Микробиологи, похоже, решили загадку «курицы и яйца»

22 Мая 2017 в 12:30, Николай Хижняк 20 405 просмотров 21

В науке популярна теория о том, что первая жизнь на Земле появилась в так называемом «первичном бульоне». Имеющиеся в этом бульоне элементы на базе углерода соединялись между собой в простые молекулы, пока в конечном итоге не положили начало зарождению примитивнейшей жизни. А вот дальнейший шаг в эволюции вызывает в среде ученых множество споров и дискуссий.

Согласно одной популярной гипотезе, молекулы рибонуклеиновой кислоты (РНК), содержащие генетический код белков и способные исполнять функции простых химических реакций, явились тем, что положило начало жизни на нашей планете. Некоторые ученые отвергают эту идею и говорят о том, что РНК является слишком большой и комплексной структурой для того, чтобы иметь право носить звание катализатора жизни. По мнению этих ученых, еще до появления макромолекул в виде РНК более простые молекулы смогли развить возможность использовать метаболические функции, без которых никакого РНК не было бы. В целом данная идея выступает за то, что во главе всего, то есть самым первым появился именно метаболизм. И новые доказательства научной группы из Иллинойсского университета лишь подкрепляют эту идею.

«Все живые существа обладают метаболизмом, набором жизненно необходимых химических трансформаций, позволяющих обеспечивать эти организмы энергией и материей, необходимыми для функционирования клеток. Эти метаболические трансформации, скорее всего, появились на Земле очень рано. Возможно, что первые организмы позаимствовали химические реакции, уже имевшиеся на тот момент на планете, усвоив их в клетках через развитие ферментативной активности», — говорит Густаво Каэтано-Анольес, биоинформатик и профессор кафедры растениеводства Иллинойского университета.

Каэтано-Анольес и его коллега Ибрагим Коч из турецкого Технического университета Гебзе решили проверить теорию «первичности метаболизма» через анализ молекулярных функций организмов, представленных во всех царствах, и изучили геном (набор генов) 249 отдельных организмов, информация о которых представлена в базе данных проекта «Генной онтологии». Уникальной эту базу данных делает то, что в ней содержится не только информация о каждом продукте генов – белках или молекулах РНК, но также и описание функций каждого отдельного гена этих организмов.

«Вы можете взять целый геном, представленный в организме, например, человеческий, и визуализировать его через набор функциональных особенностей каждого отдельного гена. Исследование этих «функционов» может рассказать вам о том, что именно делает тот или иной ген. Например, мы можем выяснить, каким типом каталитических, распознающих или связующих функций обладает конкретный продукт гена, что является гораздо более интуитивным для исследования», — комментирует Каэтано-Анольес.

«Лучший способ понять живой организм – выяснить функции его генов», — продолжает ученый.

Со слов Каэтано-Анольеса, наличие одной и той же функции в геноме у разных видов может говорить об эволюционной важности этой функции. Таким образом исследователи изучили все молекулярные функции разбираемых организмов, подсчитали их, а также вывели те, которые встречались во всех случаях. Основная идея, стоящая за всем этим, заключается в том, что самыми первыми, то есть самыми базовыми функциями, такими как каталитические процессы, отвечавшие за появление метаболизма, вероятнее всего, были наделены все организмы того времени и, следовательно, будут обнаружены на всем протяжении так называемого древа жизни. В то же время те функции генов, которые появились уже позже всех остальных, наоборот, будут встречаться у меньшего числа видов живых организмов.

С помощью современных информационных и компьютерных методов исследователи создали древо, изображающее пути, ведущие к самым базовым молекулярным функциям. Ближе к основанию этого древа (то есть ближе к корням) находятся самые древние функции. Более «свежие» функции, в свою очередь, находятся ближе к его верхушке.

Оказалось, что у самого основания этого древа можно выделить только две молекулярные функции, которые, вероятнее всего, и положили начало жизни на Земле. Это метаболизм и молекулярные связи.

