Несмотря на то, что наши статьи не являются научно-методическими пособиями и написаны в легкой, научно-популярной форме, сложность темы обязывает нас обратить Ваше внимание на ряд предыдущих статей, где объясняются некоторые термины и понятия, используемые здесь:
Живое из неживого: абиогенез
На сегодняшний день, когда ученые глубоко проникли в тайны синтеза элементов, нет и не может быть никакой иной теории происхождения жизни, кроме абиотической. Что-то живое возникло из набора неживых элементов. И даже если бы демиург приложил руку к созданию жизни, ему пришлось бы взять за основу те же самые неорганические вещества.
Вопрос сводится к тому, как возникли сложные органические молекулы, из которых состоит ткань жизни. Еще в 1924 году советский академик Александр Опарин предположил, что жизнь началась с синтеза органических соединений в условиях молодой Земли. Это предположение получило блестящее подтверждение в эксперименте Стенли Миллера и Гарольда Юри, проведенном в 1953 году. В колбе с простыми неорганическими элементами имитировались условия, существовавшие на нашей планете во времена ее юности.
Результатом эксперимента явились несколько аминокислот, сахара и лепиды, и даже соединения, из которых могли возникнуть нуклеиновые кислоты. В то время это была сенсация! Казалось, что вот-вот ученые соберут первую искуственную живую клетку. Но нет, все оказалось не так просто.
Это теперь нам известно, что органические соединения самое обычное дело в космосе и на других планетах. К образованию органики приводят разные условия и мы находим аминокислоты на кометах, углеводороды на Титане и так далее. Но вот жизни пока что не обнаружили.
Первую часть теории абиогенеза можно считать доказанной - органические молекулы возникают повсеместно и достаточно распространены, чтобы стать строительными кирпичиками первых клеток, но откуда и как появились эти самые клетки?
Голобиоз или генобиоз?
В вопросе о природе протобионтов (праклеточных структур) существует два методологических подхода, голобиоз и генобиоз. Первый утверждает, что доклеточные конгломераты сначала приспособились кушать, а второй говорит, что в первую очередь они научились размножаться. Не правда ли, за миллиарды лет эволюции не так много изменилось: огромная часть разумного населения Земли до сих пор видит смысл жизни в этих двух занятиях - пожрать и по... ну, Вы поняли.
По теории голобиоза (или метаболическая теория) предком примитивной клетки является биоид, или микросфера. Эти протобионты в процессе пребиотической (химической) эволюции обзавелись катализатором метаболизма - ферментативным аппаратом. То есть смогли расщеплять сложные соединения и использовать их для своих нужд. Проще говоря, кушать. В семидесятых годах эксперименты показали теоретическую возможность абиогенного синтеза сложных органических соединений и возникновения микросфер, способных к примитивному обмену веществ на основе ферментативного аппарата. Гипотеза голобиоза является развитием идей возникновения жизни Александра Опарина. В этой концепции появление нуклеиновых кислот, способных к саморепродукции, рассматривается как завершение пребиотической эволюции и начало развития собственно живых организмов.
Сторонники генобиоза (или информационной теории) возводят начало пробиотической эволюции к понятию голого гена, введенного Дж. Холдейном. Считается, что основой для формирования будущей живой клетки стало появление молекулярного аппарата с функциями генетического кода, способного к саморепродукции и накоплению мутаций, то есть к разможению, возможности спонтанного изменения и способности передавать свои свойства потомству - репликам молекулы.
Концепции голобиоза и генобиоза с переменным успехом перетягивали на свою сторону ученые умы. Однако к восьмидесятым годам стало ясно, что ферментный аппарат и вообще способность клетки строить те или иные молекулярные блоки осуществляется именно при помощи генетического кода, то есть именно действие генов определяет метаболизм клетки, а не наоборот. Это, впрочем, не объясняло, как могли функционировать протобионты в отсутствие ферментативного аппарата, если предположить, что он появился позже? Иными словами, голый ген не мог питаться, следовательно и размножаться тоже не мог. Это противоречие было снято, когда возникла идея мира РНК.
Мир РНК
Все процессы в клетке происходят благодаря ферментным белкам. Но белки не умеют строить свои копии, их производит на основе команд генетического кода сама клетка. Но и репликация молекулы ДНК происходит благодаря белкам и РНК. Получается микробиологический вариант сказки про белого бычка: чтобы синтезировать нужные белки, нужна молекула ДНК, а чтобы появилась молекула ДНК, необходимы нужные белки. Чтобы объяснить появление этого механизма естественным путем, приходится признать отдельно спонтанное возникновение сложных химических соединений - ферментных белков и ДНК, да еще допустить, что оно как по мановению волшебной палочки образовали работающую схему.
В восьмидесятых годах команда Томаса Чека разорвала порочный круг. Ученые обнаружили способность молекулы РНК к образованию аналогичной ДНК двойной спирали и саморепликации, за что профессор Чек был удостоен Нобелевской премии по химии в 1989 году. Более того, оказалось, что молекулы РНК, содержащиеся в рибосомах клетки (рибозимы) проявили каталитические свойства, аналогичные свойствам ферментных белков.
Это означало. что при определенных условиях молекулы РНК могли существовать самостоятельно, вне клетки, являясь одновременно автокатализаторами метаболизма и генетическим кодом, способным к репродукции, сохранающим в последующих поколениях свои способности к метаболизму. Как и генетический код ДНК, код РНК может мутировать, то есть накапливать случайные изменения и передавать те из них, которые способствуют выживанию данного вида молекул, последующим ее репликам. Эти мутации были направлены с одной стороны на усовершенствование метаболизма, с другой - на появление более надежных механизмов хранения наследственной информации. Так молекула РНК породила ферменты, управляющие метаболизмом, и молекулу ДНК, оставшись в роли посредника в образовавшейся структуре - живой клетке. В клетках современных организмов РНК осуществляет функции транспортировки белков и считывания и передачи команд генетического кода к месту производства этих белков - рибосомам.
Сегодня установилось мнение, что именно молекула РНК может считаться протобионтом - предком первых живых организмов. Древняя РНК могла передавать генетическую информацию, подверженную мутациям, следовательно, могла эволюционировать. Процесс эволюции шел через образование ферментов к появлению ДНК, молекулы более прочной и надежной для хранения наследственной информации.
Заключение
Сложно представить себе более интригующую и загадочную тему в современной науке, чем появление жизни. Здесь пересекаются области знания из самых разных дисциплин: эволюционной биологии, генетики, органической химии, биофизики и даже статистики и математики. Углубляясь в изучение процессов, приведших к появлению живого из мертвой материи, мы приходим к моменту, когда уже неясно, к какой из наук относится исследуемая тематика? К биологии, химии или физике?
Происхождение жизни на Земле ключевой момент человеческого знания, имеющий колоссальное социальное и философское значение. Мы, люди, уподобимся богам, когда в один прекрасный день ученые смогут понять, как зародилась жизнь и впервые синтезировать живое из неживого в лабораторной пробирке.
Мы как всегда будем рады Вашим лайкам и репостам в соцсетях, и станем совсем счастливы, если Вы подпишитесь на канал "Локаята"!