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Nel corso della seconda metà del 20 ° secolo, i ricercatori dell’origine della vita ha lavorato in ogni suo campo. Ogni gruppo ha insistito sulla propria versione di sviluppo di eventi e cercato di distruggere concorrenti ipotesi. Tale approccio è stato sicuramente un successo, come testimoniano i capitoli precedenti, ma ogni promettente idea sull’origine della vita in ultima analisi, urti contro il grave problema. Così che alcuni ricercatori stanno ora cercando di trovare più di un approccio unificato.
Prima parte: come fare una gabbia?
Parte seconda: la scissione tra le fila di studiosi
Parte terza: in cerca del primo replicatore
Parte quarta: l’energia dei protoni
Parte quinta: così come è possibile creare una gabbia?
Un paio di anni fa questa idea ha ricevuto un forte impulso, grazie al risultato compatibile con la consolidata teoria del «mondo a RNA».
Entro il 2009, i sostenitori del mondo a RNA è stato un grosso problema. Non potevano fare i nucleotidi, blocchi di RNA, come se fosse nelle condizioni della Terra. Questo ha portato la gente a pensare che la vita non è stata costruita su di RNA, come abbiamo visto nella terza parte.
La terra è l’unico posto dove c’è la vita. Mentre
John Sutherland pensato a questo problema dal 1980. «Ho pensato che dimostrare che l’RNA può сaмoсoбирaться, sarebbe molto bello», dice.
Fortunatamente per Sutherland, ha ottenuto un lavoro in un Laboratorio di biologia molecolare (LMB) a Cambridge. La maggior parte di istituti di ricerca fanno i loro dipendenti di generare continuamente nuove opere, ma LMB no. Quindi Sutherland potuto riflettere attentamente, perché fare nucleotidi di RNA è così difficile, e ha trascorso anni, sviluppando un approccio alternativo.
La sua decisione ha portato ad una nuova teoria sull’origine della vita: tutti i componenti chiave della vita avrebbero potuto costituire contemporaneamente.
«In chimica RNA sono stati definiti gli aspetti che non hanno funzionato», dice Sutherland. Ogni nucleotide RNA è costituito da zucchero, della base e del fosfato. Ma forzare lo zucchero e la base di connettersi si è rivelata impossibile. Le molecole non solo di quella forma.
Quindi Sutherland ha cominciato a provare altre sostanze. In ultima analisi, la sua squadra è arrivata a cinque semplici molecole, tra cui un altro zucchero e циaнaмид, in relazione con il cianuro. Queste sostanze chimiche perso attraverso una catena di reazioni e alla fine ha fatto due dei quattro nucleotidi di RNA, non rendendo i singoli di zucchero o di base.
Questo è stato il successo folgorante, che ha fatto Sutherland nome.
Molti osservatori hanno interpretato questi risultati come ulteriore prova a favore del mondo a RNA. Ma lo stesso Sutherland non la pensava così.
«Classica» ipotesi del mondo a RNA sostiene che in primo luogo gli organismi di RNA era responsabile di tutte le funzioni della vita. Ma Sutherland dice che è irrimediabilmente ottimista. Egli ritiene che l’RNA ha una parte importante, ma su di esso tutto il cuneo non tornava.
Invece ha ispirato uno dei suoi ultimi lavori Шoстaкa, che (come abbiamo scoperto in quinta parte) si è combinata RNA-mondo «in primo luogo della riproduzione» con le idee «in primo luogo compartmentalization» Pier Luigi Луизи.
Sutherland è andato anche oltre. Il suo approccio era un «prima di tutto». Voleva un pezzo di gabbia si è riunita per sé da zero. A questo ha portato il suo strano oggetto nella sua sintesi di nucleotidi, che in un primo momento sembrava casuale.
La vita ha bisogno di grasso miscela di sostanze
L’ultimo passo nel processo di Sutherland è stato a lanciare il fosfato di un nucleotide. Tuttavia, ha scoperto che è meglio includere fosfato in miscela fin dall’inizio, perché ha accelerato le prime reazioni. Sembrava che l’inclusione del fosfato, come è necessario in realtà, era un po ‘ «грязнoвaтым» l’azione, ma Sutherland ha scoperto che questo caos è un bene.
E così ha pensato, per quanto caotici devono essere composti. Ai tempi della Terra dovevano esistere decine o centinaia di sostanze chimiche, vela insieme. La ricetta dei fanghi? Forse. Ma il disordine può essere una condizione importante.
La miscela, che Stanley Miller ha preparato nel 1950, di cui abbiamo parlato nella prima parte, erano molto più sporca сaзeрлeндoвыx. Hanno incluso le molecole biologiche, ma Sutherland dice che essi «sono stati in piccole quantità e sono state accompagnate da una quantità enorme di altri, non composti biologici».
Sutherland credeva che l’approccio di Miller è stato abbastanza buono. Era troppo sporco, così buoni sostanze chimiche perso nel mix.
Quindi Sutherland intenzionato a trovare «la chimica di riccioli d’oro»: non è troppo sporco per diventare inutile, ma non troppo semplice per essere limitata nelle funzionalità. Ottenere abbastanza miscela complessa — e tutte le componenti della vita saranno in grado di formare contemporaneamente e trovare l’altro.
In altre parole, quattro miliardi di anni fa sulla Terra c’era un laghetto. È esistito per anni, fino a quando non si sono riuniti le sostanze chimiche. Poi, forse, per qualche paio di minuti è nata la prima cellula.
Una manciata di xимвeщeств non è sufficiente per la vita
Questo può sembrare abbastanza inverosimile, come se le dichiarazioni degli alchimisti medievali. Ma Sutherland solo aggiunto delle prove. Nel 2009 ha rivelato che la stessa chimica che ha permesso di raccogliere i suoi due nucleotidi di RNA, può anche creare molte altre molecole della vita.
Ovvio passo successivo è stato quello di rendere più nucleotidi di RNA. Fino a quando non poteva farlo, ma nel 2010 ha raccolto molecole strettamente correlati, che possono potenzialmente trasformarsi in nucleotidi. Allo stesso modo, nel 2013 ha fatto i precursori di aminoacidi. Questa volta ha dovuto aggiungere cianuro di rame, per forzare la reazione di colatura.
Associate con il cianuro sostanze chimiche hanno dimostrato di essere un tema comune, e nel 2015 Sutherland ha fatto con loro ancora di più. Egli ha rivelato che nello stesso vaso con sostanze chimiche possono essere i precursori dei lipidi, delle molecole che compongono le cellule della parete. Tutte queste reazioni invocato la luce ultravioletta, incluso lo zolfo e il rame come catalizzatore.
La vita ha bisogno di una vera e propria cornucopia xимвeщeств
«Tutti i blocchi sono usciti dal nucleo comune delle reazioni chimiche», dice Shostak.
Se Sutherland ragione, il nostro approccio all’origine della vita negli ultimi 40 anni è radicalmente sbagliata. Da quando è diventato evidente la complessità delle cellule, gli scienziati hanno cominciato a lavorare con l’ipotesi che le prime cellule dovevano essere raccolti poco a poco, pezzo per pezzo.
A seguito di una proposta di Leslie Orgel sul fatto che la prima apparizione di RNA, gli scienziati hanno cercato di «mettere uno di fronte all’altro, e poi ottenere l’ordine», dice Sutherland. Ma pensa che è meglio fare tutto e subito.
«Abbiamo, infatti, messo in discussione l’idea che fare tutto in una volta è troppo difficile», dice. «Sicuramente si può fare blocchi tutti i sistemi di una volta».
Shostak ora sospetta che la maggior parte dei tentativi di rendere le molecole di vita e di raccoglierli in cellule viventi sono falliti per un motivo: gli esperimenti sono troppo puliti.
Gli scienziati hanno usato una serie di sostanze chimiche che sono stati interessati, e lasciando tutti gli altri, che è anche, probabilmente, erano presenti sulla Terra primordiale. Ma il lavoro Sutherland ha dimostrato che l’aggiunta di più prodotti chimici cose in miscela, è possibile creare più di fenomeni complessi.
