Тайна появления жизни на Земле. Часть вторая: раскол в рядах ученых

9 458 просмотров
Об авторе

Жизнь

К началу 1950-х годов ученые отошли от давнего предположения, что жизнь была подарком богов. Вместо этого они начали исследовать возможность того, что жизнь на ранней Земле сформировалась стихийно и естественно — и благодаря знаковому эксперименту Стэнли Миллера даже получили некоторую практическую поддержку этой идеи.

Часть первая: как сделать клетку?

Пока Миллер пытался сделать материал жизни с нуля, другие ученые выясняли, из каких генов она состояла. К тому времени многие биологические молекулы стали известны. Сахара, жиры, белки и нуклеиновые кислоты вроде «дезоксирибонуклеиновой кислоты», или ДНК, если коротко.

Сегодня мы уже привыкли к тому, что ДНК переносит наши гены, но для биологов 1950-х годов это было шоком. Белки более сложные, поэтому ученые думали, что они являются генами.

В 1952 году эту идею опровергли Альфред Херши и Марта Чейз из Института Карнеги в Вашингтоне. Они изучали простые вирусы, которые содержат только ДНК и белок и которые должны заражать бактерии, чтобы воспроизводиться. Они и выяснили, что в бактерию попадает вирусная ДНК, а белки остаются снаружи. Очевидно, именно ДНК была генетическим материалом.

Выводы Херши и Чейз запустили бешеную гонку по выяснению структуры ДНК и как она работает. В следующем же году эту проблему решил Фрэнсис Крик и Джеймс Уотсон из Университета Кембриджа в Великобритании — при неоценимой помощи их коллеги Розалинды Франклин.

Их открытие стало одним из величайших научных открытий 20 века. Оно также преобразило поиск происхождения жизни, раскрыв невероятную сложность, которая скрывалась внутри живых клеток.

Крик и Уотсон

Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик с их моделью ДНК

Крик и Уотсон поняли, что ДНК представляет собой двойную спираль, как винтовая лесенка. Два «полюса» лестницы выстраивались молекулами-нуклеотидами.

Эта структура объяснила, каким образом клетки копируют свою ДНК. Другими словами, она раскрыла, как родители делают копии своих генов и передают детям.

Ключевой момент в том, что эту двойную спираль можно «распаковать». Это обнажает генетический код, состоящий из последовательностей генетических оснований A, T, C и G, которые обычно заперты в ступеньках лесенки ДНК. Каждая цепочка затем используется как шаблон для воссоздания копии.

С помощью этого механизма гены передавались от родителей к ребенку с самого начала жизни. Ваши гены были переданы древней бактерией — и на каждом шагу копировались, используя механизм, обнаруженный Криком и Уотсоном.

Крик и Уотсон изложили свои выводы в статье в Nature в 1953 году. Следующие несколько лет биохимики пытались выяснить точно, какую информацию переносит ДНК и как эта информация используется в живых клетках. Впервые сокровенные тайны жизни были выставлены напоказ.

Оказалось, что ДНК делает только одну работу. Ваша ДНК говорит клеткам, как делать белки: молекулы, которые выполняют важнейшие задачи. Без белков вы не могли бы переваривать пищу, ваше сердце остановилось бы и дышать было бы невозможно.

Но процесс использования ДНК для создания белков оказался чрезвычайно запутанным. Это стало большой проблемой для любого, кто пытается объяснить происхождение жизни, поскольку трудно представить, как что-то настолько сложное вообще могло появиться само по себе.

Каждый белок представляет собой длинную цепь аминокислот, соединенных в определенном порядке. Последовательность этих аминокислот определяет трехмерную форму белка, а значит, и его назначение.

Эта информация закодирована в последовательности оснований ДНК. Поэтому когда клетке нужно сделать конкретный белок, она считывает соответствующий ген в ДНК, чтобы получить последовательность аминокислот.

Но есть нюанс. ДНК очень ценная, поэтому клетки предпочитают хранить ее в безопасности. Поэтому они копируют информацию из ДНК на короткие молекулы другого вещества, РНК (рибонуклеиновая кислота). Если ДНК — это библиотечная книга, то РНК — это клочок бумаги с важной выдержкой. РНК подобна ДНК, только у нее всегда одна цепь.

