Първи стъпки целия живот на земята

Външно, в многоклетъчни животни може да има нищо общо с, да речем, от гъбички. Но ако погледнете под електронен микроскоп, ние откриваме, че между нас няма почти никаква разлика. Всеки от нас са съставени от клетки. Всички клетки са заобиколени от липидна мембрана. Всички те се обслужват от протеини или РНК, кодирани в двойната спирала на ДНК. И накрая, всичко живо е еднакво произвежда енергия. Тези свойства показват, че всички известни форми на живот са имали общ прародител, известен също като ЛУКА (последно универсален общ прародител).

Защо предшественик - обща

Животът е вероятно произхожда много пъти. Може би - милиони пъти. Но само веднъж възникнал животът е бил толкова успешен, че то е в основата на цялото разнообразие на дивата природа, която виждаме днес. Този изолиран инцидент - просто ЛУКА.

Идеята, че целият живот произлиза само от един организъм, обикновено се приписват на Чарлз Дарвин, който я вижда като логичен завършек на своята теория на еволюцията. Ясно е, че общата прародител на нито Дарвин, нито някой друг е видял или почти никога не виждам - ​​ние говорим за едно същество, смътно напомня на бактериите и не знам къде е живял преди около 3,5 милиарда години.

проучвания общ прародител обикновено са организирани по една и съща схема, че можем да се сравняваме с останалите (бактериите, архибактерии, растения) и се опитват да разберат какво елементи на нашите устройства са универсални и, следователно, да имат общ произход.

Например, почти всички учени са убедени, че ЛУКА е клетка. Първо, животът без клетка днес, ние просто не знам. На второ място, това е много трудно да си представим. Животът започва в океана. Океан - невероятно голяма маса вода. Без значение колко на молекулите не изглежда много по-активни, "жизнеспособност", концентрацията им в океана е почти нула. За тези молекули започват да реагират помежду си ефективно, те трябва да бъдат поставени в затворено пространство - например, клетка заобиколен от липидна обвивка или мембрана. Мембраната се счита за един от основните свойства на живот - и затова една от отличителните черти на нашия общ прародител.

В допълнение към мембраната, молекулите, необходими за живот, които знаят как се играе - както сами, така и от други молекули. Днес, най-известният такъв молекулата - ДНК. Но първо самовъзпроизвеждащ се молекули, "жив", от които в крайна сметка са настъпили ЛУКА, бяха РНК. Някои учени дори предполагат, че ДНК от ЛУКА не съществува - тя се появява в неговите потомци, независимо. Както и да е, самовъзпроизвеждащ геном - ДНК или РНК - на общ прародител е точно.

И накрая, живот се нуждае от храна. Само отнема енергия може да бъде създаден от по-малко поръча система по-подреден, че е, има по-ниска ентропия. Какво яде последния общ предшественик на живот?

РНК - молекулата на живота

Откъде да знаем, че животът започва с РНК?

Първо, РНК кодират протеини - на базата на модерни клетки - но не и обратно. Освен това, рибозом - молекулярна машина "декодиране" РНК в протеин - РНК се състои основно от специален тип. Това е, теоретично, РНК е доста самодостатъчна.

На второ място, РНК може да се развива - това отдавна е доказано експериментално. Последователността на РНК-веригата в епруветка на случаен принцип ще се промени - ако по някакъв начин, за да изберете "добра" промяна, за да получите пълна и наблюдава еволюция.

Трето, РНК, за разлика от ДНК, доста активна молекула. Тя може да катализира реакции - почти като протеин се извършва в модерна клетка почти всички функции. Възможно е, например, да се създаде изкуствено РНК, която ще бъде точно се копират без никакви допълнителни устройства.

Почти всички от молекулите, които изграждат живите същества, които работят по едно и също гориво: adenodintrifosfornoy киселина, или АТР. За да съществува, клетката - най-важната от универсалната единството на живите - трябва постоянно да произвежда това вещество. Това изисква енергия отвън.

