PROTOBIONTOK: EREDETE ÉS TULAJDONSÁGAI - BIOLÓGIA - 2026

A protobiontumok biológiai komplexek, az élet eredetére vonatkozó hipotézisek szerint, amelyek megelőzték a sejteket. Oparín szerint ezek molekuláris aggregátumok, amelyeket féligáteresztő lipid membrán vesz körül, vagy ehhez hasonló szerkezetű.

Ezek a biotikus molekuláris aggregátumok képesek voltak egy egyszerű reprodukcióra és anyagcserére, amely képes megőrizni a membrán belsejében a külső környezetétől eltérő kémiai összetételt.

Forrás: pixabay.com

Néhány, a kutatók által a laboratóriumban elvégzett néhány kísérlet rámutatott, hogy a protobionták spontán módon képezhetik az abiotikus molekulákból létrehozott szerves vegyületek építőelemeit.

Ezekre a kísérletekre példa a liposzómák képződése, amelyek a membránokkal körülvett kis cseppek aggregációi. Ezek akkor alakulhatnak ki, ha lipideket adnak a vízhez. Ez akkor is előfordul, ha más típusú szerves molekulákat adunk hozzá.

Előfordulhat, hogy liposzóma-szerű cseppek képződtek prebiotikus időkben lévő tavakban, és ezekbe véletlenszerűen beépítették az aminosavak polimerjeit.

Abban az esetben, ha a polimerek bizonyos szerves molekulákat a membrán számára átjárhatósá tesznek, szelektíven be lehet építeni ezeket a molekulákat.

Tulajdonságok és jellemzők

A feltételezett protobiontumok hidrofób molekulákból képezhetők, amelyek kétrétegű (két rétegű) formában vannak elrendezve egy csepp felületén, emlékeztetve a mai sejtekben található lipid membránokat.

Írta: Mariana Ruiz Villarreal, LadyofHats, a Wikimedia Commonsból

Féláteresztő membránok

Mivel a szerkezet szelektíven áteresztőképességű, a liposzóma a táptalajban lévő oldott anyag koncentrációjától függően megduzzadhat vagy leereszkedhet.

Vagyis ha a liposzómát hipotóniás közegnek tesszük ki (a sejtben a koncentráció magasabb), a víz belép a szerkezetbe, megduzzítva a liposzómát. Ezzel szemben, ha a közeg hipertóniás (a sejt koncentrációja alacsonyabb), a víz a külső közeg felé mozog.

Ez a tulajdonság nem csak a liposzómákra jellemző, hanem alkalmazható a szervezet tényleges sejtjeire is. Például, ha a vörösvértestek hipotóniás környezetnek vannak kitéve, felrobbanhatnak.

excitabilitás

A liposzómák membránpotenciál formájában tárolják az energiát, amely a felületen feszültség. A szerkezet kisütheti a feszültséget oly módon, hogy emlékeztesse az idegrendszer idegsejtjeiben zajló folyamatot.

A liposzómáknak számos jellemzője van az élő szervezeteknek. Ez azonban nem ugyanaz, mint azt állítani, hogy a liposzómák életben vannak.

Eredet

Hipotézisek széles választéka létezik, amelyek célja az élet előfordulásának és alakulásának magyarázata egy prebiotikus környezetben. Az alábbiakban ismertetjük a legkiemelkedőbb posztulátumokat, amelyek a protobiontok származását tárgyalják:

Oparin és haldan hipotézis

A biokémiai evolúcióval kapcsolatos hipotézist Alexander Oparin 1924-ben, John DS Haldane pedig 1928-ban javasolta.

Ez a posztuláció feltételezi, hogy az prebiotikus légkörben nem volt oxigén, de erősen redukálódott, nagy mennyiségű hidrogénnel, amely az energiaforrások jelenléte révén szerves vegyületek képződéséhez vezetett.

E hipotézis szerint a föld lehűlésekor a vulkáni kitörésekből származó gőz kondenzálódott, nehéz és állandó esőkként csapódott ki. Amikor a víz leesett, ásványi sókat és más vegyületeket hordozott, így a híres ősi leves vagy táplálóleves keletkezett.

