Произход на живота

За да се отчете произходът на живота на нашата Земя се изисква решаването на редица проблеми:

Как са създадени органичните молекули, които определят живота, напр. аминокиселините, нуклеотидите;
Как те са били сглобени в макромолекули, например протеини и нуклеинови киселини - процес, който изисква катализатори;
Как те са били в състояние да се възпроизвеждат;
Как те са се събрали в една система, ограничена от заобикалящата я среда (т.е. една клетка).
Редица теории имат решение на всеки от тези проблеми.
Абиотичен синтез на органичните молекули
Като начало, три сценария са предложени: 
- органичните молекули са синтезирани от неорганични съединения в атмосферата – теорията за "първобитната супа";
- били „изсипани” на Земята от космоса;
- били синтезирани в хидротермални извори на дъното на океана.
1. Експериментът на Милър
Стенли Милър, студент по биохимия, построява апаратура, показана отгоре. Той я пълни с:
вода (H2O)
метан (CH4)
амоняк (NH3) и
водород (H2)
но без кислород
Той предполага, че тази смес наподобява атмосферата на ранната Земя. (Някои не са толкова сигурни.) Сместа се запазва циркулираща, чрез непрекъснато кипене и кондензация на водата.
Газовете, преминават през камера с два електрода с помощта на искра, преминаваща между тях.
В края на седмицата, Милър използва хартиена хроматография, за да покаже, че колбата съдържа няколко аминокиселини, както и някои други органични молекули.
В годините от работата на Милър, били изпробвани много варианти от тази процедура. Почти всички са образували малки молекули, които са свързани с живота:
17 от 20-те аминокиселини, които се използват в синтеза на протеини, и
всички пурини и пиримидини, използвани в синтеза на нуклеиновата киселина.
Но абиотичния синтез на рибозата, и по този начин на нуклеотидите - е много по-труден. Въпреки това, успехът в синтезирането на пиримидиновите рибонуклеотиди, при условия, които могат да са съществували в ранната Земя, е бил съобщен на 14 май 2009 г. в списание „Nature” („Природа”).
Един от проблемите с теорията за „първобитната супа” е, че днес се смята, че атмосферата на ранната Земя не е била богата на метан и амоняк - основните съставки в експериментите на Милър.
2. Молекули от космоса?
Метеоритът на Мърчисън
 
