Тайна появления жизни на Земле. В поисках первого репликатора
Итак, после 1960-х годов ученые, пытающиеся понять происхождение жизни, разделились на три группы. Некоторые из них были убеждены в том, что жизнь началась с формирования примитивных версий биологических клеток. Другие считали, что ключевым первым шагом была метаболическая система, а третьи сосредоточились на важности генетики и репликации. Эта последняя группа начала выяснять, как мог бы выглядеть первый репликатор, подразумевая, что он был сделан из РНК.
Уже в 1960-е годы ученые имели основания полагать, что РНК была источником всей жизни. В частности, РНК может делать кое-что, чего не может ДНК. Это одноцепочечная молекула, поэтому, в отличие от жесткой, двухцепочечной ДНК, она может складывать себя в целый ряд различных форм.
Похожая на оригами, складывающаяся РНК в целом напоминала по поведению белки. Белки тоже в основном представляют длинные цепи — только из аминокислот, а не нуклеотидов — и это позволяет им создавать сложные структуры.
Это ключ к самой удивительной способности белков. Некоторые из них могут ускорять, или «катализировать», химические реакции. Такие белки известны как ферменты.
Множество ферментов можно найти у вас в кишках, где они разбивают сложные молекулы из пищи на простые типа сахаров, которые могут использовать ваши клетки. Без ферментов жить было бы невозможно.
Лесли Оргел и Фрэнсис Крик начали кое-что подозревать. Если РНК может складываться как белок, возможно, она может и образовывать ферменты? Если бы это было правдой, то РНК могла бы быть оригинальной — и универсальной — живой молекулой, хранящей информацию, как это делает сейчас ДНК, и катализирующей реакции, как это делают некоторые белки.
Это была прекрасная идея, но за десять лет она не получила никаких доказательств.
Томас Чех родился и вырос в штате Айова. Еще ребенком он был очарован горными породами и минералами. И уже в младших классах средней школы он заглядывал в местный университет и стучался в двери геологов с просьбой показать модели минеральных структур.
Однако, в конце концов, он стал биохимиком и сосредоточился на РНК.
В начале 1980-х годов Чех и его коллеги по Университету Колорадо в Боулдере изучали одноклеточный организм Tetrahymena thermophila. Часть ее клеточного механизма включает цепи РНК. Чех обнаружил, что отдельный сегмент РНК каким-то образом оказался отделен от остальных, словно его вырезали ножницами.
Когда ученые убрали все ферменты и другие молекулы, которые могли выступать молекулярными ножницами, РНК продолжала выделываться. Так они нашли первый фермент РНК: короткий участок РНК, который способен вырезать себя из длинной цепи, частью которой является.
Результаты работы Чех опубликовал в 1982 году. В следующем году другая группа ученых обнаружила второй фермент РНК, «рибозим» (сокращение от «рибонуклеиновая кислота» и «энзим», он же фермент). Обнаружение двух ферментов РНК одного за другим указывало на то, что их должно быть много больше. И так идея начала жизни с РНК начала выглядеть солидно.
Однако имя этой идее дал Уолтер Гилберт из Гарвардского университета в Кембридже, штат Массачусетс. Как физик, восхищающийся молекулярной биологией, Гилберт также стал одним из первых сторонников секвенирования генома человека.
В 1986 году Гилберт написал в Nature, что жизнь началась в «мире РНК».
Первая стадия эволюции, утверждал Гилберт, состояла из «молекул РНК, выполняющих каталитическую деятельность, необходимую для сборки самих себя в бульон нуклеотидов». Копируя и вставляя различные биты РНК вместе, молекулы РНК могли создавать еще более полезные последовательности. Наконец, они нашли способ создавать белки и белковые ферменты, которые оказались настолько полезными, что в значительной степени вытеснили версии РНК и дали начало жизни, которую мы имеем.
«Мир РНК» — это элегантный способ собрать сложную жизнь с нуля. Вместо того, чтобы полагаться на одновременное образование десятков биологических молекул из первичного бульона, «одна за всех» молекула могла сделать всю работу.
В 2000 году гипотеза «мира РНК» получила колоссальную порцию подтверждающих доказательств.
Томас Стейц провели 30 лет, изучая структуры молекул в живых клетках. В 1990-е годы он посвятил себя самой серьезной задаче: выяснить структуру рибосомы.
Рибосома есть в каждой живой клетке. Эта огромная молекула считывает инструкции в РНК и выстраивает аминокислоты, чтобы сделать белки. Рибосомы в ваших клетках построили большую часть вашего тела.
