EVOLUSI PREBIOTIK: TEMPAT TERJADINYA DAN APA YANG DIPERLUKAN - BIOLOGI - 2025

Istilah evolusi prebiotik mengacu pada serangkaian skenario hipotetis yang berusaha untuk menjelaskan asal usul kehidupan mulai dari materi yang tidak hidup dalam lingkungan dalam kondisi primitif.

Telah dikemukakan bahwa kondisi atmosfer primitif sangat berkurang, yang mendukung pembentukan molekul organik, seperti asam amino dan peptida, yang merupakan bahan penyusun protein; serta purin dan pirimidin, yang menyusun asam nukleat - DNA dan RNA.

Sumber: pixabay.com

Kondisi primitif

Membayangkan bagaimana bentuk kehidupan pertama muncul di Bumi bisa menjadi pertanyaan yang menantang - dan bahkan hampir tidak mungkin - jika kita tidak menempatkan diri kita di lingkungan primitif yang tepat.

Jadi, kunci untuk memahami kehidupan dari molekul abiotik yang tersuspensi dalam "sup primitif" yang terkenal adalah atmosfer di lingkungan terpencil itu.

Meskipun tidak ada kesepakatan total mengenai komposisi kimiawi atmosfer, karena tidak ada cara untuk memastikannya secara lengkap, hipotesisnya berkisar dari komposisi pereduksi (CH ₄ + N ₂ , NH ₃ + H ₂ O atau CO ₂ + H ₂ + N ₂ ) ke lingkungan yang lebih netral (dengan hanya CO ₂ + N ₂ + H ₂ O).

Secara umum diterima bahwa atmosfer kekurangan oksigen (unsur ini meningkatkan konsentrasinya secara signifikan dengan datangnya kehidupan). Untuk sintesis asam amino, purin, pirimidin, dan gula yang efisien, diperlukan adanya lingkungan pereduksi.

Jika atmosfer sebenarnya pada saat itu tidak memiliki kondisi kimiawi prebiotik ini, senyawa organik pasti berasal dari partikel debu atau benda angkasa lain seperti meteorit.

Di mana evolusi prebiotik terjadi?

Ada beberapa hipotesis yang berkaitan dengan ruang fisik di Bumi yang memungkinkan perkembangan biomolekul dan replikator pertama.

Sebuah teori yang telah mendapatkan banyak pengikut dalam pembentukan awal biomolekul di ventilasi hidrotermal di laut. Namun, penulis lain menganggapnya tidak mungkin dan mendiskreditkan daerah ini sebagai agen penting dalam sintesis prebiotik.

Teori tersebut mengusulkan bahwa sintesis kimia terjadi melalui aliran air dalam gradien jangka dari 350 ° C sampai 2 ° C.

Masalah dengan hipotesis ini muncul karena senyawa organik terurai pada suhu tinggi (350 ° C) alih-alih disintesis, yang menunjukkan lingkungan yang kurang ekstrim. Jadi hipotesis telah kehilangan dukungan.

Apa yang dibutuhkan untuk evolusi prebiotik?

Untuk melakukan kajian terkait evolusi prebiotik, perlu dijawab sederet pertanyaan yang memungkinkan kita memahami kemunculan kehidupan.

Kita harus bertanya pada diri sendiri jenis proses katalitik apa yang mendukung asal mula kehidupan dan dari mana energi yang mendukung reaksi pertama itu diambil. Dalam menjawab pertanyaan-pertanyaan ini, kita dapat melangkah lebih jauh dan bertanya apakah molekul pertama yang muncul adalah membran, replikator, atau metabolit.

Kami sekarang akan menjawab setiap pertanyaan ini untuk mendapatkan pemahaman tentang kemungkinan asal usul kehidupan di lingkungan prebiotik.

Katalis

Kehidupan, seperti yang kita kenal sekarang, membutuhkan serangkaian "kondisi moderat" untuk berkembang. Kita tahu bahwa sebagian besar makhluk hidup ada di mana suhu, kelembaban, dan pH dapat diterima secara fisiologis - dengan pengecualian organisme Ekstremofilik, yang, seperti tersirat dari namanya, hidup di lingkungan yang ekstrem.

