ПРОТОБИОАНТИ: ПОРЕКЛО И СВОЈСТВА - БИОЛОГИЈА - 2025

У протобионтс су биолошки комплекси према то неким хипотезама о поријеклу живота претходило ћелије. Према Опарин-у, то су молекуларни агрегати окружени полупропусном липидном мембраном или сличном структуром.

Ови биотички молекуларни агрегати били су у стању да представе једноставну репродукцију и метаболизам који су успели да одрже хемијски састав унутрашњости мембране различит од спољног окружења.

Извор: пикабаи.цом

Неки експерименти које су у лабораторији спровели различити истраживачи открили су да протобиоанти могу настати спонтано користећи органска једињења створена из абиотских молекула као градивних блокова.

Примери ових експеримената су формирање липосома, који су накупине ситних капљица окружене мембранама. Оне се могу формирати када се липиди додају у воду. Такође се дешава када се додају друге врсте органских молекула.

Може се догодити да су капљице липозомне формиране у рибњацима пребиотичких времена а ове насумично укључују неке полимере аминокиселина.

У случају да су полимери направили одређене органске молекуле пропусне за мембрану, било би могуће селективно уградити наведене молекуле.

Својства и карактеристике

Претпостављени протобионси би могли да се формирају из хидрофобних молекула који су организовани у облику двослоја (два слоја) на површини капи, подсећајући на липидне мембране присутне у савременим ћелијама.

Аутор: Мариана Руиз Вилларреал, ЛадиофХатс, са Викимедиа Цоммонс

Полуспропусне мембране

Пошто је структура селективно пропусна, липосом може да набубри или испуха у зависности од концентрације раствора у медијуму.

То јест, ако је липосом изложен хипотоничном медијуму (концентрација унутар ћелије је већа), вода улази у структуру, натече липосом. Супротно томе, ако је медијум хипертоничан (концентрација ћелије је нижа), вода се креће ка спољном медијуму.

Ово својство није својствено липосомима, већ се може применити и на стварне ћелије организма. На пример, ако су црвена крвна зрнца изложена хипотоничном окружењу, могу експлодирати.

Узбудљивост

Липосоми могу да складиште енергију у облику мембранског потенцијала, који је напон преко површине. Структура може да испразни напон на начин који подсећа на процес који се дешава у неуронским ћелијама нервног система.

Липосоми имају неколико карактеристика живих организама. Међутим, то није исто што и тврдити да су липосоми живи.

Порекло

Постоји широка разноликост хипотеза које настоје објаснити порекло и развој живота у пребиотичком окружењу. Најистакнутији постулати који говоре о пореклу протобионата биће описани у даљем тексту:

Опарин и Халдане хипотеза

Хипотезу о биохемијској еволуцији предложили су Александар Опарин 1924. и Јохн ДС Халдане 1928.

Овај постулат претпоставља да је пребиотичкој атмосфери недостајало кисеоника, али је снажно смањивало, са великим количинама водоника што је довело до стварања органских једињења захваљујући присуству извора енергије.

Према овој хипотези, док се земља хладила, пара из вулканских ерупција се кондензовала, таложивши се као обилне и сталне кише. Кад је вода пала, она је носила минералне соли и друга једињења, што је довело до чувене примарне супе или хранљивог бујона.

У овом хипотетичком окружењу могли би се формирати велики молекуларни комплекси звани пребиотичка једињења, који стварају све сложеније ћелијске системе. Опарин је ове структуре назвао протобионтима.

Како су се протобиоанти повећавали у сложености, они су стекли нове способности преношења генетских информација, а Опарин је овим напреднијим облицима дао име еубионс.

Миллер и Уреи експериментишу

1953. године, након поступака Опарина, истраживачи Станлеи Л. Миллер и Харолд Ц. Уреи су провели низ експеримената како би проверили стварање органских једињења полазећи од једноставних неорганских материјала.

Миллер и Уреи успели су да створе експериментални дизајн који је симулирао пребиотичко окружење са условима које је Опарин предложио у малом обиму, успевши да добије низ једињења попут аминокиселина, масних киселина, мравље киселине, урее, између осталог.

Генетски материјал протобионата

РНА свет

Према хипотезама тренутних молекуларних биолога, протобионти су носили РНА молекуле, уместо молекула ДНК, што им је омогућило да копирају и складиште информације.

Поред тога што има фундаменталну улогу у синтези протеина, РНА се такође може понашати као ензим и проводити реакције катализе. Због ове карактеристике, РНА је индициран кандидат за први генетски материјал у протобионтима.

Молекули РНА способни за катализу називају се рибозимима и могу да праве копије са комплементарним низовима кратких протеза РНА и посредују у процесу спајања, елиминишући секвенце.

Протобионт који је имао каталитички молекул РНА у себи разликовао се од својих хомолога којима недостаје овај молекул.

У случају да протобионт може да расте, дели и преноси РНК на своје потомство, на овај систем се могу применити Дарвинијски поступци природне селекције, а протобионти са молекулама РНА повећали би своју фреквенцију у популацији.

Иако изглед овог протобионта може бити мало вероватан, потребно је имати на уму да су милиони протобионата могли постојати у воденим водама ране земље.

Изглед ДНК

ДНК је много стабилнији дволанчани молекул у поређењу са молекулом РНА, који је крхак и непрецизно се понавља. Ово својство тачности у смислу репликације постало је све неопходније јер су се геноми протобионата повећавали.

На Универзитету Принцетон, истраживач Фрееман Дисон предлаже да би молекуле ДНК могле бити кратке структуре, потпомогнуте њиховој репликацији полимерима случајних аминокиселина са каталитичким својствима.

Ова рана репликација могла би се догодити унутар протобионата који су складиштили велике количине органских мономера.

Након појаве молекула ДНК, РНА би могла да почне да игра своје тренутне улоге као посреднике за превођење, стварајући тако „свет ДНК“.

Референце

1. Алтстеин, АД (2015). Прогене хипотеза: нуклеопротеин свет и како је живот почео. Биологи Дирецт, 10, 67.
2. Аудесирк, Т., Аудесирк, Г., & Биерс, БЕ (2003). Биологија: Живот на Земљи. Пеарсоново образовање.
3. Цампбелл, АН, и Рееце, ЈБ (2005). Биологија. Уредништво Медица Панамерицана.
4. Гама, М. (2007). Биологија 1: конструктивистички приступ. Пеарсон Едуцатион.
5. Сцхрум, ЈП, Зху, ТФ и Сзостак, ЈВ (2010). Порекло ћелијског живота. Перспективе Хладног Спринг Харбор-а у биологији, а002212.
6. Стано, П. и Мавелли, Ф. (2015). Модели протоцели у пореклу живота и синтетичка биологија. Живот, 5 (4), 1700–1702.