PROTOBIONTE: ORIGINE ȘI PROPRIETĂȚI - BIOLOGIE - 2025

Cei protobionts sunt complecși biologice conform a unor ipoteze privind originea vieții, precedat celulelor. Potrivit Oparín, acestea sunt agregate moleculare înconjurate de o membrană lipidică semipermeabilă sau o structură similară cu aceasta.

Aceste agregate moleculare biotice au putut prezenta o reproducere simplă și un metabolism care a reușit să mențină compoziția chimică a interiorului membranei diferită de mediul extern.

Sursa: pixabay.com

Unele experimente efectuate în laborator de diferiți cercetători au dezvăluit că protobionții se pot forma spontan folosind compuși organici creați din molecule abiotice ca blocuri de construcție.

Exemple de aceste experimente sunt formarea de lipozomi, care sunt agregări de picături mici înconjurate de membrane. Acestea se pot forma atunci când lipidele sunt adăugate în apă. Se întâmplă și atunci când se adaugă alte tipuri de molecule organice.

Se poate întâmpla ca picăturile asemănătoare lipozomului să fi fost formate în iazuri de timp prebiotic și acestea au încorporat aleatoriu unii polimeri de aminoacizi.

În cazul în care polimerii au făcut ca anumite molecule organice să fie permeabile la membrană, ar fi posibilă încorporarea selectivă a respectivelor molecule.

Proprietăți și caracteristici

Protobiontele putative s-ar putea forma din molecule hidrofobe care au fost organizate sub formă de stratură (două straturi) pe suprafața unei picături, care amintește de membranele lipidice prezente în celulele moderne.

De Mariana Ruiz Villarreal, LadyofHats, de la Wikimedia Commons

Membrane semiapermeabile

Deoarece structura este permeabilă în mod selectiv, lipozomul se poate umfla sau se dezumfla în funcție de concentrația de soluții în mediu.

Adică, dacă lipozomul este expus unui mediu hipoton (concentrația din interiorul celulei este mai mare), apa intră în structură, umflând lipozomul. În schimb, dacă mediul este hipertonic (concentrația celulei este mai mică), apa se deplasează spre mediul extern.

Această proprietate nu este unică pentru lipozomi, ea poate fi aplicată și asupra celulelor reale ale unui organism. De exemplu, dacă globulele roșii sunt expuse unui mediu hipotonic, acestea pot exploda.

Excitabilitate

Lipozomii pot stoca energia sub forma unui potențial de membrană, care este o tensiune pe toată suprafața. Structura poate descărca tensiunea într-un mod care amintește de procesul care are loc în celulele neuronale ale sistemului nervos.

Lipozomii au mai multe caracteristici ale organismelor vii. Cu toate acestea, nu este același lucru cu a pretinde că lipozomii sunt vii.

Origine

Există o mare diversitate de ipoteze care încearcă să explice originea și evoluția vieții într-un mediu prebiotic. Cele mai remarcabile postulate care discută despre originea protobionților vor fi descrise mai jos:

Ipoteza Oparin și Haldane

Ipoteza privind evoluția biochimică a fost propusă de Alexander Oparin în 1924 și de John DS Haldane în 1928.

Acest postulat presupune că atmosfera prebiotică nu avea oxigen, dar se reduce foarte mult, cu cantități mari de hidrogen care au dus la formarea de compuși organici datorită prezenței surselor de energie.

Conform acestei ipoteze, pe măsură ce pământul s-a răcit, aburul din erupțiile vulcanice s-a condensat, precipitând ca ploi abundente și constante. Când apa a căzut, a transportat săruri minerale și alți compuși, dând naștere celebrei supă primare sau a bulionului nutritiv.

În acest mediu ipotetic, s-ar putea forma complexe moleculare mari numite compuși prebiotici, dând naștere la sisteme celulare din ce în ce mai complexe. Oparin a numit aceste structuri protobionte.

Pe măsură ce protobionții au crescut în complexitate, au dobândit noi abilități de a transmite informații genetice, iar Oparin a dat numele de eubionți acestor forme mai avansate.

Miller și Urey experimentează

În 1953, după postulatele Oparin, cercetătorii Stanley L. Miller și Harold C. Urey au efectuat o serie de experimente pentru a verifica formarea compușilor organici pornind de la materiale simple anorganice.

Miller și Urey au reușit să creeze un design experimental care simulează mediile prebiotice cu condițiile propuse de Oparin la scară mică, reușind să obțină o serie de compuși precum aminoacizi, acizi grași, acid formic, uree, printre altele.

Materialul genetic al protobiontilor

Lumea ARN

Conform ipotezelor actualilor biologi moleculari, protobionții au transportat molecule de ARN, în locul moleculelor de ADN, ceea ce le-a permis să reproducă și să stocheze informații.

Pe lângă faptul că are un rol fundamental în sinteza proteinelor, ARN se poate comporta și ca o enzimă și poate efectua reacții de cataliză. Datorită acestei caracteristici, ARN este un candidat indicat pentru a fi primul material genetic din protobionți.

Moleculele ARN capabile de cataliză se numesc ribozime și pot realiza copii cu secvențe complementare de întinderi scurte de ARN și mediază procesul de împletire, eliminând întinderi ale secvenței.

Un protobiont care avea o moleculă de ARN catalitic în interiorul său a variat de la omologii săi care nu aveau această moleculă.

În cazul în care protobiontul ar putea crește, diviza și transmite ARN descendenților săi, procesele de selecție naturală darwinistă pot fi aplicate acestui sistem, iar protobionții cu molecule de ARN își vor crește frecvența în populație.

Deși aspectul acestui protobiont poate fi foarte puțin probabil, este necesar să ne amintim că milioane de protobionți ar fi existat în corpurile de apă ale pământului timpuriu.

Apariția ADN-ului

ADN-ul este o moleculă mult mai stabilă cu două fire, în comparație cu molecula de ARN, care este fragilă și se reproduce în mod imprecis. Această proprietate a exactității în ceea ce privește replicarea a devenit mai necesară pe măsură ce genomii protobionților au crescut în dimensiune.

La Universitatea Princeton, cercetătorul Freeman Dyson propune că moleculele de ADN ar fi putut fi structuri scurte, ajutate în replicarea lor de polimeri de aminoacizi aleatori cu proprietăți catalitice.

Această replicare timpurie ar putea apărea în interiorul protobiontilor care au depozitat cantități mari de monomeri organici.

După apariția moleculei de ADN, ARN ar putea începe să-și joace rolurile actuale de intermediari pentru traducere, creând astfel „lumea ADN-ului”.

Referințe

1. Altstein, AD (2015). Ipoteza progenială: lumea nucleoproteinei și modul în care a început viața. Biologie Direct, 10, 67.
2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biologie: Viața pe Pământ. Educația Pearson.
3. Campbell, AN, & Reece, JB (2005). Biologie. Editorial Médica Panamericana.
4. Gama, M. (2007). Biologie 1: o abordare constructivistă. Pearson Education.
5. Schrum, JP, Zhu, TF și Szostak, JW (2010). Originile vieții celulare. Cold Spring Harbor perspective în biologie, a002212.
6. Stano, P., & Mavelli, F. (2015). Protocelează modele în originea vieții și biologie sintetică. Viața, 5 (4), 1700–1702.