PREBIOTICKÁ EVOLÚCIA: KDE SA TO STALO A ČO JE POTREBNÉ - BIOLÓGIE - 2025

Termín prebiotická evolúcia sa vzťahuje na sériu hypotetických scenárov, ktoré sa snažia vysvetliť pôvod života od neživej hmoty v prostredí v primitívnych podmienkach.

Predpokladá sa, že podmienky primitívnej atmosféry sa výrazne znižovali, čo podporovalo tvorbu organických molekúl, ako sú aminokyseliny a peptidy, ktoré sú stavebnými blokmi proteínov; a puríny a pyrimidíny, ktoré tvoria nukleové kyseliny - DNA a RNA.

Zdroj: pixabay.com

Primitívne podmienky

Predstavte si, ako prvé formy života, ktoré sa objavili na Zemi, môže byť náročnou - a dokonca takmer nemožnou - otázkou, či sa sami nevkladáme do správneho primitívneho prostredia.

Kľúčom k pochopeniu života abiotických molekúl suspendovaných v známej „primitívnej polievke“ je teda atmosféra v tomto vzdialenom prostredí.

Aj keď neexistuje žiadna celková zhoda, pokiaľ ide o chemické zloženie atmosféry, pretože neexistuje žiadny spôsob, ako úplne potvrdenie hypotézy sa pohybujú od zníženia kompozície (CH ₄ + N ₂ , NH ₃ + H ₂ O alebo CO ₂ + H ₂ + N ₂ ) do viacerých neutrálne prostredie (iba s CO ₂ + N ₂ + H ₂ O).

Všeobecne sa uznáva, že v atmosfére chýba kyslík (tento prvok významne zvyšuje svoju koncentráciu s príchodom života). Pre účinnú syntézu aminokyselín, purínov, pyrimidínov a cukrov je nevyhnutná prítomnosť redukčného prostredia.

Ak skutočná atmosféra v tom čase nemala tieto prebiotické chemické podmienky, museli organické zlúčeniny pochádzať z prachových častíc alebo iných vesmírnych telies, ako sú meteority.

Kde sa vyskytla prebiotická evolúcia?

Vo vzťahu k fyzikálnemu priestoru na Zemi existuje niekoľko hypotéz, ktoré umožnili vývoj prvých biomolekúl a replikátorov.

Teória, ktorá získala významné pokračovanie v počiatočnej tvorbe biomolekúl v hydrotermálnych prieduchoch v oceáne. Avšak iní autori to považujú za nepravdepodobné a diskreditujú tieto regióny ako dôležité látky v prebiotickej syntéze.

Teória navrhuje, že chemická syntéza nastala priechodom vody v termálnom gradiente od 350 ° C do 2 ° C.

Problém s touto hypotézou nastáva, pretože organické zlúčeniny sa namiesto syntézy rozkladajú pri vysokých teplotách (350 ° C), čo naznačuje menej extrémne prostredie. Takže hypotéza stratila podporu.

Čo je potrebné pre prebiotický vývoj?

Na vykonanie štúdie týkajúcej sa prebiotického vývoja je potrebné zodpovedať celý rad otázok, ktoré nám umožňujú pochopiť vznik života.

Musíme si položiť otázku, aký typ katalytického procesu podporoval pôvod života a odkiaľ sa čerpala energia, ktorá podporovala prvé reakcie. Pri zodpovedaní týchto otázok môžeme ísť ďalej a opýtať sa, či sa ako prvé objavili molekuly, membrány, replikátory alebo metabolity.

Teraz odpovieme na každú z týchto otázok, aby sme pochopili možný pôvod života v prebiotickom prostredí.

katalyzátory

Život, ako ho poznáme dnes, si vyžaduje vývoj „miernych podmienok“. Vieme, že väčšina organických bytostí existuje tam, kde sú teplota, vlhkosť a pH fyziologicky prijateľné - s výnimkou extremofilných organizmov, ktoré, ako naznačuje ich názov, žijú v extrémnych prostrediach.

