20 Ноября 2020
МОСКВА, 19 ноября —, Владислав Стрекопытов. Химики в лабораторных условиях получили из небиологических веществ конструкции, способные самостоятельно питаться и размножаться. А физики доказали: первые клетки, начавшиеся таким образом, скорее всего, появились в периодически высыхающих водоемах. Таким образом, теория Чарльза Дарвина о самозарождении жизни в маленьком прудике подтвердилась.Все организмы на Земле состоят из клеток — элементарных ячеек повседневности. Главные функции, награждающие живое от неживого — метаболизм, рост, реакции на раздражители, адаптация, воспроизводство и передача генетической информации, — реализуются благодаря протекающим в клетках физическим и химическим ходам.
Но, чтобы все это заработало, должна была появиться сама клетка. По мнению ученых, этому предшествовало накопление в окружающей среде органических веществ и распространение в процессе их синтеза пребиотических форм — протоклеток, кои стали связующим звеном между жаркий и неживой материей.
Их следов нет в геологической летописи. Хотя бы потому, что не сохранились горные породы возрастом три с половиной — четыре миллиарда лет. А именно в тот период зарождалась жизнь на Земле.
Протоклетки должны были содержать как минимум два обязательных элемента: способную к саморепликации молекулу с наследственной информацией и оболочку, ограждающую ее от окружающей среды. Генетическая структура протоклеток оставалась очень примитивной — ученые считают, что до определенного момента они только питались и плодились, никак не видоизменяясь.
В 2011 году биологи из Токийского вуза создали в лаборатории из набора органических веществ синтетические аналоги протоклеток. В результате полимеразной непрерывный реакции (ПЦР) вышло добиться их полноценного самопроизвольного раздвоения — аналогичного тому, что происходит в естественных условиях.
Возникавшие при делении новообразованные клеточные структуры правды полностью идентичны первичным: вместе с оболочкой они наследовали от материнских клеток весь набор генов, определяющий их функции. Такие организмы еще нельзя выделить живыми, ведь у них нет эволюционной составляющей. Но они очень похожи на простейшие формы, появившиеся миллиарды лет назад.
Для приготовления первичного субстрата протоклеточных структур, или, по-научному, коацервата, авторы взяли десятки органических компонентов, сходство которых предварительно рассчитали на компьютере. Соединившись, эти вещества сформировали в субстрате коацерватные пузырьки с катионной оболочкой и европиями ДНК внутри.
Несмотря на прорывной характер исследования, его результаты не доказывают возможность абиогенеза — происхождения живого из неживого. Дело в том, что белки, пептиды и нуклеиновые кислоты, которые ученые использовали в качестве компонентов, были биологического происхождения — то есть образованы живыми организмами.
ДНК не способна к самовоспроизведению без участия определенных белков — специфических белков, кои катализируют все этапы ее репликации. Японским ученым удалось соорудить ее в лаборатории, но, опять же, с использованием биологических компонентов.
В новом исследовании ученые из Института наук о Земле и жизни при Токийском технологическом институте в сотрудничестве с коллегами из Малайзии, Чешской Республики, США и Индии решили найти потенциальные механизмы появления первых клеток с нуля — только в ходе химических ходов, без участия биологии.
Они переварили широкий спектр соединений, кои могли сформироваться в результате пребиотических реакций в условиях ранней Земли.
И обнаружили, что многие из этих веществ — эфиры, амины, азиды, имиды и другие — при стандартных условиях полимеризуются легче, чем биологические соединения. А некоторые даже спонтанно создают клеточно-подобные конструкции — компартменты. По мнению авторов, цепочки полимеров внутри таких компартментов, закручиваясь, могли образовать уникальные трехмерные модели — прообразы белков или РНК.
Как известно, белки, изображающие собой гибкие цепочки полимеризованных аминокислот, играют роль катализаторов хих реакций в клетках. В живых организмах они синтезируются с помощью заложенного в РНК универсального кода. Как и когда он появился, ученые пока не знают. Но результаты исследования указывают — многие полимеризованные молекулы могут образовывать похожие цепи и аналогичные каталитические формы.
