Образовательный сайт

В нaчaлe 2000-x гoдoв, учeныe выдeлили двe oснoвныe идeи o тoм, кaк жизнь мoжeт рaзвивaться. Стoрoнники «мирa РНК» был убeждeн, чтo жизнь нaчaлaсь с сaмoвoспрoизвoдящиxся мoлeкул. В тo жe врeмя, учeныe в лaгeрe «мeтaбoлизмa пeрвoгo» считaют, чтo жизнь мoглa пoявиться в гидрoтeрмaльныx истoчникax нa днe oкeaнa. И всe жe нa пeрeднeм крae с трeтьeй идeeй.

Пeрвaя чaсть: кaк сдeлaть клeтку?

Чaсть втoрaя: рaздeлeниe в ряды исслeдoвaтeлeй

Чaсть трeтья: пoиск пeрвoгo Рeпликaтoрa

Чeтвeртaя чaсть: энeргия прoтoнoв

Кaждoe живoe сущeствo нa Зeмлe сoстoит из клeтoк. Кaждaя клeткa-этo, пo сути, мягкий мячик, пoгрeмушкa, с жeсткoй нaружнoй стeны или «диaфрaгмa». Зaдaчa ячeйки, чтoбы вмeстить всe нeoбxoдимoe вмeстe. Eсли нaружнaя стeнa слoмaнa, внутри будeт тeчь нaружу и клeткa пoгибнeт — прoстo кaк чистить.

Нaружнaя стeнкa клeтoк, кoтoрыe нaстoлькo вaжны, чтo нeкoтoрыe исслeдoвaтeли сaмo прoисxoждeниe жизни, считaют, чтo oн пришeл пeрвым. Oни считaют, чтo пoдxoды «гeнeтикa вo-пeрвыx», кaк мы ужe гoвoрили вo втoрoй чaсти, и «мeтaбoлизм первого», который мы обсуждали в четвертой части, ошибочное. Альтернатива первая «поломка» — представил Пьера Луиджи Луизи из Университета Рома Тре в Риме, Италия.

Все живые организмы состоят из клеток

Идея Луизи простых, и трудно спорить. Как создать работающую систему обмена веществ, или самовоспроизводящиеся РНК, каждая из которых опирается на наличие большого количества химических веществ, в одном месте, если Вы не сделать первый контейнер, содержащий все молекулы вместе.

Если вы согласны с этим, есть только один способ, что можно начать жизнь. Так или иначе, в жару и бури ранней Земли, сырье, образовались в грубой клетки или «протоклетки». Осталось только повторить это в лаборатории, чтобы создать простую, живую клетку.

Идеи луизи можно проследить до Александр Опарин и начало науке о происхождении жизни в Советском Союзе, как мы уже обсуждали в первой части. Опарин указывал на то, что некоторые вещества вызывают сгустки крови — coacervate — который может содержать другие вещества внутри. Он предположил, что coacervate была первой протоклетки.

Жирные или маслянистые вещества, чтобы сформировать сгустки крови и пленки в воде. Эти химические вещества называются липидами. Таким образом, гипотеза, что они начали свою жизнь, называется «липидный мир».

Но просто образовывать сгустки крови, не достаточно. Они должны быть стабильными, чтобы иметь возможность быть разделена на суб-кластеров, и хоть немного контролировать то, что происходит внутри и выйти наружу — и все это без сложных белков, которые используют современные клетки для этих задач.

Они необходимы для сбора таких протоклеток со всем необходимым материалом. Несмотря на многочисленные попытки на протяжении многих лет, Луизи никогда ничего не делала, даже немного убедительно. И так, в 1994 году, что он решился сделать смелое предположение. Он предположил, что первые протоклетки были содержит РНК. Кроме того, эта инфекция смогла быть воспроизведены в протоклетки.

Когда клетка еще есть

И вот, его гипотеза стала настолько сложной и отошли от чистого подхода первый «срыв». Но Луизи является веским аргументом.

Клетка с наружными стенами, но без внутренностей, мало. Может быть, она может делиться на дочерние клетки, но не будет передавать любую информацию о себе для потомков. Она может начать развиваться и усложняться только при наличии определенных генов.

