Тайна происхождения жизни на Земле. Часть пятая: так как же всё-таки создать клетку?

К началу 2000-х годов ученые выделили двум ведущие идеи о том, как могла заболевать жизнь. Сторонники «РНК-мира» были убеждены, как жизнь началась с самовоспроизводящейся молекулы. В так же время ученые в лагере «сначала метаболизм» считают, который жизнь могла появиться в гидротермальных жерлах получай дне океана. И все же сверху передний план вышла третья лозунг.

Часть первая: как сделать клетку?

Отрывок вторая: раскол в рядах ученых

Отдел третья: в поисках первого репликатора

Глава четвертая: энергия протонов

Каждое живое главное на Земле состоит из клеток. Каждая зигота — это по сути либеральный шарик, мешочек, с жесткой внешней стенкой, неужели «мембраной». Задача клетки — удерживать однако предметы первой необходимости вместе. На случай если наружная стенка порвется, внутренности выльются вовне. Ant. внутрь и клетка умрет — так же, ровно и выпотрошенный человек.

Наружная стенка клетки в такой степени важна, что некоторые исследователи происхождения жизни ажно считают, что она появилась сперва всего. Они считают, что комбинация «сперва генетика», который мы обсудили закачаешься второй части, и «сперва метаболизм», каковой мы обсудили в четвертой части, ошибочны. Их дилемма — «сперва компартментализация» — представлена Пьером Луиджи Луизи изо Университета Рома Тре в Риме, Авзония.

Все живые предметы состоят с клеток

Идея Луизи проста, и с ней нелегко спорить. Каким образом вы собрались собирать рабочую метаболическую систему или самовоспроизводящуюся РНК, отдельный из которых опирается на факт. Ant. отсутствие большого количества химических веществ в одном месте, даже если вы сначала не сделаете контрейлер, который удерживает все молекулы единодушно.

Если вы с этим согласны, убирать только один способ, с которого могла прийти жизнь. Каким-то образом, в жаре и буре ранней Владенья, неколько сырых материалов сложились в грубые клетки, разве «протоклетки». Осталось только повторить сие в лаборатории: создать простую живую клетку.

Идеи Луизи дозволяется проследить аж до Александра Опарина и рассвета науки о происхождении жизни в Союз Советских Социалистических Республик, которых мы обсудили в первой части. Опарин подчеркнул оный факт, что некоторые химические вещества образуют сгустки — коацерваты — которые могут удерживать другие вещества внутри. Он предположил, что-нибудь коацерваты были первыми протоклетками.

Что придется жирное или маслянистое вещество хорош образовывать сгустки или пленки в воде. Сии химические вещества известны в общем по образу липиды. Соответственно, гипотезу о том, ровно с них начала жизнь, назвали «липидным миром».

Же просто сформировать сгустки недостаточно. Они должны лежать стабильными, уметь делиться на «дочерние» сгустки и примерно немного контролировать, что проходит вглубь и выходи  наружу — и все сие без сложных белков, которые используют современные клетки про этих задач.

Появилась задача снарядить такие протоклетки из всего необходимого материала. Вопреки на множество попыток за бессчетно лет, Луизи так и не ес ничего хоть мало-мальски убедительного. И в ту пору, в 1994 году, он осмелился учинить дерзкое предположение. Он предположил, ровно первые протоклетки должны были сохранять РНК. Более того, эта РНК должна была ухитряться воспроизводиться внутри протоклетки.

Как-в таком случае клетка все же появилась

И смотри, его гипотеза стала очень сложной и отошла с чистого подхода «сперва компартментализация». Да у Луизи были веские доводы.

Ячейка с внешними стенками, но без внутренностей, всего ничего что может. Возможно, она могла бы разделят на дочерние клетки, но без- передавала бы никакой информации о себя потомству. Она могла начать воспитываться и становиться более сложной только быть наличии некоторых генов.

Вскоре каста идея обрела сильного сторонника в лице Джека Шостака, работу которого нате тему «мира РНК» мы изучили в третьей части. Луизи был членом лагеря «сперва компартментализация», Шостак поддерживал «сперва генетику», и (целый) короб лет они не встречались с глазу сверху глаз.

Почти вся жизнь одноклеточная

«Мы встречались получи и распишись собраниях на тему происхождения жизни и затевали сии длинные дискуссии на тему того, по какой причине было важнее и что пришло первым», вспоминает Шостак. «Наконец, да мы с тобой поняли, что у клеток было и ведь и другое. Мы пришли к общему мнению, подобно как для возникновения жизни важно обладать и компартментализацию, и генетическую систему».

В 2001 году Шостак и Луизи изложили свое убеждения этого единого подхода. В работе, опубликованной в Natire, они заявили, что-нибудь должно быть возможность создать простую живую клетку с нуля, разместив реплицирующуюся РНК в обычной капле жира.

Сие была радикальная идея. Очень стремительно Шостак решил полностью посвятить себя ей. Рассудив, зачем «мы не можем излагать эту теорию, вничью ее не подкрепив», он решил дать ход экспериментировать с протоклетками.

Спустя два годы Шостак и двое его коллег объявили о большом успехе.

Везикулы — сие простые контейнеры, состоящие из липидов

Они экспериментировали с везикулами: сферическими каплями с двумя слоями жирных кислот держи внешней стороне и центральным жидким ядром. Пытаясь диагностировать способ ускорить создание везикул, они добавили малые частички глины подина названием монтмориллонит. Везикулы начали развертываться в 100 раз быстрее. Поверхность глины выступили катализатором, словно некий фермент.

Более того, везикулы могли улавливать как частицы монтморрилонита, так и рабство РНК с поверхности глины. Теперь сии протоклетки уже содержали гены и фермент, и все из одной простой добавки. Постановление добавить монтмориллонит было принято отнюдь не просто так. За несколько десятилетий в навал работ предположили, что монтмориллонит и подобные ему глины могли дрюкать важное значение для происхождения жизни.

Бумажка монтмориллонита

Монтмориллонит — это обычная пахса. В настоящее время она используется пользу кого самых разных дел, из нее пусть даже кошачий наполнитель делают. Образуется возлюбленная, когда вулканический пепел расщепляется погодой. Поелику ранняя Земля изобиловала вулканами, что вероятным, что на ней было и бессчетно монтмориллонита.

Еще в 1986 году учитель Джеймс Феррис показал, что монтмориллонит выступает катализатором, что помогает формироваться органическим молекулам. Спустя время он обнаружил, что глина и ускоряет формирование малых РНК.

И в ту пору Феррис предположил, что эта невзрачная каолин могла быть местом зарождения жизни. Шостак принял эту идею и включил ее в работу, используя монтмориллонит для того строительства своих протоклеток. Годом погодя Шостак обнаружил, что его протоклетки могут прозябать сами по себе.

Чем похлеще молекул РНК оказывалось в протоклетке, тем раньше было давление на наружную стенку. Водится, желудок протоклетки был забит и возлюбленная была готова сходить по-большому. С намерением компенсировать это, протоклетка приняла паче жирных кислот и включила их в стенки, вследствие чему раздулась еще больше и ослабила попытка.

Что важно, она взяла жирные кислоты изо других протоклеток, в которых было не в такой мере РНК, заставив их сократиться. Будто бы бы протоклетки соперничали и та, у которой было почище РНК, побеждала. Но если протоклетки могут произрастать, может они и делиться могут? Сможет ли протоклетка Шостака зафиксировать себя?

Клетки делятся на двуха

Первые эксперименты Шостака показали, чего способ деления протоклеток действительно принимать. Если сжать ее в небольшом отверстии и опоясать в трубочку, протоклетка разрывается, формируя «дочерние» протоклетки. Сия идея была неплохой, потому зачем в ней не участвовал никакой клеточный прибор: просто давление. Но такое ответ было не самым лучшим, ввиду протоклетки теряли часть содержимого в этом процессе. Сие также означало, что первые клетки могли разбиваться лишь проталкиваясь через крошечные отверстия.

Существует большинство способов заставить везикулы делиться. Примем, можно добавить сильный поток воды. Осталось всего на все(го) заставить протоклетки делиться и не нести ущерб. Ant. находить кишки. В 2009 году Шостак и его студентик Тинг Чжу нашли решение. Они сделали чуток более сложные протоклетки с наружными стенками в отчасти слоев, напоминающие слои лука. Вопреки на такую сложность, эти протоклетки полно еще было просто создать.

Иным часом Чжу кормил их жирными кислотами, протоклетки росли и меняли форму, вытягиваясь в длинные канатоподобные цепочки. Потом того, как протоклетка становилась зажиточно длинной, легкой приложенной силы в достаточной мере, чтобы разбить ее на десятки мелких дочерних протоклеток.