Източникът на енергия може да варира. Растения го поглъщат от слънчевата светлина. храна на животните се смила - биогорива. Някои бактерии са изпълнени с минерална гориво. Но крайната фаза - винаги производството на АТФ. А АТР произвежда във всички известни форми на живот на същата - с помощта на молекулно турбина сук (буквално) на потока на йони. Най-често деспирализиране йон използва протон.

Протон или водороден йон - е най-простият положително заредени частици, които заедно с отрицателно заредени хидроксилни йони е молекула вода. Малък процент от водни молекули през цялото време на разделена състояние: протона е отделен от хидроксилните йони. В чиста вода протони като много от хидроксилни групи. При добавяне на киселината става повече протони. Алкално, а напротив, тя се добавя към хидроксилни разтвор.

Си представим, че във водата се намира някои микроскопични, но много умно създаване която е в състояние да разграничи протони от хидроксилни йони. Физиката на такива хипотетични същества, наречени демони - нашите, например, е много напомня на известния демон Максуел. Този подводен демон грабва протони и сила ги избутва в чанта. протоните торбата става по-големи от хидроксилни - вода се превръща в киселината. Ако сега се направи дупка в торбата с размера на протон, тези, джет, извираща от торбата: висока концентрация на ниска концентрация. Това означава, че разликата - или концентрационен градиент протон съдържа енергия, точно като вода, водна турбина се върти.

Откъде идва тази енергия идва?

В този пример, източник на енергия - демонът, да положат усилия да сортирате протони и хидроксилни. Енергията се съхранява в една торба и се освобождава, ако това се направи дупка. Ако този трик, можете да събирате тази енергия - как се събира ВЕЦ, който е построен на река - и общо с това нещо полезно. По този начин преди няколко милиарда години, предците на всички живи същества се научили да произвеждат ATP: те излязоха с турбина, въртенето на който подхранва синтеза на енергия молекула. Но какво, ако не е магия демон, той създава протон градиент, необходим за синтеза на АТФ?

Кое е първо: тиган или супа?

Съвременните организми произвеждат самите градиенти. Дали това е винаги един и същи модел: протоните се изпомпват някъде (или някъде другаде изпомпва) със специален протеин помпа, която прекарват тази енергия от храната, или, например, слънчева светлина. Помпи се вмъкват в мембраната е непропусклива за протони - заради това, че не може просто да проникне назад. В резултат, от една страна на протона на мембраната става много, от друга - малко както в примера на демон и чувал. "Протон врата" - дупка в торбата - отвори и протоните се втурват обратно до мястото, където е малко, предене на турбината и генериране на АТФ. Ние го случва в митохондриите, в фотосинтезиращи растения - хлоропласти, бактерии - по своя собствена клетъчна мембрана. Но изкуствено генерирани градиент гъвкави йони.

Ако нещо е универсален - основа на теорията на еволюцията, най-вероятно, това е и имат общ прародител. Трудно е да си представим, че такъв подобен система за съхранение на енергия и добива независимо появи във всички царства на живот. ЛУКА беше в пълен градиенти работа, преди да постави основите на двата основни клона на развитие: бактерии и археоастрономия.

Но има един парадокс, който в продължение на много години е оставена еволюционистите и биохимици.

През последните години на класическия "тройна" еволюционното дърво е променен. Днес повечето учени смятат, че еукариотите са възникнали чрез сливането на архибактерии и бактерии. В допълнение, не на факта, че ясно дърво началото на еволюцията, по принцип е възможно да се изгради: по-вероятно, между началото на организмите, се наблюдава устойчива хоризонтален обмен на гени, които разводнява и усложнява понятието вид, а дори и домейн.

Една от основните разлики между съвременни бактерии и археи - това е структурата на техните мембрани. В двете области или домени, клетъчни мембрани са съставени от липиди, но тези липиди химически различават рязко. Протеините са съставени от мембрани също е много различни - като само най-редките и най-старата на молекулата като същите "протонни турбини", което е най-малко. Според логиката на еволюцията, това би означавало, че съставът и структурата на мембрани в бактерии и археи, образувани след отделянето. Градиент, както видяхме, бяха преди разделянето. Но за градиентите необходимо мембранни помпи и протеин! Как би могло да се случи, че общ прародител вече "изяде" градиенти, но те биха могли все още не "готов"?

