PROTOBIONTIT: ALKUPERÄ JA OMINAISUUDET - BIOLOGIA - 2026

Protobionts ovat biologisia kompleksit mukaan on joitakin koskevia oletuksia elämän alkuperää, ennen soluihin. Oparínin mukaan nämä ovat molekyyliagregaatteja, joita ympäröi puoliläpäisevä lipidikalvo tai sen kaltainen rakenne.

Nämä bioottiset molekyyliagregaatit pystyivät esittämään yksinkertaisen lisääntymisen ja aineenvaihdunnan, joka onnistui ylläpitämään membraanin sisäosan kemiallisen koostumuksen, joka eroaa sen ulkoisesta ympäristöstä.

Lähde: pixabay.com

Jotkut kokeilut, jotka eri tutkijat ovat suorittaneet laboratoriossa, ovat paljastaneet, että protobionttit voisivat muodostua spontaanisti käyttämällä orgaanisina yhdisteinä, jotka on luotu abioottisista molekyyleistä rakennuspalikoina.

Esimerkkejä näistä kokeista on liposomien muodostuminen, jotka ovat kalvojen ympäröimien pienten pisaroiden yhdistelmiä. Ne voivat muodostua, kun lipidejä lisätään veteen. Se tapahtuu myös, kun muun tyyppisiä orgaanisia molekyylejä lisätään.

Voi tapahtua, että liposomin kaltaiset pisarat muodostuivat prebioottisten aikojen lampia ja nämä sisällyttivät satunnaisesti joitain aminohappojen polymeerejä.

Siinä tapauksessa, että polymeerit tekisivät tietyt orgaaniset molekyylit, jotka läpäisivät membraanin, olisi mahdollista sisällyttää selektiivisesti mainitut molekyylit.

Ominaisuudet ja ominaisuudet

Oletetut protobionttit voitiin muodostaa hydrofobisista molekyyleistä, jotka oli organisoitu kaksikerroksisena (kaksi kerrosta) pisaran pinnalle muistuttaen nykyisissä soluissa olevia lipidimembraaneja.

Kirjoittaja: Mariana Ruiz Villarreal, LadyofHats, Wikimedia Commonsista

Puoliläpäisevät kalvot

Koska rakenne on selektiivisesti läpäisevä, liposomi voi turvota tai tyhjentyä riippuen liuenneen aineen pitoisuudesta väliaineessa.

Eli jos liposomi altistetaan hypotoniselle väliaineelle (pitoisuus solun sisällä on suurempi), vesi tulee rakenteeseen, turpoaen liposomia. Sitä vastoin, jos väliaine on hypertonista (solun konsentraatio on alhaisempi), vesi liikkuu kohti ulkoista väliainetta.

Tämä ominaisuus ei ole ainutlaatuinen liposomeille, sitä voidaan soveltaa myös organismin todellisiin soluihin. Esimerkiksi, jos punasolut altistuvat hypotoniselle ympäristölle, ne voivat räjähtää.

ärtyvyyttä

Liposomit voivat varastoida energiaa kalvopotentiaalin muodossa, joka on jännite pinnan yli. Rakenne voi purkaa jännitettä tavalla, joka muistuttaa prosessia, joka tapahtuu hermoston hermosoluissa.

Liposomeilla on useita elävien organismien ominaisuuksia. Se ei kuitenkaan ole samaa kuin väittää liposomien olevan elossa.

alkuperä

Hypoteeseja on monenlaisia, joiden tarkoituksena on selittää elämän alkuperä ja kehitys prebioottisessa ympäristössä. Jäljempänä kuvataan merkittävimmät postolaatit, joissa keskustellaan protobionttien alkuperästä:

Opariinin ja haldanin hypoteesi

Alexander Oparin ehdotti biokemiallista evoluutiota koskevaa hypoteesia vuonna 1924 ja John DS Haldane vuonna 1928.

Tässä postulaatissa oletetaan, että prebioottisessa ilmakehässä ei ollut happea, mutta se pelkisti voimakkaasti suurella määrällä vetyä, joka johti orgaanisten yhdisteiden muodostumiseen energialähteiden läsnäolon ansiosta.

Tämän hypoteesin mukaan maan jäähtyessä vulkaanipurskeista syntyvä höyry tiivistyi saostaen raskaina ja jatkuvina sateina. Kun vesi putosi, se kantoi mineraalisuoloja ja muita yhdisteitä, jolloin syntyi kuuluisa primaalikeitto tai ravitseva lieme.

