• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
11.03.2023
Сергей Васильев
31
7 021

Биологи определили одну из первых молекул — предшественниц жизни

5.3

Ученые получили пептид Nickelback, который состоит всего из 13 аминокислот, но способен катализировать окисление водорода. Возможно, что именно такие простые, но эффективные прото-ферменты обеспечивали энергией первые по-настоящему живые организмы на Земле.

©Pierangelo Gobbo, Pavan Kumar, University of Bristol / Автор: Дмитрий Жуков

На самом базовом уровне любой организм представляет собой отделенную от окружающего пространства область, в которой протекают процессы обмена веществ. Именно с таких протоклеток более трех с половиной миллиардов лет назад началась жизнь на Земле. Разумеется, они были крайне примитивны, однако могли проводить ключевые метаболические реакции, которые обеспечивали их энергией, возможностями размножаться и тому подобным.

Считается, что одной из таких реакций было окисление водорода. На молодой Земле его было куда больше, чем сегодня, и он вполне мог служить источником энергии для новорожденной жизни. Некоторые бактерии и археи используют водород для этой цели и сегодня, окисляя его с помощью кислорода, сульфата, углекислого газа и других подходящих веществ. Такие реакции катализируют ферменты гидрогеназы.

Скорее всего, молекулы — предшественницы гидрогеназ имелись и у самых первых протоклеток. Но если у современных микробов это — крупные, сложно устроенные белки, содержащие сотни аминокислот и различные кофакторы, то на заре жизни они были устроены намного проще. Определить такую «минимальную гидрогеназу» удалось команде ученых из Ратгерского университета. Их статья опубликована в журнале Science Advances.

Схема пептида Nickelback: цепочка аминокислот показана зеленым, атомы азота синим, никеля — оранжевым / ©Nanda Laboratory, Rutgers University

Лаборатория Викаса Нанды (Vikas Nanda) — ключевая площадка для масштабного исследовательскго проекта ENIGMA, участники которого пытаются определить «минимальный набор минимальных белков», которые могут обеспечить переход от пребиотических реакций к настоящей биологии и появлению жизни. Чтобы найти такую гидрогеназу, ученые проанализировали структуры существующих сегодня ферментов и провели компьютерное моделирование, избавив их «от всего лишнего».

В результате они получили короткий пептид, содержащий всего 13 аминокислотных остатков и два скоординированных с ними атома никеля. Авторы назвали эту молекулу Nickelback. Лабораторные эксперименты показали, что такие пептиды способны спонтанно собираться в подходящих условиях, остаются стабильными и проявляют каталитическую активность в окислении водорода. Возможно, что именно от подобных примитивных молекул произошли сложные, многосоставные белки современных организмов. Но на первых порах молодая жизнь полагалась именно на них.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Позавчера, 14:24
Игорь Байдов

Команда китайских инженеров разработала модель магнитоэлектрического генератора, способного эффективно преобразовывать энергию падающих капель в электричество. Устройство может быть полезно для районов с повышенной сезонной влажностью. Разработка ученых в теории выглядит перспективно, но вызывает некоторые вопросы. В частности, пока не ясно, можно ли найти ей практическое применение.

8 часов назад
Полина Меньшова

Сидячий образ жизни часто называют «новым курением», поскольку отсутствие физической активности и работа в неудобных позах приводит к большому количеству проблем со здоровьем. В связи с этим появился тренд на столы для работы стоя. Исследователи из США изучили разные типы рабочих мест и оценили их эффективность — как для здоровья сотрудников, так и для производительности.

Вчера, 19:04
Александр Березин

По уточненным данным, для свода Международной космической станции с орбиты компания Илона Маска использует сильно измененный грузовой корабль, имеющий рекордно большое количество двигателей (больше, чем у любого другого корабля в истории). Однако это не будет Starship, хотя для него такая задача в теории была бы проще.

15 июля
Александр Березин

Авторы нового исследования впервые показали, что круглые провалы в лунной поверхности не просто близки к многокилометровым пещерам на естественном спутнике Земли, но и располагают тоннелями, ведущими в глубину.

16 июля
Александр Березин

Традиционное представление о роли человека в земных экосистемах известно: он нарушает их нормальную работу и снижает биоразнообразие. Однако первая попытка изучить следы пыльцы за последние 12 тысяч лет принесла скорее противоположные данные — как минимум для континентов, полностью расположенных в Северном полушарии.

13 июля
Татьяна

Все клеточные организмы ученые ведут от гипотетического предка — LUCA. Существует масса предположений и расчетов о том, как он был устроен, где и когда возник. В новой работе исследователи из Великобритании попытались ответить на эти вопросы.