Представените аминокиселини, открити в метеоритът на Мърчисън. Шест от аминокиселините (в синьо) се срещат при всички живи същества, но другите (в жълто) обикновено не се срещат в живата материя тук на Земята. Същите аминокиселини се произвеждат в изпълнения от Милър експеримент.
Глицин                                          Глутаминова киселина
Аланин                                         Изовалин
Валин                                           Норвалин
Пролин                                         N-метиланин
Аспарагинова киселина        N-eтилглицин
Метеоритът, който пада близо до Мърчисън, Австралия на 28 септември 1969 г., съдържа разнообразие от органични молекули, включително:
пурини и пиримидини
полиоли - съединения с хидроксилни групи с гръбнак от 3 до 6 въглероди, като глицерол и глицеринова киселина. Захарите са полиоли.
Аминокиселините са изброени в тази таблица. Аминокиселините и техните относителни пропорции са доста сходни с продуктите в експериментите на Милър.
Въпросът е: тези молекули не са ли просто земни замърсители, които са попаднали в метеорита, след приземяването му на Земята?
Вероятно не:
Някои от пробите са събрани в същия ден, в който пада метеорита, като впоследствие се борави много внимателно, за да се избегне замърсяването.
Полиолите съдържат изотопите въглерод-13 и водород-2 (деутерий) в по-големи количества, отколкото намерените тук, на Земята.
В пробите липсват някои аминокиселини, които се срещат във всички земни протеини.
Само L- аминокиселините се срещат в земните протеини, но аминокиселините в метеорита, съдържат D и L форми (макар L формите да са малко по-разпространени).
Метеоритът ALH84001
Този метеорит е пристигнал тук от Марс. Съдържа разнообразие от органични молекули.
Освен това, има доказателства, че температурата във вътрешността му никога не е нараснала над 40 °C, по време на огненото му пътуване през земната атмосфера. Живи бактерии могат лесно да оцелеят при такива пътуване.
Органични молекули в междузвездното пространство
Астрономите, използвайки инфрачервена спектроскопия, посочиха разнообразие от органични молекули в междузвездното пространство, включително:
метан (CH4),
метанол (CH3OH),
формалдехид (HCHO),
цианоацетилен (HC3N).
полициклични ароматни въглеводороди, както и такива неорганични градивните елементи като въглероден диоксид (CO2), въглероден окис (CO), амоняк (NH3), сероводород (H2S), и циановодород (HCN).
Има няколко доклада за производството на аминокиселини и други органични молекули, като смес от молекули, за които е известно, че присъстват в междузвездното пространство, като:
амоняк (NH3)
въглероден окис (CO)
метанол (CH3OH) 
вода (Н2О)
циановодород (HCN)
като са изложени на температура, близка до тази на пространството (близка до абсолютната нула), и интензивна ултравиолетова (UV) радиация.
Дали молекулите, които формират земния живот, не идват от космоса? Едва ли има съмнение, че органична материя непрекъснато вали надолу към Земята (оценява се на 30 тона дневно).
3.Дълбоководните хидротермални извори
Някои дълбоководни хидротермални газоразредни цепнатини, съдържат обилно количество водород, сероводород и въглероден диоксид при температура около 100 ° C. (Това не са "черните комини"). Тези газови балони имат камери, богати на железни сулфиди (Фес, FeS2). Те могат да катализират образуването на прости органични молекули като ацетат. Комплектоване на полимерите
Друг проблем е как полимерите - основа на самия живот - могат да бъдат събрани.
Решението е, хидролизата на нарастващия полимер скоро да бъде  ограничена само до размера, който може да достигне.
Абиотичния синтез произвежда смес от L и D енантиомери. Всеки инхибира полимеризацията на другия. (Така, например, присъствието на D- аминокиселини инхибира полимеризацията на L –аминокиселини (тези, които образуват протеините тук на земята).
Това доведе до една теория, че ранните полимери са били събрани в твърди, минерални повърхности, които ги предпазвали от разграждане.
Началото на РНК
Всяка обмяна на веществата зависи от протеините. Протеините се синтезират от информацията, кодирана в ДНК и преведена от РНК. Синтезът на ДНК и РНК изисква протеини, а протеините не могат да бъдат произведени без нуклеинови киселини,а  нуклеиновите киселини, не могат да се произведат без помощта протеини.
Тези РНК молекули - наречени рибозоми - извършват две функции, необходими за живота:
- съхраняване на информация
- способността да действат като катализатори
Въпреки че досега не са намерени рибозоми в природата, които могат да 
се възпроизвеждат, рибозомите са синтезирани в лабораторни условия, които могат да катализират сглобяването на кратки олигонуклеотиди в точни копия. 
По принцип, минималните функции на живота могат да са започнали с РНК и едва по-късно протеините да са поели каталитичната машина на обмяната на веществата, а ДНК е станало хранилище на генетичния код.
Много от кофакторите, които играят толкова важни роли в живота, се основават на рибозата, например:
ATP
NAD
FAD
коензим А
цикличен АМР
GTP
В клетката, всички дезоксирибонуклеотиди се синтезират от рибонуклеотидните прекурсори.
Възпроизвеждането
Може би най-ранната форма на възпроизвеждане е простото делене на агрегата в две части - всяка с еднакви и непокътнати метаболитни и генетични системи.
Първата клетка
Машината на живота трябва да бъде отделена от заобикалящата ги среда – в някаква форма на извънклетъчна течност. Тази функция е предвидена от плазмената мембрана.
Днес плазмените мембрани са изградени от двоен слой фосфолипиди. Те са само пропусклива за малки, неначислени молекули като H2O, CO2 и O2. Специализираните трансмембранни превозвачи се нуждаят от йони, хидрофилни и заредени органични молекули (например, аминокиселини и нуклеотиди), за да преминават в и извън клетката.
Ето това е проста система, която е правдоподобен модел за създаването на първите клетки от първобитната "супа" на органичните молекули.
Последният универсален общ прародител
Съществуват три царства на съвременния живот, а именно тези на aрхаите, бактериите и еукариотите. Предполага се, че те са били в организма (или организмите), който е предтеча на тези групи: "Лука". Въпреки че няма достатъчно данни, които да описват Лука, сравнителната геномика и протеомика разкрива по-близки отношения между aрхаите и еукариотите, отколкото между някой от тях с бактериите. (С изключение, разбира се на митохондриите и хлоропластите, които еукариотите, придобиват по-късно от бактериални енодосимбионти)
 

 

Условия за ползване За нас Подкрепете ни! Карта на сайта Приятели За реклама Контакт с нас Каузи