Тайна появления жизни на Земле. Часть шестая: великое объединение

Получи протяжении второй половины 20-го века исследователи происхождения жизни работали каждые в своем лагере. Каждая совокупность настаивала на собственной версии развития событий и старалась стереть конкурирующие гипотезы. Такой подход был понятное дело успешным, о чем свидетельствуют предыдущие главы, так каждая перспективная идея о происхождении жизни в конечном счете наталкивалась возьми серьезную проблему. Так что кое-кто исследователи сейчас пытаются найти больше единый подход.

Часть первая: (языко сделать клетку?

Часть вторая: грызня в рядах ученых

Часть третья: в поисках первого репликатора

П четвертая: энергия протонов

Часть пятая: что-то около как же всё-таки послужить источником клетку?

Несколько лет назад каста идея получила мощный толчок, вследствие результату, поддерживающему устоявшуюся теорию «мира РНК».

К 2009 году у сторонников таблица РНК была большая проблема. Они безлюдный (=малолюдный) могли сделать нуклеотиды, строительные блоки РНК, что если бы это происходило в условиях ранней Владенья. Это и привело людей к мысли, зачем первая жизнь вовсе не была построена для РНК, как мы выяснили в третьей части.

Грунт— единственное место, где есть содержание. Пока

Джон Сазерленд думал об этой проблеме с 1980-х. «Я думал, кое-что продемонстрировать, что РНК может самособираться, было бы чудо) как круто», говорит он.

К счастью чтобы Сазерленда, он получил работу в Лаборатории молекулярной биологии (LMB) в Кембридже. Относительная научно-исследовательских институтов заставляют своих сотрудников неизменно генерировать новые работы, но LMB да и только. Поэтому Сазерленд мог хорошенько вничь, почему сделать нуклеотид РНК просто так сложно, и провел годы, разрабатывая противоположный подход.

Его решение привело его к всецело новой идее о происхождении жизни: постоянно ключевые компоненты жизни могли выработаться одновременно.

«В химии РНК были определенные аспекты, которые далеко не работали», говорит Сазерленд. Каждый нуклеозидфосфат РНК состоит из сахара, основные положения и фосфата. Но заставить сахар и устой соединиться оказалось невозможно. Молекулы неприметно не той формы.

Поэтому Сазерленд начал стараться совершенно другие вещества. В конечном счете его ледовая дружина пришла к пяти простым молекулам, включительно другой сахар и цианамид, родственный цианиду. Сии химические вещества пропустили через цепочку реакций и в конечном итоге сделали неудовлетворительно из четырех нуклеотидов РНК, неважный (=маловажный) делая отдельные сахара или основные принципы.

Это был ослепительный успех, какой-либо сделал Сазерленду имя.

Многие наблюдатели интерпретировали сии результаты как еще одно ссылка в пользу мира РНК. Но самопроизвольно Сазерленд так не считал.

«Классическая» подозрение мира РНК утверждает, что в первых организмах РНК отвечала после все функции жизни. Но Сазерленд говорит, почто это безнадежно оптимистично. Он считает, подобно как РНК принимала важное участие, хотя на ней все клином невыгодный сходилось.

Вместо этого он вдохновился одной изо последних работ Шостака, которая (во вкусе мы выяснили в пятой части) совмещала РНК-окружени «сперва воспроизводства» с идеями «сперва компартментализации» Пьера Луиджи Луизи.

Сазерленд трогай еще дальше. Его подход представлял лицом «сперва всё». Он хотел, для того чтобы цельная клетка собралась сама сообразно себе с нуля. К этому его привела странная пентименто в его синтезе нуклеотидов, которая оп казалась случайной.

Жизни нужна жирная зелье веществ

Последним шагом в процессе Сазерленда было зафутболить фосфат в нуклеотид. Однако он выяснил, по какой причине лучше всего было включать фосфат в месиво с самого начала, поскольку он ускорял первые реакции. Казалось, почему включение фосфата до того, по образу он понадобится на самом деле, было несильно «грязноватым» действием, но Сазерленд выяснил, зачем этот хаос — это хорошо.

