- condicions primitives
- On va ocórrer l'evolució prebiòtica?
- Què es necessita per a l'evolució prebiòtica?
- catalitzadors
- energia
- Quin dels components cel·lulars es va originar primer?
- referències
El terme evolució prebiòtica fa referència a la sèrie d'escenaris hipotètics que busquen explicar l'origen de la vida partint de matèria no visqui en un ambient sota condicions primitives.
S'ha plantejat que les condicions de l'atmosfera primitiva eren fortament reductores, el que va afavorir la formació de molècules orgàniques, com aminoàcids i pèptids, que són els blocs estructurals de les proteïnes; i les purines i pirimidines, que formen els àcids nucleics - ADN i ARN.
Font: pixabay.com
condicions primitives
Imaginar-nos com van sorgir les primeres formes de vides en la Terra pot ser una interrogant reptadora - i fins gairebé impossible - si no ens situem en l'ambient primitiu correcte.
Així, la clau per entendre la vida a partir de molècules abiòtiques suspeses en el famós "brou primitiu" és l'atmosfera en aquest ambient remot.
Encara que no hi ha un acord total pel que fa a la composició química de l'atmosfera, ja que no hi ha una manera de confirmar-ho per complet, les hipòtesis van des de composicions reductores (CH 4 + N 2, NH 3 + H 2 O o bé CO 2 + H 2 + N 2) fins a ambients més neutrals (amb només CO 2 + N 2 + H 2 O).
És generalment acceptat que l'atmosfera no tenia oxigen (aquest element va incrementar la seva concentració de manera significativa amb l'arribada de la vida). Per a la síntesi eficient d'aminoàcids, purines, pirimidines i sucres cal la presència d'un ambient reductor.
En cas que l'atmosfera real d'aquell moment no tingués aquestes condicions químiques prebiòtiques, els compostos orgànics havien d'haver arribat a partir de partícules de pols o altres cossos espacials com meteorits.
On va ocórrer l'evolució prebiòtica?
Hi ha diverses hipòtesis en relació a l'espai físic a la Terra que va permetre el desenvolupament de les primeres biomolècules i replicadors.
Una teoria que ha guanyat un nombre important de seguidors en la formació inicial de biomolècules en les fonts hidrotermals de l'oceà. No obstant això, altres autors el troben improbable i desacrediten aquestes regions com a agents importants en la síntesi prebiòtica.
La teoria proposa que la síntesi química va ocórrer per mitjà del pas de l'aigua dins d'un gradient terme des dels 350 ° C fins a 2 ° C.
La problemàtica amb aquesta hipòtesi sorgeix perquè els compostos orgànics es descomponen a temperatures elevades (350 ° C) en comptes de ser sintetitzats, el que suggereix ambients menys extrems. Així que la hipòtesi ha perdut suport.
Què es necessita per a l'evolució prebiòtica?
Per realitzar un estudi relacionat amb l'evolució prebiòtica, cal respondre una sèrie de preguntes que permeten entendre el sorgiment de la vida.
Hem de qüestionar-nos quin tipus de procés catalític va afavorir l'origen de la vida i d'on va ser presa l'energia que van afavorir les primeres reaccions. A l'respondre aquests interrogants, podem anar més enllà i preguntar-nos si les primeres molècules a aparèixer van ser les membranes, els replicadors o els metabòlits.
A continuació respondrem a cadascuna d'aquestes preguntes per aconseguir l'entesa d'un possible origen de la vida en un ambient prebiòtic.
catalitzadors
La vida, tal com la coneixem avui dia, requereix d'una sèrie de "condicions moderades" per desenvolupar-se. Sabem que la majoria dels éssers orgànics existeixen on la temperatura, humitat i pH són fisiològicament acceptables - amb excepció dels organismes extremòfils, que, com el seu nom indica, viuen en ambients extrems.
