Bacalah artikel ini untuk mempelajari tentang Teori Modern yang juga dikenal sebagai Teori Asal Mula Kehidupan Oparin-Haldane !
Teori Modern atau Teori Oparin-Haldane tentang Asal Mula Kehidupan:
Menurut teori ini, kehidupan bermula di bumi purba melalui proses fisiko-kimia atom bergabung membentuk molekul, molekul pada gilirannya bereaksi menghasilkan senyawa anorganik dan organik. Senyawa organik berinteraksi untuk menghasilkan semua jenis makromolekul yang terorganisasi untuk membentuk sistem atau sel hidup pertama.
Gambar Courtesy: upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6f/Blacksmoker_in_Atlantic_Ocean.jpg
Jadi menurut teori ini ‘kehidupan’ berasal dari bumi kita secara spontan dari benda mati . Senyawa anorganik pertama dan kemudian senyawa organik terbentuk sesuai dengan kondisi lingkungan yang selalu berubah. Ini disebut evolusi kimiawi yang tidak dapat terjadi dalam kondisi lingkungan saat ini di bumi. Kondisi yang cocok untuk asal usul kehidupan hanya ada di bumi primitif.
Teori Oparin-Haldane juga disebut teori kimia atau teori naturalistik. AI Oparin (1894-1980) adalah seorang Ilmuwan Rusia. Ia menerbitkan bukunya “The Origin of Life†pada tahun 1936 dan edisi bahasa Inggris pada tahun 1938. JBS Haldane (1892-1964) lahir di Inggris tetapi bermigrasi ke India pada Juli 1957 dan menetap di Bhubaneswar, Orissa. Dia adalah ahli biologi, ahli biokimia dan ahli genetika. Baik Oparin (1938) maupun Haldane (1929) memberikan pandangan yang sama mengenai asal usul kehidupan.
Pandangan modern mengenai asal usul kehidupan meliputi evolusi kimiawi dan evolusi biologis:
A. Evolusi Kimia (Khemogeni):
1. Fase Atom:
Bumi purba memiliki atom yang tak terhitung banyaknya dari semua unsur tersebut (misalnya, hidrogen, oksigen, karbon, nitrogen, belerang, fosfor, dll.) yang penting untuk pembentukan protoplasma. Atom dipisahkan dalam tiga massa konsentris menurut beratnya, (a) Atom terberat dari besi, nikel, tembaga, dll. Ditemukan di pusat bumi, (b) Atom dengan berat sedang dari natrium, kalium, silikon, magnesium , alu minium, fosfor, klor, fluor, belerang, dll. dikumpulkan di inti bumi, (c) Atom paling ringan dari nitrogen, hidrogen, oksigen, karbon, dll. membentuk atmosfer primitif.
2. Pembentukan Molekul Anorganik:
Atom-atom bebas bergabung membentuk molekul anorganik seperti H 2 (Hidrogen), N 2 (Nitrogen), H 2 0 (Uap air), CH 4 (Metana), NH 3 (Ammonia), C0 2 (Karbon dioksida). Atom hidrogen paling banyak dan paling reaktif di atmosfer primitif.
Atom hidrogen pertama digabungkan dengan semua atom oksigen untuk membentuk air dan tidak meninggalkan oksigen bebas. Jadi atmosfer primitif adalah atmosfer pereduksi (tanpa oksigen bebas) tidak seperti atmosfer pengoksidasi saat ini (dengan oksigen bebas).
Atom hidrogen juga bergabung dengan nitrogen, membentuk amonia (NH 3 ). Jadi air dan amonia mungkin merupakan molekul pertama dari bumi primitif.
3. Pembentukan Molekul Organik Sederhana (Monomer):
Molekul anorganik awal berinteraksi dan menghasilkan molekul organik sederhana seperti gula sederhana (misalnya ribosa, deoksiribosa, glukosa, dll.), basa nitrogen (misalnya purin, pirimidin), asam amino, gliserol, asam lemak, dll.
Hujan deras pasti turun. Saat air mengalir deras, ia pasti telah larut dan membawa serta garam dan mineral, dan akhirnya terakumulasi dalam bentuk lautan. Jadi, air samudra purba mengandung sejumlah besar NH 3 , CH 4 , HCN, nitrida, karbida terlarut, berbagai gas dan elemen terlarut.
