PREBIOTIKŲ EVOLIUCIJA: KUR TAI ĮVYKO IR KAS YRA BŪTINA - BIOLOGIJA - 2025

Prebiotinės evoliucijos terminas reiškia hipotetinių scenarijų, kuriais siekiama paaiškinti gyvybės kilmę, pradedant nuo negyvosios medžiagos aplinkoje, primityviomis sąlygomis, seriją.

Buvo pasiūlyta, kad primityvios atmosferos sąlygos smarkiai sumažėjo, o tai paskatino organinių molekulių, tokių kaip aminorūgštys ir peptidai, kurie yra baltymų statybiniai blokai, susidarymą; ir purinai bei pirimidinai, kurie sudaro nukleorūgštis - DNR ir RNR.

Šaltinis: pixabay.com

Primityvios sąlygos

Įsivaizduojame, kaip Žemėje atsirado pirmosios gyvybės formos, gali būti sudėtingas ir net beveik neįmanomas klausimas, jei nestovime tinkamoje primityvioje aplinkoje.

Taigi raktas į gyvenimo supratimą iš abiotinių molekulių, suspenduotų garsiojoje „primityvioje sriuboje“, yra atmosfera toje atokioje aplinkoje.

Nors visiško susitarimo dėl atmosferos cheminės sudėties nėra, nes nėra galimybės to visiškai patvirtinti, hipotezės svyruoja nuo redukuojančių kompozicijų (CH ₄ + N ₂ , NH ₃ + H ₂ O arba CO _2). + H ₂ + N ₂ ) į neutralesnę aplinką (tik su CO ₂ + N ₂ + H ₂ O).

Visuotinai pripažįstama, kad atmosferoje trūko deguonies (atėjus gyvybei šis elementas žymiai padidino jo koncentraciją). Efektyviam aminorūgščių, purinų, pirimidinų ir cukraus sintezei reikalinga redukuojanti aplinka.

Tuo metu, kai tikroji atmosfera neturėjo šių prebiotinių cheminių sąlygų, organiniai junginiai turėjo būti iš dulkių dalelių ar kitų kosminių kūnų, tokių kaip meteoritai.

Kur įvyko prebiotikų evoliucija?

Yra kelios hipotezės, susijusios su fizine erdve Žemėje, kurios leido sukurti pirmąsias biomolekules ir replikatorius.

Teorija, įgavusi reikšmingą po to, kai iš pradžių susidarė biomolekulės hidroterminėse angose ​​vandenyne. Tačiau kitiems autoriams tai mažai tikėtina ir diskredituoja šiuos regionus kaip svarbius prebiotikų sintezės agentus.

Teorijoje teigiama, kad cheminė sintezė įvyko praleidžiant vandenį per laiko gradientą nuo 350 ° C iki 2 ° C.

Šios hipotezės problema kyla dėl to, kad organiniai junginiai suskaidomi aukštoje temperatūroje (350 ° C), o ne sintetinami, o tai rodo mažiau ekstremalią aplinką. Taigi hipotezė prarado palaikymą.

Ko reikia prebiotikų evoliucijai?

Norint atlikti tyrimą, susijusį su prebiotikų evoliucija, būtina atsakyti į daugybę klausimų, leidžiančių suprasti gyvenimo atsiradimą.

Turime paklausti savęs, koks katalizinis procesas buvo palankesnis gyvybės kilmei ir iš kur buvo paimta energija, kuri palankiai atsiliepė apie pirmąsias reakcijas. Atsakydami į šiuos klausimus, galime eiti toliau ir paklausti, ar pirmosios pasirodžiusios molekulės buvo membranos, replikatoriai ar metabolitai.

Dabar atsakysime į kiekvieną iš šių klausimų, kad suprastume galimą gyvenimo prebiotinėje aplinkoje kilmę.

Katalizatoriai

Gyvenimui, kaip mes jį šiandien žinome, reikalinga „vidutinių sąlygų“ serija. Mes žinome, kad dauguma organinių būtybių egzistuoja ten, kur temperatūra, drėgmė ir pH yra fiziologiškai priimtinos, išskyrus ekstremofilinius organizmus, kurie, kaip rodo jų pavadinimas, gyvena ekstremalioje aplinkoje.

Viena iš aktualiausių gyvųjų sistemų charakteristikų yra katalizatorių visur esanti savybė. Gyvų būtybių chemines reakcijas katalizuoja fermentai: sudėtingos baltyminio pobūdžio molekulės, padidinančios reakcijų greitį keliomis eilėmis.

Pirmosios gyvos būtybės turėjo turėti panašią sistemą, tikriausiai ribozimus. Literatūroje yra atviras klausimas, ar prebiotikų evoliucija galėjo įvykti be katalizės.

Remiantis įrodymais, nesant katalizatoriaus, biologinė evoliucija būtų buvusi mažai tikėtina - reakcijos būtų buvusios stebėtinos. Todėl jų buvimas postuluojamas ankstyvaisiais gyvenimo tarpsniais.

Energija

Prebiotikų sintezės energija turėjo atsirasti iš kažkur. Siūloma, kad tam tikros neorganinės molekulės, tokios kaip polifosfatai ir tioesteriai, galėtų vaidinti svarbų vaidmenį gaminant energiją reakcijoms - laikais prieš garsiosios ląstelių energetinės „valiutos“ egzistavimą: ATP.

Energetiškai molekulių, pernešančių genetinę informaciją, replikacija yra labai brangus įvykis. Vidutinei bakterijai, tokiai kaip E. coli, vienam replikacijos įvykiui reikia 1,7 * 10 ¹⁰ ATP molekulių.

Dėl to, kad egzistuoja šis nepaprastai didelis skaičius, energijos šaltinio buvimas yra neabejotina sąlyga norint sukurti tikėtiną scenarijų, iš kurio kilo gyvybė.

Panašiai „redokso“ tipo reakcijos galėjo prisidėti prie abiotinės sintezės. Laikui bėgant, ši sistema gali tapti svarbiais elektronų pernešimo elementais ląstelėje, susijusiems su energijos gamyba.

Kurie iš ląstelių komponentų atsirado pirmieji?

Ląstelėje yra trys pagrindiniai komponentai: membrana, kuri riboja ląstelės erdvę ir paverčia ją atskiru vienetu; informacijos kaupiklius; ir metabolinės reakcijos, vykstančios šioje sistemoje. Šių trijų komponentų funkcinė integracija sukuria ląstelę.

Todėl, atsižvelgiant į evoliuciją, įdomu užduoti klausimą, kuris iš trijų iškilo pirmiausia.

Atrodo, kad membranų sintezė yra paprasta, nes lipidai savaime sudaro vezikulines struktūras, turinčias galimybę augti ir dalintis. Vezikulė leidžia laikyti replikatorius ir palaiko metabolitų koncentraciją.

Dabar diskusijose daugiausia dėmesio skiriama replikacijos ir metabolizmo lyderystei. Tie, kurie replikacijai suteikia didesnį svorį, tvirtina, kad ribozimai (RNR, turintys katalizinę galią) galėjo replikuoti save, ir dėl mutacijų atsiradimo gali atsirasti nauja metabolinė sistema.

Priešingas požiūris pabrėžia paprastų molekulių, tokių kaip organinės rūgštys, esančios trikarboksirūgšties cikle, generavimo svarbą degimui esant nedideliam šilumos šaltiniui. Žvelgiant iš šios perspektyvos, pirmieji prebiotikų evoliucijos žingsniai apėmė šiuos metabolitus.

Nuorodos

1. Andersonas, PW (1983). Siūlomas prebiotikų evoliucijos modelis: Chaoso naudojimas. Nacionalinės mokslų akademijos leidiniai, 80 (11), 3386-3390.
2. P. Hogewegas ir Takeuchi, N. (2003). Daugiapakopis pasirinkimas prebiotinės evoliucijos modeliuose: skyriai ir erdvinė savireguliacija. Gyvenimo ištakos ir biosferos evoliucija, 33 (4–5), 375–403.
3. Lazcano, A., ir Miller, SL (1996). Gyvenimo kilmė ir ankstyvoji raida: prebiotinė chemija, pre-RNR pasaulis ir laikas. Cell, 85 (6), 793-798.
4. McKenney, K., ir Alfonzo, J. (2016). Nuo prebiotikų iki probiotikų: tRNR modifikacijų raida ir funkcijos. Gyvenimas, 6 (1), 13.
5. Silvestras, DA ir „Fontanari“, JF (2008). Pakuotės modeliai ir prebiotikų evoliucijos informacinė krizė. Teorinės biologijos žurnalas, 252 (2), 326-337.
6. Wong, JTF (2009). Prebiotikų evoliucija ir astrobiologija. „CRC Press“.