И, наконец, процесс преобразования информации в этой цепи РНК в белок происходит в чрезвычайно сложной молекуле под названием «рибосома». Этот процесс протекает в каждой живой клетке, даже у простейших бактерий. Он так же необходим для жизни, как еда и воздух. Любое объяснение происхождения жизни должно показать, как эта сложная троица — ДНК, РНК и белок рибосомы — появилась и начала работать.

Клетка

Клетки могут быть невероятно сложными

И внезапно идеи Опарина и Холдейна уже кажутся наивными и простыми, а эксперимент Миллера, который произвел несколько аминокислот, и вовсе дилетантским. Его исследование было лишь первым шагом на длинной дороге.

«ДНК заставляет РНК делать белок, и все это в закрытом мешочке химических веществ», говорит Джон Сазерленд. «Вы смотрите на это и поражаетесь тому, насколько это сложно. Что нам делать, чтобы найти органическую химию, которая будет делать все это за один раз?».

Первым человеком, который попытался прямо ответить на этот вопрос, стал английский химик Лесли Оргел. Он одним из первых увидел модель ДНК Крика и Уотсона, а позже помог NASA с программой «Викинг», по которой на Марс были отправлены посадочные модули.

Оргел намеревался упростить задачу. В 1968 году, при поддержке Крика, он предположил, что первая жизнь не имела белков или ДНК. Вместо этого она почти полностью была сделана из РНК. В таком случае первичным молекулам РНК приходилось быть особенно универсальными. С одной стороны, они должны были уметь создавать копии самих себя, по-видимому, используя тот же механизм образования пар, что и ДНК.

Идея того, что жизнь началась с РНК, оказала колоссальное влияние. И разразила научную войну, которая продолжается по сей день.

ДНК

ДНК лежит в основе всех живых существ

Предположив, что жизнь началась с РНК и кое-чего еще, Оргел по сути предположил, что один из важнейших аспектов жизни — ее способность воспроизводить себя — появился до всех остальных. В некотором смысле он предположил не только, как жизнь появилась: он предположил кое-что о самой сути жизни.

Многие биологи согласны с идеей Оргела «сперва воспроизводство». В дарвиновской теории эволюции способность производить потомство находится в центре: это единственный способ для организма «выиграть» — оставить после себя детей.

Но у жизни есть и другие функции, которые кажутся одинаково важными. Самая очевидная — это метаболизм: способность извлекать энергию из окружающей среды и использовать ее для поддержания своей жизни. Для многих биологов метаболизм определяет первичную суть жизни, а воспроизводство уже потом.

Поэтому начиная с 1960-х годов в рядах ученых, изучающих происхождение жизни, наблюдается раскол.

«Основное разделение представляло собой «сперва метаболизм» против «сперва генетика», говорит Сазерленд.

Между тем третья группа поддерживает гипотезу о том, что сперва появился контейнер для ключевых молекул, который не позволял им расплываться. «Компартментализация должна была появиться первой, поскольку нет смысла проводить метаболизм, если ты не компартментализован», говорит Сазерленд. Другими словами, должна была быть клетка — как подчеркивали Опарин и Холдейн за несколько десятков лет до этого — возможно, закрытая мембраной из простых жиров и липидов.

Все три идеи приобрели сторонников и сохранились до наших дней. Ученые страстно поддерживали свои идеи, иногда даже совершенно слепо. Неразбериха в рядах ученых достигла апогея, а журналисты, сообщающие о результатах, одни часто говорили, что «другие ученые тупые» или еще хуже.

Благодаря Оргелу, идея начала жизни с РНК освежила движение к разгадке. Затем наступили 1980-е, а вместе с ними произошло открытие, которое в значительное степени подтвердило идею Оргела.

РНК

РНК может быть ключом к началу жизни

Продолжение следует…

Тайна появления жизни на Земле. Часть вторая: раскол в рядах ученых

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

44 комментария

  1. Hitchcock

    По мнению Энтони Флю (критик религии, между прочим), результаты исследований биологами структуры молекулы ДНК со всей очевидностью показали невероятную, непостижимую комплексность всех её компонентов, необходимых для существования жизни, и существование разума, создавшего эту основу жизни. Флю называл абсурдным утверждение, что первая основа жизни — живая клетка, обладающая непостижимой сложностью строения, могла произойти путём эволюционирования неодушевленной материи вследствие неких природных условий.

    Однако при этом Флю отмечал, что его позиция является деистической и далека от христианских или исламских верований. Такую характеристику Богу могли бы дать Аристотель, Джефферсон — сущность, которая явилась первопричиной вселенной, но при этом не вмешивается в людские дела. Он также утверждал, что не верит в жизнь после смерти.

    (с) Вики

    • Barel

      Вещество способное воспроизводить само себя, это механизм, созданный неизвестной пока энергией. Это энергия в условиях земли, сохраняя себя приобрела такие причудливые формы, как растения, животные...

      • Barel

        Органика это одна из форм существования материи, отличительная особенность этой формы - возможность воспроизводить себя, причина возникновения органической формы нам неизвестна, потому что неизвестны законы существования и развития материи во вселенной. Человеческих знаний слишком мало для качественного анализа, мы продолжаем изучать следствие причин и еще долго будем этим заниматься.

    • Sam777

      В статье вообще постоянно соседствуют понятия "невероятная сложность" и "случайно" :) Мне с этого смешно... (отправлено из приложения Hi-News.ru)

      • deaddreams

        и что смешного? берем огромный клубок ниток, случайно катаем его по огромной комнате, случайным образом. В итоге получаем невероятно сложную запутанный узор благодаря случайности. Не стоит недооценивать случайность.

  2. uran

    Представим синтез веществ в более агрессивных условиях (кислота, холод и т.п.). Что, при большой фантазии разве не возможно представить монстра, родившегося там? (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  3. uran


    Забавно, "из экономии ДНК клетки копируют инфу на РНК", забавно, какие умные экономные клетки :) (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  4. uran

    А вещества про-клетки сговорились и соорудили себе перегородку-оболочку, домик такой, и стали в нем жить, поживать, генов наживать. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  5. Aldo

    Отлично, ждём продолжения. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  6. SiJack

    Я конечно не ученый и не вникал во все тонкости ДНК, но как программист выскажу такое мнение. Все обнаруженные и расшифрованные гены учеными, это типа функций и или процедур в современных языках программирования (1,5% от всего ДНК). А сам код мы не знаем где, возможно, это тот самый мусорный ДНК. Ведь на практике даже не очень простая программа содержит очень много строк кода, а если перевести все в язык процессора 0-1 то вообще +100500 мильенов:). И еще про опыты ученых типа запустили антибиотик в разных концентрациях и бактерии постепенно через несколько поколений приспособились или изменили свой рацион питания. Я например не могу представить что заставить машину ездить на бензине или дизеле возможно просто изменением одной или нескольких деталей причем случайно, т.к. это сложный отлаженный процесс, думаю и у бактерий с питанием нечто подобное. Поэтому по своему скромному мнению думаю что в этих бактериях возможность питания и резистентность к антибиотикам у же были запрограммированы, а вот мутации происходят как раз с вызовом запрограммированных функций, типа включаются разные триггеры и наиболее успешные остаются. Как то так, как мог объяснил. На истину в последней инстанции не претендую:)

    • VolkaDlak

      ДНК и содержит +100500 мильёнов "строк". Да ещё и код периодически записан по верх другого кода (крутая архивация), Да и сама "запаковка" генов за частую одновременно ещё дополнительных функций добавляет. Вообщем, да это всё удивительно сложно, но изучено достаточно хорошо (я имею ввиду механизмы передачи информации и синтез белков.

      А по поводу бактерий, вернусь к вашему примеру: У вас уже есть несколько автомобилей, и все они могут ездить на бензине. Там стоят какие нибудь гоночные, джипы, пикапы, грузовики. И вот случается страшное, бензин закончился и остался один дизель. Заправили вы все машины и видите что гоночная даже не пробует завестись (конечно для неё высокооктановый сверхчистый бензин нужен), грузовичёк попукал да заглох, а вот джип таки завёлся! Правда едет плохо, глохнет, но всё что вам нужно сделать это слегка очистить дизель, и машина поедет как прежде (конечно! это же джип, его движок не прихотлив к топливу) Причём вам не важно каким способом отчищать топливо. Хотите можете добавлять какие нибудь присадки, хотите поставите фильтр механический, или бактерий напустите которые будут перерабатывать мазут.
      Вот так поступают и бактерии в этом эксперименте.