Shostak, e lui stesso ha affrontato con questo nel 2005, quando ha cercato di mettere un enzima RNA nelle loro прoтoклeткax. Enzima bisogno di magnesio, che ha distrutto la membrana protocelle. La decisione si è rivelata sorprendentemente semplice. Invece di fare di vescicole da un solo acido grasso, loro hanno fatto di una miscela di entrambe le sostanze. Nuovi, «sporco» di vescicole far fronte con magnesio e possano postare lavorano gli enzimi di RNA.
Inoltre, Shostak dice che i primi geni potevano includere un pasticcio.
Il DNA è costituito da piccole molecole — nucleotidi
Moderni organismi utilizzano pulita DNA per il trasferimento di geni, ma di pura DNA, probabilmente, non esisteva all’inizio. Aveva bisogno di una miscela di nucleotidi di RNA e nucleotidi del DNA.
Nel 2012 Shostak ha dimostrato che tale miscela può riunirsi in un «mosaico» delle molecole, che sembra e si comporta quasi come un utile netto di RNA. Questi mescolate la catena di RNA/DNA può anche essere stato ben piegato.
Esce, non ha importanza, possano i primi organismi avere una RNA o pulita DNA. «Ho anche tornato a pensare che il primo polimero è stato molto simile a RNA, così più sporca versione RNA», dice Shostak. Alternative RNA potrebbe essere anche di più, una sorta di MULTINAZIONALI e PNA, di cui abbiamo parlato nella terza parte. Non sappiamo, ci sono sulla Terra o no, ma se sì, i primi organismi potrebbe utilizzare per loro.
È già stato «mondo a RNA», e «il mondo alla rinfusa».
La lezione di questi studi è che fare la prima cella può essere stato così difficile come sembra. Sì, le cellule — macchine complicate. Ma si scopre che continuano a lavorare, anche se non così bene, se loro stupire con noncuranza, come una palla di neve.
Sembra che tali goffo le cellule non hanno avuto alcuna possibilità di sopravvivere sulla Terra primordiale. Ma hanno praticamente non c’era concorrenza, non hanno minacciato nessuno predatori, quindi in molti modi la vita era più facile di adesso.
In gioventù la Terra è costantemente bombardato meteoriti
Tuttavia c’è un problema che non sono riusciti a risolvere Sutherland o Shostak, e questo è un problema serio. Il primo corpo doveva avere un qualche tipo di metabolismo, metabolismo. Fin dall’inizio la vita doveva ricevere l’energia, o morire.
In questo Sutherland d’accordo con Mike Russell, Bill Martin e altri sostenitori di teorie «in primo luogo il metabolismo» della quarta parte. «Mentre RNA-ragazzi avuto con il metabolismo-i ragazzi, entrambi i lati sono stati buoni argomenti», dice Sutherland.
«Il metabolismo deve colatura — echi Shostak. — Fonte di energia chimica — questo è un problema enorme».
Anche se Martin e Russell sbagliano sul tema, che la vita è iniziata la fonti profonde, molti elementi di teoria quasi certamente vere. Uno di loro — il valore dei metalli per la nascita della vita.
Questo enzima nel cuore di metallo
In natura molti enzimi è un atomo di metallo nel nucleo. Spesso è «attiva» parte di un enzima; il resto della molecola agisce supporta la struttura. La prima vita non poteva avere complessi di enzimi, quindi quasi certamente usato «nudo» metalli come catalizzatori.
Günther Вaxтeршaузeр notato questo, quando ha suggerito che la vita si è formata sulla base di pirite di ferro. Allo stesso modo, Russell ha sottolineato che le acque di sorgenti idrotermali sono ricchi di metalli, che possono fungere da catalizzatori e la ricerca di Martin ha rivelato un sacco di enzimi a base di ferro l’ultimo antenato comune universale (LUCA).
Alla luce di questo ha un senso, che molte reazioni chimiche Sutherland si basano su rame (e — come sottolineato Вaxтeршaузeр — zolfo) e RNA in прoтoклeткax Шoстaкa ha bisogno di magnesio.
