Денис тарасов о неизбежности самозарождения жизни во вселенной и на земле
Современная наука не в состоянии совершенно верно ответить на вопрос, как появилась жизнь, но предложенные на сегодня механизмы говорят о принципиальной возможности самозарождения, и, в определённой степени, о его неизбежности.
Сейчас мы можем сказать о том, что жизнь появляется везде, где имеются более либо менее подходящие условия. Развитие самоорганизующихся совокупностей фактическиявляется следствием Второго закона термодинамики.
Но, перед тем как сказать об неспециализированных закономерностях, нужно привести последовательность конкретных примеров, в частности модели химизма происхождения судьбы на Земле.
Разглядев имеющиеся в отечественном распоряжении информацию о вероятных дорогах молекулярной эволюции, мы, после этого, перейдём к доказательству неизбежности происхождения судьбы, в произвольных условиях, отвечающих самым неспециализированным параметрам.
Громаднейшую трудность для объяснения воображают начальные этапы происхождения судьбы — образование органических соединений, каковые в будущем послужили бы строительными блоками для самовоспроизводящихся биологических макромолекул.
Какие конкретно это соединения? Ответ зависит от того, какие конкретно макромолекулы первенствовали . Среди кандидатов на роль первичных молекул, способных к самовоспроизведению назывались белки, рибонуклеиновые кислоты, и (сейчас) пептидо-нуклеидовые кислоты (Peptide nucleic acids).
Белки складываются из аминокислот, образование которых в условиях старой Почвы очень возможно.
Но развития и дальнейшие процессы возникновения жизниневозможно растолковать, в случае если предполагать, что первичными биологическим молекулами были белки, исходя из этого от данной догадки было нужно отказаться.
Происхождение судьбы возможно легко растолковать, приняв догадку РНК-мира, которая вычисляет первичной биомолекулой рибонуклеиновую кислоту (РНК).
К сожалению, достаточно тяжело осознать, как в условиях старой Почвы имели возможность появиться исходные химические компоненты, нужные для синтеза РНК.
Исходя из этого, многие исследователи уверены в том, что первичными молекулами могли быть какие-то более простые РНК-подобные молекулы, каковые в ходе эволюции были вытеснены РНК.
На роль таких молекул претендуют пептидо-нуклеиновые кислоты (ПНК).
Тут мы разглядим вероятные механизмы образования в условиях старой Почвы компонентов РНК и ПНК.
В бессчётных опытах, начиная от хороших работ Миллера (1953 год) и заканчивая сегодняшним днём, продемонстрировано, что образование сложных органических молекул происходит при исполнении следующих главных условий:
1. Наличие исходных компонентов — несложных неорганических соединений углерода, азота, кислорода и фосфора.
2. Отсутствие в реакционной среде свободного молекулярного кислорода.
3. Наличие источника энергии — ультрафиолетового излучения, нагрева, либо электрического разряда.
Главными компонентами нуклеиновых кислот являются нуклеотиды. Нуклеотид это молекула, в состав которой входят циклический пятичленный сахар (рибоза либо дезоксирибоза), азотистое основание – производное пурина либо пиримидина, и остаток фосфорной кислоты.
Рибонуклеотиды, из которых выстроена рибонуклеиновая кислота (РНК), имеют в собственном составе рибозу, остаток фосфорной кислоты и одно из пуриновых (аденин, гуанин) и пиримидиновых (цитозин, урацил) оснований.
Кроме перечисленных оснований в РНК биологического происхождения найдены и другие (минорные) основания.
Отечественной первой задачей будет узнать, имели возможность ли в условиях старой Почвы появиться нуклеотиды. Какие конкретно строительные компоненты имелись в то время?
Самый распространена теория, в соответствии с которой первичная воздух Почвы была организована в основном в следствии вулканических извержений и содержала по большей части метан (СН4), аммиак (NH3), водород (Н2), сероводород (H2S) и пары воды.
Такая «воздух» была представлена в умелой установке Миллера. Другой вариант — окисленная воздух, складывающаяся из углекислого газа (CO2), моноокиси углерода (СО), молекулярного азота, водяных паров и, быть может, молекулярного кислорода.
Из всего выше перечисленного лишь наличие кислорода есть полностью неприемлемым для синтеза каких-либо сложных органических молекул.
Строение рибонуклеиновой кислоты.
Имеющиеся на данный момент эти не разрешают убедительно подтвердить либо опровергнуть ту либо иную догадку.
Химический анализ космических объектов и упавших на Землю метеоритов нашёл соединения, появившиеся в опытах Миллера, содержащиеся в тех же пропорциях, что является хорошим доводом в пользу первого варианта.
Аденин либо гуанин входят в состав РНК, в случае если в том месте нет цитозина либо урацила.
В общем, вероятнее, первичная воздух содержала меньше водорода, чем предполагалось ранее, не содержала метана, и свободного кислорода (что основное!).
