Тайна происхождения жизни скоро будет разгадана?

Тайна происхождения жизни скоро будет разгадана?

Еще полста лет назад размышления о происхождении жизни рассчитывались уделом престарелых ученых, тот или другой могут дозволить для себя легко посиживать в кресле и рассуждать. Настоящее экспериментальным исследованием данной нам трудности заняты сотки научных обществ. Их впечатляющие успехи дозволяют полагаться, что не за горами тот на днях, иногда все этапы длинного и сложного пути от неживой материи к простейшему живому организму можнож будет воспроизвести в лаборатории.

Тайна происхождения жизни скоро будет разгадана?

Еще полста лет назад размышления о происхождении жизни квитались уделом престарелых ученых, тот или иной могут дозволить для себя легко посиживать в кресле и рассуждать. Сегодняшний день экспериментальным исследованием данной препядствия заняты сотки научных обществ. Их впечатляющие успехи разрешают полагаться, что не за горами тот задевай, иногда все этапы длинного и сложного пути от неживой материи к простейшему живому организму можнож будет воспроизвести в лаборатории.

Журнальчик Science начал публикацию серии эссе, посвященных 200-летию Чарльза Дарвина и 150-летию выхода в свет его основного работы Происхождения видов. Главное эссе, сочиненное знаменитым южноамериканским популяризатором науки Карлом Циммером (Carl Zimmer), ведает о дилемме происхождения жизни предмете, о тот или другой сам Дарвин практически ничего не нацарапал, так как не располагал необходимыми принесенными. Желая, очевидно, эта неувязка не могла его не тревожить.

Из дарвиновской теории должно, что сходство в строении организмов во почти всех вариантах разъясняется их происхождением от совместного предка. Но для заключения о единичном происхождении в итоге живого во эпохи Дарвина предоставленных имелось еще недостаточно. Обосновать наличие у цельных пород семейных голубей совместного предка бешеного лаская имелось сравнимо бегло; сложнее имелось сделать этакий же заключение обо всем классе птиц; ну а для того, чтоб постулировать корпоративное происхождение эких дальних товарищ от приятеля групп организмов, как животные и растения, в те эпохи необходимо имелось владеть большой научной отвагою. Все же Дарвин рискнул сделать этот шаг. В заключительной доли Происхождения видов он отметил, что (…на основании принципа природного отбора, сопровождаемого дивергенцией признаков, представляется вероятным, что от какой-нибудь сходственной низкоорганизованной и промежной формы могли развиться как животные, так и растения; а ежели мы допустим это, мы обязаны допустить, что и все органические существа, иногда-или жившие на миру, могли произойти от одной первобытной формы.

Представления Дарвина о родстве в итоге живого опирались на ведомые в то период факты ((…все живые существа располагают самое большее совместного в их хим составе, в их клеточном строении, в законах их роста и в их чувствительности по отношению к вредным воздействиям…), там же). Все же ругательные сомнения в корректности дарвиновской догадки отпали едва лишь во 2-ой половине XX века, иногда обнаружилось, что все живые существа располагают один-одинешенек и этот же аппарат наследственности и генетический код. Сегодняшний день не достаточно кто колеблется в том, что все живые организмы от микробов до жителя нашей планеты происходят от совместного предка, теснее располагавшего этакий потомственный аппарат и генетический код. Вопросец едва лишь в том, откуда этот предок взялся.

Сам Дарвин, по-видимому, практически не полагался, что эту тайну иногда-нибудь получится разгадать. В неких изданиях Происхождения видов он даже упоминает о Творце, приблизительно вдохнувшем жизнь в главный живой организм. Но это, все же, могло водиться и не совершенно чистосердечней уступкой главенствовавшим взорам. Сохранились письма Дарвина коллегам и товарищам, из тот или иной видно, что он склонялся к идее абиогенеза самопроизвольного зарождения главных живых созданий из органических соединений, как-то образовавшихся на старой Миру из неорганических веществ. Все же он считал, что эту догадку чуть ли получится проверить, так как в наши дни хоть какое самопроизвольно образовавшееся в каком-нибудь небольшом теплом пруду со цельными внешностями аммония, солей фосфора, светом, теплом, электричеством и т. д.) органическое вещество безотлагательно будет съедено и переварено живыми организмами что, окончательно, не вышло бы в те эпохи, иногда жизнь еще не зародилась.