«Вполне логично предположить, что именно эти две функции появились первыми. Так как молекулам для производства энергии был необходим метаболизм. Кроме того, им было необходимо взаимодействовать друг с другом», — объясняет Каэтано-Анольес.

Следующими появились функции, которые делали возможным появление макромолекул. Именно здесь могла появиться РНК. Следом появились механизмы, позволившие молекулам интегрироваться в клетки, а затем и функции, которые позволяли клеткам взаимодействовать между собой и своим окружением.

«В конце концов, подбираясь к кроне дерева, мы видим функции, относящиеся к сложным процессам, включающим производство мышц, кожи или нервной системы», — говорит Каэтано-Анольес.

Своим исследованием ученые не просто проливают свет на прошлое жизни. Напомним, что эволюция продолжается до сих пор. Поэтому понимание последовательности формирования этих молекулярных функций сквозь время может помочь нам предсказать то, куда жизнь на Земле двинется дальше.

«Когда люди говорят об эволюции, они оглядываются назад. Нам же хотелось бы разработать хронологические и методологические модели, которые могли бы ответить на вопрос о том, куда же движется эволюция и появление каких новых молекулярных функций нам следует от нее ожидать в будущем», — комментирует Каэтано-Анольес.

Работа сегодняшних специалистов определенно сможет найти свое применение в биоинженерии, развивающейся сфере использования биологической информации и компьютерных вычислений для создания новых биологических форм. По словам Каэтано-Анольеса, разработка новых генов в будущем сможет на корню решить проблемы различных заболеваний и улучшить нашу повседневную жизнь.

«Ключ к эффективной перестройке нашего генома и наделении его новыми полезными молекулярными функциями заключается в понимании принципов работы простейших молекулярных форм жизни в прошлом», — подытоживает ученый.

Оригинал статьи Каэтано-Анольеса и Ибрагима Коча под названием «Естественная история молекулярных функций на базе обширного филогенетического анализа данных генной онтологии» была опубликована в журнале PLoS One.

Микробиологи, похоже, решили загадку «курицы и яйца»

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

21 комментарий

  1. Kajus Bonus

    Можно ли связать эволюцию и "развитие" минералов с метаболизмом? По сути минералам нужна подходящая среда и тогда минерал будет расти. Чем не пример начала зарождения жизни? Вообще про эволюцию минералов не так много инфы, было бы интересно почитать статейку на эту тему на hi-news)

  2. BEBEL

    Что за ересь несет автор, жизнь на Земле появилась благодаря Создателям, а не какому-то там метаболизму каких-то минералом и кислот

    • vyshny

      вы их,наверное,даже видите иногда?

    • zegelkranz

      апелляция к создателю это тупиковый путь.
      кто создал создателя?
      он сам самозародился! почему жизнь не может самозародиться? зачем посредник и костыль в этой конструкции?
      он существовал всегда! (это еще менее логично), почему жизнь без него не могла существовать всегда?
      У людей которые во чтобы то ни стало жаждут бога, либо экзистенциальный страх одиночества, либо просто рабская натура (необходимость господина, который за него примет важные решения).

  3. Aldo

    Ув. Николай, разве нет у вас ни одного знакомого-студента, который прошёл курс молекулярной биологии/генетики? Думаю обычному человеку мало что понятно из написанного. Суть очень проста: гены нужны для экспрессии белков (кодируют правильную последовательность всех белков в организме), которые по сути выполняют все функции в организме. Наш генетический материал упакован в хромосомы. Хромосомы разделены функционально на множество частей, то есть каждый маленький участок хромосомы содержит определенную инфу и соответственно её предоставляет для дешифровки и последующего синтеза нужного белка. В структуре хромосомы можно выделить более новые и старые участки. Теоретически, более старые участки отражают самые первые процессы в клетке. Но, я не понимаю почему данной темой не занимается дальше Илья, который, думается мне, сразу бы задался вопросом "с какой стати закодированные первыми последовательности должны обязательно указывать на то, с чего началась клетка?". Потому что настолько я помню именно в его статье разбирались вопросы первичности метаболизма/РНК и, если кто хоть немного соображает, то поймёт, что утверждение "самые старые последовательности РНК кодируют метаболизм", не только усложняет вопрос, так ещё и ставит под сомнение первичность этого самого метаболизма, вопреки бессмысленным выводам данной статьи. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • Vladimir8

