PRÄBIOTISCHE EVOLUTION: WO ES PASSIERT IST UND WAS NOTWENDIG IST - BIOLOGIE - 2025

Der Begriff präbiotische Evolution bezieht sich auf eine Reihe hypothetischer Szenarien, die den Ursprung des Lebens ausgehend von nicht lebender Materie in einer Umgebung unter primitiven Bedingungen erklären sollen.

Es wurde vermutet, dass sich die Bedingungen der primitiven Atmosphäre stark verringerten, 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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Primitive Bedingungen

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 es keine vollständige Übereinstimmung hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre gibt, reichen die Hypothesen von reduzierenden Zusammensetzungen (CH ₄ + N ₂ , NH ₃ + H ₂ O oder CO ₂₎ , da es keine Möglichkeit gibt, dies vollständig zu bestätigen + H ₂ + N ₂ ) in neutralere Umgebungen (mit nur CO ₂ + N ₂ + H ₂ O).

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.

Wenn die tatsächliche Atmosphäre zu diesem Zeitpunkt diese präbiotischen chemischen Bedingungen nicht hatte, mussten die organischen Verbindungen von Staubpartikeln oder anderen Weltraumkörpern wie Meteoriten stammen.

Wo fand die präbiotische Evolution statt?

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.

Was wird für die präbiotische Evolution benötigt?

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 weiter gehen und fragen, ob die ersten Moleküle Membranen, Replikatoren oder Metaboliten waren.

Wir werden nun jede dieser Fragen beantworten, um einen möglichen Ursprung des Lebens in einer präbiotischen Umgebung zu verstehen.

Katalysatoren

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 extremophiler 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 ähnliches System gehabt 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 frühen Lebensphasen postuliert.

Energie

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 erfordert ein einzelnes Replikationsereignis 1,7 × 10 ¹⁰ ATP-Moleküle.

Dank der Existenz dieser außerordentlich hohen Zahl ist das Vorhandensein einer Energiequelle eine unbestreitbare Voraussetzung für die Schaffung eines wahrscheinlichen Szenarios, 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.

Welche der zellulären Komponenten entstand zuerst?

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 Synthese von Membranen 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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