Evoluzione prebiotica dove è accaduto e cosa è necessario

Il termine Evoluzione prebiotica Si riferisce alla serie di scenari ipotetici che cercano di spiegare l'origine della vita in base alla materia non vive in un ambiente in condizioni primitive.

È stato proposto che le condizioni dell'atmosfera primitiva stavano fortemente riducendo, che favorivano la formazione di molecole organiche, come aminoacidi e peptidi, che sono i blocchi strutturali delle proteine; e purine e pirimidine, che formano acidi nucleici - DNA e RNA.

Fonte: Pixabay.com

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Condizioni primitive

Immagina come le prime forme di vita sorte sulla terra può essere una domanda stimolante - e persino quasi impossibile - se non ci posizioniamo nel giusto ambiente primitivo.

Pertanto, la chiave per comprendere la vita dalle molecole abiotiche sospese nel famoso "brodo primitivo" è l'atmosfera in detto ambiente remoto.

Sebbene non vi sia alcun accordo totale sulla composizione chimica dell'atmosfera, poiché non c'è modo di confermarla completamente, le ipotesi vanno dalla riduzione delle composizioni (CH₄ + N₂, NH₃ + H₂O o co₂ + H₂ + N₂) Ambienti ancora più neutri (con solo co₂ + N₂ + H₂O).

È generalmente accettato che l'atmosfera mancava di ossigeno (questo elemento ha aumentato significativamente la sua concentrazione con l'arrivo della vita). Per la sintesi efficiente di aminoacidi, purine, pirimidine e zuccheri, è necessaria la presenza di un ambiente riducente.

Nel caso in cui la vera atmosfera di quel tempo non avesse queste condizioni chimiche prebiotiche, i composti organici dovevano essere arrivati ​​da particelle di polvere o altri corpi spaziali come i meteoriti.

Dove si è verificata l'evoluzione prebiotica?

Esistono diverse ipotesi in relazione allo spazio fisico sulla Terra che ha permesso lo sviluppo delle prime biomolecole e replicatori.

Una teoria che ha vinto un numero significativo di seguaci nella formazione iniziale di biomolecole nelle fonti idrotermiche oceaniche. Tuttavia, altri autori lo trovano improbabile e scredita queste regioni come agenti importanti nella sintesi prebiotica.

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La teoria propone che la sintesi chimica si sia verificata attraverso il passaggio dell'acqua entro un termine da 350 ° C a 2 ° C.

Il problema con questa ipotesi sorge perché i composti organici si decompongono ad alte temperature (350 ° C) invece di essere sintetizzati, il che suggerisce ambienti meno estremi. Quindi l'ipotesi ha perso il supporto.

Ciò che è necessario per l'evoluzione prebiotica?

Per condurre uno studio relativo all'evoluzione prebiotica, è necessario rispondere a una serie di domande che ci consentono di comprendere l'emergere della vita.

Dobbiamo mettere in discussione da quale tipo di processo catalitico abbia favorito l'origine della vita e da dove è stata presa l'energia che favoriva le prime reazioni. Quando rispondiamo a queste domande, possiamo andare oltre e chiederci se le prime molecole ad apparire erano le membrane, i replicatori o i metaboliti.

Successivamente risponderemo a ciascuna di queste domande per raggiungere la comprensione di una possibile origine della vita in un ambiente prebiotico.

Catalizzatori

La vita, come la conosciamo oggi, richiede una serie di "condizioni moderate" per svilupparsi. Sappiamo che la maggior parte degli esseri organici esistono in cui temperatura, umidità e pH sono fisiologicamente accettabili - ad eccezione degli organismi estremofili, che, come suggerisce il nome, vivono in ambienti estremi.

Una delle caratteristiche più rilevanti dei sistemi viventi è l'ubiquità dei catalizzatori. Le reazioni chimiche degli esseri viventi sono catalizzate dagli enzimi: molecole proteiche complesse che aumentano la velocità delle reazioni per grandezza.

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I primi esseri viventi dovevano possedere un sistema analogo, probabilmente dai ribzimi. In letteratura, c'è una domanda aperta se l'evoluzione prebiotica possa verificarsi senza catalisi.

Secondo l'evidenza, in assenza di un catalizzatore l'evoluzione biologica sarebbe stata molto improbabile - dal momento che le reazioni avevano preso intervalli di tempo monumentali nel verificarsi. Pertanto, la loro esistenza è postulata durante le prime fasi della vita.

Energia

L'energia per la sintesi prebiotica doveva apparire da qualche parte. Si propone che alcune molecole inorganiche, come i polifosfati e le zioni, possano avere un ruolo importante nella produzione di energia per le reazioni - in tempi prima dell'esistenza della famosa "valuta" dell'energia delle cellule: l'ATP.

Energicamente, la replicazione di molecole che trasportano informazioni genetiche è un evento molto costoso. Per un batterio medio, come E. coli, Un singolo evento di replica richiede 1,7*10¹⁰ Molecole ATP.

Grazie all'esistenza di questa figura straordinariamente alta, la presenza di una fonte di energia è una condizione indiscutibile per creare uno scenario probabile in cui la vita ha avuto origine.

Allo stesso modo, l'esistenza di reazioni del tipo "redox" potrebbe contribuire alla sintesi abiotica. Nel tempo, questo sistema potrebbe diventare elementi importanti del trasporto di elettroni nella cella, legati alla produzione di energia.

Quale dei componenti cellulari è nato per primo?

In una cella ci sono tre componenti di base: una membrana, che delimita lo spazio cellulare e lo rende un'unità discreta; I replicatori, che memorizzano informazioni; e reazioni metaboliche, che si verificano all'interno di questo sistema. L'integrazione funzionale di questi tre componenti provoca una cellula.

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Pertanto, alla luce dell'evoluzione, è interessante sollevare la questione di quale dei tre primi si sia verificati.

La sintesi della membrana sembra essere semplice, poiché i lipidi formano spontaneamente strutture vescicolari con la capacità di crescere e dividere. La cistifellea consente lo stoccaggio dei replicatori e mantiene i metaboliti concentrati.

Ora, il dibattito si concentra sulla leadership della replicazione contro il metabolismo. Coloro che danno più peso alla replicazione, sostengono che i ribzimi (RNA con potenza catalitica) potrebbero replicarsi e, grazie alla comparsa di mutazioni, potrebbe sorgere un nuovo sistema metabolico.

La visione opposta evidenzia l'importanza della generazione di molecole semplici - come gli acidi organici presenti nel ciclo di acidi tricarbossilici - combustione sotto fonti di calore moderate. In questa prospettiva, i primi passi dell'evoluzione prebiotica hanno coinvolto questi metaboliti.

Riferimenti

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