Во второй главе мы узнали, как ученые разделили на три школы мысли, задаваясь вопросом о происхождении жизни. Группа была убеждена, что жизнь началась с РНК, но не можете показать, как РНК, или подобных молекул могут спонтанно формироваться на ранней земле, а затем сделать копии самих себя. Сначала их усилия поощряются, но в конечном итоге оставил только разочарование. Однако, другие исследователи происхождения жизни, что перешел на другие формы, пришли какие-то результаты.
Первая часть: как сделать клетку?
Вторая часть: разделение в рядах ученых
Третья часть: поиск первого Репликатора
Теория “РНК-мира” основано на очень простой идее: самое главное, что может сделать живой организм размножаться. Многие биологи соглашаются. От бактерий до синих китов, все живые существа стремятся размножаться.
Однако, многие исследователи происхождения жизни, не считает воспроизведения что-то фундаментальное. Прежде чем тело сможет воспроизвести себя, мол, должен быть самодостаточным. Необходимо сохранить жизни государства. В фоновом режиме, вы не сможете иметь детей, если им придется умереть первым.
Мы поддерживаем себя живым, поглощение пищи; зеленые растения этого извлекать световую энергию от солнца. На первый взгляд, человек, чтобы съесть сочный стейк, очень отличается от разросшейся кроной дуба, но если мы посмотрим, мы оба нуждаемся в энергии.
Этот процесс называется обменом веществ. В первую очередь, вы должны получать энергию, например, от богатых энергией химических веществ, таких как сахар. Затем вы должны использовать эту энергию, чтобы построить что-то полезное, как клетки.
Этот процесс использования энергии настолько велико, что многие исследователи считают, что первым, кто начал свою жизнь.
Вулканическая вода горячая и богата минералами
Как вы видите, они предназначены только для метаболизма организмов? Одна из наиболее интересных гипотез, которая была сделана в конце 1980-х годов, Гюнтер, Wachtershauser. Он не был обычный ученый, точнее, юрист-патентовед с небольшим знанием химии.
Wachtershauser говорит о том, что первые организмы “радикально отличается от всего, что он знал”. Что не были сделаны из клеток. У вас нет ферментов, ДНК или РНК. Не, с другой стороны, Wachtershauser представил поток горячей воды течет из вулкана. Эта вода богата вулканических газов, таких как аммиак и содержат следы минералов, из самого сердца вулкана.
Где вода течет сквозь скалы, стала причиной химической реакции. В частности, металлов с водой помогли простых органических соединений слипаются в более крупные. Поворотным моментом стало создание первого метаболический цикл. Это процесс, в результате которого одно химическое вещество превращается в ряд других химических веществ, а в конце она воссоздана в исходном коде. В процессе, в то время как система накапливает энергию, которая может использоваться, чтобы перезагрузить цикл, и для других вещей.
Все, что делает ДНК современных организмов из клеток, мозг появился позже, в верхней части этих химических циклов. Эти циклы обмена веществ очень короткое, как жизнь. Wachtershauser назвал свое изобретение “органами прекурсор” и писал, что “едва ли то, что я называю жизнью”.
Но циклы метаболизма, такие как те, что описаны, Wachtershauser являются основой всех живых существ. Ваши клетки-это, по сути, микроскопический химический завод, постоянно отгоняли одних веществ в другие. Циклы обмена веществ не может быть названа жизнью, но которые являются основополагающими.
В течение десятилетия 1980-х и 1990-х годов, Wachtershauser на детали своей теории. Выставляет какие минералы вам подходит, и какие химические циклы могут иметь место. Их идеи стали привлекать последователей.
Но все это были чисто теоретические. Wachtershauser был прорыв, которые должны укрепить ваши идеи. К счастью, он совершил десять лет назад.
Источники Тихого океана
В 1977 году группа, под руководством Джек Корлисс из Орегонского университета, вошел в 2,5 км к востоку от Тихого океана. Они изучали Галапагосские горячие источники в местах, где дно моря был поднят высокие хребты. Эти хребты были вулканически активными.
Корлисс обнаружили, что эти хребты были очки с пружинами. Горячий обогащенный химический состав воды поднимается со дна и проходящих через отверстия в скалах.
Невероятно, эти гидротермальные источники были густо населяют странные животные. Там были огромные мидии, моллюски и кольчатые черви. Вода также была густо пропитана бактериями. Все эти организмы жили в энергию из гидротермальных источников.
Открытие этих источников был Корлисс имя. И это заставило меня задуматься. В 1981 году, он предположил, что такие источники существовали на Земле четыре миллиарда лет назад и стал местом зарождения жизни. Он посвятил львиную долю своей карьеры изучить этот вопрос.
В гидротермальных жерл жить странной жизнью
Корлисс предположил, что гидротермальные жерла мог создать коктейль из химических веществ. Каждый источник, сказал он, был своего рода спрей первичного бульона.
Как только горячая вода текла сквозь камни, жара и давление на то, что простые органические соединения были объединены в более сложные, такие как аминокислоты, нуклеотиды и сахара. Ближе к границе с морем, где вода была не так жарко, начали обращаться в цепочке образования углеводов, белков и нуклеотидов, таких как ДНК. Потом, когда вода поднялась в океане и он охлаждается еще больше, эти молекулы собраны в простые клетки.
Было интересно, теория привлекла внимание людей. Но Стэнли Миллер эксперимент, который мы представили в первой части, не верю. В 1988 году, он писал, что глубоководные разрезы были слишком жарко.
Хотя высокой температуры может привести к образованию химических веществ, таких как аминокислоты, Миллер, эксперименты показали, что он также может уничтожить их. Основные соединения, такие как сахара, “смогли бы продержаться пару секунд, не больше.” Кроме того, эти простые молекулы вряд ли будут играть в цепи, из среды вода мгновенно разбил их.
В этой фазе боя присоединился геолог Майк Рассел. Он считал, что теория гидротермальных жерл может быть очень верно. Кроме того, ему казалось, что эти источники являются хорошим предшественником Wachtershauser тела. Это вдохновение привело его к созданию одной из наиболее широко принятых теорий о происхождении жизни.
Геолог Майкл Рассел
В карьере Рассела было много интересного, что принял аспирин, поиск ценных минералов и в этот эпизод отмечен в 1960-х годах координации ответных мер на возможное извержение вулкана, и, несмотря на отсутствие подготовки. Но его больше интересовало, как изменялась поверхность Земли через время. Этой геологической точки зрения, и способность формировать свои идеи о происхождении жизни.
В 1980-х годов, он нашел доказательства ископаемое менее насильственный Тип гидротермальных источников, где температура не превышает 150 градусов по Цельсию. Эти умеренные температуры, сказал он, может позволить молекул жизни, живут дольше, чем Миллер.
Кроме того, окаменелости эти “крутые” таким образом, содержащиеся нечто странное: минерал пирит, состоящий из железа и серы, которые образовались в трубах диаметром 1 мм. Работа в лаборатории, Рассел обнаружил, что пирит также могут образовывать сферические капли. И он предположил, что первые сложные органические молекулы могут быть образованы интерьера этих простых пирита структур.
Железный колчедан
В то же время, Wachtershauser начал публиковать свои идеи, которой был поток горячих, химически-обогащенная вода, которая течет через минеральные соли. Он даже предположил, что этот процесс предполагает пирита.
Рассел сложить два и два вместе. Предполагается, что гидротермальные источники в глубоком море, достаточно холодно, чтобы дать им возможность сформировать пирита конструкций, защищенных предшественником организмов Wachtershauser. Если Рассел был прав, жизнь началась на дне моря и впервые появилась метаболизм.
Рассел собрать все это в статье, опубликованной в 1993 году, через 40 лет после классический эксперимент Миллера. Это не вызвало такой же ажиотаж в СМИ, но, пожалуй, самым важным. Рассел объединил два, казалось бы, отдельные идеи — циклы метаболизма Wachtershauser и гидротермальные жерла Корлисс в чем-то действительно убедительные.
