PROTOBIONTI: IZCELSME UN ĪPAŠĪBAS - BIOLOĢIJA - 2025

Par protobionts ir bioloģiskas kompleksi saskaņā ar dažām prognozēm, kuras attiecas uz izcelsmi dzīvi, pirms šūnas. Pēc Oparina teiktā, tie ir molekulārie agregāti, ko ieskauj puscaurlaidīga lipīdu membrāna vai tai līdzīga struktūra.

Šie biotiski molekulārie agregāti spēja uzrādīt vienkāršu reprodukciju un metabolismu, kas spēja saglabāt membrānas iekšējā sastāva ķīmisko sastāvu, kas atšķiras no tā ārējās vides.

Avots: pixabay.com

Daži eksperimenti, ko laboratorijā veica dažādi pētnieki, ir atklājuši, ka protobionti varētu veidoties spontāni, izmantojot organiskos savienojumus, kas izveidoti no abiotiskām molekulām kā celtniecības blokus.

Šo eksperimentu piemēri ir liposomu veidošanās, kas ir mazu pilienu kopums, ko ieskauj membrānas. Tie var veidoties, kad ūdenim pievieno lipīdus. Tas notiek arī tad, ja tiek pievienoti citi organisko molekulu veidi.

Var gadīties, ka prebiotiku laikos dīķos izveidojās liposomām līdzīgi pilieni, un tajos nejauši tika iekļauti daži aminoskābju polimēri.

Gadījumā, ja polimēri noteiktu organisko molekulu caurlaidību veic membrānai, ir iespējams selektīvi iekļaut minētās molekulas.

Īpašības un īpašības

Varbūtējos protobiontus varēja veidot no hidrofobām molekulām, kuras tika uzkārtotas divslāņa formā (divi slāņi) uz piliena virsmas, atgādinot lipīdu membrānas, kas atrodas mūsdienu šūnās.

Autore: Mariana Ruiza Villarreal, LadyofHats, no Wikimedia Commons

Puscaurlaidīgas membrānas

Tā kā struktūra ir selektīvi caurlaidīga, liposoma var uzbriest vai izdalīties atkarībā no izšķīdušo vielu koncentrācijas barotnē.

Tas ir, ja liposoma tiek pakļauta hipotoniskai videi (koncentrācija šūnas iekšienē ir augstāka), ūdens iekļūst struktūrā, pietūkot liposomu. Turpretī, ja barotne ir hipertoniska (šūnas koncentrācija ir zemāka), ūdens virzās uz ārējo barotni.

Šī īpašība nav raksturīga tikai liposomām, to var attiecināt arī uz organisma reālajām šūnām. Piemēram, ja sarkanās asins šūnas tiek pakļautas hipotoniskai videi, tās var eksplodēt.

Uzbudināmība

Liposomas var uzglabāt enerģiju membrānas potenciāla veidā, kas ir spriegums visā virsmā. Struktūra var izlādēt spriegumu tādā veidā, kas atgādina procesu, kas notiek nervu sistēmas neironu šūnās.

Liposomām ir vairākas dzīvo organismu īpašības. Tomēr tas nav tas pats, kas apgalvot, ka liposomas ir dzīvas.

Izcelsme

Pastāv ļoti dažādas hipotēzes, kuru mērķis ir izskaidrot dzīves izcelsmi un attīstību prebiotiskā vidē. Visizcilākie postulāti, kas apspriež protobiontu izcelsmi, tiks aprakstīti zemāk:

Oparīna un haldāna hipotēze

Hipotēzi par bioķīmisko evolūciju ierosināja Aleksandrs Oparins 1924. gadā un Džons DS Haldāns 1928. gadā.

Šajā postulātā tiek pieņemts, ka prebiotiskajā atmosfērā trūka skābekļa, bet tas stipri samazināja ar lielu daudzumu ūdeņraža, kas, pateicoties enerģijas avotu klātbūtnei, veidoja organiskos savienojumus.

Saskaņā ar šo hipotēzi zemei ​​atdziestot, vulkānu izvirdumu radītais tvaiks kondensējās, nokrišņos kā spēcīgs un pastāvīgs lietus. Kad ūdens nokrita, tajā bija minerālsāļi un citi savienojumi, kā rezultātā radās slavenā primātu zupa vai barojošs buljons.

