Доказана теория Дарвина о зарождении жизни

Доказана теория о том, что жизнь зародилась из небиологических веществ в небольшом водоеме. Такую идею ранее высказал Чарльз Дарвин. Рассказываем, как изменились наши знания о возникновении жизни.

О чем говорит теория происхождения жизни из прудика?

Первая, самая знаменитая модель зарождения жизни на Земле принадлежит Чарльзу Дарвину, который в письме к одному своему другу предположил, что жизнь возникла в некоем «мелком, прогретом солнцем пруду».

Такие водоемы возникали на поверхности планеты при падении комет и метеоритов за несколько миллионов лет до того, как на ней возник первичный океан.

И до конца 70-х годов XX века, пока не состоялись те самые глубоководные экспедиции к разломам, эта гипотеза была самой популярной. Другие ученые начала XX века, такие как Джон Холдейн и Александр Опарин, согласились с Дарвином и развили его теорию.

Они, независимо друг от друга, предположили, что молодая Земля имела «восстанавливающую» атмосферу, то есть антагонистичную той, где продуцируется кислород. В такой атмосфере, например, никогда не будет ржаветь железо. Атмосфера того времени, возможно, была насыщена метаном и аммиаком, формируя идеальный «первичный бульон», из которого жизнь и появилась в каком-нибудь мелком водоеме.

В пользу этой теории говорит тот факт, что на поверхности суши присутствовал ряд критических важных для жизни элементов, например, молибдена, бора и азота, концентрация которых в первичном океане была крайне мала.

814px-Geological_time_spiral.png

Как теорию пытались доказать?

Для того, чтобы первый организм появился, должны быть клетки, хотя бы одна.

По мнению ученых, появлению клетки поспособствовало накопление в окружающей среде органических веществ и появление пребиотических форм — протоклеток, которые стали связующим звеном между живой и неживой материей. Однако этих протоклеток уже нет на земле. Но ученые знают, что в них точно должно было содержаться:

  • способная к саморепликации молекулу с наследственной информацией
  • оболочка, ограждающая ее от окружающей среды

Аналоги протоклеток удалось синтезировать в 2011 году биологам Токийского университета. В результате полимеразной цепной реакции (ПЦР) удалось добиться их полноценного самопроизвольного деления — аналогичного тому, что происходит в естественных условиях.

Для того, чтобы подготовить первичный субстрат или другими словами коацерват, авторы работы взяли десятки органических компонентов, соотношение которых предварительно рассчитали на компьютере. Соединившись, эти вещества сформировали в субстрате коацерватные пузырьки с катионной оболочкой и элементами ДНК внутри.

Однако этого еще было недостаточно, чтобы подтвердить, что живое может происходить из неживого. ДНК не способна к самовоспроизведению без участия определенных ферментов — специфических белков, которые катализируют все этапы ее репликации. Японским ученым удалось создать ее в лаборатории, но, опять же, с использованием биологических компонентов.

Что послужило материалом для первой жизни?

Новое исследование международной группы ученых было заточено под то, чтобы найти потенциальные механизмы образования первых клеток «с нуля» — только в ходе химических процессов, без участия биологии.

Они изучили широкий спектр соединений, которые могли сформироваться в результате пребиотических реакций в условиях ранней Земли.

И обнаружили, что многие из этих веществ — эфиры, амины, азиды, имиды и другие — при определенных условиях полимеризуются легче, чем биологические соединения. А некоторые даже спонтанно создают клеточно-подобные структуры — компартменты. По мнению авторов, цепочки полимеров внутри таких компартментов, закручиваясь, могли образовать уникальные трехмерные формы — прообразы белков или РНК.

murdasova-7.jpeg

Для получения полимерных цепочек в лаборатории авторы использовали периодическую смену сухих и влажных условий. При испарении разбавленного раствора, как правило, начинался процесс полимеризации, но не все образовавшиеся полимеры выдерживали сушку. Некоторые распадались. А другие при добавлении воды продолжали самовоспроизводящийся цикл синтеза. В этом авторы видят самое раннее, еще на уровне молекул, проявление эволюционного отбора, который впоследствии стал неотъемлемым признаком всех живых организмов.

исследователи изучили полимеры под микроскопом и обнаружили, что внутри некоторых появились компартменты величиной с клетку: в них было от десяти до двадцати атомов. По мнению ученых, со временем эти клеточно-подобные агрегаты после долгих химических преобразований могли стать полноценными клетками — самоорганизующимися структурами, состоящими уже из миллионов атомов.

Что было важно для зарождения первых клеток?

Условия в прудике, о которых говорил Дарвин, были основой для зарождения жизни, это подтвердили исследования. Особенность абстрактного прудика заключается в том, что он то становится наполненным водой, то пересыхает. То есть циклическое чередование влажных и сухих периодов способствует появлению в химической системе сложных пребиотических соединений, подтверждают и физики.

Авторы исследовали коацерваты полиэлектролитов в жидкой среде, имеющей такой же состав, как и вода в пруду. Они смоделировали условия, когда прудик то пересыхает, то снова наполняется дождевой водой. И выяснили: в первом случае концентрация нуклеиновых кислот и солей увеличивается, во втором — уменьшается. Внутри же полимерных компартментов она не меняется.

shutterstock_1374224762.jpg

По мнению исследователей, это стало ключевым фактором постепенного формирования внутри протоклеток сложных самовоспроизводящихся полимерных соединений, таких как РНК.

Соответственно для жизни нужно три условия:

  • Компартментализация
  • Саморепликация
  • Метаболизм

Елизавета Приставка

Загружаем комментарии...
Читать комментарии

Новости

Больше новостей