PROTOBIONTS: OPPRINNELSE OG EGENSKAPER - BIOLOGI - 2026

De protobionts er biologiske komplekser i henhold til noen hypoteser om livets opprinnelse, forvarslet cellene. I følge Oparín er dette molekylære aggregater omgitt av en semipermeabel lipidmembran eller en struktur som ligner den.

Disse biotiske molekylaggregatene var i stand til å presentere en enkel reproduksjon og en metabolisme som klarte å opprettholde den kjemiske sammensetningen av membranens indre annerledes enn det ytre miljøet.

Kilde: pixabay.com

Noen eksperimenter utført på laboratoriet av forskjellige forskere har avslørt at protobionter spontant kan dannes ved bruk av organiske forbindelser som er laget fra abiotiske molekyler som byggesteiner.

Eksempler på disse eksperimentene er dannelse av liposomer, som er aggregasjoner av små dråper omgitt av membraner. Disse kan dannes når lipider tilsettes vann. Det skjer også når andre typer organiske molekyler tilsettes.

Det kan hende at liposomlignende dråper ble dannet i dammer fra prebiotisk tid og disse tilfeldig inkorporerte noen polymerer av aminosyrer.

I tilfelle at polymerene gjorde visse organiske molekyler permeable for membranen, ville det være mulig å selektivt inkorporere nevnte molekyler.

Egenskaper og egenskaper

De antatte protobiontene kunne dannes fra hydrofobe molekyler som var organisert i form av et dobbeltlag (to lag) på overflaten av en dråpe, som minner om lipidmembranene som er til stede i moderne celler.

Av Mariana Ruiz Villarreal, LadyofHats, fra Wikimedia Commons

Halvgjennomtrengelige membraner

Siden strukturen er selektivt permeabel, kan liposomet svelle eller tømme ut avhengig av konsentrasjonen av oppløste stoffer i mediet.

Det vil si at hvis liposomet blir utsatt for et hypotonisk medium (konsentrasjonen inne i cellen er høyere), kommer vann inn i strukturen, og svulmer liposomet. I kontrast, hvis mediet er hypertonisk (konsentrasjonen av cellen er lavere), beveger vannet seg mot det ytre mediet.

Denne egenskapen er ikke unik for liposomer, den kan også brukes på de faktiske cellene i en organisme. Hvis røde blodlegemer for eksempel blir utsatt for et hypotonisk miljø, kan de eksplodere.

oppstemthet

Liposomer kan lagre energi i form av et membranpotensial, som er en spenning over overflaten. Strukturen kan tømme spenning på en måte som minner om prosessen som skjer i nerveceller i nervesystemet.

Liposomer har flere kjennetegn ved levende organismer. Det er imidlertid ikke det samme som å hevde at liposomer lever.

Opprinnelse

Det er et bredt mangfold av hypoteser som prøver å forklare livets opprinnelse og evolusjon i et prebiotisk miljø. De mest fremragende postulatene som drøfter opprinnelsen til protobionts vil bli beskrevet nedenfor:

Oparin og Haldane hypotese

Hypotesen om biokjemisk evolusjon ble foreslått av Alexander Oparin i 1924 og av John DS Haldane i 1928.

Dette postulatet antar at den prebiotiske atmosfæren manglet oksygen, men var sterkt reduserende, med store mengder hydrogen som førte til dannelse av organiske forbindelser takket være tilstedeværelsen av energikilder.

I henhold til denne hypotesen, mens jorden avkjølte, kondenserte dampen fra vulkanutbrudd, og den falt ut som kraftig og konstant regn. Da vannet falt, bar det med salter og andre forbindelser, noe som ga opphav til den berømte primalsoppen eller næringsbuljongen.

I dette hypotetiske miljøet kan det dannes store molekylære komplekser kalt prebiotiske forbindelser, noe som gir opphav til stadig mer komplekse cellulære systemer. Oparin kalte disse strukturene protobionts.

Etter hvert som protobionts økte i kompleksitet, skaffet de seg nye evner til å overføre genetisk informasjon, og Oparin ga navnet eubionts til disse mer avanserte formene.

Miller og Urey eksperimenterer

I 1953, etter Oparin-postulatene, gjennomførte forskerne Stanley L. Miller og Harold C. Urey en serie eksperimenter for å bekrefte dannelsen av organiske forbindelser med utgangspunkt i enkle uorganiske materialer.

Miller og Urey klarte å lage en eksperimentell design som simulerte prebiotiske miljøer med forholdene som ble foreslått av Oparin i liten skala, og klarte å oppnå en serie forbindelser som aminosyrer, fettsyrer, maursyre, urea, blant andre.

Genetisk materiale av protobionts

RNA verden

I følge hypotesene til nåværende molekylærbiologer, bar protobionts RNA-molekyler, i stedet for DNA-molekyler, noe som gjorde at de kunne replikere og lagre informasjon.

I tillegg til å ha en grunnleggende rolle i proteinsyntese, kan RNA også oppføre seg som et enzym og utføre katalyseringsreaksjoner. På grunn av denne egenskapen er RNA en indikert kandidat til å være det første genetiske materialet i protobionts.

RNA-molekyler som er i stand til katalyse kalles ribozymes og kan lage kopier med komplementære sekvenser av korte strekninger av RNA og formidle skjøteprosessen, og eliminere strekninger av sekvensen.

En protobiont som hadde et katalytisk RNA-molekyl inni seg, varierte fra homologene som manglet dette molekylet.

I tilfelle protobiont kunne vokse, dele og overføre RNA til dets avkom, kan prosessene med Darwinian naturlig seleksjon brukes på dette systemet, og protobiontene med RNA-molekyler vil øke frekvensen i befolkningen.

Selv om utseendet til denne protobionten kan være svært usannsynlig, er det nødvendig å huske at millioner av protobionts kan ha eksistert i vannene i den tidlige jord.

Utseende av DNA

DNA er et mye mer stabilt dobbeltstrenget molekyl sammenlignet med RNA-molekylet, som er skjørt og repliseres upresist. Denne egenskapen med nøyaktighet når det gjelder replikering ble mer nødvendig ettersom genomene til protobiontene økte i størrelse.

Ved Princeton University foreslår forsker Freeman Dyson at DNA-molekyler kunne ha vært korte strukturer, hjulpet med å replikere dem av polymerer av tilfeldige aminosyrer med katalytiske egenskaper.

Denne tidlige replikasjonen kan skje i protobionts som hadde lagret store mengder organiske monomerer.

Etter utseendet av DNA-molekylet, kunne RNA begynne å spille sine nåværende roller som mellommenn for oversettelse, og dermed skape "verden av DNA".

referanser

1. Altstein, AD (2015). Progenhypotesen: nukleoproteinverdenen og hvordan livet begynte. Biology Direct, 10, 67.
2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biologi: Livet på jorden. Pearson utdanning.
3. Campbell, AN, & Reece, JB (2005). Biologi. Redaksjonell Médica Panamericana.
4. Gama, M. (2007). Biologi 1: en konstruktivistisk tilnærming. Pearson Education.
5. Schrum, JP, Zhu, TF, & Szostak, JW (2010). Opprinnelsen til cellulivet. Cold Spring Harbor-perspektiver i biologi, a002212.
6. Stano, P., & Mavelli, F. (2015). Protokoller modeller i livets opprinnelse og syntetisk biologi. Livet, 5 (4), 1700–1702.