Тайна появления жизни на Земле. Часть четвертая: энергия протонов

Вo втoрoй глaвe пишущий эти строки узнaли, кaк учeныe рaздeлились нa три шкoлы мысли, рaзмышляя oб истoкax жизни. Нa пeрвыx пoрax иx активность вooдушeвляли, нo в кoнeчнoм итoгe oстaлoсь тoлькo рaзoчaрoвaниe. Тeм нe мeнee другиe исслeдoвaтeли прoисxoждeния жизни, кoтoрыe двигaлись иными путями, пришли к кoe-кaким рeзультaтaм. Чaсть пeрвaя: кaк сдeлaть клeтку? Мнoгиe биoлoги с сим сoглaсились бы. Oт бaктeрий дo гoлубыx китoв, всe живыe сущeствa стрeмятся зaвeсти пoтoмствo. Тeм нe мeнee мнoгиe исслeдoвaтeли прoисxoждeния жизни нe считaют вoспрoизвoдствo чeм-тo фундaмeнтaльным. Пeрeд тeм кaк oргaнизм смoжeт рaзмнoжaться, гoвoрят oни, oн дoлжeн стaть сaмoдoстaтoчным. Oн дoлжeн пoддeрживaть сeбя в живoм сoстoянии. Этoт церемония называется метаболизм. Сначала вам нужно получить энергию; цензурно, из богатых энергией химических веществ вроде сахара. Оный процесс использования энергии настолько важный, что многие исследователи считают его первым, с которого началась оживление. Одно из самых интересных предположений было выдвинуто в конце 1980-х годов Гюнтер Вахтершаузер. Дьявол не был штатным ученым, скорее патентным юристом с небольшими познаниями в химии. Вахтершаузер предположил, почему первые организмы «радикально отличались от всего, подобно как мы знали». Они не были сделаны с клеток. У них не было ферментов, ДНК может ли быть РНК. Нет, вместо этого Вахтершаузер представил хор горячей воды, вытекающей из вулкана. Эта водица богата вулканическими газами вроде аммиака и содержит остатки минералов из сердца вулкана. Там, где агиасма текла через скалы, начинали происходить химические реакции. В частности, металлы с воды помогали простым органическим соединениям сливаться в паче крупные. Это процесс, в котором одно химическое суть превращается в ряд других химических веществ, пока в конце концов невыгодный будет воссоздан исходник. В процессе этого вся строй накапливает энергию, которая может быть использована угоду кому) перезапуска цикла —   и для других вещей. Эти метаболические циклы не касаясь частностей мало похожи на жизнь. Вахтершаузер назвал свое находка «прекурсорами организмов» и написал, что «едва ли их только и можно назвать живыми». Но метаболические циклы вроде тех, зачем описал Вахтершаузер, лежат в основе всего живого. Ваши клетки — сие по сути микроскопические химические заводики, постоянно перегоняющие одни вещества в часть. Метаболические циклы нельзя назвать жизнью, но они имеют основополагающее подтекст для нее. Он изложил, какие минералы подошли бы предпочтительно всего и какие химические циклы могли иметь поле. Его идеи начали привлекать сторонников. Вахтершаузеру нужно было реальное находка, которое подкрепило бы его идеи. К счастью, его еще сделали десятью годами ранее. Они изучали Галапагосские горячие литература в местах, где с морского дна поднимались высокие хребты. Сии хребты были вулканически активными. Корлисс обнаружил, яко эти хребты были буквально усеяны горячими источниками. Горячая, обогащенная химическими вещества длинноты поднимается из-под морского дна и струится с подачи отверстия в скалах. Невероятно, но эти гидротермальные литература были густо населены странными животными. Там были огромные моллюски, мидии и кольчатые червяк. Все эти организмы жили на энергии гидротермальных жерл. Начало этих источников сделало Корлиссу имя. И заставило поразмышлять. В 1981 году он предположил, что подобные жерла существовали нате Земле четыре миллиарда лет назад и что они стали местом происхождения жизни. Симпатия посвятил львиную долю своей карьеры изучению сего вопроса. У гидротермальных источников живет странная жизнь
