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 47
    • Деловая литература 1
    • Корпоративная культура 4
    • Личные финансы 7
    • Маркетинг, PR, реклама 9
    • О бизнесе популярно 23
    • Управление, подбор персонала 2
    • Экономика 5
  • Детективы и триллеры 863
    • Боевики 113
    • Дамский детективный роман 10
    • Детективы 414
    • Иронические детективы 76
    • Исторические детективы 170
    • Классические детективы 56
    • Криминальные детективы 64
    • Крутой детектив 39
    • Маньяки 8
    • Политические детективы 22
    • Полицейские детективы 121
    • Прочие Детективы 236
    • Техно триллер 2
    • Триллеры 473
    • Шпионские детективы 31
  • Детские 106
    • Детская образовательная литература 4
    • Детская проза 42
    • Детские остросюжетные 15
    • Детские приключения 48
    • Детские стихи 4
    • Прочая детская литература 14
  • Детские книги 217
    • Детская фантастика 75
    • Детские детективы 3
    • Книги для подростков 23
    • Сказки 59
  • Документальная литература 260
    • Биографии и мемуары 168
    • Военная документалистика 1
    • Искусство и Дизайн 3
    • Критика 3
    • Научпоп 2
    • Прочая документальная литература 22
    • Публицистика 84
  • Дом и Семья 51
    • Домашние животные 5
    • Здоровье и красота 11
    • Кулинария 5
    • Прочее домоводство 1
    • Развлечения 3
    • Сад и Огород 1
    • Спорт 2
    • Хобби и ремесла 3
    • Эротика и секс 24
  • Драматургия 16
    • Драма 15
    • Киносценарии 1
  • Жанр не определен 1
    • Разное 1
  • Компьютеры и Интернет 1
    • Базы данных 1
  • Любовные романы 11120
    • Исторические любовные романы 345
    • Короткие любовные романы 869
    • Любовно-фантастические романы 5168
    • Остросюжетные любовные романы 173
    • Порно 30
    • Прочие любовные романы 24
    • Слеш 220
    • Современные любовные романы 4711
    • Фемслеш 18
    • Эротика 2255
  • Научно-образовательная 121
    • Альтернативная медицина 1
    • Астрономия и Космос 3
    • Биология 12
    • Биофизика 2
    • Биохимия 1
    • Ботаника 1
    • Военная история 2
    • Геология и география 3
    • Детская психология 2
    • Зоология 1
    • Культурология 14
    • Литературоведение 10
    • Медицина 14
    • Обществознание 3
    • Педагогика 5
    • Политика 13
    • Прочая научная литература 24
    • Психотерапия и консультирование 5
    • Религиоведение 2
    • Секс и семейная психология 5
    • Технические науки 1
    • Физика 5
    • Философия 9
    • Химия 1
    • Юриспруденция 3
    • Языкознание 6
  • Образование 259
    • Бизнес 45
    • Биография и мемуары 46
    • Здоровье 10
    • История 127
    • Карьера 4
    • Психология 134
  • Поэзия и драматургия 12
    • Драматургия 5
    • Поэзия 7
  • Приключения 235
    • Вестерны 2
    • Исторические приключения 134
    • Морские приключения 31
    • Природа и животные 15
    • Прочие приключения 51
    • Путешествия и география 15
  • Проза 720
    • Антисоветская литература 2
    • Военная проза 34
    • Историческая проза 115
    • Классическая проза 60
    • Контркультура 5
    • Магический реализм 29
    • Новелла 4
    • Повесть 13
    • Проза прочее 7
    • Рассказ 37
    • Роман 48
    • Русская классическая проза 22
    • Семейный роман/Семейная сага 1
    • Сентиментальная проза 3
    • Советская классическая проза 25
    • Современная проза 722
    • Эссе, очерк, этюд, набросок 1
  • Прочее 431
    • Газеты и журналы 1
    • Изобразительное искусство, фотография 5
    • Кино 2
    • Музыка 1
    • Театр 1
    • Фанфик 422
  • Религия и духовность 71
    • Буддизм 1
    • Православие 1
    • Религия 8
    • Самосовершенствование 18
    • Эзотерика 45
  • Справочная литература 19
    • Прочая справочная литература 2
    • Путеводители 4
    • Руководства 5
    • Справочники 8
    • Энциклопедии 3
  • Старинная литература 36
    • Античная литература 1
    • Древневосточная литература 4
    • Мифы. Легенды. Эпос 11
    • Прочая старинная литература 21
  • Техника 1
    • Автомобили и ПДД 1
  • Фантастика и фентези 10436
    • Альтернативная история 1459
    • Боевая фантастика 2304
    • Героическая фантастика 565
    • Городское фэнтези 604
    • Готический роман 2
    • Детективная фантастика 257
    • Ироническая фантастика 68
    • Ироническое фэнтези 55
    • Историческое фэнтези 160
    • Киберпанк 98
    • Космическая фантастика 635
    • Космоопера 12
    • ЛитРПГ 591
    • Любовная фантастика 183
    • Любовное фэнтези 113
    • Мистика 174
    • Научная фантастика 405
    • Попаданцы 3058
    • Постапокалипсис 337
    • Сказочная фантастика 3
    • Социально-философская фантастика 177
    • Стимпанк 50
    • Технофэнтези 17
    • Ужасы 103
    • Ужасы и мистика 277
    • Фантастика 250
    • Фантастика: прочее 93
    • Фэнтези 5419
    • Эпическая фантастика 116
    • Юмористическая фантастика 546
    • Юмористическое фэнтези 354
  • Фольклор 2
    • Народные сказки 2
  • Юмор 67
    • Анекдоты 1
    • Комедии 1
    • Прочий юмор 27
    • Сатира 1
    • Юмористическая проза 34
    • Юмористические стихи 3
CHITAT-KNIGI.COM

Читать онлайн бесплатно книги полностью без регистрации

Контакты
  • [email protected]
Информация:
  • Карта сайта
  • Слушать Аудиокниги
  • Руководства по ремонту автомобилей
© chitat-knigi.com, 2025. | 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