Рубрики
В нaчaлe 2000-x гoдoв, учeныe выдeлили двe oснoвныe идeи o тoм, кaк мoжeт выглядeть жизнь. Стoрoнники «РНК-мирa» были убeждeны, чтo жизнь нaчaлaсь с сaмoвoспрoизвoдящeйся мoлeкулы. В тo жe врeмя, нaучныe рaбoтники в пoлe «снaчaлa мeтaбoлизм» считaют, чтo жизнь мoглa пoявиться вo рту истoчникoв нa днe oкeaнa. И в любoм случae нa пeрвый плaн вышлa трeтья идeя.
Чaсть пeрвaя: кaк сдeлaть клeтку?
Чaсть втoрaя: рaскoл в рядax учeныx
Чaсть трeтья: в пoискax пeрвoгo рeпликaтoрa
Чaсть чeтвeртaя: энeргия прoтoнoв
Кaждoe живoe сущeствo нa Зeмлe сoстoит из клeтoк. Кaждaя клeткa являeтся пo сущeству мяч мягкий, жeсткий чexoл снaружи стeны, или «мeмбрaнa». Зaдaчa клeтoк — дeржaть всe нeoбxoдимыe элeмeнты вмeстe. Eсли внeшняя стена ломается, внутри выльется наружу, и клетка умирает, так как выпотрошенный человек.
Стены снаружи клеток настолько важна, что некоторые исследователи происхождения жизни даже поверить, что она появилась прежде всего. Они считают, что подходы «в первую очередь генетика», которые мы обсуждали во второй части, и «сперва метаболизм», которые мы обсуждали в четвертой части, являются ошибочными. Их альтернатива — «во-первых компартментализация» — презентация от Пьера Луиджи Луизи Университета рома тре в риме, Италия.
Все живые существа состоят из клеток
Идея Луизи легко, и с ней трудно спорить. Каким образом вы собираетесь создать работу метаболической системы или самовоспроизводящуюся РНК, каждый из которых опирается на наличие большого количества химических веществ в одном месте, если прежде не сделать контейнер, который удерживает все молекулы вместе.
Если вы согласны, существует только один способ, с которой могла начаться жизнь. Каким-то образом, тепло, и шторм Земли, делая различные материалы, сырые форматы исходных клеток, или «протоклеток, над». Остается только повторить в лаборатории: создать простой живой клетки.
Идеи Луизи может быть прослежена до Александра Опарина и на заре науки о происхождении жизни в СОВЕТСКОМ союзе, которые мы обсудили в первой части. Опарин отметил тот факт, что некоторые химические вещества образуют сгустки — коацерваты, — которые могут держать другие вещества внутри. Он предположил, что коацерваты были первыми протоклетками.
Любой жир или маслянистое вещество будет образовывать сгустки или фильм в воде. Эти химические вещества, как известно, в целом, как липиды. Соответственно, предположение, что с ними начало жизни, называется «липиды и мира».
Но просто сформировать сгустки не достаточно. Они должны быть стабильными, иметь возможность поделиться «сын» сгустков и немного, чтобы проверить, что приходит внутри и снаружи наружу — и все это без сложных белков, которые используют современные клетки для этих задач.
Появилась задача состоит в том, чтобы собрать протоклеток, над все необходимые материалы. Несмотря на многочисленные попытки в течение многих лет, Луизи и ничего не сделал, хотя и более или менее убедительно. А затем, в 1994 году, имел мужество, чтобы сделать смелое предположение. Он предположил, что первых протоклеток, над должны содержать РНК. Кроме того, эта РНК должна быть в состоянии воспроизвести внутри протоклеток, над.
Как клетки еще не появился
И вот, его гипотеза стала очень сложной и отошла от чистого подхода «в первую очередь компартментализация». Но Луизи были веские причины.
Ячейки с внешними стенами, но без внутренностей, мало что может сделать. Возможно, он мог бы делиться на дочерние клетки, но не дали никакой информации о себе потомства. Вы можете начать расти и стать более сложной задачей только в присутствии определенных генов.
Вскоре эта идея нашла сильный сторонник в лице Джека Шостака, что на тему «мира РНК» мы изучали в третьей части. Луизи был членом поле «во-первых раздробленности», Шостак заявил, «во-первых генетика», и в течение многих лет, я никогда не встречались лицом к лицу.
Почти всю жизнь cell
«Мы встречались на собраниях на тему происхождения жизни и затевали эти долгие дискуссии на тему, что было самым важным и что является первым», — вспоминает Шостак. «Наконец, мы поняли, что клеток было и то, и другое. Мы приходим к мнению, что для возникновения жизни важно иметь и раздробленности, и генетическая система».
В 2001 году Шостак и Луизи изложил свое видение этого подхода в форме. В работе, опубликованной в Родной город, они сказали, что должны быть в состоянии создать простой живой клетки с нуля, отправив реплицирующуюся РНК в обычной капли жира.
Это была радикальная идея. Очень скоро Шостак решил полностью посвятить себя ей. Рассуждения, что «мы не можем подвергнуть эту теорию, что не поддержал», он решил начать экспериментировать с протоклетками.
После двух лет Шостак и двое его коллег объявили большой успех.
Мокнутия простые контейнеры состоят из липидов
Они экспериментировали с везикулами: капли сферические с двух слоев жирных кислот на внешней стороне и центральное ядро жидкости. Пытаясь найти способ, чтобы ускорить создание пузырьков, они добавили мелкие частицы глины под названием монтмориллонит. Волдыри начали формироваться в 100 раз быстрее. Поверхность глины выступили катализатором, как своего рода фермент.
Кроме того, волдыри могут поглощать как частица монтморрилонита, и цепи РНК с поверхности глины. Теперь эти протоклеток, над уже содержал гены и катализатор, и все, от простой добавки. Решение добавить монтмориллонит было принято не только. На протяжении десятилетий многие работы предположили, что монтмориллонит и аналогичные глины может иметь важное значение для возникновения жизни.
Кусок монтмориллонита
Монтмориллонит является обычная глина. В настоящее время используется для различных вещей, и даже наполнитель для кошачьего туалета делают. Образуется, когда вулканический пепел разбивается время. Потому что раньше Земля была полна вулканов, представляется вероятным, что было на нем, и много монтмориллонита.
В 1986 году химик Джеймс Феррис, показало, что монтмориллонит является катализатором, который помогает сформировать органических молекул. Позже он обнаружил, что глины, также ускоряет формирование малых РНК.
И тогда Феррис предположил, что эта невзрачная глина может быть местом рождения жизни. Шостак взял эту идею и пообещал в своей работе, используя монтмориллонита для строительства их протоклетки. Год спустя, Шостак обнаружил, что его протоклеток, над могут расти самостоятельно.
Больше молекул РИБОНУКЛЕИНОВОЙ кислоты оказалось в протоклетке, тем больше было давление на внешней стене. Кажется, что желудок протоклеток, над был забит, и она была готова какать. Чтобы компенсировать это, она взяла больше жирных кислот, и включаем их в стены, и благодаря тому, раздулась еще больше, и он ослабил напряжение.
То, что важно, он принял жирных кислот, чем другие протоклетки, в которых было меньше РНК, легко упасть. Если протоклеток, над соперничали и то, что было больше, чем РНК, выиграть. Но если протоклеток, над могут расти, они могут поделиться? Если протоклетки Шостака воспроизвести себя?
Клетки делятся в двух
Первые эксперименты Шостака, показали, что способ разделения протоклетки на самом деле. Сжатие в маленькое отверстие и вытянуть в трубочку, она разрывается, формируя «сын» протоклеток, над. Эта идея была хорошей, потому что в нем не принял участие ни один механизм, мобильный телефон: просто давление. Но такое решение не было лучшим, потому что протоклеток, над потерял часть содержания в этом процессе. Это также означало, что первые клетки могут делиться только проталкиваясь через маленькие отверстия.
Есть много способов, чтобы заставить пузырьки поделиться. Например, вы можете добавить сильный поток воды. Осталось только убедить протоклеток, над поделиться и не потерять кишки. В 2009 году Шостак и его ученик Тин Чжу нашел решение. Они сделали чуть более сложными с протоклеток, над наружными стенами в несколько слоев, что напоминает слои лука. Несмотря на эту сложность, эти протоклеток, над еще было просто создать.
Когда Чжу них, чтобы поесть жирных кислот, протоклеток, над вырос и изменил форму, тянется долго, канатоподобные цепи. После она становилась достаточно длинной, легкой приложенной силы достаточно, чтобы разбить ее на десятки мелких компаний, контролируемых протоклетки.
