Der Begriff präbiotische Evolution bezieht sich auf die Reihe hypothetischer Szenarien, die versuchen, den Ursprung des Lebens ausgehend von nicht lebender Materie in einer Umgebung unter primitiven Bedingungen zu erklären.
Es wurde argumentiert, dass die Bedingungen der primitiven Atmosphäre stark abnahmen, was die Bildung organischer Moleküle wie Aminosäuren und Peptide begünstigte, die die Bausteine von Proteinen sind; und Purine und Pyrimidine, die Nukleinsäuren bilden - DNA und RNA.
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Sich vorzustellen, wie die ersten Lebensformen auf der Erde entstanden sind, kann eine herausfordernde - und sogar fast unmögliche - Frage sein, wenn wir uns nicht in die richtige primitive Umgebung versetzen..
Der Schlüssel zum Verständnis des Lebens von abiotischen Molekülen, die in der berühmten "primitiven Suppe" suspendiert sind, ist daher die Atmosphäre in dieser abgelegenen Umgebung..
Obwohl hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre keine vollständige Übereinstimmung besteht, reichen die Hypothesen von reduzierenden Zusammensetzungen (CH) aus, da es keine Möglichkeit gibt, dies vollständig zu bestätigen4 + N.zwei, NH3 + H.zweiEntweder oder COzwei + H.zwei + N.zwei) In neutralere Umgebungen (mit nur COzwei + N.zwei + H.zweiODER).
Es ist allgemein anerkannt, dass der Atmosphäre Sauerstoff fehlte (dieses Element erhöhte seine Konzentration mit der Ankunft des Lebens signifikant). Für die effiziente Synthese von Aminosäuren, Purinen, Pyrimidinen und Zuckern ist das Vorhandensein einer reduzierenden Umgebung erforderlich..
Falls die tatsächliche Atmosphäre zu diesem Zeitpunkt diese präbiotischen chemischen Bedingungen nicht hatte, mussten die organischen Verbindungen von Staubpartikeln oder anderen Weltraumkörpern wie Meteoriten stammen..
In Bezug auf den physischen Raum auf der Erde gibt es mehrere Hypothesen, die die Entwicklung der ersten Biomoleküle und Replikatoren ermöglichten.
Eine Theorie, die bei der anfänglichen Bildung von Biomolekülen in hydrothermalen Quellen im Ozean eine bedeutende Bedeutung erlangt hat. Andere Autoren halten es jedoch für unwahrscheinlich und diskreditieren diese Regionen als wichtige Wirkstoffe in der präbiotischen Synthese..
Die Theorie schlägt vor, dass die chemische Synthese durch den Durchgang von Wasser innerhalb eines Termgradienten von 350 ° C bis 2 ° C erfolgte.
Das Problem mit dieser Hypothese entsteht, weil sich organische Verbindungen bei hohen Temperaturen (350 ° C) zersetzen, anstatt synthetisiert zu werden, was auf weniger extreme Umgebungen hindeutet. Die Hypothese hat also an Unterstützung verloren.
Um eine Studie zur präbiotischen Evolution durchzuführen, müssen eine Reihe von Fragen beantwortet werden, die es uns ermöglichen, die Entstehung des Lebens zu verstehen.
Wir müssen uns fragen, welche Art von katalytischem Prozess den Ursprung des Lebens begünstigte und woher die Energie stammt, die die ersten Reaktionen begünstigte. Bei der Beantwortung dieser Fragen können wir noch weiter gehen und uns fragen, ob die ersten Moleküle Membranen, Replikatoren oder Metaboliten waren..
Im Folgenden werden wir jede dieser Fragen beantworten, um ein Verständnis für einen möglichen Ursprung des Lebens in einer präbiotischen Umgebung zu erhalten..
Das Leben, wie wir es heute kennen, erfordert eine Reihe von "gemäßigten Bedingungen", um sich zu entwickeln. Wir wissen, dass die meisten organischen Wesen dort existieren, wo Temperatur, Luftfeuchtigkeit und pH physiologisch akzeptabel sind - mit Ausnahme der extremophilen Organismen, die, wie der Name schon sagt, in extremen Umgebungen leben..
Eine der wichtigsten Eigenschaften lebender Systeme ist die Allgegenwart von Katalysatoren. Die chemischen Reaktionen von Lebewesen werden durch Enzyme katalysiert: komplexe Moleküle mit Proteincharakter, die die Reaktionsgeschwindigkeit um mehrere Größenordnungen erhöhen.
Die ersten Lebewesen müssen ein analoges System besessen haben, wahrscheinlich Ribozyme. In der Literatur gibt es eine offene Frage, ob eine präbiotische Evolution ohne Katalyse hätte stattfinden können.
Demnach wäre eine biologische Entwicklung ohne Katalysator höchst unwahrscheinlich gewesen, da die Reaktionen monumentale Zeitintervalle in Anspruch genommen hätten. Daher wird ihre Existenz in den ersten Lebensphasen postuliert..
Die Energie für die präbiotische Synthese musste von irgendwoher kommen. Es wird vermutet, dass bestimmte anorganische Moleküle wie Polyphosphate und Thioester eine wichtige Rolle bei der Erzeugung von Energie für Reaktionen gespielt haben könnten - in Zeiten vor der Existenz der berühmten Energie- „Währung“ von Zellen: ATP.
Energetisch ist die Replikation der Moleküle, die die genetische Information tragen, ein sehr kostspieliges Ereignis. Für ein durchschnittliches Bakterium, wie E coli, Für ein einzelnes Replikationsereignis sind 1,7 * 10 erforderlich10 ATP-Moleküle.
Dank der Existenz dieser außerordentlich hohen Zahl ist das Vorhandensein einer Energiequelle eine unbestreitbare Voraussetzung, um ein wahrscheinliches Szenario zu schaffen, aus dem das Leben stammt..
Ebenso könnte die Existenz von Reaktionen vom Typ „Redox“ zur abiotischen Synthese beigetragen haben. Im Laufe der Zeit könnte dieses System zu wichtigen Elementen des Elektronentransports in der Zelle werden, der mit der Energieerzeugung verbunden ist.
Eine Zelle besteht aus drei Grundkomponenten: einer Membran, die den Zellraum begrenzt und in eine diskrete Einheit verwandelt; Replikatoren, die Informationen speichern; und Stoffwechselreaktionen, die innerhalb dieses Systems auftreten. Durch die funktionale Integration dieser drei Komponenten entsteht eine Zelle.
Angesichts der Evolution ist es daher interessant, die Frage zu stellen, welche der drei zuerst aufgetreten ist.
Die Membransynthese scheint einfach zu sein, da Lipide spontan vesikuläre Strukturen bilden, die wachsen und sich teilen können. Das Vesikel ermöglicht die Lagerung von Replikatoren und hält die Metaboliten konzentriert.
Jetzt konzentriert sich die Debatte auf die Führung von Replikation gegenüber Metabolismus. Diejenigen, die der Replikation mehr Gewicht beimessen, argumentieren, dass Ribozyme (RNA mit katalytischer Kraft) sich selbst replizieren konnten und dank des Auftretens von Mutationen ein neues Stoffwechselsystem entstehen könnte.
Die entgegengesetzte Ansicht unterstreicht die Bedeutung der Erzeugung einfacher Moleküle - wie der im Tricarbonsäurezyklus vorhandenen organischen Säuren - für die Verbrennung unter moderaten Wärmequellen. Aus dieser Perspektive umfassten die ersten Schritte der präbiotischen Evolution diese Metaboliten.
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