Pandangan Modern tentang Evolusi Kimia dan Biologis



Pandangan Modern tentang Evolusi Kimia dan Biologi!

Menurut teori ini, kehidupan berasal dari bumi purba melalui proses fisika-kimia dari atom-atom yang bergabung membentuk molekul, molekul pada gilirannya bereaksi untuk menghasilkan senyawa anorganik dan organik.

Senyawa organik berinteraksi untuk menghasilkan semua jenis makromolekul yang terorganisasi untuk membentuk sistem atau sel hidup pertama.

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

Pandangan modern tentang asal usul kehidupan meliputi evolusi kimia dan evolusi biologis:

1. Evolusi Kimia:

(i) Fase Atom:

Bumi purba memiliki atom-atom bebas 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 , aluminium, fosfor, klorin, fluor, belerang, dll. dikumpulkan di inti bumi, (c) Atom paling ringan dari nitrogen, hidrogen, oksigen, karbon dll., membentuk atmosfer primitif.

(ii) Asal Molekul dan Senyawa Anorganik Sederhana:

Atom bebas digabungkan untuk membentuk molekul dan senyawa anorganik sederhana. 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 senyawa pertama dari bumi primitif.

(iii) Asal Senyawa Organik Sederhana (Monomer):

Atmosfer primitif ­mengandung gas seperti CO 2 , CO , N , H 2 , dll. Nitrogen dan karbon di atmosfer bergabung dengan atom logam, membentuk nitrida dan karbida. Uap air dan logam karbida bereaksi membentuk senyawa organik pertama, metana (CH 4 ). Kemudian hidrogen sianida (HCN) terbentuk.

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.

Senyawa awal berinteraksi dan menghasilkan senyawa organik sederhana seperti gula sederhana (misalnya ribosa, deoksiribosa, glukosa, dll.), basa nitrogen (misalnya purin, pirimidin), asam amino, gliserol, asam lemak, dll. Beberapa sumber eksternal harus telah 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.

Air laut yang kaya akan campuran senyawa organik disebut oleh JBS Haldane (1920) sebagai ‘sup encer panas dari zat organik’. ‘Sup encer panas’ juga disebut sup prebiotik’. 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, mendemonstrasikan dengan jelas bahwa radiasi ultra-violet atau lucutan listrik atau panas atau kombinasinya dapat menghasilkan senyawa organik kompleks dari campuran metana, amonia, air (aliran air), dan hidrogen.

Miller mengedarkan empat gas metana, amonia, hidrogen, dan uap air dalam alat 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 membuktikan bahwa senyawa organik merupakan dasar kehidupan.

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 sehingga dapat terbentuk pada bumi primitif.

(iv) Asal Senyawa Organik Kompleks (Polimer):

Berbagai asam amino, asam lemak, hidrokarbon, purin dan basa pirimidin, 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 mendemonstrasikan bahwa jika campuran asam amino yang hampir kering dipanaskan, molekul polipeptida disintesis.

Demikian pula gula sederhana dapat membentuk polysac charides ­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.

2. Evolusi Biologis:

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.

Asal Molekul Prebiotik:

Kondisi ketiga, isolasi parsial, telah dicapai dalam kumpulan molekul prebiotik yang dibentuk secara artifisial. Agregat ini disebut protobion yang dapat memisahkan kombinasi molekul dari lingkungan. Mereka mempertahankan lingkungan internal tetapi tidak dapat bereproduksi. Dua protobion penting adalah coacervate dan mikrosfer.

Coacervate:

Oparin (1924) mengamati bahwa jika campuran protein besar dan polisakarida dikocok, terbentuk koaservat. Koaservat terutama mengandung protein, polisakarida, dan sedikit air. Koaservat Oparin juga menunjukkan bentuk metabolisme yang sederhana. Karena coacervate ini tidak memiliki membran luar lipid maka mereka tidak dapat bereproduksi. Dengan demikian mereka tidak memenuhi persyaratan untuk kemungkinan prekursor kehidupan.

Mikrosfer:

Ketika campuran senyawa organik yang diproduksi secara artifisial dicampur dengan mikrosfer air dingin terbentuk. Jika campuran mengandung lipid, permukaan mikrosfer terdiri dari lapisan ganda lipid, mengingatkan (mengingat hal-hal masa lalu) ke lapisan ganda lipid membran sel. Sydney Fox (1950) memanaskan campuran 18 ammo acid pada suhu 130 sampai 180°C. Dia memperoleh protein yang stabil seperti makromolekul yang dia beri nama protenoid.

Ketika bahan protenoid didinginkan dan diperiksa di bawah mikroskop, Fox mengamati unit sel kecil berbentuk bola yang muncul dari agregasi protenoid. Agregat molekuler ini disebut miciospheies protenoid. Bentuk kehidupan non-seluler pertama mungkin berasal 3 miliar tahun yang lalu. Mereka akan menjadi molekul raksasa (RNA, Protein, dan Polisakarida, dll.).

Sifat fisik mikrosfer proteinoid:

Mereka mikroskopis bola dengan diameter sekitar 1 sampai 2 (m), mirip dengan ukuran dan bentuk bakteri coccoid.

Sifat struktural mikrosfer protenoid:

Di bawah mikroskop elektron, batas berlapis ganda konsentris di sekelilingnya telah diamati melalui mana difusi material terjadi. 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.

Aktivitas mirip enzim dari mikrosfer protenoid:

Mereka telah ditemukan memiliki aktivitas katalitik, seperti degradasi glukosa. Aktivitas enzimatik mikrosfer protenoid ini sebagian hilang selama pemanasan.

