Also, seit den 1960er Jahren Wissenschaftler versuchen zu verstehen, den Ursprung des Lebens, aufgeteilt in drei Gruppen. Einige von Ihnen waren davon überzeugt, dass das Leben begann mit der Bildung der primitiven Versionen von biologischen Zellen. Andere meinten, dass der entscheidende erste Schritt war metabolic System, und wieder andere konzentrierten sich auf die Bedeutung der Genetik und der Replikation. Diese Letzte Gruppe begonnen, um herauszufinden, wie das Aussehen könnte, der erste Replikator, was bedeutet, dass er wurde aus RNA.
Erster Teil: wie man eine Zelle?
Zweiter Teil: die Spaltung in den Reihen der Wissenschaftler
Bereits in den 1960er Jahren Wissenschaftler hatten Grund zu der Annahme, dass die RNA war die Quelle des ganzen Lebens.
Insbesondere RNA kann etwas zu tun, was Sie nicht kann DNA. Es одноцепочечная Molekül, so dass, im Gegensatz zu einem starren, doppelsträngige DNA, kann Sie Falten sich in eine Reihe von verschiedenen Formen.
Ähnlich wie Origami, faltbare RNA im Allgemeinen ähnelte nach dem Verhalten der Proteine. Eiweiß ist auch im Grunde lange Ketten aus Aminosäuren und nicht Nukleotide — und dies ermöglicht es Ihnen, komplexe Struktur.
Es ist der Schlüssel zu den erstaunlichen Fähigkeiten von Proteinen. Einige von Ihnen können zu beschleunigen, oder «katalysieren», Chemische Reaktionen. Solche Proteine sind bekannt als Enzyme.
Eine Vielzahl von Enzymen finden Sie in den Därmen, wo Sie brechen komplexe Moleküle aus der Nahrung auf einfache Art von Zucker, die Ihre Zellen verwenden. Ohne Enzyme zu Leben wäre unmöglich.
Leslie Оргел und Francis Crick begann etwas zu Ahnen. Wenn RNA entstehen kann wie Eiweiß, vielleicht kann Sie und bilden Enzyme? Wenn das wahr wäre, dann RNA könnte für Original — und Universal — Live-Molekül über Informationen, wie es jetzt tut DNA, und катализирующей Reaktionen, wie es manche Proteine.
Es war eine tolle Idee, aber seit zehn Jahren hat Sie keine Beweise.
Thomas Cech, 2007
Thomas Cech geboren und aufgewachsen im US-Bundesstaat Iowa. Schon als Kind war er fasziniert von Gesteinen und Mineralien. Und bereits in der Junior High School er schaute in die lokale Universität und hämmerte an die Türen der Geologen mit der bitte, zeigen Modelle von mineralischen Strukturen.
Doch am Ende wurde er als Biochemiker und konzentrierte sich auf die RNA.
In den frühen 1980er Jahren der Tscheche und seine Kollegen an der Universität von Colorado in Boulder studierte Einzeller Tetrahymena thermophila. Teil Ihrer zellulären Mechanismus umfasst die RNA-Kette. Der Tscheche fand, dass ein einzelnes RNA-Segment irgendwie war getrennt von den anderen, als ob es mit einer Schere ausgeschnitten.
Wenn die Wissenschaftler haben alle Enzyme und andere Moleküle, die zu sprechen molekularen Schere, RNA weiter выделываться. So fanden Sie das erste Enzym RNA: für ein kurzes Stück RNA, das in der Lage schneiden Sie sich aus einer langen Kette, deren Bestandteil.
Die Ergebnisse der Arbeit der Tscheche veröffentlichte im Jahr 1982. Im nächsten Jahr eine weitere Gruppe von Wissenschaftlern fand das zweite Enzym RNA, «рибозим» (Abkürzung für «RNS» und «Enzym», er gleiche Enzym). Nachweis von zwei Enzymen RNA einen nach dem anderen deute darauf hin, dass, sollte eine Menge mehr. Und so die Idee des Beginns des Lebens mit RNA begann solide Aussehen.
Doch der name dieser Idee gab Walter Gilbert von der Harvard University in Cambridge, Massachusetts. Als Physiker bewundert Molekularbiologie, Gilbert wurde auch einer der ersten Unterstützer der Sequenzierung des menschlichen Genoms.
Im Jahr 1986 Gilbert schrieb in Nature, dass das Leben begann in der «Welt der RNA».
Die erste Phase der Evolution, Gilbert behauptete, Bestand aus der «RNA-Moleküle, die katalytische Aktivität, die für die Montage selbst in die Brühe Nukleotide». Durch kopieren und einfügen verschiedene Bits von RNA zusammen, RNA-Moleküle können noch weitere nützliche Reihenfolge. Schließlich fanden Sie eine Möglichkeit, Proteine und Protein-Enzyme, die waren so nützlich, dass weitgehend verdrängt Version von RNA und Gaben den Beginn des Lebens, die wir haben.
«RNA-Welt» ist eine elegante Möglichkeit, das komplexe Leben von Grund auf. Anstatt sich auf die gleichzeitige Bildung von Dutzenden von biologischen Molekülen aus der Ursuppe, «eine für alle» das Molekül könnte die ganze Arbeit machen.
Im Jahr 2000 wurde die Hypothese der «RNA-Welt» hat eine enorme portion Nachweise.
Das Ribosom macht Proteine
Thomas Стейц verbrachten 30 Jahre, Studium der Struktur von Molekülen in lebenden Zellen. In den 1990er Jahren widmete er sich der schweren Aufgabe: herauszufinden, die Struktur des Ribosoms.
Das Ribosom ist in jeder lebenden Zelle. Dieses riesige Molekül liest die Anweisungen in RNA und baut Aminosäuren, um Proteine. Ribosomen in Ihre Zellen gebaut, die den größten Teil Ihres Körpers.
Es war bekannt, dass das Ribosom RNA enthält. Aber im Jahr 2000 das Team Стейца produzierte eine detaillierte Darstellung der Struktur des Ribosoms, die zeigte, dass die RNA wurde katalytischem Kern zu den Ribosomen.
Dies war wichtig, da das Ribosom ist grundlegend wichtig für das Leben und dabei ist sehr alt. Die Tatsache, dass diese wichtige Maschine wurde auf RNA, machte die Hypothese der «RNA-Welt» noch einleuchtender.
Befürworter der «RNA-Welt» triumphierte und 2009 Стейц einen Anteil des Nobelpreises. Aber seitdem die Wissenschaftler begannen zu zweifeln. Von Anfang an hatte die Idee der «RNA-Welt» gab es zwei Probleme. Könnte die RNA wirklich alle Aufgaben des Lebens selbst? Konnte Sie sich auf der frühen Erde?
Es sind 30 Jahre vergangen, seitdem Gilbert legte den Grundstein für die «RNA-Welt», und wir fanden noch keine festen Beweise, dass die RNA kann alles ausführen, was von Ihr verlangt Theorie. Das ist eine kleine geschickte Molekül, aber es kann nicht nur in der Lage sein.
Klar war das eine. Wenn das Leben begann mit RNA-Moleküle, RNA sollte in der Lage sein, Kopien von sich selbst: Sie sollte selbst-replizierende, самореплицирующейся.
Aber keine der bekannten RNA kann nicht replizieren. Wie die DNA. Sie brauchen ein Bataillon von Enzymen und anderen Molekülen, um eine Kopie oder ein Stück von RNA oder DNA.
Also in den späten 1980er Jahren begannen mehrere Wissenschaftler sehr weltfremden Suche. Sie waren im Begriff, zu erstellen самовоспроизводящуюся RNA selbst.
Jack Szostak
Jack Szostak von der Harvard School of medicine war einer der ersten, wer nahm daran Teil. In der kindheit war er so fasziniert von der Chemie, was hat das Labor im Keller seines Hauses. Vernachlässigen Ihre eigene Sicherheit, sobald er selbst hat die Explosion, nach der die in der Decke stecken Glasrohr.
In den frühen 1980er Jahren Shostak geholfen zu zeigen, wie die Gene schützen sich vor dem Prozess des Alterns. Es ist eine ziemlich frühe Forschung letztlich brachte ihm einen Teil des Nobelpreises. Aber sehr bald er bewundert die Enzyme RNA Tschechen. «Ich dachte, dass diese Arbeit exzellent», sagt er. «Im Prinzip ist es möglich, dass RNA katalysiert die eigene Reproduktion.»
Im Jahr 1988 cze entdeckte Enzym RNA, die bauen ein kurzes RNA-Molekül einer Länge von 10 nukleotiden. Shostak entschieden zu verbessern öffnen, indem Sie neue Enzyme RNA im Labor. Sein Team hat eine Reihe von zufälligen Sequenzen und überprüft, ob mindestens eine von Ihnen katalytischen Fähigkeiten. Dann nahmen Sie diese Sequenz, überarbeitet und wieder getestet.
Nach 10 Runden solcher Aktionen Shostak produzierte Enzym RNA, die beschleunigte Fortschreiten der Reaktion in sieben Millionen mal. Er zeigte, dass die Enzyme RNA kann wirklich mächtig. Aber Ihr Enzym konnte sich vervielfältigen, sogar ein wenig. Shostak war in einer Sackgasse.
Vielleicht ist das Leben begann nicht mit RNA
Der nächste große Schritt im Jahr 2001 feststellte, der ehemalige Student Шостака David Bartel vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge. Bartel machte RNA-Enzym R18, konnte die neue Nukleotide in die RNA-Kette auf der Grundlage einer vorhandenen Vorlage. Mit anderen Worten, es hat nicht zufällig Nukleotide: er korrekt kopiert die Sequenz.
Bisher war es noch nicht саморепликатор, aber schon etwas ähnliches. R18 Bestand aus einer Kette von 189 nukleotiden und konnte sicher hinzufügen 11 Nukleotide in der Kette: 6% der eigenen Länge. Es gab Hoffnung, dass einige Einstellungen ermöglichen es ihm, bauen eine Kette von nukleotiden Länge 189 — wie er selbst.
Das beste, was getan werden konnte, gehörte Philipp Холлигеру im Jahr 2011 aus dem Labor der Molekularbiologie in Cambridge. Sein Team hat eine modifizierte R18 namens tC19Z, kopiert die Sequenz bis 95 nukleotiden Länge. Diese 48% seiner eigenen Länge: mehr als die R18, aber bei weitem nicht 100%.
Ein alternativer Ansatz wurde vorgeschlagen, Gerald Joyce und Tracey Lincoln aus dem Institut Scripps in La Jolla, Kalifornien. Im Jahr 2009 gründeten Sie das Enzym RNA, die indirekt propagiert. Deren Enzym vereint zwei kurze Stücke von RNA für die Erstellung eines zweiten Enzyms. Dann verbindet die andere zwei Stücke von RNA, um neu zu erstellen die ursprüngliche Enzym.
Bei Vorhandensein von Rohstoffen diese einfache Schleife ist endlos. Aber Enzyme arbeiten nur dann, wenn Ihnen die richtigen Ketten RNA, die jemals zu Joyce und Lincoln.
Für viele Wissenschaftler, die skeptisch gegenüber der «Welt der RNA», kein selbst-replizierende RNA ist ein schwerwiegendes Problem dieser Hypothese. RNA offenbar einfach nicht nehmen kann und beginnen zu Leben.
Auch das Problem noch verschärft Misserfolg Chemikern zu versuchen, eine RNA mit null. Scheinbar einfache Molekül im Vergleich zu DNA, aber machen es extrem schwierig.
Das Problem liegt in der Sahara und der Basis, aus denen sich jedes Nukleotid. Kann jeder von Ihnen einzeln, aber Sie weigern sich hartnäckig zu kommunizieren. Zu Beginn der 1990er Jahre ist dieses Problem deutlich geworden. Viele Biologen vermuteten, dass die Hypothese der «RNA-Welt», trotz all der Attraktivität, vielleicht nicht ganz treu.
Stattdessen vielleicht auf der frühen Erde war eine andere Art des Moleküls: etwas einfacher als RNA, die tatsächlich sammeln konnte, sich aus der Ursuppe und beginnen zu replizieren. Zunächst könnte dieses Molekül, das führte dann zu RNA, DNA und anderen.