Può essere così, che le sorgenti idrotermali si troveranno improvvisamente gli elementi essenziali di un puzzle. «Se si guarda al moderno, il metabolismo, la eloquenti le cose, come жeлeзoсeрныe cluster», dice Shostak. Questo dice a sostegno dell’idea dell’aspetto della vita aperture, dove l’acqua è ricca di ferro e di zolfo.
Ma se Sutherland e Shostak sono davvero sulla strada giusta, un aspetto idrotermale teoria del tutto non ha senso: la vita non poteva apparire in un mare profondo.
La vita potrebbe apparire in acque poco profonde
«Chimica, a cui siamo arrivati, molto dipende dalla luce ultravioletta», dice Sutherland. L’unica fonte di radiazione ultravioletta è il Sole, quindi la sua reazione può procedere solo in illuminati luoghi soleggiati. Questo elimina la profonda scenario.
Shostak d’accordo: le acque profonde improbabile che sono stati la culla della vita. Inoltre, sono isolati dalla chimica atmosferica, che è una fonte altamente partenza di materiali come il cianuro.
Ma questi problemi non escludono гидрoтeрмaльную la teoria del tutto. Forse queste fonti erano in acque poco profonde, baciata dal sole e циaнидax.
Il Armen Мулкиджaнянa c’è un’alternativa. Forse la vita è apparsa sulla terra, in origine vulcanica stagno.
O vulcanica di stagno
Мулкиджaнян ha richiamato l’attenzione sulla composizione chimica delle cellule: in particolare, quali sostanze chimiche sono ammesse e quali no. Si è scoperto che le cellule, indipendentemente dal corpo-supporto, contengono un sacco di fosfato, potassio e altri metalli — ma non di sodio.
Attualmente le cellule ricevono il loro pompando materiali in sé, ma le prime cellule, non poteva farlo, perché non avevano un opportuno meccanismo. Quindi Мулкиджaнян ha suggerito che le prime cellule si sono formate dove era circa la stessa composizione di sostanze chimiche, che le moderne celle.
Oceano immediatamente eliminato. In celle molto di più di potassio e fosfato di mare, e molto meno sodio. Ma vengono in mente geotermiche stagni vicino a vulcani attivi. Questi stagni hanno proprio fatto un cocktail di metalli che si trovano nelle cellule.
Шoстaку piace questa idea. «Penso che il mio preferito è lo scenario al momento comprenderà poco profondo lago o stagno sulla superficie in гeoтeрмaльнo area attiva, — dice. — Poi ci sono le sorgenti idrotermali, ma non quelli che nelle profondità dell’oceano, e qualcosa di simile alle fonti di vulcanicamente attive aree per il tipo di Yellowstone».
Chimica Sutherland potrebbe funzionare in questo posto. Queste fonti adatto composizione chimica, il livello dell’acqua varia, a volte tutto è secca, e la radiazione ultravioletta del sole è sufficiente.
O nelle sorgenti calde
Inoltre, Shostak dice che questi stagni sarebbe il suo прoтoклeткaм.
«Protocellule sarebbero relativamente freddi la maggior parte del tempo, che è buono per la copia di RNA e di altri tipi di semplice metabolismo», dice Shostak. «Ma loro ci sarebbe bisogno periodico di riscaldamento,che ha aiutato avrebbe catene di RNA a cadere per il prossimo turno di riproduzione».
I flussi di acqua calda o fredda aiutino прoтoклeткaм condividere.
Basandosi su molti di questi argomenti, Sutherland offre una terza opzione: il luogo di caduta di un meteorite.
Meteoriti caduti sulla Terra costantemente durante il suo primo mezzo miliardo di anni di esistenza — e da allora, anche, a volte cadono. Un buon colpo avrebbe creato condizioni simili a stagni Мулкиджaнянa.
In primo luogo, meteoriti in fondo sono fatti di metallo. La zona di impatto, di solito, ricco di utili metalli come ferro e zolfo. E, soprattutto, impatti di meteoriti si fondono crosta terrestre, che porta alla attività geotermica e riscaldamento dell’acqua.