CH 4 + C0 2 + H 2 0 —> Gula + Gliserol + Asam Lemak
CH 4 + HCN + NH 3 + H 2 0 —> Purin + Pirimidin
CH 4 + NH 3 + C0 2 + H 2 0 —> Asam Amino
Beberapa sumber eksternal pasti bekerja pada campuran untuk reaksi. Sumber eksternal ini mungkin (i) radiasi matahari seperti sinar ultra-violet, sinar-X, dll., (ii) energi dari pelepasan listrik seperti petir, (iii) radiasi energi tinggi adalah sumber energi lain (kemungkinan isotop tidak stabil pada bumi primitif). Tidak ada lapisan ozon di atmosfer.
Kaldu bahan kimia seperti sup yang terbentuk di lautan bumi purba dari mana sel-sel hidup diyakini telah muncul, disebut oleh JB Haldane (1920) sebagai ‘sup prebiotik’ (juga disebut ‘sup encer panas’). ™). Demikianlah panggung ditetapkan untuk kombinasi berbagai unsur kimia. Setelah terbentuk, molekul organik terakumulasi dalam air karena degradasinya sangat lambat tanpa adanya kehidupan atau katalis enzim.
Bukti Eksperimental untuk Evolusi Molekul Kehidupan Abiogenik:
Stanley Miller pada tahun 1953, yang saat itu adalah mahasiswa pascasarjana Harold Urey (1893-1981) di University of Chicago, mendemonstrasikan dengan jelas bahwa radiasi ultra-violet atau pelepasan listrik atau panas atau kombinasinya dapat menghasilkan senyawa organik kompleks dari suatu campuran metana, amonia, air (aliran air), dan hidrogen. Rasio metana, amonia dan hidrogen dalam eksperimen Miller adalah 2:1:2.
Miller mengedarkan empat gas metana, amonia, hidrogen, dan uap air dalam peralatan kedap udara dan mengalirkan muatan listrik dari elektroda pada suhu 800°C. Dia melewati campuran melalui kondensor.
Dia mengedarkan gas secara terus menerus dengan cara ini selama satu minggu dan kemudian menganalisis komposisi kimia dari cairan di dalam alat tersebut. Ia menemukan sejumlah besar senyawa organik sederhana termasuk beberapa asam amino seperti alanin, glisin, dan asam aspartat. Miller melakukan percobaan untuk menguji gagasan bahwa molekul organik dapat disintesis di lingkungan yang berkurang.
Zat lain, seperti urea, hidrogen sianida, asam laktat, dan asam asetat juga ada. Dalam percobaan lain Miller mengedarkan campuran gas dengan cara yang sama tetapi dia tidak melewatkan pelepasan listrik. Dia tidak bisa mendapatkan hasil yang signifikan dari senyawa organik.
Kemudian banyak peneliti telah mensintesis berbagai macam senyawa organik termasuk purin, pirimidin dan gula sederhana, dll. Hal ini dianggap bahwa ‘blok bangunan’ penting seperti nukleotida, asam amino, dll dari organisme hidup dapat demikian. telah terbentuk di bumi primitif.
4. Pembentukan Molekul Organik Kompleks (Makromolekul):
Berbagai asam amino, asam lemak, hidrokarbon, purin dan basa py rimidine, gula sederhana dan senyawa organik lainnya terakumulasi di laut purba. Di atmosfer purba pelepasan listrik, petir, energi matahari, ATP dan polifosfat mungkin telah menyediakan sumber energi untuk reaksi polimerisasi sintesis organik.
SW Fox dari University of Miami telah menunjukkan bahwa jika campuran asam amino yang hampir kering dipanaskan, molekul polipeptida disintesis. Demikian pula gula sederhana dapat membentuk polisakarida dan asam lemak dapat bergabung untuk menghasilkan lemak. Asam amino dapat membentuk protein, ketika faktor lain terlibat.