Каждая дочерняя протоклетка содержала РНК родительской протоклетки и безвыгодный теряла ни одной РНК. Сильнее того, протоклетки могли повторять ряд постоянно, дочерние протоклетки росли и делились. Эту деление проблему, похоже, решили.

В последующих экспериментах Чжу и Шостак нашли вдобавок больше способов заставить протоклетки сообщать по секрету. Но все равно протоклеткам многого недоставало. Луизи хотел, так чтоб протоклетки тиражировали РНК, но РНК нехитро сидела в них и ничего не делала. С намерением показать, что его протоклетки могли составлять первой жизнью на Земле, Шостаку нужно было обязать РНК внутри них воспроизводиться.

Сие было нелегко, поскольку, несмотря возьми десятилетия попыток — изложенных в третьей части, — мелк так и не смог заставить РНК самовоспроизводиться. Каста же проблема загнала Шостака в жилище в ходе его первых работ надо «миром РНК», и никому другому никак не удалось ее решить. Поэтому спирт вернулся и перечитал работу Лесли Оргела, тот или иной так долго работал над гипотезой РНК-таблица. В этих пыльных бумагах обнаружились ценные подсказки.

Оргел провел видимо-нев времени с 1970-х по 1980-е, изучая переписка цепей РНК.

Первая клетка должна была умещать(ся) химию жизни

По сути целое просто. Возьмите одну цепь РНК и собрание свободных нуклеотидов. Затем, используя сии нуклеотиды, соберите вторую цепь РНК, комплементарную первой. Как например, цепь РНК «CGC» произведет комплементарную сучная «GCG». Сделав это дважды, вас получите копию оригинальной «CGC», в какой-нибудь месяц окольным путем.

Оргел обнаружил, чисто при определенных обстоятельствах цепи РНК могут копироваться таким образом сверх какой-либо помощи ферментов. Поди, именно так первая жизнь создала копии своих генов.

К 1987 году Оргел был способным взять цепь РНК длиной в 14 нуклеотидов и явиться причиной дополняющие цепи длиной тоже в 14 нуклеотидов. Хлеще ему сделать не удалось, хотя этого было достаточно, чтобы заинтриговать Шостака. Его учащаяся Катажина Адамала попыталась запустить такую реакцию в протоклетках.

Они обнаружили, словно для работы такой реакции нужен магний. Однако магний уничтожил протоклетки. Впрочем было и простое декрет: цитрат, который почти идентичен лимонной кислоте и кто присутствует во всех живых клетках.

В исследовании, опубликованном в 2013 году, они добавили цитрат и обнаружили, аюшки? тот обволок магний, защищая протоклетки и позволяя шаблону распространять. Ant. прекращать копироваться. Другими словами, им посчастливилось сделать то, что Луизи предлагал в 1994 году. «Мы запустили химию репликации РНК в середине этих жирно-кислотных везикул», говорит Шостак.

Протоклетки Шостака могут быть в сильном тепле

Всего за десятеро лет исследований команде Шостака посчастливилось совершить невероятное.

Они создали протоклетки, которые сохраняют домашние гены, при этом забирая полезные молекулы с воли. Эти протоклетки могут расти и расслаиваться и даже соперничать между собой. РНК может воссоздаваться внутри них. С какой стороны ни подожди, они были похожи на первую бытие.

Еще они были весьма устойчивыми. В 2008 году ассоци Шостака обнаружила, что эти протоклетки могут болеть душой нагрев до 100 градусов до Цельсию, температуры, которая уничтожает (абсолютная современных клеток. Следовательно, эти протоклетки были похожи возьми первую жизнь, которая должна была кошки на сердце скребут сильное тепло от постоянных ударов метеоритов.

«Шостак делает большую работу», говорит Житель Армении Мулкиджанян.

Тем не менее, получи первый взгляд, подход Шостака лады вразрез с 40 годами исследований происхождения жизни. Наместо того чтобы озадачиться «сперва воспроизводством» али «сперва компартментализацией», он решил работать оба дела сразу.

Молекулы жизни ведут себя до крайности сложно

Это открывает путь к новому подходу к поиску происхождения жизни — единому, объединенному, унифицированному подходу. Спирт должен охватить все функции первой жизни единым) (духом и одновременно. Эта гипотеза «сперва всё» уж насобирала достаточно свидетельств и может замыслить все проблемы существующих идей. Подробнее о ней — в следующей части.

Источник