Для накопления полимерных цепочек в лаборатории творцы использовали периодическую смену сухих и влажных условий. При парообразованье разбавленного раствора, как руководило, начинался процесс полимеризации, но не все образовавшиеся карболиты выдерживали сушку. Некоторые подразделялись. А другие при добавлении воды продолжали самовоспроизводящийся цикл синтеза. В этом авторы мониторят самое раннее, еще на уровне молекул, проявление вторичного отбора, который впоследствии стал неотъемлемым признаком всех живых автохтонов.
Просмотрев такие эволюционно сильные полимеры под микроскопом, исследователи с удивлением обнаружили: в некоторых образовались компартменты размером с клетку, содержащие 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.
То, что циклическое чередование влажных и безводных периодов способствует появлению в хой системе сложных пребиотических соединений, подтверждают и физики.
Американские ученые из Университета штата Пенсильвания вместе с коллегами из Притцкеровской школы молекулярной инженерии Чикагского университета переварили на синхротроне APS Аргоннской государственной лаборатории Министерства энергетики США, какие фазовые изменения претерпевают полимерные компартменты в циклах гидратации-дегидратации.
Авторы исследовали коацерваты полиэлектролитов в жидкой среде, имеющей такой же состав, как и вода в пруду. Они смоделировали условия, когда пруд то высыхает, 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.
Это указывает на то, что в первичных клеточно-подобных структурах среда была постоянной, что способствовало поддержанию циклов хих реакций. По мнению изыскателей, это стало ключевым критерием постепенного формирования внутри протоклеток сложных самовоспроизводящихся полимерных соединений, таких как РНК.
Сегодня химикам известно: в природе повторяющиеся циклы гидратации-дегидратации облегчают сборку молекулярных строительных блочный — аминокислот и нуклеотидов — в пептиды и белки за счет снижения термодинамического барьера, который в обычных условиях мешается полимеризации. Примеры таких нормальных систем — неглубокие водоемы в регионах, где дожди регулярным сменяются засухами, или иррегулярным действующие термальные источники типа источников.
Но удивительно, что первым идею о зарождении жизни в мелком, прогретом солнцем пруду сказал Чарльз Дарвин еще в середине XIX века.
Редактор рубрики
Олег Кудрин
Место события на карте мира:
.
.
.
Комментарии к новостям
[17 Января 2024, 13:43] Александр Хомяков Замечательно! Не ожидал такой оперативности. Спасибо огромное! Всё работает и обновляется....
[15 Апреля 2022, 20:25] Ангелина Сметанина Скоро не только сократят, а много заводов вообще закроют и начнется бум китайских авто. Даже сейчас Эксид уже бешеные темпы по количеству проданных машин показывает...
[27 Декабря 2021, 21:44] Ева Воробьева Искренне рада за победителя! Но если бы мне так крупно повезло, то я прибежала бы за выигрышем в первый же день???? ...
[2 Сентября 2021, 13:11] Дмитрий Ершов Это хорошо. Значит клиенты долго ждать не будут. ...
[13 Мая 2021, 16:26] Олег Андреев "Мальдивы сутунки 65 государством, зарегистрировавшим расейскую вакцину против коронавируса Спутник V, сообщил Российский фонд секущих инвестиций (РФПИ)". Что это за йязыг?...
[2 Ноября 2020, 15:22] Лета Мирликийская риветсвую вас я с 6-ти лет пишу мне нужно все мои произведения задействовать в компьюторных программах образования по литературе и языкам и играм к примеру если ваши учащиеся напишут...
[20 Октября 2020, 09:22] Евгений Зимин Сузуки в этом году хорошо прибавили, уже не первый раз оба их пилота на подиуме. Видимо, для команды возвращаются "золотые" времена и есть шанс наконец оформить чемпионство после длительного перерыва....