Jadi molekul-molekul organik sederhana yang kecil bergabung membentuk molekul organik kompleks yang besar, misalnya unit asam amino bergabung membentuk polipeptida dan protein, unit gula sederhana bergabung membentuk polisakarida, asam lemak dan gliserol bersatu membentuk lemak, gula, basa nitrogen, dan fosfat. digabungkan menjadi nukleotida yang dipolimerisasi menjadi asam nukleat di lautan purba.
Gula + Gula ———-> Polisakarida
Asam Lemak + Gliserol ———-> Lemak
Asam amino- + Asam amino ———–> Protein
Basa Nitrogen + Gula Pentosa + Fosfat ———> Nukleotida
Nukleotida + Nukleotida ———–> Asam Nukleat
Manakah yang Pertama RNA atau Protein?
Hipotesis pertama RNA:
Pada awal 1980-an tiga ilmuwan (Leslia orgel, Francis Crick dan Carl Woese) secara independen mengusulkan Dunia RNA sebagai tahap pertama dalam evolusi kehidupan di mana RNA mengkatalisasi semua molekul yang diperlukan untuk kelangsungan hidup dan replikasi. Thomas Ceck dan Sidney Altman berbagi Hadiah Nobel dalam bidang kimia pada tahun 1989 karena mereka menemukan bahwa RNA dapat menjadi substrat dan enzim.
Jika sel pertama menggunakan RNA sebagai molekul herediternya, DNA berevolusi dari templat RNA. DNA mungkin tidak berevolusi sebagai molekul herediter sampai kehidupan berbasis RNA terbungkus dalam membran. Begitu sel berevolusi, DNA mungkin menggantikan RNA sebagai kode genetik untuk sebagian besar organisme.
Hipotesis Pertama Protein:
Sejumlah penulis (misalnya Sidney Fox, 1978) mengklaim bahwa sistem katalitik protein harus dikembangkan sebelum sistem replikasi asam nukleat. Sidney Fox telah menunjukkan bahwa asam amino berpolimerisasi secara abiotik ketika terkena panas kering untuk membentuk proteinoid.
Hipotesis Cairns-Smith:
Itu diusulkan oleh Graham Caims-Smith, yang menurutnya protein dan RNA berasal pada waktu yang bersamaan.
Pembentukan Nukleoprotein:
Molekul nukleoprotein raksasa dibentuk oleh penyatuan asam nukleat dan molekul protein. Partikel nukleoprotein ini digambarkan sebagai gen yang hidup bebas. Nukleoprotein kemungkinan besar memberikan tanda pertama kehidupan.
B. Evolusi Biologis (Biogeni):
Kondisi Asal Mula Kehidupan:
Untuk asal usul kehidupan, setidaknya diperlukan tiga syarat.
(a) Pasti ada pasokan replikator, yaitu molekul yang memproduksi sendiri.
(b) Penyalinan replikator ini pasti mengalami kesalahan karena mutasi.
(c) Sistem replikator harus mensyaratkan pasokan energi bebas yang terus-menerus dan isolasi parsial dari lingkungan umum.
Suhu tinggi di awal bumi akan memenuhi persyaratan mutasi.
1. Protobion atau Sel Proto:
Ini adalah setidaknya dua jenis struktur yang dihasilkan laboratorium cukup sederhana— coacervate Oparin dan mikrosfer Fox yang memiliki beberapa prasyarat dasar sel proto.
Meskipun struktur ini dibuat secara artifisial, mereka menunjukkan kemungkinan bahwa penutup membran non-biologis (sel proto) dapat mempertahankan sistem reaktif setidaknya untuk jangka waktu yang singkat dan mengarah pada penelitian tentang produksi eksperimental vesikel terikat membran yang mengandung molekul, yaitu , sel proto.
(i) Coacervate:
Hipotesis pertama dikemukakan oleh Oparin (1920). Menurut hipotesis ini sel proto awal bisa menjadi coacervate. Oparin memberi istilah coacer vates . Ini adalah struktur tak hidup yang mengarah pada pembentukan sel hidup pertama yang darinya sel yang lebih kompleks saat ini berevolusi.
