プレバイオティクスの進化という用語は、原始的な条件下の環境における非生物から始まる生命の起源を説明しようとする一連の仮想シナリオを指します。
原始的な大気の状態は強く減少しており、タンパク質の構成要素であるアミノ酸やペプチドなどの有機分子の形成に有利であることが示唆されています。核酸を構成するプリンとピリミジン-DNAとRNA。
出典：pixabay.com
プリミティブ条件
地球に最初の生命体がどのように出現したかを想像することは、困難であり、ほとんど不可能ですら、適切な原始的な環境に身を置いていないのかどうかという疑問です。
したがって、有名な「原始スープ」に浮遊している非生物分子から生命を理解するための鍵は、その遠隔環境の雰囲気です。
大気の化学組成については完全な合意はありませんが、完全に確認する方法はないため、還元組成（CH 4 + N 2、NH 3 + H 2 OまたはCO 2 + H 2 + N 2）からより中性の環境（CO 2 + N 2 + H 2 Oのみ）。
大気は酸素を欠いていると一般に認められています（この元素は生命の到来とともにその濃度を大幅に増加させました）。アミノ酸、プリン、ピリミジン、糖を効率的に合成するには、還元環境の存在が必要です。
当時の実際の大気がこれらのプレバイオティクスの化学条件を持っていなかった場合、有機化合物はダスト粒子または隕石などの他の宇宙体から来ていたに違いありません。
プレバイオティクスの進化はどこで起こりましたか？
最初の生体分子とレプリケーターの開発を可能にした地球上の物理的空間に関するいくつかの仮説があります。
海洋の熱水噴出孔における生体分子の初期形成において重要な支持を得た理論。しかしながら、他の著者はそれがありそうにないと考えて、これらの地域をプレバイオティック合成の重要なエージェントとして信用しません。
この理論は、350°Cから2°Cまでの温度勾配内で水の通過を通じて化学合成が行われたことを示唆しています。
この仮説の問題は、有機化合物が合成される代わりに高温（350°C）で分解するために発生します。したがって、仮説は支持を失っています。
プレバイオティクスの進化には何が必要ですか？
プレバイオティクスの進化に関する研究を行うには、生命の出現を理解するための一連の質問に答える必要があります。
私たちは、生命の起源を支持する触媒プロセスの種類と、最初の反応を支持するエネルギーがどこから得られたかを自問する必要があります。これらの質問に答えるには、さらに進んで、最初に現れる分子が膜、複製物、または代謝物であるかどうかを尋ねます。
次に、これらの質問のそれぞれに答えて、プレバイオティック環境での生命の考えられる起源を理解します。
触媒
今日私たちが知っているように、生命は発達するために一連の「中程度の条件」を必要とします。ほとんどの有機物は、温度、湿度、pHが生理学的に許容される場所に存在することを知っています。ただし、極限環境微生物は例外です。
生命システムの最も重要な特性の1つは、触媒の遍在性です。生物の化学反応は酵素によって触媒されます：タンパク質の性質を持つ複雑な分子であり、反応速度を数桁増加させます。
最初の生物はおそらくリボザイムと同じようなシステムを持っていたに違いありません。文献では、触媒作用なしにプレバイオティクスの進化が起こり得たかどうかという未解決の問題があります。
証拠によれば、触媒が存在しない場合、生物学的進化は非常にありそうもありませんでした-反応が起こるのに莫大な時間間隔を要したからです。したがって、それらの存在は人生の初期段階で仮定されます。
エネルギー
プレバイオティクス合成のエネルギーは、どこかから現れなければなりませんでした。ポリリン酸塩やチオエステルなどの特定の無機分子は、細胞の有名なエネルギー「通貨」が存在する前に、反応のためのエネルギーの生成に重要な役割を果たした可能性があると提案されています：ATP。
精力的に、遺伝情報を運ぶ分子の複製は非常にコストのかかる出来事です。大腸菌などの平均的な細菌の場合、単一の複製イベントには1.7 * 10 10 ATP分子が必要です。
この非常に高い数値の存在のおかげで、エネルギー源の存在は、生命が発生したと考えられるシナリオを作成するための疑いのない条件です。
同様に、「レドックス」タイプの反応の存在は、非生物的合成に貢献した可能性があります。時間が経つにつれて、このシステムは、細胞内での電子輸送の重要な要素になり、エネルギーの生産に結びつく可能性があります。
最初に発生した細胞コンポーネントはどれですか？
セルには3つの基本的なコンポーネントがあります。膜は、セルのスペースを区切って個別のユニットに変えます。情報を保存するレプリケーター。そしてこのシステム内で起こる代謝反応。これら3つのコンポーネントの機能統合により、セルが生成されます。
したがって、進化の観点から、3つのうちどれが最初に発生したかという質問をするのは興味深いことです。
脂質は自発的に小胞構造を形成し、成長して分裂する能力があるため、膜の合成は単純なようです。小胞はレプリケーターの保存を可能にし、代謝産物を濃縮したままにします。
現在、議論は複製と代謝のリーダーシップに焦点を当てています。複製により重きを置く人々は、リボザイム（触媒力を持つRNA）が自分自身を複製することができ、突然変異の出現のおかげで新しい代謝系が生じる可能性があると主張している。
反対の見方は、中程度の熱源の下での燃焼に対する、トリカルボン酸サイクルに存在する有機酸などの単純な分子の生成の重要性を強調しています。この観点から、プレバイオティクス進化の最初のステップには、これらの代謝産物が含まれていました。
参考文献
- アンダーソン、PW（1983）。プレバイオティクス進化の推奨モデル：カオスの使用。全米科学アカデミーの議事録、80（11）、3386-3390。
- Hogeweg、P.&Takeuchi、N.（2003）。プレバイオティクス進化のモデルにおけるマルチレベル選択：コンパートメントと空間的自己組織化。生命の起源と生物圏の進化、33（4-5）、375-403。
- Lazcano、A。、およびMiller、SL（1996）。生命の起源と初期の進化：プレバイオティクス化学、プレRNAの世界、そして時間。Cell、85（6）、793-798。
- McKenney、K.&Alfonzo、J.（2016）。プレバイオティクスからプロバイオティクスへ：tRNA修飾の進化と機能。人生、6（1）、13。
- シルベストル、DA、およびフォンタナリ、JF（2008）。パッケージモデルとプレバイオティクス進化の情報危機。理論生物学のジャーナル、252（2）、326-337。
- ウォン、JTF（2009）。プレバイオティクスの進化と宇宙生物学。CRCプレス。