- Primitive forhold
- Hvor forekom prebiotisk udvikling?
- Hvad er nødvendigt for prebiotisk udvikling?
- Katalysatorer
- Energi
- Hvilken af de cellulære komponenter stammer først?
- Referencer
Udtrykket prebiotisk udvikling henviser til serien med hypotetiske scenarier, der søger at forklare livets oprindelse ud fra ikke-levende stof i et miljø under primitive forhold.
Det er blevet antydet, at betingelserne for den primitive atmosfære var kraftigt reducerende, hvilket favoriserede dannelsen af organiske molekyler, såsom aminosyrer og peptider, som er byggestenene til proteiner; og puriner og pyrimidiner, der udgør nukleinsyrer - DNA og RNA.
Kilde: pixabay.com
Primitive forhold
At forestille os, hvordan de første livsformer, der opstod på Jorden, kan være et udfordrende - og endda næsten umuligt - spørgsmål, hvis vi ikke placerer os i det rigtige primitive miljø.
Nøglen til at forstå livet fra abiotiske molekyler suspenderet i den berømte "primitive suppe" er således atmosfæren i det fjerne miljø.
Selv om der ikke er nogen samlet aftale om den kemiske sammensætning af atmosfæren, eftersom der ikke er nogen måde at bekræfte det helt, hypoteserne spænder fra reducerende sammensætninger (CH 4 + N 2, NH 3 + H 2 O eller CO 2 + H 2 + N 2) til mere neutrale miljøer (med kun CO 2 + N 2 + H 2 O).
Det accepteres generelt, at atmosfæren manglede ilt (dette element øgede sin koncentration markant med ankomsten af livet). For effektiv syntese af aminosyrer, puriner, pyrimidiner og sukkerarter er tilstedeværelsen af et reducerende miljø nødvendigt.
Hvis den faktiske atmosfære på det tidspunkt ikke havde disse prebiotiske kemiske forhold, måtte de organiske forbindelser komme fra støvpartikler eller andre rumlegemer såsom meteoritter.
Hvor forekom prebiotisk udvikling?
Der er adskillige hypoteser i relation til det fysiske rum på Jorden, der gjorde det muligt at udvikle de første biomolekyler og replikatorer.
En teori, der har fået et væsentligt resultat i den oprindelige dannelse af biomolekyler i hydrotermiske åbninger i havet. Andre forfattere finder det imidlertid usandsynligt og diskrediterer disse regioner som vigtige midler i prebiotisk syntese.
Teorien foreslår, at kemisk syntese skete gennem passage af vand inden for en termgradient fra 350 ° C til 2 ° C.
Problemet med denne hypotese opstår, fordi organiske forbindelser nedbrydes ved høje temperaturer (350 ° C) i stedet for at blive syntetiseret, hvilket antyder mindre ekstreme miljøer. Så hypotesen har mistet støtte.
Hvad er nødvendigt for prebiotisk udvikling?
For at gennemføre en undersøgelse, der er relateret til prebiotisk udvikling, er det nødvendigt at besvare en række spørgsmål, der giver os mulighed for at forstå livets opkomst.
Vi må spørge os selv, hvilken type katalytisk proces der favoriserede livets oprindelse, og hvor energien, der favoriserede de første reaktioner, blev taget fra. Når vi besvarer disse spørgsmål, kan vi gå videre og spørge, om de første molekyler, der optrådte, var membraner, replikatorer eller metabolitter.
Vi vil nu besvare hvert af disse spørgsmål for at få en forståelse af en mulig oprindelse i livet i et prebiotisk miljø.
Katalysatorer
Livet, som vi kender det i dag, kræver en række "moderate betingelser" for at udvikle sig. Vi ved, at de fleste organiske væsener findes, hvor temperatur, fugtighed og pH er fysiologisk acceptabel - med undtagelse af ekstremofile organismer, som, som deres navn antyder, lever i ekstreme miljøer.