Скептическое отношение к способности разгадать тайну зарождения жизни сохранялось достаточно длинно. По словам Хендерсона Кливса (Henderson James Cleaves) из института Карнеги в Вашингтоне, еще лет 50 назад пробы разгадать тайну происхождения жизни квитались уделом престарелых ученых в точке их карьеры, иногда они могут легко посиживать в кресле и рассуждать. Вспомним, как Н. В. Тимофеев-Ресовский хитро отвечал на вопросцы о происхождении жизни: Я тогда небольшой был, не помню, вы стребуете превосходнее у академика Опарина, он знает.

Шутки начали равномерно сходить на нет затем тестов Стэнли Миллера, тот или иной удалось в 1953 году синтезировать аминокислоты из консистенции аммиака, метана и водорода (предполагаемый состав старой атмосферы Мира), пропуская спустя нее электрические разряды, имитировавшие молнии. Позднее, все же, значение тестов Миллера имелось поставлено под колебание. Сообразно новеньким геологическим предоставленным, приобретенным к 1990-мтр годам, в атмосфере старой Мира имелось самое большее углекислого газа, тот или иной не заходил в состав газовой консистенции в опытах Миллера. В пребываньи CO2 синтез аминокислот из неорганических газов сначала идти не желал. Эту вопрос удалось преодолеть в 2008 году Кливсу и его коллегам. Они нашли, что молнии все-таки могут провоцировать синтез аминокислот в газовой консистенции, держащей CO2, ежели туда добавить некие доп вещества, тот или иной полностью могли находиться в первичной атмосфере.

Не считая того, молнии водились далековато не единственными производителями органики на старой Миру. На нынешний задевай знакомы еще по последней мере две надежные, реально функционирующие фабрики абиогенной органики: космос и гидротермальные источники.

В целом на нынешний задевай абиогенный синтез элементарных органических веществ строительных блоков для наиболее трудных соединений, эких как белки и нуклеиновые кислоты, теснее не приходит неувязкой. Аминокислоты (составные доли белков), азотистые основания и сахара (составные доли нуклеотидов, из тот или иной состоят нуклеиновые кислоты), а также остальные принципиальные молекулы могли синтезироваться абиогенно несколькими различными методами. Труднее оказалось осознать, как из этих установок могли сами собой собраться 1-ые репликаторы молекулы либо комплексы молекул, способные к самовоспроизведению.

Начиная с 80-х годов XX века, иногда водились обнаружены каталитические (ферментативные) функции РНК, конкретно этот класс молекул по праву рассчитывается генеральным кандидатом на роль первой молекулы жизни. Вероятнее всего, главными репликаторами водились молекулы РНК, катализирующие синтез собственных копий. Все же меж РНК и азбучными органическими соединениями, возникающими в итоге абиогенного синтеза, оставалась незаполненная брешь. Химикам до этого времени не удалось подобрать реалистичные обстоятельства, в тот или иной из готовых строительных блоков азотистых оснований, рибозы и фосфорной кислоты, тот или иной могли появиться абиогенным методом, сами собой синтезировались бы рибонуклеотиды. В итоге почти все специалисты признали необходимость поиска обходных путей.

На нынешний задевай удалось нащупать два эких пути. Главный из их основан на предположении, что вначале в роли вещества наследственности выступали не РНК, а остальные нуклеиновые кислоты, тот или иной в ходе предстоящей эволюции водились замещены обычными нам РНК. Кандидатами на роль эких молекул прибывают искусственно синтезированные, не встречающиеся в живой природе ПНК , ТНК и ГНК. Эти молекулы, с одной страны, невесомее синтезируются абиогенным методом, чем РНК, с второй полностью способны делать роль вещества наследственности.

2-ой обходной путь разрабатывается химиком Джоном Сазерлендом (John Sutherland) и его сотрудниками из Манчестерского института (Англия). Они нашли, что синтезировать РНК куда невесомее не из готовых больших установок сахаров и азотистых оснований а из наиболее элементарных органических молекул, эких как формальдегид. По возможности, в ходе хим эволюции меж простейшими органическими веществами и РНК совсем не имелось промежного шага скопления сахаров и азотистых оснований. Команда Сазерленда на данный момент готовит публикацию, в тот или другой будут разрешены главные препядствия синтеза РНК из простейшей органики. По словам Сазерленда, реакции отлично идут при температурах и pH, встречающихся в незначительных водоемах. Ежели этакий водоем период от медли подвергается высыханию, это может сильно активизировать процесс благодаря росту концентрации реагентов в остающихся небольших лужах. Так что Дарвин с его маленьким теплым прудом, по возможности, был недалек от истины.