Salah satu karakteristik yang paling relevan dari sistem kehidupan adalah keberadaan katalis di mana-mana. Reaksi kimiawi makhluk hidup dikatalisasi oleh enzim: molekul kompleks yang bersifat protein yang meningkatkan kecepatan reaksi beberapa kali lipat.

Makhluk hidup pertama pasti memiliki sistem yang mirip, mungkin ribozim. Dalam literatur, terdapat pertanyaan terbuka apakah evolusi prebiotik dapat terjadi tanpa katalisis.

Menurut bukti, dengan tidak adanya katalisator, evolusi biologis akan sangat tidak mungkin - karena reaksi membutuhkan interval waktu yang monumental. Oleh karena itu, keberadaan mereka didalilkan selama tahap awal kehidupan.

Energi

Energi untuk sintesis prebiotik harus muncul dari suatu tempat. Diusulkan bahwa molekul anorganik tertentu, seperti polifosfat dan tioester, dapat memainkan peran penting dalam produksi energi untuk reaksi - pada saat sebelum adanya "mata uang" energi yang terkenal dari sel: ATP.

Secara energik, replikasi molekul yang membawa informasi genetik adalah peristiwa yang sangat merugikan. Untuk bakteri rata-rata, seperti E. coli, peristiwa replikasi tunggal membutuhkan 1,7 * 10 ¹⁰ molekul ATP.

Berkat keberadaan sosok yang luar biasa tinggi ini, keberadaan sumber energi merupakan kondisi yang tidak perlu dipertanyakan lagi untuk menciptakan skenario yang memungkinkan di mana kehidupan bermula.

Demikian pula, keberadaan reaksi tipe “redoks” dapat berkontribusi pada sintesis abiotik. Seiring waktu, sistem ini dapat menjadi elemen penting dari pengangkutan elektron di dalam sel, terkait dengan produksi energi.

Manakah dari komponen seluler yang berasal lebih dulu?

Ada tiga komponen dasar dalam sel: membran, yang membatasi ruang sel dan mengubahnya menjadi unit terpisah; replikator, yang menyimpan informasi; dan reaksi metabolisme, yang terjadi dalam sistem ini. Integrasi fungsional ketiga komponen ini menghasilkan sebuah sel.

Oleh karena itu, dalam terang evolusi, menarik untuk menanyakan pertanyaan mana di antara ketiganya yang muncul lebih dulu.

Sintesis membran tampaknya sederhana, karena lipid secara spontan membentuk struktur vesikuler dengan kemampuan untuk tumbuh dan membelah. Vesikel memungkinkan penyimpanan replikator dan menjaga konsentrasi metabolit.

Sekarang, perdebatan berfokus pada kepemimpinan replikasi versus metabolisme. Mereka yang memberi bobot lebih pada replikasi, berpendapat bahwa ribozim (RNA dengan kekuatan katalitik) mampu mereplikasi diri mereka sendiri, dan berkat munculnya mutasi, sistem metabolisme baru dapat muncul.

Pandangan sebaliknya menyoroti pentingnya pembentukan molekul sederhana - seperti asam organik yang ada dalam siklus asam trikarboksilat - untuk pembakaran di bawah sumber panas sedang. Dari perspektif ini, langkah pertama evolusi prebiotik melibatkan metabolit ini.

Referensi

1. Anderson, PW (1983). Model yang disarankan untuk evolusi prebiotik: Penggunaan kekacauan. Prosiding National Academy of Sciences, 80 (11), 3386-3390.
2. Hogeweg, P., & Takeuchi, N. (2003). Seleksi bertingkat dalam model evolusi prebiotik: kompartemen dan pengaturan diri spasial. Origins of Life and Evolution of the Biosphere, 33 (4-5), 375-403.
3. Lazcano, A., & Miller, SL (1996). Asal usul dan evolusi awal kehidupan: kimia prebiotik, dunia pra-RNA, dan waktu. Sel, 85 (6), 793-798.
4. McKenney, K., & Alfonzo, J. (2016). Dari prebiotik ke probiotik: Evolusi dan fungsi modifikasi tRNA. Hidup, 6 (1), 13.
5. Silvestre, DA, & Fontanari, JF (2008). Model paket dan krisis informasi evolusi prebiotik. Jurnal biologi teoretis, 252 (2), 326-337.
6. Wong, JTF (2009). Evolusi prebiotik dan astrobiologi. CRC Press.