PROTOBIOANTI: PODRIJETLO I SVOJSTVA - BIOLOGIJA - 2026

U protobionts su biološki kompleksi u skladu s nekim hipotezama koje se odnose na porijeklo života, prethodila stanice. Prema Oparínu, to su molekularni agregati okruženi polupropusnom lipidnom membranom ili sličnom strukturom.

Ti biotički molekularni agregati mogli su prikazati jednostavnu reprodukciju i metabolizam kojim je uspio održati kemijski sastav unutrašnjosti membrane različit od vanjskog okruženja.

Izvor: pixabay.com

Neki pokusi koje su u laboratoriju izveli različiti istraživači otkrili su da se protobionti mogu formirati spontano koristeći organske spojeve stvorene iz abiotskih molekula kao gradivnih blokova.

Primjeri ovih eksperimenata su stvaranje liposoma koji su nakupine sitnih kapljica okružene membranama. Oni se mogu formirati kada se lipidi dodaju u vodu. Također se događa kada se dodaju druge vrste organskih molekula.

Može se dogoditi da su kapljice slične liposomima formirane u ribnjacima prebiotičkih vremena, a u njih su nasumično ugrađeni neki polimeri aminokiselina.

U slučaju da su polimeri napravili određene organske molekule propusne za membranu, bilo bi moguće selektivno ugraditi navedene molekule.

Svojstva i karakteristike

Pretpostavljeni protobionsi mogli bi se stvoriti iz hidrofobnih molekula koje su bile organizirane u obliku dvosloja (dva sloja) na površini kapi, što podsjeća na lipidne membrane prisutne u modernim stanicama.

Autor: Mariana Ruiz Villarreal, LadyofHats, iz Wikimedia Commons

Poluspropusne membrane

Budući da je struktura selektivno propusna, liposom može nabubriti ili ispustiti ovisno o koncentraciji otopljenih tvari u mediju.

To jest, ako je liposom izložen hipotoničnom okruženju (koncentracija unutar ćelije je veća), voda ulazi u strukturu, nateče liposom. Suprotno tome, ako je medij hipertoničan (koncentracija ćelije je niža), voda se kreće prema vanjskom mediju.

Ovo svojstvo nije svojstveno liposomima, već se može primijeniti i na stvarne stanice organizma. Na primjer, ako su crvena krvna zrnca izložena hipotoničnom okruženju, mogu eksplodirati.

razdražljivost

Liposomi mogu pohraniti energiju u obliku membranskog potencijala, što je napon preko površine. Struktura može isprazniti napon na način koji podsjeća na proces koji se događa u neuronskim stanicama živčanog sustava.

Liposomi imaju nekoliko karakteristika živih organizama. Međutim, nije isto što i tvrditi da su liposomi živi.

Podrijetlo

Postoji velika raznolikost hipoteza kojima se nastoji objasniti podrijetlo i razvoj života u prebiotičkom okruženju. Najistaknutiji postulati koji govore o podrijetlu protobionata bit će opisani u nastavku:

Oparin i Haldane hipoteza

Hipotezu o biokemijskoj evoluciji predložili su Aleksandar Oparin 1924., a John DS Haldane 1928.

Ovaj postulat pretpostavlja da je prebiotičkoj atmosferi nedostajalo kisika, ali je snažno smanjivalo, s velikim količinama vodika što je dovelo do stvaranja organskih spojeva zahvaljujući prisutnosti izvora energije.

Prema ovoj hipotezi, kako se zemlja hladila, para se iz vulkanskih erupcija kondenzirala, taloživši se kao jaka i stalna kiša. Kad je voda pala, nosila je mineralne soli i druge spojeve, što je dovelo do čuvene prvobitne juhe ili hranjivog juha.

U ovom hipotetičkom okruženju mogli bi se formirati veliki molekularni kompleksi zvani prebiotički spojevi, koji stvaraju sve složenije stanične sustave. Oparin je te strukture nazvao protobiontima.

Kako su se protobioanti povećavali u složenosti, oni su stekli nove sposobnosti prenošenja genetskih informacija, a Oparin je ovim naprednijim oblicima dao ime eubions.

Miller i Urey eksperimentiraju

1953. godine, nakon postupaka Oparina, istraživači Stanley L. Miller i Harold C. Urey proveli su niz eksperimenata kako bi potvrdili stvaranje organskih spojeva počevši od jednostavnih neorganskih materijala.

Miller i Urey uspjeli su stvoriti eksperimentalni dizajn koji je u maloj mjeri simulirao prebiotičko okruženje s uvjetima koje je Oparin predložio, uspijevajući između ostalog dobiti niz spojeva poput aminokiselina, masnih kiselina, mravlje kiseline, uree.

Genetski materijal protobionata

RNA svijet

Prema hipotezama trenutnih molekularnih biologa, protobionti su nosili molekule RNA, umjesto molekula DNA, što im je omogućilo da preslikavaju i pohranjuju informacije.

Osim što ima temeljnu ulogu u sintezi proteina, RNA se također može ponašati kao enzim i provoditi reakcije katalize. Zbog ove karakteristike, RNA je indiciran kandidat za prvi genetski materijal u protobiontima.

Molekule RNA sposobne katalizirati nazivaju se ribozimima i mogu napraviti kopije s komplementarnim nizovima kratkih proteza RNK i posredovati u procesu spajanja, eliminirajući proteze sekvence.

Protobiont koji je imao katalitičku molekulu RNA u sebi se razlikovao od svojih homologa kojima nedostaje ova molekula.

U slučaju da bi protobiont mogao rasti, podijeliti i prenijeti RNA na svoje potomstvo, procesi darvinske prirodne selekcije mogu se primijeniti na ovaj sustav, a protobionti s molekulama RNA povećali bi svoju frekvenciju u populaciji.

Iako izgled ovog protobionta može biti vrlo malo vjerovatno, potrebno je zapamtiti da je u vodenim tijelima rane zemlje moglo postojati milijun protobionata.

Izgled DNK

DNK je mnogo stabilnija dvolančana molekula u odnosu na molekulu RNA, koja je krhka i neprecizno se ponavlja. Ovo svojstvo točnosti u smislu replikacije postalo je sve neophodnije jer su se genomi protobionata povećavali.

Na Sveučilištu Princeton, istraživač Freeman Dyson predlaže da bi molekule DNA mogle biti kratke strukture, potpomognute njihovoj replikaciji polimerima slučajnih aminokiselina s katalitičkim svojstvima.

Ova rana replikacija mogla bi se pojaviti unutar protobionata koji su pohranili velike količine organskih monomera.

Nakon pojave molekule DNA, RNA bi mogla početi igrati svoje trenutne uloge kao posrednike u prevođenju, stvarajući tako „svijet DNK“.

Reference

1. Altstein, AD (2015). Progene hipoteza: nukleoproteinski svijet i kako je započeo život. Biology Direct, 10, 67.
2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biologija: Život na Zemlji. Pearsonovo obrazovanje.
3. Campbell, AN, & Reece, JB (2005). Biologija. Uredništvo Médica Panamericana.
4. Gama, M. (2007). Biologija 1: konstruktivistički pristup. Pearson Education.
5. Schrum, JP, Zhu, TF i Szostak, JW (2010). Podrijetlo staničnog života. Perspektive u hladnoj proljetnoj luci u biologiji, a002212.
6. Stano, P., i Mavelli, F. (2015). Modeli protocela u podrijetlu života i sintetička biologija. Život, 5 (4), 1700–1702.