PROTOBIONTY: PÔVOD A VLASTNOSTI - BIOLÓGIE - 2026

Tieto protobionts sú biologické komplexy podľa do niektorých hypotéz týkajúce sa pôvodu života, predchádzala buniek. Podľa Oparína ide o molekulárne agregáty obklopené semipermeabilnou lipidovou membránou alebo podobnou štruktúrou.

Tieto biotické molekulárne agregáty boli schopné predstavovať jednoduchú reprodukciu a metabolizmus, ktorý dokázal udržať chemické zloženie vnútrajška membrány odlišné od vonkajšieho prostredia.

Zdroj: pixabay.com

Niektoré experimenty, ktoré v laboratóriu uskutočnili rôzni vedci, odhalili, že protobionty sa môžu tvoriť spontánne s použitím organických zlúčenín vytvorených z abiotických molekúl ako stavebných blokov.

Príklady týchto experimentov sú tvorba lipozómov, ktoré sú zhlukmi malých kvapôčok obklopených membránami. Tieto sa môžu vytvárať, keď sa lipidy pridávajú do vody. Stáva sa to aj vtedy, keď sa pridajú ďalšie typy organických molekúl.

Môže sa stať, že v rybníkoch prebiotického obdobia sa vytvorili kvapôčky podobné lipozómom, ktoré náhodne obsahovali niektoré polyméry aminokyselín.

V prípade, že by polyméry urobili určité organické molekuly priepustnými pre membránu, bolo by možné selektívne inkorporovať uvedené molekuly.

Vlastnosti a vlastnosti

Predpokladané protobionty by mohli byť tvorené z hydrofóbnych molekúl, ktoré boli usporiadané vo forme dvojvrstvy (dve vrstvy) na povrchu kvapky, pripomínajúce lipidové membrány prítomné v moderných bunkách.

Autor: Mariana Ruiz Villarreal, LadyofHats, z Wikimedia Commons

Polopriepustné membrány

Pretože štruktúra je selektívne priepustná, lipozóm môže bobtnať alebo vyfukovať v závislosti od koncentrácie rozpustených látok v médiu.

To znamená, že ak je lipozóm vystavený hypotonickému médiu (koncentrácia vo vnútri bunky je vyššia), voda vstúpi do štruktúry a opuchne lipozóm. Naopak, ak je médium hypertonické (koncentrácia bunky je nižšia), voda sa pohybuje smerom k vonkajšiemu médiu.

Táto vlastnosť nie je jedinečná pre lipozómy, môže sa tiež aplikovať na skutočné bunky organizmu. Napríklad, ak sú červené krvinky vystavené hypotonickému prostrediu, môžu explodovať.

vzrušivosť

Lipozómy môžu ukladať energiu vo forme membránového potenciálu, čo je napätie na povrchu. Štruktúra môže vybíjať napätie spôsobom pripomínajúcim proces, ktorý sa vyskytuje v nervových bunkách nervového systému.

Lipozómy majú niekoľko živých organizmov. Nie je to však rovnaké ako tvrdenie, že lipozómy sú živé.

pôvod

Existuje široká škála hypotéz, ktoré sa snažia vysvetliť pôvod a vývoj života v prebiotickom prostredí. Najvýznamnejšie postuláty, ktoré hovoria o pôvode protobiontov, budú opísané nižšie:

Hypotéza Oparina a Haldana

Hypotézu o biochemickom vývoji navrhol Alexander Oparin v roku 1924 a John DS Haldane v roku 1928.

Tento postulát predpokladá, že v prebiotickej atmosfére chýbala kyslík, ale silno sa redukovala, s veľkým množstvom vodíka, ktorý v dôsledku prítomnosti energetických zdrojov viedol k tvorbe organických zlúčenín.

Podľa tejto hypotézy, keď sa zem ochladzovala, para z vulkanických erupcií kondenzovala, zrážala sa ako silné a konštantné dažde. Keď voda padla, niesla minerálne soli a ďalšie zlúčeniny, čím vznikla slávna pôvodná polievka alebo výživný vývar.

V tomto hypotetickom prostredí by sa mohli tvoriť veľké molekulárne komplexy nazývané prebiotické zlúčeniny, čo by viedlo k vzniku stále komplexnejších bunkových systémov. Oparin tieto štruktúry nazval protobionty.

Keď sa protobionty zvyšovali v zložitosti, získali nové schopnosti prenášať genetické informácie a Oparin dal týmto vyspelejším formám meno eubionty.

Miller a Urey experiment

V roku 1953, po postuláte Oparinovci, vedci Stanley L. Miller a Harold C. Urey uskutočnili sériu experimentov na overenie tvorby organických zlúčenín vychádzajúcich z jednoduchých anorganických materiálov.

Millerovi a Ureyovi sa podarilo vytvoriť experimentálny návrh, ktorý simuloval prebiotické prostredie s podmienkami navrhnutými Oparinom v malom meradle, okrem iného sa podarilo získať celý rad zlúčenín, ako sú aminokyseliny, mastné kyseliny, kyselina mravčia, močovina.

Genetický materiál protobiontov

RNA svet

Podľa hypotéz súčasných molekulárnych biológov niesli protobionty molekuly RNA namiesto molekúl DNA, čo im umožnilo replikovať a ukladať informácie.

Okrem toho, že RNA má zásadnú úlohu v syntéze proteínov, môže sa správať aj ako enzým a vykonávať katalýzy. Vďaka tejto charakteristike je RNA indikovaným kandidátom na prvý genetický materiál v protobiontoch.

Molekuly RNA schopné katalýzy sa nazývajú ribozýmy a môžu vytvárať kópie s komplementárnymi sekvenciami krátkych úsekov RNA a sprostredkovať proces zostrihu, čím sa eliminujú úseky sekvencie.

Protobiont, ktorý mal vo vnútri molekulu katalytickej RNA, sa líšil od svojich homológov, ktorým chýbala táto molekula.

V prípade, že protobiont môže rásť, deliť sa a prenášať RNA na svoje potomstvo, môžu sa na tento systém aplikovať procesy darwinovskej prirodzenej selekcie a protobionty s molekulami RNA by zvýšili ich frekvenciu v populácii.

Aj keď výskyt tohto protobiontu môže byť veľmi nepravdepodobný, je potrebné pamätať na to, že vo vodných útvaroch ranej Zeme mohli existovať milióny protobiontov.

Vzhľad DNA

DNA je oveľa stabilnejšia dvojreťazcová molekula v porovnaní s molekulou RNA, ktorá je krehká a nepresne sa replikuje. Táto vlastnosť presnosti, pokiaľ ide o replikáciu, sa stala nevyhnutnejšou, keď sa zväčšili veľkosti genómov protobiontov.

Na Princetonskej univerzite výskumník Freeman Dyson navrhuje, aby molekuly DNA mohli mať krátke štruktúry, čo by im pomohlo pri ich replikácii pomocou polymérov náhodných aminokyselín s katalytickými vlastnosťami.

K tejto skorej replikácii môže dôjsť vo vnútri protobiontov, v ktorých boli uložené vysoké množstvá organických monomérov.

Po objavení sa molekuly DNA by mohla RNA začať hrať svoje súčasné úlohy ako sprostredkovatelia translácie, čím by sa vytvoril „svet DNA“.

Referencie

1. Altstein, AD (2015). Progénna hypotéza: nukleoproteínový svet a ako začal život. Biology Direct, 10, 67.
2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biológia: Život na Zemi. Pearsonovo vzdelávanie.
3. Campbell, AN, a Reece, JB (2005). Biology. Editorial Médica Panamericana.
4. Gama, M. (2007). Biológia 1: Konštruktivistický prístup. Pearson Education.
5. Schrum, JP, Zhu, TF a Szostak, JW (2010). Počiatky bunkového života. Perspektívy Cold Spring Harbor v biológii, a002212.
6. Stano, P., & Mavelli, F. (2015). Protobunkové modely pôvodu života a syntetická biológia. Life, 5 (4), 1700 - 1702.