EVOLUȚIA PREBIOTICĂ: UNDE S-A ÎNTÂMPLAT ȘI CE ESTE NECESAR - BIOLOGIE - 2025

Termenul de evoluție prebiotică se referă la seria de scenarii ipotetice care încearcă să explice originea vieții pornind de la materia non-vie într-un mediu în condiții primitive.

S-a sugerat că condițiile atmosferei primitive s-au redus puternic, ceea ce a favorizat formarea de molecule organice, cum ar fi aminoacizii și peptidele, care sunt blocurile de construcție ale proteinelor; și purine și pirimidine, care alcătuiesc acizi nucleici - ADN și ARN.

Sursa: pixabay.com

Condiții primitive

Imaginarea modului în care au apărut primele forme de viață pe Pământ poate fi o întrebare provocatoare - și chiar aproape imposibilă - dacă nu ne plasăm în mediul primitiv corect.

Astfel, cheia pentru înțelegerea vieții din moleculele abiotice suspendate în celebra „supă primitivă” este atmosfera din acel mediu îndepărtat.

Deși nu există nici un acord totală privind compoziția chimică a atmosferei, deoarece nu există nici o modalitate de a confirma complet, ipotezele variază de la reducerea compozițiilor (CH ₄ + N ₂ , NH ₃ + H ₂ O sau CO ₂ + H ₂ + N ₂ medii) la mai neutre (doar cu CO ₂ + N ₂ + H ₂ O).

În general, se acceptă faptul că atmosfera nu avea oxigen (acest element și-a crescut concentrația semnificativ odată cu sosirea vieții). Pentru sinteza eficientă de aminoacizi, purine, pirimidine și zaharuri, este necesară prezența unui mediu reducător.

Dacă atmosfera reală la acea vreme nu avea aceste condiții chimice prebiotice, compușii organici trebuiau să provină din particule de praf sau din alte corpuri spațiale, cum ar fi meteoritele.

Unde a avut loc evoluția prebiotică?

Există mai multe ipoteze în legătură cu spațiul fizic de pe Pământ care au permis dezvoltarea primelor biomolecule și replicatoare.

O teorie care a câștigat un rezultat semnificativ în formarea inițială a biomoleculelor în orificiile hidrotermale din ocean. Cu toate acestea, alți autori consideră că este puțin probabil și să discrediteze aceste regiuni ca agenți importanți în sinteza prebiotică.

Teoria propune că sinteza chimică a avut loc prin trecerea apei într-un gradient de termen de la 350 ° C la 2 ° C.

Problema acestei ipoteze apare deoarece compușii organici se descompun la temperaturi ridicate (350 ° C) în loc să fie sintetizați, ceea ce sugerează medii mai puțin extreme. Deci ipoteza a pierdut sprijinul.

Ce este necesar pentru evoluția prebiotică?

Pentru a realiza un studiu legat de evoluția prebiotică, este necesar să răspundem la o serie de întrebări care să ne permită să înțelegem apariția vieții.

Trebuie să ne întrebăm ce tip de proces catalitic a favorizat originea vieții și de unde a fost preluată energia care a favorizat primele reacții. Răspunzând la aceste întrebări, putem merge mai departe și să ne întrebăm dacă primele molecule care au apărut au fost membranele, replicatorii sau metaboliții.

Vom răspunde acum la fiecare dintre aceste întrebări pentru a înțelege o posibilă origine a vieții într-un mediu prebiotic.

catalizatori

Viața, așa cum o știm astăzi, necesită o serie de „condiții moderate” pentru a se dezvolta. Știm că majoritatea ființelor organice există acolo unde temperatura, umiditatea și pH-ul sunt acceptabile din punct de vedere fiziologic - cu excepția organismelor extremofile, care, după cum le spune și numele, trăiesc în medii extreme.

