PROTOBIONTY: POCHODZENIE I WŁAŚCIWOŚCI - BIOLOGIA - 2026

W protobionts są kompleksy biologiczne zależności do niektórych hipotez dotyczących pochodzenia życia, poprzedzony komórek. Według Oparína są to agregaty molekularne otoczone półprzepuszczalną błoną lipidową lub strukturą do niej podobną.

Te biotyczne agregaty molekularne były w stanie przedstawić prostą reprodukcję i metabolizm, który zdołał utrzymać skład chemiczny wnętrza błony odmienny od środowiska zewnętrznego.

Źródło: pixabay.com

Niektóre eksperymenty przeprowadzone w laboratorium przez różnych badaczy ujawniły, że protobionty mogą tworzyć się spontanicznie przy użyciu związków organicznych utworzonych z cząsteczek abiotycznych jako cegiełek.

Przykładami takich eksperymentów jest tworzenie liposomów, które są skupiskami małych kropelek otoczonych błonami. Mogą się one tworzyć po dodaniu lipidów do wody. Dzieje się tak również, gdy dodaje się inne rodzaje cząsteczek organicznych.

Może się zdarzyć, że kropelki podobne do liposomów utworzyły się w stawach z czasów prebiotycznych i te przypadkowo włączyły niektóre polimery aminokwasów.

W przypadku, gdyby polimery sprawiły, że pewne cząsteczki organiczne stały się przepuszczalne dla membrany, możliwe byłoby selektywne włączenie tych cząsteczek.

Właściwości i cechy

Domniemane protobionty mogłyby powstać z hydrofobowych cząsteczek zorganizowanych w formie dwuwarstwowej (dwóch warstw) na powierzchni kropelki, przypominającej błony lipidowe obecne w dzisiejszych komórkach.

Mariana Ruiz Villarreal, LadyofHats, z Wikimedia Commons

Membrany półprzepuszczalne

Ponieważ struktura jest selektywnie przepuszczalna, liposom może pęcznieć lub opróżniać się w zależności od stężenia substancji rozpuszczonych w pożywce.

Oznacza to, że jeśli liposom jest wystawiony na działanie hipotonicznego środowiska (stężenie wewnątrz komórki jest wyższe), woda dostaje się do struktury, powodując obrzęk liposomu. W przeciwieństwie do tego, jeśli ośrodek jest hipertoniczny (stężenie komórki jest niższe), woda przesuwa się w kierunku ośrodka zewnętrznego.

Ta właściwość nie jest unikalna dla liposomów, można ją również zastosować do rzeczywistych komórek organizmu. Na przykład, jeśli czerwone krwinki zostaną wystawione na działanie hipotonicznego środowiska, mogą eksplodować.

Pobudliwość

Liposomy mogą magazynować energię w postaci potencjału błonowego, czyli napięcia na całej powierzchni. Struktura może rozładowywać napięcie w sposób przypominający proces zachodzący w komórkach nerwowych układu nerwowego.

Liposomy mają kilka cech żywych organizmów. Jednak to nie to samo, co twierdzenie, że liposomy są żywe.

Pochodzenie

Istnieje wiele różnych hipotez, które mają na celu wyjaśnienie pochodzenia i ewolucji życia w środowisku prebiotycznym. Najwybitniejsze postulaty omawiające pochodzenie protobiontów zostaną opisane poniżej:

Hipoteza Oparina i Haldane'a

Hipotezę dotyczącą ewolucji biochemicznej zaproponowali Alexander Oparin w 1924 r. I John DS Haldane w 1928 r.

Postulat ten zakłada, że ​​w atmosferze prebiotycznej brakowało tlenu, ale była silnie redukowana, z dużymi ilościami wodoru, co doprowadziło do powstania związków organicznych dzięki obecności źródeł energii.

Zgodnie z tą hipotezą, gdy ziemia ochłodziła się, para z erupcji wulkanów skraplała się, wytrącając się jako ulewne i ciągłe deszcze. Kiedy spadła woda, niosła ze sobą sole mineralne i inne związki, dając początek słynnej pierwotnej zupie lub odżywczym bulionie.

