پروتوسل (Protocell) چیست؟
سلولهای اولیه از تجمع اجزای غیر زنده تشکیل شده اند و پیش ساز سلولهای زنده مدرن هستند. سلولهای پروتوسل علی رغم غیر زنده بودن ، خصوصیات مشابه سلولهای بیولوژیکی را نشان می دهند.
Fatty acids forming a protocell
شناخت منشا زندگی روی زمین
منشأ حیات روی زمین یک حوزه نسبتاً ضعیف در علم است. مولکولهای آلی پیچیده از “سوپ بنیادی” بوجود آمدند که در نهایت تنوع موجودات ، بافتها ، ساختارهای سلولی و فرآیندهای بیولوژیکی موجود امروزه را ممکن می سازد.
یک ساختار ، سلول ، در تمام سیستم های بیولوژیکی ثابت است. با این حال ، روند چگونگی تکامل سلول از مخلوط پیچیده مولکولهای آلی و سازماندهی خود به یک ساختار متمایز به طور گسترده ای شناخته نشده است.
سلول
سلول های بیولوژیکی به طور کلی سه ویژگی دارند:
- غشایی پایدار و نیمه تراوا که اجزای سلول را دربر می گیرد.
- ماده ژنتیکی که می تواند در تشکیل سلول منتقل شود و رفتار و عملکرد سلول را کنترل می کند.
- تولید انرژی از طریق مسیرهای متابولیکی که رشد ، خود نگهداری و تولید مثل را امکان پذیر می کند.
گرچه پیچیدگی و آرایش اندامک ها و محفظه های سلولی متفاوت است ، همه سلول ها از یک ویژگی برخوردارند: غشای سلول. غشاهای سلولی از دو لیپید ساخته شده اند که رو به روی هم هستند. چربی ها از دو قسمت تشکیل شده اند: یک سر آب دوست و یک دم آبگریز. هنگامی که در حضور یک محلول آبی قرار میگیرد ، لایه های دو لایه چربی به طور طبیعی کره ای را تشکیل می دهند که سر آن به سمت بیرون و دم به سمت داخل و دور از محلول است. تمام ساختارهای سلولی درون این دو لایه وجود دارد.
با این حال ، این سوال همچنان باقی است: چه چیزی منجر به تکامل سلول شد؟ یکی از نظریه هایی که برای توضیح این موضوع فرض شده است ، تئوری مربوط به سلول های اولیه است.
سلولهای اولیه یا پروتوسل چیست؟
سلولهای پروتئولی ساختارهایی هستند که از تجمع اجزای غیر زنده تشکیل می شوند. با وجود این ، آنها ویژگی های خاصی شبیه سلول های زنده را نشان می دهند. پروتوسل ها اساساً از نوع خود سازمان یافته هستند و مجموعه ای کروی از چربی ها هستند که به صورت درون زا تنظیم می شوند.
اولین ساختاری که در جهان پری بیوتیک بوجود آمد و می توان آن را پروتوسل نامید ، Coacervate بود. این یک ریز قطره بدون غشای کروی است که می تواند خود به خود از محلول های آلی ضعیف ناشی شود. Coacervates توسط نیروهای آبگریز دور هم نگه داشته می شوند و مشابه تشکیل قطرات روغن در آب هستند.
همانطور که گفته شد ، سلولهای پروتوسل ویژگیهای مشترکی را با سلولها نشان می دهند. با این حال ، آنها مجبور بودند با رفتارهای متفاوت و ساده تری به این توابع دست یابند. در مورد انتقال غشا ، سلول های مدرن از سیستم پروتئینی پیچیده استفاده می کنند. پروتوسل ها ممکن است از طریق فرایندهایی مانند اسمز ، به صورت منفعل به انتقال غشایی (که برای تبادل محتوا بسیار مهم است) رسیده باشند. به این ترتیب ، آنها می توانستند یون ها و مولکول های کوچک را با محیط اطراف خود مبادله کنند.