И (до он задумался о том, насколько беспорядочными должны бытовать смеси. Во времена ранней Владенья должны были существовать десятки иначе говоря сотни химических веществ, плавающих дружно. Рецепт шлама? Возможно. Но беспутица может быть важным условием.

Смеси, которые Стэнли Миллер приготовил в 1950-х годах, о которых пишущий эти строки говорили в первой части, были много грязнее сазерлендовых. Они включали биологические молекулы, же Сазерленд говорит, что они «были в небольших количествах и сопровождались огромным численностью других, не биологических соединений».

Сазерленд считал, отчего подход Миллера был недостаточно довольно. Он был слишком грязным, в рассуждении сего хорошие химические вещества просто терялись в смеси.

Того Сазерленд вознамерился найти «химию Златовласки»: далеко не слишком грязную, чтобы стать бесполезной, а и не слишком простую, чтобы бытовать ограниченной в возможностях. Получить достаточно сложную микстура — и все компоненты жизни смогут расцвести пышным цветом одновременно и найти друг друга.

Другими словами, четверка миллиарда лет назад на Земле был ставок. Он существовал годами, пока в нем без- собрались нужные химические вещества. Засим, возможно, за какие-нибудь пару минут появилась первая ооцит.

Горстки химвеществ недостаточно для жизни

Сие может показаться совершенно неправдоподобным, что заявления средневековых алхимиков. Но у Сазерленда всего прибавляется доказательств. В 2009 году спирт показал, что та же прическа, которая позволила собрать два его нуклеотида РНК, опять же может создавать многие другие молекулы жизни.

Очевидным следующим шажком было сделать больше нуклеотидов РНК. До ((сего этого сделать не удалось, только в 2010 году он собрал бок о бок связанные молекулы, которые потенциально могут преобразоваться в нуклеотиды. Точно так же, в 2013 году дьявол сделал прекурсоры аминокислот. На настоящий раз ему пришлось добавить цианид меди, затем) чтоб(ы) заставить реакцию протекать.

Связанные с цианидом химические вещества оказались общей темой, и в 2015 году Сазерленд нашел с ними еще больше. Он показал, что же в том же горшке с химическими веществами могут закраться в душу и прекурсоры липидов, молекул, из которых состоят стенки клеток. Конец эти реакции полагались на ультрафиолетовый знать, включали серу и медь как ускоритель.

Жизни нужен настоящий рог изобилия химвеществ

«Все строительные блоки вышли изо общего ядра химических реакций», говорит Шостак.

Коль скоро Сазерленд прав, то весь свой подход к происхождению жизни за последние 40 полет был в корне неверным. С тех пор, вроде стала очевидной сложность клетки, ученые начали корпеть с предположением, что первые клетки должны были предпринимать постепенно, по частям.

Вслед вслед предложением Лесли Оргела о том, ровно сначала появилась РНК, ученые пытались «поставить одно хуй другим, а потом как-то наследовать порядок», говорит Сазерленд. Но спирт думает, что лучше всего — сделать весь век и сразу.

«Мы, по сути, усомнились в мысли о волюм, что сделать все разом очень сложно», говорит он. «Определенно не запрещается сделать строительные блоки всех систем сразу».

Шостак ныне подозревает, что большинство попыток наделать молекулы жизни и собрать их в живые клетки провалились согласно одной причине: эксперименты были ультра- чистыми.

Ученые использовали несколько химических веществ, которые были им интересны, и оставляли весь век прочие, которые тоже, вероятно, присутствовали в ранней Земле. Но работа Сазерленда показала, что-нибудь добавляя больше химических вещей в мешанина, можно создать больше сложных явлений.

Шостак и без спросу столкнулся с этим в 2005 году, как-нибуд пытался разместить фермент РНК в своих протоклетках. Ферменту нужен был магний, каковой уничтожал мембраны протоклеток. Решение оказалось для удивление простым. Вместо того ради делать везикулы из одной не более жирной кислоты, их сделали изо смеси обоих веществ. Новые, «грязные» везикулы справлялись с магнием и могли все работающие ферменты РНК.

Более того, Шостак говорит, что-что первые гены тоже могли заключать в себе беспорядок.

ДНК состоит из небольших молекул — нуклеотидов

Современные организмы используют чистую ДНК про переноса генов, но чистой ДНК, надо полагать, не существовало поначалу. Нужна была микстура нуклеотидов РНК и нуклеотидов ДНК.

В 2012 году Шостак показал, в чем дело? такая смесь может собираться в «мозаику» молекул, которая выглядит и ведет себя едва как чистая РНК. Эти перемешанные цепочки РНК/ДНК даже если можно было аккуратно сложить.

Следовательно, не имеет значения, могли первые организмы что у кого принадлежности чистую РНК или чистую ДНК. «Я ажно вернулся к мысли о том, что стержневой полимер был очень похож получай РНК, такой более грязной версией РНК», говорит Шостак. Альтернатив РНК могло состоять еще больше, вроде ТНК и ПНК, о которых пишущий эти строки говорили в третьей части. Мы никак не знаем, существовали они на Земле либо нет, но если да, в таком случае первые организмы вполне могли эксплуатировать и их.

Это уже был безвыгодный «мир РНК», а «мир вперемешку».

Физра этих исследований в том, что зафонарить первую клетку может быть было неважный (=маловажный) так сложно, как кажется. Ну да, клетки — сложные машины. Но на практике, что они продолжают работать, скажем и не так хорошо, если их скрепить небрежно, как снежок.

Кажется, чисто такие неуклюжие клетки не имели шансов остаться в живых на ранней Земле. Но у них прагматично не было конкуренции, им малограмотный угрожали никакие хищники, поэтому закачаешься многих отношениях жизни было попроще, чем сейчас.

В юности Землю неусыпно бомбардировали метеориты

Однако существует одна положение, которую не смогли решить Сазерленд аль Шостак, и это серьезная проблема. Стержневой организм должен был иметь какой-либо-то метаболизм, обмен веществ. С самого основы жизнь должна была получать энергию, либо сойти.

В этом Сазерленд согласен с Майком Расселлом, Биллом Мартином и другими сторонниками теорий «сперва метаболизм» с четвертой части. «Пока РНК-ребята бодались с обмен веществ-ребятами, у обоих сторон были веские аргументы», говорит Сазерленд.

«Метаболизм поставлен в необходимость был где-то протекать, — вторит ему Шостак. — Источник химической энергии — сие огромный вопрос».

Даже если Мартюня и Расселл ошибаются на тему того, что же жизнь началась у глубоководных источников, многие слои их теории почти наверняка верны. Водан из них — значение металлов про рождения жизни.

У этого фермента в центре хлеб индустрии

В природе у многих ферментов есть частица металла в ядре. Зачастую это «активная» часть фермента; остальная приём молекулы выступает поддерживающей структурой. Первая пир (жизненный) не могла иметь таких сложных ферментов, следственно почти наверняка использовала «голые» металлы в качестве катализаторов.

Гюнтер Вахтершаузер подметил сие, когда предположил, что жизнь образовалась держи основе железного пирита. Аналогичным образом, Расселл подчеркивал, какими судьбами воды гидротермальных источников богаты металлами, которые могут обозначаться в качестве катализаторов — и исследование Мартина выявило раздо ферментов на основе железа у последнего универсального общего предка (LUCA).

В свете сего имеет смысл, что многие химические реакции Сазерленда полагаются нате медь (и — как и подчеркивал Вахтершаузер — на серу), а РНК в протоклетках Шостака нуждается в магнии.

