Under andra hälften av 20-talet forskare av ursprung av liv arbetade alla i ditt läger. Varje grupp insisterade på sin egen version av händelserna och försökte förstöra konkurrerande hypoteser. Detta tillvägagångssätt var verkligen lyckat, som framgår av föregående kapitel, men varje lovande idé på livets uppkomst i slutändan sprang in i ett allvarligt problem. Så vissa forskare försöker nu hitta ett mer enhetligt synsätt.
Del ett: hur man gör en bur?
Del två: den split i raden av forskare
Del tre: en sökning för första Replicator
Del fyra: energi av protoner
Del fem: så hur är det att skapa fängelse?
För några år sedan, denna idé fått ett betydande tillskott av resultatet av att stödja den etablerade teorin om den “RNA-värld”.
Senast 2009, anhängare av RNA-världen var ett stort problem. De kunde inte göra nukleotider, som är byggstenarna för RNA som om det skedde i den tidiga Jorden. Detta har lett människor att tro att det första livet var inte byggd på RNA, som vi förklarade i den tredje delen.
Jorden är den enda plats där det finns liv. Ännu
John Sutherland tänkte på den här frågan sedan 1980-talet. “Jag trodde att visa att RNA kan samoubiytsy, det skulle vara väldigt coolt, säger han.
Lyckligtvis för Sutherland, han fick ett jobb i Laboratoriet för molekylärbiologi (LMB) i Cambridge. De flesta forskningsinstitutioner uppmuntra sina anställda att ständigt generera nya arbete, men LMB nr. Så Sutherland kunde tänka på det, varför gör nukleotider av RNA är så svårt, och har tillbringat år med att utveckla en alternativ metod.
Hans beslut ledde honom till en helt ny idé om livets ursprung: alla viktiga delar av livet kan bildas på samma gång.
“I kemi av RNA fanns vissa aspekter som inte fungerar, säger Sutherland. Varje nukleotid av RNA består av en sockermolekyl, bas och fosfat. Men för att få socker och basen ansluta. Molekylen är bara inte samma form.
Så Sutherland började med att prova en helt annan fråga. I slutändan hans team kom till fem enkla molekyler, inklusive andra socker-och cyanamid, är relaterade till cyanid. Dessa kemikalier passera genom kedjereaktioner och i slutändan gjorde två av de fyra kvävebaserna av RNA, vilket gör de enskilda socker eller baser.
Det var en bländande framgång som gjorde Sutherland namn.
Många observatörer har tolkat dessa resultat som ytterligare bevis till förmån för RNA-värld. Men Han själv inte tror det.
Den “klassiska” RNA-värld hypotesen hävdar att de första organismer RNA var ansvarig för alla funktioner i livet. Men Han säger att det är hopplöst optimistisk. Han anser att RNA har varit en viktig del, men alla wedge har inte närmat sig varandra.
I stället, han var inspirerad av en av de sista verken av Shostak, som (som vi fick reda på i den femte delen) i kombination RNA-världen “för första reproduktion” idéer “uppdelning” pier Luigi Luisi.
Sutherland gick ännu längre. Hans tillvägagångssätt var en “första”. Han ville ha en one-piece bur samlat sig själv från scratch. Detta förde honom till en märklig detalj i hans syntes av nukleotider, som till en början tycktes slumpmässiga.
Du behöver en djärv blandning av ämnen
Det sista steget i processen, Sutherland var att kasta fosfat i nukleotid. Dock fann han att det var bäst att vända fosfat i mixen från början, eftersom det hade påskyndat den första reaktionen. Det verkade som att införandet av fosfat innan du kommer att behöva det i själva verket var en lite “smutsig” effekt, men Sutherland upptäckte, att i detta kaos är bra.
Och så tyckte han om hur störande det måste vara en blandning. I början av Jorden att det skulle vara tiotals eller hundratals kemikalier som flyter tillsammans. Receptet för slem? Möjligt. Men sjukdomen kan vara viktigt.
Den blandning som Stanley Miller gjorde på 1950-talet, som vi diskuterade i den första delen, som var mycket smutsigare saterlandic. De ingår biologiska molekyler, men Sutherland säger att de “var i små mängder och var tillsammans med ett stort antal andra, icke-biologiska föreningar.”
Sutherland menade att den strategi för att Miller inte var tillräckligt bra. Han var alltför smutsig, så är en bra kemiska ämnen är helt enkelt förlorade i mixen.
Därför Sutherland ut för att hitta den “kemi Guldlock”: inte alltför smutsigt för att vara värdelös, men inte för enkelt för att vara begränsad i räckvidd. Till en ganska komplicerad blandning — alla delar av livet kan bildas på samma gång och hitta varandra.
Med andra ord, fyra miljarder år sedan, Jorden var en damm. Det fanns år innan det samlats in rätt kemikalier. Då kanske för några få minuter det var en första cellen.
En handfull av kemiska ämnen, otillräcklig för livet
Detta kan tyckas helt osannolikt, liksom uttalanden av den medeltida alkemister. Men Sutherland bara lagt till bevis. Under 2009, visade han att samma kemi som får oss att samla in två nukleotid RNA, kan också skapa många andra molekyler i livet.
Självklart nästa steg var att göra fler nukleotider av RNA. När detta misslyckades, men under 2010 samlade han en närliggande molekyler, som skulle kunna förvandlas till nukleotider. På samma sätt, 2013, gjorde han prekursorer av aminosyror. Den här gången var han tvungen att lägga till cyanid av koppar för att göra reaktionen fortsätter.
I samband med cyanid kemikalier visade sig vara ett gemensamt tema, och i och med 2015, Sutherland gjorde med dem ännu mer. Han visade att i samma pott med kemikalier som kan inträffa och prekursorer av lipider, molekyler som består cellväggen. Alla dessa reaktioner förlitat sig på ultraviolett ljus, ingår svavel och koppar som katalysator.
Livet har en veritabel ymnighetshorn av kemiska ämnen
“Alla de byggstenar kom från en gemensam kärna i kemiska reaktioner, säger Shostak.
Om Sutherland är rätt, då hela vår inställning till livets ursprung under de senaste 40 åren var fel. Sedan, när det blev uppenbart komplexiteten i cellen, vetenskapsmän började arbeta med antagandet att de första cellerna hade samlas in gradvis, bit för bit.
Efter ett förslag Leslie Orgel att det var RNA som kom först, forskare försökt “att sätta den ena före den andra, och då på beställning, säger Sutherland. Men han tycker att det är bäst att göra allt på en gång.
“Vi är i själva verket ifrågasatte idén att göra allt på en gång är för svårt”, säger han. “Du kan definitivt göra byggstenarna i alla system på en gång.”
Shostak nu misstänker att de flesta försök att göra molekyler av livet och samla dem i levande celler har misslyckats för en anledning: de experiment var alltför ren.
Forskarna använde sig av några kemikalier som var av intresse för dem, och lämnade alla de andra, som förmodligen också är närvarande på den tidiga Jorden. Men arbetet med Sutherland visade att lägga till fler kemiska den blandning av saker, du kan skapa mer komplexa fenomen.
Shostak och han sprang med den i 2005, när han försökte placera enzymet RNA i deras protocells. De enzym som behövs magnesium, som förstörde membran av protocells. Lösningen var förvånansvärt enkelt. Istället för att göra blåsor från endast en fettsyra, de är gjorda av en blandning av de båda ämnena. Nya, “smutsig” blåsor klarat magnesium och kunde efter en fungerande enzymet RNA.
Dessutom, Shostak säger, den första gener skulle också kunna innehålla en enda röra.
DNA består av små molekyler, nukleotider
Moderna organismer använder nakna DNA för genöverföring, men rent DNA, förmodligen inte fanns vid den första. Vad som behövdes var en blandning av dna, RNA och DNA nukleotider.
I 2012, Szostak visade att en sådan blandning kan samlas in i en “mosaik” av molekyler som ser ut och beter sig nästan som en ren RNA. Dessa blandade strängar av RNA/DNA kan även vara noggrant vikas.
Det visade sig att det inte spelar någon roll, kunde de första organismer som att ha rena RNA eller rent DNA. “Jag gick tillbaka till tanken att den första polymer var mycket liknande till RNA, en mer smutsig version av RNA, säger Shostak. Alternativ RNA kan vara ännu fler, som transnationella Företag och NATIONELLA, som vi har diskuterat i den tredje delen. Vi vet inte att de funnits på Jorden eller inte, men om så är fallet, den första organismer skulle kunna använda dem också.
Det var inte längre “en värld av RNA”, och “blandat upp världen”.
Lärdomen av dessa studier är att den första cellen kan vara var inte så svårt som det verkar. Ja, celler som är komplexa maskiner. Men det visar sig att de fortsätter att arbeta, men inte så bra om de blinda nonchalant som en snöboll.
Det verkar vara en sådan klumpig bur hade ingen chans att överleva på den tidiga Jorden. Men de har nästan ingen konkurrens, de var inte hotas av något rovdjur, så på många sätt livet var enklare än vad det är nu.
I sin ungdom Jorden är ständigt bombarderas av meteoriter
Det finns dock ett problem som inte kunde lösa Sutherland eller Shostak, och detta är ett allvarligt problem. Den första organismen tvungen att ha någon form av ämnesomsättning, metabolism. Från allra första början, att livet hade att få energi eller dö.
Samtidigt Sutherland håller med Mike Russell, bill Martin och andra förespråkare för teorier om “metabolism första” i den fjärde delen. “Medan RNA-killar stångas ämnesomsättning killar, båda sidor hade bra argument, säger Sutherland.
“Ämnesomsättning hade någonstans att flow — ekon Shostak. — Källa av kemisk energi är en stor fråga.”
Även om Martin och Russell är fel på det faktum att livet började på deep springs, många delar av deras teori är nästan säkert rätt. En av dem är värdet av metaller för födelsen av livet.
Detta enzym är i mitten av metall
I naturen, många enzymer har en metallatom kärnan. Detta är ofta den “aktiva” delen av enzymet, resten av molekylen fungerar som en stödstruktur. Första livet inte kunde ha sådana komplexa enzymer, så nästan säkert som används “bara” metaller som katalysatorer.
Gunter, Wachtershauser märkte detta när han föreslog att livet har bildats på basis av järn pyrit. På samma sätt, Russell betonades att vatten hydrotermiska ventiler är rik på metaller, som kan fungera som katalysatorer och Martin studien visade att en uppsättning av enzymer som bygger på järn från förra universella gemensamma förfader (LUCA).
I ljuset av detta är det rimligt att en kemisk reaktion Sutherlands lita på koppar (och — som betonade Wachtershauser — svavel) och RNA protocells Shostak behov av magnesium.
Det kan vara sant att hydrotermiska skorstenar skulle plötsligt den mest viktiga element av pussel. “Om man tittar på moderna ämnesomsättning, det är så vältalig saker som glass och kluster, säger Shostak. Detta talar för att ursprunget till livet på öppningar, där vattnet är rikt på järn och svavel.
Men om Sutherland och Shostak är verkligen på rätt väg, en aspekt av den hydrotermiska teori helt inte vettigt: livet kunde inte visas i den djupa havet.
Livet kan visas i grunt vatten
“Kemi, som vi har kommit, mycket beroende på UV-ljus, säger Sutherland. Den enda källan till ultraviolett strålning är Solen, så hans reaktioner kan bara fortsätta i solen belysta områden. Detta eliminerar djup scenario.
Shostak överens om att djupt vatten var knappast vaggan för livet. Dessutom, de är isolerade från atmosfärisk kemi, som är en källa av hög energi att starta material såsom cyanid.
Men dessa problem utesluter inte hydrotermisk teorin helt och hållet. Kanske dessa källor var på grunt vatten, sola dig i solljus, och cyanid.
Från Armen Mulkidjanian det finns ett alternativ. Kanske livet dök upp på jorden, i vulkaniskt damm.
Eller vulkaniskt damm
Mulkidzhanian, drog uppmärksamheten till den kemiska sammansättningen av celler, framför allt, vilka kemikalier som de låter i och vad som inte. Det visade sig att celler, oberoende av organismen bärare, innehåller en hel del av fosfat, kalium och andra metaller — men inte natrium.
För närvarande, celler och få dem att pumpa materialet i sig, men den första cellen inte kunde göra, eftersom de inte har den nödvändiga maskiner. Därför Mulkidzhanian föreslog att de första cellerna bildades någonstans att det var ungefär samma sammansättning av kemikalier, som av moderna celler.
Havet omedelbart försvinner. I cellerna mycket mer kalium och fosfat än havet, och en hel del mindre natrium. Men kommer att tänka på är geotermisk dammar i närheten aktiva vulkaner. Dessa dammar har exakt cocktail av metaller som finns i cellerna.
Den Shostak gillar denna idé. “Jag tror att min favorit scenario just nu skulle innefatta en grund sjö eller damm på ytan i ett geotermiskt aktivt område”, säger han. — Då kommer vi att ha hydrotermiska skorstenar, men inte sådana som i djupet av havet, och en del-som källor i vulkaniskt aktiva områden och vilken typ av Yellowstone”.
Kemi Sutherland skulle kunna arbeta på en sådan plats. Dessa källor kemiska sammansättning, vattennivån varierar, ibland alla torra, och ultraviolett strålning från solen är tillräckligt.
Eller i hot springs
Dessutom, Shostak säger att sådana dammar skulle vara hans protocells.
“Protocells skulle ha varit relativt svalt för det mesta, vilket är bra för att kopiera RNA, och andra typer av enkla metabolism, säger Shostak. “Men de skulle behöva periodisk uppvärmning,som skulle hjälpa RNA-kedjor falla bort för nästa omgång av reproduktion”.
