Знание-сила, 2009 № 09 (987) - Живцов
Попутно исследователи убедились, что одной-единственной формы РНК недостаточно, чтобы она могла себя копировать. Понадобилось еще две молекулы, которые служили ферментами. «У нас имеются два различных фермента РНК: плюс-РНК и минус-РНК. Первая производит вторую, и наоборот. Минус делает плюс, плюс делает минус и так далее. В естественных условиях ведь происходит то же самое, ничего другого. У наследственной молекулы ДНК, двойной спирали, есть две цепи, так сказать, «плюс» и «минус». Информация неизменно передается от одной цепи к другой».
Конечно, полученные результаты вовсе не доказывают, что первыми биомолекулами, возникшими на Земле, являлись именно РНК и что они зародились в полярных льдах, но все-таки подобные опыты могут стать важным шагом на пути к пониманию происхождения жизни на нашей планете и в космосе вообще.
Они свидетельствуют о том, что в решении этой проблемы наметился некий прорыв. Возможно, когда-нибудь из этих разрозненных экспериментальных данных сложится целостная картина — подлинная биография первого, самого примитивного микроорганизма, появившегося на Земле. Эта удивительная история Первомикроба непременно будет написана. А где ему лучше увидеть свет — под тропическим небом или сполохами северного сияния, — подскажут последующие эксперименты, новые компьютерные модели, научные теории и гипотезы.
* * *
Жизнь зародилась…
•… на морском дне. «Черные курильщики» — геотермальные источники на дне океана, открытые лишь три десятилетия назад, — привлекают особое внимание ученых. Они изобилуют минеральными веществами и по праву могут считаться «колыбелью жизни».
•…в глине. В некоторых глинистых породах, как выяснил американский биолог Джек Шостак, на основе жирных кислот могут формироваться мембранные пузырьки — «везикулы», заполненные жидкостью. Это — также возможные прообразы первых клеток. Подобные пузырьки, содержащие молекулы РНК, спонтанно увеличиваются в размерах, всасывая оказавшиеся рядом с ними другие пузырьки — «поедая» их: настоящий пример естественного отбора по Дарвину (см. «З-С», 8/07).
•… в земной коре. В недрах Земли сложилась своя уникальная фауна, представленная очень многочисленными и разнообразными колониями микробов (см. «З-С», 8/09). По мнению ряда биологов, жизнь могла зародиться именно здесь, ведь в то время на поверхности планеты любые живые организмы неминуемо погибли бы, уничтоженные ультрафиолетовым излучением, вулканической лавой или ударами метеоритов.
•…в атмосфере. Исследователи из американского национального управления по атмосфере и океану (NOAA) обнаружили, что в атмосфере встречаются капельки органических материалов, заключенные в маслянистую оболочку. Подобные капли поглощают частицы таких металлов, как никель и железо. На свету в присутствии этих катализаторов начинаются реакции, которые могут привести к образованию сложных биомолекул.
Все эти сценарии имеют свои слабости — зачастую те же, что и идея «горячего» зарождения жизни. Не случайно все больше ученых в последнее время интересуются возможностью «сотворения» жизни при низких температурах, когда процессы распада биомолекул чрезвычайно замедлены.
Пять ступеней творения
• Появление биомолекул (4,2 миллиарда лет назад)
Первые биомолекулы образовались после того, как поверхность Земли остыла. Кроме того, эти молекулы могли попасть на Землю вместе с кометами, прилетающими сюда.
• Эпоха РНК (3,8 миллиарда лет назад)
Возникают нуклеотиды — составные части «молекул жизни». Они соединяются в длинные цепочки — рибонуклеиновые кислоты, способные копировать сами себя.
• Первые микроорганизмы (3,6 миллиарда лет назад)
На основе РНК образуются дезоксирибонуклеиновые кислоты, содержащие наследственную информацию. Молекулы ДНК, заключенные в пузырьки жирных кислот, становятся прообразом первых примитивных клеток.
• Эукариоты (1,7 миллиарда лет назад)
Появляются клетки, которые содержат оформленные ядра, — так называемые эукариоты. Из этих клеток состоят все высшие животные и растения.
• Становление высших форм жизни (0,6 миллиарда лет назад)
Через три миллиарда лет после зарождения жизни на нашей планете образуются первые многоклеточные животные — так называемые эдиакарские организмы. Начинается эволюция высших форм жизни.
Меньше никеля, больше жизни!
Олег Губин
Около двух с половиной миллиардов лет назад содержание кислорода в атмосфере нашей планеты резко возросло. Благодаря этому уникальному событию возникли и развились высшие формы жизни. Ученые высказывают разные гипотезы, пытаясь понять подоплеку той давней истории.
Так, в апреле этого года наш журнал писал об идее американского исследователя Пола Фалковски, считающего, что все началось с того, что около 1,9 миллиарда лет назад появился организм, ставший прародителем всего царства растений. В том же месяце еще одна версия случившегося была обнародована журналом Nature.
«Визит Венеры к Вулкану» Ф. Буше. 1754
По мнению группы геологов из США и Канады — руководил ею Курт Конхаузер из Эдмонтонского университета, — решающий сдвиг произошел около 2,4 миллиарда лет назад. В ту пору нашу планету населяли лишь самые примитивные микроорганизмы, а ее атмосфера содержала незначительное количество кислорода. Однако внезапно все изменилось. Эволюция жизни на Земле вышла на новый уровень развития.
Что послужило причиной? Возможно, никель!
До сих пор ученые в общем-то не интересовались влиянием никеля на процесс становления жизни. «Ведь этот металл содержится в морской воде в чрезвычайно малых количествах, — подчеркивает Доминик Папино, один из авторов данной работы. — Однако проведенные нами исследования свидетельствуют, что никель оказал огромное влияние на биосферу Земли».
Группа Конхаузера проанализировала состав полосчатых железных руд, образовавшихся на планете за очень продолжительный период — от момента появления первых следов жизни на Земле (около 3,8 миллиарда лет назад) до «кембрийского взрыва» (около 550 миллионов лет назад).
Изучая примеси, которые обнаруживаются в рудах, ученые определяли содержание никеля в древних океанах, покрывавших планету. Около 2,7 миллиарда лет назад оно было очень высоким. В таких условиях процветали метанобразующие бактерии. Они выделяли в атмосферу большое количество метана, препятствуя повышению концентрации кислорода. Ведь метан и кислород реагируют друг с другом; продуктами реакции являются углекислый газ и вода.
Однако затем — неожиданное событие, «грань истории», «ступень эволюции». Химический состав морских вод резко изменился. Конхаузер и его коллеги полагают, что причиной тому было не какое-то «единичное событие».