Una dintre caracteristicile cele mai relevante ale sistemelor vii este ubicuitatea catalizatorilor. Reacțiile chimice ale ființelor vii sunt catalizate de enzime: molecule complexe de natură proteică care cresc viteza reacțiilor cu mai multe ordine de mărime.

Primele ființe vii trebuie să fi avut un sistem similar, probabil ribozime. În literatura de specialitate, există o întrebare deschisă dacă evoluția prebiotică ar fi putut avea loc fără cataliză.

Conform dovezilor, în absența unui catalizator, evoluția biologică ar fi fost foarte puțin probabilă - deoarece reacțiile ar fi avut nevoie de intervale de timp monumentale. Prin urmare, existența lor este postulată în primele etape ale vieții.

Energie

Energia pentru sinteza prebiotică trebuia să apară de undeva. Se propune că anumite molecule anorganice, cum ar fi polifosfații și tioesterii, ar fi putut juca un rol important în producerea de energie pentru reacții - în timpuri anterioare existenței celebrei „monede” energetice a celulelor: ATP.

Energetic, replicarea moleculelor care poartă informațiile genetice este un eveniment foarte costisitor. Pentru o bacterie medie, cum ar fi E. coli, un singur eveniment de replicare necesită 1,7 * 10 ¹⁰ molecule ATP.

Datorită existenței acestei cifre extraordinar de înalte, prezența unei surse de energie este o condiție indiscutabilă pentru crearea unui scenariu probabil în care își are originea viața.

De asemenea, existența reacțiilor de tip „redox” ar fi putut contribui la sinteza abiotică. În timp, acest sistem ar putea deveni elemente importante ale transportului electronilor în celulă, legate de producția de energie.

Care dintre componentele celulare au provenit mai întâi?

Există trei componente de bază într-o celulă: o membrană, care delimitează spațiul celular și o transformă într-o unitate discretă; replicatoare, care stochează informații; și reacții metabolice, care apar în acest sistem. Integrarea funcțională a acestor trei componente dă naștere unei celule.

Prin urmare, în lumina evoluției, este interesant să ne întrebăm care dintre cele trei au apărut mai întâi.

Sinteza membranelor pare a fi simplă, deoarece lipidele formează spontan structuri veziculare cu capacitatea de a crește și de a se diviza. Veziculul permite depozitarea replicatoarelor și menține concentrația metaboliților.

Acum, dezbaterea se concentrează pe conducerea replicării versus metabolismul. Cei care acordă mai multă greutate replicării, susțin că ribozimele (ARN cu putere catalitică) au putut să se reproducă, iar datorită apariției mutațiilor ar putea apărea un sistem metabolic nou.

Opunerea opusă evidențiază importanța generarii de molecule simple - cum ar fi acizii organici prezenți în ciclul acidului tricarboxilic - pentru arderea în surse de căldură moderate. Din această perspectivă, primii pași ai evoluției prebiotice au implicat acești metaboliți.

Referințe

1. Anderson, PW (1983). Un model sugerat pentru evoluția prebiotică: Utilizarea haosului. Proceedings of the National Academy of Sciences, 80 (11), 3386-3390.
2. Hogeweg, P., & Takeuchi, N. (2003). Selecția pe mai multe niveluri în modele de evoluție prebiotică: compartimente și autoorganizare spațială. Origini ale vieții și evoluția biosferei, 33 (4-5), 375-403.
3. Lazcano, A., & Miller, SL (1996). Originea și evoluția timpurie a vieții: chimia prebiotică, lumea pre-ARN și timpul. Celulă, 85 (6), 793-798.
4. McKenney, K., & Alfonzo, J. (2016). De la prebiotice la probiotice: evoluția și funcțiile modificărilor ARNt. Viața, 6 (1), 13.
5. Silvestre, DA, & Fontanari, JF (2008). Modele de pachete și criza informațională a evoluției prebiotice. Jurnalul de biologie teoretică, 252 (2), 326-337.
6. Wong, JTF (2009). Evoluția prebiotică și astrobiologia. CRC Press.