Я - атеист
Карта сайта Сделать стартовой Добавить в избранное

Главная страница
Карта сайта
Введение
Что вы найдете и не найдете на этом сайте













Словарь
Мифологический словарь
Картины на религиозные темы
Календарь религиозных праздников

Список литературы
Полезные ссылки
Обратная связь

Кто вы?
Опрос начат: 21.11.2017
На текущий момент проголосовало 15 человек

Атеист
Верующий
Не определился
Результаты

 

Версия для печати Версия для печати     Версия для печати Версия для печати (в новом окне)

Зарождение жизни на Земле
От неживого к живому

Однако органическое соединение еще не есть живое. Никто не станет утверждать, что такие хорошо известные органические соединения, как сахар, спирт, метан (он же природный газ), нефть (там целая смесь разной органики) являются живыми организмами.

Аминокислоты живыми организмами также не являются.

А что вообще отличает живое от неживого?

Самой главной особенностью живого является его возможность к самовоспроизводству.

Второй важный признак живого - гомеостаз, т.е. способность сохранять свое внутреннее состояние в течение жизни.

То есть живым организмом могла бы быть признана молекулярная структура, которая самовоспроизводит сама себя и которая обладает достаточной стабильностью, чтобы не распадаться на части достаточно длительное время.

И здесь я хочу процитировать статью, которая находится здесь.

* * *

Происхождение жизни

1. Вначале был органический бульон, в котором возник РЕПЛИКАТОР. Это уже жизнь.

Возник он очень просто, естественным путем. Представьте древнюю Землю. На ней есть вода со всякими простыми органическими соединениями (нуклеотиды, аминокислоты), которые не могут себя реплицировать. На ней есть горячие источники рядом с вулканами. Она крутится вокруг Солнца и вращается вокруг своей оси, таким образом, на ней есть день и ночь. Этого достаточно.

А теперь совершается чудо.

В воде нуклеотиды (А, Г, У, Ц) под действием ультрафиолета соединяются в цепочку ковалентными связями. Чистая химия. Солнышко заходит - вода остывает. Цепочка перестает наращиваться и начинается сборка второй цепочки из свободных кирпичиков-нуклеотидов. Они соединяются достаточно слабыми водородными связями по принципу комплементарности.

Наступает день - солнышко нагревает воду до температуры 80 градусов по Цельсию (горячий же источник), и водородные связи разрываются. Образуются две отдельные, но комплементарные цепочки. Солнышко светит ультрафиолетом, цепочки наращиваются ковалентными связями со следующими нуклеотидами. Наступает ночь - водичка остывает. Цепочки еще раз присоединяют комплементарные кирпичики. И понеслась: ночью присоединяют кирпичики, днем расходятся, ночью опять кирпичики, днем расходятся. Получилась РЕПЛИКАЦИЯ. Естественным путем.

Простой пример. Допустим, у нас есть короткая РНК-цепочка: АГУЦ. Ну скажем днем наросла случайной комбинацией атомов (вероятность вполне реальная). Ночью она создает комплементарную цепочку АГУЦ УЦАГ.

Днем водичка нагревается, водородные связи разрываются и она расходится на две цепочки: АГУЦ и УЦАГ.

Следующей ночью она опять создает комплементарную цепочку, только уже две: АГУЦ УЦАГ и УЦАГ АГУЦ.

Днем они расходятся и начинают наращиваться под действием ультрафиолета: АГУЦАГУЦ, УЦАГУЦАГ.

И понеслась репликация.

2. Дальше возникают рибозимы.

Теперь цепочка удлиняется и начинает соединяться комплементарными связями сама с собой. Один конец соединяется с другим. Или вторая четвертинка соединяется с предпоследней четвертинкой. В результате мы имеем вторичную структуру молекулы, которая сворачивается определенным образом и обладает каталитическим свойством. Она ускоряет собственную репликацию (или репликацию несвернувшихся соседей).

Раньше было 2 цепочки в сутки, а теперь стало 2000 цепочек в сутки. Ускорение химической реакции в тысячу раз - это ерунда. Современные белковые ферменты ускоряют химические реакции в миллионы и сотни миллионов раз, но до них мы еще доберемся. Короче, процесс УСКОРЯЕТСЯ.

