Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Новая теория происхождения жизни, предложенная

учёными Института Weizmann

Одна из тайн, которые уже многие столетия завораживают учёных во всем мире, это тайна пути, которым жизнь появилась на девственной Земле. Принятое понятие – то, что до появления живых, биотических, организмов, имелась стадия химического развития, которое осуществляло естественный отбор в пределах неодушевленных химических веществ. Это, как считают учёные, в конечном счете, привело к критическому моменту, когда при взаимодействии многих факторов возникли способные к самокопированию молекулы, состоящие из аминокислот, а затем появились и белки. Поскольку ауторепликация (самовоспроизводство) – наиболее фундаментальная характеристика живущих объектов, такой случай часто определяется как рождение жизни.

Ауторепликация молекулярных систем часто рассматривается в контексте информационного содержания, то есть, как передача информации последующим, дочерним, поколений. Большинство учёных полагают, что жизнь началась с появления биополимеров, типа белков или рибонуклеиновой кислоты, т.е. структур, в которых информация запасена в последовательности химических единиц.

Эксперименты в условиях, которые существовали на Земле миллиарды лет назад, показали, как такие химические единицы, например некоторые из аминокислот белков и рибонуклеиновых кислот, могли появляться спонтанно. Всё же, появление белков или самокопирующихся молекул рибонуклеиновой кислоты осталось загадочным.

Эксперимент, который начали профессор Дорон Ланцет Кроны и его студенты, Дэниела Сегр и Дафна Бен в Центре Генома Человека в Институте Науки Германии, основан на поиске альтернативы белкам и рибонуклеиновым кислотам. Они развили модель, основанную на молекулах липида, и предложили новый взгляд на происхождение жизни. Эта модель описана в статье изданной в недавней выпуске Слушаний Национальной Академии Науки, в США.

Липиды – масляные вещества, известные как главные компоненты мембран клеток. Липиды имеют две различных формы: гидрофильную (привлекающую воду), и гидрофобную (отражающую воду). Липиды с готовностью синтезируются при моделируемых «предбиологических» условиях, и из-за их двусторонней природы имеют тенденцию спонтанно формировать надмолекулярные структуры, состоящие из тысяч молекулярных единиц. Это иллюстрируется на минимальных сообществах липида – на мицеллах, которые даже доказали, что они способны к росту и размножению в воде, что напоминает о жизнедеятельности клетки.

Все же критический вопрос был оставлен без ответа: как минимальные сообщества липида могли нести и размножать информацию?

Модель, предложенная Ланцетом и коллегами, предполагает, что вначале липидоподобные составы существовали в очень большом разнообразии форм и размеров. Они показывают математически, что при существовавших условиях минимальные сообщества липида могли содержать почти так же много информации, как и рибонуклеиновые кислоты или белковая цепь. Информация была бы запасена в самом составе минимального сообщества, то есть в точном количестве каждого из его компонентов, что обеспечивало более точную передачу и сохранение информации, чем в последовательности молекулярных «гранул» на нити белка.

Была представлена аналогия с духами: информация – аромат различается рецепторами, и запах в большей мере зависит от пропорции каждого компонента в смеси, чем от порядка, в котором ароматы добавлены. Таким образом, авторы доказывают, что о гетерогенных минимальных сообществах липида можно думать как о примитивных геномах.

Они далее демонстрируют, как капелька – минимальное сообщество липида, при росте и делении, могло проявлять форму наследования. Их компьютерные модели показывают, как геном был бы передан минимальным сообществам потомства. Критический аспект модели – то, как такое молекулярное наследование стало возможным.

В современных клетках, передача информации, содержащейся в ДНК, облегчена белковыми катализаторами фермента. В ранней предбиологической эре катализ мог быть выполнен теми же самыми липидоподобными веществами, которые несли информацию. Молекулы, уже представленные в виде капельки, функционировали как молекулярный «комитет выбора», увеличивая вероятность передачи одних признаков, и уменьшая вероятность передачи других.

Группа Ланцета, разработала компьютеризированное моделирование, которое показывает, как, основанные исключительно на физико-химических принципах, капельки липида с определенным составом срастаются, вырастают, делятся, самокопируются, накапливают мутации, и вовлекаются в сложную эволюционную игру. Важно, что это – полные минимальные сообщества, с их сложными связями относительно маленьких молекул, которые копируются в дочерние капли.

Это отличается от предыдущих моделей, в которых копируется единственный длинный полимер рибонуклеиновой кислоты. Модель учёных делает очень немного химических предположений, но получает богатое молекулярное объяснение, проводящее параллель с современными процессами жизни. И поэтому имеет возможность стать тем давно разыскиваемым мостом, ведущим от неодушевленного мира до современного мира живых организмов.