Strömmar av kallt eller varmt vatten skulle hjälpa protocells att dela.
Baserat på många av dessa argument, Sutherland erbjuder ett tredje alternativ: en meteorit falla.
Meteoriter falla till Jorden hela tiden för hennes första halv miljard år av existens — och sedan också ibland falla. En bra strike skulle skapa förhållanden som liknar dammar Mulkidjanian.
För det första, meteoriter är oftast gjorda av metall. Exponering oftast rikt på nyttiga metaller som järn och svavel. Och viktigast av allt, meteoritnedslag smält jordskorpan, vilket leder till geotermisk aktivitet och varmt vatten.
Sutherland representerar små bäckar och floder som rinner ner i backen av ett meteoritnedslag, urlakning av kemikalier på grund av cyanid från klippor, medan ultraviolett strålning är utgjutet från ovan. Varje tråd ger en viss blandning av kemiska ämnen som utvecklar olika reaktioner och producerar en mängd olika organiska kemikalier.
Eller i kratern av meteorit
I slutändan är det strömmar flöda i ett vulkaniskt damm på kraterns botten. I dammen, kanske alla bitar skulle ha varit tillsammans och bildade den första protocells.
“Det är ganska specifikt scenario, säger Sutherland. Men han valde det på grund av kemiska reaktioner som uppstått. “Även om detta scenario är endast kompatibla vad gäller kemi.”
Shostak är inte så säker på det, men håller med om att idén om Sutherland förtjänar uppmärksamhet. “Jag tycker att scenariot med en stor inverkan. Jag tror att idén om den vulkaniska system skulle kunna fungera. Båda teorierna har bra argument.”
Samtidigt som debatten kommer att fortsätta. Men beslutet beror på kemin i protocells. Om det visar sig att ett av de scenarier som saknas viktiga kemikalier eller något förstör protocell, det skulle vara övergivna.
Men för första gången i historien, kan vi få en heltäckande förklaring av hur livet började.
Hittills har strategin “alla på en gång” Shostak och Sutherland ger bara en skissartad berättande. Men dessa åtgärder har utvecklats på basis av decennier av experiment. Även denna metod förlitar sig på att alla andra hypoteser för uppkomsten av liv. Han försöker att använda alla sina goda sidor, men att lösa alla deras problem. Till exempel, den förstör inte hypotesen om Russell hydrotermala källor, utan snarare har dess bästa element.
Naturligtvis, vi kan inte veta säkert vad som hände för fyra miljarder år sedan. “Även om du byggde reaktorn och den lämnade Escherichia coli… det behöver inte bevisa att det var”, sade Martin.
Det bästa vi kan göra är att göra en berättelse som är förenlig med alla bevis: med experiment i kemi, vår kunskap om den tidiga Jorden, med vad biologi berättar om de äldsta former av liv. Slutligen, efter ett sekel av ihärdiga ansträngningar, historien börjar växa fram.
Och det betyder att vi närmar oss en av de viktigaste vändpunkterna i den mänskliga historien: efter som vi lär oss historien om uppkomsten av liv på Jorden. Alla de människor som dog innan Darwin publicerade “om arternas Ursprung” i 1859, hade ingen aning om var den kom ifrån, eftersom han visste ingenting om evolutionen. Men vem som helst som lever idag kan veta sanningen om vårt förhållande till djur.
På samma sätt, alla födda efter utgivningen av Jurij Gagarin i omloppsbana runt Jorden 1961, levde i ett samhälle som kan gå till andra världar. Resor i rymden blev en verklighet, även om vi själva inte var delaktiga.
Dessa fakta ändra vår syn på världen. De gör oss klokare. Evolution lär oss att vårda varje levande sak, eftersom vi alla härstammar från en förfader. Rymden ger oss möjlighet att titta på andra världar långt, att se alla sina unika och bräcklighet.
Några av de människor som lever idag kommer att vara den första i historien som kommer att kunna säga med säkerhet att vi vet exakt var de kom från. De kommer att veta vad som var vår första förfadern och där han bodde.
Denna kunskap kommer att förändra oss. På en vetenskaplig nivå, den talar om för oss hur troligt det är att uppkomsten av liv i Universum och var du ska leta. Och det berättar om den typ av liv. Men vi kan inte veta vilka kunskaper som kommer att uppenbaras för oss när vi lär dig hemligheten med livet? Osannolikt.
Om material BBC
Mysteriet med livets uppkomst på Jorden. Del sex: Grand unification
Ilya Hel