PREBIOTIČNA EVOLUCIJA: KJE SE JE ZGODILO IN KAJ JE POTREBNO - BIOLOGIJA - 2026

Izraz prebiotična evolucija se nanaša na vrsto hipotetičnih scenarijev, ki poskušajo razložiti izvor življenja, ki se začne od nežive snovi v okolju pod primitivnimi pogoji.

Domnevajo, da so se razmere primitivne atmosfere močno zmanjšale, kar je pripomoglo k tvorbi organskih molekul, kot so aminokisline in peptidi, ki so gradniki beljakovin; ter purini in pirimidini, ki tvorijo nukleinske kisline - DNA in RNA.

Vir: pixabay.com

Primitivni pogoji

Predstavljati si, kako so se na Zemlji pojavile prve oblike življenja, je lahko izziv - in celo skoraj nemogoče - vprašanje, če se ne umestimo v pravo primitivno okolje.

Tako je ključ do razumevanja življenja iz abiotskih molekul, suspendiranih v znameniti "primitivni juhi", ozračje v tem oddaljenem okolju.

Čeprav glede kemične sestave ozračja ni popolnega soglasja, saj tega ni mogoče v celoti potrditi, se hipoteze gibljejo od redukcije sestavkov (CH ₄ + N ₂ , NH ₃ + H ₂ O ali CO ₂ + H ₂ + N ₂ ) do bolj nevtralnih okolij (samo CO ₂ + N ₂ + H ₂ O).

Splošno sprejeto je, da atmosferi primanjkuje kisika (ta element je s prihodom življenja znatno zvišal koncentracijo). Za učinkovito sintezo aminokislin, purinov, pirimidinov in sladkorjev je potrebna prisotnost reducirajočega okolja.

Če dejanska atmosfera takrat ni imela teh prebiotičnih kemijskih razmer, bi morale organske spojine izvirati iz prašnih delcev ali drugih vesoljskih teles, kot so meteoriti.

Kje se je zgodila evolucija prebiotikov?

Glede fizičnega prostora na Zemlji obstaja več hipotez, ki so omogočile razvoj prvih biomolekul in razmnoževalcev.

Teorija, ki je pri začetni tvorbi biomolekul v hidrotermalnih zračnikih v oceanu pridobila veliko pomembnost. Vendar pa se drugi avtorji zdijo malo verjetni in jih diskreditirajo kot pomembne dejavnike v sintezi prebiotikov.

Teorija predlaga, da je prišlo do kemične sinteze s prehodom vode v časovnem gradientu od 350 ° C do 2 ° C.

Težava s to hipotezo nastane, ker se organske spojine razgradijo pri visokih temperaturah (350 ° C), ne da bi bile sintetizirane, kar kaže na manj ekstremna okolja. Torej je hipoteza izgubila podporo.

Kaj je potrebno za evolucijo prebiotikov?

Za izvedbo študije, povezane s prebiotično evolucijo, je treba odgovoriti na vrsto vprašanj, ki nam omogočajo razumevanje nastanka življenja.

Vprašati se moramo, katera vrsta katalitičnega procesa daje prednost življenju in od kod črpa energija, ki je bila prva reakcija. Če odgovorimo na ta vprašanja, lahko gremo dlje in vprašamo, ali so bile prve molekule membrane, replikatorji ali presnovki.

Zdaj bomo odgovorili na vsako od teh vprašanj, da bi dobili razumevanje možnega izvora življenja v prebiotičnem okolju.

Katalizatorji

Življenje, kakršno poznamo danes, zahteva vrsto "zmernih pogojev", da se razvije. Vemo, da večina organskih bitij obstaja tam, kjer so temperatura, vlaga in pH fiziološko sprejemljivi - z izjemo ekstremofilnih organizmov, ki, kot pove že njihovo ime, živijo v ekstremnih okoljih.

