Primeras estructuras con membrana y capacidad de reproducirse
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Un protobionte hace referencia a las primeras estructuras y formaciones de moléculas orgánicas que pudieron haber evolucionado en los primeros seres vivos. Dentro de los niveles de complejidad biológica, los protobiontes se consideran precursores de la vida celular.
El protobionte es un agregado acelular de polímeros orgánicos ensamblados espontáneamente de forma abiótica, rodeado por una estructura membranosa. Un ejemplo de protobionte está en los experimentos de Aleksandr Oparin y Sidney W. Fox, que han demostrado que pueden formarse espontáneamente en condiciones similares a las que se cree que existían en la época de la formación de la Tierra. En estos experimentos se formaron liposomas y microesferas con estructuras membranosas similares a las bicapas fosfolipídicas de la célula.
El origen de los protobiontes es algo incierto y se ha propuesto dos modelos para la formación de los protobiontes:
El primer modelo propone que los ribosomas como complejos autorreplicantes aparecieron durante el mundo de ARN y por tanto estos complejos al rodearse con liposomas formarían los protobiontes. Estas hipotéticas estructuras abióticas también han sido llamadas ribocitos. El ADN y la complejidad celular aparecería al momento en que los protobiontes darían origen al último antepasado común universal. Sin embargo no explica como se originó el ADN dentro los protobiontes.
El segundo modelo propone que la mayoría de los elementos genómicos o secuencias celulares pudieron haber aparecido en el mundo de ARN como los ribosomas, ribozimas, intrones, transposones, plásmidos, enzimas a la par de los virus, viroides y virus satélite. Según este modelo los ribozimas fueron los primeros replicadores de la etapa inicial del mundo de ARN y al haberse unido con proteínas formarían los virus de ARN, satélites de ARN junto con los ribosomas, posteriormente los virus de ARN y satélites de ARN originarian los retroelementos como los intrones del grupo II y otros, a su vez estos elementos harían la transición del ARN al ADN dando origen a los virus de ADN, satélites de ADN, transposones y plásmidos. Estos acelulares o elementos genéticos al haberse unido con liposomas formados espontáneamente originarían los protobiontes. Sin embargo para los autores lo más probable es que los virus y satélites de la etapa probiótica no hayan sido viriones (virus con cápsides y envoltura vírica) sino que más bien serían cadenas de ARN o ADN autorreplicantes "víricas". La aparición de los viriones coincidiría con la de los protobiontes. Esto demuestra que los protobiontes y el último antepasado común universal ya habrían sido infectados por virus y otras entidades acelulares. Los protobiontes fueron estructuras formadas por una sola membrana lípidica, de tamaño nanómetrico, probablemente hayan tenido características vitales como reproducción asexual y capacidades metabólicas, pero limitadas ya que podrían tener nula capacidad para sintetizar nucleótidos y aminoácidos. Por último los protobiontes originarían al último antepasado común universal al haber desarrollado las características más complejas de las células como citoplasma, citoesqueleto, membrana plasmática y pared celular.
A partir de ello, se ha discutido si el origen de la vida y el origen del proceso de evolución surgieron al mismo tiempo. Se ha postulado que, de forma equivalente a como actúa el proceso de evolución en los seres vivos, también actuarían los mecanismos evolutivos en compuestos químicos antes de que hubiese vida.
En este sentido, científicos como Martin A. Nowak y Hisashi Ohtsuki han postulado cómo y cuándo la cinética química pasa a convertirse en una dinámica evolutiva, formulando una teoría matemática general para el origen de la evolución. En ella se describe la previda como un alfabeto de activos monómeros que forman al azar polímeros, siendo un sistema generativo que puede producir la información, en la que originalmente se presenta una preevolutiva dinámica de selección y mutación, pero no replicación, a diferencia de la vida. A partir de análisis matemático se concluye que las mejores y más competentes candidatas moleculares para la vida ya habían sido seleccionadas antes incluso de que empezaran a reproducirse. Igualmente, aunque la previda es un andamiaje en que se basa la vida, existe una fase de transición en la que, si la tasa efectiva de replicación supera un valor crítico, entonces la vida compite con la previda y, finalmente, la vida destruye a la previda.
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