Protobionte
Un protobionte o protocélula és una colecció esfèrica de lípits, autoorganizada i ordenada endógenamente proposta com a predecessora de les cèlulas. No obstant també se sol usar per a referir-se a una etapa més alvançada del orige de la vida, en el qual és descrit com un tipo primitiu d'organisme pre-celular, que teòricament va precedir a les cèlules procariota; en este últim cas s'utilisa igualment el terme progenote (pregenoma). Encara que encara no s'ha conseguit obtindre un protobionte funcional en un entorn de laboratori, l'objectiu de comprendre el procés sembla estar a l'alcanç de la mà.[1][2]
Segons rellonges moleculars i evidencia fòssil els protobiontes es varen originar durant el Hádico entre uns 4450 i 4250 millons d'anys en les aigües de la Terra primitiva. Estes estructures varen poder formar-se en qüestió d'uns pocs millons d'anys i de fet varen poder evolucionar a cèlules molt ràpidament.[3][4][5]
Conceptes
[editar | editar còdic]Concepte de protobionte
[editar | editar còdic]
Un protobionte fa referència a les primeres estructures i formacions de molèculas orgàniques que varen poder haver evolucionat en els primers sers vius. Dins dels nivells de complexitat biològica, els protobiontes es consideren precursors de la vida celular.
El protobionte és un agregat acelular d'polímero orgànics ensamblados espontàneament de forma abiótica, rodejat per una estructura membranosa. Un eixemple de protobionte està en els experiments d'Aleksandr Oparin i Sidney W. Fox, que han demostrat que poden formar-se espontàneament en condicions similars a les que es creu que existien en l'época de la formació de la Terra.[6] En estos experiments es varen formar liposomas i microesferas en estructures membranosas similars a les bicapas fosfolipídicas de la cèlula.
A partir d'això, s'ha discutit si l'orige de la vida i l'orige del procés d'evolució varen sorgir al mateix temps. S'ha postulat que, de forma equivalent a com actua el procés d'evolució en els sers vius, també actuarien els mecanismes evolutius en composts químics ans que hi haguera vida.
En este sentit, científics com Martin A. Nowak i Hisashi Ohtsuki han postulat cóm i quàn la cinètica química pansa a convertir-se en una dinàmica evolutiva, formulant una teoria matemàtica general per a l'orige de l'evolució. En ella es descriu la previda com un alfabet d'actius monòmers que formen a l'encert polímeros, sent un sistema generativo que pot produir l'informació, en la que originalment es presenta una preevolutiva dinàmica de selecció i mutació, pero no replicació, a diferència de la vida. A partir d'anàlisis matemàtic es conclou que les millors i més competents candidates moleculars per a la vida ya havien segut seleccionades abans inclús de que escomençaren a reproduir-se. Igualment, encara que la previda és un andamiaje en que es basa la vida, existix una fase de transició en la que, si la taxa efectiva de replicació supera un valor crític, llavors la vida competix en la previda i, finalment, la vida destruïx a la previda.[7]
Els protobiontes varen ser estructures lípidicas formades per una sola membrana compostes d'ARN i proteïnes, de tamany nanométrico en capacitat de replicar-se.[8][9] Varen ser evolucionant a cèlulas en unir-se més liposoma o vesícules propenques sobre la seua única membrana la qual cosa va dur al desenroll d'una estructura més complexa que els permetera protegir la seua material genètic i proteïnes, durant esta transició varen desenrollar l'ADN a partir de el ARN com a material genètic. En passar esta etapa els protobiontes varen donar orige al últim antepassat comú universal en desenrollar les característiques universals de les cèlules com citoplasma, citoesquelet, membrana plasmática i paret celular.[10] L'últim antepassat comú universal (LUCA) va ser un organisme procariota osmótrofo que posteriorment originària al linaje bacterià i al linaje arqueig-eucarionte.
Concepte de Progenote
[editar | editar còdic]Usualment el terme progenote es considera sinònim de protobionte, pero en ocasions s'usa també per a descriure a una forma de vida celular primitiva equivalent del últim antepassat comú universal de tots els sers vius i per això antepassat de les cèlules procarionte (les cèlules més simples i primitives conegudes); sent per això una estructura més evolucionada de protobionte que ya presentaria característiques celulars.[11] És possible que la naturalea filogenético del progenote haja intervingut tota una ret de transferència horisontal de gens.[12] Relacionat en este aspecte s'ha estudiat com seria el genoma mínim necessari per a la vida (genoma possiblement equivalent al genoma del progenote); investigació que actualment s'ha portat a terme per mig de la creació del Mycoplasma laboratorium.
Compartimentació
[editar | editar còdic]La compartimentació va ser important per al orige de la vida. Les membranes formen compartimientos tancats que estan separats de l'ambient extern, proporcionant aixina al protobionte espais acuosos funcionalmente especialisats. Com la bicapa lipídica de les membranes és impermeable a la majoria de les molècules hidrófilas (dissoltes en aigua), les cèlules tenen sistemes de transport de membranes que conseguixen l'importació de molècules nutritives aixina com l'exportació de rebujos. És molt difícil construir protobiontes a partir d'ensamblages moleculars. Un pas important en este desafiu és el guany de la dinàmica de les vesículas que són rellevants per a les funcions celulars, com el tràfic de membranes i la autorreproducción, utilisant molècules anfifílicas. En la Terra primitiva, numeroses reaccions químiques de composts orgànics varen produir els ingredients de la vida. D'estes substàncies, les molècules anfifílicas podrien ser el primer jugador en l'evolució de l'ensamblage molecular a la vida celular. Un pas de la vesícula a protobionte podria ser el desenroll de vesícules autorreproductoras junt en el sistema metabòlic.[13][14]
Un atre enfocament de la noció de protobionte es referix al terme "quimiotón" (abreviatura de "autómata químic") que es referix a un model abstracte per a l'unitat fonamental de la vida introduït pel biòlec teòric hongarés Tibor Gánti. És el resum computacional més antic conegut d'un protobionte. Gánti va concebre l'idea bàsica en 1952 i va formular el concepte en 1971 en el seu llibre "Els principis de la vida" (escrit originalment en hongarés i traduït a l'anglés 2003). Va supondre que el quimiotón era el ancestro original de tots els organismes o del últim antepassat comú universal (LUCA).[15]
La suposició bàsica del model quimiotón és que la vida deu tindre fonamental i essencialment tres propietats: metabolisme, autorreplicación i una membrana lípidica. Les funcions metabòliques i de replicació juntes formen un subsistema autocatalítico necessari per a les funcions bàsiques de la vida, i una membrana tanca este subsistema per a separar-ho del ambient circumdant. Per lo tant, qualsevol sistema que tinga tals propietats pot considerar-se viu, estarà subjecte a selecció natural i contindrà una informació celular autosostenida. Alguns consideren este model una contribució significativa a l'orige de la vida, ya que proporciona una filosofia d'unitats evolutives.[16][17]
Selectivitat per a la compartimentació
[editar | editar còdic]Els liposomas autoensamblados són components essencials dels protobiontes. La segona llei de la termodinàmica requerix que l'univers es moga en una direcció en la que aumenta el desorde (o la entropía), pero la vida es distinguix pel seu gran grau d'organisació. Per lo tant, es necessita un llímit per a separar els processos de la vida de la matèria no viva. La membrana celular és l'única estructura celular que es troba en totes les cèlules de tots els organismes de la Terra.[18][19]
Els investigadors Irene A. Chen i Jack W. Szostak (Premi Nobel de Fisiologia o Medicina 2009), entre uns atres, varen demostrar que les propietats fisicoquímicas simples dels protobiontes elementals poden donar lloc a anàlecs conceptuals més simples dels comportaments celulars essencials, incloses les formes primitives de competència i energia darwinianas d'almagasenament. Estes interaccions cooperatives entre la membrana i el contingut encapsulado podrien simplificar enormement la transició de molècules en replicació a cèlules verdaderes. La competència per les molècules de membrana favoriria les membranes estabilisades, lo que sugerix una ventaja selectiva per a l'evolució dels àcit grassos reticulados i inclús els fosfolípits actuals. Esta microencapsulación va permetre el metabolisme dins de la membrana, l'intercanvi de molècules chicotetes i la prevenció del pas de substàncies grans a través d'ella. Les principals ventages de la encapsulación inclouen una major solubilidad de la càrrega i la creació d'energia en forma de gradient químic. Per lo tant, a sovint es diu que les cèlules almagasenen energia en les estructures de molècules de substàncies com a carbohidrats (inclosos els sucreés), lípits i proteïnes, que lliberen energia quan es combinen químicament en oxigen durant la respiració celular.[20][21]
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ National Science Foundation (2013). «Exploring Life's Origins – Protocells».
- ↑ Rasmussen, Steen. Scientists Create Possible Precursor to Life, A Letters Journal Exploring the Frontiers of Physics, Astrobiology Web.
- ↑ «Did newborn Earth harbour life?». New Scientist. Consultat el 27 de setembre de 2014.
- ↑ Battistuzzi F, Feijao A, Hedges S. A genomic timescale of prokaryote evolution: insights into the origin of methanogenesis, phototrophy, and the colonization of land. BMC.
- ↑ Fabia U. Battistuzzi & S. Blair Hedges 2008. A Major Clade of Prokaryotes with Ancient Adaptations to Life on Land. Mol Biol Evol (2009) 26 (2): 335-343. doi: 10.1093/molbev/msn247
- ↑ Cornell University: Protocells: What did the early protocells look like? Dump vom 5. Oktober 2012
- ↑ Martin A. Nowak i Hisashi Ohtsuki(2008).Proceedings of the National Academy of Sciences.105(39)
- 14924-14927.doi:10.1073/pnas.0806714105.
- ↑ “Primordial genetics: phenotype of the ribocyte” (2002). Annual Review of Genetics 36: 125–51. doi:. PMID 12429689.
- ↑ Gerald F. Joyce, Jack W. Szostak Protocells and RNA Self-Replication. Cold Spring Harbor Perpectives un Biology.
- ↑ Chen, Irene A.. “From Self-Assembled Vesicles to Protocells”. Cold Spring Harb Perspect Biol 2 (7): a002170. doi:. PMID 20519344.
- ↑ C. R. Woese and G. E. Fox (1977) J. Mol. Evol. 10, 1-6
- ↑ E. Hilario and J. P. Gogarten (1993) BioSystems 31, 111-119
- ↑ “Chemistry and Physics of Primitive Membranes” (2005). Top. Curr. Chem. 259: 1–27. doi:.
- ↑ “Surfactant Assemblies and their various possible rols for the origin(s) of life” (2006). Orig. Life Evol. Biosph. 36 (2): 109–50. doi:. PMID 16642266. Bibcode: 2006OLEB...36..109W.
- ↑ Marshall, Michael. He may have found the key to the origins of life. Baix why have baix few heard of him? - Hungarian biologist Tibor Gánti is an obscure figure. Now, more than a decade after his death, his idees about how life began llaure finally coming to fruition., National Geographic Society.
- ↑ “Stochastic simulation of the chemoton” (2009). Artif Life 15 (2): 213–226. doi:. PMID 19199383.
- ↑ Hoenigsberg HF (2007). “From geochemistry and biochemistry to prebiotic evolution...we necessarily enter into Gánti's fluïu automata”. Genet Mol Res 6 (2): 358–373. PMID 17624859.
- ↑ «The Importance of Membranes». Biology Laboratory Manual, 6/a. McGraw-Hill (2002).
- ↑ Shapiro, Robert. “A Simpler Origin for Life”. Scientific American 296 (6): 46–53. doi:. PMID 17663224. Bibcode: 2007SciAm.296f..46S.
- ↑ Chen, Irene A.. “The Emergence of Cells During the Origin of Life”. Science 314 (5805): 1558–59. doi:. PMID 17158315.
- ↑ (2006) Biology: Exploring Life, Boston, MA: Pearson Prentice Hall. ISBN 978-0-13-250882-7.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Protobionte» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.