Oparin berspekulasi bahwa sel proto terdiri dari karbohidrat, protein, lipid, dan asam nukleat yang terakumulasi membentuk coacervate. Struktur seperti itu bisa terdiri dari kumpulan makromolekul organik yang dikelilingi oleh lapisan molekul air.
Susunan molekul air ini, meskipun bukan membran, dapat berfungsi sebagai penghalang fisik antara molekul organik dan lingkungannya. Mereka secara selektif dapat mengambil bahan dari sekeliling mereka dan memasukkannya ke dalam struktur mereka.
Coacervate telah disintesis di laboratorium. Mereka secara selektif dapat menyerap bahan kimia dari air di sekitarnya dan memasukkannya ke dalam strukturnya. Beberapa coacervate mengandung enzim yang mengarahkan jenis reaksi kimia tertentu.
Karena mereka tidak memiliki membran yang pasti, tidak ada yang mengklaim coacervates hidup, tetapi mereka menunjukkan beberapa karakter seperti kehidupan. Mereka memiliki organisasi yang sederhana namun gigih . Mereka dapat tetap dalam solusi untuk waktu yang lama. Mereka memiliki kemampuan untuk meningkatkan ukuran.
(ii) Mikrosfer:
Hipotesis lain adalah bahwa sel proto awal mungkin merupakan mikrosfer. Mikrosfer adalah kumpulan makromolekul organik yang tidak hidup dengan batas luar berlapis ganda. Istilah mikrosfer diberikan oleh Sydney Fox (1958-1964).
Sidney Fox mendemonstrasikan kemampuan membangun mikrosfer dari proteinoid. Proteinoid adalah protein seperti struktur yang terdiri dari rantai cabang asam amino. Proteinoid dibentuk oleh sintesis dehidrasi asam amino pada suhu 180°C. Fox, dari University of Miami, menunjukkan bahwa menggabungkan asam amino tunggal menjadi polimer proteinoid adalah mungkin. Dia juga mendemonstrasikan kemampuan untuk membangun mikrosfer dari proteinoid ini.
Fox mengamati unit sel kecil berbentuk bola yang muncul dari agregasi proteinoid. Agregat molekuler ini disebut mikrosfer proteinoid. Bentuk kehidupan non-seluler pertama mungkin berasal 3 miliar tahun yang lalu. Mereka akan menjadi molekul raksasa (RNA, Protein, Polisakarida, dll.).
Mikrosfer dapat terbentuk ketika proteinoid ditempatkan dalam air mendidih dan dibiarkan dingin secara perlahan. Beberapa bahan proteinoid menghasilkan struktur batas ganda yang menyelubungi mikrosfer. Meskipun dinding ini tidak mengandung lipid, mereka menunjukkan beberapa karakteristik seperti membran dan menyarankan struktur membran sel.
Mikrosfer membengkak atau menyusut tergantung pada potensi osmotik dalam larutan sekitarnya. Mereka juga menampilkan jenis gerakan internal (streaming) yang serupa dengan yang diperlihatkan oleh sel dan mengandung beberapa proteinoid yang berfungsi sebagai enzim. Menggunakan ATP sebagai sumber energi, mikrosfer dapat mengarahkan pembentukan polipeptida dan asam nukleat. Mereka dapat menyerap materi dari media sekitarnya.
Mereka memiliki kemampuan motilitas, pertumbuhan, pembelahan biner menjadi dua partikel dan kapasitas reproduksi dengan tunas dan fragmentasi. Secara dangkal, tunas mereka mirip dengan bakteri dan jamur.
Menurut beberapa peneliti, mikrosfer dapat dianggap sebagai sel hidup pertama.
2. Asal Prokariota:
Prokariota berasal dari sel proto sekitar 3,5 miliar tahun yang lalu di laut. Suasananya anaerobik karena oksigen bebas tidak ada di atmosfer. Prokariota tidak memiliki membran inti, sitoskeleton atau organel kompleks. Mereka membelah dengan pembelahan biner. Beberapa sel fosil tertua yang diketahui muncul sebagai bagian dari stromatolit. Stromatolit terbentuk hari ini dari sedimen dan prokariota fotosintetik (terutama cynobacteria berfilamen—ganggang hijau biru).
