- Primitív feltételek
- Hol történt a prebiotikus evolúció?
- Mire van szükség a prebiotikus evolúcióhoz?
- katalizátorok
- Energia
- Melyik sejtkomponens származik először?
- Irodalom
A prebiotikus evolúció kifejezés olyan hipotetikus forgatókönyvek sorozatára utal, amelyek célja az élet eredetének magyarázata primitív körülmények között a környezetben levő nem élő anyagtól kezdve.
Azt sugallták, hogy a primitív légkör körülményei erősen csökkentek, ami elősegítette a szerves molekulák, például aminosavak és peptidek képződését, amelyek a fehérjék építőkövei; valamint purinok és pirimidinek, amelyek nukleinsavakat képeznek - DNS-t és RNS-t.
Forrás: pixabay.com
Primitív feltételek
Elképzelni, hogy az élet első formái hogyan alakultak ki a Földön, kihívást jelentő - sőt szinte lehetetlen - kérdés lehet, ha nem a megfelelő primitív környezetbe helyezzük magunkat.
Így az élet megértésének kulcsa a abiotikus molekulákból, amelyek a híres "primitív levesben" szuszpendálódnak, a távoli környezet légköre.
Noha a légkör kémiai összetételére vonatkozóan nincs teljes egyetértés, mivel azt nem lehet teljes mértékben megerősíteni, a hipotézisek a redukáló összetételektől (CH 4 + N 2, NH 3 + H 2 O vagy CO 2) terjednek ki. + H 2 + N 2) semlegesebb környezetekbe (csak CO 2 + N 2 + H 2 O-val).
Általánosan elfogadott tény, hogy a légkörben nem volt oxigén (ez az elem jelentősen megnövelte koncentrációját az élet megérkezésekor). Az aminosavak, purinek, pirimidinek és cukrok hatékony szintéziséhez redukáló környezet jelenléte szükséges.
Ha akkoriban a valós légkörben nem voltak ezek a prebiotikus kémiai körülmények, akkor a szerves vegyületeknek porrészecskékből vagy más űrtestekből, például meteoritokból kellett származniuk.
Hol történt a prebiotikus evolúció?
Számos hipotézis létezik a Föld fizikai térével kapcsolatban, amelyek lehetővé tették az első biomolekulák és replikátorok kifejlesztését.
Egy elmélet, amely jelentős szerepet játszik a biomolekulák kezdeti képződésekor az óceán hidrotermikus szellőzőnyílásain. Más szerzők azonban valószínűtlennek tartják, és diszkriminálják ezeket a régiókat mint prebiotikus szintézis fontos ágenseit.
Az elmélet azt sugallja, hogy a kémiai szintézis a víz áthaladásával történt, 350 ° C és 2 ° C közötti gradiens mellett.
Ezzel a hipotézissel az a probléma merül fel, hogy a szerves vegyületek magas hőmérsékleten (350 ° C) bomlanak szintetizálás helyett, ami kevésbé extrém környezetekre utal. Tehát a hipotézis elvesztette támogatását.
Mire van szükség a prebiotikus evolúcióhoz?
A prebiotikus evolúcióval kapcsolatos tanulmány elvégzéséhez olyan kérdésekre kell válaszolni, amelyek lehetővé teszik számunkra, hogy megértsük az élet kialakulását.
Fel kell kérdeznünk magunktól, hogy milyen típusú katalitikus folyamat támogatta az élet eredetét, és honnan vettük az első reakciókat támogató energiát. E kérdések megválaszolásával továbbléphetünk és megkérdezhetjük, hogy az első molekulák membránok, replikátorok vagy metabolitok voltak-e.
Most megválaszoljuk ezeket a kérdéseket, hogy megértsük az élet lehetséges lehetséges eredetét egy prebiotikus környezetben.
katalizátorok
Az élet, amint azt ma is tudjuk, egy sor "mérsékelt állapot" kialakulásához szükséges. Tudjuk, hogy a legtöbb szerves lény ott létezik, ahol a hőmérséklet, a páratartalom és a pH fiziológiásán elfogadható - kivéve az extrémofil organizmusokat, amelyek - amint a nevük sugallja - extrém környezetben élnek.
