скачать книгу бесплатно
Pochodzenie zycia
Андрей Тихомиров
Zycie, jakie znamy, opiera sie na zlozonej sieci interakcji w komоrkach biologicznych, realizujacych transfer informacji genetycznej z kwasоw nukleinowych do bialek. Proces ten jest uniwersalny dla wszystkich organizmоw komоrkowych bez wyjatku, lezy u podstaw biosyntezy makroczasteczek.
Андрей Тихомиров
Pochodzenie zycia
Niemieccy biolodzy eksperymentalnie udowodnili, ze czasteczki RNA transportowego moga stac sie glоwnym elementem ewolucji wczesnych form zycia. W pewnych warunkach sa w stanie gromadzic sie w funkcjonalne jednostki, ktоre wykladniczo odtwarzaja informacje genetyczna.
Przekazywanie informacji genetycznej odbywa sie sekwencyjnie: najpierw z dna do RNA (proces ten nazywa sie transkrypcja), a nastepnie na matrycy RNA realizowana jest synteza bialek (translacja). W operacji znanej jako replikacja bialka powielaja informacje genetyczna zakodowana w czasteczkach DNA i przechowywana w jadrze komоrkowym, rozdzielaja ja rоwno miedzy dwie komоrki potomne podczas podzialu, a proces sie powtarza.
Paradoks centralnego dogmatu biologii molekularnej polega na tym, ze juz na pierwszym etapie zlozone zwiazki bialkowe – enzymy dzialaja jako katalizatory transkrypcji: w pewnym miejscu podwоjna helisa DNA pod dzialaniem enzymоw rozwija sie, a jedna z lancuchоw staje sie matryca do budowy tak zwanego matrycy lub informacyjnego RNA (mRNA), ktоry nastepnie bierze udzial w translacji.
Oznacza to, ze na poziomie molekularnym pojawia sie odwieczne pytanie o pochodzenie zycia – co bylo pierwotne – jajko lub kura: bialka sa niezbedne do przekazywania informacji genetycznej, ale ich synteza zalezy od transkrypcji.
Biolodzy z Uniwersytetu Ludwiga i Maksymiliana w Monachium po raz pierwszy udowodnili eksperymentalnie, ze niewielkie zmiany w czasteczkach transportowego RNA (Trna) pozwalaja im na samodzielne skladanie sie w funkcjonalna jednostke, ktоra moze odtwarzac informacje.
Tak wiec, zdaniem naukowcоw, transportowy RNA dzialajacy jako posrednik miedzy mRNA a bialkami mоgl byc kluczowym elementem ewolucji wczesnych form zycia: czasteczki Trna mogly autonomicznie oddzialywac ze soba, tworzac rodzaj modulu replikacji zdolnego do wykladniczej replikacji informacji.
"Nasze badania nad wczesnymi formami replikacji molekularnej i nasze odkrycie zwiazku miedzy replikacja a translacja przyblizaja nas do rekonstrukcji pochodzenia zycia" – powiedzial jeden z autorоw badania Dieter Braun w komunikacie prasowym uniwersytetu.
Naukowcy twierdza, ze aby taki system dzialal, potrzebne jest srodowisko nierоwnowagi do uruchomienia odpowiednich procesоw fizycznych i chemicznych. Dlatego wszystkie ich eksperymenty obejmowaly powtarzajaca sie sekwencje wahan temperatury.
Kazdy eksperyment rozpoczal sie od szablonu-struktury informacyjnej skladajacej sie z dwоch typоw centralnych sekwencji nukleotydowych. Naukowcy wykazali, ze w okresowo zmieniajacych sie warunkach szablonowa struktura binarna moze byc wielokrotnie kopiowana. Taki mechanizm replikacji mоgl miec miejsce w mikrosystemie hydrotermalnym na wczesnej Ziemi.
W szczegоlnosci, wedlug autorоw, korzystne srodowisko dla takich cykli reakcyjnych moglo powstac w porowatych skalach na dnie morskim, gdzie naturalne wahania temperatury sa zwiazane z pradami konwekcyjnymi.
Paleontolodzy odkryli skamienialosci przypominajace gabki w starozytnych rafach, ktоre maja 890 milionоw lat. Jesli wyniki zostana potwierdzone, bedzie to najstarsze znalezisko wielokomоrkowych organizmоw zywych na Ziemi.
Uwaza sie, ze pierwsze organizmy wielokomоrkowe, ktоre z pewnoscia mozna przypisac zwierzetom, pojawily sie na Ziemi Okolo 635 milionоw lat temu, w ediakarii – ostatnim okresie geologicznym proterozoiku. Mоwimy o vendobiontach-tajemniczych organizmach promieniowo – i dwustronnie symetrycznych, ktоre prowadzily siedzacy lub siedzacy tryb zycia.
Jednak niektоrzy naukowcy uwazaja, ze pierwszymi zwierzetami na Ziemi byly gabki-morskie wielokomоrkowe przymocowane do dna, ktоre sa dzis szeroko rozpowszechnione na calym swiecie.
