• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку

Этот пост добавлен читателем Naked Science в раздел «Сообщество». Узнайте как это сделать по ссылке.

Столетие исследованиям абиогенеза: великий квест продолжается

Без малого сто лет назад биохимик Александр Опарин выдвинул свою знаменитую гипотезу первичного бульона — первое научное предположение о том, как жизнь на нашей планете могла сама по себе зародиться. С тех пор было создано множество концепций так называемого абиогенеза, то есть превращения неживой материи в живую: гипотеза мира РНК, первичного майонеза, первичной пиццы, цинкового мира, «живой глины» и так далее. Нет сомнения, что все они так или иначе приближают нас к разгадке великой тайны зарождения жизни. Однако вряд ли мы когда-нибудь в точности узнаем, что случилось на юной Земле почти четыре миллиарда лет назад. Но пытаться разобраться с этим, безусловно, стоит! Почему? Об этом можно узнать из новой книги Майкла Маршалла «Великий квест», только что вышедшей в переводе на русский язык.

Древняя Земля в представлении художника / © Peter Sawyer/Smithsonian Institution / Автор: Messiena Lucretius

Жизнь — это удивительное явление. Она не только вызывает восторг, любопытство и эстетическое удовольствие, но и представляет собой притягательную загадку, которую человеческий ум неутомимо решает уже много веков. К началу XXI века биологи смогли очень многое узнать о живой материи и даже научиться ее остроумно использовать (для биотехнологий, медицины и не только), однако на месте разгаданных загадок всегда появляются все новые.

Примером сложных или даже нерешаемых задач науки о живом можно назвать проблему абиогенеза, то есть самопроизвольного образования живой клетки из исходно неживых компонентов.

Разумеется, возникновение Вселенной, живых существ и человека вызывала жгучий интерес у людей с древности, что породило множество замысловатых легенд и мифов-космогоний. Однако ученые, как ни странно, обратили свое внимание на проблему зарождения живого сравнительно недавно — лишь в прошлом веке, начиная с 1924 года, когда была впервые предложена концепция первичного бульона. Она положила начало череде гипотез, споров и экспериментов, за которыми стоят множество ярких личностей — самобытных ученых. Эту историю, которая длится вот уже сто лет, можно узнать благодаря только что вышедшей на русском языке книге Майкла Маршалла «Великий квест».

Книга Маршалла — это безусловно, научно-популярное издание в лучших традициях, из которого любитель биологии и химии (в том числе школьник) может почерпнуть много нового и полезного. В книге просто и увлекательно обсуждаются важные и отнюдь не простые концепции естественных наук — включая определение жизни, химические реакции, устройство клетки, процессы в ее мембране и даже ряд вопросов, касающихся астрономии и геологической истории Земли. При этом все они помещены в исторический контекст и описываются в связке с яркими персоналиями ученых, открывших или описавших их. Поэтому «Великий квест» — это не только научпоп, но и пример хорошей беллетристики, которая живым языком описывает хитросплетение человеческих судеб.

Разумеется, Майкл Маршалл начинает рассказ с хрестоматийного первичного бульона Александра Опарина, колоритного советского биохимика с противоречивой биографией. Согласно его гипотезе, первые подобия клеток — коацерваты — возникли сами по себе в древнем океане, который представлял собой насыщенный горячий раствор органики. Удивительно, но впервые свое предположение Опарин высказал не в научном труде, а в скромной научно-популярной брошюре. Она была озаглавлена «Возникновение жизни» и вышла в 1924 году.

Хорошие идеи порой витают в воздухе — и потому могут прийти разом в две светлые головы (или более). Так случилось и в этот раз — спустя всего пять лет ничего не знавший об Опарине британский эволюционист и генетик Джон Бердон Сандерсон Холдейн (или попросту JBS) опубликовал собственную, очень близкую гипотезу абиогенеза. Однако в ней больший акцент сделан на самокопирование протоклеток, а не их обмен веществ. С тех пор эта гипотеза носит имена обоих ученых, Опарина—Холдейна.

Таковы первые научные (хотя и чрезвычайно наивные по современным меркам) взгляды не абиогенез. Однако именно они вдохновили множество других, более сложных гипотез, и в самом скором времени — один простой эксперимент, ставший легендарным. В 1952 году совсем юный и не слишком успешный аспирант Стенли Миллер под руководством нобелевского лауреата Гарольда Юри решил воссоздать в лаборатории условия на юной Земле. Для этого потребовались всего лишь две запаянные колбы, две трубки, нагреватель и генератор электрических разрядов. 

