Kaip Prasidėjo Gyvenimas: Nauji Tyrimai Siūlo Paprastą Požiūrį

{h1}

Mokslininkai mano, kad pirmosios gyvybės formos augo, dauginosi ir vystėsi be sudėtingų molekulių, kurios šiandien apibūdina biologiją.

Kažkur Žemėje, beveik prieš 4 milijardus metų, molekulinių reakcijų rinkinys apvertė jungiklį ir tapo gyvybe. Mokslininkai bando įsivaizduoti šį animacinį įvykį, supaprastindami procesus, apibūdinančius gyvus dalykus.

Nauji tyrimai rodo, kad supaprastinimą reikia tęsti toliau.

Visi šiuo metu žinomi organizmai pasikliauja DNR, kad replikuotųsi, ir baltymais, kad galėtų valdyti ląstelių mechanizmus, tačiau greičiausiai šie dideli molekulės, sudėtingi tūkstančių atomų audiniai, neatsirado pirmuosius organizmus panaudoję.

„Gyvenimas galėjo prasidėti nuo mažų molekulių, kurias gamta suteikė“, - sako Niujorko universiteto chemikas Robertas Shapiro.

Shapiro ir kiti tvirtina, kad pirmosios gyvybės formos buvo savarankiški chemijos eksperimentai, kurie augo, dauginosi ir netgi vystėsi nereikalaudami sudėtingų molekulių, apibrėžiančių biologiją, kaip mes ją dabar žinome.

Pirminė sriuba

Dažnai pasakojama gyvybės kilmė yra ta, kad sudėtingi biologiniai junginiai, atsitiktinai surinkti iš organinio sultinio ankstyvajame Žemės paviršiuje. Ši ikibiozinė sintezė baigėsi tuo, kad viena iš šių biologinių molekulių galėjo pasidaryti save.

Pirmasis palaikymas šiai gyvenimo idėjai, kylančiai iš pirmapradės sriubos, buvo gautas iš garsaus 1953 m. Atlikto Stanley Millerio ir Haroldo Urey eksperimento, kurio metu jie pagamino aminorūgštis - baltymų statybinius blokus - uždėdami kibirkščius ant vandenilio mėgintuvėlio, metanas, amoniakas ir vanduo.

Jei aminorūgštys galėtų susidaryti iš neapdorotų ingredientų, manoma, kad per pakankamai laiko galėtų susidaryti didesnės, sudėtingesnės molekulės. Biologai sugalvojo įvairius scenarijus, kai šis susirinkimas vyksta potvynių baseinuose, šalia povandeninių vulkaninių angų, molio nuosėdų paviršiuje ar net kosmose.

Bet ar pirmieji sudėtingų molekulių baltymai ar DNR ar dar kažkas buvo? Biologai susiduria su vištienos ir kiaušinio problema, nes baltymai reikalingi DNR replikacijai, tačiau DNR yra būtina norint nurodyti baltymus.

Todėl daugelis tyrinėtojų mano, kad RNR - DNR pusbrolis - galėjo būti pirmoji sudėtinga molekulė, kuria rėmėsi gyvybė. RNR neša genetinę informaciją, pavyzdžiui, DNR, tačiau ji taip pat gali nukreipti chemines reakcijas, kaip tai daro baltymai.

Pirmiausia metabolizmas

Tačiau Shapiro mano, kad šis vadinamasis „RNR pasaulis“ vis dar yra per daug sudėtingas, kad būtų gyvybės kilmė. Informaciją pernešančios molekulės, tokios kaip RNR, yra molekulių „bitai“. Pirmykštėje sriuboje būtų pilna dalykų, kurie nutrauktų šias sekas, kol jie užaugs pakankamai ilgi, kad būtų naudingi, sako Shapiro.

„Pačioje pradžioje jūs negalėjote turėti genetinės medžiagos, kuri galėtų save nukopijuoti, nebent tada buvote chemikai, o tai darėte už jus“, - pasakojo Shapiro „WordsSideKick.com“.

Dideli gyvenimo klausimai

Kada? Seniausios žinomos fosilijos, vadinamos stromatolitais, yra maždaug 3,5 milijardo metų. Nors šios kolonijinės struktūros yra diskutuojamos, atrodo, kad jos buvo suformuotos fotosintetinant melsvabakterius (mėlynai žalius dumblius). Paprastesni organizmai greičiausiai atsirado anksčiau.

Kur? Pagrindinės konkuruojančios teorijos yra karštasis startas ir šaltasis startas. Viena teigia, kad pirmasis gyvenimas sieros chemiją padėjo šalia karšto vulkaninės angos, o kitas teigia, kad norint turėti stabilias biologines molekules, temperatūra turėjo būti vėsesnė.