Было известно, что рибосома содержит РНК. Но в 2000 году команда Стейца произвела подробное изображение структуры рибосомы, которое показало, что РНК была каталитическим ядром рибосомы.
Это было важно, так как рибосома фундаментально важна для жизни и при этом очень древняя. Тот факт, что эта важнейшая машина была построена на РНК, сделал гипотезу «мира РНК» еще более правдоподобной.
Сторонники «мира РНК» восторжествовали, а в 2009 году Стейц получил долю Нобелевской премии. Но с тех пор ученые начали сомневаться. С самого начала у идеи «мира РНК» было две проблемы. Могла ли РНК действительно выполнять все функции жизни сама по себе? Могла ли она образоваться на ранней Земле?
Прошло 30 лет с тех пор, как Гилберт заложил фундамент для «мира РНК», и мы до сих пор не нашли твердых доказательств, что РНК может выполнять все, что от нее требует теория. Это маленькая умелая молекула, но она может не уметь всего.
Ясно было одно. Если жизнь началась с молекулы РНК, РНК должна была быть способна делать копии себя: она должна была быть самовоспроизводящейся, самореплицирующейся.
Но ни одна из известных РНК не может самовоспроизводиться. Как и ДНК. Им нужен батальон ферментов и других молекул, чтобы создать копию или кусочек РНК или ДНК.
Поэтому в конце 1980-х годов несколько ученых начали весьма донкихотские поиски. Они задумали создать самовоспроизводящуюся РНК самостоятельно.
Джек Шостак из Гарвардской школы медицины был одним из первых, кто принял в этом участие. В детстве он был так очарован химией, что завел лабораторию в подвале своего дома. Пренебрегая собственной безопасностью, однажды он даже устроил взрыв, после которого в потолке застряла стеклянная трубка.
В начале 1980-х годов Шостак помог показать, как гены защищают себя от процесса старения. Это довольно раннее исследование в конечном итоге принесло ему часть Нобелевской премии. Однако очень скоро он восхитился ферментами РНК Чеха. «Я думал, что эта работа бесподобна», говорит он. «В принципе, вполне возможно, что РНК катализирует собственное воспроизводство».
В 1988 году Чех обнаружил фермент РНК, который может строить короткую молекулу РНК длиной в 10 нуклеотидов. Шостак решил улучшить открытие, произведя новые ферменты РНК в лаборатории. Его команда создала набор случайных последовательностей и проверила, обладает ли хоть одна из них каталитическими способностями. Затем они брали эти последовательности, переделывали и снова проверяли.
Спустя 10 раундов таких действий Шостак произвел фермент РНК, который ускорял протекание реакции в семь миллионов раз. Он показал, что ферменты РНК могут быть по-настоящему мощными. Но их фермент не мог копировать себя, даже чуточку. Шостак оказался в тупике.
Следующий крупный шаг осуществил в 2001 году бывший студент Шостака Дэвид Бартель из Массачусетского технологического института в Кембридже. Бартель сделал РНК-фермент R18, который мог добавлять новые нуклеотиды в цепь РНК на основе существующего шаблона. Другими словами, он добавлял не случайные нуклеотиды: он правильно копировал последовательность.
Пока это был еще не саморепликатор, но уже что-то похожее. R18 состоял из цепи 189 нуклеотидов и мог надежно добавлять 11 нуклеотидов в цепочку: 6% от собственной длины. Была надежда, что несколько настроек позволят ему построить цепь длиной в 189 нуклеотидов — как и он сам.
Лучшее, что удалось сделать, принадлежало Филиппу Холлигеру в 2011 году из Лаборатории молекулярной биологии в Кембридже. Его команда создала модифицированный R18 под названием tC19Z, который копировал последовательности до 95 нуклеотидов длиной. Это 48% от его собственной длины: больше, чем у R18, но далеко не 100%.
Альтернативный подход был предложен Джеральдом Джойсом и Трейси Линкольном из Института Скриппса в Ла-Хойя, Калифорния. В 2009 году они создали фермент РНК, который размножается косвенно. Их фермент объединяет два коротких кусочка РНК для создания второго фермента. Затем объединяет другие два кусочка РНК, чтобы воссоздать исходный фермент.
При наличии сырья этот простой цикл можно продолжать до бесконечности. Но ферменты работали только тогда, когда им давали правильные цепочки РНК, которые приходилось делать Джойсу и Линкольну.
Для многих ученых, которые скептически относятся к «миру РНК», отсутствие самовоспроизводящейся РНК является фатальной проблемой этой гипотезы. РНК, по всей видимости, просто не может взять и начать жизнь.
Также проблему усугубила неудача химиков в попытках создать РНК с нуля. Казалось бы, простая молекула по сравнению с ДНК, но сделать ее чрезвычайно трудно.
Проблема лежит в сахаре и основании, которые составляют каждый нуклеотид. Можно сделать каждый из них по отдельности, но они упорно отказываются связываться. К началу 1990-х годов эта проблема стала очевидной. Многие биологи заподозрили, что гипотеза «мира РНК», несмотря на всю привлекательность, может быть не совсем верной.
Вместо этого, возможно, на ранней Земле был какой-то другой тип молекулы: что-то проще, чем РНК, которая на самом деле могла собрать себя из первичного бульона и начать самовоспроизводиться. Сначала могла быть эта молекула, которая затем привела к РНК, ДНК и остальным.
В 1991 году Питер Нильсен из Университета Копенгагена в Дании придумали кандидата в первичные репликаторы.
Это была по существу сильно модифицированная версия ДНК. Нильсен сохранил те же основы — A, T, C и G, имеющиеся в ДНК, — но сделал основную цепь из молекул под названием полиамиды, а не из сахаров, которые также имеются в ДНК. Он назвал новую молекулу полиамидной нуклеиновой кислотой, или ПНК. Непонятным образом с тех пор она стала известна как пептидная нуклеиновая кислота.
ПНК никогда не встречали в природе. Но ведет она себя практически как ДНК. Цепочка ПНК даже может занимать место одной из цепей молекулы ДНК, и основания спариваются как обычно. Более того, ПНК может закручиваться в двойную спираль, как ДНК.
Стэнли Миллер был заинтригован. Глубоко скептически относясь к РНК-миру, он подозревал, что ПНК была куда более вероятным кандидатом на первый генетический материал.
В 2000 году он произвел несколько уверенных доказательств. К тому времени ему уже стукнуло 70 и он пережил несколько инсультов, которые могли отправить его в дом престарелых, но не сдался. Он повторил свой классический эксперимент, который мы обсуждали в первой главе, в этот раз используя метан, азот, аммиак и воду — и получил полиамидную основу ПНК.
Это позволило предположить, что ПНК, в отличие от РНК, вполне могла образоваться на ранней Земле.
Другие химики придумали собственные альтернативные нуклеиновые кислоты.
В 2000 году Альберт Эшенмозер сделал треозо-нуклеиновую кислоту (ТНК). Это та же ДНК, но с другим сахаром в основе. Цепи ТНК могут образовывать двойную спираль, а информация копируется в обоих направлениях между РНК и ТНК.
Более того, ТНК может складываться в сложные формы и даже связываться с белком. Это намекает на то, что ТНК может действовать как фермент, подобно РНК.
В 2005 году Эрик Меггес сделал гликолевую нуклеиновую кислоту, которая может формировать спиральные структуры.
У каждой из этих альтернативных нуклеиновых кислот есть свои сторонники. Но никаких следов их в природе не найти, поэтому если первая жизнь действительно использовала их, в какой-то момент она должна была полностью отказаться от них в пользу РНК и ДНК. Это может быть правдой, но никаких доказательств нет.
В итоге к середине 2000-х годов сторонники мира РНК оказались в затруднительном положении.
С одной стороны, РНК-ферменты существовали и включали одну из важнейших частей биологической инженерии, рибосому. Хорошо.
Но самовоспроизводящуюся РНК найти не удалось и никто не мог понять, как РНК сформировалась в первичном бульоне. Альтернативные нуклеиновые кислоты могли бы решить последнюю задачу, но нет никаких доказательств, что они существовали в природе. Не очень хорошо.
Очевидный вывод был таким: «мир РНК», несмотря на свою привлекательность, оказался мифом.
Между тем с 1980-х годов постепенно набирала обороты другая теория. Ее сторонники утверждают, что жизнь началась не с РНК, ДНК или другого генетического вещества. Вместо этого она началась с механизма использования энергии.
http://hi-news.ru/science/tajna-poyavleniya-zhizni-na-zemle-chast-tretya-v-poiskax-pervogo-replikatora.html
Меню
Архив материалов
Подписка на новости
Новости криптозоологии
Хроники природных катастроф
Последние новости
24.05.2019 - 03.07.2019 (1000)
04.07.2019 - 11.08.2019 (1000)
12.08.2019 - 16.09.2019 (990)
17.09.2019 - 26.10.2019 (1000)
27.10.2019 - 12.12.2019 (1000)
13.12.2019 - 25.01.2020 (1000)
26.01.2020 - 06.03.2020 (990)
07.03.2020 - 16.04.2020 (1010)
17.04.2020 - 19.05.2020 (1000)
20.05.2020 - 25.06.2020 (990)
26.06.2020 - ...
Последние аномальные новости

Визиты умершего ребенка

Вулканами, землетрясениями и приливами управляет тёмная материя

Глюки в Матрице. Необъяснимые случаи в быту - 8

Загадка амазонок

Известные предсказания Конца света

Какие бывают метеориты и сколько они стоят

Привидение Анку

Привидение Белой женщины

Привидение Кровавой Мэри

Привидение Маргарет Поул

Привидение Старика Кусовникова

Сверхсекретный проект Могул

Семейка Осборнов воссоединится в телешоу про паранормальные явления

Сколько внеземных цивилизаций могут общаться

Старая могила

Теперь мы знаем, как выглядят марсиане

Умер поисковик, обнаруживший палатку Дятлова

Черная королева - Екатерина Медичи

Я позвонил на свой же телефон и мне кто-то ответил

Я слышу как нечто пытается выманить меня на улицу

Адвокат фонда Дятлова не согласен с версией прокуратуры

Адвокат фонда Дятлова считает, что прокурорская проверка была незаконной

Биение сердца мешает человеку воспринимать информацию

Внешность Домового и как его увидеть

Генпрокуратура назвала причину гибели группы Дятлова

Гигантская летучая мышь поймана на Филиппинах

Деньги сделали людей счастливее

Загадочные петроглифы обнаружены в Иране

Копы объявили в розыск девушку, но вряд ли сами её найдут

Лицо инопланетянина нашли на Марсе

На Ближнем Востоке скоро начнется война

НАСА внесло изменения в принципы планетарной защиты

НЛО показывает невообразимый уровень технологического превосходства

Новый глюк в Матрице

Озеро в Парагвае неожиданно стало красным

Опровергнута возможность нарушить постоянную скорости света

Полузамаскированное НЛО над Кентукки

Предсказание казахстанской Ванги о Украине

Разумна ли наша Вселенная

Создали двумерную квантовую спиновую жидкость

Срочно начинают искать черную дыру в Солнечной системе

Сын Маргариты не воспользовался даром ясновидения

Тарология - древняя наука или суеверие

Умирающий человек продолжает слышать

Фонд памяти группы Дятлова отменит экспедицию на перевал

Человекоподобный робот начал помогать людям в Перми

Что такое черные планеты и существуют ли они

Шкатулку охотника на вампиров выставили на продажу

Элита тащит под землю последние

Является ли Планета Икс миниатюрной черной дырой

Американцам предложили пожить на кладбище

В древних захоронениях найдены статуэтки загадочных существ

Вред от 5G проверили на рыбах

Девушка спасла с улицы кошку с 24 пальцами

Искусственный интеллект научится управлять самолетами

Каньон огня образовался на Солнце

Комета NEOWIS - спутник Нибиру

Мужчина, который считает себя тигром-оборотнем

Огромное количество НЛО находится в земной атмосфере

Описание будущего России нашли у Нострадамуса

Памятники России для загадывания желаний

Пилот ВМС США убежден, что столкнулся с инопланетянами

Предложили новую классификацию внеземных цивилизаций

Прогноз норвежского Нострадамуса о конце США

Самую маленькую собаку клонировали 49 раз

Самые крутые вулканы Солнечной системы

Сатанисты решили засудить американские власти

Сигарообразный НЛО заметили над Теннеси

Тайну перевала Дятлова раскрыл канал Discovery

Что можно узнать о человеке по цвету глаз

Ад пуст, все бесы находятся в людях

Гравюры на дольменах рассказали о жизни в Израиле

Девочка потеряла кошелек и обрела его через 58 лет

Доступ к слежке за москвичами выставили на продажу

Жители острова Пасхи были индейцами

Жительница Норвегии наловила ведро комаров

Загадочное существо заметили в Неваде

Загадочное существо на австралийском пляже

Зачем нам нужен сон

Иногда мертвые действительно оживают

Маленький НЛО калечил куриц

Мозг людей и обезьян развивался аномально быстро

Нашли новые доводы против существования Планеты Х

Почему люди плачут кровавыми слезами

Почему мы до сих пор не встретили братьев по разуму

Пугающее бесследное исчезновение девочки

Робота-химика представили в Великобритании

С началом пандемии резко увеличилось количество НЛО

Странные сферические объекты нашли в космосе

Элон Маск будет стороить подземные города

В одну из калужских деревень забрёл странный гость

В этот дом не заходили 17 лет

Гигантский геоглиф в Англии был создан раньше

Глюк в Матрице во время прогулки с собакой

Грибы проросли сквозь асфальт в Москве

Девушка рассказала о жизни с аномально длинными ногами

Дежавю - мистика или загадка нашего мозга

Древний двигатель найден на Марсе

Загадочный объект обнаружили в космосе

Загадочный угонщик Дэн Купер

Комета NEOWIS предвещает грандиозную катастрофу

Космические виды Хакасии

Космическое происхождение жизни на Земле

Обнаружили аномальные свойства у магнетара

Почему опасно смотреться в разбитое зеркало

Предложено летать на Марс через Венеру

Предложили создать Всеобщий атлас жизни

Пророчество Алоиза Ирлмайера

Пророчество Белой лошади

Пророчество Святого Нила

Пророчество Хильдегарды

Разработан биоморфный нейропроцессор

Скончались рекордсмены-долгожители среди сиамских близнецов

Старожилы Белоруссии рассказывали про ящериц-крокодилов

Тайна исчезновения смотрителей маяка Эйлин Мор

Тайна странной гелеобразной субстанции на Луне

Третий человек в мире излечился от ВИЧ

Фейерверк из спрайтов над Францией

Хозяин потерял собаку и нашел на другом континенте

Человек-будильник, мальчик-факел и другие дикие профессии

Актриса обратилась с речью о вакцинации и чипировании

Богачи захотели жить в плавучих городах

Во что превратит мир 6G

Дальние космические путешествия. Языковой барьер

Израиль отправил в космос шпионский аппарат

Инопланетный танкер заправился на Солнце

Компания Facebook запатентовала систему отслеживания рук

Корабль для полета человека на Луну прошел испытания

Кто такие гуанчи

Лягушка преодолела 8000 км в банане

Магнитное поле Земли изменяется в десять раз быстрее

НЛО в форме полумесяца над Сиэтлом

НЛО заметили над зданием парламента в Лондоне

НЛО замечен над Огайо

Обнаружили систему экзопланет, влияющих на движение друг друга

Огромная черная сфера покидает Солнце

Огромное строение на астероиде Эрос

Открыта ключевая причина старения

Почему гигантские моллюски так странно светятся

Почему гребни прибрежных волн светятся ночью

Семья вампиров из Диллсборо

Серебристые облака насторожили ученых

Спутники помогут Армии США наводить артиллерию

Существуют ли расы в биологическом смысле

Тайна алтарных камней Стоунхенджа

Таинственные места, где массово исчезали люди

Уфолизм - российский творческий стиль

Феномен мертвой воды

Чупакабра загрызла всех куриц в Миассе

Экзопланеты могут быть покрыты сверхкритической жидкостью

Аномальные грозы в Индии за 10 дней убили больше людей, чем за год

Аномальные явления в СССР

Бизнесмен купил город-призрак и поверил в мистику

Борджиа - династия чудовищ

Всплыло видео с погибшими на перевале Дятлова туристами

Высота 611 манит любителей тайн

Грант на развитие исследований ИИ получил ЯрГУ

Дельфина-альбиноса встретили в Черном море

Дом с привидением ни кто не хочет брать

Женщину ударила молния внутри дома

Загадочная Хакасия. Петроглифы и местный Стоунхендж

Зловещие фигуры на фото

Изображены ли пришельцы на православных иконах

Кориканча - храм Солнца в Перу

Летающих гуманоидов заметили в небе над Флоридой

Мужчина заметили НЛО в Сызрани

Над всей территорией США наблюдали множество НЛО

Найдены следы древней цивилизации на дне океана

Нашли пауков, которые строят входные двери в норы

Невидимый сосед по палате бил пациента

НЛО снова появились в Челябинской области

Обнаружили новый физический парадокс

Огромная птица унесла акулу

Один и тот же НЛО наблюдали в США и Индонезии

Саванты - гениальные безумцы

Семья купила квартиру, но в ней уже кто-то жил

Собаки, коты и змеи видят привидения

Сталина заподозрили в атаках инопланетян на США

Тайна Бермудского треугольника раскрыта

Технологию инопланетян испытали в Австрии

Томас Эдисон изобрел приборы для связи с умершими

Что станет сигналом скорого переворота Земли

Девушка обнаружила в своем доме картошку-мутанта

Драконы есть во всех мифологиях мира

Животные могут предсказывать землетрясения

Жуткие угри

Подписка на новости
Подписка на новостой RSS-канал сайта
Получать новости сайта по почте
Контактный адрес для любых сообщений
Наверх
Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика