PROTOBIONTS: URSPRUNG OCH EGENSKAPER - BIOLOGI - 2025

De protobionts är biologiska komplex enligt till vissa hypoteser om livets uppkomst, före cellerna. Enligt Oparín är dessa molekylära aggregat omgiven av ett semipermeabelt lipidmembran eller en struktur som liknar det.

Dessa biotiska molekylaggregat kan presentera en enkel reproduktion och en ämnesomsättning som lyckades upprätthålla den kemiska sammansättningen av det inre av membranet från sin yttre miljö.

Källa: pixabay.com

Vissa experiment som utförts i laboratoriet av olika forskare har avslöjat att protobionter spontant kan bildas med hjälp av organiska föreningar som skapats av abiotiska molekyler som byggstenar.

Exempel på dessa experiment är bildandet av liposomer, som är aggregeringar av små droppar omgiven av membran. Dessa kan bildas när lipider tillsätts till vatten. Det händer också när andra typer av organiska molekyler tillsätts.

Det kan hända att liposomliknande droppar bildades i dammar från prebiotiska tider och dessa slumpmässigt införlivade några aminosyrapolymerer.

I händelse av att polymererna gjorde vissa organiska molekyler permeabla för membranet, skulle det vara möjligt att selektivt införliva nämnda molekyler.

Egenskaper och egenskaper

De förmodade protobionterna kunde bildas av hydrofoba molekyler som var organiserade i form av ett tvåskikt (två lager) på ytan av en droppe, vilket påminner om lipidmembranen som finns i dagens celler.

Av Mariana Ruiz Villarreal, LadyofHats, från Wikimedia Commons

Halvgenomträngliga membran

Eftersom strukturen är selektivt permeabel kan liposomen svälla eller tömmas ut beroende på koncentrationen av lösta ämnen i mediet.

Det vill säga, om liposomen utsätts för en hypotonisk miljö (koncentrationen inuti cellen är högre) kommer vatten in i strukturen och sväller liposomen. Däremot, om mediet är hyperton (koncentrationen av cellen är lägre), rör sig vattnet mot det yttre mediet.

Den här egenskapen är inte unik för liposomer, den kan också appliceras på de faktiska cellerna i en organisme. Om röda blodkroppar till exempel utsätts för en hypotonisk miljö kan de explodera.

upphetsning

Liposomer kan lagra energi i form av en membranpotential, som är en spänning över ytan. Strukturen kan avge spänning på ett sätt som påminner om processen som sker i nervceller i nervsystemet.

Liposomer har flera egenskaper hos levande organismer. Det är dock inte detsamma som att hävda att liposomer lever.

Ursprung

Det finns en stor mångfald av hypoteser som försöker förklara livets ursprung och utveckling i en prebiotisk miljö. De mest framstående postulaten som diskuterar protobionts ursprung kommer att beskrivas nedan:

Oparin och Haldane hypotes

Hypotesen om biokemisk utveckling föreslogs av Alexander Oparin 1924 och av John DS Haldane 1928.

Detta postulat antar att den prebiotiska atmosfären saknade syre men minskade starkt med stora mängder väte som ledde till bildandet av organiska föreningar tack vare närvaron av energikällor.

Enligt denna hypotes, kondenserade ånga från vulkanutbrott när jorden kyldes, och den föll ut som kraftigt och konstant regn. När vattnet föll bar det mineralsalter och andra föreningar, vilket gav upphov till den berömda primalsoppan eller näringsbuljongen.

I denna hypotetiska miljö kan stora molekylkomplex som kallas prebiotiska föreningar bildas, vilket ger upphov till alltmer komplexa cellulära system. Oparin kallade dessa strukturer protobionter.

När protobionterna ökade i komplexitet fick de nya förmågor att överföra genetisk information, och Oparin gav namnet eubionts till dessa mer avancerade former.

Miller och Urey experimenterar

1953, efter Oparin-postulaten, genomförde forskarna Stanley L. Miller och Harold C. Urey en serie experiment för att verifiera bildandet av organiska föreningar med utgångspunkt från enkla oorganiska material.

Miller och Urey lyckades skapa en experimentell design som simulerade prebiotiska miljöer med de villkor som Oparin föreslog i liten skala och lyckades få en serie föreningar som aminosyror, fettsyror, myrsyra, urea, bland andra.

Genetiskt material av protobionter

RNA värld

Enligt hypoteserna från nuvarande molekylärbiologer bar protobionter RNA-molekyler istället för DNA-molekyler, vilket gjorde att de kunde replikera och lagra information.

Förutom att ha en grundläggande roll i proteinsyntesen kan RNA också uppträda som ett enzym och utföra katalysereaktioner. På grund av detta kännetecken är RNA en indikerad kandidat som det första genetiska materialet i protobionter.

RNA-molekyler som kan katalysera kallas ribozymer och kan göra kopior med komplementära sekvenser av korta sträckor av RNA och förmedla skarvningsprocessen, vilket eliminerar sträckor av sekvensen.

En protobiont som hade en katalytisk RNA-molekyl inuti den varierade från dess homologer som saknade denna molekyl.

Om protobionten skulle kunna växa, dela och överföra RNA till dess avkommor, kan processerna med Darwinian naturliga selektion tillämpas på detta system, och protobionterna med RNA-molekyler skulle öka deras frekvens i populationen.

Även om utseendet på denna protobiont kan vara mycket osannolikt, är det nödvändigt att komma ihåg att miljontals protobionter kan ha funnits i kropparna i den tidiga jorden.

Utseende av DNA

DNA är en mycket mer stabil dubbelsträngad molekyl jämfört med RNA-molekylen, som är ömtålig och replikerar på ett obestämt sätt. Denna egenskap av noggrannhet när det gäller replikering blev mer nödvändig när genomen hos protobionterna ökade i storlek.

Vid Princeton University föreslår forskaren Freeman Dyson att DNA-molekyler kunde ha varit korta strukturer, hjälpt till att replikera dem av polymerer av slumpmässiga aminosyror med katalytiska egenskaper.

Denna tidiga replikering kan inträffa i protobionter som hade lagrat stora mängder organiska monomerer.

Efter uppkomsten av DNA-molekylen kunde RNA börja spela sina nuvarande roller som mellanhänder för översättning, och därmed skapa "DNA-världen".

referenser

1. Altstein, AD (2015). Progenhypotesen: nukleoproteinvärlden och hur livet började. Biology Direct, 10, 67.
2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biologi: Life on Earth. Pearson utbildning.
3. Campbell, AN, & Reece, JB (2005). Biologi. Redaktör Médica Panamericana.
4. Gama, M. (2007). Biologi 1: en konstruktivistisk metod. Pearson Education.
5. Schrum, JP, Zhu, TF, & Szostak, JW (2010). Ursprunget till cellliv. Cold Spring Harbor-perspektiv i biologi, a002212.
6. Stano, P., & Mavelli, F. (2015). Protoceller modeller i livets ursprung och syntetisk biologi. Life, 5 (4), 1700–1702.