Корлисс предположил, что-что гидротермальные источники могли создавать коктейли химических веществ. Ближе к границе с океаном, идеже вода была не такой горячей, они начинали сцепляться в цепочки —   формировать углеводы, белки и нуклеотиды вроде ДНК. С течением времени, когда вода подходила к океану и остывала еще похлеще, эти молекулы собирались в простые клетки. Это было завлекательно, теория привлекла внимание людей. Но Стэнли Миллер, проверка которого мы обсуждали в первой части, не поверил. В 1988 году некто писал, что глубоководные жерла были слишком горячими. Добро бы сильное тепло может привести к образованию химических веществ чаятельно аминокислот, эксперименты Миллера показали, что оно равно как может и уничтожить их. Основные соединения вроде сахаров «смогли бы невымереть пару секунд, не больше». Более того, сии простые молекулы вряд ли связались бы в узы, поскольку окружающая вода мгновенно их разорвала бы. Держи этом этапе к битве подключился геолог Майк Расселл. Симпатия посчитал, что теория гидротермальных источников может непременничать вполне верной. Более того, ему показалось, сколько эти источники будут идеальным домом для прекурсоров организма Вахтершаузера. Сие вдохновение привело его к созданию одной из самых барином признанных теорий происхождений жизни. Геолог Майкл Расселл
В карьере Расселла было большой интересных вещей —   он делал аспирин, разыскивая ценные минералы — и в одном замечательном происшествии 1960-х годов координировал гальванотропизм на возможное извержения вулкана, несмотря на безвкусица подготовки. Но его больше интересовало, как менялась поверхности Владенья на протяжении эпох. Эта геологическая перспектива и позволила выработаться его идеям о происхождении жизни. В 1980-х годах дьявол обнаружил ископаемые свидетельства менее бурного типа гидротермального источника, в котором температуры приставки не- превышали 150 градусов по Цельсию. Эти мягкие температуры, после его словам, могли позволить молекулам жизни проживать дольше, чем полагал Миллер. Железный пирит
Эталонно в это же время Вахтершаузер начал публиковать домашние идеи, в основе которых был поток горячей химически обогащенной воды, протекающей при помощи минералы. Он предположил, что гидротермальные источники для глубине моря, достаточно холодные, чтобы позволить образоваться пиритовым структурам, приютили прекурсоры организмов Вахтершаузера. Неравно Расселл был прав, жизнь началась на дне моря —   и поначалу появился метаболизм. Расселл собрал это все в статье, опубликованной в 1993 году, 40 парение спустя после классического эксперимента Миллера. Расселл хотя (бы) предложил объяснение того, как первые организмы получали свою энергию. Его эрфикс опиралась на работу одного из забытых гениев современной науки. Погодя несколько десятков лет Митчелла ждала абсолютная свершение: Нобелевская премия по химии 1978 года. Дьявол не стал знаменитым, но его идеи пока в каждом учебнике по биологии. Свою карьеру Митчелл провел, выясняя, подобно как организмы делают с энергией, которую получают из пищи. До сути, он задавался вопросом, как всем нам удается недосчитываться в живых каждую секунду. Когда клетка нуждается в энергии —   а именно, когда сокращается мышца —   она разбивает третий фосфат в Аденозинтрифосфат. Это превращает АТФ в аденозидифосфат (АДФ) и высвобождает накопленную энергию. Делать за скольких она накапливает достаточно энергии в АДФ, чтобы пристегнуть третий фосфат? Поэтому предположил, что клетка закачивает заряженные частицы (протоны) минуя мембрану, поэтому много протонов находится по одну сторону, а объединение другую —   нет. Поток текущих протонов, таким образом, обеспечивал каталаза энергией, необходимой для создания АТФ. Впервые Митчелл изложил свою идею в 1961 году. Следующие 15 парение он провел, защищая ее со всех сторон, то время) как доказательства не стали неопровержимыми. Теперь мы знаем, фигли процесс Митчелла используется каждым живым существом получи и распишись Земле. Расселл позаимствовал у Митчелла идею протонного градиента: присутствие большого количества протонов на одной стороне мембраны и немногого — бери другой. Современные клетки создают градиенты, откачивая протоны при помощи мембраны, но для этого нужен сложный полосатый механизм, который просто не мог появиться своевольно по себе. Поэтому Расселл сделал еще Водан логический шаг: жизнь должна была сформироваться идеже-то с естественным протонным градиентом. Например, где-так у гидротермальных источников. Но это должен быть исключительный тип источника. Когда Земля была молодой, моря были кислыми, а в кислой воде числа протонов. Чтобы создать протонный градиент, вода с источника должна быть с низким содержанием протонов: симпатия должна быть щелочной. Источники Корлисса не подходили. Они без- только были слишком горячими, но еще и кислыми. «Потерянный город»
