PROTOBIONTS: ASAL DAN SIFAT - BIOLOGI - 2025

The protobionts yang kompleks biologis sesuai dengan beberapa hipotesis mengenai asal usul kehidupan, mendahului sel. Menurut Oparín, ini adalah agregat molekul yang dikelilingi oleh membran lipid semipermeabel atau struktur yang mirip dengannya.

Agregat molekuler biotik ini mampu menghadirkan reproduksi sederhana dan metabolisme yang berhasil mempertahankan komposisi kimiawi interior membran berbeda dengan lingkungan eksternalnya.

Sumber: pixabay.com

Beberapa percobaan yang dilakukan di laboratorium oleh peneliti berbeda telah mengungkapkan bahwa protobion dapat terbentuk secara spontan menggunakan senyawa organik yang dibuat dari molekul abiotik sebagai bahan penyusun.

Contoh eksperimen ini adalah pembentukan liposom, yang merupakan kumpulan tetesan kecil yang dikelilingi oleh membran. Ini bisa terbentuk ketika lipid ditambahkan ke air. Itu juga terjadi ketika jenis molekul organik lainnya ditambahkan.

Mungkin terjadi bahwa tetesan mirip liposom terbentuk di kolam pada masa prebiotik dan ini secara acak memasukkan beberapa polimer asam amino.

Dalam hal polimer membuat molekul organik tertentu dapat ditembus ke membran, akan mungkin untuk secara selektif menggabungkan molekul tersebut.

Sifat dan karakteristik

Protobion yang diduga dapat dibentuk dari molekul hidrofobik yang disusun dalam bentuk bilayer (dua lapisan) pada permukaan tetesan, mengingatkan pada membran lipid yang ada dalam sel modern.

Oleh Mariana Ruiz Villarreal, LadyofHats, dari Wikimedia Commons

Membran semi permeabel

Karena strukturnya permeabel secara selektif, liposom dapat membengkak atau mengempis tergantung pada konsentrasi zat terlarut dalam medium.

Artinya, jika liposom terkena lingkungan hipotonik (konsentrasi di dalam sel lebih tinggi), air memasuki struktur, sehingga liposom membengkak. Sebaliknya, jika medianya hipertonik (konsentrasi sel lebih rendah), air bergerak menuju media luar.

Properti ini tidak unik untuk liposom, ini juga dapat diterapkan pada sel organisme yang sebenarnya. Misalnya, jika sel darah merah terpapar pada lingkungan hipotonik, sel tersebut dapat meledak.

Sifat dpt dirangsang

Liposom dapat menyimpan energi dalam bentuk potensial membran, yaitu tegangan yang melintasi permukaan. Struktur tersebut dapat melepaskan tegangan dengan cara yang mengingatkan pada proses yang terjadi pada sel saraf sistem saraf.

Liposom memiliki beberapa ciri organisme hidup. Namun, tidak sama dengan mengklaim bahwa liposom itu hidup.

Asal

Ada beragam hipotesis yang berusaha menjelaskan asal mula dan evolusi kehidupan dalam lingkungan prebiotik. Postulat paling menonjol yang membahas asal usul protobionts akan dijelaskan di bawah ini:

Hipotesis Oparin dan Haldane

Hipotesis evolusi biokimia dikemukakan oleh Alexander Oparin pada tahun 1924 dan oleh John DS Haldane pada tahun 1928.

Postulat ini mengasumsikan bahwa atmosfer prebiotik kekurangan oksigen, tetapi mengalami reduksi kuat, dengan sejumlah besar hidrogen yang menyebabkan pembentukan senyawa organik berkat adanya sumber energi.

Menurut hipotesis ini, saat bumi mendingin, uap dari letusan gunung berapi mengembun, mengendap sebagai hujan deras dan konstan. Saat air turun, ia membawa garam mineral dan senyawa lainnya, memunculkan sup primal atau kaldu bergizi yang terkenal.

Dalam lingkungan hipotetis ini, kompleks molekul besar yang disebut senyawa prebiotik dapat terbentuk, sehingga meningkatkan sistem seluler yang semakin kompleks. Oparin menyebut struktur ini protobionts.

Ketika protobion meningkat dalam kompleksitas, mereka memperoleh kemampuan baru untuk mengirimkan informasi genetik, dan Oparin memberi nama eubiont pada bentuk yang lebih maju ini.

Percobaan Miller dan Urey

Pada tahun 1953, setelah postulat Oparin, peneliti Stanley L. Miller dan Harold C. Urey melakukan serangkaian percobaan untuk memverifikasi pembentukan senyawa organik yang dimulai dari bahan anorganik sederhana.

Miller dan Urey berhasil membuat desain eksperimental yang mensimulasikan lingkungan prebiotik dengan kondisi yang diusulkan oleh Oparin dalam skala kecil, berhasil mendapatkan serangkaian senyawa seperti asam amino, asam lemak, asam format, urea, dan lain-lain.

Materi genetik protobionts

Dunia RNA

Menurut hipotesis ahli biologi molekuler saat ini, protobion membawa molekul RNA, bukan molekul DNA, yang memungkinkan mereka mereplikasi dan menyimpan informasi.

Selain memiliki peran mendasar dalam sintesis protein, RNA juga dapat berperilaku sebagai enzim dan melakukan reaksi katalisis. Karena karakteristik ini, RNA merupakan kandidat terindikasi untuk menjadi materi genetik pertama dalam protobion.

Molekul RNA yang mampu mengkatalisis disebut ribozim dan dapat membuat salinan dengan rangkaian pelengkap dari bentangan pendek RNA dan memediasi proses penyambungan, menghilangkan bentangan urutan tersebut.

Protobion yang memiliki molekul RNA katalitik di dalamnya bervariasi dari homolognya yang tidak memiliki molekul ini.

Jika protobion dapat tumbuh, membelah, dan mengirimkan RNA kepada keturunannya, proses seleksi alam Darwin dapat diterapkan pada sistem ini, dan protobion dengan molekul RNA akan meningkatkan frekuensinya dalam populasi.

Walaupun penampakan protobiont ini mungkin sangat tidak mungkin, perlu diingat bahwa jutaan protobiont mungkin pernah ada di perairan bumi purba.

Penampilan DNA

DNA adalah molekul untai ganda yang jauh lebih stabil dibandingkan dengan molekul RNA, yang rapuh dan mereplikasi secara tidak tepat. Sifat akurasi dalam hal replikasi ini menjadi lebih penting karena genom protobion bertambah ukurannya.

Di Universitas Princeton, peneliti Freeman Dyson mengusulkan bahwa molekul DNA bisa saja berstruktur pendek, dibantu replikasinya oleh polimer asam amino acak dengan sifat katalitik.

Replikasi awal ini dapat terjadi di dalam protobion yang telah menyimpan monomer organik dalam jumlah besar.

Setelah kemunculan molekul DNA, RNA dapat mulai memainkan perannya saat ini sebagai perantara penerjemahan, sehingga menciptakan "dunia DNA".

Referensi

1. Altstein, AD (2015). Hipotesis progen: dunia nukleoprotein dan bagaimana kehidupan dimulai. Biology Direct, 10, 67.
2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biologi: Kehidupan di Bumi. Pendidikan Pearson.
3. Campbell, AN, & Reece, JB (2005). Biologi. Editorial Médica Panamericana.
4. Gama, M. (2007). Biologi 1: Pendekatan Konstruktivis. Pendidikan Pearson.
5. Schrum, JP, Zhu, TF, & Szostak, JW (2010). Asal usul kehidupan seluler. Perspektif Cold Spring Harbor dalam biologi, a002212.
6. Stano, P., & Mavelli, F. (2015). Model Protocells di Origin of Life dan Synthetic Biology. Life, 5 (4), 1700–1702.