Стенли Миллер рядом с созданным им аппаратом для эксперимента / © creationscience4kids

Результаты поразили всех, включая мировую прессу и самих ученых. За считанные часы и дни из метана, воды, водорода, аммиака и угарного газа (самых что ни на есть неорганических соединений) экспериментаторы получили целый ряд аминокислот — тех самых, из которых состоят все белки. 

Однако сейчас понятно, что эффектный и чрезвычайно удачный эксперимент Миллера—Юри не воспроизводит условия на ранней Земле. Первичная атмосфера не была настолько восстановительной и имела другой газовый состав. Значит, и простого образования аминокислотного коктейля на ней скорее всего не происходило.

После этого настал черед Сидни Фокса, энергичного биохимика из США. Тот стремился вывести простую методологию Миллера и Юри «нагреть и посмотреть, что выйдет» на следующий уровень и добиться самопроизвольной сборки белков из свободных аминокислот. Полученные протеиноиды Фокса обладали целым рядом удивительных свойств, в том числе ускоряли химические реакции, однако они очень мало походили на белки и едва ли были прародителями живой клетки.

Тем временем биология перешла на новый уровень развития: в 1953 году мир узнал о структуре и механизмах работы ДНК — главного хранилища генетической информации и основе всего живого. Теперь исследователям абиогенеза приходилось разбираться еще и с самопроизвольным появлением этой уникальной биомолекулы…

В итоге в рядах исследователей абиогенеза, который ранее казался простым и почти понятым процессом, наступил хаос и даже раскол. Возникли непримиримые конкурирующие лагери — сторонников первичности белков, ДНК или липидной мембраны и так далее. Наступил кризис, однако, как это часто бывает в подобных ситуациях, кризис обернулся открывшимися возможностями.

Пришло время новых смелых предположений и новых действующих лиц. Среди них Майкл Маршалл удостоил внимания Грэма Кернса-Смита, шотландского химика и художника с непростой судьбой. Кернс-Смит обратил внимание на хрупкость и капризность биологических молекул, которые даже в условиях лабораторной пробирки быстро разрушаются. Как же они смогли уцелеть на юной Земле — раскаленной и выжженной ультрафиолетом? Это вдохновило Кернса-Смита на «глиняную гипотезу» — согласно ей, первые «организмы» представляли собой глину, обладающую свойствами живого, в том числе способную копировать себя.

Гипотеза Мира сульфидов / © americanscientist

Следующая необычная гипотеза — «сульфидный мир» Гюнтера Вэхтерсхойзера, немецкого химика-патентоведа и приятеля философа науки Карла Поппера. Полагая первоосновой жизни метаболизм, Вэхтерсхойзер задался вопросом: откуда черпала энергию самая древняя живая клетка? Ученый предположил, что ее источником могла быть широко распространенная на Земле и выделяющая много тепла реакция образования пирита, известного также как сульфид железа (II) и «золото дураков». На кристалле пирита, по мысли Вэхтерсхойзера, как раз и разворачивались первые события в истории жизни на Земле

К идеям Вэхтерсхойзера примыкают взгляды Майкла Рассела и его единомышленников — так называемых «глубоководников». Согласно их гипотезе щелочных гидротерм, первая жизнь обзавелась метаболизмом посреди насыщенных соединениями серы и другими солями горячих вод белых курильщиков. Это уникальные потоки на дне океана, возникающие не у срединно-океанических хребтов (как черные курильщики), а в местах, где происходит серпентинизация — специфическое преобразование горных пород. Несмотря на загадочность и  привлекательность гипотезы гидротерм, в настоящее время ее все чаще называют несостоятельной.

Наконец, нельзя не упомянуть прославленный Мир РНК — гипотезу абиогенеза, согласно которой жизнь началась с чистой РНК. Это предположение вполне оправдано, ведь молекула рибонуклеиновой кислоты может выполнять множество функций — от каталитической до кодирующей — и порой успешно заменяет собой ДНК и белки. Однако энергичные попытки ученых воспроизвести эту «прародительскую РНК» с основными свойствами живого так и не принесли результата.

Молнии как фактор абиогенеза / © NASA Astrobiology

К тому же Мир РНК не объясняет, как происходила эволюция, то есть отбор отдельных протоклеток с определенными свойствами — ведь он не предполагает изоляции скоплений молекул друг от друга. Чтобы справиться с этим ограничением, ученые предложили гипотезы первичной пиццы и первичного майонеза. Согласно первой, изолированные скопления биомолекул возникали в глине, согласно второй — в пузырьках из жироподобных соединений.

