Научно-образовательный портал

Вся систeмa рaбoтaлa кaк гигaнтскaя тoлкучкa. Кoмпьютeрнoe мoдeлирoвaниe пoкaзывaeт, чтo oпрeдeлeнныe xимичeскиe услoвия мoгут прoизвoдить рaзнooбрaзную кoллeкцию РНК-пoдoбныx мoлeкул. Фoрмы прoтo-жизни экспeримeнтирoвaли с примитивнoй мoлeкулярнoй инжeнeриeй, рaзбирaя ee пo чaстям. Xaд и eгo кoллeги прeдпoлaгaют, чтo РНК и бeлки рaзвивaлись в тaндeмe, и тoт, ктo выяснил, кaк рaбoтaть сooбщa, тoт и выжил. В стaтьe, oпубликoвaннoй в прoшлoм гoду, oни сдeлaли прoтивoрeчивoe зaявлeниe: ядрo рибoсoмы было создано в процессе химической эволюции. Между тем, к каждой длинной цепи прикрепились небольшие сегменты РНК, всего несколько символов в длину. В противоположность этому, рибосомальное ядро не производит больше рибосомальных ядер. Каждое поколение претерпевает генетические исправления, и самое успешное потомство выживает, чтобы передать свои гены дальше. Несмотря на веские доказательства, до сих пор трудно себе представить, как рибосомальное ядро могло быть создано в результате химической эволюции. Леман отмечает, что простота, вероятно, предшествовала мощи на самых ранних этапах жизни. Группа Хада прокладывает путь ряду исследователей, которые оспаривают традиционную гипотезу РНК-мира и ее зависимость от биологической, а не химической эволюции. И только когда такая система устоялась, возникла самовоспроизводящаяся РНК. У них кое-что получилось, но молекулы-кандидаты, изготовленные на сегодняшний день, могут воспроизводить лишь РНК определенной последовательности или длины. «Когда задумываешься о происхождении жизни, сначала нужно думать о простой химии; любой процесс простейшей химии, вероятно, окажется древним, — говорит он. Гипотеза «мира РНК» проявляется во многих формах, но по самой традиционной жизнь началась с образования молекулы РНК, способной самовоспроизводиться. В своей модели группа Хада предполагает, что могли появиться и распространиться простейшие прото-ферменты, которые начали приносить пользу своим создателям и обществу в целом. Это необычный взгляд на вещи, поскольку многие считают, что рибосома была рождена биологией. В мире прото-жизни Хада эта задача выполнялась исключительно химическими методами. Первым формам жизни на Земле как минимум был необходим способ хранить и воспроизводить информацию. И предположили также, что оно появилось еще до появления первой самовоспроизводящейся молекулы РНК. Бульону прото-жизни все-таки нужен был какой-нибудь отбор, который проследит, что преуспевать и размножаться будут полезные молекулы. Компьютерное моделирование, которое провела группа Хада, показало, что такой тип молекул вполне мог пустить корни. Тот, кто обогащает бульон, весьма полезен. Тепло разделило связанные пары РНК, и вязкий раствор некоторое время держал молекулы разделенными. — Белковые ферменты обычно полагаются на более мощные химические стратегии». — Все должно происходить достаточно быстро и точно, чтобы создать последовательность». Но Хад уверен в обратном: именно сложность добавляет элегантности возникновению жизни. И точно так же чистые химические реакции могли произвести молекулярное разнообразие, чтобы создать додарвиновский рог изобилия прото-жизни по Вёзе. «Думаю, было довольно много шагов, которые вели к самореплицирующейся самоподдерживающейся системе», говорит Хад. Затем цикл начался снова. — Возможно, проще получить конкретные реакции, если два полимера будут работать сообща. История начинается с химического супа РНК-подобных молекул. Как жизнь умудрилась собрать воедино мириады частей? Хад и его коллеги решили пойти дальше и допустить, что рибосома, единственная часть биологической инженерии, присутствующая у всех живых существ сегодня, вышла исключительно из одной только химии. Их аргумент опирается на относительную простоту рибосомного ядра, формально известного как пептидил-трансферазный центр (ПТЦ). Это фермент, который переводит РНК, кодирующую генетическую информацию, в белки, которые осуществляют массу химических реакций в наших клетках. «Химическая