Προγονική προέλευση και ιδιότητες

Το πρωτόβιονες είναι βιολογικά σύμπλοκα που σύμφωνα με ορισμένες υποθέσεις που σχετίζονται με την προέλευση της ζωής, προηγήθηκαν των κυττάρων. Σύμφωνα με την Oparín, αυτά είναι μοριακά συσσωματώματα που περιβάλλουν μια ημιπερατή λιπιδική μεμβράνη ή μια δομή παρόμοια με αυτή..

Αυτά τα βιοτικά μοριακά συσσωματώματα θα μπορούσαν να παρουσιάσουν μια απλή αναπαραγωγή και ένα μεταβολισμό που κατάφεραν να διατηρήσουν τη χημική σύνθεση του εσωτερικού της μεμβράνης διαφορετική από το εξωτερικό περιβάλλον.

Μερικά πειράματα που πραγματοποιήθηκαν στο εργαστήριο από διάφορους ερευνητές έχουν αποκαλύψει ότι τα πρωτοβιονικά θα μπορούσαν να σχηματίσουν αυθόρμητα οργανικές ενώσεις που δημιουργούνται από αβιοτικά μόρια ως δομικά στοιχεία..

Παραδείγματα αυτών των πειραμάτων είναι ο σχηματισμός λιποσωμάτων, τα οποία είναι συσσωματώματα μικρών σταγονιδίων που περιβάλλουν μεμβράνες. Αυτά μπορεί να σχηματιστούν όταν τα λιπίδια προστίθενται στο νερό. Παρουσιάζεται επίσης όταν προστίθενται άλλοι τύποι οργανικών μορίων.

Μπορεί να συμβεί ότι σταγονίδια που μοιάζουν με λιποσώματα σχηματίζονται σε λίμνες πρεβιοτικών χρόνων και αυτά τυχαία ενσωματώνονται μερικά πολυμερή αμινοξέων.

Σε περίπτωση που τα πολυμερή καθιστούν ορισμένα οργανικά μόρια διαπερατά στη μεμβράνη, θα ήταν δυνατόν να ενσωματωθούν τα εν λόγω μόρια επιλεκτικά.

Ευρετήριο

• 1 Ιδιότητες και χαρακτηριστικά
  • 1.1 Ημιδιαπερατές μεμβράνες
  • 1.2 Ευελιξία
• 2 Προέλευση
  • 2.1 Η υπόθεση Oparin και Haldane
  • 2.2 Πείραμα Miller και Urey
• 3 Γενετικό υλικό πρωτοβιονικών
  • 3.1 Κόσμος του RNA
  • 3.2 Εμφάνιση DNA
• 4 Αναφορές

Ιδιότητες και χαρακτηριστικά

Protobionts παραδοχές σχηματίστηκαν από υδρόφοβα μόρια οργανώνονται σε διπλοστοιβάδα (δύο στρώματα) επί της επιφανείας μίας σταγόνας, υπενθυμίζοντας στις μεμβράνες λιπιδίων που υπάρχουν στο τρέχον κελί.

Ημιδιαπερατές μεμβράνες

Καθώς η δομή είναι επιλεκτικά διαπερατή, το λιπόσωμα μπορεί να διογκωθεί ή να ξεφουσκώσει ανάλογα με τη συγκέντρωση διαλελυμένων ουσιών στο μέσο.

Δηλαδή, εάν το λιπόσωμα εκτίθεται σε υποτονικό μέσο (η συγκέντρωση στο εσωτερικό του κυττάρου είναι μεγαλύτερη), το νερό εισέρχεται στη δομή, διογκώνοντας το λιπόσωμα. Σε αντίθεση, εάν το μέσο είναι υπερτονικό (η συγκέντρωση του κυττάρου είναι χαμηλότερη), το νερό μετακινείται στο εξωτερικό περιβάλλον.

Αυτή η ιδιότητα δεν είναι μοναδική για τα λιποσώματα, μπορεί επίσης να εφαρμοστεί στα σημερινά κύτταρα ενός οργανισμού. Για παράδειγμα, αν τα ερυθρά αιμοσφαίρια εκτίθενται σε υποτονικό μέσο μπορούν να εκραγούν.

Ευελιξία

Τα λιποσώματα μπορούν να αποθηκεύουν ενέργεια με τη μορφή δυναμικού μεμβράνης, η οποία αποτελείται από μια τάση στην επιφάνεια. Η δομή μπορεί να εκφορτίσει την τάση κατά τρόπο που θυμίζει τη διαδικασία που συμβαίνει στα νευρωνικά κύτταρα του νευρικού συστήματος. 

Τα λιποσώματα έχουν διάφορα χαρακτηριστικά ζώντων οργανισμών. Ωστόσο, δεν είναι το ίδιο με το να λέμε ότι τα λιποσώματα είναι ζωντανά.

Προέλευση

Υπάρχει μια μεγάλη ποικιλία υποθέσεων που προσπαθούν να εξηγήσουν την προέλευση και την εξέλιξη της ζωής σε ένα πρεβιοτικό περιβάλλον. Παρακάτω θα περιγράψουμε τα πιο εκκρεμή αξιώματα που συζητούν την προέλευση των πρωτοβιονικών:

Υπόθεση του Oparin και του Haldane

Η υπόθεση για τη βιοχημική εξέλιξη προτάθηκε από τον Alexander Oparin το 1924 και από τον John D. S. Haldane το 1928.

Αυτό το αξίωμα προϋποθέτει ότι η προβιοτική ατμόσφαιρα δεν είχε οξυγόνο, αλλά μειωνόταν έντονα, με μεγάλες ποσότητες υδρογόνου που οδήγησαν στο σχηματισμό οργανικών ενώσεων χάρη στην παρουσία ενεργειακών πηγών.

Σύμφωνα με αυτή την υπόθεση, καθώς η ψύξη της γης συνέβη, ο ατμός των ηφαιστειακών εκρήξεων συμπυκνώθηκε, καταβυθίζοντας ως ισχυρές και σταθερές βροχές. Όταν το νερό έπεσε, έσυρε μεταλλικά άλατα και άλλες ενώσεις, δημιουργώντας τη διάσημη αρχέγονη σούπα ή θρεπτικό ζωμό.

Σε αυτό το υποθετικό περιβάλλον, μπορούν να σχηματιστούν μεγάλα μοριακά σύμπλοκα που ονομάζονται πρεβιοτικές ενώσεις, τα οποία προέρχονται από ολοένα και πιο σύνθετα κυτταρικά συστήματα. Η οπαρίνη αποκαλούσε αυτές τις δομές πρωτοβιονίτες.

Καθώς τα πρωτοβιονικά αύξησαν την πολυπλοκότητά τους, απέκτησαν νέες δυνατότητες για τη μετάδοση γενετικών πληροφοριών και η Οπαρίν έδωσε το όνομα των eubiontes σε αυτές τις πιο προηγμένες μορφές..

Το πείραμα του Miller και του Urey

Το 1953, μετά από αξιώματα Oparin του, οι ερευνητές Stanley L. Miller και Harold C. Urey αναπτύξει μια σειρά πειραμάτων για να ελεγχθεί ο σχηματισμός των οργανικών ενώσεων από απλά ανόργανα υλικά.

Miller and Urey Διαχείριση δημιουργήσει μία πειραματική σχεδίαση η οποία προσομοιωμένα περιβάλλοντα πρεβιοτικά τις προϋποθέσεις που προτείνει Oparin μικρής κλίμακας, τη λήψη μιας σειράς ενώσεων όπως αμινοξέα, λιπαρά οξέα, μυρμηκικό οξύ, ουρία, κ.λπ..

Γενετικό υλικό των πρωτοβιοτικών

RNA κόσμο

Σύμφωνα με την υπόθεση των σημερινών μοριακών βιολόγων, τα πρωτοβιονικά έφεραν μόρια RNA, αντί για μόρια ϋΝΑ, τα οποία τους επέτρεπαν να αναπαράγουν και να αποθηκεύουν πληροφορίες.

Εκτός του ότι έχει θεμελιώδη ρόλο στην πρωτεϊνική σύνθεση, το RNA μπορεί επίσης να συμπεριφέρεται σαν ένα ένζυμο και να διεξάγει αντιδράσεις κατάλυσης. Λόγω αυτού του χαρακτηριστικού, το RNA είναι ένας ενδεικνυόμενος υποψήφιος να είναι το πρώτο γενετικό υλικό στα πρωτοβιονικά.

Τα μόρια RNA που είναι ικανά να πραγματοποιήσουν την κατάλυση καλούνται ριβοένζυμα και μπορούν να δημιουργήσουν αντίγραφα με συμπληρωματικές αλληλουχίες βραχέων τμημάτων RNA και να μεσολαβήσουν στη διαδικασία μάτισμα, εξαλείφοντας τμήματα της ακολουθίας.

Ένα protobiont που είχε ένα καταλυτικό μόριο RNA μέσα σε αυτό διέφερε από τα αντίστοιχά του που δεν είχαν αυτό το μόριο.

Εάν η protobiont θα μπορούσε να αυξηθεί, να διαιρεί και μεταδίδουν την RNA στους απογόνους τους, επεξεργάζεται Δαρβινική φυσική επιλογή μπορεί να εφαρμοστεί σε αυτό το σύστημα, και protobionts με μόρια RNA αυξήσουν τη συχνότητά τους στον πληθυσμό.

Παρόλο που η εμφάνιση αυτού του πρωτόβιου μπορεί να είναι πολύ απίθανη, είναι απαραίτητο να θυμηθούμε ότι θα μπορούσαν να υπήρχαν εκατομμύρια πρωτοβιονίτες στα σώματα του νερού της πρωτόγονης γης.

Εμφάνιση του DNA

Το DNA είναι ένα πολύ πιο σταθερό δίκλωνο μόριο, σε σύγκριση με το μόριο RNA, το οποίο είναι εύθραυστο και αναπαράγεται ανακριβώς. Αυτή η ιδιότητα της ακρίβειας όσον αφορά τον αναδιπλασιασμό έγινε περισσότερο αναγκαία καθώς τα γονιδιώματα των πρωτοβιοντών αυξήθηκαν σε μέγεθος.

Στην Πανεπιστήμιο του Princeton, ο ερευνητής Freeman Dyson προτείνει ότι τα μόρια του DNA θα μπορούσε να ήταν σύντομη δομές, βοήθησε στην αντιγραφή τους από πολυμερή τυχαίων αμινοξέων με καταλυτικές ιδιότητες.

Αυτός ο πρώιμος αναδιπλασιασμός θα μπορούσε να συμβεί μέσα σε πρωτοβιονικά που είχαν αποθηκεύσει μεγάλες ποσότητες οργανικών μονομερών.

Μετά την εμφάνιση του μορίου DNA, το RNA θα μπορούσε να αρχίσει να διαδραματίζει τους τρέχοντες ρόλους του ως μεσάζοντες της μετάφρασης, δημιουργώντας έτσι τον "κόσμο του DNA".

Αναφορές

1. Altstein, Α. D. (2015). Η υπόθεση του προγόνου: ο κόσμος των νουκλεοπρωτεϊνών και ο τρόπος με τον οποίο άρχισε η ζωή. Biology Direct, 10, 67.
2. Audesirk, Τ., Audesirk, G., & Byers, Β. Ε (2003). Βιολογία: Η ζωή στη Γη. Εκπαίδευση Pearson.
3. Campbell, Α. Ν. & Reece, J. Β. (2005). Βιολογία. Συντάκτης Panamericana Medical.
4. Gama, Μ. (2007). Βιολογία 1: Μια κονστρουκτιβιστική προσέγγιση. Εκπαίδευση Pearson.
5. Schrum, J.P., Zhu, Τ. F., & Szostak, J.W. (2010). Η προέλευση της κυτταρικής ζωής. Cold Spring Harbor προοπτικές στη βιολογία, a002212.
6. Stano, Ρ., & Mavelli, F. (2015). Μοντέλα πρωτοκυττάρων στην προέλευση της ζωής και τη συνθετική βιολογία. Η ζωή, 5(4), 1700-1702.