Άρθρα

Η εξέλιξη του μεταβολισμού


Έχουμε αναλύσει μέχρι τώρα την εμφάνιση των πρώτων ζωντανών μορφών και ίσως έχετε παρατηρήσει ότι έχουμε ήδη αναφέρει γι 'αυτές τις μορφές κάποια σημαντικά χαρακτηριστικά για την εννοιοποίηση ενός ζωντανού οργανισμού. Αυτοί οι πρώτοι οργανισμοί έχουν οργανικές ενώσεις στη σύσταση του σώματός τους, είναι κυτταρικές (μονοκύτταρες, σε αυτή την περίπτωση) και έχουν αναπαραγωγική ικανότητα.

Δεν έχουμε συζητήσει ακόμη ένα άλλο χαρακτηριστικό των ζωντανών πραγμάτων: του μεταβολισμού. Ας δούμε λοιπόν ποια είναι η πιθανή εξέλιξη των μεταβολικών οδών που πρέπει να υπήρχαν στα ζωντανά πράγματα.

Κάθε ζωντανός άνθρωπος χρειάζεται τροφή, η οποία υποβαθμίζεται στις μεταβολικές διαδικασίες για την απελευθέρωση ενέργειας και την εκπλήρωση των λειτουργιών. Αυτές οι υποβαθμισμένες τροφές μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως πρώτες ύλες στη σύνθεση άλλων οργανικών ουσιών, επιτρέποντας την αντικατάσταση της ανάπτυξης και της απώλειας.

Ας εξετάσουμε τότε πώς αυτά τα πρώιμα όντα ήταν σε θέση να αποκτήσουν και να υποβαθμίσουν τα τρόφιμα για την επιβίωσή τους. Δύο υποθέσεις έχουν συζητηθεί από επιστήμονες: το ετεροτροφική υπόθεση και το αυτοτροφικό.

Heterotrophic υπόθεση

Σύμφωνα με αυτή την υπόθεση, οι πρώτοι οργανισμοί ήταν πολύ απλά δομικά και μπορεί να υποτεθεί ότι οι χημικές αντιδράσεις στα κύτταρα τους ήταν επίσης απλές. Ζούσαν σε ένα υδάτινο περιβάλλον, πλούσιο σε θρεπτικές ουσίες, αλλά πιθανότατα δεν υπήρχε οξυγόνο στην ατμόσφαιρα ή διαλύθηκε στο θαλασσινό νερό. Κάτω από αυτές τις συνθήκες, είναι δυνατόν να υποθέσουμε ότι, έχοντας άφθονο φαγητό γύρω τους, αυτά τα πρώτα όντα θα χρησιμοποιούσαν αυτό το ήδη επιρρεπές φαγητό ως πηγή ενέργειας και πρώτης ύλης. Ως εκ τούτου θα ήταν ετερότροφα (ευθεία = διαφορετικά, τρόπαια = τρόφιμα): οργανισμοί που δεν είναι σε θέση να συνθέσουν τις δικές τους τροφές από ανόργανες ενώσεις, να τις ετοιμάσουν από το περιβάλλον.

Τα όντα που είναι σε θέση να συνθέσουν τα δικά τους τρόφιμα από απλές ανόργανες ουσίες ονομάζονται αυτοτροφοί (εαυτό = δική, τρόπαια = τροφή), όπως συμβαίνει με τα φυτά.

Μόλις φτάσετε στο κελί, αυτό το φαγητό πρέπει να υποβαθμιστεί. Στις σημερινές συνθήκες της Γης, η απλούστερη μεταβολική οδός για την αποικοδόμηση του χωρίς οξυγόνο τροφή είναι η ζύμωση, μια αναερόβια διαδικασία (ένα = χωρίς, αεροπλάνο= αέρα, βιο = ζωή). Ένας από τους συνηθέστερους τύπους ζύμωσης είναι η αλκοολική ζύμωση. Το σάκχαρο γλυκόζης αποικοδομείται σε αιθυλική αλκοόλη (αιθανόλη) και διοξείδιο του άνθρακα, απελευθερώνοντας ενέργεια για τα διάφορα στάδια του κυτταρικού μεταβολισμού.

