ПРОТОБИОТИ: ПРОИЗХОД И СВОЙСТВА - БИОЛОГИЯ - 2025

На протобионти са биологични комплекси според към някои хипотези относно произхода на живота, предшествано клетките. Според Oparín това са молекулни агрегати, заобиколени от полупропусклива липидна мембрана или структура, подобна на нея.

Тези биотични молекулни агрегати бяха в състояние да представят проста репродукция и метаболизъм, които успяха да поддържат химичния състав на вътрешността на мембраната, различен от външната й среда.

Източник: pixabay.com

Някои експерименти, проведени в лабораторията от различни изследователи, разкриват, че протобионите могат да се образуват спонтанно, използвайки органични съединения, създадени от абиотични молекули, като градивни елементи.

Примери за тези експерименти са образуването на липозоми, които представляват съвкупност от малки капчици, заобиколени от мембрани. Те могат да се образуват, когато липидите се добавят към водата. Случва се и когато се добавят други видове органични молекули.

Може да се случи, че липозомните капчици са се образували в езера от пребиотично време и те са произволно включени някои полимери на аминокиселини.

В случай, че полимерите направят определени органични молекули, пропускливи за мембраната, би било възможно селективно да се включат споменатите молекули.

Свойства и характеристики

Предполагаемите протобионти могат да се образуват от хидрофобни молекули, които са организирани под формата на двуслоен слой (два слоя) на повърхността на капчица, напомнящ липидните мембрани, присъстващи в днешните клетки.

От Мариана Руиз Виляреал, LadyofHats, от Wikimedia Commons

Полупропускливи мембрани

Тъй като структурата е селективно пропусклива, липозомата може да набъбне или издува в зависимост от концентрацията на разтворимите вещества в средата.

Тоест, ако липозомата е изложена на хипотонична среда (концентрацията вътре в клетката е по-висока), водата влиза в структурата, подувайки липозома. За разлика от това, ако средата е хипертонична (концентрацията на клетката е по-ниска), водата се движи към външната среда.

Това свойство не е уникално за липозомите, може да се прилага и върху действителните клетки на организма. Например, ако червените кръвни клетки са изложени на хипотонична среда, те могат да избухнат.

Възбудимост

Липозомите могат да съхраняват енергия под формата на мембранен потенциал, който е напрежение по цялата повърхност. Структурата може да разтовари напрежението по начин, напомнящ процеса, протичащ в невронните клетки на нервната система.

Липозомите имат няколко характеристики на живите организми. Това обаче не е същото като твърдението, че липозомите са живи.

произход

Съществува голямо разнообразие от хипотези, които се стремят да обяснят произхода и развитието на живота в пребиотична среда. Най-забележителните постулати, които обсъждат произхода на протобионтите, ще бъдат описани по-долу:

Хипотеза на Опарин и Халдан

Хипотезата за биохимичната еволюция е предложена от Александър Опарин през 1924 г. и от Джон DS Haldane през 1928 г.

Този постулат предполага, че в пребиотичната атмосфера липсва кислород, но силно се намалява с големи количества водород, което води до образуването на органични съединения благодарение на наличието на енергийни източници.

Според тази хипотеза, когато земята се охлажда, пара от вулканични изригвания се кондензира, утаявайки се като силни и постоянни дъждове. Когато водата падне, тя пренася минерални соли и други съединения, което води до известната първична супа или хранителен бульон.

В тази хипотетична среда могат да се образуват големи молекулярни комплекси, наречени пребиотични съединения, които дават началото на все по-сложни клетъчни системи. Опарин нарече тези структури протобиоти.

Тъй като протобионтите се увеличават по сложност, те придобиват нови способности за предаване на генетична информация и Oparin дава името eubionts на тези по-напреднали форми.

Милър и Урей експериментират

През 1953 г., след постулатите на Oparin, изследователите Stanley L. Miller и Harold C. Urey провеждат серия от експерименти, за да проверят образуването на органични съединения, като се започне от прости неорганични материали.

Милър и Урей успяха да създадат експериментален дизайн, който симулира пребиотични среди с условията, предложени от Опарин в малък мащаб, като успява да получи серия от съединения като аминокиселини, мастни киселини, мравчена киселина, урея, между другото.

Генетичен материал на протобиоти

РНК свят

Според хипотезите на настоящите молекулярни биолози, протобионтите са пренасяли молекули РНК вместо молекули ДНК, което им позволява да репликират и съхраняват информация.

Освен че има основна роля в синтеза на протеини, РНК може да се държи и като ензим и да провежда каталитични реакции. Поради тази характеристика, РНК е показан кандидат за първи генетичен материал в протобионтите.

Молекулите на РНК, способни да катализират, се наричат ​​рибозими и могат да правят копия с допълващи се последователности на къси участъци от РНК и да посредничат в процеса на сплайсиране, като елиминират участъците от секвенцията.

Протобионтът, който има каталитична РНК молекула вътре в него, се различаваше от хомолозите си, които липсваха на тази молекула.

В случай, че протобионтът може да расте, да се раздели и предаде РНК на своето потомство, процесите на дарвининската естествена селекция могат да бъдат приложени към тази система, а протобионтите с РНК молекули биха увеличили честотата си в популацията.

Въпреки че появата на този протобионт може да е много малко вероятно, е необходимо да се помни, че милиони протобиоти може да са съществували във водни тела на ранната земя.

Външен вид на ДНК

ДНК е много по-стабилна двуверижна молекула в сравнение с молекулата на РНК, която е крехка и се възпроизвежда неточно. Това свойство на точност по отношение на репликацията стана по-необходимо, тъй като геномите на протобионтите се увеличаваха по размер.

В Принстънския университет, изследователят Фриман Дайсън предполага, че молекулите на ДНК биха могли да са къси структури, подпомогнати в репликацията им от полимери на произволни аминокиселини с каталитични свойства.

Тази ранна репликация може да се случи вътре в протобиоти, съхраняващи големи количества органични мономери.

След появата на молекулата на ДНК, РНК може да започне да играе текущите си роли като посредници за превода, като по този начин създава „света на ДНК“.

Препратки

1. Altstein, AD (2015). Прогеновата хипотеза: нуклеопротеиновият свят и как е започнал животът. Biology Direct, 10, 67.
2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Биология: Животът на Земята. Pearson образование.
3. Campbell, AN, & Reece, JB (2005). Биология. Редакция Médica Panamericana.
4. Гама, М. (2007). Биология 1: конструктивистки подход. Pearson Education.
5. Schrum, JP, Zhu, TF и ​​Szostak, JW (2010). Произходът на клетъчния живот. Перспективи на студеното пролетно пристанище в биологията, a002212.
6. Stano, P., & Mavelli, F. (2015). Модели на протоклетки в произхода на живота и синтетична биология. Живот, 5 (4), 1700–1702.