W tym hipotetycznym środowisku mogą tworzyć się duże kompleksy molekularne zwane związkami prebiotycznymi, powodując powstanie coraz bardziej złożonych systemów komórkowych. Oparin nazwał te struktury protobiontami.

Wraz ze wzrostem złożoności protobiontów nabyły one nowe zdolności do przekazywania informacji genetycznej, a Oparin nadał nazwę eubiontom tym bardziej zaawansowanym formom.

Eksperyment Millera i Ureya

W 1953 roku, zgodnie z postulatami Oparina, badacze Stanley L. Miller i Harold C. Urey przeprowadzili serię eksperymentów, aby zweryfikować powstawanie związków organicznych, wychodząc z prostych materiałów nieorganicznych.

Millerowi i Ureyowi udało się stworzyć eksperymentalny projekt symulujący środowiska prebiotyczne w warunkach zaproponowanych przez Oparina na małą skalę, uzyskując szereg związków, takich jak między innymi aminokwasy, kwasy tłuszczowe, kwas mrówkowy, mocznik.

Materiał genetyczny protobiontów

Świat RNA

Zgodnie z hipotezami obecnych biologów molekularnych protobionty przenosiły cząsteczki RNA zamiast cząsteczek DNA, co umożliwiło im replikację i przechowywanie informacji.

Oprócz odgrywania fundamentalnej roli w syntezie białek, RNA może również zachowywać się jak enzym i przeprowadzać reakcje katalizy. Ze względu na tę cechę RNA jest wskazanym kandydatem na pierwszy materiał genetyczny protobiontów.

Cząsteczki RNA zdolne do katalizy nazywane są rybozymami i mogą tworzyć kopie z komplementarnymi sekwencjami krótkich odcinków RNA i pośredniczyć w procesie składania, eliminując odcinki sekwencji.

Protobiont, który miał w sobie katalityczną cząsteczkę RNA, różnił się od swoich homologów, którym brakowało tej cząsteczki.

W przypadku, gdyby protobiont mógł rosnąć, dzielić i przekazywać RNA swojemu potomstwu, procesy darwinowskiej selekcji naturalnej można zastosować do tego systemu, a protobionty z cząsteczkami RNA zwiększyłyby ich częstotliwość w populacji.

Chociaż pojawienie się tego protobionta może być bardzo mało prawdopodobne, należy pamiętać, że w zbiornikach wodnych wczesnej Ziemi mogły istnieć miliony protobiontów.

Wygląd DNA

DNA jest znacznie stabilniejszą cząsteczką dwuniciową w porównaniu z cząsteczką RNA, która jest delikatna i replikuje się niedokładnie. Ta właściwość dokładności pod względem replikacji stała się bardziej potrzebna, gdy zwiększyły się rozmiary genomów protobiontów.

Na Uniwersytecie Princeton, badacz Freeman Dyson proponuje, że cząsteczki DNA mogły być krótkimi strukturami, wspomaganymi w ich replikacji przez polimery losowych aminokwasów o właściwościach katalitycznych.

Ta wczesna replikacja mogła nastąpić wewnątrz protobiontów, które przechowywały duże ilości organicznych monomerów.

Po pojawieniu się cząsteczki DNA, RNA może zacząć odgrywać swoje obecne role jako pośrednicy w translacji, tworząc w ten sposób „świat DNA”.

Bibliografia

1. Altstein, AD (2015). Hipoteza progenu: świat nukleoprotein i początek życia. Biology Direct, 10, 67.
2. Audesirk, T., Audesirk, G. i Byers, BE (2003). Biologia: Życie na Ziemi. Edukacja Pearson.
3. Campbell, AN i Reece, JB (2005). Biologia. Artykuł redakcyjny Médica Panamericana.
4. Gama, M. (2007). Biologia 1: podejście konstruktywistyczne. Edukacja Pearson.
5. Schrum, JP, Zhu, TF i Szostak, JW (2010). Początki życia komórkowego. Perspektywy Cold Spring Harbor w biologii, a002212.
6. Stano, P. i Mavelli, F. (2015). Modele protokomórek w pochodzeniu życia i biologii syntetycznej. Życie, 5 (4), 1700–1702.