Sutherland è piccoli ruscelli e fiumi che scorre lungo i pendii di un cratere выщeлaчивaющиe xимвeщeствa sulla base di cianuro di rocce, mentre la radiazione ultravioletta è sparso oltre. Ogni thread porta una particolare miscela di sostanze chimiche, in modo che sviluppano reazioni diverse e prodotto tutta una serie di sostanze chimiche organiche.
O nel cratere di un meteorite
Alla fine, i flussi di scarico in origine vulcanica laghetto sul fondo del cratere. In questo stagno, forse, tutti gli elementi del puzzle sviluppato insieme e si sono formate le prime protocellule.
«Questo è abbastanza specifico scenario», dice Sutherland. Ma ha scelto sulla base di reazioni chimiche con cui ha affrontato. «Fino a questo scenario l’unico compatibile della chimica».
Shostak non è certo così, ma d’accordo con il fatto che l’idea di Sutherland merita attenzione. «Penso che lo script con un colpo perfetto. Credo che l’idea vulcaniche sistemi può anche funzionare. Entrambe le teorie ci sono buoni argomenti».
Fino a che il dibattito si svolgerà ulteriormente. Ma la decisione dipenderà dalla chimica e protocelle. Se si scopre che uno degli scenari manca di importante sostanza chimica o qualcosa distrugge le protocellule, da lui a dover rinunciare.
Ma per la prima volta nella storia, siamo in grado di ottenere una completa spiegazione di come è iniziata la vita.
Fino a che l’approccio «tutto e subito» Шoстaкa e Sutherland offre solo abbozzati narrazione. Ma questi passaggi sono stati sviluppati sulla base di decenni di sperimentazione. Anche questo approccio si basa su tutte le altre ipotesi dell’origine della vita. Si è cercato di utilizzare tutti i loro lati buoni, tuttavia, risolvere tutti i loro problemi. Ad esempio, egli non distrugge l’ipotesi di Russell di sorgenti idrotermali, ma piuttosto include i suoi migliori elementi.
Naturalmente, non possiamo sapere con certezza che è accaduto quattro miliardi di anni fa. «Anche se si è costruito un reattore e da esso uscì escherichia coli… questo non dimostra che sia andata così», dice Martin.
La cosa migliore che possiamo fare è comporre una storia, che è coerente con tutte le prove: con gli esperimenti nel campo della chimica, con le nostre conoscenze sull’della Terra, con quello che dice la biologia delle più antiche forme di vita. Finalmente, dopo un secolo di sforzi ardui, la storia comincia a emergere.
E questo significa che ci stiamo avvicinando ad uno dei più importanti punti di non ritorno nella storia umana: dopo di che, si apprende la storia della comparsa della vita sulla Terra. Tutte le persone che sono morte prima di Darwin pubblicò «l’Origine delle specie» nel 1859, non aveva idea da dove arriva l’uomo, perché non sapeva nulla circa l’evoluzione. Ma qualsiasi vive oggi può scoprire la verità circa il nostro rapporto con gli animali.
Allo stesso modo qualsiasi nato dopo l’uscita di Yuri Gagarin in orbita attorno alla Terra nel 1961, ha vissuto in una società che può andare ad altri mondi. Viaggi spaziali sono diventati una realtà, anche se noi stessi non hanno partecipato.
Questi fatti cambiare il nostro sguardo sul mondo. Essi ci rendono più saggi. L’evoluzione ci insegna ad amare ogni essere vivente, perché discendiamo tutti da un antenato comune. Viaggi spaziali permettono di visualizzare su altri mondi da lontano, per vedere tutta la loro unicità e la fragilità.
Alcuni dei viventi la gente di oggi saranno i primi nella storia, che sarà in grado di affermare con certezza che sappiamo esattamente da dove sono venuti. Saranno di sapere come è stato il nostro primo antenato e dove viveva.
Questa conoscenza cambierà noi. A puro livello scientifico si racconta, quanto è probabile che la nascita della vita nell’Universo e dove trovarla. E ci racconta l’essenza della vita. Ma possiamo sapere che tipo di conoscenza si apriranno a noi dopo che, come andremo a scoprire il segreto della vita? È improbabile.
Per i BBC
Il mistero della comparsa della vita sulla Terra. Parte sesta: la grande associazione
Ilya Hel