- الظروف البدائية
- أين حدث تطور البريبايوتك؟
- ما هو المطلوب لتطور البريبايوتك؟
- المحفزات
- طاقة
- أي من المكونات الخلوية نشأت أولاً؟
- المراجع
يشير مصطلح تطور البريبايوتك إلى سلسلة من السيناريوهات الافتراضية التي تسعى إلى تفسير أصل الحياة بدءًا من مادة غير حية في بيئة تحت ظروف بدائية.
لقد قيل أن ظروف الغلاف الجوي البدائي كانت تتقلص بشدة ، مما ساعد على تكوين جزيئات عضوية ، مثل الأحماض الأمينية والببتيدات ، والتي تعد اللبنات الأساسية للبروتينات ؛ والبيورينات والبيريميدينات ، والتي تشكل الأحماض النووية - DNA و RNA.
المصدر: pixabay.com
الظروف البدائية
يمكن أن يكون تخيل كيفية ظهور الأشكال الأولى للحياة على الأرض سؤالًا صعبًا - بل وحتى شبه مستحيل - إذا لم نضع أنفسنا في البيئة البدائية الصحيحة.
وهكذا ، فإن مفتاح فهم الحياة من الجزيئات اللاأحيائية المعلقة في "الحساء البدائي" الشهير هو الغلاف الجوي في تلك البيئة البعيدة.
على الرغم من عدم وجود اتفاق كامل فيما يتعلق بالتركيب الكيميائي للغلاف الجوي ، نظرًا لعدم وجود طريقة لتأكيده تمامًا ، تتراوح الفرضيات بين التراكيب المختزلة (CH 4 + N 2 أو NH 3 + H 2 O أو CO 2 + H 2 + N 2) إلى بيئات أكثر حيادية (مع CO 2 + N 2 + H 2 O فقط).
من المقبول عمومًا أن الغلاف الجوي يفتقر إلى الأكسجين (زاد هذا العنصر تركيزه بشكل كبير مع وصول الحياة). من أجل التوليف الفعال للأحماض الأمينية والبيورينات والبيريميدين والسكريات ، من الضروري وجود بيئة مختزلة.
في حالة عدم احتواء الغلاف الجوي الفعلي في ذلك الوقت على هذه الظروف الكيميائية البريبايوتيكية ، يجب أن تأتي المركبات العضوية من جزيئات الغبار أو أجسام فضائية أخرى مثل النيازك.
أين حدث تطور البريبايوتك؟
هناك العديد من الفرضيات المتعلقة بالفضاء المادي على الأرض والتي سمحت بتطوير أول جزيئات حيوية ومضاعفات.
نظرية اكتسبت متابعة مهمة في التكوين الأولي للجزيئات الحيوية في الفتحات الحرارية المائية في المحيط. ومع ذلك ، يجد مؤلفون آخرون أنه من غير المحتمل ويشوهون هذه المناطق كعوامل مهمة في تخليق البريبايوتك.
تقترح النظرية أن التركيب الكيميائي حدث من خلال مرور الماء ضمن تدرج مصطلح من 350 درجة مئوية إلى 2 درجة مئوية.
تنشأ مشكلة هذه الفرضية لأن المركبات العضوية تتحلل عند درجات حرارة عالية (350 درجة مئوية) بدلاً من أن يتم تصنيعها ، مما يشير إلى بيئات أقل قسوة. لذلك فقدت الفرضية الدعم.
ما هو المطلوب لتطور البريبايوتك؟
لإجراء دراسة تتعلق بتطور البريبايوتك ، من الضروري الإجابة على سلسلة من الأسئلة التي تسمح لنا بفهم نشأة الحياة.
يجب أن نسأل أنفسنا ما هو نوع العملية التحفيزية التي فضلت أصل الحياة ومن أين أخذت الطاقة التي فضلت التفاعلات الأولى. بالإجابة على هذه الأسئلة ، يمكننا أن نذهب إلى أبعد من ذلك ونتساءل عما إذا كانت الجزيئات الأولى التي ظهرت هي الأغشية ، أو المضاعفات ، أو المستقلبات.
سنجيب الآن على كل سؤال من هذه الأسئلة لفهم الأصل المحتمل للحياة في بيئة البريبايوتيك.
المحفزات
تتطلب الحياة ، كما نعرفها اليوم ، سلسلة من "الظروف المعتدلة" لكي تتطور. نحن نعلم أن معظم الكائنات العضوية توجد حيث درجة الحرارة والرطوبة ودرجة الحموضة مقبولة من الناحية الفسيولوجية - باستثناء الكائنات الحية المتطرفة ، والتي ، كما يوحي اسمها ، تعيش في بيئات قاسية.
واحدة من أكثر الخصائص ذات الصلة للأنظمة الحية هي انتشار المحفزات. يتم تحفيز التفاعلات الكيميائية للكائنات الحية بواسطة الإنزيمات: جزيئات معقدة ذات طبيعة بروتينية تزيد من سرعة التفاعلات بعدة مرات من حيث الحجم.