Репликация ускорилась неимоверно и перестала зависеть от смены дня и ночи, хотя и нуждалась в постоянном притоке энергии от горячей воды и ультрафиолета солнышка.

3. Мутации и естественный отбор. Мы уже имеем древний фотоаппарат/ксерокс, который размножает молекулы по принципу Позитив-Негатив-Позитив. Но бывают ОШИБКИ. Не всегда комплементарность соблюдается на 100%. Отсюда получаем разнообразие. Начинает действовать естественный отбор: из всего многообразия выживают только те, кто умеет копироваться и делает это БЫСТРЕЕ, т.е. обладает более совершенной каталитической способностью собственной репликации.

4. Теперь допустим, что одна из "ошибочных" копий репликатора приобрела способность разрезать сама себя (самосплайсинг). В этом нет ничего фантастического. Установлено, что некоторые молекулы РНК умеют разрезать сами себя.

Подведем промежуточные итоги. Получилась ПРОИЗВОДЯЩАЯ система, которая принципиально может произвести любой продукт в виде РНК-молекулы, в том числе катализирующей что-то (нас только такие и интересуют ибо жизнь есть фантастически ускоренная химическая реакция). Эта производящая система, или другими словами ФАБРИКА, начала производить (отрезать от себя) различные виды РНК, некодирующие белки. Сплайсинг стал очень разнообразным. Фабрика РНК-молекул постепенно расширяла свой ассортимент.

Благодаря нескольким ключевым событиям произошел постепенный переход к белковому миру.

Была произведена рибосомная РНК, которая составляет активный центр, катализирующий образование пептидной связи между аминокислотами. Сначала она работала без всякой программы, случайно соединяя аминокислоты.

Были произведены транспортные РНК, доставляющие аминокислоты к проторибосоме и реализующие генетический код (нуклеотиды -> аминокислоты). Белки стали производиться по программе, зашитой в РНК.

Стали возникать нуклеопротеиды - комплексы из РНК и белков. Они стали усложняться за счет все новых белков.

Неэффективные рибозимы из РНК заменяются на эффективные белковые ферменты, произведенные по программе, зашитой в РНК. Повышается скорость и точность копирования РНК, точность воспроизведения белков.

Переход к белковому миру состоялся, но даже в наши дни РНК участвует в ключевых, жизненно важных процессах в каждой клетке.

Далее возникла ДНК, как надежное средство хранения информации.

5. РНК превращается в ДНК путем замены одного нуклеотида (урацил на тимин) и одного сахара (рибозы на дезоксирибозу). Одноцепочечная РНК превращается в двойную спираль ДНК. Это повышает сохранность информации, химическую устойчивость, а также дает возможность исправлять ошибки, восстанавливая информацию со второй спирали по принципу комплементарности.

Постепенно возникает протоклетка.

6. Вся фабрика окружает себя липидной мембраной и выходит за рамки пористой минеральной структуры типа глины.

7. Ядро отделяется от остальной части клетки (эукариоты). Синтез белка (рибосомы) выносится из ядра. В ядре остаются ДНК и процессинг всех видов РНК, включая информационные (матричные) и некодирующие (рибосомные, транспортные, регуляторные и прочие).

Эукариотическая клетка сформировалась 2 миллиарда лет назад.

8. Повышается разнообразие белков, происходит дальнейшее увеличение точности и скорости копирования ДНК за счет белковых ферментов. Возникает сплайсинг белков.

9. Появляются различные органоиды клетки, состоящие из белков. Они специализируются на своих функциях, участвуя в общем процессе копирования репликаторов. Главная цель остается прежней - копирование репликаторов, более быстрое и более точное.

Эпоха сотрудничества и конкуренции.

10. Одноклеточные начинают кушать друг друга, возникают первые хищники.

11. Происходит симбиогенез больших одноклеточных с малыми одноклеточными: митохондриями и хлоропластами.

12. Появляются простые многоклеточные, состоящие из одинаковых или очень похожих одноклеточных.

Важным этапом эволюции был момент, когда клетки, произведенные последовательными делениями, склеивались вместе, а не расходились в независимое существование. Вследствие этого могли появляться структуры более высокого порядка.

