PROTOBIONTI: ORIGINE E PROPRIETÀ - BIOLOGIA - 2025

I protobionti sono complessi biologici secondo alcune ipotesi riguardanti l'origine della vita, precedenti alle cellule. Secondo Oparín, si tratta di aggregati molecolari circondati da una membrana lipidica semipermeabile o da una struttura simile ad essa.

Questi aggregati molecolari biotici erano in grado di presentare una semplice riproduzione e un metabolismo che riusciva a mantenere la composizione chimica dell'interno della membrana diversa dal suo ambiente esterno.

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Alcuni esperimenti condotti in laboratorio da diversi ricercatori hanno rivelato che i protobionti potrebbero formarsi spontaneamente utilizzando composti organici creati da molecole abiotiche come elementi costitutivi.

Esempi di questi esperimenti sono la formazione di liposomi, che sono aggregazioni di piccole goccioline circondate da membrane. Questi possono formarsi quando i lipidi vengono aggiunti all'acqua. Succede anche quando vengono aggiunti altri tipi di molecole organiche.

Può accadere che goccioline simili a liposomi si siano formate in stagni di epoca prebiotica e queste abbiano incorporato in modo casuale alcuni polimeri di amminoacidi.

Nel caso in cui i polimeri rendessero permeabili alla membrana determinate molecole organiche, sarebbe possibile incorporare selettivamente dette molecole.

Proprietà e caratteristiche

I presunti protobionti potrebbero essere formati da molecole idrofobiche che erano organizzate sotto forma di un doppio strato (due strati) sulla superficie di una gocciolina, che ricorda le membrane lipidiche presenti nelle cellule odierne.

Di Mariana Ruiz Villarreal, LadyofHats, da Wikimedia Commons

Membrane semipermeabili

Poiché la struttura è selettivamente permeabile, il liposoma può gonfiarsi o sgonfiarsi a seconda della concentrazione di soluti nel mezzo.

Cioè, se il liposoma è esposto a un mezzo ipotonico (la concentrazione all'interno della cellula è più alta), l'acqua entra nella struttura, gonfiando il liposoma. Al contrario, se il mezzo è ipertonico (la concentrazione della cellula è inferiore), l'acqua si sposta verso il mezzo esterno.

Questa proprietà non è esclusiva dei liposomi, ma può essere applicata anche alle cellule effettive di un organismo. Ad esempio, se i globuli rossi sono esposti a un ambiente ipotonico, possono esplodere.

Eccitabilità

I liposomi possono immagazzinare energia sotto forma di potenziale di membrana, che è una tensione attraverso la superficie. La struttura può scaricare la tensione in un modo che ricorda il processo che si verifica nelle cellule neuronali del sistema nervoso.

I liposomi hanno diverse caratteristiche degli organismi viventi. Tuttavia, non è la stessa cosa che affermare che i liposomi sono vivi.

Origine

Esiste un'ampia varietà di ipotesi che cercano di spiegare l'origine e l'evoluzione della vita in un ambiente prebiotico. I postulati più importanti che discutono l'origine dei protobionti saranno descritti di seguito:

Ipotesi di Oparin e Haldane

L'ipotesi sull'evoluzione biochimica fu proposta da Alexander Oparin nel 1924 e da John DS Haldane nel 1928.

Questo postulato ipotizza che l'atmosfera prebiotica mancasse di ossigeno, ma fosse fortemente riducente, con grandi quantità di idrogeno che portavano alla formazione di composti organici grazie alla presenza di fonti energetiche.

Secondo questa ipotesi, mentre la terra si raffreddava, il vapore delle eruzioni vulcaniche si condensava, precipitando sotto forma di piogge abbondanti e costanti. Quando l'acqua cadeva, trasportava sali minerali e altri composti, dando origine alla famosa zuppa primordiale o brodo nutritivo.

In questo ipotetico ambiente, potrebbero formarsi grandi complessi molecolari chiamati composti prebiotici, dando origine a sistemi cellulari sempre più complessi. Oparin chiamava queste strutture protobionti.

Man mano che i protobionti aumentavano di complessità, acquisivano nuove capacità di trasmettere informazioni genetiche e Oparin diede il nome eubionti a queste forme più avanzate.

Miller e Urey sperimentano

Nel 1953, dopo i postulati di Oparin, i ricercatori Stanley L. Miller e Harold C. Urey effettuarono una serie di esperimenti per verificare la formazione di composti organici a partire da semplici materiali inorganici.

Miller e Urey sono riusciti a creare un disegno sperimentale che simulava ambienti prebiotici con le condizioni proposte da Oparin su piccola scala, riuscendo ad ottenere una serie di composti come amminoacidi, acidi grassi, acido formico, urea, tra gli altri.

Materiale genetico dei protobionti

Mondo RNA

Secondo le ipotesi degli attuali biologi molecolari, i protobionti trasportavano molecole di RNA, invece di molecole di DNA, che consentivano loro di replicare e memorizzare le informazioni.

Oltre ad avere un ruolo fondamentale nella sintesi proteica, l'RNA può anche comportarsi come un enzima ed effettuare reazioni di catalisi. A causa di questa caratteristica, l'RNA è un candidato indicato per essere il primo materiale genetico nei protobionti.

Le molecole di RNA capaci di catalisi sono chiamate ribozimi e possono fare copie con sequenze complementari di brevi tratti di RNA e mediare il processo di splicing, eliminando tratti della sequenza.

Un protobionta che aveva una molecola di RNA catalitico al suo interno variava dai suoi omologhi privi di questa molecola.

Nel caso in cui il protobionta potesse crescere, dividere e trasmettere l'RNA alla sua prole, i processi di selezione naturale darwiniana possono essere applicati a questo sistema, ei protobionti con molecole di RNA aumenterebbero la loro frequenza nella popolazione.

Sebbene l'apparizione di questo protobionte possa essere molto improbabile, è necessario ricordare che milioni di protobionti potrebbero essere esistiti nei corpi d'acqua della Terra primordiale.

Aspetto del DNA

Il DNA è una molecola a doppio filamento molto più stabile rispetto alla molecola di RNA, che è fragile e si replica in modo impreciso. Questa proprietà di accuratezza in termini di replicazione è diventata più necessaria con l'aumento delle dimensioni dei genomi dei protobionti.

All'Università di Princeton, il ricercatore Freeman Dyson propone che le molecole di DNA avrebbero potuto essere strutture corte, assistite nella loro replicazione da polimeri di amminoacidi casuali con proprietà catalitiche.

Questa replicazione precoce potrebbe avvenire all'interno di protobionti che avevano immagazzinato elevate quantità di monomeri organici.

Dopo la comparsa della molecola di DNA, l'RNA potrebbe iniziare a svolgere i suoi attuali ruoli di intermediario per la traduzione, creando così il "mondo del DNA".

Riferimenti

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