EVOLUSI PREBIOTIK: DI MANA IA BERLAKU DAN APA YANG PERLU - BIOLOGI - 2026

Istilah evolusi prebiotik merujuk kepada rangkaian senario hipotesis yang bertujuan untuk menjelaskan asal usul kehidupan bermula dari bahan bukan hidup di persekitaran dalam keadaan primitif.

Telah dinyatakan bahawa keadaan atmosfer primitif sangat berkurang, yang memihak kepada pembentukan molekul organik, seperti asid amino dan peptida, yang merupakan blok penyusun protein; dan purin dan pirimidin, yang membentuk asid nukleik - DNA dan RNA.

Sumber: pixabay.com

Keadaan primitif

Membayangkan bagaimana bentuk kehidupan pertama yang muncul di Bumi boleh menjadi persoalan yang mencabar - dan bahkan hampir mustahil - jika kita tidak meletakkan diri kita dalam lingkungan primitif yang tepat.

Oleh itu, kunci untuk memahami kehidupan dari molekul abiotik yang digantung dalam "sup primitif" yang terkenal adalah suasana di persekitaran terpencil itu.

Walaupun tidak ada kesepakatan total mengenai komposisi kimia atmosfera, kerana tidak ada cara untuk mengesahkannya sepenuhnya, hipotesis berkisar dari komposisi pengurangan (CH ₄ + N ₂ , NH ₃ + H ₂ O atau CO ₂ + H ₂ + N ₂ ) ke persekitaran yang lebih neutral (dengan hanya CO ₂ + N ₂ + H ₂ O).

Umumnya diterima bahawa atmosfer kekurangan oksigen (unsur ini meningkatkan kepekatannya dengan ketara dengan kedatangan nyawa). Untuk sintesis asid amino, purin, pyrimidin dan gula yang berkesan, diperlukan persekitaran pengurangan.

Sekiranya atmosfera sebenar pada masa itu tidak mempunyai keadaan kimia prebiotik ini, sebatian organik itu mestilah berasal dari zarah-zarah debu atau badan angkasa lain seperti meteorit.

Di manakah evolusi prebiotik berlaku?

Terdapat beberapa hipotesis berkaitan dengan ruang fizikal di Bumi yang memungkinkan pengembangan biomolekul dan replikator pertama.

Teori yang mendapat penekanan penting dalam pembentukan awal biomolekul di lubang hidroterma di lautan. Walau bagaimanapun, penulis lain menganggapnya tidak mungkin dan mendiskreditkan kawasan ini sebagai agen penting dalam sintesis prebiotik.

Teori ini mengemukakan bahawa sintesis kimia berlaku melalui laluan air dalam jangka masa kecerunan dari 350 ° C hingga 2 ° C.

Masalah dengan hipotesis ini timbul kerana sebatian organik terurai pada suhu tinggi (350 ° C) dan bukannya disintesis, yang menunjukkan persekitaran yang kurang ekstrem. Oleh itu, hipotesis telah kehilangan sokongan.

Apa yang diperlukan untuk evolusi prebiotik?

Untuk menjalankan kajian yang berkaitan dengan evolusi prebiotik, perlu menjawab serangkaian pertanyaan yang memungkinkan kita memahami kemunculan kehidupan.

Kita mesti bertanya kepada diri kita sendiri apakah jenis proses pemangkin yang menyukai asal usul kehidupan dan dari mana tenaga yang mendorong reaksi pertama diambil. Dalam menjawab pertanyaan-pertanyaan ini, kita dapat melangkah lebih jauh dan bertanya apakah molekul pertama yang muncul adalah membran, replikator, atau metabolit.

Kami sekarang akan menjawab setiap soalan ini untuk mendapatkan pemahaman tentang kemungkinan asal usul kehidupan di persekitaran prebiotik.

Pemangkin

Kehidupan, seperti yang kita ketahui hari ini, memerlukan serangkaian "keadaan sederhana" untuk berkembang. Kita tahu bahawa kebanyakan makhluk organik wujud di mana suhu, kelembapan dan pH dapat diterima secara fisiologi - kecuali organisma Extremophilic, yang, seperti namanya, hidup di persekitaran yang melampau.

Salah satu ciri sistem hidup yang paling relevan adalah keberadaan pemangkin. Reaksi kimia makhluk hidup dikatalisis oleh enzim: molekul kompleks yang mempunyai protein yang meningkatkan kelajuan tindak balas dengan beberapa urutan magnitud.