Отговорът може да се крие във факта, че на протонната градиенти древни клетки не са били произведени. Те по-скоро те се абсорбира от външната среда.

Река киселина и помпа, която промени всичко

Група от британски учени, ръководен от Nika Leyna (Ник Лейн) предлага следното обяснение. Според най-разпространената версия, животът се заражда на дълбините на океана близо до подводните горещите извори. В тази среда, капки концентрация протон могат да бъдат получени по естествен начин: алкална среда до седиментни скали произвеждат гореща източник гладко в леко кисела среда морски слоеве. Ако получите точно на границата на кисела и алкална среда, тя може да се използва. От една страна ще има повече протони, от друга - по-малко. Drop - означава "поток". За - означава "енергия." Лейн и неговите колеги смятат, че това е начинът ни предполагаемо предшественик представен за първи път идеята за превръщането на концентрационен градиент в полезна енергия - на естествен "река" протон АТР-синтезиращ турбината е построена.

От този модел, има няколко последствия. Първо, не е необходимо за помпи: градиент протон, генерирани от самата поради спада на киселинност. На второ място, за да се възползвате от този наклон, клетъчната мембрана трябва да бъде пропусклива за протони - или спадане на концентрацията им и не се отнася. Това означава, че "торба", за да бъде пълен с дупки. На трето място, клетката трябва да бъде фиксирана, ако тя се движи с добри "градиент" места, наклона няма да бъде, и ако мембраната е пропусклива, "носят градиент с" не се получи - протоните просто ще се движат свободно между клетката и външната среда ,

Как тогава предците на бактерии и архибактерии са се научили да живеят далеч от спестяване на горещите извори? Лейн и неговите колеги смятат, че основната роля в тази се играе от появата на протон-натриева помпа. Този мембранен протеин, който обменя протони на равно количество на натриеви йони. Това означава, че протонната помпа натриев "естествен" протон градиент може да се превърне в "изкуствени" натриев градиент. Предимството на този метод е, че плъзгане през "спукан" мембрана натрий е много по-трудно от протон. Т.е. градиент натриев концентрация "спасен" е по-добра от градиента на концентрация протон.

Помпи, създаване на протон градиент изкуствено, може да не се появяват, когато един пробит мембрана: те просто не би имало смисъл. Ако мембраната е пълен с дупки, както се вижда от групата на математиката Lane, помпи не дават никакво предимство. Но добави "топлообменник" - протони в натрия - градиента на натрупване става много по-ефективно и значителни ползи появява в помпи.

Какво се случва след това? Cell продължава да се развива. ефективност на времето на помпата, а след това постепенно те ще станат повече и повече - толкова дълго, колкото те са полезни. Там е протон-натрий "топлообменник" - средства, всички натрупани може да носи. Необходимостта от "естествен" градиент изчезва: клетъчна батерия става. В същото време се премахва необходимостта от спукан мембрана - напротив, трайни мембрана, която поддържа добри наклони. След като мембраната става твърд и спира да премине протони в горещия стол на източника се губи смисъл.

Общо, протон-натрий "топлообменник", съгласно Nika Leyna, си вид предизвика верижна реакция на еволюционна промяна, резултатите от които все още носи половин клетка, напълно зависими от горещите извори, са станали стиснат и визия изследователски океана дълбочини - и в крайна сметка в цялото разнообразие на съвременното природата. Това стана, след като "топлообменник", учените казват, имаше разделение на бактерии и архибактерии - двете основни клонове на ранната еволюция. Тяхната мембрана "втвърди" по различни начини - но лоялност към градиентите на йони, като на последния етап от процесорна мощ, за да се запази и двете групи.

Споровете около ЛУКА биология - прадядо на всички живи същества - е малко вероятно някога да бъде решен недвусмислени данни. Pradedushkino тяло изгнили над милиарди години - но духът му продължава да живее. Нашето тяло е все още кодиран в последователността на нуклеотиди. Той все още се състои от клетки. Научихме как да се извлече енергия от сандвичи - но за да се научат, ние продължаваме да се организира във всяка клетка на древния горещ извор.