Рассел даже предложил объяснение того, как первые организмы получали энергию. То есть, он понял, как он может работать в ваш метаболизм. Его идея была основана на работе одного из забытых гениев современной науки.
Питер Митчелл, лауреат Нобелевской премии
В 1960-х годах биохимик Питер Митчелл заболел и был вынужден уйти из Университета Эдинбурга. Вместо этого он создал лабораторию в частном порядке в отдаленном поместье в Корнуолле. В изоляции от научного сообщества, финансирование их работы за счет стада молочных коров. Многие биохимики, в том числе и Лесли Оргел, работа на РНК, которые мы обсуждали во второй части рассмотрим идеи Митчелла совершенно нелепо.
Спустя пару десятилетий Митчелл ждать абсолютной премии: Нобелевская премия по химии в 1978 году. Он не был знаменит, но ее идеи, сегодня во все учебники биологии. Свою карьеру Митчелл провел выяснение того, что организмы, с той энергией, которую вы получаете от вашей еды. На самом деле, он спрашивает, как нам всем удастся остаться в живых каждую секунду.
Он знал, что все клетки хранят свои энергии в молекуле: аденозинтрифосфат (АТФ). Аденозин присоединяется цепочка из трех фосфатов. Чтобы добавить третий фосфата требует большого количества энергии, которая будет закрыта в АТП.
Когда клетка нуждается в энергии — например, при сокращении мышц он ломается третий фосфата из АТФ. Это превращает АТФ в adenosinfosfatom (АДФ) и высвобождает накопленную энергию. Митчелл хотел узнать, как клетки на самом деле создает АТП. Как вы накопить достаточно энергии, чтобы АДФ, прикрепить третий фосфат?
Митчелл знал, что фермент, образуя АТФ, находится в мембране. Таким образом, можно предположить, что клетки накачка заряженными частицами (протоны) через мембрану, так много протонов, с одной стороны, а с другой — нет.
Затем, протоны пытаются сбежать обратно через мембрану, чтобы сбалансировать количество протонов на каждой стороне — но единственное место, через которое он может пройти, это фермент. Текущий поток протонов, следовательно, при условии, что фермент энергию, необходимую для создания АТП.
Впервые Митчелл изложил свою мысль в 1961 году. В ближайшие 15 лет, который должен был защитить его со всех сторон, пока она не превратилась в доказательство того, что это неопровержимо. Теперь мы знаем, что процесс Митчелл используется каждым живым существом на Земле. Сейчас же проводится в их клетках. Как ДНК, которая является основой жизни, известной нам.
Рассел заимствовал идеи протонный градиент Митчелл: наличие большого количества протонов с одной стороны мембраны, а немножко в другом. Все клетки нуждаются в протонный градиент для хранения энергии.
Современные клетки для создания градиентов, перекачивание протонов через мембрану, но это требует сложного молекулярного механизма, который просто не может проявляться сама по себе. Так что Рассел взял еще один логический шаг: жизнь была бы где-то с естественным протонный градиент.
Например, в гидротермальных источниках. Но это должен быть особый вид источника. Когда земля была молодой, на море была кислой, а в кислой воде большого количества протонов. Чтобы создать протонный градиент, вода из источника должна быть с низким содержанием протонов: она должна быть щелочной.
Источники Karlissa не подходят. Они были не слишком горячими, но и кислой. Но в 2000 году, Дебора Келли из Вашингтонского университета обнаружили первые щелочных источников.
“Потерянный город”
Келли пришлось хорошо потрудиться, чтобы стать ученым. Его отец умер, когда он закончил среднюю школу и был вынужден работать в рамках пребывания в университете. Но я же и выбрать интересующую Вас тему вулканы и жгучая горячих гидротермальных источников. Пары и повел ее в центр Атлантического океана. В этом месте кора треснула и дно моря розовый хребет гор.
В этот хребет Келли обнаружен поля гидротермальных источников, что называется “Потерянный город”. Они не были похожи на обнаруженные Карлисов. Вода бежала от них, при температуре 40-75 градусов по Цельсию и была слегка щелочной. Карбонатных минералов из воды подключили к холодный белый “столпы дыма”, которая поднялась с морского дна в тело трубы. Выглядит жутко и жутко, но это не так: что является средой обитания для многих микроорганизмов.