25 июня
Игорь Байдов

Ученые из Китая и Бельгии воссоздали в лаборатории условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад, и выяснили, что они были идеальными для образования слоя алмазов, который с течением времени становился лишь толще.

21 июня
Nadya

Земля начала формироваться примерно 4,5 миллиарда лет назад. Чтобы понять, как это происходило в ранние периоды развития нашей планеты, ученые ищут образцы древних горных пород. Одну из таких, возрастом почти 3,5 миллиарда лет, обнаружили рядом с городом Колли в Австралии.

1 июля
Александр Березин

Необычный биологический вид, по оценке авторов новой научной работы, пригоден для заселения четвертой планеты без каких-либо предварительных условий — уже в том виде, в котором он существует сейчас. Поскольку речь идет о фотосинтетическом организме, он способен нарабатывать существенное количество кислорода. Интересно, что кандидат на терраформирование Марса сохранил жизнеспособность после месяца в жидком азоте.

[miniorange_social_login]

Комментарии

31 Комментариев
-
0
+
Всегда поражает журналистская и научпопная лёгкость бытия. Всегда на позитиве.
Alex Ty
12.03.2023
-
0
+
Получение энергии на субатомном уровне - ничто, по сравнению с тайной передачи информации из поколения в поколение первых живых организмов. Для передачи нужен молекулярный шифратор-дешифратор информации, и нужно как-то передать сам шифратор-дешифратор в следующее поколение, даже не говоря об энергетических молекулах и процессе деления.
    Kiridan
    13.03.2023
    -
    0
    +
    Субатомный уровень это что? Когда атомы получают энергию сразу в ядро? Я сомневаюсь, что подробным занимаются какие-либо бактерии.
Zhe Sh
11.03.2023
-
0
+
"Именно с таких протоклеток более трех с половиной миллиардов лет назад началась жизнь на Земле. Разумеется, они были крайне примитивны" Боюсь, самая сложная машина, созданная человеком, крайне примитивна по сравнению с этой "крайне примитивной протоклеткой". Если такие протоклетки вообще существовали. Скорее всего, они прибыли на Землю из космоса уже в крайне сложном виде.
    -
    0
    +
    Комментарий удален пользователем или модератором...
    +
      ещё комментарии
      Миро
      12.03.2023
      -
      0
      +
      Эээ, атмосфера полявилась, благодаря цианобактериям. У вас хронология нарушена)
      Zhe Sh
      12.03.2023
      -
      0
      +
      Не только камни, есть еще кометы, например, которые могли бы транспортировать жизнь в своих замороженных недрах, а при приближении к звездам испускать пыль, которая уже мягенько приземляется на планеты. В общем, вообразить путь "заражения" Земли жизнью значительно проще, чем способ ее самозарождения здесь. В данном случае "значительно" - это, вполне возможно, на сто и более порядков величины. Есть проблема "неупрощаемой сложности" жизни. Самая простая клетка безумно сложно устроена. При этом на возникновение такой клетки палеогеология и палеонтология дают очень мало времени. Если на эволюцию от прокариот к эукариотам понадобилось около двух миллиардов лет, то на появление LUCA из простых молекул времени остается на порядок меньше. Степени же усложнения систем в этих скачках эволюции просто несопоставимы. Десятки лет тысячи талантливых молекулярных биологов пытаются найти пути к первичному репликатору, который мог бы возникнуть в земных условиях. Результаты, по большому счету, близки к нулевым. Авторитетный биолог Е. Кунин от безысходности предлагает даже замести проблему под ковер, предположив, что в почти бесконечной Мультивселенной существуют 10 в стопиццотой степени Вселенных, в каждой из которых мириады земель, и чисто случайно на одной из них, нашей, самособралась первая клетка. А дальше - антропный принцип. Такую гипотезу, конечно, трудно оспаривать, но она какая-то, я бы сказал, скучная и капитулянтская( Гипотеза возникновения жизни вне Земли дает два важных преимущества. Во-первых, появляется гораздо больше времени на "эксперименты". На этом сайте висит новость о галактике, которой всего лишь ~1,5 млрд. лет от Большого взрыва, а она уже богата тяжелыми элементами. Т.о. мы получаем дополнительные ~8 млрд. лет на появление первичного репликатора, что весьма существенно. Во-вторых, и это даже важнее, условия, в которых мог возникнуть такой первичный репликатор, уже не ограничены исключительно земными. Возможно, что в каком-нибудь метановом, например, океане при экстремально низких температурах и высоких давлениях самовоспроизводящиеся структуры возникают просто и логично, и потом они уже эволюционируют в различные формы жизни, одной из которых являемся мы сами. Или не в метановом, а аммиачном. Или еще где-то - вариантов масса и все они не изучены. Исходя из этих соображений, гипотеза панспермии представляется мне куда более правдоподобной, чем предположение о зарождении жизни непосредственно на Земле.
        -
        0
        +
        Комментарий удален пользователем или модератором...