DNA-kaum konnte sich auf der frühen Erde
Im Jahr 1991 Peter Nielsen von der Universität Kopenhagen in Dänemark kommen die Kandidaten in die primären Replikatoren.
Es war im Grunde eine stark modifizierte Version der DNA. Nielsen behielt die gleichen Grundlagen — A, T, C und G, die DNA — machte aber die primäre Kette aus Molekülen namens Polyamide und nicht aus Zucker, die ebenfalls in der DNA. Er nannte das neue Molekül eine Nukleinsäure zur Herstellung von Polyamid oder PNK. Unerklärlich seitdem ist Sie bekannt geworden als die Peptid-Nukleinsäure,.
PNK nie trafen in der Natur. Aber Sie benimmt sich fast wie die DNA. Kette PNK kann sogar an die Stelle einer der Ketten des DNA-Moleküls, und die Basen Paaren sich wie gewohnt. Darüber hinaus PNK verwirbeln kann in die Doppelhelix der DNS.
Stanley Miller war fasziniert. Tief skeptisch behandelte RNA-Welt, er ahnte, dass die OMV war viel wahrscheinlicher Kandidat für das erste genetische Material.
Im Jahr 2000 produzierte er mehrere Beweise überzeugt. Bis dahin er bereits 70 klopfte und er überlebte mehrere Schlaganfälle, die möglicherweise senden Sie es in einem Pflegeheim, aber nicht aufgegeben. Er wiederholte seine klassische Experiment, das wir im ersten Kapitel besprochen, dieses mal mit Methan, Stickstoff, Ammoniak und Wasser — und erhielt полиамидную Grundlage PNK.
Es ist erlaubt anzunehmen, dass die OMV, im Gegensatz zu RNA, könnte sich auf der frühen Erde.
Molekül треозо-Nukleinsäure
Andere Chemiker erfanden eigene Alternative Nukleinsäuren.
Im Jahr 2000 Albert Эшенмозер machte треозо-Nukleinsäure (TNK). Es ist die gleiche DNA, aber mit anderen Zucker in den Mittelpunkt. Kette TNK Doppelhelix bilden können, und die Information wird in beiden Richtungen zwischen RNA und TNK.
Darüber hinaus TNK kann in komplizierten Formen zu entwickeln und auch zu kommunizieren mit Protein. Dies deutet an, dass die TNK kann wirken wie ein Ferment, ähnlich wie RNA.
Im Jahr 2005 Eric Меггес machte Glykol-Nukleinsäure, die spiralförmige Struktur bilden kann.
Jede dieser alternativen Nukleinsäuren haben Ihre Befürworter. Aber keine Spuren in der Natur nicht zu finden, so dass, wenn das erste Leben hat Sie wirklich, irgendwann musste Sie komplett zu verzichten, zugunsten von RNA und DNA. Das mag wahr sein, aber keine Beweise gibt.
In der Summe zur Mitte der 2000er Jahre Anhänger der RNA-Welt-waren in einer Zwickmühle.
Einerseits RNA-Enzyme existierten und enthalten einen der wichtigsten Teile Bioingenieurwesen, das Ribosom. Gut.
Aber самовоспроизводящуюся RNA konnte nicht gefunden werden und niemand konnte verstehen, wie RNA wurde im primären Brühe. Alternative Nukleinsäuren konnten die Letzte Aufgabe zu lösen, aber es gibt keine Beweise, dass Sie existierten in der Natur. Nicht sehr gut.
Die offensichtliche Schlussfolgerung war: «RNA-Welt», trotz Ihrer Attraktivität, war ein Mythos.
Inzwischen seit den 1980er Jahren schrittweise an Dynamik gewinnt eine andere Theorie. Ihre Befürworter argumentieren, dass das Leben begann nicht mit RNA, DNA oder andere genetische Substanz. Stattdessen begann Sie mit dem Mechanismus der Energienutzung.
Leben brauchen Energie, um lebendig bleiben
Die Fortsetzung — wird.
Das Geheimnis der Entstehung des Lebens auf der Erde. Dritter Teil: auf der Suche nach dem ersten Replikator
Ilja Hel