Подводя итог, нам стоит признать, что великий квест — попытки человечества узнать тайну зарождения жизни — отнюдь на завершен и в наши дни. Однако нет сомнений, что в этом вопросе наметился большой прогресс, связанный с новым подходом — с ним исследователи абиогенеза связывают особые надежды. Он предполагает, что все основные компоненты клетки — нуклеиновые кислоты, белки и липидные оболочки — возникли одновременно, были вместе с самого начала и помогали друг другу уцелеть в не самых уютных условиях юной Земли. 

Более того, первые клетки тоже могли быть не вполне автономны, иметь проницаемую оболочку и жить своеобразной «коммуной». Не исключено, что благодаря этому они обменивались друг с другом продуктами обмена и получали взаимную поддержку. 

Итак, исследования зарождения жизни имеют богатую вековую историю, и история эта продолжается. Познакомиться с ней — а заодно узнать много любопытного о ее основных действующих лицах — можно на страницах книги Майкла Маршалла «Великий квест». Читателю предстоит встреча с замечательными учеными, исследователями абиогенеза и не только. Он может подняться в Альпы в компании Луи Пастера, держащего в руках колбу с мочой и свекольным соком; вместе с экипажем научно-исследовательского суда «Кнорр» открыть в темных глубинах океана небывалую жизнь гидротерм; вместе с британским школьником Роджером Мейсоном случайно обнаружить древние остатки многоклеточного существа и многое другое. 

Все эти истории, пережитые вместе с учеными — «гениями и чудаками» согласно оригинальному заглавию книги — заставляют науку ожить и дают понять, до чего же это увлекательное занятие.

Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK

Комментарии

2 Комментария

Zhe Sh
14.03.2023
-
0
+
Великий хвост(
Кажется, это реклама книжки!)) Но я как раз не против такой рекламы, книгу куплю - как раз такое люблю.
Предстоящие мероприятия
Вчера, 11:50
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

Вчера, 13:09
Ольга Иванова

Обычно жизнь неандертальцев изображают как крайне тяжелую с высоким уровнем стресса, в том числе детского. Международная группа ученых пришла к выводу, что их дети, как и отпрыски наших непосредственных предков, имели одинаковый уровень стресса, но на разных стадиях развития. Это может говорить о разных подходах к уходу за детьми, что, возможно, имело долгосрочные последствия — частично такое обстоятельство вызвало вымирание неандертальцев.

Вчера, 15:20
Nadya

В конце 2022 года ученые забили тревогу из-за неизвестной эпидемии, от которой гибнут морские ежи в заливе Акаба около израильского города Эйлат. Долгое время биологи не могли понять причину их вымирания. К счастью, исследователи Тель-Авивского университета выяснили, что смертельно повлияло на морских животных.

20 мая
Полина Меньшова

Британский учитель географии Грэм Сеньор работал в саду и случайно обнаружил в земле небольшой прямоугольный камень. Оказалось, что на артефакте высечен текст, написанный с помощью древнего кельтского алфавита огам.

21 мая
Андрей

Группа энтомологов решила уточнить, откуда происходят предки современных рыжих тараканов и каким образом те захватили человеческие жилища почти на всех континентах. Для этого ученые секвенировали ДНК примерно 300 насекомых и смоделировали наиболее вероятные сценарии расселения на основе генетической информации.

22 мая
Полина Меньшова

Ледник Туэйтса в Западной Антарктиде, который также называют «ледником Судного дня», может растаять раньше, чем считали ученые. Теплые океанские воды воздействуют на него сильнее, чем предполагалось, показали новые спутниковые данные.

15 мая
НИУ ВШЭ

Международный коллектив исследователей при участии ученых из Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ изучил, как выбор иностранного языка влияет на когнитивные способности человека. Оказалось, что языки, непохожие на родной, стимулируют когнитивную функцию на начальном этапе их изучения, а близкие к родному имеют отложенный эффект и помогают мозгу эффективнее работать при более высоком уровне владения иностранным языком.

3 мая
Василий Парфенов

Ледяной покров Антарктики претерпевает значительные изменения на протяжении года, и его поведение хорошо изучено в общем. Но некоторые локальные аномалии объяснить не получается вот уже несколько десятилетий. Одна из них — полынья возвышения Мод, или полынья моря Уэдделла, которая появляется нерегулярно на одном и том же месте. Международная команда океанологов, наконец, смогла разгадать механизмы ее образования.

27 апреля
Редакция Naked Science

Первый эпизод рассказывает об исследователе, который посещает различные планеты в поисках инопланетной жизни. Видео переведено на русский специально для Naked Science.

[miniorange_social_login]
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
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно