Abiogenese
Abiogenese er fagfeltet som dekker forskningen og teoriene om hvordan livet på jorden kan ha oppstått fra livløs materie. Forskningen har flere underfelter:
- Hvordan organiske molekyler dannes i abiotiske miljøer
- Selvorganisering av komplekse kjemiske systemer
- Hvordan DNA eller RNA omsettes til proteiner i de enkleste organismene (bakterier)
- Forskning på miljøer og energigradienter som kan ha gitt liv til tidlige organismer
Abiogenese faller innenfor området mellom organisk kjemi og biologi og omhandler de kjemiske prosessene som førte til livets oppstart. Det er viktig å merke seg at abiogenese ikke skal forveksles med evolusjon, som er læren om hvordan grupper av levende organismer forandres over tid, eller med kosmologi, som prøver å forklare hvordan universet ble til.
Historisk utvikling
[rediger | rediger kilde]Forskningen på abiogenese har utviklet seg betydelig siden de tidlige eksperimentene, slik som Miller-Urey-eksperimentet, som demonstrerte at enkelte organiske forbindelser kan dannes under abiotiske forhold. I de senere tiårene har avanserte metoder innen biokjemi og geokjemi bidratt til en dypere forståelse av de komplekse prosessene som kan ha ført til livets opprinnelse. Tidlige teorier fokuserte primært på dannelsen av enkle organiske molekyler, mens nyere modeller legger vekt på selvorganisering av komplekse kjemiske systemer og utviklingen av de første metabolske nettverkene. Denne historiske utviklingen har resultert i flere konkurrerende hypoteser, blant annet RNA-verden-hypotesen og isopren-hypotesen.
RNA-hypotesen
[rediger | rediger kilde]Utdypende artikkel: RNA-verden
RNA-hypotesen foreslår at ribonukleinsyre (RNA) var den første biomolekylære komponenten som kunne både lagre genetisk informasjon og katalysere kjemiske reaksjoner. Denne hypotesen bygger på funn som viser at RNA kan fungere som både genetisk materiale og katalysator (ribozymer), noe som gjør det til en mulig kandidat for de første selv-replikerende systemene.[1]
RNA-molekylets evne til å danne komplekse tredimensjonale strukturer gjør det i stand til å utføre katalytiske funksjoner. Denne dualiteten – som både bærer genetisk informasjon og katalyserer reaksjoner – har gjort RNA til en nøkkelkomponent i teorier om livets tidlige utvikling. Flere eksperimenter har demonstrert at enkelte RNA-fragmenter kan danne aktive strukturer uten hjelp av proteiner, noe som støtter hypotesen om at et primært RNA-basert system kan ha eksistert på den tidlige jorden.[2]
Eksperimenter som Miller-Urey-eksperimentet har vist at enkelte komponenter som inngår i RNA kan dannes under abiotiske forhold. Til tross for disse funnene, er det fortsatt utfordringer knyttet til å få til en fullstendig, selv-replikerende RNA-maskin. Spesielt er det spørsmål knyttet til den kjemiske stabiliteten, synteseveiene og replikasjonseffektiviteten for RNA i et prebiotisk miljø. Dette har ført til teorier om at RNA kan ha utviklet seg i samspill med andre biomolekyler, som til sammen bidro til en mer robust oppstart av liv.
Isopren-hypotesen
[rediger | rediger kilde]
En alternativ tilnærming til abiogenese er isopren-hypotesen, som foreslår at isopren-deriverte molekyler kan ha spilt en avgjørende rolle i utviklingen av tidlige selv-organiserende systemer. Isoprenoider, som finnes i arkebakterier i dag, kan ha dannet primitive membranstrukturer lenge før moderne lipider oppstod.[3][4]
Isopren fungerer som en byggestein for biologiske molekyler som steroider, kinoner, karotenoider og terpener, som spiller avgjørende roller i energioverføring, membranstabilitet og kjemisk signalering. Isopren-baserte forbindelser har stor kjemisk fleksibilitet, noe som muliggjør dannelsen av varierte molekylære strukturer, inkludert stabile, selvorganiserende membraner. I konteksten av isopren-hypotesen antyder dette at slike strukturer kunne ha gitt tidlige selvorganiserende systemer en metabolsk fordel, lenge før etableringen av komplekse lipider og RNA-baserte informasjonsbærere. Primitive membraner dannet av isoprenoider kan ha skapt avgrensede mikromiljøer, noe som var essensielt for å konsentrere de kjemiske reaksjonene som til slutt førte til mer komplekse biokjemiske systemer.[5][6]
Nyere eksperimentelle studier har demonstrert at isoprenoider kan dannes under prebiotiske forhold, noe som gir ytterligere støtte til hypotesen om at slike molekyler kan ha vært blant de første organiske forbindelsene involvert i dannelsen av protomembraner. Slike eksperimenter antyder at en prebiotisk verden kunne ha vært preget av en variert kjemi, der både RNA og isoprenbaserte strukturer kunne ha spilt sammen i utviklingen av tidlige biokjemiske systemer.[7]
I tillegg til å danne membranstrukturer, kan isopren-deriverte molekyler ha spilt en rolle i tidlige energioverføringsprosesser. Molekyler som kinoner er sentrale for elektrontransport i moderne celler, og deres forløpere kan ha vært en del av de første energimetabolske nettverkene.[8] Videre antyder funn av prebiotiske isopren-komponenter at slike molekyler kunne bidra til å stabilisere tidlige metabolske reaksjoner og legge grunnlaget for utviklingen av genetiske systemer.
Tradisjonelt har RNA-verden-hypotesen foreslått at livets tidligste systemer var basert på selvreplikerende RNA-molekyler. Isopren-hypotesen utfordrer dette synet ved å foreslå at membranbaserte mikroreaktormiljøer kan ha eksistert samtidig som, eller før, RNA. I stedet for en rent RNA-drevet utvikling, antyder denne modellen at kjemiske rom dannet av isoprenbaserte protomembraner kunne ha skapt beskyttede miljøer, hvor RNA og andre biomolekyler lettere kunne utvikle seg og overleve ytre påvirkninger som UV-stråling og hydrotermisk aktivitet.[9]
Isopren-hypotesen foreslår dermed at livets opprinnelse kan ha vært et resultat av en sammensatt prosess der både membranstrukturer og genetiske mekanismer utviklet seg parallelt, i stedet for en sekvensiell evolusjon der RNA nødvendigvis kom først.
Se også
[rediger | rediger kilde]Eksterne lenker
[rediger | rediger kilde]Referanser
[rediger | rediger kilde]- ^ Joyce, G. F. (2002). The antiquity of RNA-based evolution. *Nature*, 418(6894), 214-221.
- ^ Powner, M. W., Gerland, B., & Sutherland, J. D. (2009). Synthesis of activated pyrimidine ribonucleotides in prebiotically plausible conditions. *Nature*, 459(7244), 239-242.
- ^ Peretó, J., López-García, P., & Moreira, D. (2004). Ancestral lipid biosynthesis and early membrane evolution. *Trends in Biochemical Sciences*, 29(9), 469-477.
- ^ Lombard, J., López-García, P., & Moreira, D. (2012). The early evolution of lipid membranes and the three domains of life. *Nature Reviews Microbiology*, 10(8), 507-515.
- ^ Monnard, P.-A., & Deamer, D. W. (2002). Membrane self-assembly processes: steps toward the first cellular life. *The International Journal of Astrobiology*, 1(1), 3-16.
- ^ Albers, S. V., & Meyer, B. H. (2011). The archaeal cell envelope. *Nature Reviews Microbiology*, 9(6), 414-426.
- ^ Pohorille, A., & Deamer, D. W. (2002). Artificial membranes and the origin of cellular life. *Trends in Biotechnology*, 20(3), 123-128.
- ^ Gupta, R. S. (1998). Isoprenoid quinones in bacteria: their biosynthesis and roles. *FEMS Microbiology Reviews*, 22(3), 195-213.
- ^ Koga, Y. (2012). Early evolution of membrane lipids: how did the lipid divide occur? *Journal of Molecular Evolution*, 72(3), 218-228.