Напомним, что недавние открытия, говорящие о наличии кислорода в земной воздухе около 3 миллиардов лет назад, не имеют отношения к разглядываемой проблеме, поскольку 3,5 миллиарда лет назад на Земле уже были живые организмы, способные к фотосинтезу с выделением кислорода.
Самый древние микробы являются облигатными анаэробами — другими словами, они не смогут жить в присутствии кислорода. Данный факт делает отсутствие кислорода в первичной воздухе ещё более возможным.
Итак, предположим, что в воздухе не было свободного кислорода. Какова возможность образования компонентов РНК — нуклеотидов? Нам необходимо: рибоза, пуриновые основания, пиримидиновые основания, и фосфат.
Начнем с рибозы. Еще в середине XIX века Бутлеров понял, что в щелочной среде формальдегид способен конденсироваться с образованием сахароподобных молекул.
Образование формальдегида (Н2СО) наблюдалось ещё в первых опытах Миллера. Увы, выход рибозы в реакции конденсации формальдегида очень незначителен — в один момент образуется масса вторых соединений.
Цитозин либо урацил — одно из азотистых оснований, присутствующих в РНК.
Однако, сравнительно не так давно был обнаружен вариант данной реакции, в которой рибоза есть главным продуктом (соотношение 52:14:23:1 — рибоза : арабиноза : ликсоза : ксилоза).
Пуриновые основания с высокой возможностью находились на старой Почва. Аденин найден при химическом анализе микрометеоритов и, так, должен был заноситься на Землю с космической пылью во времена, в то время, когда плотная воздух ещё отсутствовала.
Помимо этого, образование гуанина и аденина наблюдалось в опытах по абиогенному синтезу.
Пиримидиновые основания не были обнаружены при изучении метеоритов, и до недавнего времени не было известно ни о каких действенных механизмах их образования.
В 1995 году Миллер и Робертсон внесли предложение вероятный путь образования цитозина из цианацетальдегида и мочевины. В лабораторных условиях эта реакция вправду протекает с высоким выходом, но какова возможность того, что она имела возможность проходить в естественных условиях?
В открытом океане это фактически исключено. Авторами был предложен сценарий «высыхающей лагуны», в которой по мере испарения воды возрастала бы концентрация исходных компонентов.
Эта модель много раз подвергалась критике, но, в 2001 году показалась работа Нельсона с соавторами, в которой находилось экспериментальное подтверждение модели Миллера и Робертсона.
Был изучен синтез цитозина при 100, 4 и -20oC, и найдено, что выход продукта при низких температурах кроме того выше расчётного.
Помимо этого, была изучена возможность концентрации раствора при испарении, и продемонстрировано, что кроме того очень сильно разбавленные растворы, с концентрацией 10-4моль/литр концентрируются в соответствии с предложенной моделью. Дискуссия по этому поводу длится…
Тем временем уже предложены и другие механизмы образования азотистых оснований. Саладино с соавторами в 2001 году замечал образование цитозина и аденина из формамида в присутствии карбоната кальция и некоторых неорганических окислов.
Все эти вещества с высокой возможностью имелись в естественных условиях.Вашингтон в работе 2000 года обрисовывает серию реакций, которая приводит, в итоге, к образованию нуклеотидов. Наряду с этим протеканиевсех разглядываемых реакций доказано в опытах, имитирующих условия старой Почвы.
Так, сейчас возможность образования нуклеотидов в первичных добиологических реакциях представляется намного более возможной, чем кроме того пять лет назад.
Еще одной возможной первичной биологической молекулой есть пептидонуклеиновая кислота (ПНК). ПНК есть полимером N-2-аминоэтилглицина, соединённого с аденин- , гуанин- , цитозин- либо урацил-N-уксусной кислотой.
Пептидонуклеиновая кислота.
Так, ПНК — это необычная гибридная молекула РНК и белка. Вместо рибозы употребляется N-2-аминоэтилглицин (АЭГ).
Рассмотрение ПНК в качестве первичной биологической молекулы снимает проблему первичного синтеза рибозы. Помимо этого, это решает и вопрос хиральности.
В случае если в состав РНК входят лишь правая D-рибоза, а в белок лишь левые L-аминокислоты, то АЭГ это оптически не активное соединение, у него нет правых и левых форм.
Механизмы предбиологического синтеза ПНК предложены в работе Нельсона с соавторами в 2000 году. Последовательность реакций, приводящая к синтезу АЭГ приведена на картинках.
Сначалаиз HCN образуется этилендиамин и 2,3 диаминопропионовая кислота:
Последовательность реакций, приводящая к синтезу N-2-аминоэтилглицина — первый этап.
А после этого из них получается АЭГ:
Последовательность реакций, приводящая к синтезу N-2-аминоэтилглицина — второй этап.
Протекание данной реакции установлено умелым путём. Кроме этого проверены и все остальные этапы образования ПНК.
Рассмотренные эти разрешают нам сказать о том, что образование исходных компонентов на протяжении предбиологических реакций есть очень возможным.
В последующих частях мы разглядим, как из этих компонентов образуются самовоспроизводящиеся макромолекулы.
Продолжение направляться.
