CHITAT-KNIGI.COM
Читать бесплатно хорошую книгу!
  • Главная
  • Жанры
  • Авторы
  • ТОП книг
  • ТОП авторов
  • Контакты

Великий квест. Гении и безумцы в поиске истоков жизни на Земле

Часть 54 из 95 Информация о книге

В протоклетках Шостака не было ни белков, ни ферментов, ни прочей обычной для клетки машинерии. И тем не менее их сходство с живым потрясает. “Данные эксперименты стали принципиальным доказательством того, что рост и деление везикул обусловлены простыми физико-химическими явлениями и не требуют участия какой-либо сложной биохимической машинерии”, – таков был вывод ученых. Вообще-то, они явно себя недооценили. Как мы убедились в главах 4 и 6, современные клетки имеют очень сложное устройство – в них работают сообща тысячи различных компонентов. А протоклетки Шостака – несмотря на то, что они состоят всего из нескольких соединений, – воспроизводят многие фундаментальные свойства живого. Как известно, Нильс Бор говорил, что тот, кого не испугала квантовая механика, совершенно ее не понял. То же можно сказать и об экспериментах Шостака: с учетом того, насколько просто устроены протоклетки Шостака, их сходство с настоящими поистине поражает.

Статья с этими результатами была опубликована в 2003 году, спустя полвека после проведения Миллером его эпохального эксперимента, который показал возможность самопроизвольного образования биологических молекул[463]. Это были пять десятилетий застоя и вязких непродуктивных споров. Но теперь они подошли к концу и наука о зарождении жизни быстро продвигается вперед. Причем это касается как экспериментальных исследований, так и теории.

В течение десяти последующих лет ученые убедились, что их протоклетки еще более универсальны, чем казалось вначале[464]. Всего через год они продемонстрировали, насколько слаженно могут работать РНК и его липидное пристанище. Ранее Шостак и Луизи предлагали связать их воедино за счет того, что рибозимы внутри создавали новые липиды для оболочки. Но теперь группа Шостака придумала кое-что более простое.

Когда в везикуле становится слишком много РНК, давление на мембрану возрастает и она растягивается, как полный продуктов полиэтиленовый пакет. Шостак и его сотрудники выяснили, что подобные “растянутые” протоклетки могут забирать липиды у соседних везикул, которые не содержат РНК. Такие протоклетки по сути конкурируют между собой за “строительный материал”, то есть за липиды. Победителем из этой борьбы выходит тот, в ком больше РНК. Законы физики мембран стимулируют и рост наполненных РНК везикул, и уменьшение пустых везикул. По мнению ученых, это простое соревнование “могло сыграть важную роль в запуске эволюции по Дарвину”[465]. В частности, протоклетки, содержащие РНК со способностью быстрее копировать себя, и сами растут быстрее.

Вдобавок протоклетки оказались очень устойчивы. Они выдерживали и охлаждение до 0 °C, и нагрев до 100 °C[466]. Из этого следует, что они могли бы существовать в гидротермальных источниках – как на суше, так и в океане. Мало того: нагревание открыло их новые возможности. В горячем виде они свободно пропускали внутрь небольшие молекулы вроде нуклеотидов – при нормальной температуре это невозможно. Получается, что в нагретом состоянии протоклетки могли “питаться”, вбирая в себя новый материал.

И все же была тут одна проблема. Как именно могло происходить деление протоклеток, то есть, по сути, их размножение?[467] В исходном эксперименте протоклетки необходимо было продавливать через крошечные отверстия и тем самым изменять их форму, однако это выглядит искусственно и вряд ли действительно происходило миллиарды лет назад. К тому же при таком продавливании протоклетки теряли часть своих РНК. Требовалось придумать что-то другое, получше.

Для решения этой проблемы было предложено два остроумных способа, причем предложено одним и тем же человеком – студентом Тинг Чжу. В 2009 году он и Шостак получили протоклетки, которые имели несколько слоев мембран и потому напоминали луковицы[468]. Когда им “скармливали” липиды, они превращались в более крупные вытянутые цепочки. Такие цепочки оказались хрупкими, поэтому даже небольшое движение окружающего раствора разрушало их, создавая десятки новых протоклеток, сохраняющих при этом свое содержимое. А спустя три года Чжу придумал и второй способ[469]: сначала везикулам-“сосискам” давали определенные небольшие молекулы, а потом подвергали везикулы действию света. Это запускало химические реакции, из-за которых везикулы начинали делиться. Так что протоклетки, способные к независимым росту и делению, теперь не кажутся чем-то нереальным[470].

Добиться саморепликации РНК в составе таких протоклеток оказалось посложнее – ведь надо было обойтись без сложного фермента. При этом нуклеотидам предстояло выстроиться в ряд вдоль имеющейся молекулы РНК и соединиться, образовав новую цепочку. Орджел и другие исследователи сражались с проблемой такой “неферментной репликации” еще с 1980-х годов. Теперь же Шостаку предстояло добиться этого внутри протоклетки.