3. Evolusi Mode Nutrisi:
(i) Heterotrof:
Prokariota paling awal mungkin memperoleh energi dengan memfermentasi molekul organik dari kaldu laut di atmosfer bebas oksigen (mengurangi atmosfer). Mereka membutuhkan bahan organik siap pakai sebagai makanan dan dengan demikian mereka heterotrof.
(ii) Autotrof:
Karena peningkatan pesat dalam jumlah heterotrof nutrisi dari air laut mulai menghilang dan secara bertahap habis. Itu menyebabkan evolusi autotrof. Organisme ini mampu menghasilkan molekul organik mereka sendiri melalui kemosintesis atau fotosintesis.
(a) Kemoautotrof:
Penurunan suhu menghentikan sintesis molekul organik di air laut. Beberapa prokariota awal diubah menjadi kemoautotrof yang menyiapkan makanan organik dengan menggunakan energi yang dilepaskan selama reaksi kimia anorganik tertentu. Kemoautotrof anaerob ini seperti bakteri anaerob saat ini. Mereka melepaskan CO 2 di atmosfer.
(b) Fotoautotrof:
Evolusi molekul klorofil memungkinkan sel proto tertentu memanfaatkan energi cahaya dan mensintesis karbohidrat. Ini adalah fotoautotrof anaerobik. Mereka tidak menggunakan air sebagai sumber hidrogen. Mereka mirip dengan bakteri belerang saat ini di mana hidrogen sulfida terbelah menjadi hidrogen dan belerang. Hidrogen digunakan dalam pembuatan makanan dan belerang dilepaskan sebagai produk limbah.
Fotoautotrof aerobik menggunakan air sebagai sumber hidrogen dan karbon dioksida sebagai sumber karbon untuk mensintesis karbohidrat dengan adanya energi matahari. Fotoautotrof aerobik pertama adalah cyanobacteria (ganggang hijau biru) seperti bentuk yang memiliki klorofil. Mereka melepaskan oksigen di atmosfer sebagai produk sampingan dari fotosintesis. Sumber utama variasi genetik adalah mutasi.
Revolusi Oksigen:
Ketika jumlah fotoautotrof meningkat, oksigen dilepaskan di laut dan atmosfer. Oksigen bebas kemudian bereaksi dengan metana dan amonia yang ada di atmosfer primitif dan mengubah metana dan amonia menjadi karbon dioksida dan nitrogen bebas.
CH 4 + 20 2 ————- > CO 2 + 2H 2 O
4NH 3 + 3O 2 ———– > 2N 2 + 6H 2 O
Fosil tertua ganggang hijau biru bernama Archaeospheroides barbertonensis yang berusia 3,2 miliar tahun. Prokariota pelepas oksigen pertama kali muncul setidaknya 2,5 miliar tahun yang lalu.
4. Pembentukan Lapisan Ozon:
Saat oksigen terkumpul di atmosfer, sinar ultra violet mengubah sebagian oksigen menjadi ozon.
2O 2 + O 2 ———- > 2O 3
Ozon membentuk lapisan di atmosfer, menghalangi sinar ultraviolet dan meninggalkan cahaya tampak sebagai sumber energi utama.
5. Asal Eukariotik:
Eukariota berkembang dari sel prokariotik primitif sekitar 1,5 miliar tahun yang lalu. Ada dua pandangan mengenai asal usul eukariota.
(i) Asal Simbiotik:
Menurut Margulis (1970-1981) dari Universitas Boston, beberapa sel inang predator anaerob menelan bakteria aerobik primitif tetapi tidak mencernanya. Bakteri aerobik ini memantapkan diri di dalam sel inang sebagai simbion. Sel inang pemangsa tersebut menjadi sel eukariotik pertama.
Sel inang predator yang menelan bakteri aerob berevolusi menjadi sel hewan sedangkan yang menangkap bakteri aerob dan ganggang biru-hijau menjadi sel tumbuhan eukariotik. Bakteri aerob memantapkan diri sebagai mitokondria dan ganggang hijau biru sebagai kloroplas.
(ii) Asal melalui Invaginasi:
organel sel sel eukariotik mungkin berasal dari invaginasi membran permukaan sel prokariotik primitif.