          Zhe Sh
          12.03.2023
          -
          1
          +
          Минимальная скорость "приземления" на планеты равна (как минимум) первой космической для данной планеты, а, как правило, гораздо больше даже второй космической скорости...
          При наличии атмосферы конечная скорость падения сильно зависит от соотношения площади поверхности и массы тела. Именно поэтому на Луне перышко и молоток падают одновременно, а на Земле перо всегда отстает. Пыль может часами плавать в воздухе, в отличие от камня. Пылинок вокруг Земли огромное количество, распределение их скоростей во многом случайно, поэтому всегда существует достаточно большое количество космической пыли, движущейся относительно Земли с околонулевыми скоростями. Такая пыль может вполне себе плавно входить в атмосферу и со временем оседать на поверхность безо всякого экстремального разогрева.
          А проблема теории панспермии в том, что она ничем не отличается от гипотезы о существовании Бога, то есть она -- монотеистическая религия, которая говорит о том, что Бог существует предвечно и где-то там, вне Земли и оттуда ОН приносит жизнь на землю и ее воды...
          Панспермия всего лишь утверждает, жизнь впервые возникла не на планете Земля. При чем тут бог, мне непонятно.
          Как же к нулевым, когда вот тут выше как раз и рассказывается про вполне успешный эксперимент?!
          "Кирпичиков жизни" найдено множество. Но пока это всего лишь россыпь кирпичей. К решению вопроса, как они сложились в протоклетку, наука не приблизилась на на йоту. На мой взгляд, потому что ищут не там. Для появления первичного репликатора на Земле и времени было маловато, да и жарковато. Искать, имхо, нужно там, где было гораздо холоднее и имелась пара-тройка миллиардов лет в запасе.
            -
            0
            +
            Комментарий удален пользователем или модератором...
              Zhe Sh
              12.03.2023
              -
              0
              +
              Переферазируя Шарапова из МВИН, не совсем я в точку попал, но, как говорили на фронте, действие вел в верном направлении)) Космическая пыль не падает на землю, как метеориты, а скорее оседает. Вот щас на ютубе нашел - доктор физ.-мат. наук вещает, см. примерно с 3:20 https://www.youtube.com/watch?v=7q6DL-bdM6I
                -
                0
                +
                Комментарий удален пользователем или модератором...
                Zhe Sh
                13.03.2023
                -
                1
                +
                В безвоздушном-то оно, конечно. На Луне, например. Но у Земли есть атмосфера - вполне себе воздушная.
                -
                0
                +
                Комментарий удален пользователем или модератором...
                Kiridan
                13.03.2023
                -
                0
                +
                Ну что за испанский стыд... Атмосфера вообще-то имеет градиентную плотность, в зависимости от высоты, а не так, что сразу максимальная плотность ещё на входе, ад и погибель.
                Zhe Sh
                13.03.2023
                -
                1
                +
                Ну, смотрите. При движении тела в газовой среде происходит его нагрев, но при этом часть тепла отводится набегающим потоком газа. Т.е. падающий в атмосфере метеороид можно рассматривать как теплообменник. Эффективность такого теплообменника будет зависеть от отношения площади его поверхности к тепловой энергии, которую необходимо отвести. Возьмем примерно шарообразный метеороид массой m и радиусом r. И второй - с радиусом, меньшим в n раз. Во всем остальном (материал, начальная скорость) они одинаковы. Масса малого шара меньше большого в n в кубе раз, поскольку она прямо пропорциональна объему. Кинетическая энергия, которая преобразуется в тепловую, прямо пропорциональна массе, т.е. у малого тела она меньше тоже в n в кубе раз. А вот площадь поверхности у малого шара меньше только в n квадрате раз. Соответственно, отношение площади поверхности к выделяющейся тепловой энергии у малого метеороида будет в n раз больше, чем у большого. Т.е. как теплообменник он будет работать, грубо говоря, в n раз лучше и нагреваться будет меньше. Почему пыль не падает на поверхность Земли со скоростями метеоритов? Ведь, по идее, сопротивление воздуха прямо пропорционально площади поперечного сечения движущегося тела, а она зависит от квадрата линейного размера, т.е. крупный камень должен тормозиться в атмосфере сильнее, чем пылинка. Вероятно, пылинки, входя во влажные слои воздуха, становится центрами конденсации пара, и такие микрокапли уже быстро затормаживаются до почти нулевых скоростей. В сети довольно много материалов о влиянии космической пыли на образование облаков.
        -
        0
        +