Он и его студентка Катажина (Кейт) Адамала вплотную занялись этим вопросом в 2012 году. Сложностей на их пути могло возникнуть множество: например, нуклеотиды норовят иногда присоединиться к РНК не той стороной[471]. И тем не менее уже на следующий год были получены первые результаты[472].

Ученые знали, что РНК копирует себя быстрее в присутствии ионов магния. Это выглядит правдоподобно: магний относится к распространенным элементам. Но, к сожалению, он также разрушает липидную мембрану протоклеток. Адамала и Шостак решили эту проблему, добавив цитрат – соединение, которое очень похоже на лимонную кислоту из лимонов. Цитрат присутствует во всех живых организмах, а в этом опыте он требовался для связывания магния. Благодаря цитрату магний мог ускорять копирование РНК, не нарушая при этом структуру протоклеток. В итоге сочетание магния и цитрата сделало возможным саморепликацию РНК в липидной упаковке.

Позже оказалось, что железо ускоряет самокопирование РНК даже лучше, чем магний. Это в 2018 году выяснил Шостак в ходе своей совместной – с Адамала (к тому времени уже возглавлявшей собственную лабораторию) и еще несколькими коллегами – работы[473]. Такой факт особенно воодушевляет, если учесть, что ученые предполагают в океанах молодой Земли обилие железа. Сейчас его меньше, поскольку в реакции с ним активно вступает кислород из атмосферы, – но, как мы помним, исходно кислорода на Земле не было.

Важно отметить, что РНК в протоклетках – это еще не гены. В отличие от нуклеиновых кислот в современных организмах, такие РНК ничего не кодируют. Однако весь смысл последовательности РНК состоит именно в неких записанных в ней полезных свойствах. Так вот: у протоклеток Шостака есть РНК, но нет генов. Это, разумеется, не лишает эксперименты Шостака ценности – ведь находящаяся на своем месте РНК позднее может измениться и начать что-то кодировать. Вот и специалист в области пребиотической химии Джон Сазерленд (см. главу 14) утверждает, что первая успешная репликация РНК без ферментов в протоклетках Шостака – это одно из самых больших достижений науки о зарождении жизни за много лет[474]. “Он добился потрясающего прогресса, – говорит Сазерленд. – Я считаю это настоящим прорывом”[475].

Однако не все полагают эти эксперименты убедительными. Такие критики любят вспоминать, что – несомненно впечатляющие – протоклетки все же вряд ли могут образоваться сами по себе, поскольку для их получения нужны химические реактивы в чистом виде, а на древней Земле имелись лишь сотни перемешанных между собой различных соединений. В ответ команда Шостака представила доказательства того, что смесь липидов также может образовывать протоклетки, причем делает это даже легче[476].

Верно также и то, что протоклетки не имеют ничего похожего на метаболизм. Хотя они способны расти, вбирая в себя находящиеся вокруг них липиды, они не умеют перерабатывать химические вещества или создавать новые.

Последние десять лет Шостак занимается решением данной проблемы, в основном добавляя к своим протоклеткам катализаторы и простые белки[477]. В частности, в 2013 году он и Адамала использовали с этой целью белок из всего двух аминокислот[478], [479]. Этот совсем маленький пептид служил катализатором для синтеза второго пептида, который тут же присоединялся к мембране протоклетки и ускорял ее рост. Таким образом, с этими пептидами протоклетки увеличивались быстрее, чем без них, и более сложно устроенные протоклетки приобретали преимущество. Следовательно, определенные химические вещества могли стимулировать их развитие. С другой стороны, сами эти крошечные пептиды помогали РНК присоединиться к мембране, где ей проще вступать в различные химические реакции, в том числе для самокопирования[480].