Келли пришлось опасно трудиться, чтобы стать ученым. Ее отец умер, порой она заканчивала среднюю школу, и она была вынуждена трудиться, чтобы остаться в колледже. Но справилась и выбрала предметом своего интереса подводные вулканы и обжигающие горячие гидротермальные литература. На этом хребте Келли обнаружила поле гидротермальных источников, которое назвала «Потерянным городом». Они маловыгодный были похожи на обнаруженные Корлиссом. Вода вытекала изо них при температуре 40-75 градусов по Цельсию и была ненадолго подщелоченной. На вид они жуткие и призрачные, так это не так: в них обитает множество микроорганизмов. Сии щелочные жерла идеально вписывались в идеи Расселла. Суще геологом, он знал не так много о биологических клетках, так чтобы убедительно представить свою теорию. Столб дыма «черной курилки»
Благодаря тому Расселл объединился с биологом Уильямом Мартином. В 2003 году они представили подлакированный вариант прежних идей Расселла. И это, наверное, самая лучшая суждение появления жизни на данный момент. Эти крошечные кармашки, предположили они, действовали в качестве «клеток». А там того, как жизнь научилась использовать энергию вод источников, прошел слух Расселл и Мартин, она начала создавать молекулы может статься РНК. В конце концов, она создала себе мембрану и стала настоящей клеткой, сбежав изо пористой породы в открытую воду. Клетки бегут с гидротермального источника
В июле 2016 года он получил поддержку, другой раз Мартин опубликовал исследование, реконструирующее некоторые детали «последнего универсального общего предка» (LUCA). Сие организм, который жил миллиарды лет назад и через которого произошла вся существующая жизнь. Едва ли автор этих строк когда-нибудь найдем прямые окаменевшие доказательства существования сего организма, но тем не менее вполне можем чинить обоснованные предположения о том, как он выглядел и нежели занимался, изучая микроорганизмы наших дней. Это и проделал Воинственный. Он исследовал ДНК 1930 современных микроорганизмов и идентифицировал 355 генов, которые были едва у всех. Это убедительно говорит о передаче этих 355 генов, минуя поколения и поколения, от общего предка —   примерно того времени, эпизодически жил последний универсальный общий предок. Эти 355 генов включают другие для использования протонного градиента, но для генерации оного —   не имеется, как и предсказывали теории Расселла и Мартина. Более того, LUCA, по всем вероятностям, был адаптирован к присутствуют химических веществ вроде метана, зачем наводит на мысли, что он населял вулканически активную среду —   по мнению типу жерла. Сторонники гипотезы «мира РНК» указывают получи и распишись две проблемы в этой теории. Гидротермальные источники
Первая засада в том, что экспериментальных доказательств описанных Расселлом и Мартином процессов ни духу. У них есть пошаговая история, но ни Водан из этих шагов не наблюдался в лаборатории. «Люди, которые верят в в таком случае, что все началось с воспроизводства, постоянно находят новые экспериментальные данные», говорит Житель Армении Мулкиджанян. Но это может измениться, благодаря коллеге Мартина Нику Лейну с Университетского колледжа Лондона. Он надеется увидеть метаболические циклы, а может хотя (бы) и молекулы вроде РНК. Вторая проблема заключается в расположении источников в глубоком сине море. Как отмечал Миллер в 1988 году, длинноцепочечные молекулы кажется РНК и белков не могут формироваться в воде сверх вспомогательных ферментов. Для многих ученых это верный аргумент. И все же Расселл и его союзники остаются оптимистами. И только-тол в последнее десятилетие на первый план вышел незаинтересованный подход, подкрепленный серией необычных экспериментов. Об этом в следующей части.

Добавить комментарий

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