Жизнь зародилась в теплых маслянистых лужах? — «наука»
Биохимик Дэвид Димер считает, что жизнь развивалась из скопления взаимодействующих молекул, показавшихся в какой-нибудь луже в тени вулкана.
Последние 40 лет Дэвид Димер (David Deamer) одержим мембранами. В случае если конкретно, его бросились в глаза к себе клеточные мембраны, как именуют маслянистую оболочку, в которой заключены отечественные клетки. Они кажутся ничем не примечательными, но Димер, трудящийся биохимиком в Калифорнийском университете в Санта-Крузе, уверен, что эти мембраны стали обстоятельством появления судьбы.
Он уверен в том, что на ранних стадиях развития Почвы мембраноподобные структуры обволакивали химические вещества и являлись инкубатором для происхождения реакций, из-за которых показались первые биологические молекулы.
Одной из величайших начальных задач для происхождения судьбы было превращение несложных и простых молекул в сложные молекулярные образования. Самым серьёзным результатом данного процесса стало появление рибонуклеиновой кислоты, которую ученые в далеком прошлом уже вычисляют первой биологической молекулой. РНК это полимер, химическая цепочка, складывающаяся из повторяющихся звеньев.
Доказано, что в условиях, похожих на ранние земные, появиться таким образованиям было очень тяжело.
Коллектив Димера продемонстрировал, что мембрана может не только являться коконом для таких химических метаморфоз, но и деятельно подталкивать эти процессы. Мембраны складываются из липидов — жирных и маслянистых молекул, каковые не растворяются в воде и смогут спонтанно образовывать маленькие скопления. В 1980-е годы Димер показал, что ингредиенты для создания таких скоплений на Земле в ее ранней стадии развития имелись в изобилии.
Он отыскал и собрал формирующие мембраны сложные химические вещества с метеорита Мерчисона, взорвавшегося в небе над Австралией во второй половине 60-ых годов двадцатого века. Позднее Димер понял, что липиды оказывают помощь вырабатывать полимеры РНК, а после этого покрывают их защитной оболочкой, создавая примитивные клетки.
Сейчас ученый развил собственную идею начального формирования мембран, создав комплексную концепцию происхождения судьбы. В соответствии с таковой модели, протоклетки на Земле на раннем этапе ее существования складывались из различных компонентов. Кое-какие из этих ингредиентов имели возможность содействовать происхождению протоклетки, стабилизировав ее предохранительную оболочку или дав ей доступ к источнику энергии.
В какой-то момент одна либо более РНК выработали свойство к репродуцированию, и начала появляться жизнь в известной нам форме.
Димер уверен в том, что вулканические массивы суши, подобные сегодняшней Исландии, имели возможность стать благоприятной средой для появления таких протоклеток. Бассейны пресной воды, рассеянные по выбрасывающим пар гидротермальным участкам земной поверхности, циклически нагревались и остывали. На протяжении таких циклов имели возможность накопиться нужные ингредиенты, включая элементы и липиды структуры РНК, и имела возможность появиться энергия, нужная для соединения таких элементов в биологические полимеры.
на данный момент Димер пробует воссоздать такие условия в лаборатории. Его цель — синтезировать полимеры РНК и ДНК.
Обозреватель Quanta Magazine побеседовал с Димером на протяжении конференции о происхождении судьбы, которая прошла в начале года в Галвестоне, штат Техас. Ниже приводится отредактированная и сокращенная версия этого интервью.
Quanta Magazine: Какие конкретно самые большие успехи у ученых, стремящихся осознать истоки происхождения судьбы? Какие конкретно вопросы еще предстоит решить?
Дэвид Димер: Мы добились больших удач с 1950-х годов. Мы заключили , что изначально жизнь зародилась как минимум 3,5 миллиарда лет назад, а я считаю, что примитивные формы судьбы показались еще раньше — четыре миллиарда лет назад. Мы кроме этого знаем, что в некоторых метеоритах находятся базисные составляющие судьбы.
Но нам до сих пор неизвестно, как сформировались первые полимеры.
— У ученых нет единого мнения по поводу определения судьбы. НАСА внесла предложение рабочее определение: развивающаяся совокупность, способная к самовоспроизводству. Этого достаточно?
— Жизнь не поддается несложному абстрактному определению. В то время, когда я пробую дать определение судьбы, я складываю воедино целый комплект из десятка черт, каковые не подходят ни к чему неживому. Кое-какие из них весьма несложны: размножение, эволюция и метаболизм.
Жизнь на Марсе
Aeon Magazine15.02.2016В то время, когда зародилась жизнь на Земле?
Smithsonian23.10.2015Чему политики смогут обучиться у Маргарет Тэтчер?
Prospect-magazine09.04.2013
— Многие ученые изучают этапы и отдельные шаги в происхождении судьбы, скажем, как сделать РНК. Но вы утверждаете, что жизнь это совокупность, и что показалась она как совокупность. Из-за чего?
— ДНК это центр всей жизни, но ее нельзя считать живой, не смотря на то, что в ней имеется все данные для происхождения живых существ. ДНК не имеет возможности воспроизводить себя. Положите ДНК в пробирку с водой, и она неспешно распадется на куски.
Так что в идее о том, что отдельные молекулы являются живыми, имеется определенные неувязки.
Чтобы взять то, что мы именуем ростом, необходимы звенья ДНК, энзимы для воспроизводства ДНК, и энергия для осуществления реакции. Сейчас мы имеем молекулы, талантливые воспроизводить себя при наличии определенных ингредиентов. Эти молекулы живые? До тех пор пока нет, по причине того, что непременно их звенья изнашиваются, и процесс репродукции останавливается.