      Ну а в чем пробл

      • Vladimir8

        Дурацкая система комментариев. ;)
        Ну а в чем проблема такого подхода? Они сделали базу сравнили гены сотен организмов. И соответственно те которые схожи были базовыми для всех, остальные эволюционировали. Это значит что метаболизм, а я называл бы это лучше "гомеостаз" (потому что это цель метаболизма) является первичным.

        • Aldo

          Это значит, что первое, чем занялась РНК (!) или даже клетка – это поддержание гомеостаза. И скорее всего, учитывая цель гомеостаза, произошло это уже после создания клетки, и скажу даже больше, видимо связано с изменениями условий среды со временем вне клетки, потому что нет никакого смысла в том, чтобы компилировать РНК в какой-то среде без оболочки, а потом чтобы эта РНК пыталась зачем-то изменить условия этой среды. Понимаете? Это значит, что сначала была создана РНК+клетка, или сначала РНК, а потом метаболизм и впоследствии клетка. В любом случае вывод из этой статьи другой и не в пользу первичности метаболизма. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

          • Vladimir8

            Ну насколько я понял их идея немного более фундаментальная. Они претендуют на определение самой жизни. Т.е. без метаболизма
            нет жизни как таковой. Белки не взаимодействуют, все метрвое и не развивается. Или другими словами метаболизм является важнейшим и главным условием существования жизни (развития ака эволюции).
            По сути никто до сих пор не даст точное определение жизни и отличит живое от метрвого. Это еще одна попытка.
            Да если посмотреть с вашей стороны, то действительно опять остается вопрос. А был ли задачей РНК метаболизм или какая то другая функция? Это лишь инструмент или основа развития?
            Причем они ведь изучали только Земные формы жизни. Надо изучать простейшие формы жизни такие как​ вирус и бактерия, т.е. этот же первичный бульон. Я помню в школе дали задание дать определение жизни и завалили на примере анабиоза. Существо в анабиозе живое? Ведь метаболизма нет но оно вроде как живет.

            • Aldo

              Их попытка не определить жизнь как таковую (что тоже та ещё проблема) а выяснить, с чего она началась. И делать это, изучая старые последовательности ДНК – абсурд. Вообще, я думаю, что человек, писавший новость, просто неправильно всё понял. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  4. Vladimir8

    Вообще их вывод бред. Метаболизм по сути это взаимодействие (обмен веществ и т.д) но вот вопрос оно случайное или запланированное (живое). Если запланированное то это уже определенный гомеостаз, но вопрос как он образовывается. Кто решил что нужен именно этот тип взаимодействия для развития? РНК? По сути запланированный гомеостаз и есть главный секрет жизни. Может быть это тупо перебор параметров. Т.е. жизнь развивается автоматом. Сложный вопрос.

  5. Raid Ashihi

    Есть тема чё-та интересное штоли нарыли в ДНК ну это ништяк

  6. mars0h0d

    А по-моему ответ очевиден - конечно, сначала была курица. Просто потому что она появилась не из яйца, а стала результатом эволюции :)

  7. Desperad0s

    Если в начале РНК был закодирован метаболизм, то получается сначала был создан РНК, а потом уже метаболизм, ведь зачем кодировать то, что уже есть?

  8. Prof L

    "... две молекулярные функции ... это метаболизм и молекулярные связи. ..."
    Шшшшталя: функция №1 - метаболизм, а функция №2 - молекулярные связи?
    А можа и наоборот?

    "... Так как молекулам ДЛЯ ПРОИЭВОДСТВА энергии был НЕОБХОДИМ МЕТАБОЛИЗМ.
    Кроме того, им было необходимо взаимодействовать друг с другом ..."

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.