13. Начинается специализация за счет регулирования экспрессии генов. Происходит генерация соматических клеток для образования различных тканей многоклеточного организма. Для соматических клеток устанавливается предел деления - предел Хейфлика. Выделяются половые клетки.

14. Появляются виды, далее читаем Дарвина.

Извините, что не уложился в одну неделю Творения, но две недели тоже вполне неплохо.

* * *

Если вы думаете, что такое невозможно, приведу следующий пример.

Существует вирус QP. Это вирус РНК – то есть вместо ДНК его гены состоят из РНК. В "диком" виде QP является бактериофагом – паразитом кишечной бактерии Escherichia coli.

Как работают вирусы? Рабочая часть вируса - молекула РНК. Внешне она неотличима от любых других РНК, которые плавают в клетке, отойдя от клеточной ДНК. Однако вирусные РНК копируются гораздо быстрее обычных РНК клетки.

Когда вирус проникает в клетку, РНК-репликаза клетки, которая занимается тем, что снимает копии с молекул РНК, начинает в огромном количестве производить вирусную РНК. Рибосомы клетки обрабатывают ее, как собственную и производят белки. Однако белки, которые при этом образуются, полезны вирусу, но не бактерии-хозяину. Это белок оболочки, нужный для защиты вируса; белок для прикрепления к клетке; белок-бомба, который разрушает клетку и высвобождает десятки тысяч вирусных частиц, каждая из которых будет блуждать в своей белковой оболочке, пока не встретит новую клетку. Это обычный жизненный цикл вирусов в природе.

Сол ШпигельманПрофессор Сол Шпигельман изолировал в своем опыте два компонента: фермент-репликазу и вирусную РНК. Он поместил их в воду вместе с некоторыми низкомолекулярными веществами - строительными элементами для синтеза РНК - и принялся ждать. РНК захватывала маленькие молекулы и синтезировала собственные копии. Причем она справлялась с этим без помощи бактерии хозяина, белковой оболочки или какой-либо иной части вируса. При этом синтез белка, который в естественных условиях является одной из обычных функций РНК, был полностью изъят из цикла. Получилась голая система репликации РНК, создающую свои копии, не утруждаясь синтезом белков.

И тут Шпигельман в искусственном мире - в пробирке, в отсутствие каких либо клеток - запустил действующую модель эволюции. Его установка представляла собой ряд пробирок, содержащих репликазу и строительные элементы, не содержащих РНК. В первую пробирку он поместил небольшое количество вирусной РНК, и она послушно синтезировала множество своих копий. Взяв каплю полученной жидкости, Шпигельман поместил ее во вторую пробирку. Эта "затравочная" РНК принялась реплицироваться во второй пробирке, и через некоторое время Шпигельман извлек оттуда каплю жидкости и перенес в третью пробирку. И так далее. Это позволило добиться эволюции путем естественного отбора в ее самой простой форме.

Этот выживший кусочек РНК, размером менее десятой части своего "дикого" предка, стал известен как "монстр Шпигельмана". Благодаря небольшому размеру, эта экономичная конструкция репродуцируется быстрее, чем конкуренты, и поэтому естественный отбор постепенно увеличивает ее численность.

Позднее Лесли Оргел и его коллеги провели дополнительные эксперименты. Они добавляли в раствор вредное вещество - бромистый этидий, который замедляет синтез РНК, обволакивая репликазу.

Оргел и коллеги начали с разбавленного раствора яда. Сначала темп синтеза был замедлен, но после примерно девяти “пробирочных поколений” эволюции отселектировалась новая порода РНК, стойкая к яду. Темп синтеза РНК был сопоставим с таковым для нормальной РНК при отсутствии яда.

Тогда Оргел удвоил концентрацию яда. Снова темп репликации РНК понизился, но после следующего десятка поколений снова вывелась порода РНК, иммунная к более высокой концентрации яда. Тогда концентрация яда была удвоена снова. Так, последовательным удвоением концентрации, они сумели “вывести” РНК, которая могла самокопироваться при очень высоких концентрациях бромида этидия, вдесятеро больших той, что замедляла оригинальную прародительскую РНК.