Так как же нам отыскать совокупность, которая есть по-настоящему живой?
Как раз этими поисками занимаемся мы и другие ученые. Единственный метод, что приходит нам в голову, это разместить ДНК в отсеке с мембраной.
— Из-за чего так ответственны отсеки?
— Машина не сможет ездить, в случае если у нее не будет корпуса, по причине того, что все подробности нужно собрать воедино. эволюция и Возникновение жизни неосуществимы без изолированных совокупностей, какими являются отсеки, борющиеся между собой за питательные вещества и энергию. Это все равно что дать химику реагенты без пробирок. Химические реакции проходят в каких-то емкостях, не в противном случае.
На ранней Почва любая оболочка была опытом по созданию судьбы.
— Как вы думаете, какой была Почва при происхождении судьбы?
— Был всемирный океан, по всей видимости, соленый. Были вулканические земные массивы, напоминающие Гавайи, Исландию либо кроме того вулкан Олимп на Марсе. В следствии выпадения осадков на островах оказались водоемы с питьевой водой, каковые нагревались до точки кипения геотермальной энергией, а после этого остывали до температуры воздуха.
Среди современных примеров гидротермальные водоемы, какие конкретно я видел на Камчатке в Российской Федерации, и Бампас Хелл на горе Лассен в Калифорнии, где мы проводим полевые изучения.
— Из-за чего эти водоемы являются самоё вероятным местом зарождения судьбы?
— В них накапливались органические вещества, попадавшие в том направлении с осадками, выпадавшими на вулканические массивы. Эти водоемы то заполнялись водой, то пересыхали, и в том месте появлялась концентрированная пленка из органических веществ, похожая на полосу в нечистой ванне. В таковой пленки смогут происходить занимательные вещи.
Липиды смогут планировать в мембраноподобные структуры, а звенья РНК и других полимеров объединяются и создают долгие цепочки.
— Вы поняли, что липиды участвуют в формировании РНК. Как это происходит?
— Мы создали способ соединения отдельных звеньев РНК в долгую цепочку. Начинаем мы с молекул аденозинмонофосфата (АМФ) и уридинмонофосфата (УМФ), каковые являются строительными блоками РНК. В воде эти звенья и не смогут вырабатывать долгие цепочки.
Мы узнали, что в случае если звенья АМФ заключить между слоями липидов, то они будут выстраиваться в линию. В случае если их высушить, получается полимер.
Данный цикл сушки-увлажнения кроме этого формирует небольшие частицы липидов, каковые обволакивают полимеры.
на данный момент мы пробуем воссоздать данный процесс в лаборатории, создав условия, каковые существуют в геотермальных водоемах. Моделируя то, что происходит на краю таких водоемов, мы используем получасовые «влажно-сухие» циклы. Мы узнали, что можем делать полимеры длиной от 10 до 100 с лишним звеньев.
— И вы вычисляете, что именно так все было на Земле?
— Мы контролируем, имело возможность ли замеченное нами в лабораторных условиях появиться в местах, напоминающих Почву в ранней стадии развития, скажем, в Бампас Хелл на горе Лассен. Я со своим сотрудником Брюсом Деймером (Bruce Damer) побывал в том месте в последних числах Сентября, пробуя узнать, смогут ли выходящие из фумарол (источник вулканического происхождения с интенсивным выделением пара и газов) тёплые газы порождать реакцию, создающую полимеры РНК. Результаты у нас до тех пор пока предварительные, и их необходимо контролировать, но мы вправду заметили показатели полимеров.
— Вы сравнили оболочки с пробирками, назвав их опытом по созданию судьбы. Что вы вычисляете успешным опытом?
— Суть в том, что любая оболочка заключает в себе смесь из случайных полимеров. Редкие протоклетки смогут вмещать скопления полимеров с определенными функциональными чертями. К примеру, определенные полимеры оказывают помощь стабилизировать клеточную мембрану, увеличивая длительность ее жизни.
Другие делают поры в мембране, давая возможность питательным веществам попадать в клетку. Кое-какие клетки являются катализатором химических реакций, преобразуя питательные вещества в что-то такое, что необходимо клетке. Энзимы на базе РНК именуются рибозимами.
Мы желаем попытаться, удастся ли нам отыскать функциональные полимеры среди триллионов полимеров случайной последовательности, каковые мы создаем.
— Каким возможно самое серьёзное открытие в данной совокупности?
— В случае если удастся найти репродукцию, это будет великолепно. Для этого нам нужен рибозим, ускоряющий отечественную реакцию полимеризации. Но дабы отыскать его, нам предстоит выполнить громадную работу, и до результата до тех пор пока на большом растоянии.
— В то время, когда ученые сумеют сделать жизнь в лаборатории, осознаем ли мы, как она появилась на Земле?
— Возможно, нам удастся создать лабораторную судьбу, но я не уверен, что она зародилась как раз так. Та жизнь, которую мы пробуем синтезировать, имеет техническую базу, она создается в лабораторных условиях с чистыми реагентами и без того потом. Я не уверен, что мы сможем назвать это происхождением судьбы, пока она не превратится в саморазвивающуюся совокупность, пока мы не поместим эту совокупность во окружающую среду и не встретимся с ней рост.
Не смотря на то, что мы ни при каких обстоятельствах не определим со стопроцентной точностью, как началась жизнь, в полной мере быть может, что нам удастся осознать, как может зародиться жизнь на пригодной для нее планете, скажем, на ранней Почва, быть может, и на Марсе.
