- คุณสมบัติและลักษณะ
- เยื่อกึ่งซึมผ่านได้
- ความตื่นเต้นง่าย
- ที่มา
- สมมติฐานของ Oparin และ Haldane
- การทดลองของมิลเลอร์และอูเรย์
- สารพันธุกรรมของโปรโตไบออน
- โลก RNA
- ลักษณะของดีเอ็นเอ
- อ้างอิง
protobiontsคอมเพล็กซ์ทางชีวภาพตาม การ สมมติฐานบางอย่างเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิตนำเซลล์ จากข้อมูลของOparínสิ่งเหล่านี้คือมวลรวมของโมเลกุลที่ล้อมรอบด้วยเยื่อหุ้มไขมันแบบกึ่งสังเคราะห์ได้หรือโครงสร้างที่คล้ายกัน
มวลรวมโมเลกุลทางชีวภาพเหล่านี้สามารถนำเสนอการสืบพันธุ์อย่างง่ายและการเผาผลาญอาหารที่จัดการเพื่อรักษาองค์ประกอบทางเคมีของเยื่อหุ้มภายในที่แตกต่างจากสภาพแวดล้อมภายนอก
ที่มา: pixabay.com
การทดลองบางอย่างที่ดำเนินการในห้องปฏิบัติการโดยนักวิจัยหลายคนพบว่าโปรโตไบออนสามารถก่อตัวขึ้นเองได้โดยใช้สารประกอบอินทรีย์ที่สร้างขึ้นจากโมเลกุลของอะบิโอติกเป็นส่วนประกอบสำคัญ
ตัวอย่างของการทดลองเหล่านี้คือการสร้างไลโปโซมซึ่งเป็นการรวมตัวของละอองน้ำขนาดเล็กที่ล้อมรอบด้วยเยื่อ สิ่งเหล่านี้สามารถเกิดขึ้นได้เมื่อเติมไขมันลงในน้ำ นอกจากนี้ยังเกิดขึ้นเมื่อมีการเพิ่มโมเลกุลอินทรีย์ประเภทอื่น ๆ
อาจเกิดขึ้นได้ว่าละอองคล้ายไลโปโซมถูกสร้างขึ้นในบ่อของเวลาพรีไบโอติกและสิ่งเหล่านี้รวมอยู่ในโพลีเมอร์ของกรดอะมิโนบางส่วนแบบสุ่ม
ในกรณีที่โพลีเมอร์ทำให้โมเลกุลอินทรีย์บางชนิดซึมผ่านไปยังเมมเบรนได้ก็จะสามารถเลือกรวมโมเลกุลดังกล่าวได้
คุณสมบัติและลักษณะ
โพรโทบิออนที่ไม่ชอบน้ำสามารถเกิดขึ้นได้จากโมเลกุลที่ไม่ชอบน้ำซึ่งจัดอยู่ในรูปของบิลิเลเยอร์ (สองชั้น) บนพื้นผิวของหยดซึ่งชวนให้นึกถึงเยื่อหุ้มไขมันที่มีอยู่ในเซลล์ปัจจุบัน
โดย Mariana Ruiz Villarreal, LadyofHats จาก Wikimedia Commons
เยื่อกึ่งซึมผ่านได้
เนื่องจากโครงสร้างสามารถซึมผ่านได้โดยเลือกไลโปโซมจึงสามารถบวมหรือยุบตัวได้ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของตัวถูกละลายในตัวกลาง
นั่นคือถ้าไลโปโซมสัมผัสกับสารไฮโปโทนิก (ความเข้มข้นภายในเซลล์สูงขึ้น) น้ำจะเข้าสู่โครงสร้างทำให้ไลโปโซมบวม ในทางตรงกันข้ามถ้าตัวกลางเป็นไฮเปอร์โทนิก (ความเข้มข้นของเซลล์ต่ำกว่า) น้ำจะเคลื่อนเข้าหาตัวกลางภายนอก
คุณสมบัตินี้ไม่ซ้ำกับไลโปโซม แต่ยังสามารถนำไปใช้กับเซลล์จริงของสิ่งมีชีวิตได้ ตัวอย่างเช่นหากเซลล์เม็ดเลือดแดงสัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำเกินไปก็สามารถระเบิดได้
ความตื่นเต้นง่าย
ไลโปโซมสามารถกักเก็บพลังงานในรูปแบบของเมมเบรนศักย์ซึ่งเป็นแรงดันไฟฟ้าทั่วพื้นผิว โครงสร้างสามารถปล่อยแรงดันไฟฟ้าในลักษณะที่ชวนให้นึกถึงกระบวนการที่เกิดขึ้นในเซลล์ประสาทของระบบประสาท
ไลโปโซมมีลักษณะของสิ่งมีชีวิตหลายประการ อย่างไรก็ตามมันไม่เหมือนกับการอ้างว่าไลโปโซมมีชีวิต
ที่มา
มีสมมติฐานมากมายที่พยายามอธิบายที่มาและวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตในสภาพแวดล้อมพรีไบโอติก สมมติฐานที่โดดเด่นที่สุดที่กล่าวถึงที่มาของโปรโตไบออนจะอธิบายไว้ด้านล่าง:
สมมติฐานของ Oparin และ Haldane
สมมติฐานเกี่ยวกับวิวัฒนาการทางชีวเคมีเสนอโดย Alexander Oparin ในปีพ. ศ. 2467 และโดย John DS Haldane ในปีพ. ศ. 2471
สมมติฐานนี้สันนิษฐานว่าบรรยากาศพรีไบโอติกขาดออกซิเจน แต่ถูกลดลงอย่างมากด้วยไฮโดรเจนจำนวนมากที่นำไปสู่การก่อตัวของสารประกอบอินทรีย์เนื่องจากมีแหล่งพลังงาน
ตามสมมติฐานนี้เมื่อโลกเย็นลงไอน้ำจากการปะทุของภูเขาไฟจะกลั่นตัวเป็นหยดน้ำฝนตกหนักและคงที่ เมื่อน้ำลดลงจะมีเกลือแร่และสารประกอบอื่น ๆ ก่อให้เกิดซุปปฐมหรือน้ำซุปที่มีคุณค่าทางโภชนาการ
ในสภาพแวดล้อมสมมุติฐานนี้สารประกอบเชิงซ้อนโมเลกุลขนาดใหญ่ที่เรียกว่าสารประกอบพรีไบโอติกอาจก่อตัวขึ้นทำให้เกิดระบบเซลล์ที่ซับซ้อนมากขึ้น Oparin เรียกโครงสร้างเหล่านี้ว่า protobionts
เมื่อโปรโตไบออนมีความซับซ้อนเพิ่มขึ้นพวกเขาก็ได้รับความสามารถใหม่ในการถ่ายทอดข้อมูลทางพันธุกรรมและโอปารินได้ตั้งชื่อยูบิออนให้กับรูปแบบขั้นสูงเหล่านี้
การทดลองของมิลเลอร์และอูเรย์
ในปีพ. ศ. 2496 หลังจาก Oparin ตั้งสมมติฐานนักวิจัย Stanley L. Miller และ Harold C.Urey ได้ทำการทดลองหลายชุดเพื่อตรวจสอบการก่อตัวของสารประกอบอินทรีย์โดยเริ่มจากวัสดุอนินทรีย์อย่างง่าย
มิลเลอร์และอูเรย์สามารถสร้างการออกแบบการทดลองที่จำลองสภาพแวดล้อมพรีไบโอติกด้วยเงื่อนไขที่โอปารินเสนอในระดับเล็ก ๆ โดยจัดการเพื่อให้ได้สารประกอบหลายชนิดเช่นกรดอะมิโนกรดไขมันกรดฟอร์มิกยูเรียเป็นต้น
สารพันธุกรรมของโปรโตไบออน
โลก RNA
ตามสมมติฐานของนักชีววิทยาระดับโมเลกุลในปัจจุบัน protobionts มีโมเลกุลอาร์เอ็นเอแทนที่จะเป็นโมเลกุลของดีเอ็นเอซึ่งอนุญาตให้ทำซ้ำและจัดเก็บข้อมูลได้
นอกเหนือจากการมีบทบาทพื้นฐานในการสังเคราะห์โปรตีนแล้ว RNA ยังสามารถทำหน้าที่เป็นเอนไซม์และทำปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยา เนื่องจากลักษณะนี้ RNA จึงเป็นตัวบ่งชี้ว่าเป็นสารพันธุกรรมตัวแรกในโปรโตไบออน
โมเลกุลของ RNA ที่สามารถเร่งปฏิกิริยาได้เรียกว่า ribozymes และสามารถทำสำเนาด้วยลำดับเสริมของ RNA ที่มีความยืดสั้นและเป็นสื่อกลางในกระบวนการเชื่อมต่อเพื่อขจัดความยืดของลำดับ
โปรโตบิออนที่มีโมเลกุลอาร์เอ็นเอตัวเร่งปฏิกิริยาอยู่ภายในนั้นแตกต่างกันไปจากลักษณะคล้ายคลึงกันที่ขาดโมเลกุลนี้
ในกรณีที่โปรโตบิออนสามารถเติบโตแบ่งและส่งอาร์เอ็นเอไปยังลูกหลานได้กระบวนการคัดเลือกโดยธรรมชาติของดาร์วินสามารถนำไปใช้กับระบบนี้ได้และโปรโตบิออนที่มีโมเลกุลอาร์เอ็นเอจะเพิ่มความถี่ในประชากร
แม้ว่าการปรากฏตัวของโปรโตบิออนต์นี้อาจไม่น่าเป็นไปได้มากนัก แต่ก็จำเป็นต้องจำไว้ว่าโปรโตบิออนนับล้านอาจมีอยู่ในแหล่งน้ำของโลกยุคแรก
ลักษณะของดีเอ็นเอ
DNA เป็นโมเลกุลที่มีเกลียวสองชั้นที่เสถียรกว่ามากเมื่อเทียบกับโมเลกุล RNA ซึ่งเปราะบางและทำซ้ำได้ไม่แม่นยำ คุณสมบัติของความถูกต้องในแง่ของการจำลองแบบนี้มีความจำเป็นมากขึ้นเมื่อจีโนมของโปรโตไบออนมีขนาดเพิ่มขึ้น
ที่มหาวิทยาลัยพรินซ์ตันนักวิจัย Freeman Dyson เสนอว่าโมเลกุลของ DNA อาจเป็นโครงสร้างสั้น ๆ ได้โดยช่วยในการจำลองแบบของพวกมันโดยโพลีเมอร์ของกรดอะมิโนแบบสุ่มที่มีคุณสมบัติในการเร่งปฏิกิริยา
การจำลองแบบในช่วงต้นนี้อาจเกิดขึ้นภายในโปรโตไบออนที่กักเก็บโมโนเมอร์อินทรีย์ไว้ในปริมาณสูง
หลังจากการปรากฏตัวของโมเลกุลดีเอ็นเอ RNA สามารถเริ่มมีบทบาทในปัจจุบันในฐานะตัวกลางสำหรับการแปลจึงสร้าง "โลกแห่งดีเอ็นเอ" ขึ้นมา
อ้างอิง
- Altstein, AD (2015). สมมติฐานโปรเจนีน: โลกของนิวคลีโอโปรตีนและชีวิตเริ่มต้นอย่างไร ชีววิทยาโดยตรง, 10, 67.
- Audesirk, T. , Audesirk, G. , & Byers, พ.ศ. (2546). ชีววิทยา: สิ่งมีชีวิตบนโลก การศึกษาของ Pearson
- Campbell, AN, & Reece, JB (2005). ชีววิทยา. บทบรรณาธิการMédica Panamericana
- กามา, M. (2007). ชีววิทยา 1: แนวทางคอนสตรัคติวิสต์ การศึกษาของเพียร์สัน.
- Schrum, JP, Zhu, TF และ Szostak, JW (2010) ต้นกำเนิดของชีวิตเซลล์ มุมมองของ Cold Spring Harbor ในชีววิทยา, a002212
- Stano, P. , & Mavelli, F. (2015). แบบจำลองโปรโตเซลล์ในแหล่งกำเนิดชีวิตและชีววิทยาสังเคราะห์ ชีวิต, 5 (4), 1700–1702