      Другое дело что мог пропасть и дизель и остаться только сырая нефть, тогда уж все бы машины вашего гаража вымерли. Так поступают с бактериями обычно, то есть дают не слабые антибиотики против которых бактерии и так худо-бедно бороться могут и надо всего лишь выбрать в какую сторону двигаться для приспособления, а сразу концентрации такие что бы точно никто не выжил.

      • SiJack

        Возможно и так, думаю рано или поздно люди раскроют тайну зарождения или создания жизни. Время покажет.

        • jojikk

          Возможно, что в ДНК записан код (программа) жизни каждого человека, скажем - судьба человека запрограммирована в ДНК.

          • VolkaDlak

            Конечно, так и вижу как в вашей ДНК запрограммировано что вы оставили этот комментарий, а в моей ДНК записана судьба оставить свой комментарий. :))

            • jojikk

              Давайте попробуем развить тему?
              Чем по Вашему обусловлены все процессы жизнедеятельности, которые сознательно не контролируются?

          • SiJack

            Ну это уже слишком :)

    • zola58

      У меня несколько версий по поводу устройства Мироздания. Вот одна из них. Наш Космос- это мусорная корзина Мироздания. Только так можно объяснить нашу "дебильную" сборку. Корзина периодически опустошается. Были цевилизации членистоногих, цивилизации гигантов, атлантов и пр. Похоже, идет "сливание" нашей цивилизации. Воронка сужается, время летит быстрее. Эту информацию можно увидеть и в религии и в квантовой механике и пр. Жанр не имеет значения. Мы льстим себе подобием Бога и пр. чтобы не как-то прожить. Как-то так, если коротко.

  7. bilif

    Абсурд...
    Предлагаю мысленный эксперимент: берём стройматериалы согласно спецификации проектировщика (откуда он взялся забудем), складываем все материалы в большую бетономешалку и начинаем вращать (какой энергией тоже забудем). И теперь кто-то утверждает что внутри бетономешалки "самопостроится" дом? А бетономешалка в это мгновение каким-то чудом остановится, потому что если провернется немножко - капец домику....

    • VolkaDlak

      Абсурд...
      Предлагаю другой мысленный эксперимент доказывающий что летать могут только птицы. Для полёта нужны крылья и мощный двигатель. Возьмём современный электровоз, приделаем ему громадные крылья, разгоним его как следует на вершине каньона (откуда там рельсы забудем) и пусть летит. Что полетит что ли? Бред какой куча железа в виде электровоза вобще летать не может, а значит и железо вообще не летает.

      Что бы ваша аналогия была уместна вы должны добавить что ваши стройматериалы *могут* соединяться друг с другом определённым образом, и тогда, да - в бетономешалки соберётся дом. А вот вам видео на эту тему (и статья за одно) http://misto.news/brain_up/telefon-kotoryj-sobiraet-sebya-sam-video-18039.html

      • bilif

        Покрутите эти телефоны еще хотя бы сутки и посмотрим что от них останется.

      • bilif

        И да, электровоз с "вершины каньена" точно полетит, даже без крыльев. Так что железо летает, иногда даже далеко и быстро - как пуля...

    • ibragimpasha81@mail.ru

      Вот я о том же. Верят люди в чушь. Типо когда то невероятно сложный механизм случайно создал себя сам. Да и еще одновременно кушал и рожал себе подобных.
      создатель вовсе не обязан иметь физический облик. Это вечная энергия (Эйнштейн ) создающий и забирающий жизнь. У нее нет ни начало ни конца. Он вне времени и пространство. Читайте биоцентризм (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • SiJack

      Что бы клеймить что то выражением Абсурд, нужно быть истиной в последней инстанции, коей Вы явно не являетесь. Если Вы верите в Создателя то предоставьте Ему возможность сказать за себя (Он ведь может?). Ну а пока тайна жизни не раскрыта вероятно нужно быть скромнее :) И не думать что Вы умнее всех, а остальные верят в чушь. Поверьте время расставит все на свои места, если мы доживем конечно:)

      • bilif

        Создатель уже все сказал - он уже создал мир. А мы с Вами пока пытаемся читать его послания. Иногда нам удается что-то понять, иногда нет. Это не значит что нужно бросить учебу.))

