PROTOBIONTS: الأصل والخصائص - مادة الاحياء - 2026

و protobionts هي المجمعات البيولوجية وفقا ل بعض الفرضيات المتعلقة بأصل الحياة، سبقت الخلايا. وفقًا لـ Oparín ، هذه مجاميع جزيئية محاطة بغشاء دهني شبه نافذ أو هيكل مشابه له.

يمكن أن تقدم هذه المجاميع الجزيئية الحيوية تكاثرًا بسيطًا وعملية التمثيل الغذائي التي تمكنت من الحفاظ على التركيب الكيميائي للجزء الداخلي من الغشاء مختلفًا عن بيئته الخارجية.

المصدر: pixabay.com

كشفت بعض التجارب التي أجريت في المختبر من قبل باحثين مختلفين أن البروتوبيونات يمكن أن تتشكل تلقائيًا باستخدام مركبات عضوية تم إنشاؤها من الجزيئات اللاأحيائية كوحدات بناء.

ومن أمثلة هذه التجارب تكوين الجسيمات الشحمية ، وهي تجمعات من القطيرات الصغيرة المحاطة بأغشية. يمكن أن تتشكل عند إضافة الدهون إلى الماء. يحدث هذا أيضًا عند إضافة أنواع أخرى من الجزيئات العضوية.

قد يحدث أن تكون القطرات الشبيهة بالجسيمات الشبيهة بالجسم قد تكونت في أحواض من عصور البريبايوتيك ودمجت عشوائياً بعض بوليمرات الأحماض الأمينية.

في حالة جعل البوليمرات جزيئات عضوية معينة قابلة للنفاذ إلى الغشاء ، سيكون من الممكن دمج الجزيئات المذكورة بشكل انتقائي.

الخصائص والخصائص

يمكن أن تتشكل البروتوبيونات المفترضة من جزيئات كارهة للماء التي تم تنظيمها على شكل طبقة ثنائية (طبقتان) على سطح قطرة ، تذكرنا بالأغشية الدهنية الموجودة في الخلايا الحديثة.

بقلم ماريانا رويز فياريال ، LadyofHats ، من ويكيميديا ​​كومنز

أغشية شبه منفذة

نظرًا لأن الهيكل قابل للاختراق بشكل انتقائي ، يمكن أن ينتفخ الجسيم الشحمي أو ينكمش اعتمادًا على تركيز المواد المذابة في الوسط.

أي إذا تعرض الجسيم الشحمي لوسط ناقص التوتر (التركيز داخل الخلية أعلى) ، يدخل الماء الهيكل ، ويؤدي إلى تورم الجسيم الشحمي. في المقابل ، إذا كان الوسط مفرط التوتر (تركيز الخلية أقل) ، يتحرك الماء باتجاه الوسط الخارجي.

هذه الخاصية ليست فريدة من نوعها في الجسيمات الشحمية ، بل يمكن أيضًا تطبيقها على الخلايا الفعلية للكائن الحي. على سبيل المثال ، إذا تعرضت خلايا الدم الحمراء لبيئة منخفضة التوتر ، يمكن أن تنفجر.

الاهتياجية

يمكن أن تخزن الجسيمات الشحمية الطاقة في شكل جهد غشاء ، وهو جهد عبر السطح. يمكن للهيكل تفريغ الجهد بطريقة تذكرنا بالعملية التي تحدث في الخلايا العصبية للجهاز العصبي.

الجسيمات الشحمية لها خصائص عديدة للكائنات الحية. ومع ذلك ، فإن الأمر يختلف عن الادعاء بأن الجسيمات الشحمية على قيد الحياة.

الأصل

هناك مجموعة متنوعة من الفرضيات التي تسعى إلى تفسير أصل وتطور الحياة في بيئة ما قبل الحيوية. سيتم وصف الفرضيات الأكثر بروزًا التي تناقش أصل البروتوبيونات أدناه:

فرضية أوبارين وهلدان

اقترح ألكسندر أوبارين فرضية التطور الكيميائي الحيوي في عام 1924 وجون دي إس هالدين في عام 1928.

تفترض هذه الفرضية أن الغلاف الجوي البريبيوتيك يفتقر إلى الأكسجين ، ولكنه كان ينخفض ​​بشدة ، مع وجود كميات كبيرة من الهيدروجين الذي أدى إلى تكوين مركبات عضوية بفضل وجود مصادر الطاقة.

وفقًا لهذه الفرضية ، مع تبريد الأرض ، تكثف البخار الناتج عن الانفجارات البركانية ، مما أدى إلى هطول أمطار غزيرة ومستمرة. عندما سقط الماء ، كان يحمل أملاحًا معدنية ومركبات أخرى ، مما أدى إلى ظهور الحساء البدائي الشهير أو المرق المغذي.

