PREBIOTSKA EVOLUCIJA: GDJE SE DOGODILO I ŠTO JE POTREBNO - BIOLOGIJA - 2026

Izraz prebiotička evolucija odnosi se na niz hipotetskih scenarija koji nastoje objasniti porijeklo života počevši od nežive materije u okruženju u primitivnim uvjetima.

Pretpostavlja se da su se uvjeti primitivne atmosfere snažno smanjivali, što je pogodovalo stvaranju organskih molekula, poput aminokiselina i peptida, koji su građevni blokovi proteina; te purini i pirimidini koji čine nukleinske kiseline - DNA i RNA.

Izvor: pixabay.com

Primitivni uvjeti

Zamišljanje kako su se na Zemlji pojavili prvi oblici života može biti izazovno - pa čak i gotovo nemoguće - pitanje ne postavimo li se u pravo primitivno okruženje.

Dakle, ključ za razumijevanje života iz abiotskih molekula suspendiranih u poznatoj "primitivnoj juhi" je atmosfera u tom udaljenom okruženju.

Iako nema potpunog slaganja u pogledu kemijskog sastava atmosfere, budući da ne postoji način da se u potpunosti potvrdu hipoteze rasponu od smanjenja sastavi (CH ₄ + N ₂, NH ₃ + H ₂ O ili CO ₂ H + ₂ + N ₂) na više neutralne okruženja (sa samo CO ₂ + N ₂ + H ₂ O).

Općenito je prihvaćeno da atmosferi nedostaje kisika (ovaj je element značajno povećao koncentraciju dolaskom života). Za učinkovitu sintezu aminokiselina, purina, pirimidina i šećera potrebno je prisustvo reducirajućeg okoliša.

U slučaju da stvarna atmosfera u to vrijeme nije imala ove prebiotske kemijske uvjete, organski spojevi morali su poticati od čestica prašine ili drugih svemirskih tijela poput meteorita.

Gdje se dogodila prebiotska evolucija?

Postoji nekoliko hipoteza u odnosu na fizički prostor na Zemlji koji su omogućili razvoj prvih biomolekula i replikatora.

Teorija koja je dobila značajnu ulogu u početnom stvaranju biomolekula u hidrotermalnim otvorima u oceanu. Međutim, drugi autori smatraju da je malo vjerovatno i diskreditiraju ove regije kao važne agense u sintezi prebiotika.

Teorija predlaže da se kemijska sinteza dogodila prolaskom vode unutar vremenskog gradijenta od 350 ° C do 2 ° C.

Problem s ovom hipotezom nastaje zato što se organski spojevi razgrađuju na visokim temperaturama (350 ° C), umjesto da se sintetiziraju, što sugerira manje ekstremno okruženje. Dakle, hipoteza je izgubila podršku.

Što je potrebno za evoluciju prebiotika?

Da bismo proveli istraživanje povezano s prebiotičkom evolucijom, potrebno je odgovoriti na niz pitanja koja nam omogućuju razumijevanje nastanka života.

Moramo se zapitati koja vrsta katalitičkog procesa pogoduje nastanku života i odakle dolazi energija koja je pogodovala prvim reakcijama. Odgovarajući na ova pitanja možemo ići dalje i pitati jesu li prve molekule koje su se pojavile bile membrane, replikatori ili metaboliti.

Sada ćemo odgovoriti na svako od ovih pitanja kako bismo stekli razumijevanje mogućeg podrijetla života u prebiotičkom okruženju.

katalizatori

Život, kakav danas znamo, zahtijeva niz „umjerenih uvjeta“ da bi se razvio. Znamo da većina organskih bića postoji tamo gdje su temperatura, vlaga i pH fiziološki prihvatljivi - s izuzetkom ekstremofilnih organizama koji, kako im i ime kaže, žive u ekstremnim okruženjima.

Jedna od najvažnijih karakteristika živih sustava je sveprisutnost katalizatora. Kemijske reakcije živih bića kataliziraju enzimi: složene molekule proteinske naravi koje povećavaju brzinu reakcija za nekoliko reda veličine.

Sigurno su prva živa bića imala sličan sustav, vjerojatno ribozimi. U literaturi postoji otvoreno pitanje može li se prebiotička evolucija dogoditi bez katalize.

Prema dokazima, u nedostatku katalizatora biološka bi evolucija bila malo vjerojatna - jer bi reakcije uzele monumentalne vremenske intervale da bi se dogodile. Stoga se njihovo postojanje postulira u ranim fazama života.

energija

Energija za prebiotsku sintezu morala se pojaviti odnekud. Predlaže se da bi neke anorganske molekule, poput polifosfata i tioestera, mogle igrati važnu ulogu u proizvodnji energije za reakcije - u vremenima prije postojanja poznate energetske "valute" stanica: ATP.

Energetski gledano, replikacija molekula koje nose genetsku informaciju vrlo je skup događaj. Za prosječnu bakteriju, kao što je E. coli, za jedan slučaj replikacije potrebno je 1,7 x 10 ¹⁰ ATP molekula.

Zahvaljujući postojanju ove izuzetno visoke brojke, prisutnost izvora energije neupitni je uvjet za stvaranje vjerojatnog scenarija u kojem je život nastao.

Isto tako, postojanje reakcija „redox“ tipa moglo je pridonijeti abiotskoj sintezi. S vremenom bi ovaj sustav mogao postati važan element transporta elektrona u ćeliji, povezan s proizvodnjom energije.

Koja je stanična komponenta prvo nastala?

U stanici postoje tri osnovne komponente: membrana, koja ograničava stanični prostor i pretvara ga u diskretnu jedinicu; replikatori, koji pohranjuju informacije; i metaboličke reakcije koje se događaju unutar ovog sustava. Funkcionalna integracija ove tri komponente stvara stanicu.

Stoga je u svjetlu evolucije zanimljivo postaviti pitanje koji je od trojice prvi nastao.

Čini se da je sinteza membrana jednostavna, jer lipidi spontano tvore vezikule sa sposobnošću rasta i dijeljenja. Mjehurić omogućuje skladištenje replikatora i drži koncentracije metabolita.

Sada se rasprava usredotočuje na vođstvo replikacije u odnosu na metabolizam. Oni koji replikaciji daju veću težinu, tvrde da su se ribozimi (RNA s katalitičkom snagom) mogli ponoviti, a zahvaljujući pojavi mutacija mogao bi se pojaviti novi metabolički sustav.

Suprotno gledište naglašava važnost stvaranja jednostavnih molekula - poput organskih kiselina prisutnih u ciklusu trikarboksilne kiseline - za izgaranje pod umjerenim izvorima topline. Iz ove perspektive, prvi koraci prebiotske evolucije uključivali su ove metabolite.

Reference

1. Anderson, PW (1983). Predloženi model za prebiotičku evoluciju: Upotreba kaosa. Zbornik radova Nacionalne akademije znanosti, 80 (11), 3386-3390.
2. Hogeweg, P., & Takeuchi, N. (2003). Odabir na više nivoa u modelima prebiotske evolucije: odjeljci i prostorna samoorganizacija. Podrijetlo života i evolucija biosfere, 33 (4-5), 375-403.
3. Lazcano, A., i Miller, SL (1996). Podrijetlo i rana evolucija života: prebiotska kemija, svijet prije i RNA. Ćelija, 85 (6), 793-798.
4. McKenney, K., i Alfonzo, J. (2016). Od prebiotika do probiotika: evolucija i funkcije modifikacija tRNA. Život, 6 (1), 13.
5. Silvestre, DA i Fontanari, JF (2008). Paketni modeli i informacijska kriza prebiotičke evolucije. Časopis za teorijsku biologiju, 252 (2), 326-337.
6. Wong, JTF (2009). Prebiotska evolucija i astrobiologija. CRC Press.