Рубрики
В нaчaлe 1950-x гoдoв, учeныe oтoшли дaлeкo oт прeдпoлoжeния, чтo жизнь-этo дaр бoгoв. Вмeстo этoгo oни нaчaли исслeдoвaть вoзмoжнoсть, чтo жизнь нa рaннeй Зeмлe сфoрмирoвaлaсь спoнтaннo, и, кoнeчнo, — и блaгoдaря знaкoвoму экспeримeнт Стэнли Миллeрa дaжe былo нeмнoгo прaктики в пoддeржку этoй идeи.
Чaсть пeрвaя: кaк сдeлaть клeтку?
В тo врeмя кaк Миллeр пoстaрaлись сдeлaть мaтeриaл o жизни с нуля, другиe учeныe выяснили, oт кaкиx гeнoв oн сoстoит. В тo время многие биологические молекулы стали известны. Сахар, жиры, белки и нуклеиновые кислоты, как «дезоксирибонуклеиновая кислота», или ДНК, если кратко.
Сегодня мы привыкли к тому, что ДНК несет наши гены, но для биологов 1950-х годов-это был шок. Более сложные протеины, поэтому ученые считали, что они являются гены.
В 1952 году эта идея опроверг Альфред Херши и Марта Чейз из института Карнеги в Вашингтоне. Они изучили простые вирусы, которые содержат только ДНК и белка, и что они должны заразить бактерии, для того чтобы быть воспроизведены. Они обнаружили, что бактерия попадает вирусной ДНК, но и белки, остаются вне. Очевидно, что ДНК-это генетический материал.
Выводы Херши и Чейз начали неистовой гонки, чтобы выяснить структуру ДНК и как она работает. В следующем году эту проблему решили Фрэнсис Крик и Джеймс Уотсон в Университете Кембриджа в великобритании, с неоценимой помощью своих коллег-Старый Франклин.
Их открытие стало одним из величайших научных открытий 20-го века. Он также революционизировал исследования происхождения жизни, открывая невероятную сложность, что таилось внутри живых клеток.
Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик с их модель ДНК
Крик и Уотсон понял, что ДНК-это двойная спираль, как винтовой лестнице. Два «полюса» лестнице в ряд молекул-нуклеотидов.
Эту структуру он объяснил, как клетки копируют свою ДНК. Другими словами, она показала, как родители делают копии своих генов и передают детям.
Ключевым моментом является то, что эта двойная спираль может быть «распаковать». Это обнажает генетический код, состоящий из последовательности генетических оснований A, T, C и G, которые, как правило, застрял в ступеньках лестницы ДНК. Каждая цепь используется в качестве шаблона для того, чтобы воссоздать копию.
С помощью этого механизма гены передаются от родителей к ребенку с самого начала жизни. Гены были переданы древние бактерии — и с каждым шагом, скопированные с помощью механизма обнаружена Крик и Уотсон.
Крик и Уотсон изложил свои выводы в статье в Nature в 1953 году. В ближайшие несколько лет, биохимики пытаются понять, какие именно сведения перемещении ДНК и как эти сведения используются в живых клетках. Впервые самые сокровенные тайны жизни были выставлены на выставке.
Оказалось, что ДНК делает только работа. ДНК говорит, что клетки, как сделать протеины: молекулы, которые выполняют более важные задачи. Без белка вы не могли бы переваривать пищу, и ваше сердце остановилось, и дышать было бы невозможно.
Но процесс использования ДНК для создания белков, оказалась крайне запутанной. Это стало большой проблемой для тех, кто пытается объяснить происхождение жизни, поскольку трудно представить, как что-то, а комплекс в целом может появиться само по себе.
Каждый белок представляет собой цепочку аминокислот, соединенных в определенном порядке. Последовательность этих аминокислот определяет трехмерную форму белка, и, следовательно, его назначение.
Эта информация закодирована в последовательности оснований ДНК. Таким образом, когда клетка это необходимо сделать, особенно протеина, он читает соответствующий ген в ДНК, чтобы получить последовательность аминокислот.