از آنجا که غشاهای آنها نیمه نفوذ پذیر بود ، می توان نوکلئوزیدها را در میان چیزهای دیگر مبادله کرد. تبادل اطلاعات ، یکی از پیش نیازهای زندگی ، بین یک سلول اولیه و دیگری نسبتاً آسان بوده است. جوانه زدن وزیکول می تواند مکانیسم دیگری باشد که می تواند منجر به تبادل مولکولی و ژنتیکی شود.
تصور می شود که پروتوسل ها تولید مثل RNA و در نتیجه تبادل اطلاعات ژنتیکی را در یک زمان قبل از ظهور DNA و پروتئین ها تسهیل کرده اند (فرضیه جهان RNA.) زیرا فرض بر این است که RNA در غلظت بسیار کمی قرار دارد که بتواند قادر به تبادل اطلاعات به تنهایی باشد ، آنها به محفظه هایی برای تکثیر احتیاج دارند. پروتوسل ها می توانستند این محیط را فراهم کنند و روند زندگی را شروع کنند.
نظریه های مربوط به پیدایش سلول های اولیه
چند نظریه مختلف در مورد ظهور ریز قطرات وجود دارد که منجر به تشکیل سلولهای اولیه در زمین ابندایی می شود. اگرچه در پیش فرض هایشان متفاوت هستند ، همه آنها دارای یک عامل مشترک هستند: اینکه سلولهای اولیه یک ساختار ساده بودند که خود به خود بوجود می آمدند و به عنوان وسیله ای برای تکامل زندگی روی زمین عمل می کردند.
یکی از این مطالعات در سال 1975 توسط W.D.Snyder و Sidney W.Fox نشان داد که ریز قطرات می توانند در یک اقیانوس قلیایی اولیه بوجود آمده باشند. مخلوطی از 18 اسید آمینه پروتئینی در حالت خشک با نمک های آب دریا ، گرم شده و یک کوپلی آمینو اسید تولید می شود. با حل شدن پروتئینوئید آب دریا در آب جوش و سپس خنک سازی مخلوط حاصل ، میکروسفرهای پروتئینوئید حاصل شد. بنابراین ، یک مدل ساده برای پیدایش یک سلول اولیه که در یک اقیانوس قلیایی ابتدایی پایدار بود ، تولید شد.
مطالعه دیگر حاکی از آن است که سلولهای بدوی می توانستند در داخل ریز محفظه های موجود در خاک معدنی تشکیل شوند. ذرات رس مونتموریلونیت که در خارج از حبابهای هوا جمع شده و حبابهای زره پوش ساخته شده اند ، ظرف ایده آل برای سازه هایی را تشکیل می دهند که منجر به تشکیل اولین سلولهای اولیه می شود.
یکی از خواص مونتموریلونیت این است که به عنوان یک کاتالیزور شیمیایی برای تشکیل غشاهای چربی و RNA عمل می کند. این امکان وجود دارد که هنگام ترکیدن حباب ها و انتشار سازه های متصل به غشا ، تولید مثل اولیه تسهیل شود.
سلولهای اولیه: هم گذشته و هم آینده زیست شناسی
پروتوسل ها براساس مشاهدات تجربی فعلی پدیده های خود به خود ، توضیحی برای چگونگی ظهور زندگی از جهان پری بیوتیک ارائه می دهند. در حالی که در دانش ما در مورد زندگی اولیه در کره خلأ وجود دارد ، ما می توانیم پاسخ های خود را به دست آوریم. همچنین مطالعات اخیر برای تولید سلولهای بنیادی پایدار در آزمایشگاه انجام شده است ، که می تواند برای اهدافی مانند رساندن دارویی هدفمند به اهدافی مانند تومورها مورد استفاده قرار گیرد.
مطالعات بیشتر در بخش راهنمای علمی سایت