Биологтар алғашқы жасушалардан ескі метаболикалық жүйелерді тапты

Биологтар алғашқы жасушалардан ескі метаболикалық жүйелерді тапты
Биологтар алғашқы жасушалардан ескі метаболикалық жүйелерді тапты
Anonim

Қарапайым микробтардың метаболизмін зерттей отырып, биологтар тірі жасушалардың ізашары бола алатын жүйенің іздерін тапты. Біз алғашқы тірі организмдердің негізіне айналған биохимиялық реакциялардың күрделі өзін-өзі қамтамасыз ететін циклі туралы айтып отырмыз.

Жетістік Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences журналында жарияланған ғылыми мақалада сипатталған.

Тіпті ең қарапайым тірі жасуша да өте күрделі. Бұл дұрыс дайындалған химиялық заттардың қоспасынан «дайын» пайда болуы мүмкін деп сену қиын. Мүмкін, жасушалардың алдында қарапайым жүйелер тұрды, олар көбейіп, дамып, осы мағынада өмір сүре алады. Табиғи іріктеу қысымымен бірте -бірте күрделене түсіп, жақсарып, олар алғашқы жасушаларды тудырды.

Олар қандай жүйелер болуы мүмкін? Шамамен 50 жыл бұрын, атақты биолог және жаңа зерттеудің авторы Стюарт Каффман бұл химиялық реакциялардың автокаталитикалық циклдары туралы болды деп болжаған.

Не туралы сөйлесетінімізді түсіндірейік. Бірдей заттар әр түрлі химиялық реакцияларға түсе бастағанда, реакциялар арасында бастапқы реагенттерге бәсекелестік басталады. Негізінде табиғи іріктеу қосылады. Реакция тезірек жеңеді. Ал ең жылдам реакция, олардың өнімі бір мезгілде сол реакцияның жүруін тездететін катализатор болып табылады (мұндай процестер автокаталитикалық деп аталады, яғни олар өздерін қоздырады).

Бірақ қолда бар реагенттердің барлығы таусылғанда не болады? Реакция, әрине, тоқтайды, яғни «өледі». Бұған жол бермеу үшін, ол қайтымды болуы керек: бастапқы заттар өнімге айналатын тікелей процеспен қатар, өнім кері реагенттерге «ыдырайтын» кері процесс те болуы керек.

Есептер мен эксперименттер автокаталитикалық химиялық циклдар «көбейтуге» және «эволюциялауға» қабілетті екенін көрсетеді, яғни олар шын мәнінде өмірдің прекурсорлары болуы мүмкін.

Image
Image

Химиялық реакциялардың өзін-өзі қамтамасыз ететін автокаталитикалық желінің диаграммасы. Бастапқы компоненттер қызыл түспен ерекшеленеді.

Иллюстрация Joana C. Xavier.

Бірақ қандай реакция циклдары алғашқы тірі жасушаларды тудырды? Жаңа Зеландиядағы Кентербери университетінің Майк Стил мен Конрад Лоренц эволюция және танымдық зерттеулер институтының қызметкері Вим Хордижк мақаланың қосалқы авторлары қызықты гипотезаны алға тартты.

Олар тірі жасушалардың нақты метаболизміне ұқсас химиялық циклдердің тұтас класын тапты. Авторлар оларды рефлексивті түрде автокаталитикалық азық -түлік шығаратын желілер немесе FAR деп атады.

FAR тек биохимиялық процестерге ұқсас болғандықтан ғана қызықты. Оларды қажетті реагенттерден бастау оңай, оған бастапқы катализаторды қосу арқылы жүйені аздап итеру керек.

Ордежк: «Бұл физиктер өзін-өзі ұйымдастыру деп атайды, бұл өмірдің пайда болуын зерттеудегі қасиетті грейл»,-деп түсіндіреді.

Жаңа мақаланың авторлары қарабайыр микробтардың метаболизмінде RAF іздеуге кіріскен. Олар оттегіні қажет етпейтін бактериялар мен археяларға назар аударды, өйткені бос оттегі Жерде алғашқы тірі организмдерден миллиардтаған жылдар өткен соң пайда болды, сонымен қатар олардың қызметінің нәтижесінде.

Олар белгілі бір микробтардың метаболизмінде бірнеше түрлі РАФ тапты. Табылған жүйелердің ішіндегі ең күрделісі 1335 реакцияны қамтиды. Шамамен бірдей процестер қазіргі жасушаның метаболизмін анықтайды. Алайда, зерттеушілерді ең алдымен қарапайым циклдар қызықтырды, олар күрделі циклдердің предшественниктері болуы мүмкін.

Сутегі мен көмірқышқыл газының сіңуінен энергия алатын микробтарда (екеуі де ертеде көп болған) сарапшылар метаболизмнің негізгі функцияларын орындай алатын екі қарапайым RAF жүйесін тапты. Біріншісі метан шығаратын организмдерде болады және құрамында 209 реакция бар. Екіншісі ацетатты бөлетін микробтарға тән және 394 реакциядан тұрады.

Бұл жағдайда 172 реакция екі жиын үшін де ортақ. Олар бактерияларда да, археяларда да кездеседі және, мүмкін, барлық тіршілік иелерінің соңғы ортақ атасына оралады.

Барлық дерлік биохимиялық реакциялардан айырмашылығы, оқшауланған процестер катализатор ретінде үлкен және күрделі ақуыз молекулаларын қажет етпейді. Олар үшін әлдеқайда қарапайым заттар - кофакторлар мен металл бөлшектері жеткілікті. Соған қарамастан, олар аминқышқылдарын (белоктардың құрылыс материалдары) және азотты негіздерді (ДНҚ мен РНҚ -ның негізгі компоненттерінің бірі) синтездейді.

Бұл биохимиялық циклдар гендерге қарағанда ескі болуы мүмкін. Мүмкін бұл жасушадан бұрынғы дәуірдің соңғы биохимиялық религі. Бір қызығы, олар табылған микробтар геотермалдық бұлақтарда тұрады.

Ұсынылған: