|
Шаг к разгадке главной тайны жизни на Земле
|
|
|
|
Это величайшая загадка биологии: как зародилась жизнь? Команда ученых из Гарварда приблизила нас к ответу, создав искусственные химические системы, подобные клеткам, которые имитируют метаболизм, размножение и эволюцию - основные характеристики жизни. Результаты исследования были недавно опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
|
|
|
|
"Насколько я знаю, это первый случай, когда кому—либо удалось сделать что-то подобное - создать структуру, обладающую свойствами жизни, из чего-то, что является полностью однородным на химическом уровне и лишено какого-либо сходства с естественной жизнью", - сказал Хуан Перес-Меркадер, старший научный сотрудник. научный сотрудник отдела наук о Земле и планетах и инициативы "Происхождение жизни", старший автор исследования. "Я очень, очень взволнован этим".
|
|
|
|
По словам Димитара Сасселова, директора инициативы "Происхождение жизни" и профессора астрономии Филлипса, работа знаменует собой важный шаг вперед, демонстрируя, как простая, самосоздающаяся система может быть сконструирована из нехимических молекул.
|
|
|
|
"Поскольку он имитирует ключевые аспекты жизни, он позволяет нам понять происхождение и раннюю эволюцию живых клеток", - сказал Сасселов, который не принимал участия в новом исследовании.
|
|
|
|
|
|
|
Самыми ранними известными свидетельствами существования жизни являются крошечные окаменелости древних микробов возрастом около 3,8 миллиардов лет. Но их открытие вряд ли разрешило загадку о том, как и когда зародилась жизнь. Какие простые биологические молекулы дали начало сложным клеткам? Было ли это единое происхождение или множественные события? Зародилась ли жизнь на Земле или на другой планете?
|
|
|
|
Эти вопросы веками ставили биологов в тупик. Чарльз Дарвин предположил, что жизнь зародилась в "маленьком теплом пруду", а затем приняла различные формы.
|
|
|
|
В 1950—х годах Стэнли Миллер и нобелевский лауреат Гарольд Юри провели эксперименты в Чикагском университете, в ходе которых они смоделировали условия первобытной Земли — атмосферу из метана, аммиака, водорода и воды с электрическими разрядами молний - и получили аминокислоты, органические молекулы, которые образуют строительные блоки белков.
|
|
|
|
В эту дискуссию вмешался Перес-Меркадер, энергичный ученый, который называет себя "77-летним ребенком". По образованию физик-теоретик, он в начале своей карьеры занимался исследованиями теорий великого объединения, суперсимметрии, супергравитации и суперструн.
|
|
|
|
В 1990-х годах он занялся астробиологией и основал Центр астробиологии в Мадриде в сотрудничестве с НАСА, а также курировал участие Испании в научной лаборатории НАСА на Марсе.
|
|
|
|
В 2010 году он приехал в Гарвард с еще одним грандиозным проектом. "Я пытаюсь понять, почему здесь существует жизнь", - сказал он.
|
|
|
|
Все формы жизни имеют несколько общих черт: они обрабатывают химическую информацию, усваивают ту или иную форму энергии (например, потребляют пищу или осуществляют фотосинтез) для поддержания жизнедеятельности и создания частей тела, размножения и эволюции в ответ на изменения окружающей среды.
|
|
|
|
Перес-Меркадер разработал математические уравнения для основных разделов физики и химии биологии и использовал их решения в качестве руководства для синтеза искусственной жизни в пробирке.
|
|
|
|
В течение многих лет эти усилия оставались теоретическими исследованиями без экспериментальной демонстрации. Затем произошел лабораторный прорыв с появлением самосборки, вызванной полимеризацией, - процесса, при котором неупорядоченные наночастицы создаются таким образом, чтобы они самопроизвольно возникали, самоорганизовались и собирались в структурированные объекты размером в миллионные или миллиардные доли метра.
|
|
|
|
Наконец, эти инструменты позволили Пересу-Меркадеру и его коллегам воплотить свои теории в жизнь — в буквальном смысле этого слова.
|
|
|
|
В новом исследовании команда стремилась продемонстрировать, как жизнь может "зародиться" из материалов, подобных тем, которые доступны в межзвездной среде — облаков газов и твердых частиц, оставшихся в результате эволюции звезд в галактике, а также световой энергии звезд. Лабораторной версией "маленького теплого пруда" Дарвина служила пробирка.
|
|
|
|
Команда ученых смешала четыре молекулы, не являющиеся биохимическими (но основанные на углероде), с водой в стеклянных флаконах, окруженных зелеными светодиодными лампочками, похожими на праздничные гирлянды. Когда включался свет, смесь вступала в реакцию и образовывала амфифилы, или молекулы с гидрофобными (не переносящими воду) и гидрофильными (любящими воду) частями.
|
|
|
|
Молекулы самоорганизовались в шарообразные структуры, называемые мицеллами. Эти структуры удерживали жидкость внутри, где она приобретала другой химический состав и превращалась в похожие на клетки "пузырьки", или наполненные жидкостью мешочки.
|
|
|
|
В конце концов, пузырьки выбрасывали больше амфифилов, похожих на споры, или просто лопались, и свободные компоненты образовывали новые поколения структур, более похожих на клетки. Но растущее число выделяющихся спор немного отличалось друг от друга, причем некоторые из них с большей вероятностью выживали и размножались — таким образом, моделируя то, что исследователи назвали "механизмом свободной наследственной изменчивости", основой дарвиновской эволюции.
|
|
|
|
Стивен П. Флетчер, профессор химии Оксфордского университета, который не принимал участия в новом исследовании, но проводит аналогичные исследования, сказал, что исследование PNAS открывает новый путь для создания синтетических самовоспроизводящихся систем - достижение, которого в прошлых экспериментах достигали только с помощью более сложных методов.
|
|
|
|
"Работа демонстрирует, что поведение, похожее на поведение живых существ, может наблюдаться у простых химических веществ, которые не имеют отношения к биологии, более или менее спонтанно при подаче световой энергии", - сказал он.
|
|
|
|
Перес-Меркадер описывает этот эксперимент в более оживленных выражениях. Он считает, что это дает модель того, как жизнь могла зародиться около 4 миллиардов лет назад. По его расчетам, такая система могла развиться химическим путем и дать начало последнему универсальному общему предку — изначальной форме, породившей всю последующую жизнь.
|
|
|
|
"Что мы видим в этом сценарии, так это то, что вы можете легко начать с молекул, которые не представляют собой ничего особенного, не похожего на сложные биохимические молекулы, которые сегодня ассоциируются с живыми природными системами", — сказал он. "Эта простая система - лучшее, с чего можно начать этот жизненный бизнес".
|
|
|
|
Источник
|
