PREBIYOTIK EVRIM: NEREDE OLDU VE NE GEREKLI? - BIYOLOJI - 2025

Terimi prebiyotik evrim ilkel şartlarda bir ortamda cansız maddeden başlayarak yaşamın kökenini açıklamak etmeye varsayımsal senaryolar serisinin ifade eder.

Proteinlerin yapı taşları olan amino asitler ve peptitler gibi organik moleküllerin oluşumunu kolaylaştıran ilkel atmosfer koşullarının güçlü bir şekilde azaldığı öne sürülmüştür; ve nükleik asitleri oluşturan pürinler ve pirimidinler - DNA ve RNA.

Kaynak: Pixabay.com

İlkel koşullar

Dünyada ilk yaşam biçimlerinin nasıl ortaya çıktığını hayal etmek, kendimizi doğru ilkel ortama yerleştirmezsek, zorlu ve hatta neredeyse imkansız bir soru olabilir.

Bu nedenle, ünlü "ilkel çorbada" asılı duran abiyotik moleküllerden yaşamı anlamanın anahtarı, o uzak ortamdaki atmosferdir.

Tamamen teyit etmek için bir yol yoktur çünkü atmosferin kimyasal bileşimi ile ilgili herhangi bir fikir birliğine varılamamıştır olmamasına karşın, hipotez içeren bileşimlerde, (CH indirgeme arasında değişir ₄ + N ₂ , NH ₃ + H ₂ , O ya da CO ₂ + H ₂ + N ₂ ) daha nötr ortamlara (yalnızca CO ₂ + N ₂ + H ₂ O ile).

Genel olarak atmosferin oksijenden yoksun olduğu kabul edilir (bu element, yaşamın gelişiyle birlikte konsantrasyonunu önemli ölçüde arttırdı). Amino asitlerin, pürinlerin, pirimidinlerin ve şekerlerin verimli sentezi için indirgeyici bir ortamın varlığı gereklidir.

O zamanki gerçek atmosfer bu prebiyotik kimyasal koşullara sahip olmasaydı, organik bileşiklerin toz partiküllerinden veya göktaşları gibi diğer uzay cisimlerinden gelmesi gerekiyordu.

Prebiyotik evrim nerede meydana geldi?

İlk biyomoleküllerin ve kopyalayıcıların gelişmesine izin veren Dünya üzerindeki fiziksel uzay ile ilgili birkaç hipotez var.

Okyanustaki hidrotermal menfezlerde biyomoleküllerin ilk oluşumunda önemli ölçüde takip eden bir teori. Bununla birlikte, diğer yazarlar bunu olası bulmuyor ve bu bölgeleri prebiyotik sentezde önemli ajanlar olarak gözden düşürüyorlar.

Teori, kimyasal sentezin 350 ° C'den 2 ° C'ye bir terim gradyanı içinde suyun geçişi yoluyla gerçekleştiğini ileri sürer.

Bu hipotezle ilgili sorun, organik bileşiklerin sentezlenmek yerine yüksek sıcaklıklarda (350 ° C) ayrışması nedeniyle ortaya çıkıyor, bu da daha az aşırı ortamları akla getiriyor. Yani hipotez desteği kaybetti.

Prebiyotik evrim için ne gereklidir?

Prebiyotik evrimle ilgili bir çalışma yapmak için, yaşamın ortaya çıkışını anlamamızı sağlayan bir dizi soruyu yanıtlamak gerekir.

Yaşamın kökenini hangi tür katalitik sürecin desteklediğini ve ilk tepkimeleri destekleyen enerjinin nereden alındığını kendimize sormalıyız. Bu soruları yanıtlarken daha da ileri gidebilir ve ilk ortaya çıkan moleküllerin zarlar mı, kopyalayıcılar mı yoksa metabolitler mi olduğunu sorabiliriz.

Şimdi prebiyotik bir ortamda yaşamın olası kökenini anlamak için bu soruların her birine cevap vereceğiz.

Katalizörler

Bugün bildiğimiz haliyle hayat, gelişmek için bir dizi "ılımlı koşul" gerektirir. Adından da anlaşılacağı gibi aşırı ortamlarda yaşayan Ekstremofilik organizmalar hariç, çoğu organik varlığın sıcaklık, nem ve pH'ın fizyolojik olarak kabul edilebilir olduğu yerlerde var olduğunu biliyoruz.

Canlı sistemlerin en alakalı özelliklerinden biri katalizörlerin her yerde bulunabilmesidir. Canlı varlıkların kimyasal reaksiyonları enzimler tarafından katalize edilir: reaksiyonların hızını birkaç kat arttıran protein yapısındaki kompleks moleküller.