Jednou z najdôležitejších charakteristík živých systémov je všadeprítomnosť katalyzátorov. Chemické reakcie živých bytostí sú katalyzované enzýmami: komplexnými molekulami proteínovej povahy, ktoré zvyšujú rýchlosť reakcií o niekoľko rádov.

Prvé živé bytosti museli mať podobný systém, pravdepodobne ribozýmy. V literatúre je otvorená otázka, či by prebiotický vývoj mohol nastať bez katalýzy.

Podľa dôkazov by v prípade absencie katalyzátora bola biologická evolúcia veľmi nepravdepodobná - pretože by reakcie vyžadovali výskyt mimoriadnych časových intervalov. Preto je ich existencia predpokladaná v počiatočných fázach života.

energie

Energia prebiotickej syntézy sa musela objaviť niekde. Navrhuje sa, aby určité anorganické molekuly, ako sú polyfosforečnany a tioestery, mohli hrať dôležitú úlohu pri výrobe energie pre reakcie - v časoch pred existenciou známej energetickej „meny“ buniek: ATP.

Energeticky je replikácia molekúl, ktoré nesú genetickú informáciu, veľmi nákladná. Pre priemerného baktérie, ako je E. coli, jedna udalosť replikácie vyžaduje 1,7 * 10 ¹⁰ ATP molekúl.

Vďaka existencii tejto mimoriadne vysokej postavy je prítomnosť zdroja energie nespochybniteľnou podmienkou pre vytvorenie pravdepodobného scenára, z ktorého pochádza život.

K abiotickej syntéze mohla tiež prispieť existencia reakcií „redoxného“ typu. Postupom času by sa tento systém mohol stať dôležitými prvkami prenosu elektrónov v bunke, spojenými s výrobou energie.

Ktoré z bunkových komponentov vznikli ako prvé?

V bunke sú tri základné komponenty: membrána, ktorá vymedzuje bunkový priestor a mení ho na samostatnú jednotku; replikátory, ktoré uchovávajú informácie; a metabolické reakcie, ktoré sa vyskytujú v tomto systéme. Funkčná integrácia týchto troch komponentov vedie k vzniku bunky.

Preto je vo svetle vývoja zaujímavé položiť si otázku, ktorá z týchto troch vznikla ako prvá.

Syntéza membrán sa zdá byť jednoduchá, pretože lipidy spontánne tvoria vezikulárne štruktúry so schopnosťou rásť a deliť sa. Vezikula umožňuje uchovávanie replikátorov a udržuje metabolity koncentrované.

Teraz sa diskusia zameriava na vedenie replikácie verzus metabolizmus. Tí, ktorí dávajú replikácii väčšiu váhu, tvrdia, že ribozýmy (RNA s katalytickou schopnosťou) sa dokázali replikovať samy a vďaka objaveniu sa mutácií by mohol vzniknúť nový metabolický systém.

Opačný pohľad zdôrazňuje význam generovania jednoduchých molekúl - napríklad organických kyselín prítomných v cykle trikarboxylových kyselín - pre spaľovanie v miernych zdrojoch tepla. Z tohto hľadiska prvé kroky prebiotickej evolúcie zahŕňali tieto metabolity.

Referencie

1. Anderson, PW (1983). Navrhovaný model prebiotického vývoja: použitie chaosu. Zborník Národnej akadémie vied, 80 (11), 3386-3390.
2. Hogeweg, P., & Takeuchi, N. (2003). Viacúrovňový výber v modeloch prebiotickej evolúcie: kompartmenty a priestorová samoorganizácia. Pôvody života a vývoj biosféry, 33 (4-5), 375-403.
3. Lazcano, A., & Miller, SL (1996). Pôvod a skorý vývoj života: prebiotická chémia, svet pred RNA a čas. Celí, 85 (6), 793-798.
4. McKenney, K., & Alfonzo, J. (2016). Od prebiotík k probiotikám: Vývoj a funkcie modifikácií tRNA. Life, 6 (1), 13.
5. Silvestre, DA a Fontanari, JF (2008). Modely balíkov a informačná kríza prebiotického vývoja. Journal of teoretická biológia, 252 (2), 326-337.
6. Wong, JTF (2009). Prebiotická evolúcia a astrobiológia. CRC Stlačte.