PROTOBIOANTI: IZVOR IN LASTNOSTI - BIOLOGIJA - 2026

V protobionts so biološki kompleksi glede na nekatere hipoteze o izvoru življenja, pred celice. Po Oparínu so to molekularni agregati, obdani s polprepustno lipidno membrano ali podobno zgradbo.

Ti biotski molekularni agregati so lahko predstavili preprosto reprodukcijo in presnovo, ki ji je uspelo ohraniti kemično sestavo notranjosti membrane, ki se razlikuje od zunanjega okolja.

Vir: pixabay.com

Nekateri poskusi, ki so jih v laboratoriju izvedli različni raziskovalci, so razkrili, da se protobionti lahko tvorijo spontano z uporabo organskih spojin, ustvarjenih iz abiotskih molekul kot gradnikov.

Primeri teh poskusov so tvorba liposomov, ki so agregati majhnih kapljic, obdanih z membranami. Ti se lahko tvorijo, ko se lipidi dodajo vodi. Dogaja se tudi, ko se dodajo druge vrste organskih molekul.

Lahko se zgodi, da so kapljice, podobne liposomom, nastale v ribnikih pred prebiotičnih časov, ki so naključno vključevale nekaj polimerov aminokislin.

V primeru, da so polimeri naredili določene organske molekule prepustne za membrano, bi bilo mogoče selektivno vključiti omenjene molekule.

Lastnosti in značilnosti

Predvideni protobioanti bi lahko nastali iz hidrofobnih molekul, ki so bile organizirane v obliki dvosloja (dveh plasti) na površini kapljice, ki spominja na lipidne membrane, prisotne v sodobnih celicah.

Avtor Mariana Ruiz Villarreal, LadyofHats, iz Wikimedia Commons

Polprepustne membrane

Ker je struktura selektivno prepustna, lahko liposom nabrekne ali izpuhti, odvisno od koncentracije topil v mediju.

To je, če je liposom izpostavljen hipotoničnemu mediju (koncentracija v celici je višja), voda vstopi v strukturo, nabrekne liposom. Če pa je medij hipertoničen (koncentracija celice je nižja), se voda premakne proti zunanjemu.

Ta lastnost ni značilna samo za liposome, temveč se lahko nanaša tudi na dejanske celice organizma. Na primer, če so rdeče krvne celice izpostavljene hipotoničnemu okolju, lahko eksplodirajo.

Razburljivost

Liposomi lahko shranijo energijo v obliki membranskega potenciala, ki je napetost po površini. Struktura lahko izprazni napetost na način, ki spominja na proces, ki se dogaja v nevronskih celicah živčnega sistema.

Liposomi imajo več značilnosti živih organizmov. Vendar pa ni isto kot trditi, da so liposomi živi.

Poreklo

Obstaja velika raznolikost hipotez, ki poskušajo razložiti izvor in razvoj življenja v prebiotičnem okolju. Spodaj bodo opisani najbolj izjemni postulati, ki govorijo o izvoru protobiontov:

Oparin in Haldaneova hipoteza

Hipotezo o biokemični evoluciji sta predlagala Aleksander Oparin leta 1924 in John DS Haldane leta 1928.

Ta postulat predvideva, da je prebiotični atmosferi primanjkovalo kisika, vendar se je močno zmanjšalo, in sicer z velikimi količinami vodika, ki so privedli do nastanka organskih spojin, zahvaljujoč prisotnosti virov energije.

Po tej hipotezi se je ob ohlajanju zemlje kondenzirala para iz vulkanskih izbruhov, ki je padala kot močna in neprestana deževja. Ko je voda padla, je nosila mineralne soli in druge spojine, kar je povzročilo znamenito prvinsko juho ali hranljivo juho.

V tem hipotetičnem okolju se lahko tvorijo veliki molekularni kompleksi, imenovani prebiotične spojine, ki povzročajo vse bolj zapletene celične sisteme. Oparin je te strukture imenoval protobionts.

Ker so se protobionti zviševali po zapletenosti, so pridobili nove sposobnosti prenosa genetskih informacij, Oparin pa je tem naprednejšim oblikam dal ime eubiont.

Miller in Urey eksperimentirata

Leta 1953 sta raziskovalca Stanley L. Miller in Harold C. Urey po postulatih Oparin izvedla vrsto poskusov, da bi preverila tvorbo organskih spojin, začenši iz preprostih anorganskih materialov.

Miller in Urey sta uspela ustvariti eksperimentalno zasnovo, ki je v majhnem obsegu simulirala prebiotična okolja s pogoji, ki jih je predlagal Oparin, in med drugim uspela pridobiti vrsto spojin, kot so aminokisline, maščobne kisline, mravljična kislina, sečnina.

Genetski material protobiontov

RNA svet

Po hipotezah trenutnih molekularnih biologov so protobionti namesto molekul DNK nosili molekule RNA, kar jim je omogočalo, da so se kopirali in shranjevali informacije.

Poleg tega, da ima temeljno vlogo pri sintezi beljakovin, se lahko RNA obnaša tudi kot encim in izvaja katalizne reakcije. Zaradi te značilnosti je RNA indiciran kandidat za prvi genetski material v protobionih.

Molekule RNK, ki so sposobne katalizirati, imenujemo ribocimi in lahko naredijo kopije z komplementarnimi zaporedji kratkih raztezkov RNK in posredujejo v postopku spajanja, pri čemer izločajo razteze zaporedja.

Protobiont, ki je imel v sebi katalitično molekulo RNA, se je razlikoval od njegovih homologov, ki jim te molekule ni primanjkovalo.

V primeru, da bi protobiont lahko gojil, delil in prenašal RNA na svoje potomce, se v ta sistem lahko uporabijo darvinski naravni postopki selekcije in protobionti z molekuli RNA bi povečali njihovo pogostost v populaciji.

Čeprav je videz tega protobionta lahko zelo malo verjeten, se je treba spomniti, da je v vodnih telesih zgodnje zemlje morda obstajalo na milijone protobiontov.

Videz DNK

DNK je veliko bolj stabilna dvoverižna molekula v primerjavi z molekulo RNA, ki je krhka in se kopiči natančno. Ta lastnost natančnosti v smislu razmnoževanja je postala bolj potrebna, ker so se genomi protobiontov povečevali.

Na univerzi Princeton raziskovalec Freeman Dyson predlaga, da bi bile molekule DNK lahko kratke strukture, ki so jim pomagali pri razmnoževanju s polimeri naključnih aminokislin s katalitičnimi lastnostmi.

Ta zgodnja replikacija se lahko pojavi znotraj protobiontov, ki so hranili velike količine organskih monomerov.

Po pojavu molekule DNK bi lahko RNA začela igrati svoje trenutne vloge kot posredniki pri prevajanju in tako ustvarila "svet DNK".

Reference

1. Altstein, AD (2015). Progena hipoteza: nukleoproteinski svet in kako se je začelo življenje. Biology Direct, 10, 67.
2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biologija: Življenje na Zemlji. Pearsonova vzgoja.
3. Campbell, AN, & Reece, JB (2005). Biologija. Uredništvo Médica Panamericana.
4. Gama, M. (2007). Biologija 1: konstruktivistični pristop. Pearsonova vzgoja.
5. Schrum, JP, Zhu, TF in Szostak, JW (2010). Izvori celičnega življenja. Perspektive hladne pomladne luke v biologiji, a002212.
6. Stano, P., & Mavelli, F. (2015). Modeli protocelic v izvoru življenja in sintetična biologija. Življenje, 5 (4), 1700–1702.