Вскоре идея нашла сильного сторонника в лице Джек Шостак, чьи работы на «мире РНК», которые мы изучали в третьей части. Луизи был членом первого лагеря «отдел», Шостак поддержал «генетика» и на протяжении многих лет, они никогда не встречались лицом к лицу.

Почти все одноклеточные жизнь

«Мы встретились в совещаниях по теме происхождение жизни и начал эти долгие дискуссии о том, что важно и что было первым», — говорит Шостак. «Наконец, мы поняли, что клетки были оба. Мы пришли к общему мнению, что в происхождении жизни, важно иметь разбивку, а также генетические системы».

В 2001 году, Шостак и Луизи описал свое видение этого общего подхода. В статье, опубликованной в Natire, они сказали, что это должно быть возможным, чтобы создать простую живую клетку с нуля, чтобы поместить копию РНК в нормальной капли жира.

Это была радикальная идея. Очень скоро, Шостак решил полностью посвятить себя ей. Рассуждения о том, что «мы не можем представить эту теорию, он ничем не подкреплен», он решил начать эксперименты с протоклетками.

Два года спустя, Шостак и его коллеги объявили о большом успехе.

Везикулы простой контейнеров, которые состоят из липидов

Они экспериментировали с везикулами: сферические капли с двух слоев жирных кислот на внешней стороне и Центральной жидкое ядро. Пытаясь найти способ, чтобы ускорить формирование везикул, они добавили небольшие кусочки глины под названием монтмориллонит. Везикулы начали формироваться примерно в 100 раз быстрее. Поверхность глины выступает в качестве катализатора, в качестве своеобразного фермента.

Кроме того, везикулы могут поглощать частицы montmorilonite и цепей РНК с поверхности глины. Теперь эти протоклетки обладали генами, и катализатор, и все из одного простого приложения. Решение о добавлении монтмориллонита было сделано не просто так. На протяжении нескольких десятилетий многие работы показали, что монтмориллонит и подобных глин могут иметь важное значение для происхождения жизни.

Кусок монтмориллонита

Монтмориллонит-это обычная глина. В настоящее время он используется для разных случаев, и даже кошачий наполнитель делает. Он образуется в результате вулканического пепла ломается погода. С начало земля была полна вулканов, вполне вероятно, что это была часть монтмориллонита.

Еще в 1986 году, химик Джеймс Феррис показали, что монтмориллонит действует как катализатор, который помогает сформировать органических молекул. Позже он обнаружил, что глина ускоряет формирование мирнк.

И так Ферриса предположил, что этот невзрачный глины может быть место, где происхождение жизни. Шостак принял эту идею и включил его в работе, используя монтмориллонита для строительства своего протоклетки. Год спустя, Шостак обнаружил, что его протоклетки может расти сам по себе.

Чем больше молекулы РНК были в протоклетки, тем выше было давление на наружную стену. Похоже, что протоклетки желудка были упакованы, и она была готова пойти. Чтобы компенсировать это, протоклетка взял больше жирных кислот и включил их в стены, делать опухла еще больше и ослабили напряженность.

Главное, что она взяла жирных кислот из других протоклетки, в которых РНК была меньше, заставляя их сокращаться. Если протоклетки участвовал, и где было больше РНК, победил. Но если протоклетки могут расти, они могут поделиться? На протоклетки Шостак к самовоспроизводству?

Клетки делятся на два

Первые эксперименты Шостак показал, что метод деления протоклетки на самом деле. Если вы можете сжать его в маленькое отверстие и вытянуть в трубочку, протоклетка рвется, образуя «дочь» протоклетки. Эта идея была хороша, потому что не присутствовали какие-либо клеточные механизмы: просто нажмите. Но это решение было не лучшим, потому что протоклетки бы потерять некоторые из содержания в процесс. Это также означало, что первые клетки могут делиться только protiskivayas через маленькие отверстия.

Есть много способов, чтобы вызвать пузыри на акцию. Например, вы можете добавить сильный поток воды. Осталось только сделать протоклетки поделиться, и не потерять кишки. В 2009 году Шостак и его ученик Чжу тинг нашел решение. Они сделали немного более сложным протоклетки с наружными стенами в несколько слоев, подобных слоям луковицы. Несмотря на эти сложности, эти протоклетки были все еще легко сделать.