        >гипотеза панспермии представляется мне куда более правдоподобной, Вы просто отодвигаете ответ на тот же вопрос на одну итерацию дальше. Ну хорошо, а как зародилась жизнь в том месте, откуда она потом "панспермилась" на Землю? Это ж вроде тот же вопрос, нет?
          Zhe Sh
          13.03.2023
          -
          0
          +
          Не просто отодвигаю, а даю на возникновение жизни больше времени и большее разнообразие возможных условий, в которых она могла зародиться. На Земле жизнь появилась почти мгновенно после того, как могла возникнуть теоретически - между остыванием поверхности и появлением первых обнаруженных следов бактерий зазор всего 200-300 млн. лет. Для эволюции прокариот в эукариот понадобилась порядка 2 млрд. лет, а на возникновение живого из неживого, получается, на порядок меньше? Это странно. Вторая странность, что биологи за десятки лет исследований очень слабо продвинулись в поисках путей появления простейших самовоспроизводящихся форм, которые могли бы возникнуть в условиях древней Земли и эволюционировать в клетку. Т.е. все ими предлагаемое пока подразумевает очень и очень большую степень "везения", а не закономерности. Возможно, дело в том, что такие простейшие формы и не могли возникнуть на Земле, зато в совершенно других условиях они появляются так же закономерно, как, например, звезды и планеты.
            Kiridan
            13.03.2023
            -
            0
            +
            300 миллионов лет это, как бы, не такой уж и маленький срок. И странностей в этом я не вижу. Образование жизни это закономерный процесс для тех условий, в которых пребывали органические элементы и их составные, в то время как эволюция это не что-то обязательное и неизбежное. В стабильной, не меняющейся среде, микроорганизмы способны просуществовать сколь угодно долгое время в неизменном виде. Эволюция происходит лишь тогда, когда условия обитания становятся всё менее благоприятными, либо когда какое-либо внешнее воздействие оказывает влияние на геном, но здесь уже чистая лотерея: не повезло получить вредную мутацию – ослаб и вымер.
              Zhe Sh
              13.03.2023
              -
              0
              +
              300 миллионов лет это, как бы, не такой уж и маленький срок.
              Не такой большой по сравнению с грандиозностью скачка от неживого к живому. И, главное, снова встает в полный рост классическая проблема "недостающих звеньев". Найти которые в ископаемом виде вряд ли когда-нибудь удастся. Но: первые репликаторы должны были быть достаточно простыми, поэтому их можно и нужно повторить в пробирке. Требуются уже не общие соображения, как оно вообще могло бы быть, а конкретные химические процессы, которые могли происходить в земных условиях. По-моему, современная молекулярная биология до этого уровня вполне доросла. А с конкретикой пока тухло. Появится - буду только рад. А пока я за панспермию.
                Kiridan
                13.03.2023
                -
                0
                +
                Но у тебя почему-то время является ключевым фактором, когда это вовсе не так. Вся суть именно в неких определённых условиях среды и интенсивности процессов. Молекулы могут скрутиться в белки, может быть, вообще в считанные минуты или часы, а дальше уже по накатанной, как говорится. Да и не зря ведь я привёл пример стагнации, когда может проходить сколько угодно времени без каких-либо изменений.
                Zhe Sh
                13.03.2023
                -
                0
                +
                Сейчас все исследования (которые мне попадались) сводятся примерно к такому: вот есть черные курильщики, белые курильщики, там набор доступных молекул, микрополости в минералах, ионные градиенты, колебания температур, можно все это еще поближе к поверхности воды поднять и ультрафиолета добавить, атмосфера опять-таки поближе, что-то из ближайшего вулкана осядет и т.п. И из всего этого надо скомбинировать репликатор. Но может оказаться, что это попытка составить слово ВЕЧНОСТЬ из букв П, О, Ж и А. Если абстрагироваться от Земли, можно попробовать решить задачу с начала, а не с конца. Т.е. создать простейший репликатор, а потом уже смотреть, в каких условиях он мог бы появиться. Среди сотен миллиардов планет Галактики наверняка найдется не одна подходящая.UPD: Вот, кстати, ребята из статьи выше правильно сделали - плюнули на все курильщики и микрополости и просто придумывают простые молекулы, которые могут делать что-то полезное. Верный подход!
                Kiridan
                14.03.2023
                -
                0
                +
                Таких планет может быть действительно очень много, ведь следы бактерий,находят даже в метеоритах. Другое дело, что на большинстве планет может не быть условий, позволяющих бактериям развиться в нечто большее. К слову, эти условия должны быть отнюдь не благоприятными, а как раз наоборот.
      Внутри метиориты холодные. Не успевают прогреться.
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы