχίσει να δημιουργείται ζωή. 

Γιατί,  αυτό που τελικά κατοχύρωσε την ζωή, - μέσα από τους ζωντανούς οργανισμούς- 

είναι πως τελικά αυτά τα μόρια και οι δραστηριότητές τους ( κατάλυση αντιδράσεων, πρωτεϊνοσύνθεση, αντιγραφή νουκλεϊνικών οξέων κ.λ.π.) περικλείστηκαν από μια κατασκευή που δημιουργήθηκε  από τα λιπίδια που συνενώθηκαν και αποτέλεσαν  μια κλειστή απλή ή διπλή λιποστοιβάδα, την πρώτη  κυτταρική μεμβράνη . 

Αυτή η κλειστή δομή απαιτείται για την επιτάχυνση των αντιδράσεων μέσα σε κλειστό χώρο και σε επόμενο βήμα, την ανάπτυξη κυτταρικών οργανιδίων ,  ελέγχει την είσοδο και έξοδο ουσιών στο κύτταρο και επίσης οριοθετεί τον χώρο για την ανάπτυξη ενός αυτόνομου κυττάρου - οργανισμού.

 Επόμενο βήμα ήταν από τα απλά αυτά μόρια - δομοκούς λίθους, να δημιουργηθούν τα βιολογικά μακρομόρια

Βιολογικά μακρομόρια χαρακτηρίζονται ενώσεις μεγάλου Μοριακού Βάρους 103 έως 109 οπως είναι οι πρωτεϊνες, οι πολυσακχαρίτες, το DNA, RNA, ινίδια ακτίνης, μικροσωληνίσκοι κ.λ.π. .

  Η εξέλιξη αυτή ήταν  η θερμοδυναμικά αναμενώμενη, και βέβαια, , όταν  τα μακρομόρια κατασκευάζονται  από δομικές μονάδες και όχι από μεμονωμένα άτομα κάνει  την πληροφορία πιο συμπυκνωμένη, και την  κατασκευή και   έλεγχο λαθών πιο εύκολα

Από τα μονομερή μπορούν έτσι να κατασκευαστούν διμερή, τριμερή, τετραμερή κ.λ.π. και ακόμα να συνδεθούν μεταξύ τους  σε άλλη περιοχή του ίδιου μορίου και να δημιουργήσουν δακτύλιους ή έλικα, ανάλογα με την σχετική θέση των δύο περιοχών.

Στο σημείο αυτό, ξεκινάει η κατασκευή 

Αυτά είναι τα βασικά στοιχεία για να αρχίσει να δημιουργείται ζωή. 

 

 

 

Δήμητρα Σπανού

 

ΠΗΓΕΣ

https://www.google.com/url?sa=t&source=web&rct=j&url=https://el.m.wikipedia.org/wiki/%25CE%259C%25CE%25B1%25CE%25BA%25CF%2581%25CE%25BF%25CE%25BC%25CF%258C%25CF%2581%25CE%25B9%25CE%25BF&ved=2ahUKEwjJ49HohYz3AhXMSvEDHVSJCOsQFnoECBwQAQ&usg=AOvVaw0B_keEEinrizld5VKRAz4F

ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΛΟΥΚΑΣ Χ ΜΑΡΓΑΡΙΤΗΣ 1989

Σοκ: Καταρρέει το μαγνητικό πεδίο της Γης - Έτοιμοι να αναστραφούν οι Πόλοι!! (Εικόνες & Βίντεο) - kontranews.gr - Τελευταίες εξελίξεις από την Ελλάδα και τον Κόσμο.

The Whole History of the Earth and Life 【Finished Edition】 - YouTube

Ριβόζυμο - Βικιπαίδεια (wikipedia.org)

5.1B: Chemoautotrophs and Chemohetrotrophs - Biology LibreTexts

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8. Σύνθεση πρωτεϊνών, Eπεξεργασία και Ρύθμιση της λειτουργίας τους. Ευάγγελος Κωλέττας - PDF Free Download (docplayer.gr)

https://bouzalas.gr/mykoplasma/

 EFP_1280_04_a.pdf (aua.gr)

https://ebooks.edu.gr/ebooks/v/html/8547/2668/Biologia_B-Lykeiou_html-empl/index1_2.html

Η Γη δημιουργήθηκε πριν απο 4,6 δισεκατομύρια χρόνια από ηλιακό νεφέλώματα. Προηγήθηκαν