Результаты этих экспериментов показывают, что загрязнение раствора разными химическими веществами способствует эволюции организмов с разной специализацией.

Внимательный читатель спросит: если Шпигельман взял готовую вирусную РНК, то где же здесь доказательство того, что подобная сложная молекула могла возникнуть сама?

Справедливо. Шпигельман в экспериментах избрал отправной точкой РНК "дикого" типа. Однако Манфред Сумпер и Рюдигер Люче провели другой опыт. Они показали, что при определенных условиях в пробирке, в которой нет РНК, а есть лишь компоненты для ее синтеза и фермент-репликаза, может спонтанно синтезироваться самореплицирующаяся РНК. В подходящих условиях она эволюционирует, превращаясь во что-то вроде "монстра Шпигельмана" всего за несколько дней. Процесс этот многократно происходил в последующих независимых экспериментах. Тщательная проверка показала, что экспериментальный материал не мог быть случайно инфицирован молекулами РНК извне. Молекула РНК была создана постепенно нарастающей эволюцией.

Можно также указать на то, что в экспериментах использовалась готовая репликаза. Где гарантия, что на заре жизни, когда репликаторы только что возникли, в окружающей среде присутствовали ферменты, помогающие им реплицироваться? Однако уже упомянутый Оргел проделывал эксперименты, в которых никакого фермента не добавлялось. Молекулы РНК самокопировались и в этих условиях, хотя и очень медленно.

Первоначально механизмы, ускоряющие репликацию, могли быть и неорганическими. Например, кристаллами типа тех, что встречаются в глинах.

Кристалл - это большое упорядоченное множество атомов или молекул твердого тела. Атомы и молекулы склонны упаковываться в фиксированной и упорядоченной структуре в зависимости от их свойств. Любая часть кристалла точно повторяет другую его часть, кроме мест, где имеются дефекты кристаллической решетки.

Кристаллы состоят из слоев атомов или молекул, где каждый слой построен на низлежащем слое. Атомы или ионы свободно плавают в окружающем растворе, но если они сталкиваются с кристаллом, то встают в определённую позицию на поверхности кристалла. Так, раствор поваренной соли содержит ионы натрия и хлора, расположенные в нем хаотично, но кристалл поваренной соли - это упорядоченный массив ионов натрия и хлора, чередующихся друг с другом под прямыми углами. Когда плавающие в воде ионы наталкиваются на твердую поверхность кристалла, они прикрепляются к нему, причем в такие места, чтобы новый слой добавился к кристаллу точно так же, как и низлежащий слой.

Иногда кристаллы начинают формироваться в растворе спонтанно, иногда им требуется затравка - частицы пыли или маленькие кристаллики, вброшенные в раствор снаружи.

Глина, ил и камни состоят из крошечных кристаллов. Если посмотреть на поверхность некоторых видов глины и других полезных ископаемых в микроскоп, то можно увидеть, что кристаллы растут как ряды цветов или кактусов, сады неорганических лепестков роз, спирали, угловые формы, свернутые наросты. Но в этом рисунке присутствует жизненно важный элемент - дефекты. Посреди упорядоченного рисунка "елочкой" может быть заплата, идентичная остальному рисунку, но повернутая вокруг оси. Или узор может идти в том же самом направлении, но каждый ряд соскальзывает на полряда в сторону. Почти все естественные кристаллы имеют дефекты. И как только дефект появился, он, скорее всего, будет скопирован, так как последующие слои кристалла строятся по образцу предыдущего. Дефекты могут случаться где угодно на поверхности кристалла.

Химики, поддерживая теорию органического первобытного бульона, давно воспринимали глинистые минералы как помощников. РНК-подобные молекулы, благодаря отрицательному заряду своих оснований, имели бы склонность обволакивать частицы глины. Согласно Д. М. Андерсону, "Широко распространено мнение, что абиотические химические реакции и процессы, приведшие к возникновению на Земле реплицирующихся микроорганизмов, происходили в истории Земли на поверхности глинистых минералов и других неорганических подложек".

 


Назад
Первые аминокислоты

Дальше
Время и место


На главную

Добавить в избранное
Яндекс.Метрика [an error occurred while processing this directive]