PREBIOTIKU EVOLŪCIJA: KUR TAS NOTIKA UN KAS IR NEPIECIEŠAMS - BIOLOĢIJA - 2025

Termins prebiotiskā evolūcija attiecas uz hipotētisku scenāriju sērijām, kuru mērķis ir izskaidrot dzīvības izcelsmi, sākot no nedzīvas vielas vidē primitīvos apstākļos.

Ir ierosināts, ka primitīvās atmosfēras apstākļi bija stipri reducējoši, kas sekmēja tādu organisko molekulu veidošanos kā aminoskābes un peptīdi, kas ir olbaltumvielu celtniecības bloki; un purīni un pirimidīni, kas veido nukleīnskābes - DNS un RNS.

Avots: pixabay.com

Primitīvie apstākļi

Iedomājoties, kā pirmās dzīvības formas parādījās uz Zemes, var būt izaicinošs un pat gandrīz neiespējams jautājums, ja mēs neatrodamies pareizajā primitīvajā vidē.

Tādējādi atslēga dzīves izpratnei no abiotiskajām molekulām, kas suspendētas slavenajā "primitīvajā zupā", ir atmosfēra šajā attālajā vidē.

Lai gan nav pilnīgas vienošanās par atmosfēras ķīmisko sastāvu, tā kā nav iespējas to pilnībā apstiprināt, hipotēzes svārstās no reducējošiem sastāviem (CH ₄ + N ₂ , NH ₃ + H ₂ O vai CO ₂ + H ₂ + N ₂ ) neitrālākā vidē (tikai ar CO ₂ + N ₂ + H ₂ O).

Ir vispārpieņemts, ka atmosfērā trūkst skābekļa (šī elementa koncentrācija ievērojami palielinājās līdz ar dzīvības ienākšanu). Aminoskābju, purīnu, pirimidīnu un cukuru efektīvai sintēzei nepieciešama reducējošās vides klātbūtne.

Gadījumā, ja faktiskajā atmosfērā tajā laikā nebija šo prebiotisko ķīmisko apstākļu, organiskajiem savienojumiem vajadzēja būt no putekļu daļiņām vai citiem kosmosa ķermeņiem, piemēram, meteorītiem.

Kur notika prebiotiku evolūcija?

Pastāv vairākas hipotēzes attiecībā uz fizisko telpu uz Zemes, kas ļāva attīstīt pirmās biomolekulas un replikatorus.

Teorija, kas guvusi ievērojamu labumu sākotnējā biomolekulu veidošanā okeāna hidrotermiskajās atverēs. Tomēr citi autori uzskata to par maz ticamu un diskreditē šos reģionus kā svarīgus aģentus prebiotiku sintēzē.

Teorija ierosina, ka ķīmiskā sintēze notika caur ūdeni, pārejot no gradienta no 350 ° C līdz 2 ° C.

Šīs hipotēzes problēma rodas tāpēc, ka organiskie savienojumi sadalās augstā temperatūrā (350 ° C), nevis sintezējas, kas liecina par mazāk ekstrēmām vidēm. Tātad hipotēze ir zaudējusi atbalstu.

Kas nepieciešams prebiotisko evolūcijai?

Lai veiktu pētījumu, kas saistīts ar prebiotiku evolūciju, ir nepieciešams atbildēt uz virkni jautājumu, kas ļauj mums saprast dzīves rašanos.

Mums jājautā sev, kāda veida katalītiskais process deva priekšroku dzīvības izcelsmei un no kurienes tika ņemta enerģija, kas deva priekšroku pirmajām reakcijām. Atbildot uz šiem jautājumiem, mēs varam iet tālāk un pajautāt, vai pirmās molekulas, kas parādījās, bija membrānas, replikatori vai metabolīti.

Tagad mēs atbildēsim uz katru no šiem jautājumiem, lai iegūtu izpratni par iespējamo dzīves izcelsmi prebiotiskā vidē.

Katalizatori

Dzīvei, kā mēs to šodien zinām, ir nepieciešama virkne "mērenu apstākļu", lai attīstītos. Mēs zinām, ka lielākā daļa organisko būtņu pastāv tur, kur temperatūra, mitrums un pH ir fizioloģiski pieņemami, izņemot ekstremofīlos organismus, kuri, kā norāda viņu nosaukums, dzīvo galējā vidē.

Viens no būtiskākajiem dzīvo sistēmu raksturlielumiem ir katalizatoru visuresošais sastāvs. Dzīvu būtņu ķīmiskās reakcijas katalizē fermenti: sarežģītas olbaltumvielu molekulas, kas palielina reakcijas ātrumu par vairākiem lielumiem.