En af de mest relevante egenskaber ved levende systemer er katalysatorers allestedsnærværende. De kemiske reaktioner fra levende væsener katalyseres af enzymer: komplekse molekyler af en proteinart, der øger reaktionshastigheden med flere størrelsesordener.
De første levende væsener må have haft et lignende system, sandsynligvis ribozymer. I litteraturen er der et åbent spørgsmål, om prebiotisk udvikling kunne have fundet sted uden katalyse.
Ifølge bevisene ville biologisk udvikling i fraværet af en katalysator være meget usandsynlig - da reaktionerne ville have taget monumentale tidsintervaller. Derfor postuleres deres eksistens i de tidlige stadier af livet.
Energi
Energien til den prebiotiske syntese måtte vises et eller andet sted. Det foreslås, at visse uorganiske molekyler, såsom polyfosfater og thioestere, kunne have spillet en vigtig rolle i produktionen af energi til reaktioner - i tider før eksistensen af den berømte energi "valuta" af celler: ATP.
Energisk er replikationen af molekylerne, der bærer genetisk information, en meget dyr begivenhed. For en gennemsnitlig bakterie, såsom E. coli, kræver en enkelt replikationshændelse 1,7 * 10 10 ATP-molekyler.
Takket være denne ekstraordinært høje figur er tilstedeværelsen af en energikilde en ubestridelig betingelse for at skabe et sandsynligt scenario, hvor livet stammer fra.
Ligeledes kunne eksistensen af reaktioner af ”redox” -type have bidraget til abiotisk syntese. Over tid kan dette system blive vigtige elementer i transporten af elektroner i cellen, der er knyttet til produktion af energi.
Hvilken af de cellulære komponenter stammer først?
Der er tre grundlæggende komponenter i en celle: en membran, der afgrænser celleområdet og omdanner den til en diskret enhed; replikatorer, der lagrer information; og metaboliske reaktioner, der forekommer i dette system. Den funktionelle integration af disse tre komponenter giver anledning til en celle.
I lyset af evolutionen er det derfor interessant at stille spørgsmålet om, hvilken af de tre der først opstod.
Syntesen af membraner synes at være enkel, da lipider spontant danner vesikulære strukturer med evnen til at vokse og opdele. Vesiklen muliggør opbevaring af replikatorer og holder metabolitterne koncentreret.
Nu fokuserer debatten på ledelsen af replikation versus stofskifte. De, der lægger mere vægt på replikation, hævder, at ribozymer (RNA med katalytisk kraft) var i stand til at replikere sig selv, og takket være mutationernes forekomst kunne der opstå et nyt metabolisk system.
Den modsatte opfattelse fremhæver betydningen af generering af enkle molekyler - såsom de organiske syrer, der er til stede i tricarboxylsyrecyklussen - for forbrænding under moderate varmekilder. Fra dette perspektiv involverede de første trin i prebiotisk udvikling disse metabolitter.
Referencer
- Anderson, PW (1983). En foreslået model for prebiotisk udvikling: Brugen af kaos. Proceedings of the National Academy of Sciences, 80 (11), 3386-3390.
- Hogeweg, P., & Takeuchi, N. (2003). Valg af flere niveauer i modeller for prebiotisk udvikling: rum og rumlig selvorganisering. Origins of Life and Evolution of Biosphere, 33 (4-5), 375-403.
- Lazcano, A., & Miller, SL (1996). Livets oprindelse og tidlige udvikling: prebiotisk kemi, før-RNA-verdenen og tiden. Cell, 85 (6), 793-798.
- McKenney, K., & Alfonzo, J. (2016). Fra prebiotika til probiotika: Udviklingen og funktionerne af tRNA-modifikationer. Livet, 6 (1), 13.
- Silvestre, DA, & Fontanari, JF (2008). Pakkemodeller og informationskrisen for prebiotisk udvikling. Tidsskrift for teoretisk biologi, 252 (2), 326-337.
- Wong, JTF (2009). Prebiotisk evolution og astrobiologi. CRC Press.