Αυτοί οι οργανισμοί άρχισαν να αυξάνονται σε αριθμό ανά αναπαραγωγή. Ταυτόχρονα, οι καιρικές συνθήκες της Γης αλλάζουν και στο σημείο όπου δεν προέκυψε πρεβιοτική σύνθεση οργανικής ύλης. Έτσι, το φαγητό που διαλύθηκε στη μέση θα είχε αρχίσει να λιγοστεύει.

Με μειωμένη τροφή και μεγάλο αριθμό ατόμων στις θάλασσες, πρέπει να υπήρχε πολύς ανταγωνισμός και πολλοί οργανισμοί θα είχαν πεθάνει από την έλλειψη τροφής. Ταυτόχρονα, η CO θα έχει συσσωρευτεί2 στο περιβάλλον. Πιστεύεται ότι σε αυτό το νέο σενάριο θα υπήρχε η εμφάνιση ορισμένων όντων ικανών να συλλαμβάνουν το φως του ήλιου με τη βοήθεια χρωστικών όπως η χλωροφύλλη. Η φωτεινή ενέργεια θα είχε χρησιμοποιηθεί για τη σύνθεση των δικών τους βιολογικών τροφίμων από νερό και διοξείδιο του άνθρακα. Έτσι θα προέκυπταν τα πρώτα autotrophs: τα φωτοσυνθετικά όντα (εικόνα = ελαφρύ. σύνθεση υπό την παρουσία φωτός), η οποία δεν ανταγωνίστηκε με τα ετερότροπα και πολλαπλασιάστηκε σε μεγάλο βαθμό.

Αυτά τα πρώιμα φωτοσυνθετικά όντα ήταν καθοριστικής σημασίας για την τροποποίηση της σύνθεσης της ατμόσφαιρας: εισήγαγαν οξυγόνο στον αέρα και η ατμόσφαιρα θα είχε περάσει από τη μείωση στην οξείδωση. Μέχρι σήμερα, είναι κυρίως φωτοσυνθετικά όντα που σκοτώνουν τα επίπεδα οξυγόνου στην ατμόσφαιρα, τα οποία είναι κρίσιμα για τη ζωή στον πλανήτη μας. Υπό συνθήκες χαμηλής διαθεσιμότητας οργανικών μορίων στο μέσο, ​​αυτοί οι αερόβιοι οργανισμοί θα είχαν μεγάλο πλεονέκτημα έναντι των ζυμωτών.

Με τη διαθεσιμότητα οξυγόνου, ήταν δυνατό να επιβιώσουν όντα που ανέπτυξαν πολύπλοκες μεταβολικές αντιδράσεις, ικανές να χρησιμοποιούν αυτό το αέριο στην υποβάθμιση των τροφίμων. Τότε ήρθαν τα πρώτα αερόβια όντα, που εκτελούν την αναπνοή. Μέσω της αναπνοής, τα τρόφιμα, ειδικά η ζάχαρη γλυκόζης, αποικοδομούνται σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό, απελευθερώνοντας πολύ περισσότερη ενέργεια για να εκτελούν ζωτικές λειτουργίες παρά στη ζύμωση.

Η ζύμωση, η φωτοσύνθεση και η αναπνοή έχουν παραμείνει με την πάροδο του χρόνου και συμβαίνουν σε οργανισμούς που ζουν επί του παρόντος στη Γη. Όλοι οι οργανισμοί αναπνέουν και / ή ζυμώνουν, αλλά μόνο λίγοι αναπνέουν και φωτοσύνθετα.

ΥΠΕΡΩΡΟΦΟΡΙΚΗ ΥΠΟΘΕΣΗ
Ζύμωση -> Φωτοσύνθεση -> Αναπνοή