PROTOBIONTS: NGUỒN GỐC VÀ ĐẶC TÍNH - SINH HỌC - 2026

Các protobionts là các phức hợp sinh học theo một số giả thuyết liên quan đến nguồn gốc của sự sống, có trước các tế bào. Theo Oparín, đây là những tập hợp phân tử được bao quanh bởi một màng lipid bán thấm hoặc có cấu trúc tương tự như nó.

Những tập hợp phân tử sinh vật này có thể tái tạo đơn giản và trao đổi chất nhằm duy trì thành phần hóa học bên trong màng khác với môi trường bên ngoài của nó.

Nguồn: pixabay.com

Một số thí nghiệm được thực hiện trong phòng thí nghiệm bởi các nhà nghiên cứu khác nhau đã tiết lộ rằng sinh vật nguyên sinh có thể hình thành một cách tự nhiên bằng cách sử dụng các hợp chất hữu cơ được tạo ra từ các phân tử phi sinh học làm khối xây dựng.

Ví dụ về các thí nghiệm này là sự hình thành liposome, là tập hợp của các giọt nhỏ được bao quanh bởi màng. Chúng có thể hình thành khi chất béo được thêm vào nước. Nó cũng xảy ra khi các loại phân tử hữu cơ khác được thêm vào.

Có thể xảy ra rằng các giọt giống liposome được hình thành trong các ao thời tiền sinh học và những giọt này kết hợp ngẫu nhiên một số polyme của axit amin.

Trong trường hợp các polyme tạo ra một số phân tử hữu cơ nhất định có thể thấm qua màng, thì có thể kết hợp một cách chọn lọc các phân tử nói trên.

Thuộc tính và đặc điểm

Các protobionts giả định có thể được hình thành từ các phân tử kỵ nước được tổ chức dưới dạng lớp kép (hai lớp) trên bề mặt giọt, gợi nhớ đến màng lipid có trong tế bào ngày nay.

Bởi Mariana Ruiz Villarreal, LadyofHats, từ Wikimedia Commons

Màng bán thấm

Vì cấu trúc có tính thẩm thấu chọn lọc nên liposome có thể phồng lên hoặc xẹp xuống tùy thuộc vào nồng độ của chất hòa tan trong môi trường.

Tức là, nếu liposome tiếp xúc với môi trường nhược trương (nồng độ bên trong tế bào cao hơn), nước sẽ xâm nhập vào cấu trúc, làm phồng liposome. Ngược lại, nếu môi trường ưu trương (nồng độ của tế bào thấp hơn) thì nước di chuyển ra môi trường bên ngoài.

Tính chất này không chỉ dành riêng cho liposome, nó cũng có thể được áp dụng cho các tế bào thực tế của một sinh vật. Ví dụ, nếu tế bào hồng cầu tiếp xúc với môi trường nhược trương, chúng có thể phát nổ.

Sự thích thú

Liposome có thể lưu trữ năng lượng dưới dạng điện thế màng, là điện thế trên bề mặt. Cấu trúc có thể phóng điện áp theo cách gợi nhớ đến quá trình xảy ra trong các tế bào thần kinh của hệ thần kinh.

Liposome có một số đặc điểm của cơ thể sống. Tuy nhiên, nó không giống như tuyên bố rằng liposome còn sống.

Gốc

Có rất nhiều giả thuyết nhằm giải thích nguồn gốc và sự tiến hóa của sự sống trong môi trường tiền sinh học. Các định đề nổi bật nhất thảo luận về nguồn gốc của protobionts sẽ được mô tả dưới đây:

Giả thuyết Oparin và Haldane

Giả thuyết về sự tiến hóa sinh hóa được Alexander Oparin đưa ra năm 1924 và John DS Haldane vào năm 1928.

Định đề này giả định rằng bầu khí quyển tiền sinh học thiếu oxy, nhưng đang bị khử mạnh, với một lượng lớn hydro dẫn đến sự hình thành các hợp chất hữu cơ nhờ sự hiện diện của các nguồn năng lượng.

Theo giả thuyết này, khi trái đất nguội đi, hơi nước từ các vụ phun trào núi lửa ngưng tụ lại, tạo thành mưa lớn và liên tục. Khi nước rơi xuống, nó mang theo muối khoáng và các hợp chất khác, tạo ra món súp nguyên thủy nổi tiếng hoặc nước dùng bổ dưỡng.