Una de les característiques més rellevants dels sistemes vius és la ubiqüitat dels catalitzadors. Les reaccions químiques dels éssers vivents són catalitzats per enzims: molècules complexes de naturalesa proteica que incrementen en diversos ordres de magnitud la velocitat de les reaccions.
Els primers éssers vivents van haver de posseir un sistema anàleg, probablement de ribozims. En la literatura, hi ha la pregunta oberta de si l'evolució prebiòtica poder ocórrer sense catàlisi.
Segons l'evidència, en absència d'un catalitzador l'evolució biològica hagués estat molt poc probable - ja que les reaccions haguessin pres intervals de temps monumentals a ocórrer. Per això, es postula l'existència dels mateixos durant les primeres etapes de la vida.
energia
L'energia per a la síntesi prebiòtica va haver d'aparèixer d'algun lloc. Es proposa que certes molècules inorgàniques, com els polifosfats i els tioésteres, van poder tenir un paper important en la producció d'energia per a les reaccions - en temps anteriors a l'existència de la famosa "moneda" energètica de les cèl·lules: l'ATP.
Energèticament, la replicació de les molècules que porten la informació genètica és un esdeveniment molt costós. Per un bacteri mitjana, com E. coli, un sol esdeveniment de replicació requereix d'1,7 * 10 10 molècules d'ATP.
Gràcies a l'existència d'aquesta xifra extraordinàriament elevada, la presència d'una font d'energia és una condició inqüestionable per crear un escenari probable en el qual es va originar la vida.
Igualment, l'existència de reaccions d'el tipus "redox" van poder contribuir a la síntesi abiòtica. Amb el temps, aquest sistema va poder convertir-se en elements importants de l'transport d'electrons en la cèl·lula, lligats a la producció d'energia.
Quin dels components cel·lulars es va originar primer?
En una cèl·lula ha tres components bàsics: una membrana, que delimita l'espai cel·lular i la converteix en una unitat discreta; els replicadors, que emmagatzemen informació; i les reaccions metabòliques, que ocorren a l'interior d'aquest sistema. La integració funcional d'aquests tres components dóna lloc a una cèl·lula.
Per això, a la llum de l'evolució, és interessant plantejar la interrogant de quins dels tres va sorgir primer.
La síntesi de membranes semblés ser senzilla, ja que els lípids formen de manera espontània estructures vesiculars amb la capacitat de créixer i dividir-se. La vesícula permet l'emmagatzematge dels replicadors i manté els metabòlits concentrats.
Ara bé, el debat s'enfoca en el lideratge de la replicació davant el metabolisme. Els que li donen més pes a la replicació, argumenten que els ribozims (ARN amb poder catalític) van poder replicar-se a si mateixa, i gràcies a l'aparició de mutacions va poder sorgir un sistema metabòlic nou.
La visió contrària ressalta la importància de la generació de molècules simples - com els àcids orgànics presents en el cicle dels àcids tricarboxílics - a combustió sota fonts de calor moderades. Sota aquesta perspectiva, els primers passos de l'evolució prebiòtica van involucrar a aquests metabòlits.
referències
- Anderson, PW (1983). A suggested model for prebiotic evolution: The use of chaos. Proceedings of the National Academy of Sciences, 80 (11), 3386-3390.
- Hogeweg, P., & Takeuchi, N. (2003). Multilevel selection in models of prebiotic evolution: compartments and spatial self-organization. Origins of Life and Evolution of the Biosphere, 33 (4-5), 375-403.
- Lazcano, A., & Miller, SL (1996). The origin and early evolution of life: prebiotic chemistry, the pre-RNA world, and time. Cell, 85 (6), 793-798.
- McKenney, K., & Alfonzo, J. (2016). From prebiotics to Probiòtics: The evolution and functions of tRNA Modifications. Life, 6 (1), 13.
- Silvestre, DA, & Fontanari, JF (2008). Package models and the information crisi of prebiotic evolution. Journal of Theoretical biology, 252 (2), 326-337.
- Wong, JTF (2009). Prebiotic evolution and Astrobiology. CRC Press.