Биологи нашли системы обмена веществ, которые старше первых клеток






Исследовав обмен веществ простых бактерий, биологи нащупали следы системы, которая могла быть предшественником {живых} клеток. Речь идет о сложном самоподдерживающемся цикле биохимических реакций, который стал основой первых {живых} организмов.

Достижение описано в научной статье, размещенной в журнальчике Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences.

Даже самая примитивная жива клеточка устроена весьма трудно. Тяжело поверить, что она могла появиться "в готовом виде" из консистенции подходящих хим веществ. возможно, клеточкам предшествовали наиболее обыкновенные системы, тоже способные плодиться и эволюционировать, и в этом смысле живы. Равномерно усложняясь и совершенствуясь под давлением естественного отбора, они дали начало первым клеточкам.

Что это могли быть за системы? Практически 50 лет вспять узнаваемый биолог и соавтор новейшего исследования Стюарт Кауффман (Stuart Kauffman) представил, что речь о автокаталитических циклах хим реакций.

Поясним, о чём речь. Когда одни и те же вещества могут вступить в различные хим реакции, меж реакциями начинается естественный отбор. Одолевает реакция, которая идёт резвее. А резвее всего идут реакции, продукт которых сразу является катализатором, ускоряющим ход данной нам же реакции (такие процессы и именуются автокаталитическими, другими словами подстёгивающими сами себя).

Но что случится, когда все доступные реагенты будут истрачены? Реакция, очевидно, закончится, другими словами "умрёт". Чтоб этого не случилось, она обязана быть обратимой: вместе с прямым действием, где начальные вещества преобразуются в продукт, должен идти и оборотный, в каком продукт опять "разваливается" на реагенты.

Расчёты и опыты демонстрируют, что автокаталитические хим циклы способны "плодиться" и "эволюционировать", другими словами они вправду могли быть предшественниками жизни.

Схема самоподдерживающейся автокаталитической сети хим реакций, которая могла быть предшественником жизни. Красноватым выделены начальные составляющие.

Иллюстрация Joana C. Xavier.

Но какие конкретно циклы реакций дали начало первым {живым} клеточкам? Cоавторы новейшей статьи Майк Стил (Mike Steel) из Кентерберийского института в Новейшей Зеландии и Вим Хордейк (Wim Hordijk) из Института эволюции и когнитивных исследовательских работ имени Конрада Лоренца выдвинули интригующую догадку.

Они отыскали целый класс хим циклов, умопомрачительно схожих на настоящий метаболизм {живых} клеток. Создатели окрестили их рефлексивно-автокаталитическими сетями, порождаемыми питанием (reflexively autocatalytic food generated networks, либо FAR).

FAR увлекательны не только лишь тем, что похожи на настоящие биохимические процессы. Они ещё и просто запускаются при наличии подходящих реагентов, стоит немножко подтолкнуть систему, добавив в неё исходный катализатор.

"Это то, что физики именуют самоорганизацией, собственного рода святым Граалем в исследовательских работах зарождения жизни", — объясняет Хордейк.

Создатели новейшей статьи принялись за поиски RAF в метаболизме простых бактерий. Они сосредоточились на микробах и археях, не нуждающихся в кислороде, так как вольный кислород на Земле возник через млрд лет опосля первых {живых} организмов и, наиболее того, как продукт их деятель.

Они отыскали несколько различных RAF в обмене веществ тех либо других бактерий. Самая непростая из отысканных систем включает 1335 реакций. Приблизительно столько же действий определяют метаболизм современной клеточки. Но исследователей заинтересовывали до этого всего самые обыкновенные циклы, которые могли быть предшественниками сложных.

У бактерий, получающих энергию за счёт поглощения водорода и углекислого газа (тот и иной в обилии присутствовали на ранешней Земле), спецы отыскали две простые системы RAF, способные, но, делать главные функции метаболизма. 1-ая находится у организмов, производящих метан, и содержит 209 реакций. 2-ая свойственна для бактерий, выделяющих ацетат, и состоит из 394 реакций.

При всем этом 172 реакции оказываются общими для обоих наборов. Они встречаются как у микробов, так и у архей, и, видимо, всходят к последнему общему предку всех {живых} созданий.

В отличие практически от всех биохимических реакций выделенные процессы не требуют в качестве катализаторов огромных и сложных белковых молекул. Им хватает существенно наиболее обычных веществ — кофакторов и частиц металлов. Тем не наименее в их синтезируются аминокислоты (строй блоки белков) и азотистые основания (один из главных компонент ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) и РНК (Рибонуклеиновая кислота — одна из трёх основных макромолекул (две другие — ДНК и белки), которые содержатся в клетках всех живых организмов)).

Эти биохимические циклы, возможно, старше генов. Может быть, это крайний биохимический реликт доклеточной эры. Любопытно, что бактерии, у каких они были найдены, обитают в геотермальных источниках. "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) уже писали о том, что конкретно там, судя по почти всем признакам, зародилась жизнь.

Текст:

Вести.Наука

Источник