Каждый филиал протоклетки, содержащие РНК отец протоклеток, над и не потеряла ни РНК. Кроме того, протоклеток, над может повторить цикл непрерывный, сын протоклеток, над росли и делились. Это часть проблемы, кажется, решили.
В последующих экспериментах Чжу и Шостак нашла еще несколько способов для протоклеток, над поделиться. Но в любом случае протоклеткам очень не хватает. Луизи хотел протоклеток, над тиражировали РНК, но РНК просто сидит в них, и я ничего не сделал. Для того, чтобы показать, что его протоклеток, над может быть первая жизнь на Земле, Шостаку нужно было заставить РНК внутри них играть.
Это не было легко, потому что, несмотря на десятилетия попыток, описанных в третьей части, — никто так и не смог РНК самовоспроизводиться. Этот же вопрос, он толкнул Шостака в углу в течение его первых работах о «мире РНК», и никому не удалось решить. Затем он вернулся и перечитал работа Лесли Оргел, что так долго работал гипотеза РНК-мира. В этих пыльных документов, представленных ценные подсказки.
Org провел много времени с 1970 по 1980, изучая копирование цепи РНК.
Первая ячейка должна содержать химия жизни
На самом деле, все просто. Возьмите цепь РНК и набора нуклеотидов. Таким образом, с помощью этих нуклеотидов, собирать второй цепи РНК, комплементарной первой. Например, цепь РНК «CGC» производить комплементарной цепи «GCG». После того как вы сделали это два раза, вы получаете копию оригинального «CGC», с небольшим отклонением.
Org обнаружили, что, при определенных обстоятельствах, цепи РНК могут быть скопированы таким образом, без какой-либо помощи ферментов. Возможно, именно так, жизнь он создал копию из их генов.
В 1987 году, Org вы можете взять цепь РНК длиной в 14 нуклеотидов и создать дополнительные цепи длиной даже в 14 нуклеотидов. Больше он сделать не удалось, но этого было достаточно, чтобы заинтриговать Шостака. Его ученица Катажина Адамала он пытался вызвать реакцию в протоклетках.
Они обнаружили, что для функционирования такой реакции нужен магний. Но магний уничтожил протоклеток, над. Однако это было простое решение: цитрат, который почти идентичен лимонной кислоты, которая присутствует во всех живых клетках.
В исследовании, опубликованном в 2013 году, они добавили город и обнаружили, что обволок магния, защищая протоклеток, над и позволяет модели продолжения копирования. Иными словами, они сумели сделать то, что Луизи, предложенный в 1994 году. «Мы запустили химической репликации РНК внутри этих жирных кислот везикул», — говорит Шостак.
Протоклеток, над Шостака могут жить в сильном жару
Всего за десять лет исследований команда Шостака удалось совершить невероятное.
Они создали протоклеток, над, которые сохраняют свои гены, отбирая полезные молекулы снаружи. Эти протоклеток, над могут расти и делиться, и даже конкурировать между собой. РНК может быть воспроизведен внутри них. С какой стороны ни глянь, были, как и прежде.
Еще были очень упорными. В 2008 году группа Шостака обнаружили, что эти протоклеток, над могут испытать нагрев до 100 градусов по Цельсию, температура, которая разрушает большинство клеток сегодня. В результате, эти протоклеток, над похожи на первый в жизни, которые нужно переживать сильное тепло от постоянных ударов метеоритов.
«Шостак делает большую работу», — говорит Армен Мулкиджанян.
Тем не менее, на первый взгляд, подход Шостака в отличие от 40 лет исследований происхождения жизни. Вместо того, чтобы волноваться «во-первых воспроизведения» или «во-первых компартментализацией», он решил сделать обе вещи.
Молекулы жизни ведут себя очень сложно
Это открывает путь к новому подходу к исследованию происхождения жизни — один, единый, унифицированный подход. Должен охватывать все функции, первая жизнь сразу и одновременно. В этом случае «прежде всего», он уже собрал достаточно доказательств, и может решить все существующие проблемы, идеи. Подробнее о ней — в следующей части.
Тайну происхождения жизни на Земле. Часть пятая: как можно создать клетку?
Илья Хель