Első lépések a földi élet

Külsőleg, a többsejtű állatok kevés közös, mondjuk, a gombák. De ha megnézi elektronmikroszkóp alatt, azt találjuk, hogy köztünk szinte nincs különbség. Mindannyian cellákból. Minden sejtet körül egy lipid membrán. Mindegyikük szolgálja fehérjék vagy RNS kódolt a DNS kettős spirál. Végül, minden élet egyformán termel energiát. Ezek a tulajdonságok azt jelzik, hogy az összes ismert életforma volt egy közös őse, más néven LUCA (utolsó univerzális közös ős).

Miért őse - általános

Az élet valószínűleg származik sokszor. Talán - millió alkalommal. De csak egyszer származott élet már annyira sikeres, hogy adott okot, hogy a különféle vadon élő állatok, hogy látjuk ma. Ez egyedi eset - csak LUCA.

Az ötlet, hogy minden élet származik, hogy egyetlen organizmus, általában tulajdonított Charles Darwin, aki látta azt a logikus következtetést az ő evolúciós elmélet. Egyértelmű, hogy a közös őse sem Darwin sem más nem látta, vagy alig látni - beszélünk egy lény, halványan emlékeztet a baktériumok, és nem tudom, hol élt mintegy 3,5 milliárd évvel ezelőtt.

közös őstől vizsgálatok általában szerint szervezik ugyanazt a rendszert, hogy összehasonlítjuk magunkat a többi (baktériumok, archaea, növények), és próbálja megérteni, mi eleme a készülékek általános, és ezért van egy közös eredetű.

Például szinte minden tudós meg van győződve arról, hogy LUCA volt egy cellában. Először is, a életért sejt ma, egyszerűen nem tudom. Másodszor, ez nagyon nehéz elképzelni. Az élet kezdődött az óceánban. Ocean - egy hihetetlenül nagy víztömeg. Nem számít, mennyire aktív, „életképességét” a molekulák nem tűnik, azok koncentrációja az óceán gyakorlatilag nulla. Ahhoz, hogy ezek a molekulák reakcióba lép egymással hatékonyan, kell helyezni egy zárt térben - például egy sejt körülvéve lipidburokkal vagy membrán. A membránt kell tekinteni az egyik alapvető tulajdonságait élő - és így az egyik megkülönböztető jellemzője a közös őse.

Amellett, hogy a membrán, a molekulák az élethez szükséges, akik tudják, hogyan kell játszani - önmagukban vagy más molekulákkal. Ma a legismertebb ilyen molekula - a DNS-t. De először önreprodukáló „élő” molekulákat, amelyekből végül bekövetkezett LUCA voltak RNS-t. Egyes tudósok azt sugallja, hogy a DNS LUCA nem létezik - ő meg az ő leszármazottai, függetlenül. Különben, önreprodukáló genom - DNS-t vagy RNS-t - a közös ős pontosan.

Végül, az élet szüksége van az élelmiszer. Csak fogyaszt energiát lehet létrehozni egy kevésbé rendezett rendszer sokkal rendezettebb, vagyis alacsonyabb entrópia. Mi evett az utolsó közös őse az élő?

RNS - a molekula az élet

Honnan tudjuk, hogy az élet az RNS-sel?

Először is, az RNS-ek olyan fehérjéket kódolnak - az alapja a modern sejtek - de fordítva nem. Sőt, riboszóma - molekuláris gép „dekódolás” az RNS proteinné történő - RNS lényegében egy speciális típusú. Azaz, elvileg, az RNS-t meglehetősen önellátó.

Másodszor, az RNS is kialakulhat - már régóta Kísérletileg. A sorrend az RNS-szálat egy kémcsőben véletlenszerűen változik - ha valamilyen módon válassza ki a „jó” változás, hogy megkapja a teljes és az evolúciót.

Harmadszor, RNS, ellentétben a DNS-t, meglehetősen aktív molekula. Ez reakciókat katalizálják - szinte szerű fehérjét a modern sejt szinte minden funkciót. Lehetséges például, hogy mesterségesen hozzák létre az RNS, amely pontosan másolja magát, anélkül, hogy további eszközökre.

Szinte az összes molekulák alkotják élőlényekben dolgozik ugyanazon üzemanyag: adenodintrifosfornoy sav, vagy ATP. Hogy létezik, hogy a sejtek - a legfontosabb az egyetemes egység a nappali - meg kell, hogy állandóan ezt az anyagot. Ez megköveteli az energia kívülről.

A energiaforrás változhat. Növények elnyelik azt a napfény. Állateledel emésztjük - bioüzemanyagok. Néhány baktérium elégedett ásványi üzemanyag. De a végső fázisban - mindig ATP termelés. A termelt ATP minden ismert formája az élet az azonos - útján molekuláris turbina sodratlan (szó) az áramlás az ionok. A leggyakoribb kisodródás ion használt proton.