Trong môi trường giả định này, các phức hợp phân tử lớn được gọi là các hợp chất tiền sinh học có thể hình thành, làm phát sinh các hệ thống tế bào ngày càng phức tạp. Oparin gọi những cấu trúc này là protobionts.

Khi các sinh vật nguyên sinh tăng độ phức tạp, chúng có được những khả năng mới để truyền thông tin di truyền, và Oparin đã đặt tên gọi là sinh vật nguyên sinh cho các dạng tiên tiến hơn này.

Thử nghiệm Miller và Urey

Năm 1953, sau định đề Oparin, các nhà nghiên cứu Stanley L. Miller và Harold C. Urey đã tiến hành một loạt thí nghiệm để xác minh sự hình thành các hợp chất hữu cơ bắt đầu từ các vật liệu vô cơ đơn giản.

Miller và Urey đã cố gắng tạo ra một thiết kế thử nghiệm mô phỏng môi trường tiền sinh học với các điều kiện do Oparin đề xuất ở quy mô nhỏ, quản lý để thu được một loạt các hợp chất như axit amin, axit béo, axit formic, urê, trong số những hợp chất khác.

Vật chất di truyền của sinh vật nguyên sinh

Thế giới RNA

Theo giả thuyết của các nhà sinh học phân tử hiện nay, sinh vật nguyên sinh mang phân tử RNA, thay vì phân tử DNA, cho phép chúng sao chép và lưu trữ thông tin.

Ngoài vai trò cơ bản trong tổng hợp protein, RNA còn có thể hoạt động như một loại enzyme và thực hiện các phản ứng xúc tác. Do đặc điểm này, RNA là một ứng cử viên được chỉ định là vật liệu di truyền đầu tiên ở sinh vật nhân sơ.

Các phân tử RNA có khả năng xúc tác được gọi là ribozyme và có thể tạo bản sao với trình tự bổ sung của các đoạn RNA ngắn và làm trung gian cho quá trình nối, loại bỏ các đoạn chuỗi.

Một protobiont có một phân tử RNA xúc tác bên trong nó khác với các chất tương đồng của nó thiếu phân tử này.

Trong trường hợp protobiont có thể phát triển, phân chia và truyền RNA cho con cái của nó, các quá trình chọn lọc tự nhiên của Darwin có thể được áp dụng cho hệ thống này và các protobiont có phân tử RNA sẽ tăng tần số của chúng trong quần thể.

Mặc dù sự xuất hiện của protobiont này có thể rất khó xảy ra, nhưng cần nhớ rằng hàng triệu protobiont có thể đã tồn tại trong các vùng nước của trái đất sơ khai.

Sự xuất hiện của DNA

DNA là một phân tử chuỗi kép ổn định hơn nhiều so với phân tử RNA, phân tử này dễ vỡ và sao chép không chính xác. Đặc tính chính xác về mặt sao chép này trở nên cần thiết hơn khi bộ gen của sinh vật nguyên sinh tăng kích thước.

Tại Đại học Princeton, nhà nghiên cứu Freeman Dyson đề xuất rằng các phân tử DNA có thể là những cấu trúc ngắn, được hỗ trợ trong quá trình sao chép của chúng bởi các polyme của các axit amin ngẫu nhiên có đặc tính xúc tác.

Sự sao chép ban đầu này có thể xảy ra bên trong các sinh vật nguyên sinh đã tích trữ một lượng lớn monome hữu cơ.

Sau sự xuất hiện của phân tử DNA, RNA có thể bắt đầu đóng vai trò trung gian hiện tại của nó như là vật trung gian để dịch mã, do đó tạo ra "thế giới của DNA".

Người giới thiệu

1. Altstein, AD (2015). Giả thuyết về progene: thế giới nucleoprotein và sự sống bắt đầu như thế nào. Trực tiếp sinh học, 10, 67.
2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Sinh học: Sự sống trên Trái đất. Giáo dục Pearson.
3. Campbell, AN, & Reece, JB (2005). Sinh học. Biên tập Médica Panamericana.
4. Gama, M. (2007). Sinh học 1: Cách tiếp cận theo chủ nghĩa kiến ​​tạo. Giáo dục Pearson.
5. Schrum, JP, Zhu, TF, & Szostak, JW (2010). Nguồn gốc của sự sống tế bào. Các quan điểm của Cold Spring Harbor trong sinh học, a002212.
6. Stano, P., & Mavelli, F. (2015). Mô hình Protocells trong Nguồn gốc Sự sống và Sinh học Tổng hợp. Đời sống, 5 (4), 1700–1702.