Tässä hypoteettisessa ympäristössä voi muodostua suuria molekyylikomplekseja, joita kutsutaan prebioottisiksi yhdisteiksi, mikä johtaa yhä monimutkaisempiin solujärjestelmiin. Oparin kutsui näitä rakenteita protobionteiksi.

Kun protobionttien monimutkaisuus lisääntyi, he saivat uusia kykyjä siirtää geneettistä tietoa, ja Oparin antoi näille edistyneemmille muotoille nimen eubionts.

Miller ja Urey kokeilevat

Vuonna 1953 Oparin-postulaattien jälkeen tutkijat Stanley L. Miller ja Harold C. Urey suorittivat sarjan kokeita orgaanisten yhdisteiden muodostumisen todentamiseksi lähtöisin yksinkertaisista epäorgaanisista materiaaleista.

Miller ja Urey onnistuivat luomaan kokeellisen suunnittelun, joka simuloi prebioottisia ympäristöjä Oparinin ehdottamissa olosuhteissa pienessä mittakaavassa, jolloin saatiin joukko yhdisteitä, kuten aminohapot, rasvahapot, muurahaishappo, urea.

Protobionttien geneettinen materiaali

RNA-maailma

Nykyisten molekyylibiologien hypoteesien mukaan protobionteilla oli RNA-molekyylejä DNA-molekyylien sijasta, mikä salli niiden replikoida ja tallentaa tietoa.

Sen lisäksi, että RNA: lla on perustava rooli proteiinisynteesissä, se voi toimia myös entsyyminä ja suorittaa katalyysireaktioita. Tämän ominaisuuden takia RNA on osoitettu ehdokas olla ensimmäinen geenimateriaali protobionteissa.

Katalyysiin kykeneviä RNA-molekyylejä kutsutaan ribotsyymeiksi ja ne voivat tehdä kopioita RNA: n lyhyiden jaksojen komplementaarisilla sekvensseillä ja välittää silmukointiprosessin eliminoiden sekvenssin osuudet.

Protobionti, jonka sisällä oli katalyyttinen RNA-molekyyli, vaihteli homologeistaan, joista puuttui tämä molekyyli.

Siinä tapauksessa, että protobionti voisi kasvaa, jakaa ja siirtää RNA: ta jälkeläisilleen, Darwinian luonnollisen valinnan prosesseja voidaan soveltaa tähän järjestelmään, ja RNA-molekyyleillä varustetut protobiontit lisäisivät niiden taajuutta populaatiossa.

Vaikka tämän protobiontin esiintyminen voi olla hyvin epätodennäköistä, on välttämätöntä muistaa, että varhaisen maan vesistöissä on saattanut olla miljoonia protobionteja.

DNA: n ulkonäkö

DNA on paljon stabiilimpi kaksijuosteinen molekyyli verrattuna RNA-molekyyliin, joka on herkkä ja replikoituu epätarkasti. Tästä replikaation tarkkuuden ominaisuudesta tuli tarpeellisempi, kun protobionttien genomit kasvoivat.

Princetonin yliopistossa tutkija Freeman Dyson ehdottaa, että DNA-molekyylit olisivat voineet olla lyhyitä rakenteita, joita autettiin replikaatiossa satunnaisten aminohappojen polymeereillä, joilla on katalyyttisiä ominaisuuksia.

Tämä varhainen replikaatio voi tapahtua protobionteissa, jotka olivat varastoineet suuria määriä orgaanisia monomeerejä.

DNA-molekyylin ilmestymisen jälkeen RNA voisi aloittaa nykyisen roolinsa välittäjinä translaatiota varten, luomalla siten "DNA: n maailman".

Viitteet

1. Altstein, AD (2015). Progeenihypoteesi: nukleoproteiinimaailma ja miten elämä alkoi. Biology Direct, 10, 67.
2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biologia: Elämä maan päällä. Pearson-koulutus.
3. Campbell, AN, ja Reece, JB (2005). Biologia. Toimittaja Médica Panamericana.
4. Gama, M. (2007). Biologia 1: konstruktivistinen lähestymistapa. Pearson koulutus.
5. Schrum, JP, Zhu, TF ja Szostak, JW (2010). Soluelämän alkuperät. Cold Spring Harbor -perspektiivit biologiassa, a002212.
6. Stano, P., ja Mavelli, F. (2015). Protosolujen mallit elämän alkuperästä ja synteettisestä biologiasta. Life, 5 (4), 1700–1702.