Когда Чжу был их кормить жирных кислот, протоклетки увеличились и изменили форму, растягивая в длинную цепочку kinetophobia. После протоклетка была достаточно длинной, легкой силой, достаточной, чтобы разбить его на десятки маленьких детей протоклетки.

Каждая дочь протоклетки, которая содержится РНК в общем протоклетку, и не терять РНК. Кроме того, протоклетки могли постоянно повторять цикл, который является дочерней протоклетки расти и делиться. Это часть проблемы, кажется, решил.

В последующих экспериментах, Чжу и Шостак нашли еще больше способов сделать протоклетки поделиться. Но все же протоклетки пропустить много. Луизи хотел протоклетки репликацию РНК, но РНК просто сидел в них, ничего не делать. Для того, чтобы показать, что его протоклетки могли быть первой жизни на Земле, Шостак необходимо принять РНК внутри них, которые могут быть воспроизведены.

Это было непросто, потому что, несмотря на десятилетия попыток, указанным в третьей части, — никто не был в состоянии получить РНК к самовоспроизведению. С той же проблемой поехал Шостак в угол в ходе его первых работ на «мире РНК», и никто не был способен ее решить. Поэтому он вернулся и перечитал Лесли орган, который так долго работает на гипотезу мира РНК. В этих пыльных документов, найти ценные подсказки.

Орган провел много времени с 1970-х по 1980-е годы, изучая копирование цепи РНК.

Первая клетка должна вместить химия жизни

На самом деле, все просто. Возьмите одну стренгу РИБОНУКЛЕИНОВОЙ кислоты и свободные нуклеотиды. Затем, с помощью этих нуклеотидов, собрать другие РНК, комплементарной первой. Например, РНК цепь «КГП» составим вспомогательную цепь «ГКГ». После того, как сделал это дважды, вы получите копию оригинального «КГК», только окольными путями.

Орган обнаружил, что при определенных условиях цепочка РНК могут быть скопированы таким образом, без какой-либо помощи ферментов. Вероятно, что первая жизнь создавали копии своих генов.

В 1987 году этот орган мог бы взять цепь РНК длиной 14 нуклеотидов и для создания дополнительной длины цепочку из 14 нуклеотидов. Больше он не мог сделать это, но это было достаточно, чтобы заинтриговать Шостак. Его ученик Катажина Ademola пытались запустить подобную реакцию в протоклетки.

Они нашли, что эти реакции нуждаются в магнии. Но магний уничтожили протоклетки. Да это было простое решение: цитрат, который практически идентичен лимонная кислота, которая присутствует во всех живых клетках.

В исследовании, опубликованном в 2013 году, имеет дополнительное цитрат и обнаружили, что он купался в магний, защищая протоклетки и пусть картины продолжают размножаться. Иными словами, они сумели сделать то, что Луизи была предложена в 1994 году. «Мы запустили химии репликации РНК в эти жирные кислоты везикул», — говорит Шостак.

Протоклетки Шостак может жить в сильном нагреве

Всего за десять лет исследований команда Шостак удалось сделать невероятное.

Они создали протоклетки, чтобы сохранить свои гены, в то время как они забирают полезные молекулы извне. Эти протоклетки могут расти и делиться, и даже конкурируют друг с другом. РНК могут быть воспроизведены в них. Неважно, с какой стороны вы смотрите, что они были похожи на первую жизнь.

Они были очень стабильны. В 2008 году группа Шостак обнаружили, что эти протоклетки могли выдержать нагрев до 100 градусов, температура, которая убивает большинство современных клеток. Таким образом, эти протоклетки был похож на первый срок, который должен был пережить сильную жару от постоянного воздействия метеорита.

«Шостак делает большую работу», — говорит Армен Mulkidzhanian.

Но на первый взгляд, подход Шостак идет против 40 лет исследований в области происхождения жизни. Вместо того, чтобы быть в замешательстве, «первой репродукции» или «первый отдел», он решил сделать оба.

Молекулы жизни крайне сложно

Это открывает возможность для нового подхода к поиску происхождения жизни — общий, единый подход. Она должна включать в себя все особенности первого жизни. Эта гипотеза является «первым» уже собрали достаточно доказательств и может решить все проблемы, так как существующие идеи. Подробнее об этом в следующей части.

Загадка происхождения жизни на Земле. Часть пятая: так как создать тюрьму?
Илья Весь