Pirmajām dzīvajām būtnēm bija jābūt līdzīgai sistēmai, iespējams, ribozīmiem. Literatūrā ir atklāts jautājums, vai prebiotiku evolūcija varēja notikt bez katalīzes.

Saskaņā ar pierādījumiem, ja nebūtu katalizatora, bioloģiskā evolūcija būtu ļoti maz ticama - reakcijām būtu vajadzējis ievērojamu laika intervālu. Tāpēc viņu pastāvēšana tiek postulēta agrīnā dzīves posmā.

Enerģija

Prebiotiskās sintēzes enerģijai vajadzēja parādīties kaut kur. Tiek ierosināts, ka noteiktām neorganiskām molekulām, piemēram, polifosfātiem un tioestriem, varētu būt bijusi nozīmīga loma enerģijas ražošanā reakcijām - laikos pirms slavenās šūnu enerģijas "valūtas" pastāvēšanas: ATP.

Enerģētiski ģenētisko informāciju nesošo molekulu replikācija ir ļoti dārgs notikums. Vidējai baktērijai, piemēram, E. coli, vienam replikācijas gadījumam ir vajadzīgas 1,7 * 10 ¹⁰ ATP molekulas.

Pateicoties šim ārkārtīgi augstajam skaitlim, enerģijas avota klātbūtne ir neapšaubāms nosacījums, lai izveidotu iespējamo scenāriju, kurā radusies dzīvība.

Tāpat “redoksa” tipa reakciju esamība varēja veicināt abiotisko sintēzi. Laika gaitā šī sistēma varētu kļūt par svarīgiem elektronu pārvadāšanas elementiem šūnā, kas saistīta ar enerģijas ražošanu.

Kurš no šūnu komponentiem radās pirmais?

Šūnā ir trīs pamatkomponenti: membrāna, kas norobežo šūnas telpu un pārvērš to par diskrētu vienību; replikatori, kas glabā informāciju; un vielmaiņas reakcijas, kas notiek šajā sistēmā. Šo trīs komponentu funkcionālā integrācija rada šūnu.

Tāpēc, ņemot vērā evolūciju, ir interesanti uzdot jautājumu, kurš no trim radās pirmais.

Šķiet, ka membrānu sintēze ir vienkārša, jo lipīdi spontāni veido vezikulārās struktūras ar spēju augt un sadalīties. Vezikula ļauj uzglabāt replikatorus un uztur metabolītus koncentrētos.

Tagad debatēs galvenā uzmanība tiek pievērsta replikācijas vadībai salīdzinājumā ar metabolismu. Tie, kas replikācijai piešķir lielāku svaru, apgalvo, ka ribozīmi (RNS ar katalītisko spēku) spēja replicēties paši, un, pateicoties mutāciju parādīšanās, varētu rasties jauna metabolisma sistēma.

Pretējs viedoklis uzsver vienkāršo molekulu - piemēram, trikarbonskābes ciklā esošo organisko skābju - ģenerēšanas nozīmi sadedzināšanā mērenā siltuma avotā. Raugoties no šī viedokļa, pirmie prebiotiku evolūcijas posmi iesaistīja šos metabolītus.

Atsauces

1. Andersons, PW (1983). Ieteicamais prebiotisko evolūcijas modelis: haosa izmantošana. Nacionālās zinātņu akadēmijas raksti, 80 (11), 3386-3390.
2. Hogeweg, P., and Takeuchi, N. (2003). Daudzlīmeņu izvēle prebiotiskās evolūcijas modeļos: nodalījumi un telpiskā pašorganizācija. Dzīves pirmsākumi un biosfēras evolūcija, 33 (4–5), 375–403.
3. Lazcano, A., un Millers, SL (1996). Dzīves izcelsme un agrīnā evolūcija: prebiotiskā ķīmija, pirms-RNS pasaule un laiks. Cell, 85 (6), 793-798.
4. Makkennijs, K., un Alfonzo, J. (2016). No prebiotikām līdz probiotikām: tRNS modifikāciju evolūcija un funkcijas. Dzīve, 6 (1), 13.
5. Silvestrs, DA, un Fontanari, JF (2008). Iepakojuma modeļi un prebiotisko evolūcijas informācijas krīze. Teorētiskās bioloģijas žurnāls, 252 (2), 326-337.
6. Wong, JTF (2009). Prebiotiku evolūcija un astrobioloģija. CRC Press.