İlk canlılar benzer bir sisteme, muhtemelen ribozimlere sahip olmalıydı. Literatürde, prebiyotik evrimin kataliz olmadan meydana gelip gelemeyeceği konusunda açık bir soru vardır.

Kanıtlara göre, bir katalizörün yokluğunda, biyolojik evrimin olasılığı çok düşüktü - çünkü reaksiyonların meydana gelmesi muazzam zaman aralıkları alacaktı. Bu nedenle, yaşamın erken dönemlerinde varolduğu varsayılır.

Enerji

Prebiyotik sentez için enerji bir yerden ortaya çıkmalıydı. Polifosfatlar ve tiyoesterler gibi bazı inorganik moleküllerin, reaksiyonlar için enerji üretiminde önemli bir rol oynamış olabileceği öne sürülmüştür - hücrelerin ünlü enerji "para birimi" olan ATP'nin varlığından önceki zamanlarda.

Enerjik olarak genetik bilgiyi taşıyan moleküllerin kopyalanması çok maliyetli bir olaydır. Ortalama bir bakteri için, E. coli gibi, tek bir çoğaltma olayı 1.7 x 10 gerektirir ¹⁰ ATP molekülleri.

Bu olağanüstü yüksek rakamın varlığı sayesinde, bir enerji kaynağının varlığı, yaşamın başladığı olası bir senaryoyu oluşturmak için tartışılmaz bir koşuldur.

Benzer şekilde, "redoks" tipi reaksiyonların varlığı, abiyotik senteze katkıda bulunmuş olabilir. Zamanla bu sistem, enerji üretimiyle bağlantılı olarak hücrede elektronların taşınmasının önemli unsurları haline gelebilir.

Hücresel bileşenlerden hangisi önce ortaya çıktı?

Bir hücrede üç temel bileşen vardır: hücre alanını sınırlayan ve onu ayrı bir birime dönüştüren bir zar; bilgi depolayan çoğaltıcılar; ve bu sistem içinde meydana gelen metabolik reaksiyonlar. Bu üç bileşenin işlevsel entegrasyonu bir hücreyi ortaya çıkarır.

Bu nedenle, evrim ışığında, üçünden hangisinin önce ortaya çıktığını sormak ilginçtir.

Zarların sentezi basit görünmektedir, çünkü lipidler kendiliğinden büyüme ve bölünme kabiliyetine sahip veziküler yapılar oluşturur. Vezikül, kopyalayıcıların depolanmasına izin verir ve metabolitleri konsantre halde tutar.

Şimdi tartışma, metabolizmaya karşı replikasyonun liderliğine odaklanıyor. Kopyalamaya daha fazla ağırlık verenler, ribozimlerin (katalitik güce sahip RNA) kendilerini kopyalayabildiklerini ve mutasyonların ortaya çıkması sayesinde yeni bir metabolik sistemin ortaya çıkabileceğini savunuyorlar.

Karşıt görüş, trikarboksilik asit döngüsünde bulunan organik asitler gibi basit moleküllerin üretilmesinin, orta dereceli ısı kaynakları altında yanma için önemini vurgulamaktadır. Bu açıdan bakıldığında, prebiyotik evrimin ilk adımları bu metabolitleri içeriyordu.

Referanslar

1. Anderson, PW (1983). Prebiyotik evrim için önerilen bir model: Kaos kullanımı. Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri, 80 (11), 3386-3390.
2. Hogeweg, P. ve Takeuchi, N. (2003). Prebiyotik evrim modellerinde çok düzeyli seçim: bölmeler ve mekansal kendi kendine organizasyon. Yaşamın Kökenleri ve Biyosferin Evrimi, 33 (4-5), 375-403.
3. Lazcano, A. ve Miller, SL (1996). Yaşamın kökeni ve erken evrimi: prebiyotik kimya, RNA öncesi dünya ve zaman. Cell, 85 (6), 793-798.
4. McKenney, K. ve Alfonzo, J. (2016). Prebiyotiklerden probiyotiklere: tRNA modifikasyonlarının evrimi ve işlevleri. Hayat, 6 (1), 13.
5. Silvestre, DA ve Fontanari, JF (2008). Paket modelleri ve prebiyotik evrimin bilgi krizi. Teorik biyoloji dergisi, 252 (2), 326-337.
6. Wong, JTF (2009). Prebiyotik evrim ve astrobiyoloji. CRC Basın.