Istilah evolusi prebiotik mengacu pada serangkaian skenario hipotetis yang berusaha menjelaskan asal usul kehidupan mulai dari materi tak hidup di lingkungan dalam kondisi primitif.
Telah dikemukakan bahwa kondisi atmosfer primitif sangat tereduksi, yang mendukung pembentukan molekul organik, seperti asam amino dan peptida, yang merupakan blok struktural protein; dan purin dan pirimidin, yang membentuk asam nukleat – DNA dan RNA .
Sumber: pixabay.com
Indeks artikel
Kondisi primitif
Membayangkan bagaimana bentuk kehidupan pertama muncul di Bumi bisa menjadi pertanyaan yang menantang – dan bahkan hampir mustahil – 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 kimia atmosfer, karena tidak ada cara untuk memastikannya sepenuhnya, hipotesis 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 kedatangan kehidupan). Untuk sintesis asam amino, purin, pirimidin, dan gula yang efisien, keberadaan lingkungan pereduksi diperlukan.
Jika atmosfer sebenarnya pada saat itu tidak memiliki kondisi kimia prebiotik ini, senyawa organik pasti berasal dari partikel debu atau benda luar angkasa lainnya seperti meteorit.
Di mana evolusi prebiotik terjadi?
Ada beberapa hipotesis sehubungan dengan ruang fisik di Bumi yang memungkinkan pengembangan biomolekul dan replikator pertama.
Sebuah teori yang telah memperoleh pengikut yang signifikan dalam pembentukan awal biomolekul di lubang hidrotermal di laut. Namun, penulis lain merasa tidak mungkin dan mendiskreditkan daerah ini sebagai agen penting dalam sintesis prebiotik.
Teori ini mengusulkan bahwa sintesis kimia terjadi melalui perjalanan air dalam gradien jangka dari 350 ° C hingga 2 ° C.
Masalah dengan hipotesis ini muncul karena senyawa organik terurai pada suhu tinggi (350 ° C) bukannya disintesis, yang menunjukkan lingkungan yang kurang ekstrim. Jadi hipotesis telah kehilangan dukungan.
Apa yang dibutuhkan untuk evolusi prebiotik?
Untuk melakukan penelitian terkait dengan evolusi prebiotik, perlu untuk menjawab serangkaian pertanyaan yang memungkinkan kita untuk memahami munculnya kehidupan.
Kita harus bertanya pada diri sendiri jenis proses katalitik apa yang mendukung asal usul kehidupan dan dari mana energi yang mendukung reaksi pertama diambil. Dalam menjawab pertanyaan-pertanyaan ini, kita dapat melangkah lebih jauh dan menanyakan apakah molekul pertama yang muncul adalah membran, replikator, atau metabolit.
Kita 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 cararat” untuk berkembang. Kita tahu bahwa sebagian besar makhluk organik ada di mana suhu, kelembaban, dan pH dapat diterima secara fisiologis – dengan pengecualian organisme Ekstremofilik , yang, sesuai dengan namanya, hidup di lingkungan yang ekstrem.
Salah satu karakteristik yang paling relevan dari sistem kehidupan adalah keberadaan katalis di mana-mana. Reaksi kimia makhluk hidup dikatalisis oleh enzim: molekul kompleks yang bersifat protein yang meningkatkan kecepatan reaksi beberapa kali lipat.
Makhluk hidup pertama pasti memiliki sistem analog, mungkin ribozim. Dalam literatur , ada pertanyaan terbuka apakah evolusi prebiotik bisa terjadi tanpa katalisis.
Menurut bukti, tanpa adanya katalis, evolusi biologis akan sangat tidak mungkin – karena reaksi akan membutuhkan interval waktu yang monumental untuk terjadi. Untuk alasan ini, keberadaan mereka didalilkan selama tahap pertama 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 – di masa sebelum keberadaan “mata uang” energi sel yang terkenal: ATP .
Secara energik, replikasi molekul yang membawa informasi genetik adalah peristiwa yang sangat mahal. 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 adalah kondisi yang tidak diragukan lagi untuk menciptakan skenario yang memungkinkan di mana kehidupan berasal.
Demikian juga, adanya reaksi tipe “redoks” dapat berkontribusi pada sintesis abiotik. Seiring waktu, sistem ini dapat menjadi unsur penting dari pengangkutan elektron dalam sel, terkait dengan produksi energi.
Manakah dari komponen seluler yang pertama kali muncul?
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 dari ketiga komponen ini menghasilkan sel.
Oleh karena itu, dari sudut pandang evolusi, menarik untuk mengajukan pertanyaan mana dari ketiganya yang muncul lebih dulu.
Sintesis membran tampaknya sederhana, karena lipid secara spontan membentuk struktur vesikular dengan kemampuan untuk tumbuh dan membelah. Vesikel memungkinkan penyimpanan replikator dan membuat metabolit tetap terkonsentrasi.
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
- Anderson, PW (1983). Model yang disarankan untuk evolusi prebiotik: Penggunaan kekacauan. Prosiding National Academy of Sciences , 80 (11), 3386-3390.
- Hogeweg, P., & Takeuchi, N. (2003). Seleksi bertingkat dalam caral evolusi prebiotik: kompartemen dan pengaturan diri spasial. Asal Usul Kehidupan dan Evolusi Biosfer , 33 (4-5), 375-403.
- Lazcano, A., & Miller, SL (1996). Asal usul dan evolusi awal kehidupan: kimia prebiotik, dunia pra-RNA, dan waktu. Sel , 85 (6), 793-798.
- McKenney, K., & Alfonzo, J. (2016). Dari prebiotik ke probiotik: Evolusi dan fungsi modifikasi tRNA. Hidup , 6 (1), 13.
- Silvestre, DA, & Fontanari, JF (2008). Model paket dan krisis informasi evolusi prebiotik. Jurnal biologi teoretis , 252 (2), 326-337.
- Wong, JTF (2009). Evolusi prebiotik dan astrobiologi . CRC Pers.