Может существовать и так, что гидротермальные источники окажутся недуманно-)негаданно важнейшими элементами головоломки. «Если рассмотреть на современный метаболизм, в нем имеются такие красноречивые скарб, как железосерные кластеры», говорит Шостак. Сие говорит в поддержку идеи возникновения жизни у жерл, идеже вода богата железом и серой.

Же если Сазерленд и Шостак действительно находятся в верном пути, один аспект гидротермальной теории радикально не имеет смысла: жизнь безвыгодный могла появиться в глубоком море.

Питание могла появиться на мелководье

«Химия, к которой наш брат пришли, очень зависит от ультрафиолетового света», говорит Сазерленд. Единственным источником ультрафиолетового излучения является Солнопек, поэтому его реакции могут пробегать только в освещенных солнечных местах. Сие исключает глубоководный сценарий.

Шостак есть грех: глубокие воды вряд ли были колыбелью жизни. Далее того, они изолированы от атмосферной химии, которая является источником высокоэнергетических стартовых материалов почитай цианида.

Но эти проблемы без- исключают гидротермальную теорию полностью. По силам, эти источники были на мелководие, купаясь в солнечном свете и цианидах.

У Армена Мулкиджаняна усиживать альтернатива. Возможно, жизнь появилась для земле, в вулканическом пруду.

Или в вулканическом пруду

Мулкиджанян обратил рачительность на химический состав клеток: в частности, какие химические вещества они впускают и какие как не бывало. Оказалось, что клетки, вне зависимости с организма-носителя, содержат много фосфата, калия и других металлов — но маловыгодный натрия.

В настоящее время клетки получают их, закачивая материалы в себя, только первые клетки не могли сего делать, поскольку не обладали нужным механизмом. Ввиду этого Мулкиджанян предположил, что первые клетки образовались идеже-то, где был примерно такого склада же состав химических веществ, в чем дело? и у современных клеток.

Океан сразу но отпадает. В клетках намного больше калия и фосфата, нежели в океане, и намного меньше натрия. Хотя на ум приходят геотермальные пруды поблизости активных вулканов. Эти пруды обладают не кто иной тем коктейлем металлов, который находят в клетках.

Шостаку нравится каста идея. «Думаю, мой любимый изложение на данный момент будет подключать мелководное озеро или пруд получи поверхности в геотермально активной области, — говорит спирт. — Тогда у нас будут гидротермальные источники, а не те, что в глубине океана, а какие-нибудь сходственные на источники в вулканически активных зонах по мнению типу Йеллоустоуна».

Химия Сазерленда целиком и полностью могла бы сработать в таком месте. У сих источников подходящий химический состав, ватерпас воды колеблется, местами все пересыхает, а ультрафиолетового излучения солнца целиком достаточно.

Или в горячих источниках

Больше того, Шостак говорит, что такие пруды подошли бы его протоклеткам.

«Протоклетки были бы релятивно холодными большую часть времени, что такое? хорошо для копирования РНК и других типов простого метаболизма», говорит Шостак. «Но им понадобился бы неповторяющийся нагрев,к который помогал бы цепочкам РНК отсыхать ради следующего раунда воспроизводства».

Потоки холодной сиречь горячей воды помогали бы протоклеткам обмениваться.

Опираясь на многие из сих аргументов, Сазерленд предлагает и третий альтернат: место падения метеорита.

Метеориты падали бери Землю постоянно в течение ее первого полумиллиарда полет существования — и с тех пор в свою очередь иногда падают. Хороший удар создал бы среда, подобные прудам Мулкиджаняна.

Во-первых, метеориты в основном сделаны с металла. Зоны воздействия, как канон, богаты полезными металлами вроде печень, а также серой. И самое главное, удары метеоритов плавят земную кору, какими судьбами приводит к геотермальной активности и нагреву воды.

Сазерленд представляет небольшие ручейки и реки, стекающие числом склонам ударного кратера, выщелачивающие химвещества получи и распишись основе цианида из пород, настоящее) время ультрафиолетовое излучение проливается свыше. Отдельный поток приносит ту или иную зелье химических веществ, так что начинают разные реакции и производится целый ряд органических химических веществ.

Либо — либо в кратере метеорита

В конце концов, потоки стекают в эруптивный пруд на дне кратера. В таком пруду, пожалуй что, все элементы головоломки сложились бы коллективно и образовались первые протоклетки.

«Это песенка спета специфический сценарий», говорит Сазерленд. Только он предпочел его на основе химических реакций, с которыми столкнулся. «Пока сей сценарий единственный совместимый по части химии».

Шостак безвыгодный уверен настолько, но согласен с тем, а идея Сазерленда заслуживает внимания. «Думаю, план с ударом прекрасен. Думаю, идея вулканических систем равно как может сработать. У обеих теорий кушать хорошие аргументы».

Пока что дискуссия будут разворачиваться и дальше. Но определение будет зависеть от химии и протоклеток. Кабы выяснится, что одному из сценариев недостает важного химического вещества не то — не то что-то разрушает протоклетки, ото него придется отказаться.

Но впервой в истории мы можем получить всеобъемлющее растолкование того, как начиналась жизнь.

Это) (же) (самое) время что подход «все и сразу» Шостака и Сазерленда предлагает всего только отрывочные повествования. Но эти шаги были разработаны получи и распишись основе десятилетий экспериментов. Также оный подход опирается на все некоторые люди гипотезы происхождения жизни. Он пытается пускать в ход все их хорошие стороны, с с тем решая всех их проблемы. К примеру, симпатия не разрушает гипотезу Расселла о гидротермальных источниках, а проворней включает ее лучшие элементы.

Ясно, мы не можем знать беспременно, что происходило четыре миллиарда парение назад. «Даже если вы построили ферментер и из него вышла кишечная мутовка… это не доказывает, что конец так и было», говорит Мартин.

Лучшее, зачем мы можем сделать, это скомпоновать историю, которая согласуется со всеми доказательствами: с экспериментами в области химии, с нашими познаниями о ранней Земле, с тем, кое-что говорит биология о самых древних формах жизни. В конце концов, после столетия напряженных усилий, деяния начинает вырисовываться.

И это значит, как будто мы приближаемся к одному из важнейших переломных моментов в человеческой истории: после этого которого мы узнаем историю появления жизни возьми Земле. Все люди, умершие до самого того, как Дарвин опубликовал «Происхождение видов» в 1859 году, принципы не имели, откуда взялся из (людей, потому что ничего не знали об эволюции. Так любой живущий сегодня может вкусить правду о нашем родстве с животными.

Определённо так же любой рожденный потом выхода Юрия Гагарина на орбиту Поместья в 1961 году, жил в обществе, которое может сняться к другим мирам. Космические путешествия стали реальностью, даже если если мы сами в них никак не участвовали.

Эти факты меняют свой взгляд на мир. Они делают нас умнее. Эволюция учит нас беречь каждое живое тролли, потому что мы все произошли ото одного предка. Космические путешествия позволяют нам воззриться на другие миры издалека, глядеть всю их уникальность и хрупкость.

Есть такие из живущих сегодня людей станут первыми в истории, которые смогут с уверенностью демонстрировать, что мы точно знаем, чей пришли. Они будут знать, каким был отечественный первый предок и где жил.

Сие знание изменит нас. На до конца научном уровне оно расскажет нам о томище, насколько вероятно появление жизни умереть и не встать Вселенной и где ее искать. И оно расскажет нам о сущности жизни. Только можем ли мы знать, какие познания откроются нам после того, не хуже кого мы узнаем тайну появления жизни? Ой ли ли.

По материалам BBC
Источник