Перейти к странице:
Предыдущая страница
Следующая страница
Жанры
  • Военное дело 2
    • Спецслужбы 2
  • Деловая литература 66
    • Деловая литература 1
    • Корпоративная культура 4
    • Личные финансы 7
    • Малый бизнес 1
    • Маркетинг, PR, реклама 12
    • О бизнесе популярно 37
    • Управление, подбор персонала 6
    • Экономика 6
  • Детективы и триллеры 1148
    • Боевики 141
    • Дамский детективный роман 12
    • Детективы 414
    • Иронические детективы 89
    • Исторические детективы 211
    • Классические детективы 82
    • Криминальные детективы 83
    • Крутой детектив 56
    • Маньяки 9
    • Политические детективы 23
    • Полицейские детективы 139
    • Прочие Детективы 331
    • Техно триллер 2
    • Триллеры 567
    • Шпионские детективы 34
  • Детские 149
    • Детская образовательная литература 4
    • Детская проза 60
    • Детские остросюжетные 21
    • Детские приключения 70
    • Детские стихи 4
    • Прочая детская литература 25
  • Детские книги 260
    • Детская фантастика 98
    • Детские детективы 3
    • Книги для подростков 23
    • Сказки 81
  • Документальная литература 338
    • Биографии и мемуары 213
    • Военная документалистика 1
    • Искусство и Дизайн 7
    • Критика 5
    • Научпоп 6
    • Прочая документальная литература 27
    • Публицистика 109
  • Дом и Семья 72
    • Домашние животные 5
    • Здоровье и красота 15
    • Кулинария 10
    • Прочее домоводство 3
    • Развлечения 3
    • Сад и Огород 1
    • Спорт 2
    • Хобби и ремесла 3
    • Эротика и секс 35
  • Драматургия 27
    • Драма 26
    • Киносценарии 1
  • Жанр не определен 1
    • Разное 1
  • Компьютеры и Интернет 3
    • Базы данных 1
    • Программное обеспечение 1
    • Прочая компьютерная литература 1
  • Любовные романы 13405
    • Исторические любовные романы 429
    • Короткие любовные романы 1099
    • Любовно-фантастические романы 6116
    • Остросюжетные любовные романы 285
    • Порно 40
    • Прочие любовные романы 29
    • Слеш 254
    • Современные любовные романы 5597
    • Фемслеш 26
    • Эротика 2872
  • Научно-образовательная 157
    • Альтернативная медицина 1
    • Астрономия и Космос 3
    • Биология 14
    • Биофизика 2
    • Биохимия 2
    • Ботаника 1
    • Военная история 2
    • Геология и география 3
    • Государство и право 1
    • Детская психология 3
    • Зоология 2
    • Культурология 24
    • Литературоведение 12
    • Медицина 18
    • Обществознание 4
    • Педагогика 6
    • Политика 14
    • Прочая научная литература 29
    • Психотерапия и консультирование 14
    • Религиоведение 3
    • Секс и семейная психология 7
    • Технические науки 1
    • Физика 5
    • Философия 12
    • Химия 2
    • Юриспруденция 3
    • Языкознание 6
  • Образование 299
    • Бизнес 45
    • Биография и мемуары 46
    • Здоровье 10
    • История 151
    • Карьера 4
    • Психология 151
  • Поэзия и драматургия 15
    • Басни 1
    • Драматургия 5
    • Поэзия 9
  • Приключения 307
    • Вестерны 2
    • Исторические приключения 174
    • Морские приключения 35
    • Природа и животные 15
    • Прочие приключения 71
    • Путешествия и география 25
  • Проза 951
    • Антисоветская литература 2
    • Военная проза 44
    • Историческая проза 145
    • Классическая проза 63
    • Контркультура 9
    • Магический реализм 38
    • Новелла 5
    • Повесть 15
    • Проза прочее 9
    • Рассказ 40
    • Роман 59
    • Русская классическая проза 32
    • Семейный роман/Семейная сага 1
    • Сентиментальная проза 4
    • Советская классическая проза 30
    • Современная проза 874
    • Эссе, очерк, этюд, набросок 2
  • Прочее 610
    • Газеты и журналы 2
    • Изобразительное искусство, фотография 6
    • Кино 3
    • Музыка 2
    • Театр 1
    • Фанфик 597
  • Религия и духовность 108
    • Буддизм 1
    • Православие 1
    • Прочая религиозная литература 1
    • Религия 9
    • Самосовершенствование 35
    • Эзотерика 65
  • Справочная литература 26
    • Прочая справочная литература 2
    • Путеводители 7
    • Руководства 6
    • Справочники 8
    • Энциклопедии 6
  • Старинная литература 49
    • Античная литература 1
    • Древневосточная литература 4
    • Мифы. Легенды. Эпос 16
    • Прочая старинная литература 29
  • Техника 2
    • Автомобили и ПДД 1
    • Архитектура 1
  • Фантастика и фентези 13111
    • Альтернативная история 1841
    • Боевая фантастика 2728
    • Героическая фантастика 688
    • Городское фэнтези 834
    • Готический роман 3
    • Детективная фантастика 325
    • Ироническая фантастика 73
    • Ироническое фэнтези 59
    • Историческое фэнтези 212
    • Киберпанк 127
    • Космическая фантастика 795
    • Космоопера 16
    • ЛитРПГ 715
    • Любовная фантастика 183
    • Любовное фэнтези 113
    • Мистика 230
    • Научная фантастика 473
    • Попаданцы 4004
    • Постапокалипсис 416
    • Сказочная фантастика 6
    • Социально-философская фантастика 228
    • Стимпанк 65
    • Технофэнтези 29
    • Ужасы 103
    • Ужасы и мистика 352
    • Фантастика 250
    • Фантастика: прочее 124
    • Фэнтези 6414
    • Эпическая фантастика 140
    • Юмористическая фантастика 618
    • Юмористическое фэнтези 522
  • Фольклор 2
    • Народные сказки 2
  • Юмор 84
    • Анекдоты 1
    • Комедии 1
    • Прочий юмор 32
    • Сатира 1
    • Юмористическая проза 46
    • Юмористические стихи 3
CHITAT-KNIGI.COM

Читать онлайн бесплатно книги полностью без регистрации

Контакты
  • chitatknigicom@gmail.com
Информация:
  • Карта сайта
  • Слушать Аудиокниги
  • Руководства по ремонту автомобилей
© chitat-knigi.com, 2021 - 2026. | Вход
Этот сайт использует cookie для хранения данных. Продолжая пользоваться сайтом, вы даете свое согласие на работу с этими данными в соответствии с нашей политикой конфиденциальности.
Я согласен