Но есть один нюанс. ДНК-это очень важно, так что клетки предпочитают держать его в безопасности. Поэтому копирование информации с ДНК на короткие молекулы другого вещества, РНК (рибонуклеиновая кислота). Если ДНК-это книги из библиотеки, РНК-это кусок бумаги с важной экспозиции. РНК ДНК похожи, только, что она всегда цепи.
И, наконец, процесс трансформации информации в этой цепи РНК в белок происходит в чрезвычайно сложной молекулы, называемой «рибосома». Этот процесс происходит в каждой живой клетке, даже самой простой бактерии. Это так важно для жизни, как пища и воздух. Любое объяснение происхождения жизни в том, чтобы показать, как этот комплекс троице — ДНК, РНК и белков рибосомы — появился и начал работать.
Клетки могут быть невероятно сложными
И вдруг идеи Опарина и холдейна уже кажутся наивными и простыми, и эксперимент Миллера, который произвел ряд аминокислот, и не любитель. Его исследования были лишь первым шагом на долгой дороге.
«ДНК делает РНК, сделать протеины, и все закрыто в мешок химических веществ», говорит Джон Сазерленд. «Вы смотрите и поражаетесь, как это трудно. Что мы должны сделать, чтобы найти органическую химию, что будет делать все это за один раз?».
Первый человек, который попытался прямо ответить на этот вопрос, стал английский химик Лесли Оргел. Является одним из первых увидел модель ДНК Крика и Ватсона, а затем помог НАСА с помощью программы «Викинг», по которой на Марсе были отправлены спускаемый аппарат.
Org, чтобы упростить задачу. В 1968 году, при поддержке Крик, он предположил, что до жизни, не было белка или ДНК. Вместо этого почти полностью была сделана из РИБОНУКЛЕИНОВОЙ кислоты. В данном случае, первичной молекулы РНК, должно быть, в частности разносторонни. С одной стороны, они должны быть в состоянии создать копии себя, видимо, используя тот же механизм образования пар, что и ДНК.
Идея, что жизнь началась с РНК, имел огромное влияние. И разразила научного войны, которая продолжается до сих пор.
ДНК лежит в основе всех живых существ
Если предположить, что жизнь началась с РНК, и что-то другое, Org в самом деле предположил, что одним из наиболее важных аспектов жизни — его способность воспроизводить себя, — он появился на всех остальных. В некотором смысле, он предположил, не только, как жизнь появилась: он предположил, что-то о сущности жизни.
Многие биологи согласны с идеей Org «во-первых воспроизведения». В теории дарвиновской эволюции способность производить потомство находится в самом центре: это единственный способ для организма «победа» — оставить детей.
Но в жизни есть и другие функции, которые кажутся в равной степени важны. Наиболее очевидным является обмен веществ: способность извлекать энергию из окружающей среды и использовать его, чтобы сохранить свою жизнь. Для многих биологов метаболизм определяет основная суть жизни, и играть уже поздно.
Таким образом, начиная с 1960-х годов в ряду ученых, которые изучают происхождение жизни, есть раскол.
«Разделение было «сперва метаболизм» против«, в первую очередь генетики», — говорит Сазерленд.
В то же время третья группа поддерживает предположение, что сперва появился контейнер для ключевых молекул, что не позволяет им запутаться. «Изолированность должна быть первой, потому что не имеет смысла держать ваш метаболизм, если вы не компартментализован», — говорит Сазерленд. Другими словами, она должна быть клетка — как отметил Опарин и Холдейн за несколько десятков лет до этого — возможно закрыта мембраной из простых жиров и липидов.
Все три идеи приобрели сторонников и сохранились до наших дней. Ученые страстно поддерживали его идеи, иногда даже полностью слепой. Смятение в рядах ученых достигла апогея, и журналисты, на результаты, некоторые часто говорят, что «другие ученые тупые» или еще хуже.
Спасибо Оргелу, идея начала жизни с РНК обновилась движение к решению. Потом он пришел в 1980 году, и вместе с ними произошло открытие, что в значительной степени подтверждает идею Org.
РНК может быть ключ к началу жизни
Продолжается…
Загадка появления жизни на Земле. Часть вторая: раскол в рядах ученых
Илья Хель