Makhluk hidup pertama mesti mempunyai sistem yang serupa, mungkin ribozim. Dalam literatur, ada pertanyaan terbuka apakah evolusi prebiotik dapat terjadi tanpa pemangkin.

Menurut bukti, jika tidak ada pemangkin evolusi biologi tidak mungkin berlaku - kerana reaksi akan memerlukan selang waktu monumental untuk berlaku. Oleh itu, keberadaan mereka didalilkan pada peringkat awal kehidupan.

Tenaga

Tenaga untuk sintesis prebiotik mesti muncul dari suatu tempat. Dicadangkan bahawa molekul anorganik tertentu, seperti polifosfat dan tioester, dapat memainkan peranan penting dalam penghasilan tenaga untuk reaksi - pada masa sebelum wujudnya "mata wang" tenaga yang terkenal: ATP.

Bersemangat, replikasi molekul yang membawa maklumat genetik adalah peristiwa yang sangat mahal. Untuk bakteria rata-rata, seperti E. coli, satu peristiwa replikasi memerlukan 1.7 * 10 ¹⁰ molekul ATP.

Berkat keberadaan sosok yang sangat tinggi ini, kehadiran sumber tenaga adalah syarat yang tidak dapat dipertikaikan untuk mewujudkan senario yang mungkin di mana kehidupan berasal.

Begitu juga, keberadaan reaksi jenis "redoks" boleh menyumbang kepada sintesis abiotik. Dari masa ke masa, sistem ini dapat menjadi elemen penting dalam pengangkutan elektron di dalam sel, yang berkaitan dengan pengeluaran tenaga.

Antara komponen selular yang manakah berasal pertama?

Terdapat tiga komponen asas dalam sel: membran, yang membatasi ruang sel dan mengubahnya menjadi unit diskrit; peniru, yang menyimpan maklumat; dan reaksi metabolik, yang berlaku dalam sistem ini. Integrasi fungsional ketiga komponen ini menimbulkan sel.

Oleh itu, berdasarkan evolusi, adalah menarik untuk mengemukakan persoalan yang mana antara ketiga-tiga yang muncul pertama.

Sintesis membran nampaknya sederhana, kerana lipid secara spontan membentuk struktur vesikular dengan kemampuan tumbuh dan membahagi. Vesikel membolehkan penyimpanan replikator dan memastikan metabolit tetap pekat.

Sekarang, perbahasan tersebut memfokuskan pada kepemimpinan replikasi berbanding metabolisme. Mereka yang memberi penekanan lebih banyak pada replikasi, berpendapat bahawa ribozim (RNA dengan daya pemangkin) dapat meniru diri mereka sendiri, dan berkat penampilan mutasi, sistem metabolik baru dapat timbul.

Pandangan sebaliknya menunjukkan pentingnya penghasilan molekul sederhana - seperti asid organik yang terdapat dalam kitaran asid tricarboxylic - untuk pembakaran di bawah sumber haba yang sederhana. Dari perspektif ini, langkah pertama evolusi prebiotik melibatkan metabolit ini.

Rujukan

1. Anderson, PW (1983). Model yang dicadangkan untuk evolusi prebiotik: Penggunaan kekacauan. Prosiding Akademi Sains Nasional, 80 (11), 3386-3390.
2. Hogeweg, P., & Takeuchi, N. (2003). Pemilihan bertingkat dalam model evolusi prebiotik: petak dan organisasi diri spasial. Asal-usul Kehidupan dan Evolusi Biosfera, 33 (4-5), 375-403.
3. Lazcano, A., & Miller, SL (1996). Asal dan evolusi awal kehidupan: kimia prebiotik, dunia pra-RNA, dan masa. Sel, 85 (6), 793-798.
4. McKenney, K., & Alfonzo, J. (2016). Dari prebiotik hingga probiotik: Evolusi dan fungsi pengubahsuaian tRNA. Kehidupan, 6 (1), 13.
5. Silvestre, DA, & Fontanari, JF (2008). Model pakej dan krisis maklumat evolusi prebiotik. Jurnal biologi teori, 252 (2), 326-337.
6. Wong, JTF (2009). Evolusi prebiotik dan astrobiologi. CRC Press.