Az élő rendszerek egyik legfontosabb jellemzője a katalizátorok mindenütt jelenléte. Az élő lények kémiai reakcióit enzimek katalizálják: fehérje jellegű komplex molekulák, amelyek több nagyságrenddel növelik a reakció sebességét.
Az első élő lényeknek hasonló rendszerrel kell rendelkezniük, valószínűleg ribozimekkel. Az irodalomban egy nyitott kérdés van, vajon a prebiotikus evolúció katalizáció nélkül megtörtént-e.
A bizonyítékok szerint a katalizátor hiányában a biológiai evolúció nagyon valószínűtlen lenne - mivel a reakciókhoz monumentális időintervallumokat kellett volna végrehajtani. Ezért létezésüket az élet korai szakaszában feltételezik.
Energia
Az prebiotikus szintézis energiájának valahonnan kellett megjelennie. Javasoljuk, hogy bizonyos szervetlen molekulák, mint például a polifoszfátok és tioészterek, fontos szerepet játszhatnak a reakciók előállításában - a sejtek híres energia "valutájának", az ATP-nek a létezése előtt.
Energetikai szempontból a genetikai információt hordozó molekulák replikálása nagyon költséges esemény. Egy átlagos baktérium, például az E. coli esetében egyetlen replikációs eseményhez 1,7 * 10 10 ATP molekula szükséges.
Ennek a rendkívül magas számnak a létezésének köszönhetően az energiaforrás jelenléte megkérdőjelezhetetlen feltétel egy valószínűsíthető forgatókönyv létrehozásához, amelyből az élet származik.
Hasonlóképpen, a „redox” típusú reakciók megléte hozzájárulhatott az abiotikus szintézishez. Idővel ez a rendszer az elektrontermelés fontos elemeivé válhat a cellában az elektrontermeléshez kapcsolódóan.
Melyik sejtkomponens származik először?
A cellában három alapvető elem van: egy membrán, amely körülhatárolja a cellát és egy különálló egységgé alakítja; replikátorok, amelyek információkat tárolnak; és metabolikus reakciók, amelyek ezen a rendszeren belül fordulnak elő. E három komponens funkcionális integrációja cellát eredményez.
Ezért az evolúció fényében érdekes feltenni a kérdést, hogy melyik a három előbb.
A membránok szintézise egyszerűnek tűnik, mivel a lipidek spontán módon vezikuláris struktúrákat képeznek, amelyek képesek növekedni és megosztani. A vezikulum lehetővé teszi a replikátorok tárolását és megőrzi a metabolitok koncentrációját.
A vita most a replikáció vezetésével és az anyagcserével foglalkozik. Azok, akik nagyobb jelentőséget tulajdonítanak a replikációnak, azzal érvelnek, hogy a ribozimok (katalitikus erővel rendelkező RNS) képesek voltak replikálni magukat, és a mutációk megjelenésének köszönhetően új metabolikus rendszer alakulhat ki.
Az ellenkező álláspont hangsúlyozza az egyszerű molekulák - például a trikarbonsav ciklusban jelen lévő szerves savak - előállításának fontosságát az égéshez közepes hőforrások mellett. Ebből a szempontból a prebiotikus evolúció első lépései bevonják ezeket a metabolitokat.
Irodalom
- Anderson, PW (1983). A prebiotikus evolúció javasolt modellje: A káosz használata. A Nemzeti Tudományos Akadémia folyóiratai, 80 (11), 3386-3390.
- Hogeweg, P. és Takeuchi, N. (2003). Többszintű válogatás az prebiotikus evolúció modelleiben: rekeszek és térbeli önszervezés. Az élet eredete és a bioszféra evolúciója, 33 (4-5), 375-403.
- Lazcano, A. és Miller, SL (1996). Az élet eredete és korai fejlődése: prebiotikus kémia, az RNS előtti világ és az idő. Cell, 85 (6), 793-798.
- McKenney, K. és Alfonzo, J. (2016). A prebiotikumoktól a probiotikumokig: a tRNS módosításának alakulása és funkciói. Life, 6 (1), 13.
- Silvestre, DA, és Fontanari, JF (2008). Csomagmodellek és az prebiotikus evolúció információs válsága. Journal of theory of biology, 252 (2), 326-337.
- Wong, JTF (2009). Prebiotikus evolúció és asztrobiológia. CRC Press.