PREBIOTISK EVOLUSJON: HVOR DET SKJEDDE OG HVA SOM ER NØDVENDIG - BIOLOGI - 2026

Begrepet prebiotisk evolusjon refererer til serien med hypotetiske scenarier som søker å forklare livets opprinnelse fra ikke-levende materie i et miljø under primitive forhold.

Det har blitt antydet at forholdene i den primitive atmosfæren var sterkt reduserende, noe som favoriserte dannelsen av organiske molekyler, så som aminosyrer og peptider, som er byggesteinene til proteiner; og puriner og pyrimidiner, som utgjør nukleinsyrer - DNA og RNA.

Kilde: pixabay.com

Primitive forhold

Å forestille seg hvordan de første livsformene dukket opp på jorden kan være et utfordrende - og til og med nesten umulig - spørsmål om vi ikke plasserer oss i det rette primitive miljøet.

Dermed er nøkkelen til å forstå livet fra abiotiske molekyler suspendert i den berømte "primitive suppen" atmosfæren i det fjerne miljøet.

Selv om det ikke er noen total enighet om den kjemiske sammensetningen av atmosfæren, ettersom det ikke er noen måte for å bekrefte at det helt, hypotesene varierer fra reduksjonssammensetninger (CH ₄ + N ₂ , NH ₃ + H ₂ O eller CO ₂ + H ₂ + N ₂ ) til mer nøytrale omgivelser (med bare CO ₂ + N ₂ + H ₂ O).

Det er generelt akseptert at atmosfæren manglet oksygen (dette elementet økte sin konsentrasjon betydelig med ankomsten av livet). For effektiv syntese av aminosyrer, puriner, pyrimidiner og sukker er tilstedeværelsen av et reduserende miljø nødvendig.

Hvis den faktiske atmosfæren på den tiden ikke hadde disse prebiotiske kjemiske forholdene, måtte de organiske forbindelsene komme fra støvpartikler eller andre romlegemer som meteoritter.

Hvor skjedde prebiotisk evolusjon?

Det er flere hypoteser i forhold til det fysiske rommet på jorden som tillot utvikling av de første biomolekylene og replikatorene.

En teori som har fått et betydelig følge i den første dannelsen av biomolekyler i hydrotermiske ventilasjonsåpninger i havet. Imidlertid synes andre forfattere det lite sannsynlig og diskreditere disse regionene som viktige midler i prebiotisk syntese.

Teorien foreslår at kjemisk syntese skjedde gjennom passering av vann i en termgradient fra 350 ° C til 2 ° C.

Problemet med denne hypotesen oppstår fordi organiske forbindelser spaltes ved høye temperaturer (350 ° C) i stedet for å bli syntetisert, noe som antyder mindre ekstreme miljøer. Så hypotesen har mistet støtte.

Hva trengs for prebiotisk evolusjon?

For å gjennomføre en studie relatert til prebiotisk evolusjon, er det nødvendig å svare på en serie spørsmål som lar oss forstå fremveksten av livet.

Vi må spørre oss selv hvilken type katalytisk prosess som favoriserte livets opprinnelse og hvor energien som favoriserte de første reaksjonene ble hentet fra. Når vi svarer på disse spørsmålene, kan vi gå videre og spørre om de første molekylene som dukket opp var membraner, replikatorer eller metabolitter.

Vi vil nå svare på hvert av disse spørsmålene for å få en forståelse av et mulig livets opprinnelse i et prebiotisk miljø.

Katalysatorer

Livet, slik vi kjenner det i dag, krever en serie "moderate forhold" for å utvikle seg. Vi vet at de fleste organiske vesener eksisterer der temperaturen, fuktigheten og pH er fysiologisk akseptable - med unntak av de ekstremofile organismer, som, som navnet tilsier, lever i ekstreme miljøer.

En av de mest relevante egenskapene til levende systemer er katalysatorers allestedsnærhet. De kjemiske reaksjonene fra levende vesener blir katalysert av enzymer: komplekse molekyler av proteinart som øker reaksjonshastigheten med flere størrelsesordener.

De første levende vesener må ha hatt et lignende system, sannsynligvis ribozymer. I litteraturen er det et åpent spørsmål om prebiotisk evolusjon kunne ha skjedd uten katalyse.

I følge bevisene ville biologisk utvikling i mangel av en katalysator vært svært usannsynlig - ettersom reaksjonene ville ha tatt monumentale tidsintervaller. Derfor blir deres eksistens postulert i de tidlige stadiene av livet.

Energi

Energien til den prebiotiske syntesen måtte vises et sted. Det foreslås at visse uorganiske molekyler, som polyfosfater og tioestere, kan ha spilt en viktig rolle i produksjonen av energi for reaksjoner - i tider før eksistensen av den berømte energien "valutaen" av celler: ATP.

Energisk er replikasjonen av molekylene som bærer den genetiske informasjonen en veldig kostbar hendelse. For en gjennomsnittlig bakterie, slik som E. coli, krever en enkelt replikasjonshendelse 1,7 * 10 ¹⁰ ATP-molekyler.

Takket være eksistensen av denne ekstraordinære høye figuren, er tilstedeværelsen av en energikilde en ubestridelig forutsetning for å skape et sannsynlig scenario der livet oppsto.

På samme måte kan eksistensen av “redoks” -reaksjoner ha bidratt til abiotisk syntese. Over tid kan dette systemet bli viktige elementer i transporten av elektroner i cellen, knyttet til produksjon av energi.

Hvilke av de cellulære komponentene oppsto først?

Det er tre grunnleggende komponenter i en celle: en membran, som avgrenser celleområdet og gjør det til en diskret enhet; replikatorer, som lagrer informasjon; og metabolske reaksjoner, som oppstår i dette systemet. Den funksjonelle integrasjonen av disse tre komponentene gir opphav til en celle.

Derfor, i lys av evolusjonen, er det interessant å stille spørsmålet om hvilken av de tre som oppsto først.

Syntesen av membraner ser ut til å være enkel, siden lipider spontant danner vesikulære strukturer med evnen til å vokse og dele seg. Vesikelen tillater lagring av replikatorer og holder metabolittene konsentrert.

Nå fokuserer debatten på ledelsen av replikasjon kontra metabolisme. De som vektlegger replikasjon mer vekt, argumenterer for at ribozymer (RNA med katalytisk kraft) var i stand til å replikere seg, og takket være utseendet til mutasjoner kunne det oppstå et nytt metabolsk system.

Det motsatte synspunktet understreker viktigheten av generering av enkle molekyler - for eksempel de organiske syrene som er tilstede i trikarboksylsyresyklusen - for forbrenning under moderate varmekilder. Fra dette perspektivet involverte de første trinnene i prebiotisk evolusjon disse metabolittene.

referanser

1. Anderson, PW (1983). En foreslått modell for prebiotisk evolusjon: Bruken av kaos. Proceedings of the National Academy of Sciences, 80 (11), 3386-3390.
2. Hogeweg, P., & Takeuchi, N. (2003). Flernivåutvalg i modeller for prebiotisk evolusjon: rom og romlig selvorganisering. Origins of Life and Evolution of the Biosphere, 33 (4-5), 375-403.
3. Lazcano, A., & Miller, SL (1996). Opprinnelsen og den tidlige utviklingen av livet: prebiotisk kjemi, før-RNA-verdenen og tiden. Cell, 85 (6), 793-798.
4. McKenney, K., & Alfonzo, J. (2016). Fra prebiotika til probiotika: Utviklingen og funksjonene til tRNA-modifikasjoner. Livet, 6 (1), 13.
5. Silvestre, DA, & Fontanari, JF (2008). Pakkemodeller og informasjonskrisen for prebiotisk evolusjon. Tidsskrift for teoretisk biologi, 252 (2), 326-337.
6. Wong, JTF (2009). Prebiotisk evolusjon og astrobiologi. CRC Press.