        • G0Dzilla

          Если слово Вашего Создателя - это наша Вселенная, то он не так уж и умен, как Вы представляете себе. Множественные ошибки конструирования некоторых организмов и их органов, сложнорешаемые зависимости одних явлений природы от других и т.д. И через это Ваш создатель несет свою мысль? (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  8. nubulla

    Да что там парится! Все было сделано за шесть дней. Читай библу, ставь свечку и будет тебе счастье. Неча тута оскорблять "чувства верующих"!

  9. ibragimpasha81@mail.ru

    В целом вообще не понятно логика ТЭ, зачем один вид должен современем превратится в другой. Если он появился на свет как рыба то и продолжит как рыба. Ему комфортно в воде. Все есть для него. Так что должен его подталкиват к изменениям. Эволюция внутри вида да. Я согласен. Каждый вид улучшается внутри долгие века. Но то что рыбы превратились в ящерицы и всякие чушь, извините тут логика отпадает. Зачем ему так радикально изменится когда все и так хорошо . (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • deaddreams

      потому что за миллиарды лет не всегда было все "хорошо". Если все "хорошо", то всего из 1 бактерии за пару суток может образоваться клубок больше размера нашей Земли. Но никогда не бывает ничего идеально. Всегда есть ограничивающие факторы. И жизнь всячески пытается их преодолеть.

    • Barel

      Изменения организма это ответ на вызов окружающей среды. Любое изменение природных условий ( а за миллиарды лет этого было предостаточно) отражается на живых организмах. Это же просто. При чем тут ваша логика. Рыбы нашедшие себе кормовую базу на земле, изменяются настолько, насколько это необходимо для эффективного получения пищи в новых условиях. Примеров миллион...

    • SadFox

      Все не так хорошо, высокая конкуренция в средн обитания толкает к изменению этой среды. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

    • YanTsys

      Ну неужели так всё плохо с фантазией?

      Вы не можете представить ситуации когда вы стали рыбой и вам захочется на берег? Представьте что вы сожрали все водоросли кругом, а рядом с берега постоянно падают вкусные семена и червячки. Это положительный мотив. А теперь представьте что к вам сзади подплывают акулы, это жесткий стимул. А теперь представьте что вы живете в реке которая регулярно почти полностью пересыхает, а вы умеете дышать только через жабры, это уже полная безысходность из четырех букв которая к вам придет если не научитесь ползать и дышать...

  10. Barel

    Три стороны жизни: защита от окружающей среды, получение питания-энергии, воспроизведение собственной формы... ничего не изменилось за миллиарды лет , и ничего не изменится...

  11. dioxide

    1 (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  12. abdula

    У эволюции есть недостаток, её завязали на то, что одни виды происходили от других, но тогда, должно быть огромное множество видов, а не остаться локальными, например, между ящерицами и птицами д.б., столько птиц с хвостом ящериц и наоборот и эти виды не обнаружены, пытаются архиоптерикса втюхивать... (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • mlserg

      Тюлени например. Промежуточный вид, эволюционирующий из сухопутного животного в морского обитателя, либо наоборот. Находится примерно посередине этой эволюции.

  13. Palpy

    А почему все привязано к числу 12? 24 хромосомы, 12 летний солн цикл и тп?
    И еще вспомните фин титры в фильме посл фильме Вачовски :знаки зодиака вставлены в ДНК...

    • bilif

      А еще множество фундаментальных законов описываются тремя (!) переменными - в механике, в оптике, в электрике и т.д. и т.п. А длина окружности - числом "Пи", которому конца - края не видно, ну точно как сама окружность.
      Так что всем "понятно" - мир это хаос, который сам возник, сам себе чота создал и никакой МЫСЛИ или ИДЕИ тут нету ....
      Ку-ку! Атеисты! Может пора бы голову подключить к мыслительному процессу?

    • SadFox

      У вас вероятно может и 24 хромосомы, но у здоровых людей 23 пары хромосом. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  14. uran

    А никто не рассматривал человека, как организованную систему, где все части соседствуют на взаимовыгодных условиях? Бывают случаи отторжения, перерождения, атрофии и т.п., но в целом цель - выживание. И чем сложнее система (организм), тем выше уровень развития и срок жизни. Правда есть примеры долгожителей у более простых организмов, вечная медуза нутрикула, к примеру :) (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  15. pathetic

    Чья мысль? В начале чего? (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  16. 0.5l

    а не состряпать-ли чего-нибуть примитивного для начала?

  17. Rillan

    Успокойся. В начале моей истроии и мысль тоже моя.

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.