PROTOBIONTEN: HERKUNFT UND EIGENSCHAFTEN - BIOLOGIE - 2025

Die Protobionten sind biologische Komplexe nach einigen Hypothesen bezüglich des Ursprungs des Lebens, die den Zellen vorausgingen. Nach Oparín sind dies Molekülaggregate, die von einer semipermeablen Lipidmembran oder einer ähnlichen Struktur umgeben sind.

Diese biotischen Molekülaggregate waren in der Lage, eine einfache Reproduktion und einen Metabolismus zu präsentieren, der es schaffte, die chemische Zusammensetzung des Inneren der Membran anders als in ihrer äußeren Umgebung aufrechtzuerhalten.

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Einige im Labor von verschiedenen Forschern durchgeführte Experimente haben gezeigt, dass sich Protobionten spontan bilden können, wenn organische Verbindungen aus abiotischen Molekülen als Bausteine ​​verwendet werden.

Beispiele für diese Experimente sind die Bildung von Liposomen, bei denen es sich um Aggregationen kleiner Tröpfchen handelt, die von Membranen umgeben sind. Diese können sich bilden, wenn Lipide zu Wasser gegeben werden. Es passiert auch, wenn andere Arten von organischen Molekülen hinzugefügt werden.

Es kann vorkommen, dass in Teichen aus präbiotischer Zeit liposomenähnliche Tröpfchen gebildet wurden, die zufällig einige Polymere von Aminosäuren enthielten.

Für den Fall, dass die Polymere bestimmte organische Moleküle für die Membran durchlässig machen, wäre es möglich, diese Moleküle selektiv einzubauen.

Eigenschaften und Merkmale

Die mutmaßlichen Protobionten könnten aus hydrophoben Molekülen gebildet werden, die in Form einer Doppelschicht (zwei Schichten) auf der Oberfläche eines Tröpfchens organisiert sind und an die in heutigen Zellen vorhandenen Lipidmembranen erinnern.

Von Mariana Ruiz Villarreal, LadyofHats, aus Wikimedia Commons

Semipermeable Membranen

Da die Struktur selektiv durchlässig ist, kann das Liposom in Abhängigkeit von der Konzentration der gelösten Stoffe im Medium quellen oder entleeren.

Das heißt, wenn das Liposom einer hypotonischen Umgebung ausgesetzt ist (die Konzentration in der Zelle ist höher), tritt Wasser in die Struktur ein und schwillt das Liposom an. Wenn das Medium dagegen hyperton ist (die Konzentration der Zelle ist niedriger), bewegt sich das Wasser in Richtung des externen Mediums.

Diese Eigenschaft gilt nicht nur für Liposomen, sondern kann auch auf die tatsächlichen Zellen eines Organismus angewendet werden. Wenn rote Blutkörperchen beispielsweise einer hypotonischen Umgebung ausgesetzt sind, können sie explodieren.

Erregbarkeit

Liposomen können Energie in Form eines Membranpotentials speichern, bei dem es sich um eine Spannung an der Oberfläche handelt. Die Struktur kann die Spannung auf eine Weise entladen, die an den Prozess erinnert, der in neuronalen Zellen des Nervensystems stattfindet.

Liposomen haben verschiedene Eigenschaften lebender Organismen. Es ist jedoch nicht dasselbe wie zu behaupten, dass Liposomen leben.

Ursprung

Es gibt eine Vielzahl von Hypothesen, die den Ursprung und die Entwicklung des Lebens in einer präbiotischen Umgebung erklären sollen. Die herausragendsten Postulate, die den Ursprung von Protobionten diskutieren, werden nachstehend beschrieben:

Oparin- und Haldane-Hypothese

Die Hypothese zur biochemischen Evolution wurde 1924 von Alexander Oparin und 1928 von John DS Haldane vorgeschlagen.