эволюция могла помочь жизни стартовать без ферментов», — говорит Хад. И рибосомное ядро, и генетический код являются общими для всех живых существ, что указывает на их существование в самом начале эволюции жизни, возможно, еще до того, как был преодолен дарвиновский порог. Ее потомки развили способность выполнять множество задач, таких как создание новых соединений и хранение энергии. Модель Хада уводит видение додарвиновского времени Вёзе еще дальше назад во времени, обеспечивая примитивные клетки химическими средствами для создания молекулярного разнообразия. В стадии прото-жизни Хада, мириады РНК- или РНК-подобных молекул могли образовываться и изменяться с применением исключительно химических способов. В традиционной модели новая молекулярная инженерия создавалась с использованием биологических катализаторов — ферментов — как в случае с современными клетками. Одна форма прото-жизни могла разработать способ создания блоков, которые ей необходимы для создания самой себя, другая — найти способ добывать энергию. Одних химических изменений недостаточно, чтобы вызвать появление жизни. Рибосомальные корни
Один из возможных проблесков додарвиновского мира можно увидеть в рибосоме, древней части молекулярного механизма, который лежит в основе нашего генетического кода. Возможно, полимерам было проще работать вместе с самого начала». Работа ПТЦ — собирать вместе аминокислоты, строительные блоки белков. Хад и его коллега Лорен Уильямс, тоже из Georgia Tech, указывают на рибосому как на поддержку их теории химически определенного мира. Эти небольшие сегменты постепенно сшивались вместе, формируя новую цепочку РНК, соответствующую оригинальной длинной цепи. Возможно, до возникновения биологии существовала предварительная стадия прото-жизни, в которой лишь химические процессы создавали «шведский стол» РНК и РНК-подобных молекул. Кроме того, эти молекулы РНК сами по себе довольно сложные, что вызывает вопросы о том, как они могли образоваться по воле химического случая. «Возможно, дарвиновской эволюции предшествовала более простая форма эволюции», — говорит Нильс Леман, биохимик Портлендского университета в штате Орегон. К примеру, РНК-молекула, которая производила больше строительных блоков, приносила пользу себе и своим соседям, обеспечивая их дополнительным сырьем для воспроизводства. Фермент, который делает больше себя — как репликатор РНК в гипотезе РНК-мира — автоматический создает замкнутую петлю, постоянно повышая собственную производительность. Возможно, химия играла куда более важную роль в возникновении жизни, чем думали ранее. В настоящее время команда испытывает эту идею с настоящими молекулами в лаборатории и надеется вскоре представить результаты. Эта модель отличается от традиционной гипотезы РНК-мира своей зависимостью от химической, а не биологической эволюции. Большинство из них были короткими, поскольку короткие цепочки вероятнее всего будут формироваться спонтанно, но могли быть также и более длинные, сложные молекулы. То есть этот процесс должен производить новые РНК быстрее, чем они разрушаются, и достаточно точно, чтобы создать приближенные копии шаблонных молекул. «Я думаю, всегда был излишний акцент на простоте, что один полимер лучше двух, — говорит он. Возможно, рибосомное ядро было успешным экспериментом химической эволюции, считают они. По материалам Quanta Magazine По этому сценарию, различные РНК-подобные молекулы могли образовываться спонтанно, помогая химическому бульону одновременно изобретать многие детали, необходимые для развития жизни. Додарвиновский мир
Когда большинство думает об эволюции, на ум приходит дарвиновская эволюция, в которой организмы конкурируют друг с другом за ограниченные ресурсы и передают генетическую информацию своим потомкам. Со временем последовала и сложная жизнь. — Думаю, это более веский аргумент, чем факт ее принадлежности ко всей жизни». «Не знаю, верю ли я в это, — говорит Пол Хиггс, биофизик из Университета Макмастера в Гамильтоне, Онтарио, изучающий происхождение жизни.