Эким образом, на длинном и трудном пути от неорганических молекул к главной живой клеточке остается все младше белых пятен. Из оставшихся загадок ключевое значение обладает неувязка возникновения у молекул РНК возможности к самовоспроизведению. Все же и эта неувязка равномерно решается. Очередной принципиальный шаг в этом направлении сделали Трейси Линкольн и Джеральд Джойс (Tracey Lincoln, Gerald Joyce) из Скриппсовского института в Сан-Диего (Калифорния, США), чья статья размещена 8 января на вебсайте журнальчика Science.

Исследователям удалось подобрать немного пар молекул РНК с каталитической активностью (рибозимов), тот или иной удачно реплицируют (синтезируют копии) друг дружку. В итоге этакий обоюдной репликации популяция рибозимов может расти в геометрической прогрессии сколь угодно длинно для этого необходимо только лишь исправно снабжать растущую популяцию необходимыми ресурсами, другими словами начальными веществами для синтеза новейших молекул РНК. За 30 часов популяция может в подходящих критериях вырасти в сто млн разов. Наиболее того, заставив немного различных пар размножающихся рибозимов соперничать вместе за субстрат, исследователи принудили их начать дарвиновскую эволюцию. В итоге спонтанных мутаций и природного отбора взяли рекомбинантные рибозимы с завышенной скоростью размножения.

В отличие от былых опытов, в тот или иной удавалось достигнуть безграничного размножения молекул РНК, в принесенном случае процесс следует без роли белковых ферментов. Единственное, что не дозволяет именовать этот итог конечным заключением препядствия самовоспроизведения РНК, это природа субстрата. Размножающиеся пары рибозимов не могут употреблять в качестве начального вещества для конструкции новейших молекул РНК отдельные рибонуклеотиды: они пока могут функционировать едва лишь с олигонуклеотидами, другими словами с достаточно рослыми фрагментами РНК, состоящими из почти всех рибонуклеотидов.

Эким образом, меж плодами опытов Сазерленда (синтез рибонуклеотидов из обычный органики) и ЛинкольнДжойса (саморепликация рибозимов с олигонуклеотидами в качестве субстрата) еще остается брешь, для наполнения тот или другой потребуются доп исследования: необходимо как-то перейти от отдельных рибонуклеотидов к олигонуклеотидам.

В заключительной доли эссе Циммер ведает о службе по творенью искусственных протоклеток пузырьков с липидной оболочкой, способных есть пищу (нуклеотиды) из окружающей среды и исполнять репликацию РНК либо ДНК. Команда ученых из Гарвардской мед школы (Harvard Medical School) в Бостоне (США), создавшая протоклетки, продолжает функционировать над их усовершенствованием. Протоклетки применяют в качестве субстрата не олигонуклеотиды, а отдельные нуклеотиды, и обходятся без поддержки белковых ферментов, но пока не могут на сто процентов выполнить целый цикл репликации РНК (они исполняют только лишь отдельные этапы этого процесса). Все же исследователи полны оптимизма. Их мишень достигнуть того, чтоб протоклетки не совсем только росли и плодились, да и эволюционировали. По их воззрению, начало жизни имелось неразрывно соединено с началом дарвиновской эволюции на самом деле подевала, это имелось одно и то же событие. Интересно, что поведение протоклеток зависит от температуры: в тепле они деятельно питаются, кушая нуклеотиды из окружающей среды, а на морозе наиболее деятельно применяют эти нуклеотиды для матричного синтеза РНК. Быть может, для главных живых созданий был отличителен дневной цикл: деньком они кормились, а ночкой реплицировали собственный потомственный вещество?

Судя по целому, теснее не за горами тот задевай, иногда ученые сумеют экспериментально воспроизвести все этапы перевоплощения косной материи в простой живой организм.

Источники : 1) Carl Zimmer. Evolutionary roots: On the Origin of Life on Earth // Science. 2009. V. 323. P. 198199.
2) Tracey A. Lincoln, Gerald F. Joyce. Self-Sustained Replication of an RNA Enzyme // Science. Published online January 8, 2009.
(Александр Марков )

Поделиться в соц. сетях

Опубликовать в Google Buzz
Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники

Posted in ЭкоМедицина by with no comments yet.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *