Ved begyndelsen af 2000-x år, har forskerne identificeret to primære ideer om, hvordan livet kan udvikle sig. Tilhængere af “RNA verden” var overbevist om, at livet begyndte med selvkopierende molekyler. På samme tid, har forskerne i lejren af “stofskifte første” tror på, at livet kunne vises i hydrotermiske væld på havbunden. Og alligevel er på forkant med den tredje idé.
Første del: hvordan man laver et bur?
Del to: opdelingen i rækken af forskere
Del tre: the search for første Replicator
Fjerde del: den energi af protoner
Hvert eneste levende væsen på Jorden består af celler. Hver celle er i det væsentlige en blød bold, sækkestol, med en hård ydre mur eller “membran”. Opgave af den celle, der er til at holde alle Essentials sammen. Hvis den ydre mur er brudt, er inde vil sive ud, og cellen vil dø — ligesom renset.
Den ydre mur af celler, der er så vigtigt, at nogle forskere af oprindelsen af livet selv mener, at det kom først. De mener, at de fremgangsmåder, “genetik første”, som vi diskuterede i den anden del, og “stofskifte første,” som vi diskuterede i den fjerde del, fejlagtige. Alternative første “opdelingen” — præsenteret af pier Luigi Luisi fra Universitetet i Roma Tre i Rom, Italien.
Alle levende organismer er opbygget af celler
Ideen Luisi simpelt, og det er svært at argumentere for. Hvordan vil du oprette en arbejdsgruppe metaboliske system eller selvkopierende RNA, der hver som bygger på tilstedeværelsen af et stort antal kemikalier, på ét sted, hvis du ikke først lave en beholder, der indeholder alle molekyler sammen.
Hvis du er enig i dette, er der kun én måde, som kan begynde livet. På en eller anden måde, i varmen og uvejr af den tidlige Jord, flere råvarer blev dannet i grove celler eller “protocells”. Det er fortsat kun at gentage det i laboratoriet for at skabe en enkel, levende celle.
Luisi ideer kan spores helt op til Alexander Oparin og begyndelsen af videnskab om livets oprindelse i Sovjetunionen, som vi diskuterede i den første del. Oparin understregede det faktum, at nogle kemikalier forårsage blodpropper — coacervate — der kan indeholde andre stoffer, der på indersiden. Han foreslog, at coacervate var den første protocells.
Fede eller fedtet stof til at danne blodpropper eller film i vand. Disse kemikalier er kendt som lipider. Derfor den hypotese, at de begyndte livet, kaldet “lipid verden”.
Men blot danne blodpropper, er ikke nok. De skal være stabilt, for at være i stand til at opdeles i sub-klynger, og mindst en lidt kontrol over, hvad der sker inde og gå udenfor — alle uden komplekse proteiner, som anvender moderne celler til disse opgaver.
De havde brug for at indsamle sådanne protocells af alle nødvendige materiale. På trods af mange forsøg over mange år, Luisi aldrig gjorde noget selv en lille smule overbevisende. Og så, i 1994, at han har vovet at gøre den dristige antagelse. Han foreslog, at de første protocells havde indeholder RNA. Desuden er, denne INFEKTION var i stand til at blive spillet inden protocellerne.
Når buret er der stadig
Og se, hans hypotese er blevet så kompleks og bevæget sig væk fra den rene tilgang første “opdelingen”. Men Luisi er et gyldigt argument.
Bur med eksterne vægge, men uden indvolde, lille. Måske hun kunne dele til datterceller, men ville ikke overføre alle oplysninger om dig selv til eftertiden. Hun kunne begynde at udvikle sig og blive mere komplekse kun i tilstedeværelse af visse gener.
Snart idé fundet en stærk tilhænger i skikkelse af Jack Shostak, hvis arbejde på “RNA verden”, som vi har studeret i tredje del. Luisi var medlem af den første camp “opdelingen”, Shostak støttede “genetik” og for mange år, de aldrig har mødt ansigt til ansigt.
Næsten alle encellede liv
“Vi mødtes i møder om emnet oprindelsen af liv og begyndte disse lange diskussioner om, hvad der var vigtigt, og hvad der kom først,” siger Shostak. “Endelig, indså vi, at celler, der havde begge dele. Vi kom til en fælles udtalelse, at oprindelsen af liv, er det vigtigt at have opdelingen, og genetiske system.”