Dobrze zachowane najstarsze skamieniale gabki sa znane od okresu kambryjskiego, ktоry rozpoczal sie 541 milionоw lat temu, jednak analizy filogenetyczne i biomarkery sugeruja, ze gabki istnialy znacznie wczesniej, aw 750 – milionowych skalach osadowych naukowcy znalezli krzemowe spikule-elementy zmineralizowanego szkieletu gabek.
Kanadyjska paleontolog Elizabeth Turner z Laurentian University odkryla skamienialosci niezwykle podobne w strukturze do gabek w starozytnych rafach w pоlnocno-zachodniej Kanadzie. Rafy naleza do struktur bakteryjnych, sa zbudowane z weglanu wapnia i maja 890 milionоw lat.
W prоbkach skal Turner zidentyfikowal rozgalezione sieci struktur rurowych zmineralizowanych przez kalcyt-krystaliczny weglan wapnia. Badacz zauwazyl, ze struktury te bardzo przypominaja wlоknisty szkielet gabek rogowych, ktоre sa obecnie uzywane do produkcji gabek do mycia.
Autor uwaza, ze struktury te moga byc skamienialymi pozostalosciami gabek rogowych, ktоre zyly na rafach weglanowych przez kolejne 90 milionоw lat, zanim poziom tlenu na Ziemi wzrоsl do stezen uwazanych za niezbedne do podtrzymania zycia zwierzat.
Jesli przypuszczenia naukowca zostana potwierdzone, okaze sie, ze ewolucja wczesnych zwierzat na naszej planecie miala miejsce niezaleznie od natlenienia – nasycenia atmosfery tlenem, a pierwsze organizmy byly w stanie przetrwac najciezsze globalne zlodowacenia kriogeniczne w historii Ziemi, ktоre mialy miejsce miedzy 720 a 635 milionami lat temu.
Sadzac po wynikach rekonstrukcji mikropetrograficznej, najstarsza gabka byla przyczepionym organizmem przypominajacym robaki o wielkosci od pierwszych milimetrоw do centymetra, ktоry zyl na powierzchni lub wewnatrz RAF zbudowanych przez zwapniajace sinice fotosyntetyczne.
Rzadkosc znalezisk gabek w wieku neoproterozoicznym tlumaczy sie tym, ze najprawdopodobniej nie mialy one zmineralizowanych szkieletоw – krzemionkowych lub wapiennych, ale skladaly sie wylacznie z bialek – sponginowych lub keratynowych, zwiazkоw. Dlatego naukowiec uwaza, ze w starozytnych osadach nie nalezy szukac elementоw szkieletu-spikuly-ale odciski tkanek miekkich, ktоre zachowaly strukture. Takie struktury paleontolodzy spotykali juz wczesniej, ale interpretowali je jako kopalne kolonie glonоw lub pierwotniakоw.
Biosfera, ktоra powstala 3,5-4,5 miliarda lat temu, jest smuklym systemem. Kazda zmiana w nim wiazan prowadzi do naruszenia jej struktury jako calosci, a takze poszczegоlnych ogniw, az do wypadniecia niektоrych z nich z biosfery.
Wszystkie sekrety zywego organizmu sa osadzone przez nature w komоrce zygoty, powstalej z polaczenia zasad zenskich i meskich. Posiada funkcje tworzenia ponad 100 innych komоrek, z ktоrych sklada sie kazdy zywy organizm. Proces rozwoju zywej materii przebiega w jednym kierunku – od narodzin do starzenia sie i niszczenia.
Odkrycia naukowe chemii ewolucyjnej i biologii daja podstawy do twierdzenia o jednosci natury zywej i nieozywionej. Pojawienie sie zywej materii z nieozywionej powoduje calkowita zaleznosc pierwszej od drugiej. A eksperymenty przeprowadzone pod kierownictwem akademika A. I. Oparina na temat sztucznej reprodukcji zycia z nieozywionej przyrody wykazaly, ze w odpowiednich warunkach zycie z nieuchronnoscia powinno powstac w dowolnym miejscu rozleglego wszechswiata. Jednak takie warunki natura tworzy niezwykle rzadko.
Szczytem stworzenia znanej nam natury bylo pojawienie sie czlowieka na Ziemi. Jak dotad jest to jedyne jej stworzenie, ktоre jest swiadome siebie, pamieta przeszlosc, zyje terazniejszoscia: i mysli o przyszlosci. Ta okolicznosc zobowiazuje czlowieka do niezwykle ostroznego zachowania zycia na Ziemi. Natura nagrodzila czlowieka rozumem i w ten sposоb uczynila go odpowiedzialnym za swоj przyszly los, za wszystko, co dzieje sie w zywej i nieozywionej naturze w Warunkach Ziemi. A dzis nadszedl czas, kiedy kazdy zyjacy jest zobowiazany do uswiadomienia sobie swojego osobistego zaangazowania i odpowiedzialnosci za zachowanie biosfery jako wlasnego siedliska.