Ką? Genetinė analizė rodo, kad hipertermofilai sėdi prie gyvybės medžio šaknies, tai reiškia senovės kilmę. Bet tai nereiškia, kad šie karštai mylintys mikrobai pirmieji įkvėpė gyvybės; jie galėjo tiesiog išgyventi meteorito smūgius, kurie sunaikino visa kita pirmykštėje Žemėje. Dar aiškiau yra tai, kad pirmieji organizmai buvo anaerobiniai, nes ankstyvoje planetos atmosferoje buvo mažai deguonies.

Vietoj sudėtingų molekulių gyvenimas prasidėjo nuo mažų molekulių, sąveikaujančių uždaru reakcijų ciklu, Shapiro teigia birželio mėnesio numeryje Ketvirtinė biologijos apžvalga. Šios reakcijos duotų junginius, kurie grįžta į ciklą ir sukuria vis augantį reakcijų tinklą.

Visa tarpusavyje susijusi chemija gali būti sudėti į paprastas membranas arba tai, ką fizikas Freemanas Dysonas vadina „šiukšlių maišais“. Jie gali pasidalyti taip, kaip tai daro ląstelės, kiekviename naujame maišelyje su cheminėmis medžiagomis, kad būtų galima pradėti ar pakartoti pradinį ciklą. Tokiu būdu būtų galima perduoti „genetinę“ informaciją.

Be to, sistema galėtų vystytis sukurdama sudėtingesnes molekules, kurios geriau atliktų reakcijas nei mažos molekulės. „Sistema išmoktų sudaryti šiek tiek didesnes molekules“, - sako Shapiro.

Ši gyvybės kilmė, pagrįsta mažomis molekulėmis, kartais vadinama „metabolizmu pirmiausia“ (priešingai nei RNR pasaulyje su „genais pirmiausia“). Atsakydamas į kritikus, teigiančius, kad mažų molekulių chemija nėra organizuota taip, kad būtų galima sukurti gyvybę, Shapiro pristato energetiškai palankios „vairuotojo reakcijos“ koncepciją, kuri veiktų kaip nuolatinis variklis įvairiems ciklams vykdyti.

Pirmasis evoliucijos žingsnis

Galimas kandidatas į Shapiro vairuotojo reakciją galėjo būti neseniai aptiktas povandeniniame mikrobiote, Metanosarcina acetivorans, kuris valgo anglies monoksidą ir pašalina metaną ir acetatą (susijusius su actu).

Biologas Jamesas Ferry ir geochemikas Christopheris House iš Penno valstijos universiteto nustatė, kad šis primityvus organizmas gali gauti energijos iš acetato ir mineralinio geležies sulfido reakcijos. Palyginti su kitais energiją naudojančiais procesais, kuriems reikia dešimtys baltymų, ši acetato pagrindu sukurta reakcija vyksta tik dviejų labai paprastų baltymų pagalba.

Šio mėnesio numeryje tyrėjai siūlo Molekulinė biologija ir evoliucija kad šis pašalintas geocheminis ciklas buvo tas, kurį pirmieji organizmai panaudojo savo augimui skatinti. „Šiame cikle atsirado visa evoliucija“, - sako Ferry. "Tai yra viso gyvenimo tėvas".

Shapiro skeptiškai vertina: kažkas turėjo suformuoti abu baltymus. Tačiau jis mano, kad šis atradimas gali nukreipti teisinga linkme. „Mes turime leisti gamtai mus pamokyti“, - sako jis.


Vaizdo Papildas: .




Tyrimas


Aptiktas Mažiausias Pasaulyje Mamutas
Aptiktas Mažiausias Pasaulyje Mamutas

Ar Auksinė Žuvelė Teikia Pirmenybę Bachui Ar Stravinskiui?
Ar Auksinė Žuvelė Teikia Pirmenybę Bachui Ar Stravinskiui?

Mokslas Naujienos


Timbuktu: Fabled Mokymosi Centro Istorija
Timbuktu: Fabled Mokymosi Centro Istorija

Kodėl Sugenda Kompiuteriai?
Kodėl Sugenda Kompiuteriai?

Būti Šunų Mylėtoju Gali Būti Tavo Genuose
Būti Šunų Mylėtoju Gali Būti Tavo Genuose

Per Karšta Tvarkyti: 7 Žvarbios Vietos Žemės Planetoje
Per Karšta Tvarkyti: 7 Žvarbios Vietos Žemės Planetoje

Albumas: Keistokos Varlės, Driežai Ir Salamandros
Albumas: Keistokos Varlės, Driežai Ir Salamandros


LT.WordsSideKick.com
Visos Teisės Saugomos!
Dauginti Jokių Medžiagų Leidžiama Tik Prostanovkoy Aktyvią Nuorodą Į Svetainę LT.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LT.WordsSideKick.com