Proton vagy hidrogénion - a legegyszerűbb pozitív töltésű részecskék, amelyek együtt a negatív töltésű hidroxil ionok egy vízmolekula. Egy kis százaléka vízmolekulák egész idő az osztott állapotban: a proton elkülönül a hidroxil-ionokkal. A tiszta víz protonok annyi hidroxilegységek. Amikor a sav hozzáadásával válik protonok. Lúg, éppen ellenkezőleg, ez növeli a hidroxil megoldást.

Képzeljük el, hogy a vízben ül néhány mikroszkopikus, de nagyon okos teremtés, amely képes megkülönböztetni protonok hidroxil-ionokat. A fizika az ilyen feltételezett lények nevezett démonok - a miénk, például nagyon emlékeztet a híres Maxwell démon. Ez a víz alatti démon megragadja a protonok és az erő taszítja őket egy zacskóba. A táska protonok nagyobb lesz, mint a hidroxilcsoportok - vizet átalakítjuk savvá. Ha most, hogy egy lyuk a zsákban akkora, mint egy proton, azok jet Welling a zsákból: a magas koncentrációjú alacsony koncentráció. Azaz, a differenciál - vagy proton koncentráció gradiens tartalmazza az energia, mint a víz, vízenergia turbina forog.

Amennyiben nem ez az energia származik?

Ebben a példában az energiaforrás - a démon, hogy tegyen erőfeszítéseket, hogy rendezni protonok és hidroxil-. Energia tárolódik egy zsákba, és felszabadul, ha lyukat. Ha ez a trükk, gyűjthetünk ezt az energiát - hogyan gyűjt HPP épült a folyón - és vele csinálni valami hasznosat. Ily módon néhány milliárd évvel ezelőtt, az ősei minden élőlény megtanult termelnek ATP: jöttek a turbina, amelynek forgása táplálta szintézisét energia molekula. De mi van, ha nem egy nagy varázslat démon, létrehoz egy proton gradiens, szükséges az ATP szintézis?

Melyik volt előbb: a serpenyőben vagy levest?

Modern organizmusok színátmenetek magukat. Van ez mindig ugyanaz a minta: a protonok pumpálnak valahol (vagy máshol szivattyús) speciális fehérje szivattyú töltik ezt az energiát az élelmiszer, vagy például a napfény. Szivattyúk kerülnek be a membránon áthatolni a protonok - mert ez akkor nem csak szivárog vissza. Ennek eredményeként az egyik oldalon a membrán proton lesz egy csomó, a másik - egy kicsit mint a példában egy démon, és egy zsákot. „Proton átjáró” - egy lyuk a zsákban - a nyitott és a protonok rohanás vissza, ahol kicsi volt, spinning a turbina és generáló ATP. Azt is folyik a mitokondriumban, fotoszintetizáló növények - kloroplasztisz, baktériumok - saját sejtmembránon. De a mesterségesen keltett gradiens sokoldalú ionok.

Ha valami univerzális - alapján az evolúció elmélete, a legvalószínűbb, hogy és van egy közös őse. Nehéz elképzelni, hogy ilyen hasonló energiatároló és elszívó rendszer önállóan megjelent összes királyságok az élet. LUCA még használták színátmenetek előtt letette az alapjait a két fő ága az evolúció: baktériumok és archaeo.

De van egy paradoxon itt, amely sok éven át maradt evolucionisták és biokémikusok.

Az elmúlt években, a klasszikus „hármas” evolúciós fát módosításra került. Ma már a legtöbb tudós úgy gondolja, hogy az eukarióták történt fúziójával a archaea és a baktériumok. Ráadásul nem az a tény, hogy egy világos fa korai fejlődése, elvileg lehet építeni: nagyobb valószínűséggel, a korai organizmusok, volt egy állandó vízszintes cseréjét gének hígítja és bonyolítja a fajok fogalmát, és még a területen.

Az egyik fő különbség a modern baktériumok és archaea - ez a szerkezet az membránok. Mindkét birodalmakban vagy domének, a sejtmembránok alkotóelemei a lipidek, de ezek a lipidek kémiailag élesen különbözik. A fehérjéket tagjai membránok is nagyon különböző - például csak a legritkább és legősibb a molekula, mint az azonos „proton turbinák”, ami egyáltalán. Logikája szerint az evolúció, ez azt jelentené, hogy a kompozíció és szerkezet membránok baktériumokban és archaea, kialakítva a szétválás után. A gradiens, ahogy felfedezték, voltak szétválása előtt. De a színátmenetek szükséges membrán szivattyúk és fehérje! Hogyan történhetett ez, hogy a közös ős már „megette” a színátmenetek, de nem tudták még „kész”?

