PROTOBIONTY: PŮVOD A VLASTNOSTI - BIOLOGIE - 2025

Tyto protobionts jsou biologické komplexy podle do některých hypotéz týkající se původu života, předcházela buněk. Podle Oparína jde o molekulární agregáty obklopené semipermeabilní lipidovou membránou nebo podobnou strukturou.

Tyto biotické molekulární agregáty by mohly představovat jednoduchou reprodukci a metabolismus, který dokázal udržet chemické složení vnitřku membrány odlišné od vnějšího prostředí.

Zdroj: pixabay.com

Některé experimenty provedené v laboratoři různými vědci odhalili, že protobionty se mohou tvořit spontánně pomocí organických sloučenin vytvořených z abiotických molekul jako stavebních bloků.

Příklady těchto experimentů jsou tvorba liposomů, což jsou agregace malých kapiček obklopených membránami. Mohou se tvořit, když se do vody přidají lipidy. Stává se také, když jsou přidány jiné typy organických molekul.

Může se stát, že se v rybnících prebiotických časů vytvořily kapičky podobné liposomům, které náhodně začleňovaly některé polymery aminokyselin.

V případě, že polymery vytvoří určité organické molekuly propustné pro membránu, bude možné selektivně začlenit uvedené molekuly.

Vlastnosti a vlastnosti

Domnělé protobionty by mohly být vytvořeny z hydrofobních molekul, které byly uspořádány ve formě dvojvrstvy (dvě vrstvy) na povrchu kapky, připomínající lipidové membrány přítomné v moderních buňkách.

Autor: Mariana Ruiz Villarreal, LadyofHats, z Wikimedia Commons

Polopropustné membrány

Protože struktura je selektivně propustná, lipozom může bobtnat nebo vypustit v závislosti na koncentraci solutů v médiu.

To znamená, že pokud je liposom vystaven hypotonickému prostředí (koncentrace uvnitř buňky je vyšší), voda vstoupí do struktury a bobtná lipozom. Naopak, pokud je médium hypertonické (koncentrace buňky je nižší), voda se pohybuje směrem k vnějšímu médiu.

Tato vlastnost není jedinečná pro liposomy, ale může být také aplikována na skutečné buňky organismu. Pokud jsou například červené krvinky vystaveny hypotonickému prostředí, mohou explodovat.

Excitabilita

Liposomy mohou ukládat energii ve formě membránového potenciálu, což je napětí na povrchu. Struktura může vybíjet napětí způsobem, který připomíná proces, ke kterému dochází v nervových buňkách nervového systému.

Liposomy mají několik vlastností živých organismů. Není to však stejné jako tvrdit, že lipozomy jsou živé.

Původ

Existuje široká rozmanitost hypotéz, které se snaží vysvětlit původ a vývoj života v prebiotickém prostředí. Nejvýznamnější postuláty, které diskutují o původu protobiontů, budou popsány níže:

Oparinova a Haldaneova hypotéza

Hypotézu o biochemickém vývoji navrhl Alexander Oparin v roce 1924 a John DS Haldane v roce 1928.

Tento postulát předpokládá, že v prebiotické atmosféře chyběl kyslík, ale silně se snižoval, s velkým množstvím vodíku, který díky přítomnosti zdrojů energie vedl k tvorbě organických sloučenin.

Podle této hypotézy se při ochlazování Země kondenzovala pára ze sopečných erupcí, které se srážely jako silné a stálé deště. Když voda padla, nesla minerální soli a další sloučeniny, čímž vznikla slavná prvotní polévka nebo výživný vývar.

V tomto hypotetickém prostředí se mohou tvořit velké molekulární komplexy zvané prebiotické sloučeniny, což vede ke vzniku stále složitějších buněčných systémů. Oparin tyto struktury nazval protobionty.

Jak protobionty rostly ve složitosti, získaly nové schopnosti předávat genetické informace a Oparin dal těmto egriontům tyto pokročilejší formy.

Miller a Urey experiment

V roce 1953, po Oparinových postulátech, vědci Stanley L. Miller a Harold C. Urey provedli řadu experimentů, aby ověřili tvorbu organických sloučenin počínaje jednoduchými anorganickými materiály.

Millerovi a Ureyovi se podařilo vytvořit experimentální návrh, který simuloval prebiotická prostředí s podmínkami navrženými Oparinem v malém měřítku, mimo jiné se podařilo získat řadu sloučenin, jako jsou aminokyseliny, mastné kyseliny, kyselina mravenčí, močovina.

Genetický materiál protobiontů

RNA svět

Podle hypotéz současných molekulárních biologů nosily protobionty molekuly RNA místo molekul DNA, což jim umožnilo replikovat a ukládat informace.

Kromě toho, že RNA hraje základní roli v syntéze proteinů, může se chovat také jako enzym a provádět katalýzy. Díky této vlastnosti je RNA indikovaným kandidátem jako první genetický materiál v protobiontech.

Molekuly RNA schopné katalýzy se nazývají ribozymy a mohou vytvářet kopie s komplementárními sekvencemi krátkých úseků RNA a zprostředkovat proces sestřihu, čímž se eliminují úseky sekvence.

Protobiont, který měl uvnitř sebe katalytickou molekulu RNA, se lišil od svých homologů, kterým chyběla tato molekula.

V případě, že protobiont může růst, dělit se a přenášet RNA na své potomstvo, lze na tento systém aplikovat procesy darwinovské přirozené selekce a protobionty s molekulami RNA by zvýšily jejich frekvenci v populaci.

Ačkoli vzhled tohoto protobiontu může být velmi nepravděpodobný, je třeba si uvědomit, že v těle vody rané Země mohly existovat miliony protobiontů.

Vzhled DNA

DNA je mnohem stabilnější dvouřetězcová molekula ve srovnání s molekulou RNA, která je křehká a nepřesně se replikuje. Tato vlastnost přesnosti, pokud jde o replikaci, se stala nezbytnější, protože se zvětšovaly velikosti genomů protobiontů.

Na Princetonské univerzitě vědec Freeman Dyson navrhuje, aby molekuly DNA mohly být krátké struktury, což by jim pomohlo při replikaci polymery náhodných aminokyselin s katalytickými vlastnostmi.

Tato časná replikace by mohla nastat uvnitř protobiontů, které ukládaly velké množství organických monomerů.

Po objevení molekuly DNA by RNA mohla začít hrát své současné role jako prostředníci pro překlad, čímž by vytvořila „svět DNA“.

Reference

1. Altstein, AD (2015). Hypotéza progenu: nukleoproteinový svět a jak začal život. Biology Direct, 10, 67.
2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biologie: Život na Zemi. Pearsonovo vzdělávání.
3. Campbell, AN, a Reece, JB (2005). Biologie. Editorial Médica Panamericana.
4. Gama, M. (2007). Biologie 1: Konstruktivistický přístup. Pearsonovo vzdělávání.
5. Schrum, JP, Zhu, TF a Szostak, JW (2010). Původ buněčného života. Perspektivy Cold Spring Harbor v biologii, a002212.
6. Stano, P., & Mavelli, F. (2015). Protocells modely v původu života a syntetická biologie. Life, 5 (4), 1700-1702.