PROTOBIONTS: ORIGEN I PROPIETATS - BIOLOGIA - 2025

Els protobionts són complexos biològics que segons algunes hipòtesis relacionades amb l'origen de la vida, van precedir a les cèl·lules. Segons Oparin, aquests són agregats moleculars envoltats d'una membrana lipídica semipermeable o una estructura similar a aquesta.

Aquests agregats moleculars biòtics van poder presentar una reproducció simple i un metabolisme que aconseguia mantenir la composició química de l'interior de la membrana diferent al seu ambient extern.

Font: pixabay.com

Alguns experiments realitzats al laboratori per diferents investigadors, han revelat que els protobionts van poder formar-se de manera espontània usant com blocs estructurals dels compostos orgànics creats a partir de molècules abiòtiques.

Exemples d'aquests experiments són la formació de liposomes, que són agregacions de gotes petites envoltades per membranes. Aquests poden formar-se quan els lípids s'agreguen a l'aigua. També passa quan s'agreguen altre tipus de molècules orgàniques.

Puc passar que gotes similars a liposomes es formessin en estanys dels temps prebiòtics i aquests van incorporar aleatòriament alguns polímers d'aminoàcids.

En cas tal que els polímers fessin permeable a la membrana a certes molècules orgàniques, s'aconseguirien incorporar aquestes molècules de manera selectiva.

Propietats i característiques

Els supòsits protobionts van poder formar-se a partir de molècules hidrofòbiques que es van organitzar en forma de doble capa (dues capes) en la superfície d'una gota, recordant a les membranes lipídiques presents en les cèl·lules actuals.

By Mariana Ruiz Vila-real, LadyofHats, from Wikimedia Commons

membranes semipermeables

Com l'estructura és selectivament permeable, el liposoma pot inflar o desinflar-dependent de la concentració de soluts de l'mig.

És a dir, si el liposoma és exposat a un mitjà hipotònic (la concentració a l'interior de la cèl·lula és més gran), l'aigua entra a l'estructura, inflant a l'liposoma. En contrast, si el mitjà és hipertònic (la concentració de la cèl·lula és menor), l'aigua es desplaça cap al medi exterior.

Aquesta propietat no és única dels liposomes, també pot aplicar-se a les cèl·lules actuals d'un organisme. Per exemple, si els glòbuls vermells són exposats a un mitjà hipotònic poden arribar a explotar.

excitabilitat

Els liposomes poden emmagatzemar energia en forma de potencial de membrana, que consisteix en un voltatge a través de la superfície. L'estructura pot descarregar el voltatge d'una manera que recorda el procés que ocorre en les cèl·lules neuronals de sistema nerviós.

Els liposomes presenten diverses característiques dels organismes vius. No obstant això, no és el mateix que afirmar que els liposomes estan vius.

origen

Existeixen una àmplia diversitat d'hipòtesis que busquen explicar l'origen i l'evolució de la vida en un ambient prebiòtic. A continuació es descriuran els postulats més resaltantes que discuteixen l'origen dels protobionts:

Hipòtesi d'Oparin i Haldane

La hipòtesi sobre evolució bioquímica va ser proposada per Alexander Oparin en l'any 1924 i per John DS Haldane en 1928.

Aquest postulat assumeix que l'atmosfera prebiòtica no tenia oxigen, però era fortament reductora, amb grans quantitats d'hidrogen que van donar peu a la formació de compostos orgànics gràcies a la presència de fonts d'energia.

Segons aquesta hipòtesi, a mesura que va passar el refredament de la terra, es va condensar el vapor de les erupcions volcàniques, que van precipitar com pluges fortes i constants. A l'caure l'aigua, arrossegava sals minerals i altres compostos, donant origen a la famosa sopa primigènia o brou nutritiu.

En aquest ambient hipotètic van poder formar-complexos moleculars de grans dimensions anomenats compostos prebiòtics, que originaven sistemes cel·lulars cada vegada més complexos. Oparin va cridar a aquestes estructures protobionts.

Conforme els protobionts augmentaven la seva complexitat, van adquirir noves capacitats per a transmetre informació genètica, i Oparin va atorgar el nom de eubiontes a aquestes formes més avançades.

Experiment de Miller i Urey

L'any 1953, posterior als postulats d'Oparin, els investigadors Stanley L. Miller i Harold C. Urey van elaborar una sèrie d'experiments per comprovar la formació de compostos orgànics partint de materials inorgànics senzills.

Miller i Urey van aconseguir crear un disseny experimental que simulava els ambients prebiòtics amb les condicions proposades per Oparin a petita escala, aconseguint obtenir una sèrie de compostos com aminoàcids, àcids grassos, àcid fòrmic, urea, entre d'altres.

Material genètic dels protobionts

Món d'ARN

Segons les hipòtesis dels biòlegs moleculars actuals, els protobionts portaven molècules d'ARN, en lloc de molècules d'ADN, que els permetia replicar-se i emmagatzemar informació.

A més de posseir un paper fonamental en la síntesi proteica, l'ARN també pot comportar-se com un enzim i dur a terme reaccions de catàlisi. Per aquesta característica l'ARN és un candidat indicat per ser el primer material genètic en els protobionts.

Les molècules d'ARN capaços de realitzar catàlisi s'anomenen ribozims i poden elaborar còpies amb seqüències complementàries de trams curts d'ARN i mediar el procés d'splicing, eliminant trams de la seqüència.

Un protobiont que presentava al seu interior una molècula d'ARN catalític variava dels seus homòlegs que no tenien aquesta molècula.

En cas que el protobiont pogués créixer, dividir-se i transmetre l'ARN a la seva descendència, els processos de selecció natural darwiniana poden aplicar-se a aquest sistema, i els protobionts amb molècules d'ARN incrementarien la seva freqüència en la població.

Encara que l'aparició d'aquest protobiont pot resultar molt improbable, cal recordar que van poder haver existit milions d'protobionts en els cossos d'aigua de la terra primitiva.

Aparició de l'ADN

L'ADN és una molècula bicatenaria molt més estable, comparada amb la molècula d'ARN, que és fràgil i es replica de manera imprecisa. Aquesta propietat d'exactitud en termes de la replicació va començar a ser més necessària a mesura que els genomes dels protobionts augmentaven en grandària.

A la Universitat de Princeton, l'investigador Freeman Dyson proposa que les molècules d'ADN van poder haver estat estructures curtes, assistides en la seva replicació per polímers d'aminoàcids aleatoris amb propietats catalítiques.

Aquesta replicació primerenca va poder ocórrer a l'interior dels protobionts que havien emmagatzemat quantitats elevades de monòmers orgànics.

Després de l'aparició de la molècula d'ADN, l'ARN va poder començar a exercir els seus papers actuals com a intermediaris de la traducció, creant així el "món d'ADN".

referències

1. Altstein, AD (2015). The progene hypothesis: the Nucleoproteïna world and how life began. Biology Direct, 10, 67.
2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biologia: La vida a la Terra. Pearson educació.
3. Campbell, AN, & Reece, JB (2005). Biologia. Editorial Mèdica Panamericana.
4. Gamma, M. (2007). Biologia 1: un Enfocament Constructivista. Pearson Educació.
5. Schrum, JP, Zhu, TF, & Szostak, JW (2010). The origins of cellular life. Cold Spring Harbor perspectives in biology, a002212.
6. Stano, P., & Mavelli, F. (2015). Protocells Models in Origin of Life and Synthetic Biology. Life, 5 (4), 1700-1702.