Эти щелочные отверстия идеально подходят к идеям Рассела. Он твердо верил, что жизнь появилась в эти “Затерянные города”. Но там была проблема. Как геолог, он знал, что не столько от биологических клеток, для того, чтобы представить свою теорию.
Столп дыма, “черный дым”
Как хорошо, Рассел был связан с биолог Уильям Мартин. В 2003 году он представил усовершенствованный вариант предыдущей идеи Рассела. И это, пожалуй, лучшая теория происхождения жизни на время.
Спасибо Келли, что теперь он знал, что скалы щелочные источники были пористые: они были усеяны мелкими дырочками, наполненных водой. Эти маленькие карманы, они предложили, чтобы выступать в качестве “клетки”. Каждой паре были основной химической продукции, в том числе пирита. В сочетании с естественным градиентом протонов из источников, были идеальным местом, чтобы начать обмен веществ.
После жизни узнайте, как использовать энергию источников воды, Рассел и Мартин начал создавать молекулы, такие как РНК. В конце концов, он создал свою собственную оболочку, и эта была клеткой, ему удалось вырваться из пористых пород в открытой воде.
Эта история в настоящее время рассматривается как одна из основных гипотез о происхождении жизни.
Клетки выполнить из гидротермальных жерл
В июле 2016 года он получил, когда Мартин опубликовал исследование, которое воспроизводит некоторые детали “последний общий предок универсальный” (лука). Это организм, который жил миллиарды лет и из которого вся нынешняя жизнь.
Вряд ли мы можем сделать, чтобы найти прямые ископаемые свидетельства существования этой организации, но тем не менее вы можете сделать обоснованные предположения о том, как он выглядел и что он делал, к исследованию микроорганизмов, присутствующих. Это было сделано Мартином.
Исследовав ДНК современных организмов 1930 году и определены 355 генов, которые были почти все. Это предполагает передачу этих 355 гены через поколения и поколения, от общего предка, о времени в котором он жил последний общий предок универсальный.
Эти 355 гены включают некоторые для использования протонного градиента, для поколения же — нет, как и предсказывает теория Рассела и Мартина. С другой стороны, лука, кажется, были адаптированы для представления таких химических веществ, как метан, которые предполагают, что он был заселен вулканически активной среды — Тип отверстия.
Сторонники “мира РНК” относится к двум проблем в этой теории. Один правильный, другой может быть смертельным.
Гидротермальные жерла
Первая проблема заключается в том, что экспериментальные данные описываются процессы Рассел и Мартин. Имеют пошаговые рассказа, но ни один из этих шагов не наблюдалось в лаборатории.
“Люди, которые считают, что все началось с воспроизводством, постоянные исследования новых экспериментальных данных”, – говорит Государственный Mulkidzhanian. “Люди, которые остаются за обмен веществ, не”.
Но это может измениться, благодаря товарищу Мартину ник Лэйн из университетского колледжа Лондона. Он построил “реактор для зарождения жизни”, которые имитируют условия в интерьере щелочной источник. Ожидал увидеть циклы обмена веществ, и, возможно, даже молекулы, как РНК. Но это еще рано.
Вторая проблема-расположение фонтанов в глубинах океана. Как отметил Миллер, 1988, длинноцепочечные молекулы, такие как РНК и белки не могут образовывать в воде без вспомогательных ферментов.
Для многих ученых это смертельный аргумент. “Если вы хорошо разбираетесь в химии, Вы не подкупить идея глубинных источников, потому что вы знаете, что химия все эти молекулы несовместимы с водой”, – говорит Mulkidzhanian.
И еще, Рассел и их союзники настроены оптимистично.
И только в последние десятилетия вышли на первый план третьего подхода, опирается на ряд необычных экспериментов. Он обещает что-то, что он не получил любой из “мира РНК”, или гидротермальных источников: создание клетки с нуля. Об этом в следующей части.
Загадка появления жизни на Земле. Часть четвертая: энергия протонов
Илья Хель