Nguồn gốc và tính chất của Protobionts



các protobiont chúng là những phức hợp sinh học mà theo một số giả thuyết liên quan đến nguồn gốc sự sống, đi trước các tế bào. Theo Oparín, đây là những tập hợp phân tử được bao quanh bởi màng lipid bán kết hoặc cấu trúc tương tự như cấu trúc này..

Các tập hợp phân tử sinh học này có thể tạo ra một sự sinh sản đơn giản và một sự trao đổi chất quản lý để duy trì thành phần hóa học của bên trong màng khác với môi trường bên ngoài của nó.

Một số thí nghiệm được thực hiện trong phòng thí nghiệm bởi các nhà nghiên cứu khác nhau đã tiết lộ rằng protobiont có thể hình thành một cách tự nhiên bằng cách sử dụng các hợp chất hữu cơ được tạo ra từ các phân tử phi sinh học như các khối cấu trúc..

Ví dụ về những thí nghiệm này là sự hình thành của liposome, là tập hợp của những giọt nhỏ được bao quanh bởi màng. Chúng có thể được hình thành khi lipid được thêm vào nước. Nó cũng xảy ra khi các loại phân tử hữu cơ khác được thêm vào.

Tôi có thể xảy ra rằng các giọt giống như liposome hình thành trong ao thời kỳ tiền sinh học và chúng kết hợp ngẫu nhiên một số polyme axit amin.

Trong trường hợp các polyme làm cho các phân tử hữu cơ nhất định thấm vào màng, có thể kết hợp các phân tử nói trên một cách chọn lọc.

Chỉ số

  • 1 Tính chất và đặc điểm
    • 1.1 Màng bán kết
    • 1.2 Kích thích
  • 2 Nguồn gốc
    • 2.1 Giả thuyết Oparin và Haldane
    • 2.2 Thí nghiệm Miller và Urey
  • 3 Vật liệu di truyền của protobionts
    • 3.1 Thế giới của RNA
    • 3.2 Xuất hiện DNA
  • 4 tài liệu tham khảo

Tính chất và đặc điểm

Các protobiont được cho là có thể được hình thành từ các phân tử kỵ nước được tổ chức dưới dạng hai lớp (hai lớp) trên bề mặt của một giọt, nhắc nhở các màng lipid có trong các tế bào hiện tại.

Màng bán kết

Khi cấu trúc được thấm chọn lọc, liposome có thể phồng lên hoặc xì hơi tùy thuộc vào nồng độ các chất hòa tan trong môi trường.

Đó là, nếu liposome tiếp xúc với môi trường hypotonic (nồng độ bên trong tế bào lớn hơn), nước xâm nhập vào cấu trúc, làm sưng liposome. Ngược lại, nếu môi trường là hypertonic (nồng độ của tế bào thấp hơn), nước di chuyển ra môi trường bên ngoài.

Đặc tính này không phải là duy nhất đối với liposome, nó cũng có thể được áp dụng cho các tế bào hiện tại của một sinh vật. Ví dụ, nếu các tế bào hồng cầu tiếp xúc với môi trường hypotonic, chúng có thể phát nổ.

Kích thích

Liposome có thể lưu trữ năng lượng dưới dạng tiềm năng màng, bao gồm một điện áp trên bề mặt. Cấu trúc có thể phóng điện áp theo cách gợi nhớ quá trình xảy ra trong các tế bào thần kinh của hệ thần kinh. 

Liposome có một số đặc điểm của các sinh vật sống. Tuy nhiên, nó không giống như nói rằng liposome còn sống.

Nguồn gốc

Có rất nhiều giả thuyết tìm cách giải thích nguồn gốc và sự tiến hóa của sự sống trong môi trường prebiotic. Dưới đây chúng tôi sẽ mô tả các định đề nổi bật nhất thảo luận về nguồn gốc của protobionts:

Giả thuyết về Oparin và Haldane

Giả thuyết về tiến hóa sinh hóa được đề xuất bởi Alexander Oparin vào năm 1924 và bởi John D. S. Haldane vào năm 1928.

Định đề này cho rằng bầu không khí prebiotic thiếu oxy, nhưng đang giảm mạnh, với một lượng lớn hydro dẫn đến sự hình thành các hợp chất hữu cơ nhờ sự hiện diện của các nguồn năng lượng.

Theo giả thuyết này, khi sự làm mát của trái đất xảy ra, hơi nước của các vụ phun trào núi lửa ngưng tụ, kết tủa như những cơn mưa mạnh và liên tục. Khi nước rơi xuống, nó kéo theo muối khoáng và các hợp chất khác, tạo ra món súp nguyên thủy nổi tiếng hoặc nước dùng bổ dưỡng.