A válasz abban rejlik, hogy a proton gradiens ősi sejtek nem mutattak be. Ők azok inkább felszívódik a külső környezet.

Acid folyó és a szivattyú, ami mindent megváltoztatott

A csoport a brit tudósok által vezetett Nika Leyna (Nick Lane) kínálja a következő magyarázatot. Szerint a leggyakoribb változata, az élet származik a mélységben az óceán, közel a víz meleg források. Ebben a környezetben, a proton-koncentráció cseppek képezhetők természetes módon: a lúgos környezet közelében üledékes kőzetek termelt forró forrás simán a gyengén savas közeg tengeri rétegek. Ha kapsz pontosan a határ a savas és lúgos környezetben lehet használni. Egyrészt nem lesz több proton, a másik - kevésbé. Drop - azt jelenti: "flow". Mert - azt jelenti: „az energia.” Lane és kollégái úgy vélik, hogy ez hogyan állítólagos őse először az ötlet fordult koncentrációgradiensben át hasznos energiává - a természetes „folyó” proton ATP-szintetizáló turbina épült.

Ebből modellben számos következménye van. Először is, nincs szükség szivattyúkra: proton gradiens által generált önmagában miatt a csepp a savasság. Másodszor, hogy kihasználják ezt gradiens, a sejtmembrán legyen könnyen átjárható a protonok - vagy csepp való koncentráció nem érinti. Ez azt jelenti, „zsák”, hogy tele van lyukakkal. Harmadszor, a ketrec kell rögzíteni, ha az mozog egy jó „gradiens” helyek, a gradiens nem lesz, és ha a membrán könnyen átjárható, „carry gradiens a” nem kap - a protonok egyszerűen szabadon mozoghatnak a sejt és a külső környezet .

Hogy akkor nem az ősei baktériumok és archaea megtanultak élni távol a megtakarítás a meleg források? Lane és munkatársai úgy vélik, hogy a fő szerepet ebben játszott a megjelenése a proton-pumpa nátrium. Ez a membrán fehérje, amely cserél protonok számára egyenlő mennyiségű nátrium-ionok. Azaz, a proton-nátrium-szivattyú „természetes” proton gradiens lehet alakítani a „mesterséges” nátrium-gradiens. A módszer előnye, hogy a húzás révén a „szivárgó” membrán nátrium-sokkal nehezebb, mint egy proton. Azaz nátrium-koncentráció gradiens „mentett” jobb, mint a proton koncentráció gradiens.

Szivattyúk, ami egy proton gradiens mesterségesen, nem maguk jelennek meg, amikor a lyukas membrán: ők egyszerűen nem lenne értelme. Ha a membrán tele van lyukakkal, amint azt a matematikai csoport Lane, szivattyúk nem ad semmilyen előnyt. De add „hőcserélő” - protonok nátrium - a felhalmozási gradiens lesz sokkal hatékonyabb és jelentős előnyöket megjelenik szivattyúk.

Mi történik ezután? Cell folyamatosan fejlődik. Idő a szivattyú hatásfokának, majd fokozatosan válnak egyre több - mindaddig, amíg ez előnyös. Egyszer van egy proton-nátrium „exchanger” - eszközt, minden felhalmozott tud szállítani. Szükség van egy „természetes” gradiens eltűnik: akkumulátor cella lesz. Ugyanakkor nincs szükség a szivárgó membrán - éppen ellenkezőleg, tartós membrán, amely megtartja a jobb színátmenetek. Miután a membránt megszilárdul, és megáll, hogy adja át protonok a forró ülés a forrás elvész jelenti.

Összesen, a proton-nátrium „exchanger” szerint Nika Leyna, annak megjelenése okozott láncreakciót evolúciós változás, amelynek eredményei még kopott félcella, teljes mértékben függ a meleg források, váltak niggardly, és látnoki kutatási óceán mélyén - és végső soron minden sokféleségét kortárs jellegű. Azt követően egy „hőcserélő”, a kutatók szerint, volt egy részlege a baktériumok és archaea - a két fő ága a korai evolúció. Az membrán „edzett” eltérő módon -, de a hűség az színátmenetek ionok, mint a végső szakaszban a feldolgozási teljesítmény, hogy mindkét csoportban.

Viták LUCA biológia - a dédapja minden élőlény - nem valószínű, hogy valaha is lehet oldani egyértelmű adatok. Pradedushkino test romlott évmilliárdok alatt - de a lelke tovább él. A test még mindig szekvenciában kódolt nukleotidok. Még mindig áll a sejtek. Megtanultuk, hogyan kell energia kinyerése szendvicsek - de ahhoz, hogy megtanulják, mi továbbra is szerveznek minden sejtjében az ősi meleg tavasz.