يجب أن يكون لدى الكائنات الحية الأولى نظام مماثل ، ربما الريبوزيمات. في الأدبيات ، هناك سؤال مفتوح حول ما إذا كان تطور البريبايوتيك يمكن أن يحدث بدون تحفيز.
وفقًا للأدلة ، في حالة عدم وجود محفز ، كان من غير المرجح حدوث تطور بيولوجي إلى حد كبير - لأن التفاعلات كانت ستستغرق فترات زمنية ضخمة حتى تحدث. لذلك ، يتم افتراض وجودهم خلال المراحل الأولى من الحياة.
طاقة
يجب أن تظهر الطاقة اللازمة لتوليف البريبايوتك من مكان ما. يُقترح أن بعض الجزيئات غير العضوية ، مثل البوليفوسفات والثيويستر ، ربما لعبت دورًا مهمًا في إنتاج الطاقة للتفاعلات - في أوقات قبل وجود "عملة" الخلايا الشهيرة: ATP.
بقوة ، فإن تكرار الجزيئات التي تحمل المعلومات الجينية هو حدث مكلف للغاية. بالنسبة لبكتيريا متوسطة ، مثل الإشريكية القولونية ، يتطلب حدث تكرار واحد 1.7 * 10 10 جزيء ATP.
بفضل وجود هذا الرقم المرتفع بشكل غير عادي ، فإن وجود مصدر للطاقة هو شرط لا يرقى إليه الشك لإنشاء سيناريو محتمل نشأت فيه الحياة.
وبالمثل ، فإن وجود تفاعلات من النوع "الأكسدة والاختزال" يمكن أن يكون قد ساهم في التوليف غير الحيوي. بمرور الوقت ، يمكن أن يصبح هذا النظام عناصر مهمة في نقل الإلكترونات في الخلية ، مرتبطة بإنتاج الطاقة.
أي من المكونات الخلوية نشأت أولاً؟
توجد ثلاثة مكونات أساسية في الخلية: غشاء يحدد مساحة الخلية ويحولها إلى وحدة منفصلة ؛ أجهزة النسخ ، التي تخزن المعلومات ؛ والتفاعلات الأيضية التي تحدث داخل هذا النظام. يؤدي التكامل الوظيفي لهذه المكونات الثلاثة إلى ظهور خلية.
لذلك ، في ضوء التطور ، من المثير للاهتمام طرح السؤال حول أي من الثلاثة نشأ أولاً.
يبدو أن تركيب الأغشية بسيط ، لأن الدهون تشكل تلقائيًا هياكل حويصلية لها القدرة على النمو والانقسام. تسمح الحويصلة بتخزين المضاعفات وتحافظ على تركيز المستقلبات.
الآن ، يركز النقاش على قيادة التكرار مقابل التمثيل الغذائي. أولئك الذين يعطون وزناً أكبر للتكاثر ، يجادلون بأن الريبوزيمات (RNA مع القوة التحفيزية) كانت قادرة على تكرار نفسها ، وبفضل ظهور الطفرات ، يمكن أن ينشأ نظام استقلابي جديد.
يسلط الرأي المقابل الضوء على أهمية توليد جزيئات بسيطة - مثل الأحماض العضوية الموجودة في دورة حمض الكربوكسيليك - للاحتراق تحت مصادر حرارة معتدلة. من هذا المنظور ، تضمنت الخطوات الأولى لتطور البريبايوتك هذه المستقلبات.
المراجع
- أندرسون ، بي دبليو (1983). نموذج مقترح لتطور البريبايوتك: استخدام الفوضى. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم ، 80 (11) ، 3386-3390.
- Hogeweg، P.، & Takeuchi، N. (2003). الانتقاء متعدد المستويات في نماذج تطور البريبايوتك: المقصورات والتنظيم الذاتي المكاني. أصول الحياة وتطور المحيط الحيوي ، 33 (4-5) ، 375-403.
- Lazcano، A.، & Miller، SL (1996). أصل الحياة وتطورها المبكر: كيمياء البريبايوتك وعالم ما قبل الحمض النووي الريبي والوقت. الخلية، 85 (6) ، 793-798.
- McKenney ، K. ، & Alfonzo ، J. (2016). من البريبايوتكس إلى البروبيوتيك: تطور ووظائف تعديلات الحمض النووي الريبي. الحياة ، 6 (1) ، 13.
- Silvestre ، DA ، & Fontanari ، JF (2008). نماذج الحزمة وأزمة المعلومات لتطور البريبايوتك. مجلة علم الأحياء النظري ، 252 (2) ، 326-337.
- وونغ ، JTF (2009). تطور بريبيوتيك وعلم الأحياء الفلكي. اضغط CRC.