Dieses Postulat geht davon aus, dass der präbiotischen Atmosphäre Sauerstoff fehlte, sich jedoch stark reduzierte, wobei große Mengen Wasserstoff aufgrund der Anwesenheit von Energiequellen zur Bildung organischer Verbindungen führten.

Nach dieser Hypothese kondensierte beim Abkühlen der Erde Dampf aus Vulkanausbrüchen und fiel als starker und konstanter Regen aus. Als das Wasser fiel, trug es Mineralsalze und andere Verbindungen, wodurch die berühmte Ur-Suppe oder Nährbrühe entstand.

In dieser hypothetischen Umgebung könnten sich große molekulare Komplexe bilden, die als präbiotische Verbindungen bezeichnet werden und zu immer komplexeren Zellsystemen führen. Oparin nannte diese Strukturen Protobionten.

Mit zunehmender Komplexität der Protobionten erwarben sie neue Fähigkeiten zur Übertragung genetischer Informationen, und Oparin gab diesen fortgeschritteneren Formen den Namen Eubionten.

Miller und Urey experimentieren

Nach den Postulaten von Oparin führten die Forscher Stanley L. Miller und Harold C. Urey 1953 eine Reihe von Experimenten durch, um die Bildung organischer Verbindungen ausgehend von einfachen anorganischen Materialien zu überprüfen.

Miller und Urey gelang es, ein experimentelles Design zu erstellen, das präbiotische Umgebungen mit den von Oparin vorgeschlagenen Bedingungen in kleinem Maßstab simulierte und es gelang, eine Reihe von Verbindungen wie Aminosäuren, Fettsäuren, Ameisensäure und Harnstoff zu erhalten.

Genetisches Material von Protobionten

RNA-Welt

Nach den Hypothesen aktueller Molekularbiologen trugen Protobionten RNA-Moleküle anstelle von DNA-Molekülen, wodurch sie Informationen replizieren und speichern konnten.

RNA spielt nicht nur eine grundlegende Rolle bei der Proteinsynthese, sondern kann sich auch als Enzym verhalten und Katalyse-Reaktionen durchführen. Aufgrund dieser Eigenschaft ist RNA ein indizierter Kandidat für das erste genetische Material in Protobionten.

Katalysefähige RNA-Moleküle werden als Ribozyme bezeichnet und können Kopien mit komplementären Sequenzen kurzer RNA-Abschnitte erstellen und den Spleißprozess vermitteln, wodurch Abschnitte der Sequenz eliminiert werden.

Ein Protobiont, in dem sich ein katalytisches RNA-Molekül befand, unterschied sich von seinen Homologen, denen dieses Molekül fehlte.

Falls der Protobiont wachsen, sich teilen und RNA an seine Nachkommen übertragen könnte, können Darwinsche natürliche Selektionsprozesse auf dieses System angewendet werden, und Protobionten mit RNA-Molekülen würden ihre Häufigkeit in der Population erhöhen.

Obwohl das Auftreten dieses Protobionten sehr unwahrscheinlich sein mag, muss man bedenken, dass möglicherweise Millionen von Protobionten in den Gewässern der frühen Erde existiert haben.

Aussehen der DNA

DNA ist ein viel stabileres doppelsträngiges Molekül als das RNA-Molekül, das zerbrechlich ist und sich ungenau repliziert. Diese Eigenschaft der Genauigkeit in Bezug auf die Replikation wurde notwendiger, als die Genome der Protobionten an Größe zunahmen.

An der Princeton University schlägt der Forscher Freeman Dyson vor, dass DNA-Moleküle kurze Strukturen sein könnten, die bei ihrer Replikation durch Polymere zufälliger Aminosäuren mit katalytischen Eigenschaften unterstützt werden.

Diese frühe Replikation könnte in Protobionten stattfinden, die große Mengen an organischen Monomeren gespeichert hatten.

Nach dem Erscheinen des DNA-Moleküls könnte die RNA beginnen, ihre derzeitige Rolle als Vermittler für die Translation zu spielen, wodurch die "Welt der DNA" geschaffen wird.

Verweise

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