A földi élet megjelenésének rejtélye
Minden élő lény a Földön sejtekből áll. Minden sejt lényegében puha golyó, zsák, merev külső fal, vagy # xAB, membrán # xBB; A cella feladata az, hogy megtartsa az összes lényeges elemet. Ha a külső fal megszakad, akkor a belsejek kiöntenek, és a sejt el fog halni - csakúgy, mint a kibelezett ember.
A sejt külső fala olyan fontos, hogy az élet eredetének egyes kutatói úgy hiszik, hogy először is megjelent. Úgy vélik, hogy közeledik # xAB; első genetika # xBB;, amelyet a második részben tárgyaltunk, és #xAB; először az # xBB metabolizmus, amelyet a negyedik részben tárgyaltunk, rossz. Alternatívájuk - # xAB; első rekesz szerinti # xBB; - képviseli Pier Luigi Luizi a Roma Tre-i Egyetemen, Rómában, Olaszországban.
Minden élőlény sejtekből áll
Louise ötlete egyszerű, és nehéz vitatkozni vele. Hogyan jött össze egy működő anyagcsere-rendszer vagy önreplikáló RNS létrehozásához, amelyek mindegyike egy nagyszámú vegyi anyag jelenlétére támaszkodik egy helyen, ha nem először olyan tartályt készítesz, amely együtt tartja az összes molekulát.
Ha egyetért ezzel, akkor csak egy módon kezdheti meg az életet. Valahogy a Föld korai melegében és viharában valamilyen nyersanyag alakult ki bruttó sejtekben, vagy #xAB; protocellák # xBB; Ez csak a laboratóriumban megismételhető: egy egyszerű élő sejt létrehozása.
Louise ötleteit Alexander Oparin és a Szovjetunióban az élet eredetének tudományának hajnalán lehet nyomon követni, amiről az első részben beszéltünk. Oparin hangsúlyozta azt a tényt, hogy egyes vegyi anyagok vérrögöket alkotnak - koacervátumok -, amelyek más anyagokat tartalmazhatnak. Azt javasolta, hogy a koacervátumok az első protocellák.
Minden zsíros vagy olajos anyag vérrögöket vagy filmeket alkot a vízben. Ezek a vegyi anyagok általában lipidekként ismertek. Ennek megfelelően az a hipotézis, hogy az élet velük kezdődött # xAB, a lipid világ # xBB;
De csak a vérrögök kialakulása nem elegendő. Stabilnak kell lenniük, képesek vagyunk megosztani #xAB; gyermekek # xBB; vérrögök és legalább egy kis kontroll, ami belépni és kijönni - és mindez összetett fehérjék nélkül, amelyek modern sejteket használnak ezekre a feladatokra.
Valahogy a cella még mindig megjelent
És így hipotézise nagyon összetett lett, és távolodott a tiszta megközelítéstől # xAB, először a # xBB; De Louise-nak erős érvelése volt.
A külső falakkal rendelkező cella, de a belépők nélkül, keveset tehet. Talán megosztotta a lányok sejtjeit, de nem adta át az utódokról szóló információkat. Elkezdhet fejlődni, és csak néhány gén jelenlétében bonyolultabbá válhat.
Hamarosan ez az ötlet erős támogatót szerzett Jack Shostak személyében, akinek munkája a témában #xAB; RNA világ # xBB; a harmadik részben tanulmányoztuk. Louise tagja volt a tábornak # xAB; első rekeszben # xBB ;, Shostak támogatott # xAB; első genetika # xBB;, és évek óta nem találkoztak szemtől szemben.
Szinte az egész élet egysejtű
#xAB; Találkoztunk az élet eredetéről szóló megbeszéléseken, és elkezdtük ezeket a hosszú megbeszéléseket a fontosabbakról, és mi történt először # xBB-vel, emlékszik Shostak. # xAB Végül rájöttünk, hogy a sejtek mindkettővel rendelkeznek. Arra a közös álláspontra jutottunk, hogy az élet eredetéhez fontos, hogy mind a széttagoltság, mind a genetikai rendszer # xBB;
Radikális elképzelés volt. Hamarosan Shostak úgy döntött, hogy teljes egészében szenteli magát. Miután ezt vitatta # xAB, nem tudjuk elmagyarázni ezt az elméletet anélkül, hogy megerősítenénk a # xBB-vel, úgy döntött, hogy kísérletezik a protocellákkal.
Két évvel később Shostak és két kollégája nagy sikert aratott.
A hólyagok egyszerű tartályok, amelyek lipidekből állnak
Hólyagok kísérleteztek: gömbölyded cseppek, két réteg zsírsav kívülről és egy központi folyadékmag. Megpróbálta megtalálni a módját, hogy felgyorsítsa a hólyagok létrehozását, hozzáadtak a montmorillonit nevű apró agyagrészecskéket. A vesicles kezdett 100-szor gyorsabban alakulni. Az agyag felülete katalizátorként működik, mint egy enzim.
Ezenkívül a hólyagok felszívják mind a montmorrilonit részecskéket, mind az RNS láncokat az agyag felületéről. Most már ezek a protocellák már géneket és katalizátort tartalmaztak, és mindezt egy egyszerű adalékanyagból. A montmorillonit felvételéről hozott döntés oka volt. Néhány évtized alatt számos tanulmány azt javasolta, hogy a montmorillonit és az ahhoz hasonló agyagok fontosak lehetnek az élet eredetéhez.
A montmorillonit egy közönséges agyag. Jelenleg számos esetben alkalmazzák, amelyből még macska töltőanyag is készül. Akkor keletkezik, amikor a vulkáni hamut az időjárás szétválasztja. Mivel a Föld korai bővelkedett a vulkánokban, valószínűleg sok montmorillonit van rajta.
1986-ban James Ferris kémikus kimutatta, hogy a montmorillonit katalizátorként működik, amely segít szerves molekulák létrehozásában. Később rájött, hogy az agyag felgyorsítja a kis RNS-ek kialakulását is.
Aztán Ferris azt javasolta, hogy ez a sima megjelenésű agyag lehet az élet szülőhelye. Shostak elfogadta ezt az elképzelést, és bele is vonta a munkába, montmorillonit felhasználásával prototípusainak megépítésére. Egy évvel később Shostak felfedezte, hogy a protocellái egyedül növekedhetnek.
Minél több RNS-molekula jelent meg a protokollban, annál nagyobb a nyomás a külső falon. Úgy tűnik, hogy a protocellák gyomrát megakadályozták, és készen állt arra, hogy nagy távolságokra menjen. Ennek kompenzálására a protocell több zsírsavat vett fel, és beépítette őket a falakba, ezáltal megnövelve a feszültséget és gyengítve a feszültséget.
Ami fontos, zsírsavakat vett más prokokletokból, amelyekben kevesebb RNS volt, arra kényszerítve őket, hogy vegyenek részt. Mintha a protocellák versenyeznének, és az egyik több RNS nyert. De ha a protocellák növekedni tudnak, talán megoszthatják őket? Will Shostak protocell képes reprodukálni magát?
A sejtek ketté vannak osztva
Shostak első kísérletei azt mutatták, hogy valóban van egy módja a protocellák elválasztására. Ha kis lyukon préseljük és a csőbe húzzuk, a protocell szakadt, formálódik #xAB; gyermekek # xBB; protosejtek. Ez az ötlet jó volt, mert semmiféle mobiles mechanizmust nem tartalmazott: csak a nyomás. De ez a döntés nem volt a legjobb, mert a protocellák elvesztették a folyamat néhány tartalmát. Ez azt is jelentette, hogy az első sejteket csak apró lyukakon keresztül lehetett osztani.
Amikor Zhu zsírsavakkal táplálta őket, a protocellák megnövekedtek és megváltoztak, hosszú kötélszerű lánchoz nyúlva. Miután a prototípus elegendően hosszú volt, egy könnyű alkalmazott erő elegendő ahhoz, hogy több tucatnyi kis progenitorsejtre törje.
Mindegyik lány protocell tartalmazta a szülői protocén RNS-ét, és nem vesztett semmilyen RNS-t. Ráadásul a protocellák folyamatosan megismételhetik a ciklust, a lányok protocellái megnövekedtek és megosztottak. Ez a rész úgy tűnik, megoldásra került.
A későbbi kísérletekben Zhu és Shostak még több módot találtak arra, hogy a protocellák megoszlanak. De ugyanakkor a protocelláknak sokat nem volt. Louise azt akarta, hogy a protocellák replikálják az RNS-t, de az RNS egyszerűen csak ült és nem tett semmit. Annak megmutatásához, hogy az ő protocellái lehetnek az első élet a Földön, Shostak-nak meg kellett szereznie az RNS belsejében lévő reprodukcióját.
Nem volt könnyű, hiszen a harmadik részben vázolt évtizedes próbálkozások ellenére senki sem tudta önmagát reprodukálni. Ugyanez a probléma az első munkája során Shostakot sarkába vezette # xAB, az RB # xBB világa, és senki más nem tudta megoldani. Így hát visszatért és újraolvasta Leslie Orgel munkáját, aki olyan sokáig dolgozott az RNS világának hipotézisében. E poros papírokban értékes nyomokat találtak.
Az első sejtnek az élet kémiai szerepét kellett tartalmaznia
Valójában minden egyszerű. Vegyünk egy RNS-láncot és egy szabad nukleotid-készletet. Ezután ezeket a nukleotidokat használva szereljük össze a második RNS-szálat, amely komplementer az elsőhöz. Például az RNS lánc #xAB; CGC # xBB; kiegészítõ láncot termel #xAB; GCG # xBB;. Ehhez kétszer megkapja az eredeti példányát #xAB; CGC # xBB;, csak körforgalomban.
Orgel úgy találta, hogy bizonyos körülmények között az RNS láncok ilyen módon másolhatók anélkül, hogy bármilyen enzim segítenék. Talán így született meg az első élet a gének másolatait.
1987-ig az Orgel 14 nukleotid RNS-láncot tudott készíteni, és 14 nukleotid hosszúságú komplementer sztringeket hozhat létre. Nem tehetett többet, de ez elég volt ahhoz, hogy csábítson Shostak-ot. Diákja, Katarzyna Adamal megpróbált ilyen reakciót elindítani a protocellákban.
Azt találták, hogy magnézium szükséges egy ilyen reakció elvégzéséhez. De a magnézium elpusztította a protocellákat. Azonban volt egy egyszerű megoldás: citrát, amely majdnem azonos a citromsavval, és amely minden élő sejtben megtalálható.
Shostak protocellái erős hõben élhetnek
Tíz évnyi kutatás során Shostak csapata hihetetlenül sikerült.
Olyan protocellákat hoztak létre, amelyek megtartják génjeiket, miközben hasznos molekulákat vesznek fel kívülről. Ezek a protocellák növekedhetnek és oszthatók és versenyezhetnek egymással. Az RNS reprodukálható bennük. Milyen irányból néznek ki, úgy néztek ki, mint az első élet.
# xAB; Shostak remek munkát végez # xBB ;, mondja Örmény Mulkidjanian.
Mindazonáltal első pillantásra a Shostak megközelítése ellentétes az élet eredetével kapcsolatos 40 éves kutatással. Ahelyett, hogy zavarban lennék #xAB; először játszik a # xBB; vagy # xAB; először a # xBB; partíciók szerint, úgy döntött, mindkettőt egyszerre teszi meg.
Az életmolekulák nagyon bonyolultak