PREBIOTIC EVOLUTION: VAR DET HÄNDE OCH VAD SOM ÄR NÖDVÄNDIGT - BIOLOGI - 2025

Termen prebiotisk utveckling hänvisar till den serie hypotetiska scenarier som försöker förklara livets ursprung med utgångspunkt från icke-levande material i en miljö under primitiva förhållanden.

Det har föreslagits att förhållandena i den primitiva atmosfären kraftigt minskade, vilket gynnade bildandet av organiska molekyler, såsom aminosyror och peptider, som är byggstenarna för proteiner; och puriner och pyrimidiner, som utgör nukleinsyror - DNA och RNA.

Källa: pixabay.com

Primitiva förhållanden

Att föreställa sig hur de första livsformerna som uppstod på jorden kan vara en utmanande - och till och med nästan omöjlig - fråga om vi inte placerar oss i rätt primitiv miljö.

Således är nyckeln till att förstå livet från abiotiska molekyler upphängda i den berömda "primitiva soppan" atmosfären i den avlägsna miljön.

Men det finns ingen total avtal avseende den kemiska sammansättningen av atmosfären, eftersom det finns inget sätt att bekräfta den helt, hypotes varierar från reducerande kompositioner (CH ₄ + N ₂ , NH ₃ + H ₂ O eller CO ₂ + H ₂ + N ₂ ) till mer neutrala miljöer (med endast CO ₂ + N ₂ + H ₂ O).

Det är allmänt accepterat att atmosfären saknade syre (detta element ökade sin koncentration betydligt med livets ankomst). För effektiv syntes av aminosyror, puriner, pyrimidiner och sockerarter är närvaron av en reducerande miljö nödvändig.

Om den faktiska atmosfären vid den tiden inte hade dessa prebiotiska kemiska förhållanden, måste de organiska föreningarna komma från dammpartiklar eller andra rymdkroppar som meteoriter.

Var inträffade prebiotisk utveckling?

Det finns flera hypoteser i relation till det fysiska utrymmet på jorden som möjliggjorde utvecklingen av de första biomolekylerna och replikatorerna.

En teori som har fått ett betydande resultat i den första bildningen av biomolekyler i hydrotermiska ventiler i havet. Men andra författare tycker det är osannolikt och diskrediterar dessa regioner som viktiga medel vid prebiotisk syntes.

Teorin föreslår att kemisk syntes inträffade genom vattenpassage i en termgradient från 350 ° C till 2 ° C.

Problemet med denna hypotes uppstår eftersom organiska föreningar sönderdelas vid höga temperaturer (350 ° C) istället för att syntetiseras, vilket antyder mindre extrema miljöer. Så hypotesen har tappat stöd.

Vad behövs för prebiotisk utveckling?

För att genomföra en studie relaterad till prebiotisk utveckling är det nödvändigt att svara på en serie frågor som gör att vi kan förstå uppkomsten av livet.

Vi måste fråga oss själva vilken typ av katalytisk process som gynnade livets ursprung och var den energi som gynnade de första reaktionerna togs från. När vi besvarar dessa frågor kan vi gå vidare och fråga om de första molekylerna som dykte upp var membran, replikatorer eller metaboliter.

Vi kommer nu att besvara var och en av dessa frågor för att få en förståelse för ett möjligt livets ursprung i en prebiotisk miljö.

katalysatorer

Livet, som vi känner det idag, kräver en serie "måttliga förhållanden" för att utvecklas. Vi vet att de flesta organiska varelser existerar där temperatur, luftfuktighet och pH är fysiologiskt acceptabla - med undantag för extremofila organismer, som, som deras namn antyder, lever i extrema miljöer.

En av de mest relevanta egenskaperna hos levande system är katalysatorernas allestädes närhet. De kemiska reaktionerna från levande varelser katalyseras av enzymer: komplexa molekyler av proteinkaraktär som ökar reaktionshastigheten med flera storleksordningar.

De första levande varelserna måste ha haft ett liknande system, troligen ribozym. I litteraturen finns det en öppen fråga om prebiotisk utveckling kunde ha skett utan katalys.

Enligt bevisen skulle biologisk utveckling i frånvaro av en katalysator vara mycket osannolik - eftersom reaktionerna skulle ha tagit monumentala tidsintervall. Därför postuleras deras existens under livets tidiga stadier.

Energi

Energin för den prebiotiska syntesen måste visas någonstans. Det föreslås att vissa oorganiska molekyler, såsom polyfosfater och tioestrar, kan ha spelat en viktig roll i produktionen av energi för reaktioner - i tider före förekomsten av den berömda energivalutaen för celler: ATP.

Energiskt är replikationen av molekylerna som bär den genetiska informationen en mycket kostsam händelse. För en genomsnittlig bakterie, såsom E. coli, kräver en enda replikationshändelse 1,7 * 10 ¹⁰ ATP-molekyler.

Tack vare existensen av denna utomordentligt höga siffra är närvaron av en energikälla ett obestridligt villkor för att skapa ett troligt scenario där livet har sitt ursprung.

På samma sätt kan förekomsten av "redox" -reaktioner typ ha bidragit till abiotisk syntes. Med tiden kan detta system bli viktiga element i transporten av elektroner i cellen, kopplad till energiproduktionen.

Vilka av de cellulära komponenterna kom först?

Det finns tre grundläggande komponenter i en cell: ett membran, som avgränsar cellutrymmet och förvandlar det till en diskret enhet; replikatorer, som lagrar information; och metaboliska reaktioner, som förekommer inom detta system. Den funktionella integrationen av dessa tre komponenter ger upphov till en cell.

Därför är det mot bakgrund av evolutionen intressant att ställa frågan om vilken av de tre som först uppstod.

Syntesen av membran verkar vara enkel eftersom lipider spontant bildar vesikulära strukturer med förmågan att växa och dela sig. Vesikeln möjliggör lagring av replikatorer och håller metaboliterna koncentrerade.

Nu fokuserar debatten på ledarskapet för replikering kontra metabolism. De som lägger större vikt på replikering hävdar att ribozym (RNA med katalytisk kraft) kunde replikera sig själva, och tack vare uppkomsten av mutationer kunde ett nytt metaboliskt system uppstå.

Den motsatta uppfattningen belyser vikten av att alstra enkla molekyler - till exempel de organiska syrorna som finns i trikarboxylsyracykeln - för förbränning under måttliga värmekällor. Ur detta perspektiv involverade de första stegen i prebiotisk utveckling dessa metaboliter.

referenser

1. Anderson, PW (1983). En föreslagen modell för prebiotisk utveckling: Användningen av kaos. Proceedings of the National Academy of Sciences, 80 (11), 3386-3390.
2. Hogeweg, P., & Takeuchi, N. (2003). Urval i flera nivåer i modeller för prebiotisk utveckling: fack och rumslig självorganisation. Origins of Life and Evolution of the Biosphere, 33 (4-5), 375-403.
3. Lazcano, A., & Miller, SL (1996). Livets ursprung och tidiga utveckling: prebiotisk kemi, världen före RNA och tid. Cell, 85 (6), 793-798.
4. McKenney, K., & Alfonzo, J. (2016). Från prebiotika till probiotika: utvecklingen och funktionerna av tRNA-modifieringar. Life, 6 (1), 13.
5. Silvestre, DA, & Fontanari, JF (2008). Paketmodeller och informationskrisen för prebiotisk utveckling. Journal of theoretical biology, 252 (2), 326-337.
6. Wong, JTF (2009). Prebiotisk evolution och astrobiologi. CRC Press.