في هذه البيئة الافتراضية ، يمكن أن تتشكل مجمعات جزيئية كبيرة تسمى مركبات البريبايوتيك ، مما يؤدي إلى ظهور أنظمة خلوية معقدة بشكل متزايد. دعا Oparin هذه الهياكل protobionts.

مع زيادة التعقيد لدى البروتوبيونات ، اكتسبوا قدرات جديدة لنقل المعلومات الجينية ، وأطلق أوبارين اسم eubionts على هذه الأشكال الأكثر تقدمًا.

تجربة ميلر وأوري

في عام 1953 ، بعد افتراضات أوبارين ، أجرى الباحثان ستانلي إل ميلر وهارولد سي أوري سلسلة من التجارب للتحقق من تكوين المركبات العضوية بدءًا من المواد غير العضوية البسيطة.

نجح Miller و Urey في إنشاء تصميم تجريبي يحاكي بيئات البريبايوتك مع الظروف التي اقترحها Oparin على نطاق صغير ، وتمكنا من الحصول على سلسلة من المركبات مثل الأحماض الأمينية والأحماض الدهنية وحمض الفورميك واليوريا وغيرها.

المواد الجينية من البروتوبيونات

عالم RNA

وفقًا لفرضيات علماء الأحياء الجزيئية الحاليين ، حملت البروتوبيونات جزيئات الحمض النووي الريبي ، بدلاً من جزيئات الحمض النووي ، مما سمح لها بتكرار المعلومات وتخزينها.

بالإضافة إلى دوره الأساسي في تخليق البروتين ، يمكن للحمض النووي الريبي أيضًا أن يتصرف كأنزيم ويقوم بتفاعلات التحفيز. بسبب هذه الخاصية ، فإن الحمض النووي الريبي هو مرشح محدد ليكون أول مادة وراثية في البروتوبيونات.

تسمى جزيئات الحمض النووي الريبي القادرة على التحفيز الريبوزيمات ويمكنها عمل نسخ بتسلسلات تكميلية من امتدادات قصيرة من الحمض النووي الريبي والتوسط في عملية التضفير ، مما يلغي امتدادات التسلسل.

اختلفت البروتينات الأولية التي تحتوي على جزيء RNA محفز بداخلها عن نظائرها التي تفتقر إلى هذا الجزيء.

في حالة تمكن البروتوبيونت من النمو والتقسيم ونقل الحمض النووي الريبي إلى نسله ، يمكن تطبيق عمليات الانتقاء الطبيعي الدارويني على هذا النظام ، وستزيد البروتوبيونات مع جزيئات الحمض النووي الريبي من تواترها في السكان.

على الرغم من أن ظهور هذا البروتوبيونت قد يكون غير محتمل للغاية ، فمن الضروري أن نتذكر أن الملايين من البروتوبيونات قد تكون موجودة في المسطحات المائية للأرض المبكرة.

ظهور الحمض النووي

الحمض النووي هو جزيء مزدوج الشريطة أكثر استقرارًا مقارنة بجزيء الحمض النووي الريبي ، وهو هش ويتكاثر بشكل غير دقيق. أصبحت خاصية الدقة هذه من حيث التكرار أكثر أهمية مع زيادة حجم جينومات البروتوبيونات.

في جامعة برينستون ، اقترح الباحث فريمان دايسون أن جزيئات الحمض النووي يمكن أن تكون هياكل قصيرة ، ساعدت في تكاثرها ببوليمرات الأحماض الأمينية العشوائية ذات الخصائص التحفيزية.

يمكن أن يحدث هذا النسخ المتماثل المبكر داخل البروتوبيونات التي خزنت كميات كبيرة من المونومرات العضوية.

بعد ظهور جزيء الحمض النووي ، يمكن أن يبدأ الحمض النووي الريبي في لعب أدواره الحالية كوسيط للترجمة ، وبالتالي خلق "عالم الحمض النووي".

المراجع

1. ألتستين ، م (2015). فرضية البروتين: عالم البروتينات النووية وكيف بدأت الحياة. بيولوجي دايركت ، 10 ، 67.
2. Audesirk ، T. ، Audesirk ، G. ، & Byers ، BE (2003). علم الأحياء: الحياة على الأرض. تعليم بيرسون.
3. كامبل ، آن ، & ريس ، جي بي (2005). مادة الاحياء. افتتاحية Médica Panamericana.
4. جاما ، م (2007). علم الأحياء 1: نهج بنائي. تعليم بيرسون.
5. Schrum ، JP ، Zhu ، TF ، & Szostak ، JW (2010). أصول الحياة الخلوية. وجهات نظر كولد سبرينج هاربور في علم الأحياء ، a002212.
6. ستانو ، ب. ، ومافيلي ، ف. (2015). نماذج الخلايا الأولية في أصل الحياة والبيولوجيا التركيبية. الحياة ، 5 (4) ، 1700–1702.