Kelemahan utama dalam mikrosfer protenoid adalah keanekaragamannya terbatas. Dengan demikian mekanisme isolasi parsial yang mengarah ke asal protobion masih belum terpecahkan.

Karena protein dan asam nukleat (bersama dengan zat lain yang lebih sederhana) diperlukan untuk mengembangkan dan mereproduksi organisme yang hidup saat ini, pertanyaan yang jelas adalah zat mana yang muncul lebih dulu? Tidak ada jawaban yang jelas tersedia untuk itu.

Model Pertama RNA:

Dalam beberapa tahun terakhir, bukti mendukung RNA sebagai bahan gen yang pertama kali terbentuk (Woese, 1967, Crick 1968, Orgel 1973, 1986 Watson et al 1986, Darnell et al 1986). Jadi RNA mungkin merupakan polimer pertama dan beberapa bentuk transkripsi balik mungkin telah memunculkan DNA dan RBA dan DNA mulai mengendalikan sintesis protein.

Mengapa RNA dan bukan DNA adalah molekul hidup pertama?

Aktivitas enzimatik molekul RNA terus-menerus ditemukan, tetapi tidak ada aktivitas enzimatik yang pernah dikaitkan dengan DNA. Selanjutnya, ribosa jauh lebih mudah disintesis daripada deoksiribosa dalam kondisi prebiotik terstimulasi. Molekul RNA menguntungkan selektif akan menjadi salah satu yang mengarahkan sintesis protein yang mempercepat replikasi RNA tertentu (yaitu, RNA polimerase).

RNA dapat mengkatalisis pembentukan molekul seperti lipid yang pada gilirannya dapat membentuk membran plasma dan protein. Protein mungkin telah mengambil alih sebagian besar fungsi enzimatik karena merupakan katalis yang lebih baik daripada RNA. Jika sel pertama menggunakan RNA sebagai molekul herediternya, maka DNA berevolusi dari templat RNA. Begitu sel berevolusi, DNA mungkin menggantikan RNA di sebagian besar organisme.

Pembentukan Sel Awal:

(i) Organisme hidup pertama berasal dari molekul organik dan atmosfer bebas oksigen (atmosfir pereduksi). Mereka mungkin memperoleh energi dengan memfermentasi beberapa molekul organik ini. Mereka adalah anaerob, mampu bernafas tanpa adanya oksigen. Mereka bergantung pada molekul organik yang ada untuk nutrisi mereka dan dengan demikian mereka heterotrof.

(ii) Ketika pasokan molekul organik yang ada habis, beberapa heterotrof mungkin berevolusi menjadi autotrof. Organisme ini mampu menghasilkan molekul mereka sendiri atau ­molekul ganik melalui kemosintesis atau fotosintesis.

(a) Kemosintesis:

Organisme yang melakukan kemosintesis disebut kemoautotrof. Mereka anaerob. Kemoautotrof mengembangkan kemampuan untuk mensintesis molekul organik dari bahan mentah anorganik. Cara nutrisi seperti itu ada bahkan sekarang pada beberapa bakteri, misalnya bakteri belerang, bakteri besi, bakteri nitrifikasi.

(b) Fotosintesis:

Organisme fotosintetik, fotoautotrof, mengembangkan ­klorofil pigmen dengan kombinasi bahan kimia sederhana. Mereka menyiapkan makanan organik dengan menggunakan energi matahari yang ditangkap dengan bantuan klorofil. Mereka tidak memiliki jalur biokimia untuk menghasilkan oksigen. Mereka masih anaerobik dan memanfaatkan hidrogen dari sumber selain air.

Pada tahap selanjutnya, organisme fotosintetik yang melepaskan oksigen berkembang. Ini mirip dengan ganggang hijau biru yang ada (cyanobacteria). Mereka menggunakan air untuk mendapatkan hidrogen dan melepaskan oksigen. Penambahan O 2 ke atmosfer mulai mengoksidasi metana dan amonia, yang mulai menghilang.

CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O

4NH 3 + 3O 2 → 2N 2 + 6H 2 O

Kehidupan hadir di Bumi sekitar 3,9 miliar tahun yang lalu. Namun, mikrofosil tertua yang ditemukan sejauh ini adalah cyanobacteria fotosintesis yang muncul 3,3 hingga 3,5 miliar tahun lalu.

Pembentukan Lapisan Ozon:

Saat oksigen terakumulasi di atmosfer, sinar ultraviolet mengubah beberapa tifoksigen menjadi ozon.

2O 2 + O 2 →2O 3

Ozon membentuk lapisan di atmosfer, menghalangi sinar ultraviolet dan meninggalkan cahaya tampak sebagai sumber energi utama.

Asal Sel Eukariotik (sel inti Sejati):

Respirasi aerobik mengembangkan oksigen yang cukup di atmosfer primitif. Prokariota secara bertahap dimodifikasi untuk menyesuaikan diri sesuai dengan kondisi baru. Mereka mengembangkan nukleus sejati dan organel sel khusus lainnya. Jadi, organisme mirip sel eukariotik yang hidup bebas berasal dari Samudra Ancierit mungkin sekitar 1,5 miliar tahun yang lalu. Eukariota primitif menyebabkan evolusi protista, tanaman, jamur dan hewan.

Ringkasan langkah-langkah utama asal usul kehidupan menurut teori modern asal usul kehidupan.

Related Posts