Trong môi trường giả thuyết này, các phức hợp phân tử lớn được gọi là các hợp chất prebiotic, có nguồn gốc từ các hệ thống tế bào ngày càng phức tạp, có thể hình thành. Oparin gọi những cấu trúc này là protobiontes.

Khi các protobiont tăng độ phức tạp, chúng có được khả năng mới để truyền thông tin di truyền, và Oparin đã đặt tên của eubiontes cho các dạng tiên tiến hơn này..

Thí nghiệm Miller và Urey

Năm 1953, sau các định đề của Oparin, các nhà nghiên cứu Stanley L. Miller và Harold C. Urey đã phát triển một loạt các thí nghiệm để xác minh sự hình thành các hợp chất hữu cơ từ các vật liệu vô cơ đơn giản.

Miller và Urey đã tạo ra một thiết kế thử nghiệm mô phỏng môi trường prebiotic với các điều kiện do Oparin đề xuất ở quy mô nhỏ, thu được một loạt các hợp chất như axit amin, axit béo, axit formic, urê, trong số những thứ khác..

Vật liệu di truyền của protobionts

Thế giới RNA

Theo giả thuyết của các nhà sinh học phân tử hiện tại, các protobio mang các phân tử RNA, thay vì các phân tử DNA, cho phép chúng sao chép và lưu trữ thông tin.

Ngoài việc có vai trò cơ bản trong tổng hợp protein, RNA còn có thể hoạt động giống như một enzyme và thực hiện các phản ứng xúc tác. Do đặc điểm này, RNA là một ứng cử viên được chỉ định là vật liệu di truyền đầu tiên trong protobionts.

Các phân tử RNA có khả năng thực hiện xúc tác được gọi là ribozyme và có thể tạo ra các bản sao với các chuỗi bổ sung của các đoạn RNA ngắn và làm trung gian cho quá trình nối, loại bỏ các phần của trình tự.

Một protobiont có phân tử RNA xúc tác bên trong nó khác với các đối tác của nó thiếu phân tử đó.

Trong trường hợp các protobiont có thể phát triển, phân chia và truyền RNA cho con cái của chúng, các quá trình chọn lọc tự nhiên của Darwin có thể được áp dụng cho hệ thống này và các protobiont với các phân tử RNA sẽ tăng tần số trong quần thể.

Mặc dù sự xuất hiện của protobion này có thể rất khó xảy ra, nhưng cần phải nhớ rằng có thể tồn tại hàng triệu protobiont trong cơ thể nước của trái đất nguyên thủy.

Sự xuất hiện của DNA

DNA là một phân tử sợi kép ổn định hơn nhiều, so với phân tử RNA, nó dễ vỡ và sao chép không chính xác. Tính chất chính xác này về mặt sao chép trở nên cần thiết hơn khi bộ gen của protobiont tăng kích thước.

Tại Đại học Princeton, nhà nghiên cứu Freeman Dyson đề xuất rằng các phân tử DNA có thể có cấu trúc ngắn, được hỗ trợ trong quá trình sao chép của chúng bằng các polyme axit amin ngẫu nhiên có đặc tính xúc tác.

Sự sao chép sớm này có thể xảy ra bên trong các protobiont đã lưu trữ một lượng lớn các monome hữu cơ.

Sau khi xuất hiện phân tử DNA, RNA có thể bắt đầu đóng vai trò hiện tại là trung gian dịch mã, do đó tạo ra "thế giới DNA".

Tài liệu tham khảo

  1. Altstein, A. D. (2015). Giả thuyết progene: thế giới nucleoprotein và cuộc sống bắt đầu như thế nào. Sinh học trực tiếp, 10, 67.
  2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, B. E. (2003). Sinh học: Sự sống trên trái đất. Giáo dục Pearson.
  3. Campbell, A. N., & Reece, J. B. (2005). Sinh học. Biên tập Panamericana Y tế.
  4. Gama, M. (2007). Sinh học 1: Cách tiếp cận xây dựng. Giáo dục Pearson.
  5. Schrum, J. P., Zhu, T. F., & Szostak, J. W. (2010). Nguồn gốc của sự sống tế bào. Quan điểm của Cold Spring Harbor trong sinh học, a002212.
  6. Stano, P., & Mavelli, F. (2015). Mô hình Protocells trong nguồn gốc của sự sống và sinh học tổng hợp. Cuộc sống, 5(4), 1700-1702.