Šajā hipotētiskajā vidē varētu veidoties lieli molekulārie kompleksi, ko sauc par prebiotiskiem savienojumiem, radot aizvien sarežģītākas šūnu sistēmas. Oparīns šīs struktūras sauca par protobiontiem.

Tā kā protobionti kļuva sarežģītāki, viņi ieguva jaunas spējas pārraidīt ģenētisko informāciju, un Oparīns šīm progresīvākajām formām piešķīra vārdu eubionts.

Millers un Urijs eksperimentē

Pēc Oparīna postulātiem 1953. gadā pētnieki Stenlijs L. Millers un Harolds C. Urejs veica virkni eksperimentu, lai pārbaudītu organisko savienojumu veidošanos, sākot no vienkāršiem neorganiskiem materiāliem.

Milleram un Ūrejam izdevās izveidot eksperimentālu dizainu, kas imitēja prebiotisko vidi ar Oparīna ierosinātajiem nosacījumiem nelielā mērogā, cita starpā iegūstot virkni savienojumu, piemēram, aminoskābes, taukskābes, skudrskābi, urīnvielu.

Protobiontu ģenētiskais materiāls

RNS pasaule

Saskaņā ar pašreizējo molekulāro biologu hipotēzēm protobionti DNS molekulu vietā pārnesa RNS molekulas, kas ļāva tām replicēt un saglabāt informāciju.

Papildus tam, ka RNS ir būtiska loma olbaltumvielu sintēzē, tā var izturēties arī kā ferments un veikt katalīzes reakcijas. Sakarā ar šo īpašību RNS ir norādīts kandidāts, kas ir pirmais ģenētiskais materiāls protobiontos.

RNS molekulas, kuras spēj katalizēt, tiek sauktas par ribozīmiem, un tās var izgatavot kopijas ar RNS īsu posmu papildinošām sekvencēm un starpināt splicēšanas procesu, novēršot secības posmus.

Protobionts, kura iekšpusē bija katalītiskā RNS molekula, atšķīrās no homologiem, kuriem šīs molekulas nebija.

Gadījumā, ja protobionts varētu augt, sadalīt un pārnest RNS saviem pēcnācējiem, šai sistēmai var piemērot darviniešu dabiskās atlases procesus, un protobionti ar RNS molekulām palielinātu to biežumu populācijā.

Kaut arī šī protobionta parādīšanās var būt maz ticama, ir jāatceras, ka miljoniem protobiontu varētu būt pastāvējuši agrīnās zemes ūdenstilpēs.

DNS izskats

DNS ir daudz stabilāka divpavedienu molekula, salīdzinot ar RNS molekulu, kas ir trausla un neprecīzi atkārtojas. Šī precizitātes īpašība replikācijas ziņā kļuva arvien nepieciešamāka, palielinoties protobiontu genomiem.

Prinstonas universitātē pētnieks Freeman Dyson ierosina, ka DNS molekulas varēja būt īsas struktūras, kurām palīdz replicēties ar nejaušu aminoskābju polimēriem ar katalītiskām īpašībām.

Šī agrīnā replikācija varētu notikt protobiontu iekšpusē, kas bija uzkrājuši lielu daudzumu organisko monomēru.

Pēc DNS molekulas parādīšanās RNS varētu sākt pildīt pašreizējās funkcijas kā starpnieki tulkošanai, tādējādi izveidojot “DNS pasauli”.

Atsauces

1. Altstein, AD (2015). Progēnas hipotēze: nukleoproteīnu pasaule un kā sākās dzīve. Biology Direct, 10, 67.
2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Bioloģija: Dzīve uz Zemes. Pīrsona izglītība.
3. Kempbela, AN, un Reece, JB (2005). Bioloģija. Redakcija Médica Panamericana.
4. Gama, M. (2007). Bioloģija 1: konstruktīvistu pieeja. Pīrsona izglītība.
5. Schrum, JP, Zhu, TF un Szostak, JW (2010). Šūnu dzīves pirmsākumi. Aukstā pavasara ostas perspektīvas bioloģijā, a002212.
6. Stano, P., un Mavelli, F. (2015). Protošūnu modeļi dzīves izcelsmē un sintētiskajā bioloģijā. Dzīve, 5 (4), 1700–1702.