I 2001, Szostak og Luisi beskrevet sin vision af denne fælles tilgang. I en artikel offentliggjort i Natire, de sagde, at det skulle være muligt at skabe en enkel, levende celle helt fra bunden af, at placere en kopiere RNA i den normale en dråbe af fedt.
Dette var en radikal idé. Meget snart, Shostak besluttet at hellige sig helt til hende. Argumentation, at “vi kan ikke præsentere denne teori, det er ikke bakket op af noget”, besluttede han at begynde at eksperimentere med protocells.
To år senere, Szostak og to kolleger meddelte den store succes.
Vesikler er enkel, beholdere, der er sammensat af lipider
De eksperimenterede med blærer: kugleformede dråber med to lag af fedtsyrer på den udvendige side og den Centrale flydende kerne. Forsøger at finde en måde til at fremskynde oprettelsen af vesikler, tilføjede de små stykker af ler kaldes montmorillonit. Vesikler begyndte at danne sig omkring 100 gange hurtigere. Overfladen af ler fungeret som en katalysator, som en slags enzym.
Desuden, blærer kan absorbere så partikler af montmorilonite og RNA kæder fra overfladen af ler. Nu er disse protocells havde de gener, og den katalysator, og alt sammen fra én enkelt Supplement. Beslutningen om at tilføje montmorillonit blev lavet ikke bare. I flere årtier mange værker har foreslået, at montmorillonit og lignende ler kan være vigtigt for livets oprindelse.
Et stykke af montmorillonit
Montmorillonit er en fælles ler. I øjeblikket det er, der anvendes for de forskellige tilfælde, og det er endda kitty strøelse gør. Det er dannet af vulkansk aske, der er bryder ned vejr. Siden begyndelsen af Jorden blev fuld af vulkaner, synes det sandsynligt, at det var en del af montmorillonit.
Tilbage i 1986, kemiker James Ferris viste, at montmorillonit fungerer som en katalysator, der hjælper til at danne organiske molekyler. Senere fandt han, at det ler, der accelererer dannelsen af siRNA.
Og så Ferris foreslået, at denne ubestemmelige ler kan være det sted, hvor livets oprindelse. Shostak tog denne idé og indlemmede det i arbejde ved hjælp af montmorillonit for opførelsen af sin protocells. Et år senere, Shostak fandt, at hans protocells kan vokse af sig selv.
Den mere RNA-molekyler blev i protocelle, jo højere blev presset på den ydre mur. Det ser ud til, at maven protocells var Pakket og hun var klar til at gå. For at kompensere for dette, protocelle tog mere fedtsyrer og indarbejdet dem i væggene, hvilket gør hævede endnu mere og lettet spænding.
Vigtigst af alt var hun tog fedtsyrer fra andre protocells, hvor RNA var mindre, hvilket får dem til kontrakten. Hvis protocells deltog, og hvor der var mere RNA, besejret. Men hvis protocellerne kan vokse, kan de deler? Om protocelle Shostak til at reproducere sig selv?
Celler er opdelt i to
De første eksperimenter Shostak viste, at metoden med opdeling af protocells virkelig er. Hvis du kan klemme det i det lille hul, og træk ind i et rør, protocelle pauser, der danner en “datter” protocells. Denne idé var god, fordi det var ikke deltog ved enhver cellulær mekanisme: bare tryk. Men denne løsning var ikke den bedste, fordi protocells ville miste noget af indholdet i processen. Det betød også, at de første celler kan kun dele protiskivayas gennem de små huller.
Der er mange måder at forårsage blærer til at dele. For eksempel kan du tilføje en stærk strøm af vand. Det er fortsat kun at gøre protocells til at dele, og ikke at miste gut. I 2009, Shostak og hans elev ting Zhu fundet en løsning. De har lavet en lidt mere kompleks protocells med de ydre vægge i flere lag, der ligner de lag af løg. På trods af denne kompleksitet, disse protocells var stadig nemt at lave.
Når Zhu var fodre dem fedtsyrer, protocells voksede og ændrede form, der strækker sig i en lang kinetophobia kæde. Når protocelle var nok lange, let-kraft tilstrækkelig til at opdele det i snesevis af små børn protocells.
