ПРЕБИОТСКА ЕВОЛУЦИЈА: ГДЕ СЕ ДЕСИЛО И ШТА ЈЕ НЕОПХОДНО - БИОЛОГИЈА - 2025

Израз пребиотичка еволуција односи се на низ хипотетичких сценарија који настоје објаснити порекло живота почевши од неживе материје у окружењу у примитивним условима.

Претпоставља се да су се услови примитивне атмосфере снажно смањивали, што је погодовало стварању органских молекула, попут аминокиселина и пептида, који су грађевни блокови протеина; и пурини и пиримидини који чине нуклеинске киселине - ДНК и РНК.

Извор: пикабаи.цом

Примитивни услови

Замишљање како су се на Земљи појавили први облици живота може бити изазовно - па чак и готово немогуће - питање не постављамо ли се у право примитивно окружење.

Дакле, кључ за разумевање живота из абиотских молекула суспендованих у чувеној "примитивној супи" је атмосфера у том удаљеном окружењу.

Иако не постоји потпуна сагласност у погледу хемијског састава атмосфере, јер нема начина да га у потпуности потврдили су хипотезе крећу од смањења композиције (ЦХ ₄ + Н ₂ , НХ ₃ + Х ₂ О или ЦО ₂ + Х ₂ + Н ₂ ) до више неутралних окружења (са само ЦО ₂ + Н ₂ + Х ₂ О).

Опште је прихваћено да атмосфери недостаје кисеоника (овај елемент је значајно повећао концентрацију доласком живота). За ефикасну синтезу аминокиселина, пурина, пиримидина и шећера неопходно је присуство редукционе средине.

У случају да стварна атмосфера у то време није имала ове пребиотичке хемијске услове, органска једињења су морала да потичу од честица прашине или других свемирских тела, попут метеорита.

Где се догодила пребиотска еволуција?

Постоји неколико хипотеза у вези са физичким простором на Земљи које су омогућиле развој првих биомолекула и репликатора.

Теорија која је добила значајну последицу у почетном формирању биомолекула у хидротермалним отворима у океану. Међутим, други аутори сматрају да је мало вероватно и дискредитују ове регије као важне агенсе у синтези пребиотика.

Теорија предлаже да се хемијска синтеза догодила током проласка воде унутар временског градијента од 350 ° Ц до 2 ° Ц.

Проблем са овом хипотезом настаје зато што се органска једињења разграђују на високим температурама (350 ° Ц) уместо да се синтетишу, што сугерише мање екстремно окружење. Тако је хипотеза изгубила подршку.

Шта је потребно за еволуцију пребиотика?

За спровођење студије која се односи на пребиотску еволуцију, потребно је одговорити на низ питања која нам омогућавају да разумемо настанак живота.

Морамо се запитати која врста каталитичког процеса погодује настанку живота и одакле долази енергија која је погодовала првим реакцијама. Одговарајући на ова питања можемо ићи даље и питати да ли су први молекули који су се појавили били мембране, репликатори или метаболити.

Сада ћемо одговорити на свако од ових питања како бисмо стекли разумевање могућег порекла живота у пребиотичком окружењу.

Катализатори

Живот, какав данас знамо, захтева низ „умерених услова“ да би се развио. Знамо да већина органских бића постоји тамо где су температура, влага и пХ физиолошки прихватљиви - са изузетком екстремофилних организама, који, како им име говори, живе у екстремним окружењима.

Једна од најважнијих карактеристика живих система је свеприсутност катализатора. Хемијске реакције живих бића катализују ензими: сложени молекули протеинске природе који повећавају брзину реакција за неколико реда величине.

Мора да су прва жива бића имала сличан систем, вероватно рибозими. У литератури је отворено питање може ли пребиотичка еволуција наступити без катализе.

Према доказима, у недостатку катализатора биолошка еволуција била би мало вероватна - јер би реакције узеле монументалне временске интервале да се појаве. Стога се њихово постојање постулира у раним животним фазама.

Енергија

Енергија за пребиотску синтезу морала је да се појави негде. Предлаже се да одређени аноргански молекули, попут полифосфата и тиоестера, могу имати важну улогу у производњи енергије за реакције - у временима пре постојања познате енергетске „валуте“ ћелија: АТП.

Енергетски гледано, репликација молекула који носе генетску информацију је веома скуп случај. За просечну бактерију, као што је Е. цоли, за један случај репликације неопходно је 1,7 к 10 ¹⁰ АТП молекула.

Захваљујући постојању ове изузетно високе бројке, присуство извора енергије је неупитни услов за стварање вероватног сценарија у којем је живот настао.

Исто тако, постојање реакција „редок“ типа могло је допринети абиотској синтези. Временом, овај систем би могао постати важан елемент транспорта електрона у ћелији, повезан са производњом енергије.

Која је ћелијска компонента прво настала?

У ћелији постоје три основне компоненте: мембрана, која ограничава ћелијски простор и претвара га у дискретну јединицу; репликатори, који чувају информације; и метаболичке реакције које се одвијају у овом систему. Функционална интеграција ове три компоненте ствара ћелију.

Стога је у светлу еволуције интересантно поставити питање који од три је прво настао.

Чини се да је синтеза мембрана једноставна, јер липиди спонтано формирају везикуле са способношћу раста и дељења. Везикула омогућава складиштење репликатора и држи концентрисане метаболите.

Сада се дебата фокусира на вођство репликације у односу на метаболизам. Они који репликацији дају већу тежину, тврде да су рибозими (РНА с каталитичком снагом) били у стању да се реплицирају, а захваљујући појави мутација могао би се појавити нови метаболички систем.

Супротно гледиште наглашава важност стварања једноставних молекула - попут органских киселина присутних у циклусу трикарбоксилне киселине - за сагоревање под умереним изворима топлоте. Из ове перспективе, први кораци пребиотске еволуције укључивали су ове метаболите.

Референце

1. Андерсон, ПВ (1983). Предложени модел за пребиотичку еволуцију: Употреба хаоса. Зборник радова Националне академије наука, 80 (11), 3386-3390.
2. Хогевег, П., & Такеуцхи, Н. (2003). Одабир на више нивоа у моделима пребиотске еволуције: одељци и просторна самоорганизација. Порекло живота и еволуција биосфере, 33 (4-5), 375-403.
3. Лазцано, А., и Миллер, СЛ (1996). Порекло и рана еволуција живота: пребиотска хемија, пре-РНА свет и време. Ћелија, 85 (6), 793-798.
4. МцКеннеи, К. и Алфонзо, Ј. (2016). Од пребиотика до пробиотика: еволуција и функције модификација тРНА. Живот, 6 (1), 13.
5. Силвестре, ДА и Фонтанари, ЈФ (2008). Модели пакета и информациона криза пребиотичке еволуције. Часопис за теоријску биологију, 252 (2), 326-337.
6. Вонг, ЈТФ (2009). Пребиотска еволуција и астробиологија. ЦРЦ Пресс.