Ebben a hipotetikus környezetben prebiotikus vegyületeknek nevezett nagy molekuláris komplexek alakulhatnak ki, amelyek egyre összetettebb sejtrendszereket eredményezhetnek. Oparin ezeket a struktúrákat protobiontoknak nevezett.

A protobiontok komplexitásának növekedésével új képességeket szereztek a genetikai információ átadására, és Oparin eubionts nevét adta ezeknek a fejlettebb formáknak.

Miller és Urey kísérletezik

1953-ban, az Oparin posztulációja után, Stanley L. Miller és Harold C. Urey kutatók sorozatot végeztek, hogy igazolják a szerves vegyületek képződését egyszerű szervetlen anyagokból kiindulva.

Millernek és Urey-nak sikerült elkészítenie egy olyan kísérleti tervet, amely kis léptékben szimulálta az prebiotikus környezetet az Oparin által javasolt feltételekkel, és így számos vegyület előállítására került sor, mint például aminosavak, zsírsavak, hangyasav, karbamid.

A protobiontok genetikai anyaga

RNS világ

A jelenlegi molekuláris biológusok hipotézisei szerint a protobiontták RNS-molekulákat hordoztak a DNS-molekulák helyett, amelyek lehetővé tették számukra az információk replikálását és tárolását.

Amellett, hogy alapvető szerepet játszik a proteinszintézisben, az RNS enzimként viselkedhet és katalizációs reakciókat is folytathat. Ennek a tulajdonságnak köszönhetően az RNS jelölt jelölt az első genetikai anyag a protobiontokban.

A katalízisre képes RNS molekulákat ribozimeknek nevezzük, amelyek másolatot készíthetnek az RNS rövid szakaszának komplementer szekvenciáival, és közvetíthetik a splicing folyamatot, kiküszöbölve a szekvencia szakaszát.

Egy protobiont, amelynek katalitikus RNS-molekulája volt benne, különbözött a homológjaitól, amelyekben nem volt ez a molekula.

Abban az esetben, ha a protobiont növekedni tud, megoszthatja és továbbadhatja az RNS-t az utódoknak, a darwini természetes szelekció folyamata alkalmazható erre a rendszerre, és az RNS-molekulákkal rendelkező protobiontok növelik gyakoriságukat a populációban.

Noha ennek a protobiontnak a megjelenése nagyon valószínűtlen, meg kell emlékezni arra, hogy a protobiontok millióinak már léteztek a korai föld víztesteiben.

A DNS megjelenése

A DNS sokkal stabilabb kettős szálú molekula, mint az RNS-molekula, amely törékeny és pontatlanul replikálódik. A replikáció szempontjából a pontosság ezen tulajdonsága egyre inkább szükségessé vált, amikor a protobiontok genomjai megnövekedtek.

A Princetoni Egyetemen Freeman Dyson kutató azt javasolja, hogy a DNS-molekulák rövid szerkezetűek lehessenek, elősegítve azok katalitikus tulajdonságokkal rendelkező véletlenszerű aminosavak polimerjeiben történő replikációját.

Ez a korai replikáció előfordulhat olyan protobiontokban, amelyek nagy mennyiségű szerves monomert tároltak.

A DNS-molekula megjelenése után az RNS megkezdi a transzláció közvetítői szerepét, így létrehozva a "DNS-világot".

Irodalom

1. Altstein, AD (2015). A progén hipotézis: a nukleoprotein világ és az élet kezdete. Biology Direct, 10, 67.
2. Audesirk, T., Audesirk, G. és Byers, BE (2003). Biológia: Élet a földön. Pearson oktatás.
3. Campbell, AN, és Reece, JB (2005). Biológia. Szerkesztő Médica Panamericana.
4. Gama, M. (2007). 1. biológia: konstruktivista megközelítés. Pearson oktatás.
5. Schrum, JP, Zhu, TF és Szostak, JW (2010). A sejtek életének eredete. A Cold Spring Harbor biológiai perspektívái, a002212.
6. Stano, P. és Mavelli, F. (2015). Protocell modellek az élet eredetében és a szintetikus biológiában. Life, 5 (4), 1700–1702.