Hver datter protocelle, der er indeholdt RNA i den overordnede protocelle, og ikke miste nogen RNA. Desuden protocells kunne gentage cyklus konstant, som er et datterselskab af protocells vokse og dele. Denne del af problemet synes at have besluttet sig.
I de efterfølgende eksperimenter, Zhu og Szostak fundet endnu flere måder at gøre protocells til at dele. Men stadig protocells glip af en masse. Luisi ønskede protocells kopiere RNA, men RNA er bare sad i dem, intet at gøre. For at vise, at hans protocelle kunne være det første liv på Jorden, Shostak er nødvendige for at gøre RNA inde i dem, der kan afspilles.
Det var ikke let, fordi, på trods af årtiers forsøg, der er anført i tredje del, — ingen var i stand til at få RNA til at replikere sig selv. Det samme problem kørte Shostak i et hjørne i løbet af hans første værker på “RNA verden”, og ingen andre var i stand til at løse det. Så han gik tilbage og genlæse Leslie Orgel, som så længe har arbejdet på en hypotese af RNA-verden. I disse støvede papirer fundet værdifulde spor.
Orgel brugt en masse tid på at fra 1970’erne til 1980’erne, studere reproduktion af RNA-kæder.
Den første celle var nødt til at rumme kemi liv
I virkeligheden, alt er simpelt. Tager en streng af RNA og et sæt af frie nukleotider. Derefter, ved hjælp af disse nukleotider, samle andet af RNA, et supplement til den første. For eksempel, en kæde RNA “CGC” vil udarbejde en supplerende kæde “GCG”. Efter at have gjort det to gange, vil du modtage en kopi af den oprindelige “CGC”, blot i en rundkørsel måde.
Orgel fandt, at der under visse omstændigheder kæden af RNA kan kopieres på denne måde, uden nogen hjælp af enzymer. Sandsynligvis, hvad det første liv skabt kopier af deres gener.
I 1987 Orgel kunne tage kæden af RNA med en længde af 14 nukleotider, og for at skabe supplerende kæde længde af 14 nukleotider. Mere kunne han ikke gøre det, men det var nok til at intriger Shostak. Hans elev Katarzyna Ademola prøvet at starte en sådan reaktion i protocells.
De fandt, at disse reaktioner har brug for magnesium. Men magnesium ødelagt protocells. Ja det var en simpel løsning: citrat, som er næsten identisk med citronsyre, og som er til stede i alle levende celler.
I en undersøgelse offentliggjort i 2013, har de tilføjet citrate og fandt, at han var indhyllet i magnesium, beskytte protocells og lade mønsteret fortsætte med at kopiere. Med andre ord, de var i stand til at gøre, hvad Luisi blev tilbudt i 1994. “Vi lancerede kemi af RNA replikering i disse fedtsyrer vesikler,” siger Szostak.
Protocells Shostak kan leve i en stærk varme
På bare ti år af forskning holdet Shostak formået at gøre det utænkelige.
De skabte protocells at bevare deres gener, mens de tager væk nyttige molekyler udefra. Disse protocells kan vokse og dele sig, og endda konkurrere med hinanden. RNA kan spilles inde i dem. Uanset fra hvilken side man ser, at de var magen til det første liv.
De var meget stabil. I 2008, gruppen Shostak fandt, at disse protocells kunne overleve opvarmning til 100 grader, en temperatur, der dræber de fleste moderne celler. Derfor, disse protocells var magen til det første liv, der var til at overleve de intense varme fra konstant meteorit virkning.
“Shostak gør et stort stykke arbejde,” siger Armen Mulkidzhanian.
Men ved første øjekast, tilgang Shostak går mod 40 års forskning i livets oprindelse. I stedet for at blive forvirret “første reproduktion” eller “første opdelingen”, besluttede han sig for at gøre begge dele.
Molekyler af livet er yderst vanskeligt
Dette åbner mulighed for en ny tilgang til jagten på livets oprindelse — et fælles, ensartet tilgang. Det bør omfatte alle de funktioner af det første liv. Denne hypotese er “første”, der allerede er indsamlet nok bevismateriale og kan løse alle de problemer, som eksisterende ideer. Læs mere om det i næste del.
Mysteriet om livets oprindelse på Jorden. Femte del: så hvordan er det at skabe fængsel?
Ilya Hel