Ena najpomembnejših značilnosti živih sistemov je vseprisotnost katalizatorjev. Kemične reakcije živih bitij katalizirajo encimi: zapletene molekule beljakovinske narave, ki povečajo hitrost reakcij za več vrst.

Prva živa bitja so morala imeti podoben sistem, verjetno ribocime. V literaturi je odprto vprašanje, ali bi lahko nastala prebiotična evolucija brez katalize.

Glede na dokaze bi bil odsotnost biološke evolucije katalizatorja zelo malo verjetna - ker bi reakcije trajale monumentalne časovne intervale. Zato je njihov obstoj postuliran v zgodnjih življenjskih obdobjih.

Energija

Energija za prebiotično sintezo se je morala pojaviti od nekod. Predlaga se, da bi lahko nekatere anorganske molekule, kot so polifosfati in tioesteri, igrale pomembno vlogo pri proizvodnji energije za reakcije - v časih pred obstojem znamenite energijske "valute" celic: ATP.

Energično je podvajanje molekul, ki prenašajo genetske informacije, zelo drag dogodek. Za povprečno bakterijo, kot je E. coli, je za en postopek razmnoževanja potrebno 1,7 * 10 ¹⁰ ATP molekul.

Zahvaljujoč obstoju te izjemno visoke številke je prisotnost vira energije nedvomen pogoj za ustvarjanje verjetnega scenarija, iz katerega je nastalo življenje.

Prav tako bi obstoj reakcije tipa „redox“ lahko prispeval k abiotični sintezi. Sčasoma bi ta sistem lahko postal pomembni elementi prenosa elektronov v celici, povezani s proizvodnjo energije.

Katera od celičnih komponent je nastala prva?

V celici so tri osnovne komponente: membrana, ki razmeji celični prostor in ga pretvori v diskretno enoto; replikatorji, ki shranjujejo podatke; in presnovne reakcije, ki se dogajajo znotraj tega sistema. Funkcionalna integracija teh treh komponent povzroči celico.

Zato je glede na evolucijo zanimivo postaviti vprašanje, kateri od treh se je prvi pojavil.

Zdi se, da je sinteza membran preprosta, saj lipidi spontano tvorijo vezikularne strukture z zmožnostjo rasti in delitve. Vezikel omogoča shranjevanje razmnoževalcev in ohranja koncentrate presnovnih snovi.

Zdaj se razprava osredotoča na vodstvo razmnoževanja in presnove. Tisti, ki podvajajo večjo težo, trdijo, da so se ribozimi (RNA s katalitično močjo) lahko razmnožili, zahvaljujoč pojavu mutacij pa bi lahko nastal nov metabolični sistem.

Nasprotno stališče poudarja pomen tvorjenja preprostih molekul - kot so organske kisline, prisotne v ciklu trikarboksilne kisline - za zgorevanje pri zmernih virih toplote. S tega vidika so bili ti presnovi vključeni v prve korake prebiotične evolucije.

Reference

1. Anderson, PW (1983). Predlagani model prebiotične evolucije: Uporaba kaosa. Zbornik Nacionalne akademije znanosti, 80 (11), 3386–3390.
2. Hogeweg, P., & Takeuchi, N. (2003). Izbor na več ravneh v modelih prebiotične evolucije: predelki in prostorska samoorganizacija. Izvori življenja in evolucije biosfere, 33 (4-5), 375-403.
3. Lazcano, A., & Miller, SL (1996). Izvor in zgodnja evolucija življenja: prebiotična kemija, svet pred RNA in čas. Celica, 85 (6), 793-798.
4. McKenney, K., in Alfonzo, J. (2016). Od prebiotikov do probiotikov: razvoj in funkcije sprememb tRNA. Življenje, 6 (1), 13.
5. Silvestre, DA, & Fontanari, JF (2008). Paketni modeli in informacijska kriza prebiotičnega razvoja. Časopis za teoretsko biologijo, 252 (2), 326–337.
6. Wong, JTF (2009). Prebiotična evolucija in astrobiologija. CRC Pritisnite.