ПРОТОБІОТИ: ПОХОДЖЕННЯ ТА ВЛАСТИВОСТІ - БІОЛОГІЯ

У протобионтов біологічні комплекси по для деяких гіпотез про походження життя, передували клітини. За Опаріном, це молекулярні агрегати, оточені напівпроникною ліпідною мембраною або подібною до неї структурою.

Ці біотичні молекулярні агрегати змогли представити просте відтворення та метаболізм, що зуміло підтримувати хімічний склад внутрішньої частини мембрани, відмінний від її зовнішнього середовища.

Джерело: pixabay.com

Деякі експерименти, проведені в лабораторії різними дослідниками, показали, що протобіоти можуть утворюватися спонтанно, використовуючи органічні сполуки, створені з абіотичних молекул, як будівельних блоків.

Прикладами цих експериментів є утворення ліпосом, що представляють собою агрегації дрібних крапель, оточених мембранами. Вони можуть утворюватися, коли ліпіди додаються у воду. Це трапляється і при додаванні інших видів органічних молекул.

Може трапитися так, що ліпосомоподібні краплі утворювались у ставках добіотичних часів, і вони випадковим чином включали деякі полімери амінокислот.

У випадку, якщо полімери зробили певні органічні молекули, проникні для мембрани, можна було б вибірково включати зазначені молекули.

Властивості та характеристики

Передбачувані протобіоти можуть утворюватися з гідрофобних молекул, які були організовані у вигляді двошарового (двох шарів) на поверхні краплі, що нагадує ліпідні мембрани, наявні в сучасних клітинах.

Автор: Мар'яна Руїс Вільяреал, LadyofHats, із Вікімедіа

Напівпроникні мембрани

Оскільки структура є селективно проникною, ліпосома може набухати або спалахувати залежно від концентрації розчинних речовин у середовищі.

Тобто, якщо ліпосома потрапляє в гіпотонічне середовище (концентрація всередині клітини вище), вода надходить у структуру, набухаючи ліпосому. На відміну від цього, якщо середовище гіпертонічне (концентрація клітини нижча), вода рухається до зовнішнього середовища.

Ця властивість не властива лише ліпосомам, вона також може бути застосована до власних клітин організму. Наприклад, якщо еритроцити потрапляють у гіпотонічне середовище, вони можуть вибухнути.

Збудливість

Ліпосоми можуть зберігати енергію у вигляді мембранного потенціалу, який є напругою по всій поверхні. Структура може розряджати напругу таким чином, що нагадує процес, що відбувається в нейронних клітинах нервової системи.

Ліпосоми мають кілька характеристик живих організмів. Однак це не те саме, що стверджувати, що ліпосоми живі.

Походження

Існує велика різноманітність гіпотез, які прагнуть пояснити походження та еволюцію життя в пребіотичному середовищі. Найвидатніші постулати, які обговорюють походження протобіонтів, будуть описані нижче:

Гіпотеза Опаріна та Гелдена

Гіпотеза про біохімічну еволюцію була запропонована Олександром Опаріном у 1924 р. Та Джоном Д. С. Холденом у 1928 році.

Цей постулат передбачає, що в атмосфері пребіотиків не вистачало кисню, але сильно знижувалося, з великою кількістю водню, що призвело до утворення органічних сполук завдяки наявності джерел енергії.

Згідно з цією гіпотезою, коли земля охолоджувалася, пара від вулканічних вивержень конденсувалася, осаджуючи як сильні та постійні дощі. Коли вода падала, вона несла мінеральні солі та інші сполуки, даючи початок знаменитому первинному супу або поживному бульйону.

У цьому гіпотетичному середовищі можуть утворюватися великі молекулярні комплекси, які називаються пребіотичними сполуками, породжуючи все більш складні клітинні системи. Опарін назвав ці структури протобіонтами.

По мірі збільшення складності протобіонтів вони набули нових здібностей передавати генетичну інформацію, і Опарін дав назву ебіонтів цим більш розвиненим формам.

Експеримент Міллера та Урея

У 1953 році, після постулатів Опаріна, дослідники Стенлі Л. Міллер та Гарольд Ч. Урей провели ряд експериментів, щоб перевірити утворення органічних сполук, починаючи з простих неорганічних матеріалів.

Міллеру та Урею вдалося створити експериментальну конструкцію, яка імітувала пребіотичні середовища з умовами, запропонованими Опаріном в невеликих масштабах, зумівши отримати ряд сполук, таких як амінокислоти, жирні кислоти, мурашина кислота, сечовина, серед інших.

Генетичний матеріал протобіонтів

РНК світ

Згідно з гіпотезами нинішніх молекулярних біологів, протобіоти переносили молекули РНК замість молекул ДНК, що дозволяло їм копіювати та зберігати інформацію.

Крім важливої ролі в синтезі білка, РНК може також поводитися як фермент і здійснювати реакції каталізу. Завдяки цій характеристиці РНК є вказаним кандидатом, який буде першим генетичним матеріалом у протобіонтах.

Молекули РНК, здатні до каталізу, називаються рибозимами і можуть робити копії з комплементарними послідовностями коротких розтяжок РНК і опосередковувати процес сплайсингу, усуваючи розтяжки послідовності.

Протобіонт, який мав каталітичну молекулу РНК всередині нього, відрізнявся від його гомологів, яким не вистачало цієї молекули.

У випадку, якщо протобіонт міг рости, ділити та передавати РНК своєму потомству, до цієї системи можна застосувати процеси природного відбору дарвінів, а протобіоти з молекулами РНК збільшили б їх частоту в популяції.

Хоча поява цього протобіонта може бути дуже малоймовірним, необхідно пам’ятати, що мільйони протобіонтів могли існувати у водоймах ранньої землі.

Зовнішній вигляд ДНК

ДНК - це набагато стабільніша дволанцюгова молекула порівняно з молекулою РНК, яка є крихкою і реплікується неточно. Ця властивість точності з точки зору реплікації стала більш необхідною, оскільки геноми протобіонтів збільшувалися в розмірах.

У Принстонському університеті дослідник Фріман Дайсон припускає, що молекули ДНК могли бути короткими структурами, що сприяло їх реплікації полімерами випадкових амінокислот з каталітичними властивостями.

Ця рання реплікація могла відбутися всередині протобіонтів, які зберігали велику кількість органічних мономерів.

Після появи молекули ДНК РНК може почати грати свої поточні ролі як посередників для перекладу, створюючи, таким чином, "світ ДНК".

Список літератури

Altstein, AD (2015). Гіпотеза про прогенів: нуклеопротеїновий світ і як почалося життя. Biology Direct, 10, 67.
Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Біологія: Життя на Землі. Пірсонова освіта.
Кемпбелл, А.Н., і Різ, Дж. Б. (2005). Біологія. Редакція Médica Panamericana.
Гама, М. (2007). Біологія 1: конструктивістський підхід. Пірсон освіта.
Schrum, JP, Zhu, TF, & Szostak, JW (2010). Витоки клітинного життя. Перспективи холодного весняного порту в біології, a002212.
Stano, P., & Mavelli, F. (2015). Моделі протоелементів зародження життя та синтетична біологія. Життя, 5 (4), 1700–1702.

ПРОТОБІОТИ: ПОХОДЖЕННЯ ТА ВЛАСТИВОСТІ - БІОЛОГІЯ - 2025